探讨机械工程的可靠性优化设计

马 戟

卓成建设集团有限公司

一、机械工程设计的概述

机械工程设计是多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，同时也是一个尽可能多地利用成功经验不断创新的过程。只有把机械工程设计和可靠性相结合起来，才能更好地设计出多功能、高质量、高可靠性和低能耗的产品。机械工程设计前，首先要对机械工程设计要求进行调查与分析，从分析的要求与研究中了解机械应该具有的功能，以此作为机械工程设计的初期基础，并规定机械在设计与制造过程中的约束条件。其次需要合理进行方案设计。方案设计决定着设计的成功与失败。方案的设计不仅要符合机械自身的性能以及功能要求，更要考虑到检验者对于机械的开发与认识以及创新。

二、常用的可靠性设计方法分析

常用的可靠性设计方法主要有：(1)预防故障设计方法。其主要是通过对同类产品发生故障的相关经验从而对产品进行相应的加工，预防故障的出现或者是尽量地缩小故障发生的可能性。这是最为有效地保证产品的可靠性的方法之一。比如如果是要对机械产品的某一个部分进行预防故障设计就可以先从那部分的选材做起，要参照过去的一些产品参数，选择最为合适的材料，并且也要考虑到相应的产品维修等方面。(2)稳健性设计方法。其主要是指让产品的相关的使用性能对于产品制造过程中的会遭遇到的环境变化等有一定的抵御能力，不会随着环境的变化让其产品性能也发生变化。同时也要保证产品在保质期内都能够较大程度上地维持它的工作状态，不会轻易地丧失工作能力。这种设计方法虽然可以有效地提高产品的可靠性，但因为需要投入较大，所以比较难以实现。(3)降额设计方法。降额设计方法是通过减低产品零部件的使用应力，并使它低于产品原本标示的额定应力。从而在一定程度上减少其发生故障的概率，保证其可靠性的设计方法。因为，在过去的经验中，大部分的机械产品在低于额定应力的环境下运行，其可靠性能够到达最高的状态。但是这个方法的实施往往存在着很大的难度。因为具体要降多少最为合适并不是可以大概估算的，而是必须要通过长时间，大量的实验才能够得出最精确的数据。从而切实地保证产品的可靠性。

三、机械工程的可靠性优化设计分析

机械工程的可靠性优化设计主要体现在：(1)合理选择材料。机械工程可靠性设计过程中，根据作业内容和工种来确定材料的特性，如材料的耐腐蚀性、韧性、抗氧化程度等是否满足生产作业，同时还要避免有毒或者遇到反应就会产生有毒物质材料的选用，这些不仅会对操作人员造成身体的侵害和危险，还有可能造成更严重的事故。因此机械工程的可靠性优化设计必须合理选择材料。(2)机械工程设计环节的可靠性优化设计。机械产品设计包括整体装配设计及组装零件设计。对整机产品可将其作为一个整体进行设计，设计主要分为两种方式：第一、先对整个系统有一个大致了解，分析各个零部件的可靠性程度，并推断整体可靠性程度，这就是整体设计的可靠性预测，预测结果必须满足设计指标；第二、把整体所要求的可靠性程度指标分配到各个零件设计上，只要各个零件满足可靠性要求即可，可靠性分配方法主要有四种：等分配法、再分配法、比例分配法、综合评分分配法。在进行单个零件设计过程中，我们挑选的零件尽可能采用国家规定的标准件或已经在生产中大量使用的零件，并对重要性不同的零件分别用不同的设计方法进行设计，一些关键部件必须进行可靠性试验。对产品的可靠性应当进行反复验证和修改，直到满足可靠性设计要求为止。另外，还要进行人机系统的设计，这方面主要包括操作舒适性和适应性设计。(3)机械工程制造过程的可靠性设计。如果要保证机械产品质量，其制造环节非常关键，所以制造过程的可靠性设计便显得尤其重要，这里不仅要保证加工设备上的可靠性，更重要的是加工工艺和工艺流程上的选择。如果把产品的工艺流程看成是一个系统，那么其中任何一个工艺方案或工序相当于一个子系统。每一个子系统的可靠性设计都要考虑到各方面因素，例如：加工设备、工艺装备、加工材料及工作人员的素质等等，这样才能确定出合理的子系统可靠性指标，最后通过对这些子系统指标进行整合分析，最终经过合理手段统计出整个系统的可靠性指标。(4)机械工程使用及维修的可靠性优化设计。机械工程的生命周期内，售后维修意义非常重要。只有那些做好售后工作的单位，才能够在激烈的市场竞争中获取稳定的发展。因此要想获取稳定的发展就要认真分析售后维护工作。具体来讲，要运用逻辑分析措施，合理的制定维修策略，选取维修措施，明确其使用时间。对于机械产品来讲，它的可维修能力和可靠性有着非常多的近似点。产品的维修性能必须在对产品进行可靠性设计的时候就应当考虑到，以使得设计出的产品达到故障容易发现、故障零件易于更换的目的。当我们开展维修设计工作的时候，一定要将费用考虑到，要以最少的成本获取最高的效益，尽量地降低问题发生几率。基于可靠性理论的维修性显得尤其重要，一个合理、经济的维修规则的制定在产品设计的科学化和现代化进程中具有巨大的意义。不仅如此，在进行维修可靠性过程中，还应当考虑到标准化工具的使用、维修人员的素质、维修设备的先进性等等问题。

结束语

综上所述，随着科学技术的进步发展，人们不仅对多功能产品有强烈需求，也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。而可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的产物，其与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系，因此对机械工程的可靠性优化设计进行分析具有重要意义。

[1]田艳云.机械产品安全设计[J].中国科技纵横，2014

[2]李秀丽.有关机械工程可靠性优化设计的探讨[J].建材与装饰，2017

[3]李国臣.机械工程的可靠性优化设计研究[J].科技创新与应用，2017