探析机械工程的可靠性优化设计

探析机械工程的可靠性优化设计

杨秀江

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司

摘要：社会经济的迅速发展，科学技术猛进，人们对的要求也越来越高，使用的设备要求功能多样化，产品不但要有质量保证，而且还应该具有可靠性。可靠性产品的生产和设计也逐渐映入人们的眼帘，并在各行业中得到广泛的应用与发展。

关键词：机械工程；可靠性；优化设计

引言

改革开放后，我国社会主义市场经济得到快速发展，工业机械化水平越来越高。目前机械工程在经济建设的各领域都有十分重要的作用，是国民经济得到发展的重要因素，因此应重视对机械工程可靠性的优化设计。本文以电器可靠性为例，对机械工程可靠性设计进行研究，以期为机械制造企业提供借鉴。

一、可靠性设计在机械中的应用

1.1设计环节的可靠性设计

机械产品设计包括两个方面，一个是整体装配设计，一个是组装零件设计。对整个产品可以被当做一个整体设计，具体有两种设计方法：一种是先对产品的整个系统进行全面了解，并对产品每个零件的可靠性进行细致分析，推测出整个产品的可靠性，必须保证整体设计可靠性能满足相关设计标准；一种是把对整体可靠性的分析分别落实到各零件设计中，当零件可靠性设计满足相关指标，就能保证整个产品的可靠性。在进行单个零件设计时，应选择使用那些符合国家相关规定的或在市面上大量使用的零件，还要对不同重要性的零件使用不同的设计方法，特别是关键部位的零件一定要进行可靠性测试。为保证产品的质量和可靠性，应多次进行测试直到达到标准。

1.2制造过程的可靠性设计

制造环节是保证整个产品质量的关键，必须重视对制造环节的可靠性设计。在进行制造环节可靠性设计时，不仅要重视对加工设备的可靠性设计还要重视加工工艺和流程的科学选择。若把整个产品加工过程理解为一个系统，那么加工中的任何一个工艺与流程都是系统中的子系统。针对每个子系统的可靠性设计都应全方位考虑，才能保证子系统的可靠性满足相关规定要求，这些子系统通过科学的组装整理，形成一个完整整体。然后由专业人员通过科学的统计方法来计算出整体可靠性指标。

1.3使用及维修的可靠性设计

维修在一个产品寿命周期中占有举足轻重的作用，一个在售后上有良好口碑的公司必然有光明前景，因此公司在产品整个周期内必须认真对待售后维修问题，采用逻辑分析决断法，科学制定维修内容和优选维修方式，制定出合理的使用寿命周期。

二、电器可靠性特征参数

为了定量评价电器产品可靠性的高低，规定产品的可靠性特征参数。电器产品可分为可修复产品和不可修复产品两大类。可修复产品指产品发生故障后，可修复并能继续使用；不可修复产品指产品发生故障后，不能修复或不值得修复。电器中的断路器、容量较大的接触器等通常为可修复产品；小容量接触器、控制继电器、小型继电器等通常为不可修复产品。产品的可靠性特征参数随产品是否可修复而有所不同。不可修复产品的可靠性特征参数有：①可靠度：产品在规定条件下与规定时间内完成规定功能的概率。②累积失效概率：产品在规定条件下和规定的时间内丧失规定功能的概率。③失效率：已工作到t时刻的产品在该时刻后的单位时间内失效（指丧失规定的功能）的概率，其近似等于t时间后单位时间内的产品失效数与t时刻尚在工作的产品数之比。④平均寿命：产品发生失效前的平均工作时间，通常记作MTTF。⑤可靠寿命：产品可靠度减小到给定值R时所需的工作时间。⑥中位寿命：产品可靠度减到0.5时所需的工作时间。可修复产品的可靠性特征参数有：①可靠度：产品在规定条件下和规定时间内不发生故障的概率。②平均寿命（即平均无故障工作时间）：相邻两次故障间工作时间的平均值，通常记作MTBF。③故障率：已工作到t时刻的产品在该时刻后的单位时间内发生故障的概率。④平均修复时间：每次故障后所需维修时间的平均值，通常记作MTTR。⑤维修度：产品在规定的条件下和规定的时间内完成维修的概率。⑥修复率：修理时间已达到τ的产品在该时间后的单位时间内完成修复的概率。⑦时间有效度：产品的可工作时间与其不能工作时间之和的比值。

三、电器可靠性设计

事先考虑可靠性的一种设计方法。是保证产品可靠性的一个重要环节。对继电器、小容量接触器等不可修复的电器产品，其可靠性设计方式有以下两种：①事先未规定产品的可靠性指标，先采用常规设计方法设计几种能满足性能和费用要求的方案，根据产品零部件的可靠性数据预测各种设计方案的可靠性，择优定案。②事先规定产品的可靠性指标，首先进行可靠性分配，再进行可靠性技术设计，并同时考虑性能及费用要求，然后进行产品的可靠性预测。若预测出的产品可靠性未达到事先规定的指标，则要进行可靠性分析，找出产品可靠性的薄弱环节并加以改进，使之达到预先规定的可靠性指标。

不可修复电器产品的可靠性设计内容主要有：①产品的可靠性技术设计，包括结构简单化、尽量采用标准化零部件、电子元器件的降额使用、选用高可靠零部件、采用冗余设计（也称储备设计，指把若干功能相同的单元作为备份，以提高整个产品可靠性的一种设计方法）、进行人－机工程设计（尽量减小人的因素造成产品故障的一种设计方法）、进行耐环境设计及机械构件的可靠性设计。②可靠性预测。在产品的设计阶段，根据产品所选用零部件的可靠性数据来计算产品的可靠性参数。③可靠性分配。根据事先规定的产品可靠性指标，制订出产品各组成单元（元件或零部件）的可靠性指标。④可靠性分析。目前广泛使用的分析方法有故障树分析法、故障模式和后果分析法、故障模式后果和危险度分析法。故障树分析法，简称FTA法。它把产品最不希望发生的故障状态称为顶端事件，将其作为故障分析的目标，然后找出导致顶端事件出现的次级事件以及导致次级事件出现的各种更小的事件，并以顶端事件为树根、各个次级事件为树干、各个更小的事件为树枝，按顶端事件与各次级事件及各更小的事件的逻辑关系画成一个树状的图形。这种图形称为故障树，用它可进行可靠性的定性分析，找出产品可靠性的薄弱环节，也可用它对产品可靠性作定量计算。故障模式和后果分析法，简称FMEA法。它通过列举每个组成单元可能的故障模式来查清其对产品的影响，是一种归纳方法。FMEA法与危险度分析相结合称为故障模式后果和危险度分析法，简称FMECA法。FMECA法也是一种归纳方法。

结束语：可靠性设计方法在机械产品设计制造过程中所要考虑的因素要全面，若独立进行可靠性标准分析，产品在质量就得不到提高。因此，在机械产品制造设计过程中安全分析生产各环节和零件部件的可靠性，这些考虑因素在机械业逐步发展中得到不断的完善与改进。

参考文献

[1]张立博.探讨机械工程的可靠性优化设计[M].工程技术与产业经济，2012（03）：63-64

[2]许鹏辉，韩青.机械工程可靠性优化设计[M].林业机械与木工设备，2012（05）：413-414