殷春雷

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江佳木斯154003）

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)

殷春雷

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江佳木斯154003）

機(jī)械在設(shè)計(jì)的過(guò)程中相對(duì)存在著一定的復(fù)雜性以及在某些方面上存在著一定的難度。這不單單是因?yàn)樗且粋€(gè)系統(tǒng)性的領(lǐng)域，更因?yàn)樵谑袌?chǎng)化的今天，眾多機(jī)械產(chǎn)品的使用都對(duì)可靠性提出了更高的要求。結(jié)合機(jī)械可靠性的發(fā)展現(xiàn)狀，講述常用的可靠性的設(shè)計(jì)方法，闡明了機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。

機(jī)械可靠性；機(jī)械設(shè)計(jì)；概率設(shè)計(jì)法；穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法

近些年，隨著我國(guó)技術(shù)手段的不斷提高，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及要求也有了很大的提高。而確保機(jī)械可靠性也成為科學(xué)研究人員的一項(xiàng)重要課題。其實(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性主要還是由最初的設(shè)計(jì)決定的，因此我們的機(jī)械設(shè)計(jì)人員在對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要考慮到結(jié)構(gòu)的可靠性。相對(duì)于機(jī)械的可靠性來(lái)說(shuō)，我們的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平與西方的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間還是存在很大差異的。從整體來(lái)看，我國(guó)的設(shè)計(jì)還處于較低的水平，而要在短時(shí)間能迎頭趕上，使我國(guó)的機(jī)械行業(yè)快速、健康的發(fā)展，就必須提高機(jī)械的可靠性能，提升設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)水平。較高的可靠性不僅可以增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提高。為此，深入研究機(jī)械可靠性技術(shù)是勢(shì)在必行的。

1 機(jī)械可靠性概述及發(fā)展現(xiàn)狀

我們?cè)诩訌?qiáng)可靠性研究之前，首先要了解什么是機(jī)械的可靠性?？煽啃灾饕侵改骋划a(chǎn)品在特定的工作條件下，能夠在規(guī)定的任務(wù)范圍內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。西方國(guó)家最早在20世紀(jì)20年代的時(shí)候就對(duì)機(jī)械的可靠性技術(shù)進(jìn)行了研究，而到了20世紀(jì)40年代的時(shí)候，西方的很多國(guó)家都已經(jīng)將可靠性技術(shù)運(yùn)用在了結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)當(dāng)中，并且使用的最終效果是非常明顯的。可靠性這一技術(shù)主要依賴的是概率統(tǒng)計(jì)理論和隨機(jī)過(guò)程理論，通過(guò)對(duì)不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，來(lái)達(dá)到結(jié)構(gòu)系數(shù)可靠評(píng)估的目的。隨著研究人員對(duì)可靠性技術(shù)的深入研究以及可靠性技術(shù)在產(chǎn)品中的實(shí)踐研究，所有的研究人員都認(rèn)為，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是保證機(jī)械可靠性的決定性因素，而機(jī)械的制造和安裝管理才是機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐。所以，我們的研究人員為了進(jìn)一步提高機(jī)械的可靠性，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，可靠性的應(yīng)用就顯得非常的重要。正是在這樣的大背景下，機(jī)械可靠性的研究才得到飛速的發(fā)展。

近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)可靠性技術(shù)研究的不斷深入，在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了較好的成績(jī)，積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且出版了具有較高價(jià)值的專業(yè)著作、學(xué)術(shù)論文以及教學(xué)教材。但是和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)可靠性技術(shù)的研究還處于初步探索階段，管理體系上還沒(méi)有完整完善的管理體制，設(shè)計(jì)技術(shù)也還沒(méi)完全推廣到實(shí)際應(yīng)用中?？梢哉f(shuō)，我國(guó)可靠性技術(shù)的整體水平還處于初級(jí)階段。造成這些問(wèn)題的原因有很多的方面，比如我國(guó)對(duì)于可靠性的研究起步較晚，設(shè)計(jì)人員對(duì)于設(shè)計(jì)方法的理解水平較低，企業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，等等。就是如此多的原因，最終導(dǎo)致我國(guó)雖然是機(jī)械制造大國(guó)，但不是機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)。

2 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的常用方法

2.1 概率設(shè)計(jì)法

機(jī)械可靠性的概率設(shè)計(jì)方式是設(shè)計(jì)機(jī)械零部件的方法之一。我們的研究人員首先是對(duì)機(jī)械原材料的性能和強(qiáng)度進(jìn)行科學(xué)合理的概率分布，然后再對(duì)其進(jìn)行必要的模型化計(jì)算，最后根據(jù)模型計(jì)算出的數(shù)據(jù)，得出所要設(shè)計(jì)的零部件的相應(yīng)尺寸、使用壽命以及可靠度等。將設(shè)計(jì)變量作為隨機(jī)變量，在相應(yīng)模型的幫助下，設(shè)計(jì)出可以達(dá)到預(yù)期可靠性要求的零部件，這是概率設(shè)計(jì)法的核心。概率設(shè)計(jì)法改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中以安全系數(shù)為基礎(chǔ)的局面，它有自身獨(dú)到的優(yōu)越性：第一，概率設(shè)計(jì)法是通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)分布的方法對(duì)機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)力和強(qiáng)度進(jìn)行的描述，這樣就能夠更好的保障產(chǎn)品的可靠性。第二，該法可以實(shí)現(xiàn)定量化可靠度的要求，這是因?yàn)樵摲椒ㄔ谝欢ǔ潭壬弦呀?jīng)承認(rèn)了設(shè)計(jì)的零部件因?yàn)橥庠诘脑驎?huì)產(chǎn)生或大或小的故障，并且還可以對(duì)產(chǎn)生故障的故障率和可靠程度進(jìn)行定量化的回答。

2.2 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法

日本著名的機(jī)械設(shè)計(jì)師田口玄一先生是穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法的提出者。該方法是以統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)，目的是為了進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，這樣也就能夠最大程度上延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，因此也就要求我們的設(shè)計(jì)人員要考慮到產(chǎn)品在實(shí)際的制造中因各項(xiàng)外部環(huán)境變異或者產(chǎn)品本身的參數(shù)、結(jié)構(gòu)等因素的變化導(dǎo)致的各種各樣問(wèn)題，并對(duì)提前預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行提前解決。該方法主要是通過(guò)機(jī)械產(chǎn)品對(duì)用戶所造成的損失的大小來(lái)衡量機(jī)械產(chǎn)品可靠性的。這里的損失是指產(chǎn)品實(shí)際完成的目標(biāo)與預(yù)期需要完成的目標(biāo)的偏差。為了有效的減少偏差，提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，保證產(chǎn)品的穩(wěn)健性和抗干擾性，可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中所選的生產(chǎn)材料和所要完成的生產(chǎn)工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制把關(guān)。

該方法雖然有它的可取之處，但是存在有明顯的缺陷，就是該方法理論上可以達(dá)到，但是實(shí)際操作中卻很難實(shí)施，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)適用性較差。

3 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，各種新型的機(jī)械產(chǎn)品不斷問(wèn)世，新的生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)材料如同雨后春筍般，蓬勃發(fā)展，這使得市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出的要求越來(lái)越高。用戶對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的期待也越來(lái)越高，人們?cè)絹?lái)越看重產(chǎn)品的質(zhì)量、性價(jià)比等一系列綜合性性能。反之，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)而言，只有不斷的提升設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量，減低成本，在保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能的同時(shí)，最大化的縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間，這樣才能滿足市場(chǎng)的需求。因此，在當(dāng)今社會(huì)，要想讓企業(yè)擁有更高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，讓機(jī)械制造業(yè)更快、更健康的發(fā)展，就必須重視對(duì)機(jī)械可靠性技術(shù)的研究，不斷的完善設(shè)計(jì)理念，最終達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率和提升設(shè)計(jì)效果的目的。而數(shù)學(xué)規(guī)劃和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，為優(yōu)化機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)提供了有力的支撐，有效地解決了許多復(fù)雜的問(wèn)題，極大的促進(jìn)了機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展不僅直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的發(fā)展，也影響到國(guó)計(jì)民生和國(guó)防力量的加強(qiáng)，而機(jī)械可靠性是機(jī)械制造業(yè)內(nèi)部的必要素質(zhì)支撐基礎(chǔ)，因此政府和企業(yè)必須加大對(duì)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)研究的重視力度。我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平還處于較低水平，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，只有加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品可靠性的研究，才能增強(qiáng)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，才能使我國(guó)的機(jī)械行業(yè)快速、健康的發(fā)展。

［1］張義民，賀向東，劉巧伶，等.任意分布參數(shù)的機(jī)械零件的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)（二）:軸［J］.工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2004，（05）:59-61..

［2］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)可靠性工程分會(huì)2004年學(xué)術(shù)交流會(huì)介紹［C］//2004年全國(guó)機(jī)械可靠性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2004.

［3］徐燕申，陳永亮，牛文鐵，黃艷群.基于創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品快速響應(yīng)設(shè)計(jì)/制造的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2003，（02）:69.

［4］徐燕甲，陳永亮，牛文鐵，黃艷群.基于創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品快速響應(yīng)設(shè)計(jì)/制造的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2002，（06）：88-90.

［5］孫偉，高連華，姚新民，等.機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)方法研究［C］//2006年全國(guó)機(jī)械可靠性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2006.

［6］魏純超.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)［J］.黑龍江科學(xué)，2016，（10）:48-49.

Connotation and progressiveness of mechanical reliability design

YINChun-lei
（Jiuyi Global Jiamusi MiningEquipment Co.，Ltd.，Jiamusi 154003，China）

There are some relative complexity and a certain degree of difficulty in mechanical design process.It not only because it is a systemic field，but also because mechanical products have higher requirements on reliability.Combined with the development status of mechanical reliability，this paper introduced some common design methods of reliability，and expounded the connotation of mechanical reliability design.

Mechanical reliability；Machine design；Probabilistic design method；Robust design method

TH 122

B

1674-8646（2016）13-0013-02

2016-05-05