吳品弘

廣東美的安川服務(wù)機器人有限公司

基于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計分析

吳品弘

廣東美的安川服務(wù)機器人有限公司

隨著生產(chǎn)力水平的不斷提高，機械工業(yè)也在不斷發(fā)展，機械設(shè)備在各行各業(yè)中的運用更加廣泛和頻繁，其不僅減輕了勞動者的工作量，發(fā)展，我國的工業(yè)化水平將繼續(xù)提升，為了滿足工業(yè)化發(fā)展的需求，設(shè)計和生產(chǎn)操作簡便、高效安全、經(jīng)濟環(huán)保的機械設(shè)備將是機械生產(chǎn)企業(yè)面臨的重要問題。本文從機械制造工藝合理化的角度探討了優(yōu)化機械設(shè)計的方法，以期為機械生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計和制造更符合社會需求的產(chǎn)品提供一些借鑒和幫助。

機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；可靠性設(shè)計；合理化

機械的可靠性是通過設(shè)計、制造、檢驗等各個步驟共同決定的，每一環(huán)節(jié)的工作細節(jié)都會對機械的可靠性造成一定的影響，只有在確保各環(huán)節(jié)正常運作的前提下，才能保證制造出來的機械具有可靠性?？煽啃栽O(shè)計是機械可靠性的前提、基礎(chǔ)，所以機械的設(shè)計環(huán)節(jié)是保證機械可靠性的重要前提。可靠性設(shè)計過程中，除了采用傳統(tǒng)技術(shù)，還用到了各種分析預(yù)測的手段，以保證可靠性設(shè)計的質(zhì)量。隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，可靠性設(shè)計也正在進軍電子領(lǐng)域。

1 機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計概述

機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動態(tài)設(shè)計主要是通過對機械產(chǎn)品特性進行分析，對動力模型進行建構(gòu)，并在機床設(shè)計中應(yīng)用的流程。動態(tài)化機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計，可對產(chǎn)品設(shè)計過程中存在較薄弱的項目進行查找，根據(jù)模型自身模擬狀態(tài)進行改進。在動態(tài)設(shè)計過程中應(yīng)選擇性使用有效變量信息，對初始參數(shù)及修改后參數(shù)信息進行完善并投入使用，確保機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計狀態(tài)最佳化，對機械產(chǎn)品時間設(shè)計進行強化。為確保機械產(chǎn)品動態(tài)設(shè)計符合當(dāng)下精細化產(chǎn)品設(shè)計要求，應(yīng)確保設(shè)計模型穩(wěn)定，對設(shè)計方法及產(chǎn)品設(shè)計進行規(guī)范。通過對機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計進行分析，認為與傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計相比其設(shè)計質(zhì)量全面提升，并對結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能進行保證，在降低設(shè)計成本的基礎(chǔ)上對設(shè)計效率進行提高。因此目前機械產(chǎn)品工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C械產(chǎn)品動態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用進行廣泛推廣。

2 機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品可靠性分析

在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中，質(zhì)量提高、設(shè)計理論優(yōu)化、技術(shù)改進、設(shè)計周期縮短等至關(guān)重要，以上內(nèi)容與可靠性緊密相連?？煽啃苑治鲐灤┯跈C械產(chǎn)品設(shè)計全過程，這表明可靠性分析已經(jīng)步入實用階段。目前，機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性分析研究已經(jīng)成為機械制造中的主要研究題目，大量理論文獻有力地證實機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性分析理論趨于成熟，未來將朝著以下方向發(fā)展。

2.1 機械產(chǎn)品與電子產(chǎn)品相比非標(biāo)準結(jié)構(gòu)件較多

電子產(chǎn)品中大多元器件規(guī)格及型號均相同，屬于標(biāo)準構(gòu)件，不同系統(tǒng)中可選用相同型號的元器件。但機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大多不具備通用性，不同產(chǎn)品元器件需專業(yè)設(shè)計并加重。因此機械產(chǎn)品可靠性預(yù)計工作的開展相對困難。通過對大量實驗結(jié)果及相關(guān)經(jīng)驗進行總結(jié)，認為數(shù)據(jù)是計算出機械產(chǎn)品相關(guān)零部件故障率的有效途徑，但因機械產(chǎn)品在不用應(yīng)力環(huán)境下氣自身磨損及損耗規(guī)律變化相對較大，因此很難定量對其損耗規(guī)律進行研究。

2.2 可靠性優(yōu)化設(shè)計

可靠性優(yōu)化設(shè)計也是建立在可靠性之上，這種設(shè)計模式不僅能夠更好地滿足產(chǎn)品投入使用過程中的可靠性，還能優(yōu)化產(chǎn)品外觀尺寸、加工成本以及安全性等參數(shù)，進而使產(chǎn)品預(yù)估效能更加接近實際效能。此種方法有效融合可靠性分析理論和規(guī)劃方法，以可靠度為基礎(chǔ)構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，調(diào)整機械零件的外形尺寸、成本等參數(shù)，實現(xiàn)最小化，然后以剛度、強度等設(shè)計要求充當(dāng)約束條件，構(gòu)建數(shù)學(xué)模式，參照數(shù)學(xué)模型合理選擇具體的優(yōu)化方法，最終求解最理想的設(shè)計變量。

2.3 加強綠色制造的工藝措施

在機械設(shè)計的過程中需要對設(shè)計理念進行創(chuàng)新，不斷改進設(shè)計的方案，將綠色環(huán)保觀念貫徹進去，不斷完善和更新傳統(tǒng)的設(shè)計理念，將新型的設(shè)計要求與機械設(shè)計結(jié)合起來。與此同時，在注重環(huán)境保護的同時更加不能放松對經(jīng)濟效益的要求，做到環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展同時并舉，在環(huán)境保護的基礎(chǔ)之上，促進經(jīng)濟效益的最大化。目前，產(chǎn)品的綠色開發(fā)是對產(chǎn)品提出的新要求，只有不斷對環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題進行治理，才能夠避免對周圍環(huán)境的破壞。對于設(shè)計材料的使用對于合理控制環(huán)境污染也具有一定的意義。系統(tǒng)化的綠色機械設(shè)計理念對于原材料提出了更高的要求，以期在原料選擇的源頭上將環(huán)境污染控制在最小的范圍之內(nèi)。

3 機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計

實施機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計時主要原則為遵循簡化設(shè)計、成熟設(shè)計，盡可能降低對使用人員技能的要求，在進行系統(tǒng)設(shè)計時需對產(chǎn)品各組件及相關(guān)技術(shù)成熟性、繼承性進行考慮，在高可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品提出免維護要求。機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計時需對新技術(shù)應(yīng)用的占比進行考慮，并保證新技術(shù)具有較好研究基礎(chǔ)。確保設(shè)計簡化，要求結(jié)構(gòu)簡單，減少對零部件、元器件數(shù)量以及品種的要求，最大限度降低獨立組成部分復(fù)雜程度及數(shù)量，并滿足產(chǎn)品通用化、標(biāo)準化要求。在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求在規(guī)定結(jié)構(gòu)裝配的基礎(chǔ)上對裝配精度進行滿足，要求連接具有可靠性并便于拆卸，在使用、檢測及后期維護方面均方便。避免在使用過程中因溫差變化或其他因素產(chǎn)生故障，確保緊固件具備放松動措施等。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)針對強度設(shè)計進行優(yōu)化，對應(yīng)力與強度最佳匹配狀態(tài)進行查找，要求產(chǎn)品可承受動載并對其應(yīng)力響應(yīng)及動強度進行分析、校對?？煽啃栽O(shè)計時應(yīng)對系統(tǒng)安裝的可靠性進行分析，避免因安裝設(shè)計不合理造成安裝差錯或定位困難等問題，并要求產(chǎn)品設(shè)計包含抗溫度、抗震動等相關(guān)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。

目前，我國的可靠性設(shè)計技術(shù)已經(jīng)越來越受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，機械可靠性設(shè)計技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代。從整體來看，目前我國機械可靠性研究還不成熟，投入實際應(yīng)用的作用不大，與外國發(fā)達國家差異明顯。另一方面，可靠性能使機械產(chǎn)品的性能與預(yù)測更接近，提高安全性與經(jīng)濟性，希望通過作者在文中的討論，讀者們能對目前我國機械可靠性的不足與優(yōu)點有所認識，也期待我國機械可靠性技術(shù)能有更大的發(fā)展。

[1] 卓紅艷，劉志強，金曉等. 基于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計分析[J].工業(yè)控制計算機，2013，26(3)：124-125.

[2] 張煒，馬永青，陳紹志. 基于機械制造工藝的合理化機械設(shè)計[J].時代農(nóng)機，2015(5).