机械可靠性维修性优化设计方法研究

机械可靠性维修性优化设计方法研究

李晓林

包头铁道职业技术学院李晓林

摘要：在对导致机械产品失效的主要原因进行论述的基础上，论述了可靠性维修性优化设计的主要相关技术。结合当前机械可靠性维修性优化设计工作的需要，提出了机械产品可靠性维修性设计技术应用策略。

关键词：可靠性；维修性；优化设计1、引言我国的制造业在这些年获得了快速的发展，尤其是工程机械行业在发展的过程中形成了相对较强的生产与设计能力，初步形成了一个相对完整的制造设计体系。当前，我国的机械行业规模已经成为了支持国民经济发展的基础行业，整个机械行业囊括了电气、汽车、石化以及通用机械设等行业，为我国的经济发展以及国民经济建设工作提供了坚实的基础，发挥着无可替代的作用。随着我国机械行业的迅速发展，国内市场持续扩大和膨胀，得到迅速的发展。但是，与国外同类产品相比，我国的机械产品还存在较大的差距，尤其是在产品的性能、噪声控制，尤其是产品可靠性等方面还存在极大的差距。因此，分析机械可靠性以及可维修性在机械设计中的相关方法，对相关技术的推广以及设计方法的优化进行一定的论述，以提高机械设计的整体水平。

2、造成机械构件失效的主要原因通常，对机械产品的整体结构形式造成破坏，使得机械产品功能失效的主要原因是结构完整性破坏，例如产品的零部件整体强度降低、结构破坏、疲劳断裂与摩擦损伤等，使得机械产品的使用寿命缩短。

以工程机械为例，其主要的失效形式包括这样几种：（1）设备材料断裂。设备材料或者结构中出现缺陷，这时机械产品设计制造不可避免的因素。因为这些缺陷而将导致产品的结构出现机械、结构失效等问题你，是工程中最重要而常见的失效方式之一；（2）零件结构的疲劳破坏。疲劳破坏是造成产品构件失效的一个重要原因之一，其最重要的特点在于在循环交变以及循环应力作用下而导致材料出现损伤破坏，导致结构由于损伤累积而出现结构破坏；（3）零件出现磨损。磨损是任何机械零件及部件使用过程中客观存在的一个重要形式。很多零件在设备中不能持续使用不是由于整个零部件出现了损坏，而是因为零部件工作表面出现了磨损而使得零件出现迅速失效问3、可靠性维修性优化设计的主要技术机械产品的可靠性设计的最终目的在于减少设计产品的设计故障，保证其在设计的规定时间内不会丧失其根本功能。可靠性设计过程中所关心的主要是产品即将发生的故障，例如如何消除这些故障，同时消除其中可能存在的潜在威胁因素。而维修性设计工作的另外一个目的在于保证设备在发生故障之后能够迅速的修理好，甚至在出现故障之间采取对应的措施来避免设备出现故障，从而提高设备的工作可靠性。

3.1故障预防设计技术机械产品通常是串联系统，因此若要提高产品的整体可靠性，就必须从零部件可靠性提高的角度出发，通过对零部件的严格控制和选择来进行设计。通常，设计工作可以从这样几个方面着手：设备尽量选择标准件及通用件；优先选择经过验证的零部件设备；按照设计标准选择并采购部件；依据故障分析的相关成果，通过成熟的经验以及技术方法对产品进行验证。

3.2环境抗性设计技术环境抗性设计技术就是在产品的设计过程中对产品的整个服役周期中可能遭受到的环境影响，例如装配以及运输过程中可能需要承受的冲击、振动等影响；存储过程中可能受到温度、湿度以及霉菌等环境的影响，使用过程中还会受到气候、灰尘等的影响。所以，在设计过程中必须对产品的设计方案进行详细设计，通过采用对应的保护措施来减少环境给设备带来的负面影响。

例如，在设计及制造条件允许时，必须在尽量小的范围内为所需要设计的零部件提供一个良好的工作环境条件，或者直接人为的对产品可靠性造成负面影响的相关环境因素予以人工限制。当不能对设备的使用环境造成影响时则可以通过设备的设计方案、材料选择、表面处理以及土层等方面进行重新选择，从而提高机械产品自身对环境的抵抗能力。

3.3人机结合设计技术人机结合设计技术实施的主要目的在于有效减少其使用过程中设备操作的相关误差，充分发挥人以及设备的特点，提高整个产品工作的可靠性。但是，人为的操作误差不但包括人自身的相关原因，机械设备的操纵台、控制以及操作环境等也与人的操作动作直接相关。所以，人机工程设计技术对确保系统的信息传递具有足够高的可靠性。

例如，设备的指示系统不但包括了显示器，而且还包括显示的方式及相关配置，而是使得人能够更加无误的操作设备。

控制以及操作系统的可靠性不但要求要有足够的精度，而且还需要设备能够满足人的思维习惯，便于设备的操作，不会出现操作失误，甚至部分设备还可以设置专门的防误动作设计。

4、机械产品可靠性维修性设计技术应用4.1机械产品可靠性维修性设计流程设备的可靠性及维修性设计整合流程是一个典型的闭环系统，若设计结果不满意则需要通过及时反馈、重复设计的方式来提出新的设计要求，对设计目标进行调整，对设计参数进行优化，从而达到优化设计结果与设计方法相互协调的目的，这样才能进入下一个设计步骤中。

可靠性维修设计的设计流程包括产品的方案设计、产品的优化分配以及结构优化、产品可靠性预估、设计目标及设计对象对比、产品设计实现、设备数据统计及分析、产品的可靠度与维修度计算以及产品多方案可靠度与维修度的对比与选择等环境。在整个流程及环节当中，可靠性预估、比较以及优化是整个设计过程中的反馈流程、环节。通过这些反馈环能够使得设计过程中的相关参数得到持续的调整及优化，从而确保设计结果满足最初的设计要求，使得产品的设计质量达到对应的可靠度以及维修度。

4.2机械产品可靠性维修性优化设计内容从设备系统的可修复性以及可用度方面来讲，通过维修性设计的方法能够显著缩短设备的修复时间，从而提高设备的可维修性，使得设备的整体故障时间得到控制，提高设备的整体可靠性。

通常，机械设备的零部件包括可修复以及不修复两种方式。

其中，对于不可修复系统的机械设备，其性能只与机械产品的可靠度相关，对于可修复系统的设计，其性格则包括系统的可靠性与维修性两个因素。在对设备的可用度进行计算设计时，机械设备的可用度即设备的平均无故障时间与设备使用之后时间总和的商，即修复率/（修复率+失修律）。从设备的可修复度计算方法来看，设计过程中只需要通过缩短修复时间或者提高设备的整体无故障时间就能够提高机械产品的整体可靠度。

从产品的使用费用以及使用寿命角度来看，通过建立产品全生命周期投资与效益准则之间综合设计体系的方法来确保产品的设计性能是一个有效的方法。按照全生命周期投资-效益基本准则，若产品的使用度得到保证，在产品应用周期中将以最低的成本获得最高的效益收入。产品的具体设计工作中，可以通过产品全生命周期与产品可靠性维修性之间的关系进行考虑，建立起基于产品可靠性与维修性之间的关系模型及函数关系式，据此计算得到产品的可靠度及维修度，为产品设计提供科学的数据依据。

参考文献：[1]刘桂泉.浅议机械可靠性维修性优化设计方法与应用[J].中国科技博览，2010（18）.[2]郝磊.机械可靠性与维修性的整合设计及在工程机械中的实践探索[J].科技资讯，2012（34）.[3]陈丽娟.浅谈数控机床的可靠性与维修性[J].科技资讯，2011（17）.