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摘 要：机械可靠性设计的任务是提供实际计算的数学模型和方法及实践。在机械产品的研发阶段，预测产品在规定工作条件下的工作能力状态或寿命，保证产品具有所需的可靠性。结合可靠性理论研究的历史及现状对机械可靠性设计理论进行深入地分析，系统地说明机械可靠性设计、机械可靠性优化设计、机械可靠性稳健设计等可靠性设计理论与方法研究概况和设计理论，希望对工程实际的机械可靠性设计提供系统的理论与方法，可以为机械行业提供可靠性分析与设计的技术支持。
关键词：机械产品 可靠性设计 可靠性优化设计 可靠性稳健设计 应用分析
Abstract：The basic task of mechanical reliability design is to propose mathematical-mechanical models and methods for engineering practice. In this way the working state and life of the mechanical product under the prescriptive working condition can be predicted in the design stage. The connotation and development of mechanical reliability-based design is expounded by integrating modern mathematical-mechanical theories. A series of theories and approaches， such as the mechanical reliability-based design， reliability-based optimization design， reliability-based robust design， are explained clearly and systematically. The route and way are pointed out to solve the problem of lack of kernel technologies for reliability-based design in the field of mechanical engineering. The reliability technique service and reserve for independent research and development are provided， and the systemic and unitized theories and methods for reliability-based design of mechanical products in practical engineering are given.
Key words：Mechanical products Reliability-based design Reliability-based optimization Reliability-based robust Engineering application analysis
引言
可靠性研究最早開始于四十年代针对电子产品故障的研究，经过多年的积累与发展，电子产品可靠性技术体系已获得完善并逐渐成熟起来。电子产品的可靠性水平日益提高，并具备丰富的工程经验和巨大的数据资源。近些年来，可靠性技术也逐渐应用于机械领域，并发挥着重要的作用。机械系统越来越复杂，对于其可靠性的要求也逐步提高，尤其是在军用装备和航空领域，对于机械可靠性的要求更加严格，并成为系统可靠性中较为薄弱的环节。为此，非常有必要研究机械的可靠性，从而推动科技的进步与发展。对于复杂机械产品来说，其可靠性受到多种因素的影响，如使用条件、使用环境、维修方法、人为因素等等。
一、机械可靠性设计
作为最主要和最重要的技术指标，可靠性是评判产品质量好坏的关键因素，并逐渐成为工程领域普遍关注的焦点。机械可靠性贯穿于从产品的设计研发到装配调试的各个环节，可靠性是在概率统计的理论基础上发展起来的，加强机械可靠性设计的推广和应用，对于提高产品质量、降低成本有着非常重要的意义。随着可靠性技术的创新与发展，其设计方式也越来越丰富，呈多样化的趋势发展。数学模型法是在可靠性设计中应用得较为广泛的一种方式，基于实验所获得的数据，并充分利用了概率统计的原理。数学模型法可以划分为两部分，其中一部分所涉及的量在时间范畴内具有可靠性质，换句话说，即所涉及的量是遵循一定的规律的，随着时间的变动，其疲劳寿命和损耗也将在一定的范围内产生变动。另外一部分为偶然因素所引发的事件结果的可靠性，偶然因素所导致的波动是不定期出现的，具有不确定性，一般来说，需要利用概率可靠性来对随机事件进行计算。
二、可靠性优化设
计
任何机械产品，从最初的产品设计、方案的确定，到付诸于生产制造、产品检验，都需要一个周期。先进科学技术广泛应用于机械领域，以及新材料、新工艺、新设备的采用，机械产品的设计和制造无论从产品质量还是生产周期上都产生了质的飞跃。新知识、新思路、新理念的应用，为机械设计注入了新鲜的血液，也使得满足人们对于产品的日益提高的要求成为可能。随着时代的发展，社会的进步，人们对于产品的质量、性能、服务的要求日益提升，传统的设计方法和设计理念已不能适应现实的要求。同时，出于经济的考虑，所要求的产品设计周期也逐渐缩短，设计强度加大，在这种形势下，提高设计的质量，实现可靠性优化设计变得更加重要。在进行机械设计时，必须综合考虑各种影响因素，如产品的使用价值、力学性能、生产成本等。此外，生产企业的生产能力和管理水平也是不容忽视的会影响到产品质量的因素之一。当前，如何提高设计质量、发展设计理论、提升设计水平、缩短设计周期，已经成为机械设计领域中广大设计人员共同面对的课题。 三、可靠性稳健设计
稳健性机械设计最开始是由日本田口玄一提出来的。该设计方法的设计基础是统计学分析理论，最终目的在于最大限度增强产品稳定性，进一步延长产品寿命，这种情况下，设计期间相关工作人员就必须要综合考虑产品制造外部环境变异情况、产品本身参数变化情况与产品结构情况等的变化，然后进行针对性处理。从某种程度上讲，稳健性设计在设计可靠性衡量过程中主要是参照产品给用户带来损失的大小，其中损失主要是指产品功能与之前预期目标间存在的重大误差。若偏差增大，则用户损失就会增加，也从另一个角度说明了机械设计产品自身质量存在较大问题。加强生产材料以及生产工艺管理可以减小设计偏差，促进产品质量水平的提升。实质上，稳健性设计具有较为显著的缺陷，从理论上来看该设计方法是能够成立的，然而就技术层面而言，实施的可能性却相对较低，经济适用性相对较差。因此，我们必须要就稳健性设计方法进行不断改良以及完善，从而促进其可靠性的提升，只有在机械产品抗干扰能力以及稳健性能良好的基础上，才能够拥有可靠性相对较高的产品。
四、机械可靠性设计应用分析
一般来说，我们要保证机械设备的正常运行，就要在一定方面注意机器设备的整體运作功能是否存在串联并可以各自发挥自身作用，这一点在机械设备正常运行中是十分重要的，因为一旦整体功能大于部分功能就会成为机械可靠性设计的重要目标，而机械可靠性中首先要重视机械设备的可靠性并且我们可以在某些方面对零部件进行认真的筛查和严格的需求控制和选择控制，在一定程度上将零部件可能存在的问题进行排查，预防故障法设计中应对选用的零部件和通用部件进行验证分析，并且达到最大限度，对可能出现的故障予以分析。我们还要对机械进行环境和权衡设计，这样的设计有利于设计者找出机械相对可靠性的设计方案。这样就可以对机械的成本、体积，以及质量和相关可靠性进行优化设计，耐环境设计主要是基于综合考虑的一种设计方式，它的主要出发理论是从机械的零部件出发，并且将机械的零部件所使用的寿命周期等各个环境都考虑进去。
结语
总而言之，机械设计关系国民经济健康发展，而机械可靠性作为机械制造行业的重要支撑业，相关人员必要予以高度关注，强化可靠性设计研究，促进机械行业快速发展。
参考文献：
[1]邱继伟，张瑞军，丛东升，郭楠.机械零件可靠性设计理论与方法研究[J].机械设计学报.2011（06）
[2]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报.2010（14）
[3]陈连，邹广萍.机械可靠性的最优化方法及其应用研究[J].机械设计与制造.2006（02）
[4]唐振宇，卢英全. 机械可靠性设计的内涵和递进[J]. 科技传播. 2013（15）
[5]刘向，张瑜. 探讨机械可靠性设计的内涵与递进[J]. 科技经济导刊. 2017（20）
[6]李彩凤.机械系统设计中的可靠性问题分析[J].科技创新与应用.2015（05）
[7]邹腾. 机械可靠性设计的内涵与发展[J]. 科技创新与应用. 2017（01）
[8]孙志礼，陈良玉编著.实用机械可靠性设计理论与方法[M]. 科学出版社， 2003
[9]刘斯明. 浅谈我国机械设备的可靠性研究[J]. 中国设备工程. 2006（05）
[10]Zhang Y M，Chen S H，Liu Q L，et al.Stochastic perturbation finite elements. International Journal of Computers and Structures . 1996
[11]Benaroya H，Rehak M.Finite element methods in probabilistic structural analysis： a selective review. Journal of Applied Mathematics . 1988
[12] Zhang Yimin，Liu Qiaoling.Reliability-based design of automobile components. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D， Journal of Automobile Engineering . 2002
关键词：机械产品 可靠性设计 可靠性优化设计 可靠性稳健设计 应用分析
Abstract：The basic task of mechanical reliability design is to propose mathematical-mechanical models and methods for engineering practice. In this way the working state and life of the mechanical product under the prescriptive working condition can be predicted in the design stage. The connotation and development of mechanical reliability-based design is expounded by integrating modern mathematical-mechanical theories. A series of theories and approaches， such as the mechanical reliability-based design， reliability-based optimization design， reliability-based robust design， are explained clearly and systematically. The route and way are pointed out to solve the problem of lack of kernel technologies for reliability-based design in the field of mechanical engineering. The reliability technique service and reserve for independent research and development are provided， and the systemic and unitized theories and methods for reliability-based design of mechanical products in practical engineering are given.
Key words：Mechanical products Reliability-based design Reliability-based optimization Reliability-based robust Engineering application analysis
引言
可靠性研究最早開始于四十年代针对电子产品故障的研究，经过多年的积累与发展，电子产品可靠性技术体系已获得完善并逐渐成熟起来。电子产品的可靠性水平日益提高，并具备丰富的工程经验和巨大的数据资源。近些年来，可靠性技术也逐渐应用于机械领域，并发挥着重要的作用。机械系统越来越复杂，对于其可靠性的要求也逐步提高，尤其是在军用装备和航空领域，对于机械可靠性的要求更加严格，并成为系统可靠性中较为薄弱的环节。为此，非常有必要研究机械的可靠性，从而推动科技的进步与发展。对于复杂机械产品来说，其可靠性受到多种因素的影响，如使用条件、使用环境、维修方法、人为因素等等。
一、机械可靠性设计
作为最主要和最重要的技术指标，可靠性是评判产品质量好坏的关键因素，并逐渐成为工程领域普遍关注的焦点。机械可靠性贯穿于从产品的设计研发到装配调试的各个环节，可靠性是在概率统计的理论基础上发展起来的，加强机械可靠性设计的推广和应用，对于提高产品质量、降低成本有着非常重要的意义。随着可靠性技术的创新与发展，其设计方式也越来越丰富，呈多样化的趋势发展。数学模型法是在可靠性设计中应用得较为广泛的一种方式，基于实验所获得的数据，并充分利用了概率统计的原理。数学模型法可以划分为两部分，其中一部分所涉及的量在时间范畴内具有可靠性质，换句话说，即所涉及的量是遵循一定的规律的，随着时间的变动，其疲劳寿命和损耗也将在一定的范围内产生变动。另外一部分为偶然因素所引发的事件结果的可靠性，偶然因素所导致的波动是不定期出现的，具有不确定性，一般来说，需要利用概率可靠性来对随机事件进行计算。
二、可靠性优化设
计
任何机械产品，从最初的产品设计、方案的确定，到付诸于生产制造、产品检验，都需要一个周期。先进科学技术广泛应用于机械领域，以及新材料、新工艺、新设备的采用，机械产品的设计和制造无论从产品质量还是生产周期上都产生了质的飞跃。新知识、新思路、新理念的应用，为机械设计注入了新鲜的血液，也使得满足人们对于产品的日益提高的要求成为可能。随着时代的发展，社会的进步，人们对于产品的质量、性能、服务的要求日益提升，传统的设计方法和设计理念已不能适应现实的要求。同时，出于经济的考虑，所要求的产品设计周期也逐渐缩短，设计强度加大，在这种形势下，提高设计的质量，实现可靠性优化设计变得更加重要。在进行机械设计时，必须综合考虑各种影响因素，如产品的使用价值、力学性能、生产成本等。此外，生产企业的生产能力和管理水平也是不容忽视的会影响到产品质量的因素之一。当前，如何提高设计质量、发展设计理论、提升设计水平、缩短设计周期，已经成为机械设计领域中广大设计人员共同面对的课题。 三、可靠性稳健设计
稳健性机械设计最开始是由日本田口玄一提出来的。该设计方法的设计基础是统计学分析理论，最终目的在于最大限度增强产品稳定性，进一步延长产品寿命，这种情况下，设计期间相关工作人员就必须要综合考虑产品制造外部环境变异情况、产品本身参数变化情况与产品结构情况等的变化，然后进行针对性处理。从某种程度上讲，稳健性设计在设计可靠性衡量过程中主要是参照产品给用户带来损失的大小，其中损失主要是指产品功能与之前预期目标间存在的重大误差。若偏差增大，则用户损失就会增加，也从另一个角度说明了机械设计产品自身质量存在较大问题。加强生产材料以及生产工艺管理可以减小设计偏差，促进产品质量水平的提升。实质上，稳健性设计具有较为显著的缺陷，从理论上来看该设计方法是能够成立的，然而就技术层面而言，实施的可能性却相对较低，经济适用性相对较差。因此，我们必须要就稳健性设计方法进行不断改良以及完善，从而促进其可靠性的提升，只有在机械产品抗干扰能力以及稳健性能良好的基础上，才能够拥有可靠性相对较高的产品。
四、机械可靠性设计应用分析
一般来说，我们要保证机械设备的正常运行，就要在一定方面注意机器设备的整體运作功能是否存在串联并可以各自发挥自身作用，这一点在机械设备正常运行中是十分重要的，因为一旦整体功能大于部分功能就会成为机械可靠性设计的重要目标，而机械可靠性中首先要重视机械设备的可靠性并且我们可以在某些方面对零部件进行认真的筛查和严格的需求控制和选择控制，在一定程度上将零部件可能存在的问题进行排查，预防故障法设计中应对选用的零部件和通用部件进行验证分析，并且达到最大限度，对可能出现的故障予以分析。我们还要对机械进行环境和权衡设计，这样的设计有利于设计者找出机械相对可靠性的设计方案。这样就可以对机械的成本、体积，以及质量和相关可靠性进行优化设计，耐环境设计主要是基于综合考虑的一种设计方式，它的主要出发理论是从机械的零部件出发，并且将机械的零部件所使用的寿命周期等各个环境都考虑进去。
结语
总而言之，机械设计关系国民经济健康发展，而机械可靠性作为机械制造行业的重要支撑业，相关人员必要予以高度关注，强化可靠性设计研究，促进机械行业快速发展。
参考文献：
[1]邱继伟，张瑞军，丛东升，郭楠.机械零件可靠性设计理论与方法研究[J].机械设计学报.2011（06）
[2]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报.2010（14）
[3]陈连，邹广萍.机械可靠性的最优化方法及其应用研究[J].机械设计与制造.2006（02）
[4]唐振宇，卢英全. 机械可靠性设计的内涵和递进[J]. 科技传播. 2013（15）
[5]刘向，张瑜. 探讨机械可靠性设计的内涵与递进[J]. 科技经济导刊. 2017（20）
[6]李彩凤.机械系统设计中的可靠性问题分析[J].科技创新与应用.2015（05）
[7]邹腾. 机械可靠性设计的内涵与发展[J]. 科技创新与应用. 2017（01）
[8]孙志礼，陈良玉编著.实用机械可靠性设计理论与方法[M]. 科学出版社， 2003
[9]刘斯明. 浅谈我国机械设备的可靠性研究[J]. 中国设备工程. 2006（05）
[10]Zhang Y M，Chen S H，Liu Q L，et al.Stochastic perturbation finite elements. International Journal of Computers and Structures . 1996
[11]Benaroya H，Rehak M.Finite element methods in probabilistic structural analysis： a selective review. Journal of Applied Mathematics . 1988
[12] Zhang Yimin，Liu Qiaoling.Reliability-based design of automobile components. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D， Journal of Automobile Engineering . 2002