械工程的可靠性优化设计分析

宋瑞伦

摘要：可靠性是评估产品质量的关键性指标，也是后续几年中功能相同或相似产品提升竞争实力的重要依托。加强机械可靠性工程的研究，是提升机械质量的理论基础，同时也迎合了机械工程技术持续发展的内在需求。本文对机械可靠性工程研究体系的设计原则、体系内容做出较详细论述，在此基础上对其发展趋向做出科学预测。本文基于机械工程的可靠性优化设计分析展开论述。

关键词：机械工程；可靠性；优化设计分析

引言

在当今社会，人们对于各类产品的质量有着极高的要求，要想使产品获得用户认可度，就必须要提升产品的可靠性。机械可靠性是指机械产品在规定的条件和时间内，完成规定功能的能力。在重要产品和日用类机械产品方面，机械可靠性更是备受关注，衡量产品的质量优劣的标准之一就是产品的可靠性，只有可靠性高的产品，才能在竞争激烈的市场环境中占据一席之地。

1机械工程可靠性优化的现状

在对该体系相关指标设计时，应参照机械设备的整体性能，实际构造、原材料、工艺流程与技术水平、时间进度、经济投入、故障类型及成因分析等要素，实现对产品全生命周期运行可靠性的分析，同时参考国际上同类或功能相似机械产品可靠性维持现状，遵照价值设计的规则，通过整体权衡后，明确产品的可靠性。

生活水平的提高使得人们对产品本身的质量提出了更高的要求，而我国的多数产品尽管目前在产品的可靠性以及综合性能上升级很快，但是整体而言因为发展时间较短还是无法与外国的企业相抗衡，尤其在机械制造的可靠性方面并不能够满足当下的需求。

目前为了不断优化机械工程的制作流程，有关部门已经出台了一整套合理的体系。而在机械工程的可靠性优化设计这一领域中，由于之前的研究大都停留在理论假设上，缺乏足够的实践引导，因此相关方面的人才相当匮乏，这样下来不利于机械工程业的长久发展。因此，对于这一领域有关部门要给予足够的重视，使其稳步地发展并取得长足的进步。

2机械可靠性的设计方法　　

研究机械可靠性基于其随机变量——应力和强度，运用概率和统计的方法定性、定量的分析产品的可靠性和失效率，需要综合考虑整体情况，选择相应的可靠性指标。强度因为受材料的力学性能、加工环节的波动和加工精度等因素的影响，也是一个具有一定离散性且服从一定分布规律的随机变量。所以，研究机械概率可靠性设计等同于研究机械结构的可靠性问题。

机械可靠性由结构可靠性和机构可靠性构成。定量可靠性设计就是掌握机械零件的强度和应力分布、各种设计参数的随机性。机械可靠性的常用有效的方法是定性可靠性设计，在结构可靠性和机构可靠性中通常也采用这种方法。而定量可靠性设计目前仍然缺乏强度和应力的分布的具体数据，还有许多其余要考虑的因素，所以这种方法并不能广泛应用，但是可以根据可靠性指标制造出符合要求的机械零件，所以一般在设计重要的零件时会采用定量可靠性设计。

3机械工程产品可靠性的优化设计要点

3.1基于产品自身性能的可靠性优化

在产品可靠性设计优化中，首先应对机械工程产品进行系统性分析，了解各个零部件对于系统整体的影响，找到关键零部件，对其做出着重优化。同时应基于整体性角度，对产品性能进行预测，判断各项设计指标能否满足实际使用需求。其次，在机械工程产品可靠性优化设计过程中，应采用指标分配方法，根据产品可靠性要求，对设计指标进行合理分配，确保各个零部件的性能指标都能够达到产品可靠性要求。具体可采用比例分配、再分配等方法，对可靠性指标进行拆解和分配。然后在单个零部件的设计和选择过程中，确保其符合分配的指标要求。最后，应通过对零部件及机械产品进行检测或试验，提升机械工程产品整体设计水平。

3.2基于产品使用需求的可靠性优化

在机械工程产品制造加工过程中，会因多方面影响因素对产品可靠性造成影响，包括零部件质量、加工精度、工艺流程合理性等。因此，在机械工程产品可靠性优化设计过程中，也需要充分考虑制造加工过程的影响因素，提前制定有针对性的应对措施。同时应通过工艺技术创新，提高机械工程产品制造水平，确保可靠性优化设计措施能够得以实现。在产品设计过程中，需要对实际制造环境进行考察，分析各个子系统的综合性能，可采用模型分析方法，对机械制造工艺的具体影响因素进行分析，并对工艺系统进行改良，从而保证产品制造过程的可靠性。通过提高产品制造工艺水平，能够确保产品实际加工质量符合使用需求。

4机械可靠性的设计原理

机械可靠性设计是以物理学研究为基础的，通过可靠性试验以及可靠性数据分析结果确定相应产品的设计参数，从而提升产品的整体性能与整体质量。在机械产品的设计阶段能够根据可靠性设计原理对机械制造需要参照的可靠性指标进行确定。而且通过机械可靠性设计还能够给对机械的主要零件以及主要部件的使用寿命和工作性能进行确定。在此基础上通过机械可靠性优化设计，就能够对机械主要零件以及主要部件的参数进行适当调整，从而提升机械产品的整体性能以及使用寿命。

根据物理指标设计，机械可靠性设计方法可以分为两种，其中一种是定性设计方法，另外一种是定量设计方法。机械可靠性定性设计方法就是指在机械设计过程中借鉴相关成功设计经验，或者以失败的经验教训为参考，提升机械设计的水平，尽量避免机械设计缺陷。具体来说，就是在机械产品设计的过程中，

首先对机械产品在实际应用中可能会出现的故障以及可能影响机械产品的因素进行综合考虑分析，之后通过机械可靠设计改进设计方案，尽量消除影响机械产品正常运行的因素。机械可靠性定量设计法主要是以应力强度干涉模型为基础，以功能失效的状态函数理论为前提条件。在机械可靠性定量设计中，将机械强度、机械应力等看作是随机变量，然后应用相应的概率方法，根据随机变量对机械产品的实效概率以及机械产品的可靠度进行计算，根据计算结果评估机械可靠性设计是否合理。

5机械工程中可靠性优化设计的应用

产品设计环节，先大致了解并且具体掌握机械制造的完整流程，同时对于每一个零部件进行可靠性分析，进而推断出整体机械工程产品的可靠性能，并且以推测结果为基础进行指标设计。进行指标分配，为了满足各个部件之间可靠性指标的要求，需要将机械制造的产品整体性能都分配到各个零部件之中。可靠性分配环节一般而言有再分配、比例分配以及等分配等多样的评分方法。对于单个零部件的设计过程，为了确保该零部件能够满足国家制定的标准规格，需要进行严格的比对和审查，确保机械工程的整体可靠性能。可靠性实验也是相当必要的，尤其是关键部位的零部件需要对其进行可靠性检测试验。对于可能出现问题的地方需要进行调整，直到其能够满足可靠性能的优化设计要求。

结束语

可靠性是评估现代产品质量的关键指标之一，可靠性工程在概率数据理论的支撑下，科学分析各种不确定因素对机械产品质量及性能产生的影响，采用“率”这一指标去产品预设功能实现的可能性。自20世纪中叶开始，人们给予了机械设备失效问题一定的关注，并对其运行可靠性展开较深入性研究，这对可靠性工程学科发展起到良好的推动作用，有利于将其提升至工业产业发展的日程中。

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