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杭萧钢构股份有限公司 浙江省杭州市 311232
摘要：机械结构可靠性设计以产品的不同种类和组成的不同为依据，来选择的可靠性设计具体方法。机械可靠性设计中用到的方法有很多种，不乏一些有代表性的设计方法，这些设计方式对产品的可靠性的提高是有利的。
关键词：机械产品；可靠性：设计方法
1.概率设计
1.1概率设计的概念
概率设计法是运用概率的统计进行机械零件和构件设计的方式。它将承载负荷、材料的性能与材料强度以及零件各部分的尺寸，都看作属于某一种概率而分布的统计数量。
1.2概率设计的优势
较为常见的安全系数法则通常都选取最小的强度高于最的大应力，但机械产品的应力与强度都是随机改变的量值，按照概率的分布情况来表述零件的应力以及强度的分散情况来判断更加贴合实际。一般的安全系数法则没有与定量之间的可靠程度相关联。而概率的设计法则承认所设计出的的零件会存在一些故障的可能，并且可以定量的回复故障的概率或者可靠程度。安全系数的确定性通常都没有经过科学的分析，而是仅仅以经验来确定，比较随意和盲目。以应力的强度大小来干涉模型设计，可以最大程度的发挥出材料的本身的性能，能达到使零件的重量轻，能源的消耗节省很多，让设计思路更准确、更科学、更理性。比较大的安全系数一般遮盖了对其它故障系统的考虑。所以，概率设计就有可能对不同种类的的故障精细地加以考虑研究。概率设计的方是比较系统的、完善的，在发展程度上也是比较领先的，它化解了在机械设计中已经运用了几个世纪的传统安全系数设计法则中的很多缺陷，逐步受到广大设计者的高度重视。该方法己成功运用在一些高要求的结构设计之中，但是对于一般机械产品，因为基础的数据和建立模型经验的不足，运用还是不太普遍。
2.稳健性设计
2.1稳健性设计的含义
稳健性设计指的是使产品的性能应对在制造过程中的变异，对于环境的变异敏感度不高，并使产品在其自身的寿命内，不论其参考数值、构成发生移动或老化，都能正常平稳地工作的一种设计方式。
2.2稳健性设计的观点
稳健性设计是日本的田口玄一提出的一种统计分析数据的设计方式，其主要理论观点就是产品的质量可以应用对用户造成的损失来作为依据。这些损失通常与产品的实用功能特征成正比。与其目标数值之间的的差距越大，给用户造成的损失则越大，即质量也就越差。所以，改进质量的最好方法就是一直减少差距。对于差距问题，一般的做法是通过产品的检测结果来切掉超差的部分，或是加强对材料以及工艺的控制来缩短差距。
2.3稳健性设计的优势
稳健性设计方法选择了可以控制的设计参考数值的最优组合。使得产品的功能性对差距的起因不会过于敏感，提高产品本身的抗扰能力。它是一套追寻低成本、高功能的产品的优化方式。它不是一种单独的方法，而是为了完成共同目标而形成的多种方式的聚集体，是一个系统。其中心思想是以用户的诉求为引导，运用三次设计等方法打造的最优设计方案，把问题在设计的阶段就全部解决，以最小的付出获得最高的功能性，即就是至高的可靠性以及最高的产品质量。
3.降额设计
3.1降额设计的概念
降额设计指的是使零部件的使用力度小于其额定力度的一种设计方式。降额设计可以用降低零件的承受力或者提高零件的强度等方式来办法来促成。
3.2降额设计的具体方法
许多工程的经验表明，一部分的机械零件在小于额度规定的承载应力之下作业时，其发生故障的概率比较低，可靠程度比较高。为了找到最佳的降额数值，需要进行大量的实验分析。当机械的零部件载荷力以及负荷这些应力的负责零部件的强度大小在某一个范围内呈现不确定的分布情况时，可以运用提升平均强度、下降平均应力，减低应力的变化和削减强度变化等方式来提高其可靠程度。而在应对涉及安全的组成零部件时，还可运用极限设计法，来保障其在最严酷的极限情形下也不会出现故障。
4.预防故障设计
4.1预防故障设计的概念
预防故障的设计含义主要是根据往常的作业经验和各类信息，采用各种有效方式，防止产品故障的发生，或控制故障发生的概率不超出规定的范围。
4.2预防故障设计的措施
机械产品在经过长期的发展中，累积了许多的设计以及使用经验。所以，机械产品的设计主要运用传统的技艺以及丰富的经验来规范设计的制度，并运用较为可靠的分析技术来保障产品的可靠性能，这是产品可靠性得到保障的最有效的方法。主要的技术有可靠性设计规则以及可靠性设计监控表，如要加强机械产品的可靠性，那么要做的是从零部件的选择上严格把关，利用以往的经验和科学的实验成果，优先选取标准零件和通用零件。
5.简化设计
就机械产品而言，以可靠性模型的分析为依据。大部分都属于关联系统，所以提高可靠性最基础的原则就是在达到预定功能的前提下，设计应该从简。从选择安全实用的零部件、降低零部件数量和结构简约做起，零部件的数量应该尽量减少，越简约可靠性越强，这是可靠性设计的基本原则，是降低故障率提高可靠性的最好方法。所以，要最大程度的采用结构简约、有成熟的使用经验的零件和技能，尽可能的减少不必要的零件，降低零部件发生故障的概率，保证整机系统可靠性最优的实现。但不能因为零件的减少而使其它零件执行超额的工作量。否则，简化设计将不可能达不到提高可靠性的最终目的。
6.余度设计
因此余度设计这种方法是将可靠性水平较低的零件设计组成水平较高的可靠性的整体机械系统，一般运用在电子产品之中，但是随着机械系统趋向复杂化以及使用可靠性需求的提高。在成本以及重量还有可靠性的制约权衡下，也可采用这个方法。
7.安全设计
7.1安全设计的主要措施 安全设计的主要措施有：报警异常、安全装置的设计、故障监视的装置等。异常报警设计法指的是在设计系统的时候，把一套感应报警的装置与系统结合组装起来，当系统出现异常时能自动报警，报警可运用声音、电光、振动等方式。安全装置的设计就是把最为重要的分系统以及部件安置在具有保护功能的设备之中，把与整套系统发挥的分系统有关的部件都保护起来，来增强其抗损坏能力。
8.损伤容限设计
8.1损伤容限设计的概念
损伤容限设计是在断裂力学及破损安全设计的原理作为基础，提出的一种新式的疲劳设计方式。
8.1损伤容限设计的措施
常规的疲劳设计方式与局部应力的应变法则都是以原材料的完整度为基础的。但是，实际的零构件在加工过程中，因为各种元素的干扰，一般都会有着这样那样的不足或裂痕。损伤容限设计是在机械结构中，一部分结构发生损坏时，能使这种损坏限制到最低。一直持续到下一个检测或者维修前，保护整个结构不会演变成致命破坏，以至于对整个机器功能的正常操作产生影响的设计，这种方在航空、船只等涉及安全的重要构成中经常被运用。
9.可靠性优化设计
9.1可靠性优化设计的必要性
一个产品或是零件在可靠性设计之后，并不能就保证它的工作能力一定达到了最优状态。所以，要使产品以及零件既能保障其一定的可靠性，又保证有最优的工作能力能以及优良的经济性，应将可靠性设计与和最优化有效地科学地结合起来，形成可靠性优化设计。可靠性优化设计，是在可靠性的基础上进行设计的优化。
9.2可靠性优化设计的原则
以概率论为原理，以计算机为操作手段。将可靠性设计和最优化设计完美的结合，在保证了合理的可靠程度的基础下，寻求最优的技术经济设计的方案。即把对可靠度的具体要求，结合在优化问题的条件之内，结合到优化的函数内，采用优化方法，来获得产品参数的解。
结束语
机械结构的可靠性是设计、生产以及严格的监管出来的。任何一个环节的疏忽都会影响可靠性的水平，所以说，设计是奠定产品可靠性的重要保障，设计阶段的可靠性更为重要。
参考文献：
[1]吴涛、李德杰，虚拟装配技术[J]，彭城职业大学学报2014，16（2）：99-102.
摘要：机械结构可靠性设计以产品的不同种类和组成的不同为依据，来选择的可靠性设计具体方法。机械可靠性设计中用到的方法有很多种，不乏一些有代表性的设计方法，这些设计方式对产品的可靠性的提高是有利的。
关键词：机械产品；可靠性：设计方法
1.概率设计
1.1概率设计的概念
概率设计法是运用概率的统计进行机械零件和构件设计的方式。它将承载负荷、材料的性能与材料强度以及零件各部分的尺寸，都看作属于某一种概率而分布的统计数量。
1.2概率设计的优势
较为常见的安全系数法则通常都选取最小的强度高于最的大应力，但机械产品的应力与强度都是随机改变的量值，按照概率的分布情况来表述零件的应力以及强度的分散情况来判断更加贴合实际。一般的安全系数法则没有与定量之间的可靠程度相关联。而概率的设计法则承认所设计出的的零件会存在一些故障的可能，并且可以定量的回复故障的概率或者可靠程度。安全系数的确定性通常都没有经过科学的分析，而是仅仅以经验来确定，比较随意和盲目。以应力的强度大小来干涉模型设计，可以最大程度的发挥出材料的本身的性能，能达到使零件的重量轻，能源的消耗节省很多，让设计思路更准确、更科学、更理性。比较大的安全系数一般遮盖了对其它故障系统的考虑。所以，概率设计就有可能对不同种类的的故障精细地加以考虑研究。概率设计的方是比较系统的、完善的，在发展程度上也是比较领先的，它化解了在机械设计中已经运用了几个世纪的传统安全系数设计法则中的很多缺陷，逐步受到广大设计者的高度重视。该方法己成功运用在一些高要求的结构设计之中，但是对于一般机械产品，因为基础的数据和建立模型经验的不足，运用还是不太普遍。
2.稳健性设计
2.1稳健性设计的含义
稳健性设计指的是使产品的性能应对在制造过程中的变异，对于环境的变异敏感度不高，并使产品在其自身的寿命内，不论其参考数值、构成发生移动或老化，都能正常平稳地工作的一种设计方式。
2.2稳健性设计的观点
稳健性设计是日本的田口玄一提出的一种统计分析数据的设计方式，其主要理论观点就是产品的质量可以应用对用户造成的损失来作为依据。这些损失通常与产品的实用功能特征成正比。与其目标数值之间的的差距越大，给用户造成的损失则越大，即质量也就越差。所以，改进质量的最好方法就是一直减少差距。对于差距问题，一般的做法是通过产品的检测结果来切掉超差的部分，或是加强对材料以及工艺的控制来缩短差距。
2.3稳健性设计的优势
稳健性设计方法选择了可以控制的设计参考数值的最优组合。使得产品的功能性对差距的起因不会过于敏感，提高产品本身的抗扰能力。它是一套追寻低成本、高功能的产品的优化方式。它不是一种单独的方法，而是为了完成共同目标而形成的多种方式的聚集体，是一个系统。其中心思想是以用户的诉求为引导，运用三次设计等方法打造的最优设计方案，把问题在设计的阶段就全部解决，以最小的付出获得最高的功能性，即就是至高的可靠性以及最高的产品质量。
3.降额设计
3.1降额设计的概念
降额设计指的是使零部件的使用力度小于其额定力度的一种设计方式。降额设计可以用降低零件的承受力或者提高零件的强度等方式来办法来促成。
3.2降额设计的具体方法
许多工程的经验表明，一部分的机械零件在小于额度规定的承载应力之下作业时，其发生故障的概率比较低，可靠程度比较高。为了找到最佳的降额数值，需要进行大量的实验分析。当机械的零部件载荷力以及负荷这些应力的负责零部件的强度大小在某一个范围内呈现不确定的分布情况时，可以运用提升平均强度、下降平均应力，减低应力的变化和削减强度变化等方式来提高其可靠程度。而在应对涉及安全的组成零部件时，还可运用极限设计法，来保障其在最严酷的极限情形下也不会出现故障。
4.预防故障设计
4.1预防故障设计的概念
预防故障的设计含义主要是根据往常的作业经验和各类信息，采用各种有效方式，防止产品故障的发生，或控制故障发生的概率不超出规定的范围。
4.2预防故障设计的措施
机械产品在经过长期的发展中，累积了许多的设计以及使用经验。所以，机械产品的设计主要运用传统的技艺以及丰富的经验来规范设计的制度，并运用较为可靠的分析技术来保障产品的可靠性能，这是产品可靠性得到保障的最有效的方法。主要的技术有可靠性设计规则以及可靠性设计监控表，如要加强机械产品的可靠性，那么要做的是从零部件的选择上严格把关，利用以往的经验和科学的实验成果，优先选取标准零件和通用零件。
5.简化设计
就机械产品而言，以可靠性模型的分析为依据。大部分都属于关联系统，所以提高可靠性最基础的原则就是在达到预定功能的前提下，设计应该从简。从选择安全实用的零部件、降低零部件数量和结构简约做起，零部件的数量应该尽量减少，越简约可靠性越强，这是可靠性设计的基本原则，是降低故障率提高可靠性的最好方法。所以，要最大程度的采用结构简约、有成熟的使用经验的零件和技能，尽可能的减少不必要的零件，降低零部件发生故障的概率，保证整机系统可靠性最优的实现。但不能因为零件的减少而使其它零件执行超额的工作量。否则，简化设计将不可能达不到提高可靠性的最终目的。
6.余度设计
因此余度设计这种方法是将可靠性水平较低的零件设计组成水平较高的可靠性的整体机械系统，一般运用在电子产品之中，但是随着机械系统趋向复杂化以及使用可靠性需求的提高。在成本以及重量还有可靠性的制约权衡下，也可采用这个方法。
7.安全设计
7.1安全设计的主要措施 安全设计的主要措施有：报警异常、安全装置的设计、故障监视的装置等。异常报警设计法指的是在设计系统的时候，把一套感应报警的装置与系统结合组装起来，当系统出现异常时能自动报警，报警可运用声音、电光、振动等方式。安全装置的设计就是把最为重要的分系统以及部件安置在具有保护功能的设备之中，把与整套系统发挥的分系统有关的部件都保护起来，来增强其抗损坏能力。
8.损伤容限设计
8.1损伤容限设计的概念
损伤容限设计是在断裂力学及破损安全设计的原理作为基础，提出的一种新式的疲劳设计方式。
8.1损伤容限设计的措施
常规的疲劳设计方式与局部应力的应变法则都是以原材料的完整度为基础的。但是，实际的零构件在加工过程中，因为各种元素的干扰，一般都会有着这样那样的不足或裂痕。损伤容限设计是在机械结构中，一部分结构发生损坏时，能使这种损坏限制到最低。一直持续到下一个检测或者维修前，保护整个结构不会演变成致命破坏，以至于对整个机器功能的正常操作产生影响的设计，这种方在航空、船只等涉及安全的重要构成中经常被运用。
9.可靠性优化设计
9.1可靠性优化设计的必要性
一个产品或是零件在可靠性设计之后，并不能就保证它的工作能力一定达到了最优状态。所以，要使产品以及零件既能保障其一定的可靠性，又保证有最优的工作能力能以及优良的经济性，应将可靠性设计与和最优化有效地科学地结合起来，形成可靠性优化设计。可靠性优化设计，是在可靠性的基础上进行设计的优化。
9.2可靠性优化设计的原则
以概率论为原理，以计算机为操作手段。将可靠性设计和最优化设计完美的结合，在保证了合理的可靠程度的基础下，寻求最优的技术经济设计的方案。即把对可靠度的具体要求，结合在优化问题的条件之内，结合到优化的函数内，采用优化方法，来获得产品参数的解。
结束语
机械结构的可靠性是设计、生产以及严格的监管出来的。任何一个环节的疏忽都会影响可靠性的水平，所以说，设计是奠定产品可靠性的重要保障，设计阶段的可靠性更为重要。
参考文献：
[1]吴涛、李德杰，虚拟装配技术[J]，彭城职业大学学报2014，16（2）：99-102.