機械系統(tǒng)設(shè)計中的可靠性問題分析

機械系統(tǒng)設(shè)計中的可靠性問題分析機械可靠性的提高是當(dāng)前機械行業(yè)普遍關(guān)注的話題，而設(shè)計、制造、管理則是提高可靠性的關(guān)鍵要素。文章對機械可靠性進行了介紹，并在此基礎(chǔ)上對機械可靠性的優(yōu)化設(shè)計、穩(wěn)健設(shè)計進行了深入的分析和探討。標(biāo)簽：機械可靠性設(shè)計；發(fā)展沿革；優(yōu)化設(shè)計；穩(wěn)健設(shè)計引言可靠性研究最早開始于四十年代針對電子產(chǎn)品故障的研究，經(jīng)過多年的積累與發(fā)展，電子產(chǎn)品可靠性技術(shù)體系已獲得完善并逐漸成熟起來。電子產(chǎn)品的可靠性水平日益提高，并具備豐富的工程經(jīng)驗和巨大的數(shù)據(jù)資源。近些年來，可靠性技術(shù)也逐漸應(yīng)用于機械領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要的作用。機械系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對于其可靠性的要求也逐步提高，尤其是在軍用裝備和航空領(lǐng)域，對于機械可靠性的要求更加嚴(yán)格，并成為系統(tǒng)可靠性中較為薄弱的環(huán)節(jié)。為此，非常有必要研究機械的可靠性，從而推動科技的進步與發(fā)展。對于復(fù)雜機械產(chǎn)品來說，其可靠性受到多種因素的影響，如使用條件、使用環(huán)境、維修方法、人為因素等等，屬于可修復(fù)的人機系統(tǒng)。1機械可靠性設(shè)計的概述作為最主要和最重要的技術(shù)指標(biāo)，可靠性是評判產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，并逐漸成為工程領(lǐng)域普遍關(guān)注的焦點。機械可靠性貫穿于從產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)到裝配調(diào)試的各個環(huán)節(jié)，可靠性是在概率統(tǒng)計的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，加強機械可靠性設(shè)計的推廣和應(yīng)用，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有著非常重要的意義。隨著可靠性技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，其設(shè)計方式也越來越豐富，呈多樣化的趨勢發(fā)展。數(shù)學(xué)模型法是在可靠性設(shè)計中應(yīng)用得較為廣泛的一種方式，基于實驗所獲得的數(shù)據(jù)，并充分利用了概率統(tǒng)計的原理。數(shù)學(xué)模型法可以劃分為兩部分，其中一部分所涉及的量在時間范疇內(nèi)具有可靠性質(zhì)，換句話說，即所涉及的量是遵循一定的規(guī)律的，隨著時間的變動，其疲勞壽命和損耗也將在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生變動。另外一部分為偶然因素所引發(fā)的事件結(jié)果的可靠性，偶然因素所導(dǎo)致的波動是不定期出現(xiàn)的，具有不確定性，一般來說，需要利用概率可靠性來對隨機事件進行計算。2可靠性優(yōu)化設(shè)計2.1可靠性優(yōu)化設(shè)計的基本理論任何機械產(chǎn)品，從最初的產(chǎn)品設(shè)計、方案的確定，到付諸于生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢驗，都需要一個周期。先進科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械領(lǐng)域，以及新材料、新工藝、新設(shè)備的采用，機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造無論從產(chǎn)品質(zhì)量還是生產(chǎn)周期上都產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。新知識、新思路、新理念的應(yīng)用，為機械設(shè)計注入了新鮮的血液，也使得滿足人們對于產(chǎn)品的日益提高的要求成為可能。隨著時代的發(fā)展，社會的進步，人們對于產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、服務(wù)的要求日益提升，傳統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計理念已不能適應(yīng)現(xiàn)實的要求。同時，出于經(jīng)濟的考慮，所要求的產(chǎn)品設(shè)計周期也逐漸縮短，設(shè)計強度加大，在這種形勢下，提高設(shè)計的質(zhì)量，實現(xiàn)可靠性優(yōu)化設(shè)計變得更加重要。在進行機械設(shè)計時，必須綜合考慮各種影響因素，如產(chǎn)品的使用價值、力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等。此外，生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和管理水平也是不容忽視的會影響到產(chǎn)品質(zhì)量的因素之一。當(dāng)前，如何提高設(shè)計質(zhì)量、發(fā)展設(shè)計理論、提升設(shè)計水平、縮短設(shè)計周期，已經(jīng)成為機械設(shè)計領(lǐng)域中廣大設(shè)計人員共同面對的課題。上個世紀(jì)60年代，機械優(yōu)化設(shè)計獲得了最廣闊的發(fā)展。在這一時期，計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃有機的結(jié)合起來，推動了機械優(yōu)化設(shè)計向更高的層次發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計的方法被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計領(lǐng)域，并伴隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)學(xué)規(guī)劃理念的不斷成熟，發(fā)揮著越來越重要的作用，取得了令人矚目的成果。具體來講，所謂可靠性優(yōu)化設(shè)計主要包含三個方面，即產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和可靠度?？煽啃詢?yōu)化設(shè)計從系統(tǒng)的、整體的角度對產(chǎn)品的可靠度進行分析，并對其性能進行約束與優(yōu)化，在確保產(chǎn)品性能和質(zhì)量的前提下，將產(chǎn)品的合理性和安全性有機結(jié)合，從而使得產(chǎn)品的可靠度實現(xiàn)最大化。通過可靠性優(yōu)化設(shè)計，在滿足產(chǎn)品可靠性的同時，還使得能源以及資源獲得充分的利用，避免了能源和資源的不合理使用及浪費現(xiàn)象。采用可靠性優(yōu)化設(shè)計所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，具有體積小、質(zhì)量輕的特點，并使用節(jié)能材料，順應(yīng)當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境的趨勢。對機械產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計的根本宗旨，即為了滿足安全的需要或者為了實現(xiàn)特定的預(yù)期點，通過最優(yōu)化的方式，對產(chǎn)品進行處理。在進行優(yōu)化設(shè)計時，需要考慮多種因素給產(chǎn)品性能帶來的影響，其中需要注意的兩點即結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各種載荷的隨機性。2.2近年來可靠性優(yōu)化設(shè)計發(fā)展近年來，高新科技不斷融入機械設(shè)計領(lǐng)域，許多現(xiàn)代化的設(shè)計方法和設(shè)計理念應(yīng)運而生，可靠性設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計也獲得了飛速的發(fā)展。然而從設(shè)計的角度來看，可靠性設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計是設(shè)計的兩個不同方面，而對于機械產(chǎn)品的設(shè)計來說，如果單純的考慮其中的一個方面是無法達到設(shè)計要求的。這就需要在實際的設(shè)計工作中，將兩者相結(jié)合，從而發(fā)揮其潛在的巨大作用?？煽啃栽O(shè)計不同于優(yōu)化設(shè)計，可靠性設(shè)計是以產(chǎn)品的可靠性為設(shè)計宗旨的，因此設(shè)計的結(jié)果并非其工作性能或參數(shù)的最佳點。此外，優(yōu)化設(shè)計有別于可靠性設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計并不考慮產(chǎn)品的可靠性，因此有可能導(dǎo)致事故，造成經(jīng)濟損失。另外，單純的優(yōu)化設(shè)計也無法保證產(chǎn)品在特定的時間和條件下達到預(yù)期的功能或目的。機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)通常都比較復(fù)雜，所涉及到的設(shè)計參數(shù)也非常多，而單純的可靠性設(shè)計并不十分適用于多個設(shè)計參數(shù)的系統(tǒng)設(shè)計。因此，在進行可靠性優(yōu)化設(shè)計時，要分清設(shè)計的重點以及明確設(shè)計的步驟，在保證機械產(chǎn)品可靠性的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品工作性能和設(shè)計參數(shù)的最優(yōu)化，只有這樣，才能設(shè)計出既滿足可靠性又符合最優(yōu)化性能的機械產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品性能與成本的統(tǒng)一。2.3關(guān)于可靠性的穩(wěn)健設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)贏得用戶的關(guān)鍵因素。任何一種產(chǎn)品，它的總體質(zhì)量一般可分為用戶質(zhì)量和技術(shù)質(zhì)量。前者是指用戶所能感受到、見到、觸到或聽到的體現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)劣的一些質(zhì)量特性；后者是指產(chǎn)品在優(yōu)良的設(shè)計和制造質(zhì)量下達到理想功能的穩(wěn)健性。穩(wěn)健設(shè)計作為一種低成本和高質(zhì)量的設(shè)計思想和方法，對產(chǎn)品性能、質(zhì)量和成本綜合考慮，選擇出最佳設(shè)計，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而且可以降低成本。在機械產(chǎn)品設(shè)計中，正確地應(yīng)用穩(wěn)健設(shè)計的理論與方法可以使產(chǎn)品在制造和使用中，或是在規(guī)定的壽命期間內(nèi)當(dāng)設(shè)計因素發(fā)生微小變化時都能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。3結(jié)束語綜上所述，在進行機械設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)實際情況在滿足機械可靠性的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化的目標(biāo)。充分發(fā)揮可靠性設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計的巨大潛力，達到產(chǎn)品最佳點以及最可靠點?？煽啃詢?yōu)化設(shè)計具有先進性和實用性的特點，在機械設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時還帶來了巨大的經(jīng)濟效益，其發(fā)展的前景十分廣闊。參考文獻[1]謝里陽，何雪法，李佳.機電系統(tǒng)可靠性與安全性設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.[2]閻楚良，楊方飛.機械數(shù)字化設(shè)計新技術(shù)[M]