探討機(jī)械工程的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

探討機(jī)械工程的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)1產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和研究背景

1.1產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

由于各種歷史原因，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)相對(duì)西方國(guó)家相對(duì)落后，而在可靠性方面的研究更是相對(duì)滯后。直到上個(gè)世紀(jì)80年代，我國(guó)在可靠性方面的研究才有了一些成效，個(gè)別行業(yè)還有了專(zhuān)門(mén)研究可靠性的組織機(jī)構(gòu)，并培養(yǎng)了一批可靠性方面的技術(shù)性人才，制定了一系列的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。但從整體上來(lái)看，這些可靠性的研究都偏向理論，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用較少，與制造業(yè)發(fā)達(dá)的西方國(guó)家相比還存在很多的不足之處。

1.2產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的研究背景

當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，人們不僅擁有了更多的選擇產(chǎn)品的權(quán)利，而且現(xiàn)在人們更多追求產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性，所以自然出現(xiàn)了一種有關(guān)產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)，并得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造出來(lái)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也往越來(lái)越復(fù)雜的方向發(fā)展，由于高新技術(shù)不斷運(yùn)用在產(chǎn)品制造當(dāng)中及產(chǎn)品復(fù)雜性的逐漸提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度也大大超越以往。我們?cè)谠O(shè)計(jì)一種產(chǎn)品的時(shí)候，需要有一個(gè)不斷深化認(rèn)識(shí)、逐步改進(jìn)和完善的過(guò)程。剛開(kāi)始生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品在投入使用中有一個(gè)試驗(yàn)的前提，也就是說(shuō)初始產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)初試后才能投入市場(chǎng)，這是因?yàn)槌跏籍a(chǎn)品很多存在不可靠性，存在許多設(shè)計(jì)和工藝方面的缺陷。因此，一個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)商在某種產(chǎn)品生產(chǎn)初期必須通過(guò)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝規(guī)程進(jìn)行有計(jì)劃的改進(jìn)設(shè)計(jì)，以達(dá)到把故障問(wèn)題根除在萌芽狀態(tài)的目的，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平，逐步達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，于是一種可靠性設(shè)計(jì)研究便應(yīng)運(yùn)而生了

在研究可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)之前，我們必須先對(duì)產(chǎn)品的可靠性的含義有一定的了解?？煽啃钥梢赃@么定義：“產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。”定義中的“產(chǎn)品”范圍較廣，可以把某個(gè)元件當(dāng)著試驗(yàn)對(duì)象，也可以是器件、設(shè)備或系統(tǒng)，這里面甚至可以包括人的作用。

在可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中，在滿足功能、花費(fèi)、時(shí)間的前提下，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的可靠性達(dá)到足夠的滿意程度，這就是產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)涉及范圍極廣，不僅包括了一些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，還與系統(tǒng)工程、環(huán)境工程、質(zhì)量控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等有著很大的關(guān)聯(lián)。因此，它是一個(gè)集多方面學(xué)科技術(shù)于一體的現(xiàn)代化新興技術(shù)。它不但在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中有運(yùn)用，而且在初產(chǎn)品到成品的各個(gè)工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有涉及。因，可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)在軍事、航天、電子、機(jī)械等一些重要領(lǐng)域都應(yīng)用的極為廣泛，具有極為重要的作用。

2可靠性的發(fā)展過(guò)程

從人們開(kāi)始進(jìn)行可靠性技術(shù)研究起，至今已經(jīng)有將近70年的歷史。研究其發(fā)展過(guò)程，可歸納為早期研究、過(guò)程發(fā)展和國(guó)際化三個(gè)階段。

(1)早期研究階段：在第二次世界大戰(zhàn)當(dāng)中，英美的戰(zhàn)斗機(jī)和軍艦等一些軍事上重要的裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上頻繁出現(xiàn)機(jī)械故障，導(dǎo)致戰(zhàn)爭(zhēng)上的被動(dòng)，這就引起了人們開(kāi)始思考機(jī)械設(shè)備的可靠性問(wèn)題，于是有關(guān)機(jī)械可靠性的研究開(kāi)始了籌劃階段，以用來(lái)減少戰(zhàn)爭(zhēng)中的那些機(jī)械故障問(wèn)題。接著英美德等國(guó)家針對(duì)不同軍事裝備提出了相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。1942年，美國(guó)麻省理工學(xué)院在真空管的可靠性研究上取得了相當(dāng)大的成效。上述這些都表明我國(guó)在機(jī)械制造可靠性研究上已經(jīng)進(jìn)入初期研究階段，并取得了一定的成效。

(2)過(guò)程發(fā)展階段：當(dāng)機(jī)械工程可靠性研究由早期的研究階段開(kāi)始進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)成熟的研究過(guò)程階段，我們把這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為過(guò)程發(fā)展階段。在這個(gè)階段中，制造業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)的一些國(guó)家，如美國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)、日本等對(duì)可靠性開(kāi)始進(jìn)行了一些較為深入的研究工作，并在研究中獲得了很大的成功，這使得可靠性研究的未來(lái)發(fā)展方向得到了保證，使可靠性研究進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在這一過(guò)程中，可靠性研究的很多方面都得到了良好的發(fā)展和完善，例如：研究范圍已經(jīng)從原來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品過(guò)渡到電子產(chǎn)品，且范圍還在不斷的擴(kuò)大；理論研究不斷深入，已經(jīng)從原來(lái)的較為簡(jiǎn)單的產(chǎn)品研究往更復(fù)雜多變的產(chǎn)品研究階段深入，為可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3)國(guó)際化階段：可靠性研究在經(jīng)過(guò)了最初的簡(jiǎn)單研究到進(jìn)一步深入的過(guò)程發(fā)展階段，可靠性技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，它所展現(xiàn)的一些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸被世界各國(guó)所關(guān)注，許多國(guó)家已經(jīng)陸續(xù)在這方面開(kāi)展了研究工作并在人力物力上作出了很大的投入，使得可靠性研究開(kāi)始了國(guó)際化進(jìn)程?？煽啃约夹g(shù)的國(guó)際化主要體現(xiàn)在各種國(guó)際學(xué)術(shù)組織的確立、國(guó)際可靠性和可維護(hù)性技術(shù)委員會(huì)的成立。

3可靠性設(shè)計(jì)在機(jī)械中的應(yīng)用

產(chǎn)品的可靠性在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用周期內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都具有重要的作用，這些環(huán)節(jié)包括：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品使用、售后維修等等。

3.1設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括整體裝配設(shè)計(jì)及組裝零件設(shè)計(jì)。對(duì)整機(jī)產(chǎn)品可將其作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要分為兩種方式：(1)先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)大致了解，分析各個(gè)零部件的可靠性程度，并推斷整體可靠性程度，這就是整體設(shè)計(jì)的可靠性預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果必須滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)；(2)把整體所要求的可靠性程度指標(biāo)分配到各個(gè)零件設(shè)計(jì)上，只要各個(gè)零件滿足可靠性要求即可，可靠性分配方法主要有四種：等分配法、再分配法、比例分配法、綜合評(píng)分分配法。在進(jìn)行單個(gè)零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們挑選的零件盡可能采用國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)件或已經(jīng)在生產(chǎn)中大量使用的零件，并對(duì)重要性不同的零件分別用不同的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，一些關(guān)鍵部件必須進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。對(duì)產(chǎn)品的可靠性應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和修改，直到滿足可靠性設(shè)計(jì)要求為止。另外，還要進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這方面主要包括操作舒適性和適應(yīng)性設(shè)計(jì)。3.2制造過(guò)程的可靠性設(shè)計(jì)

一個(gè)產(chǎn)品，如果要保證其質(zhì)量，那么制造環(huán)節(jié)是最大的關(guān)鍵，所以制造過(guò)程的可靠性設(shè)計(jì)便顯得尤其重要，這里我們不僅要保證加工設(shè)備上的可靠性，更重要的是加工工藝和工藝流程上的選擇。如果把產(chǎn)品的工藝流程看成是一個(gè)系統(tǒng)，那么其中任何一個(gè)工藝方案或工序相當(dāng)于一個(gè)子系統(tǒng)。每一個(gè)子系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)都要考慮到各方面因素，例如：加工設(shè)備、工藝裝備、加工材料及工作人員的素質(zhì)等等，這樣才能確定出合理的子系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，最后通過(guò)對(duì)這些子系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行整合分析，最終經(jīng)過(guò)合理手段統(tǒng)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

3.3使用及維修的可靠性設(shè)計(jì)

維修在一個(gè)產(chǎn)品的壽命周期中占有舉足輕重的作用，一個(gè)在售后上有著良好口碑的公司必然有著光明的前景，所以公司在產(chǎn)品整個(gè)周期內(nèi)必須認(rèn)真的對(duì)待售后維修問(wèn)題，采用邏輯分析決斷法，科學(xué)地制定維修內(nèi)容和優(yōu)選維修方式，制定出合理的使用壽命周期。

機(jī)械產(chǎn)品的可維修性與可靠性具有很大的相似性，可維修性也是產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)之一。產(chǎn)品的維修性能必須在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)當(dāng)考慮到，以使得設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品達(dá)到故障容易發(fā)現(xiàn)、故障零件易于更換的目的。產(chǎn)品在進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到維修費(fèi)用問(wèn)題，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮到以最低費(fèi)用換取更高的可靠性水平，盡可能減少故障發(fā)現(xiàn)時(shí)間。因此，基于可靠性理論的維修性顯得尤其重要，一個(gè)合理、經(jīng)濟(jì)的維修規(guī)則的制定在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)化和現(xiàn)代化進(jìn)程中具有巨大的意義。不僅如此，在進(jìn)行維修可靠性過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)考慮到標(biāo)準(zhǔn)化工具的使用、維修人員的素質(zhì)、維修設(shè)備的先進(jìn)性等等問(wèn)題。

4我國(guó)機(jī)械工程可靠性研究目前所存在的不足

可靠性發(fā)展史，就是不可靠教訓(xùn)史。當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)產(chǎn)品要求越來(lái)越高，于是產(chǎn)品的可靠性便顯得越加重要，如今的產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)水平已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)很高的層次，發(fā)展觀念也不斷更新，這是一個(gè)產(chǎn)品制造的全新的階段?？煽啃栽O(shè)計(jì)迅猛的發(fā)展，這是當(dāng)前主流，但也有存在一些不足之處：一方面可靠性尚未得到我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)的足夠重視，很多企業(yè)覺(jué)得可靠性研究無(wú)關(guān)緊要，不影響產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，于是造成企業(yè)內(nèi)部研究可靠性設(shè)計(jì)的人才很少、管理比較混亂、對(duì)可靠性認(rèn)識(shí)不夠清晰等，這些存在的問(wèn)題對(duì)可靠性的發(fā)展極其不利；另一方面國(guó)內(nèi)教育部門(mén)在可靠性研究方面設(shè)置的課程很少，可靠性設(shè)計(jì)研究還沒(méi)形成一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。因此，可靠性研究在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，必須引起有關(guān)部門(mén)給予高度重視。

4.1國(guó)內(nèi)教育部門(mén)大多未設(shè)置可靠性研究方面的課程

經(jīng)調(diào)查分析，我國(guó)目前只有為數(shù)很少的高等院校有設(shè)置可靠性研究方面的課程，絕大多數(shù)院校都沒(méi)有這方面的相關(guān)課程，這就造成了我國(guó)可靠性研究人才的大量缺乏。可靠性研究在現(xiàn)代制造業(yè)中具有很重要的作用，它不僅應(yīng)當(dāng)是一門(mén)系統(tǒng)科學(xué)，而且應(yīng)當(dāng)作為一門(mén)獨(dú)立式學(xué)科。目前，很多企業(yè)開(kāi)始尋求可靠性研究方面人才，但卻很難招募到這方面的人才，所以這應(yīng)當(dāng)引起當(dāng)今教育界的足夠重視，及時(shí)設(shè)立一些可靠性研究方面的課程，聘請(qǐng)一些專(zhuān)家教授進(jìn)行授課，為我國(guó)未來(lái)的工業(yè)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

4.2國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)可靠性研究不夠重視

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)很多企業(yè)對(duì)可靠性研究并未足夠重視，覺(jué)得可靠性研究可有可無(wú)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)制造產(chǎn)生不了多大影響。但是，一些國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家都把可靠性研究作為生產(chǎn)上的重要部分，如果我們國(guó)內(nèi)企業(yè)還對(duì)可靠性研究不夠重視，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)上輸給對(duì)手，從而徹底喪失與之競(jìng)爭(zhēng)的能力?？煽啃允莻€(gè)系統(tǒng)工程，它涉及廣泛且較為復(fù)雜，沒(méi)有一個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)統(tǒng)籌考慮和貫徹實(shí)施，是無(wú)法使產(chǎn)品可靠性得到保障。因此，我國(guó)企業(yè)不僅要開(kāi)始重視可靠性研究，而且應(yīng)當(dāng)成立相關(guān)獨(dú)立研究部門(mén)，進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)研究及可靠性試驗(yàn)，從而確保產(chǎn)品在各環(huán)節(jié)上的可靠性，使得產(chǎn)品質(zhì)量往更高的水平發(fā)展，從而可以在國(guó)際上占有足夠的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為了企業(yè)的未來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該開(kāi)始足夠的重視起產(chǎn)品的可靠性研究，才能加厚自身競(jìng)爭(zhēng)資本，這是時(shí)代的呼喚，也是歷史的強(qiáng)音。

5總結(jié)

可靠性指標(biāo)在一般的優(yōu)化設(shè)計(jì)中是沒(méi)有考慮的，所以不足以反映產(chǎn)品的真實(shí)性及可靠性，而可靠性設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)