王愛民，劉洋

（1.遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.錦州恒大科技有限公司，遼寧 錦州 121003）

對(duì)于機(jī)械可靠性研究而言，最早發(fā)生于20世紀(jì)中葉的電子產(chǎn)品當(dāng)中。各個(gè)國(guó)家在機(jī)械可靠性研究方面均以航天、軍工領(lǐng)域?yàn)橹鳌Ｓ捎诮?jīng)濟(jì)與科技的持續(xù)發(fā)展，可靠性研究逐步從軍工轉(zhuǎn)變?yōu)槊裼梅秶?，且逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的重心。

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)主要在于強(qiáng)度，而可靠性設(shè)計(jì)主要集中于產(chǎn)品材料、規(guī)格乃至其對(duì)于載荷狀況下體現(xiàn)出來(lái)的隨機(jī)性、分散性等層面。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性主要體現(xiàn)于載荷與機(jī)械產(chǎn)品強(qiáng)度之間，假如工作載荷小于材料強(qiáng)度則表示安全，否則則為不安全，而新的可靠性設(shè)計(jì)則為注重機(jī)械安全使用機(jī)率乃至實(shí)現(xiàn)預(yù)定使用時(shí)間的機(jī)率方面，這類新型可靠性設(shè)計(jì)理念將概率作為條件進(jìn)行發(fā)展。

1 機(jī)械可靠性概念

機(jī)械可靠性指的是機(jī)械方面的產(chǎn)品及系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間乃至工作環(huán)境中可以執(zhí)行的功能的一種體現(xiàn)，是機(jī)械產(chǎn)品品質(zhì)的一個(gè)主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）對(duì)于可靠性設(shè)計(jì)對(duì)象而言，就機(jī)械產(chǎn)品及系統(tǒng)廣義而言，其對(duì)象不僅能夠?yàn)檎紫到y(tǒng)設(shè)備，也能夠?yàn)橐粋€(gè)子系統(tǒng)甚至為一個(gè)設(shè)備、部件。

（2）可靠性設(shè)計(jì)的核心為規(guī)定的時(shí)間，可靠性身為一個(gè)評(píng)價(jià)產(chǎn)品時(shí)間品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，影響到產(chǎn)品品質(zhì)可以持續(xù)的時(shí)間，通常狀況下，會(huì)由于時(shí)間的增多而降低可靠性。

（3）機(jī)械使用條件成為可靠性設(shè)計(jì)的條件，可靠性設(shè)計(jì)會(huì)通過實(shí)際使用環(huán)境的改變而改變，不具備使用環(huán)境，則會(huì)令可靠性設(shè)計(jì)意義全無(wú)。

（4）可靠性設(shè)計(jì)的本質(zhì)則為設(shè)計(jì)規(guī)定的功能，令其使用功能可以延伸至盡量長(zhǎng)的時(shí)間。

2 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展

由于可靠性的產(chǎn)生，對(duì)于機(jī)械可靠性研究的全新技術(shù)、理念、思想持續(xù)被提出和驗(yàn)證，并較大程度提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力與產(chǎn)品性能，其應(yīng)用范疇更加擴(kuò)大至航天、航空、石油、化工、造船、鐵路、醫(yī)療、交通等不同工業(yè)領(lǐng)域。

由于科技的進(jìn)步，使得研究機(jī)械可靠性愈發(fā)緊迫。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)能夠良好提升產(chǎn)品性能與品質(zhì)，需要把可靠性設(shè)計(jì)融入到產(chǎn)品的總體周期當(dāng)中，這也包含了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作、安裝、使用等所有方面。例如：在二戰(zhàn)當(dāng)中，美國(guó)空軍由于飛機(jī)故障原因失去了兩萬(wàn)多架飛機(jī)，這令其深深體會(huì)到機(jī)械可靠性欠缺所造成的損失，并領(lǐng)先提出可靠性研究的課題。在此以后，由于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，并且由于機(jī)械產(chǎn)品的繁瑣化、大型化，使得產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)提升，機(jī)械可靠性欠缺的問題愈發(fā)突出。又比如由于機(jī)械可靠性欠缺而使得日本航班波音747客機(jī)墜毀，導(dǎo)致520名人員喪生；再比如美國(guó)挑戰(zhàn)者航天飛機(jī)，由于機(jī)械可靠性欠缺使得航天飛機(jī)最終爆炸，釀成7名宇航員喪生的悲劇。

機(jī)械可靠性欠缺會(huì)使得機(jī)械出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響到各個(gè)行業(yè)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。所有行業(yè)強(qiáng)烈迫切地需要提升產(chǎn)品的品質(zhì)以及機(jī)械可靠性。推動(dòng)可靠性技術(shù)，能夠構(gòu)成龐大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，提升產(chǎn)品的性能及競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

自從進(jìn)行機(jī)械可靠性研究之后，確定了通過有效增強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)，降低產(chǎn)品重量，降低產(chǎn)品成本，提升穩(wěn)定性及作業(yè)效率的目標(biāo)。在國(guó)際方面，歐美等國(guó)家的機(jī)械可靠性研究位于全球前茅，并對(duì)技術(shù)進(jìn)行封鎖，而我國(guó)的機(jī)械可靠性研究尚處在初級(jí)階段，因此，在我國(guó)機(jī)械制造方面，難免存在核心技術(shù)欠缺的問題，嚴(yán)重束縛了我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)的提升。

3 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的特征

3.1 品種較多，可靠性標(biāo)準(zhǔn)不同

由于機(jī)械可靠性推廣至不同行業(yè)，其用途也尤為繁瑣，這也使得機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理具有差別，對(duì)于不同的使用標(biāo)準(zhǔn)以及不同的零件設(shè)計(jì)，掌握機(jī)械可靠性需要分開研究，仔細(xì)核算，制作出符合標(biāo)準(zhǔn)與可靠性機(jī)械的產(chǎn)品。

3.2 應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，荷載較難確定

由于所有行業(yè)的機(jī)械操作氛圍均具有較大的差別，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性需要有效融合產(chǎn)品在應(yīng)用系統(tǒng)中所需的性能，有效考量產(chǎn)品的載荷類別與大小。

3.3 外界環(huán)境影響較大

對(duì)于機(jī)械可靠性研究，除卻需要考量設(shè)計(jì)因素以外，還要注重周邊環(huán)境的影響，不確定環(huán)境因素會(huì)為可靠性產(chǎn)品設(shè)計(jì)造成一定的影響，還會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性造成損壞。

3.4 機(jī)械零件連接狀態(tài)變動(dòng)較大

由于時(shí)代的不斷發(fā)展，繁瑣機(jī)械所需的零件愈發(fā)增多，對(duì)于零件性能標(biāo)準(zhǔn)也愈發(fā)嚴(yán)苛，并且零件相互間的連接狀態(tài)變化過大，也成為機(jī)械可靠性受影響的主要方面，假如零件連接狀態(tài)不好，會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性造成影響，甚至?xí)?duì)產(chǎn)品的總體質(zhì)量造成影響 。

4 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的常用方式

4.1 概率設(shè)計(jì)法

概率設(shè)計(jì)法作為設(shè)計(jì)機(jī)械零部件以及構(gòu)件的方式，通過概率設(shè)計(jì)理論進(jìn)行引導(dǎo)。先要進(jìn)行原材料強(qiáng)度、性能以及零部件規(guī)格等概率分布的統(tǒng)計(jì)，之后再通過應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型進(jìn)行核算，再以零部件設(shè)計(jì)計(jì)算模型的協(xié)助下，獲得零部件規(guī)格、可靠度、使用時(shí)間。將設(shè)計(jì)變量作為隨機(jī)變量，在應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型協(xié)助下，確保所設(shè)計(jì)的零部件可以完成預(yù)定的可靠度指標(biāo)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是通過安全系數(shù)為基準(zhǔn)，由此可見，概率設(shè)計(jì)法具備其特有的優(yōu)勢(shì)[3]。

（1）概率設(shè)計(jì)法可以較好的確保機(jī)械產(chǎn)品的可靠度。這是由于此方法并非使用最小強(qiáng)度超過最大應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)，而是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)力及強(qiáng)度描寫透過概率分布進(jìn)行，如此便可良好抵制傳統(tǒng)方法由于強(qiáng)度及應(yīng)力并非毫無(wú)變動(dòng)而形成的設(shè)計(jì)可靠性的不足。

（2）概率設(shè)計(jì)法可以符合定量可靠度的標(biāo)準(zhǔn)。這是由于此方法預(yù)見且承認(rèn)了設(shè)計(jì)零部件會(huì)具有一些故障，且可以對(duì)產(chǎn)品故障率與可靠程度給予定量回答，而傳統(tǒng)方法并不能預(yù)測(cè)出可靠度的定量。

4.2 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法

穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法是日本著名機(jī)械設(shè)計(jì)師田口玄一提出，此方法將統(tǒng)計(jì)分析作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，為了盡量確保產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性以及最大程度提高產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)間，這則需要在設(shè)計(jì)當(dāng)中考量到制造過程以及使用過程中，外部因素的變異以及產(chǎn)品自身參數(shù)、結(jié)構(gòu)等方面的變化，且提出預(yù)見性解決方法。

此方法判斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，主要是通過產(chǎn)品對(duì)用戶形成的損失大小。損失指的是產(chǎn)品在實(shí)際功能及預(yù)期目標(biāo)相互間的差距。假如差距較大，用戶損失則越大，并且也體現(xiàn)出產(chǎn)品品質(zhì)較差。嚴(yán)格控制產(chǎn)品材料及產(chǎn)品工藝則可以有效降低偏差，以此提高產(chǎn)品品質(zhì)。穩(wěn)健性設(shè)計(jì)框圖見圖1。

圖1 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的框圖

5 結(jié)束語(yǔ)

由此可見，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)屬于持續(xù)發(fā)展的過程，會(huì)隨著科技的發(fā)展而發(fā)展，相關(guān)人士應(yīng)當(dāng)以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，持續(xù)學(xué)習(xí)心得理念，不斷研究機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，令機(jī)械產(chǎn)品可以在更長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)給予更為良好的功能服務(wù)。

[1]閆欣，肖春英，朱春來(lái)，徐東，賈建國(guó). 淺談機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)發(fā)展 [J]. 艦船防化，2011.（02）：33～37.

[2]賀鑫，韓旺，史世攀. 機(jī)械設(shè)計(jì)各個(gè)階段中可靠性包含的工作[J]. 湖南農(nóng)機(jī)，2011.（7）：34～35.

[3]張義民.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010.（14）：167～188.