機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與發(fā)展

鄒騰

摘 要：文章通過(guò)對(duì)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)涵以及可靠性技術(shù)的流程簡(jiǎn)要闡述，對(duì)機(jī)械可靠性發(fā)展的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)其可靠性發(fā)展進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械可靠性；內(nèi)涵；發(fā)展

引言

機(jī)械的可靠性是通過(guò)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等各個(gè)步驟共同決定的，每一環(huán)節(jié)的工作細(xì)節(jié)都會(huì)對(duì)機(jī)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(yùn)作的前提下，才能保證制造出來(lái)的機(jī)械具有可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)是機(jī)械可靠性的前提、基礎(chǔ)，所以機(jī)械的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是保證機(jī)械可靠性的重要前提?？煽啃栽O(shè)計(jì)過(guò)程中，除了采用傳統(tǒng)技術(shù)，還用到了各種分析預(yù)測(cè)的手段，以保證可靠性設(shè)計(jì)的質(zhì)量。隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，可靠性設(shè)計(jì)也正在進(jìn)軍電子領(lǐng)域。在應(yīng)用可靠性理論設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)選用合理的設(shè)計(jì)方法。

1 機(jī)械可靠性內(nèi)涵

機(jī)械的可靠性是指機(jī)械產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下，在一定時(shí)間內(nèi)能夠使使用效果達(dá)到預(yù)期的效果。但是由于工程材料的特性以及工程測(cè)量、事后加工、安裝誤差等因素影響，使設(shè)計(jì)出的機(jī)械成品的使用能力具有不確定性，這種隨機(jī)性的因素對(duì)機(jī)械可靠性的影響極為重要?？煽啃约夹g(shù)理論起源于20世紀(jì)20年代，應(yīng)用于20世紀(jì)40年代，最早是應(yīng)用在二戰(zhàn)末德國(guó)V-Ⅱ火箭的誘導(dǎo)裝置上，參加研究的人員提出了利用概率乘積法則，將一個(gè)系統(tǒng)的可靠度看成該系統(tǒng)的子系統(tǒng)可靠度乘積的理念，而這也是機(jī)械可靠性理論的雛形。可靠性的快速發(fā)展是在《結(jié)構(gòu)的安全度》一文發(fā)表后開(kāi)始的，自從該文發(fā)表以來(lái)，結(jié)構(gòu)可靠性在學(xué)術(shù)界引起了諸多專業(yè)人士的重視。

隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展對(duì)于機(jī)械質(zhì)量的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品的可靠性成為世界工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)?？煽啃缘暮饬繕?biāo)準(zhǔn)是可靠度，在距離可靠性理論提出近半個(gè)世紀(jì)的今天，可靠性技術(shù)已有了很大程度上的提高，諸多電子產(chǎn)品的可靠性已經(jīng)比較成熟，而機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)還有待提高。近幾年，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注機(jī)械可靠性的發(fā)展問(wèn)題，并取得了一定的成績(jī)，但是由于可靠性涵蓋面太廣、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很缺乏等問(wèn)題，導(dǎo)致我國(guó)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)用并不成熟。

機(jī)械可靠性是一門邊緣性的學(xué)科，涵蓋面廣，涉及的領(lǐng)域多，可將多門學(xué)科的知識(shí)緊密結(jié)合，融會(huì)貫通，形成一門全新的設(shè)計(jì)方法?？紤]到實(shí)用性等問(wèn)題，機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)方法更接近傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，這種方法的運(yùn)用能明顯地提高機(jī)械運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于我國(guó)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量提高具有重要作用。

2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)發(fā)展

2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)可靠性理論的研究開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)60年代，但是多數(shù)精力放在對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性研究方面，對(duì)于機(jī)械可靠性研究起步較晚直到80年代才開(kāi)始發(fā)展。機(jī)械可靠性在我國(guó)開(kāi)始發(fā)展以后，相繼成立了多個(gè)可靠性研究協(xié)會(huì)，制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與制度，并取得一定的成績(jī)。

我國(guó)研究機(jī)械可靠性的相關(guān)人員先后提出了一些觀點(diǎn)，如趙國(guó)藩等建立了廣義隨機(jī)空間的概念，分析隨機(jī)變量相關(guān)性的結(jié)構(gòu)可靠度，擴(kuò)大了現(xiàn)有可靠度計(jì)算方法的適用范圍，還研究了使用原始空間來(lái)分析可靠性，由于這種方法自身的特點(diǎn)，適用于隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)不存在顯式時(shí)可靠度的計(jì)算。此后又同李云貴提出了4階矩法來(lái)計(jì)算可靠度，這種算法的提出提高了可靠度計(jì)算的精確度。

總體而言，可靠度的設(shè)計(jì)理論多，但是實(shí)際運(yùn)用少，部分研究成果運(yùn)用的實(shí)際效果不佳，與外國(guó)取得的成果投入使用水平有較大差距。由于我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)本身與外國(guó)存在差距，造成了目前我國(guó)可靠性研究滯后的現(xiàn)狀。

2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)是可靠性研究起步較早的國(guó)家之一，其對(duì)機(jī)械可靠性的研究也處于領(lǐng)先地位。美國(guó)亞利桑那大學(xué)教授對(duì)機(jī)械零件可靠性概率設(shè)計(jì)方法有深入研究，并對(duì)機(jī)械故障的設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)、故障進(jìn)行研究，對(duì)于美國(guó)的可靠性數(shù)據(jù)收集和分析做出了巨大貢獻(xiàn)，并通過(guò)總結(jié)研究成果，編制可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè)。這些手冊(cè)和指南的編訂對(duì)于其國(guó)家研究可靠性設(shè)計(jì)方案發(fā)揮了巨大作用。

日本可靠性設(shè)計(jì)研究的體系引自美國(guó)，但是由于后來(lái)日本對(duì)可靠性的深入研究，形成了一套與美國(guó)完全不同的可靠性研究體系。日本對(duì)于機(jī)械可靠性的研究重視實(shí)際用途，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)，分析相關(guān)理論，并通過(guò)不斷的實(shí)地實(shí)驗(yàn)，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析與改進(jìn)，不斷地改進(jìn)可靠性研究設(shè)計(jì)方案，使得可靠性的實(shí)用性得到很大的提升。在工程應(yīng)用方面，重視可靠性試驗(yàn)與故障診斷等，并善于從失效產(chǎn)品中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

前蘇聯(lián)的可靠性理論吸取了美國(guó)的部分優(yōu)點(diǎn)，雖然不及美國(guó)可靠性理論體系詳細(xì)，卻也彌補(bǔ)了美國(guó)的不足之處，加上前蘇聯(lián)對(duì)于可靠性研究的重視，其可靠性在當(dāng)時(shí)就得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。前蘇聯(lián)重視機(jī)械產(chǎn)品可靠性和壽命，將其作為科技發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)之一，并發(fā)布了一系列國(guó)家可靠性標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)人員認(rèn)為可靠性技術(shù)的主要內(nèi)容是預(yù)測(cè)，并在預(yù)測(cè)規(guī)定的條件下使用產(chǎn)品，其可靠性研究的方向主要有兩個(gè)，一是靠數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和方法和使用信息的統(tǒng)計(jì)技術(shù)進(jìn)行處理技術(shù)，還要保證復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性技術(shù)；二是適用于機(jī)械制造行業(yè)，使用多方面的設(shè)計(jì)技術(shù)，以此保證可靠性的工藝發(fā)展。

英國(guó)對(duì)于可靠性的研究，成立了可靠性研究小組，并總結(jié)匯編了可靠性指南，從失效模式、使用環(huán)境、實(shí)驗(yàn)難度等多個(gè)方面說(shuō)明了可靠性應(yīng)用的重點(diǎn)，提出可靠性評(píng)估方法。其重視可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集，通過(guò)歐洲委員會(huì)的支持，成立了歐洲可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)會(huì)，其數(shù)據(jù)豐富，協(xié)作網(wǎng)遍及歐洲各國(guó)。

3 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的一般流程

眾所周知，可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，隨著人們對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，我國(guó)對(duì)于可靠性研究越來(lái)越重視。近年來(lái)，機(jī)械可靠性受到工程技術(shù)人員的重視。實(shí)踐證明，機(jī)械可靠性存在于設(shè)計(jì)、制造和使用三個(gè)階段。設(shè)計(jì)水平?jīng)Q定了產(chǎn)品的可靠性水平，制造和使用是體現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)的流程為：先要進(jìn)行產(chǎn)品定義，分析收集相似產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)，擬定載荷譜以及載荷條件，明確維修方案及維修、保障要求等，可靠性定量要求，初步設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品耐久性預(yù)計(jì)，設(shè)計(jì)綜合檢查，設(shè)計(jì)結(jié)果輸出。

可靠性設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響機(jī)械可靠性。只有環(huán)環(huán)緊扣，才能保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品的可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代。從整體來(lái)看，目前我國(guó)機(jī)械可靠性研究還不成熟，投入實(shí)際應(yīng)用的作用不大，與外國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家差異明顯。另一方面，可靠性能使機(jī)械產(chǎn)品的性能與預(yù)測(cè)更接近，提高安全性與經(jīng)濟(jì)性，希望通過(guò)作者在文中的討論，讀者們能對(duì)目前我國(guó)機(jī)械可靠性的不足與優(yōu)點(diǎn)有所認(rèn)識(shí)，也期待我國(guó)機(jī)械可靠性技術(shù)能有更大的發(fā)展。

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