机械设计制造中可靠性优化设计分析

机械设计制造中可靠性优化设计分析

刘阳辉

广东瑞仕格科技有限公司 广东佛山 528311

摘要：随着社会经济的不断发展，人们的生活水平得到极大地提升，在讲究高质量的产品和服务的同时还越来越重视生产和工作效率的提升，因此，为了满足人们越来越多的要求，可靠性的产品设计和生产成为各个企业发展和研究的重点问题。基于此，本文针对机械设计制造中可靠性优化设计进行探讨分析，以供参考。

关键词：机械设计制造；可靠性；优化设计；分析

引言

可靠性是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。机械系统的可靠性设计包含了系统级的可靠性设计和零部件级的可靠性设计。设计人员的观念从以往重视产品性能逐渐向产品的可靠性维修性方面发展。因为可靠性和维修性往往决定着产品性能发挥的有效性。对于新研发的机械产品可靠性设计而言，没有数据的支撑，没有确切的故障模式，因此面临着诸多挑战。

1机械设计制造中可靠性优化设计概述

机械设计制造中可靠性优化设计从内容上对其进行理解，可以将其分成两方面意思进行解读。一方面指的是“可靠性”，即机械产品在规定的时间内，运用正确的操作方式可以完成规定功能的能力，其中包括了机械的抗干扰能力、工作效率以及日常维护消耗等因素，而衡量机械可靠性的指标主要包括可靠度、无故障率以及失效率三点。另一方面指的是“优化设计”，即对机械整体性能进行优化和改进，这其中包括机械产品外观、体积、工作效率等方面的优化，而优化设计本身是建立在机械产品可靠性基础上才能实现的，如果忽视对机械可靠性研究，所谓的优化设计不过是空想和空谈^[1]。

2机械产品可靠性设计难点

2.1故障模式复杂多样

首先，与电子元器件相比，机械零部件故障具有损耗的特点，从而表现出明显的不确定性，同时机械零部件故障还受机械磨损、疲劳、侵蚀及机械老化等诸多因素的影响，其故障率表现为时间t的函数，由此可知将以偶然性故障为主的电子产品可靠性分析方法完全应用于新研发机械产品的可靠性设计是不合理的；其次，由于判定机械产品故障模式过程中需全面考虑诸多因素，主要包括：机械制造加工、机械零部件材料与作用于零部件的载荷类型、大小选择及机械零部件的结构形状等，因此在机械产品设计过程中，经常通过改变机械结构形式降低关联零部件之间的关联性，从而导致机械故障模式表现出多样性；另外，由于机械产品故障模式之间存在一定的关联性，使机械产品发生损坏、泄漏、堵塞等现象，并进一步使机械零部件衍生出更多类型的故障模式与类型，进而加大了机械故障模式判定的难度^[2]。

2.2难以编制实用有效的故障准则

与电子产品设计故障准则相比，新研发机械产品设计过程中，主要基于该产品具体将要实现的功能进行设计，这使得机械零部件之间在功能和结构上存在较大差异，同时研发人员设计过程中还考虑了零部件的结构特征、受载能力及几何尺寸等因素，这使得机械产品设计过程中使用的零部件大多为专用件，而标准件则相对较少，因此机械产品可靠性设计过程中，由于缺乏制造材料和载荷工况等相关数据，难以编制出统一且有效的故障准则。

2.3可靠性设计中分配与预计过程难以实施

与电子产品可靠性设计中分配方法相比，新研发机械产品设计中可靠性分配仅仅分配到了较高层次的分系统中，如果继续将分配方法细分至零部件层次，其结果难以与实际情况相符，因此电子产品的可靠性分配方法无法完全适用于机械产品的可靠性分配。另外，由于机械产品失效机理复杂多样，并且无法获得像电子产品那样大量完整的数据，使得机械零部件的可靠性预计过程难以实现，因而电子产品的可靠性模型预计方法难以应用于新型机械产品设计过程^[3]。

3机械设计制造中可靠性优化设计的应用研究

3.1产品设计环节的可靠性优化研究

产品设计是产品制造的第一个环节，而科学严谨的产品设计必然会对后续的产品生产产生非常积极的影响。产品设计环节的可靠性优化研究可以从两个方面入手，一方面从产品本身的整体性考虑，即结合产品的功能定位、产品使用环境以及产品使用频率等信息进行综合分析，结合企业自身的生产条件进行可靠性优化设计，其中包括产品生产流程、材料选择、材料处理方式以及最后的组合安装调试等环节，以此来保证产品在企业自身的生产条件下达到理想的可靠性目标。另一方面将产品本身化整为零，最大限度的优化每一个产品零件的可靠性，这样就可以保证产品本身可靠性。两种方式各有优劣，机械制造企业应该结合企业自身的生产条件进行选择，但不管何种方式，都需要对最终的产品进行质量检测，保证产品满足国家同类产品的质量要求标准，保证产品的质量和可靠性。另外，在产品初期的设计过程中，应该就初期测试产品的数据进行细致分析，重点考察极端环境下的产品稳定性，尽可能地在设计中增加一些预防故障的设计和稳定性设计，减少因为不熟悉产品误操作而导致的产品故障，为后续产品生产和售后打好基础。

3.2产品制造环节的可靠性优化设计

产品制造是保证产品最终质量的关键环节，经过严谨的产品设计，机械制造企业应该根据具体设计对整个产品的生产环节进行优化调整。首先，尽可能地所有的生产环节罗列出来，对每一个生产步骤进行细致的分析，探究影响产品质量的关键因素，讨论生产细节，发现生产过程中容易出现的问题，有针对性地进行调整和改进，以此来保证每一个零件都要达到我国质量标准。其次，将拆分的生产环节进行整合，研究各个生产环节的组合搭配，根据生产的特点分成材料选择、设备加工、零件装配、产品质检以及产品包装等环节，保证各个生产环节的有序性和高效性，并对每一环节的可靠性设计考虑其中，避免因为一个环节出错而影响整个产品的生产。最后，机械制造企业应该就生产设备维护、人员岗位培训落实到位，强化安全生产的重要性，在消除生产设备的影响后，避免因为人为因素而导致产品生产出现质量问题。

3.3产品售后维修环节的可靠性优化设计

理论上来说，任何产品都不可能保证长久的安全无故障，只要进行长时间使用，或是因为零件磨损或是因为外部撞击、进水、锈蚀等因素，其产品都会发生或大或小地使用故障，而良好的售后维修可以最大限度的提升产品在消费者心中的信任程度，对企业品后期的牌维护和运营有着非常积极的作用。而产品售后维修环节的可行性优化设计主要可以从以下几点收入：第一，收集整理各种产品的维修数据，将产品故障进行分类整理，反馈到产品设计和产品生产部门，在设计生产中运用一些降额设计，以此来提升产品的稳定性，降低故障率。第二，对于一些内部磨损严重的零件应该考虑具体的更换成本，在维修成本与使用寿命中间寻求平衡性，以最低的维护费用来换取更高的产品可靠性能。最后，提高维修人员专业技能水平，鼓励维修人员可以在维修过程中对产生的故障和问题进行科学分析，帮助企业收集更多有用的产品维修数据。

结束语

随着我国机械设计制造行业的不断发展，消费者对产品本身质量和使用性能的重视程度逐渐提升，但由于我国机械可靠性优化设计尚处于起步阶段，存在很多不足和问题，机械制造企业应该将其重视起来，将可靠性优化设计理念贯穿产品设计、制造、售后各个环节，并加大对相关专业人才的培养力度，以此来提升我国机械行业的产品质量，推动机械设计制造行业的快速发展。

参考文献

[1]尹尚.试论机械工程产品可靠性优化设计要点[J].科技经济导刊,2019,27(22):46.

[2]佘媛芳.机械可靠性设计方式与原理分析[J].湖北农机化,2019(11):70-71.

[3]李偲,梅晓雄.机械产品可靠性设计理论及方法研究[J].南方农机,2019,50(04):37+41.