可靠性设计心得.docx
牢靠性设计学习心得随着科学技术的进展，对产品的要求不断提高，不仅要具有好的性能，更要 具有高的牢靠性水平。采纳牢靠性设计弥补了常规设计的不足，使得设计方案更 加贴近生产实际。所谓牢靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下， 完成规定功能的力量或性质”。牢靠性的概率度量称为牢靠度。牢靠性工程的诞 生已近半个世纪的历史，以电子产品牢靠性设计为先导的牢靠性工程迄今进展 得比较成熟，已形成一门独立的学科。相比之下，机械产品的牢靠性设计与讨论 则起步较晚。所谓机械牢靠性，是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间 内完成规定功能的力量。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安 装误差等因素的影响，使机械产品的系统参数具有固有的不确定性，因此考虑这 种固有随机性的牢靠性设计技术至关重要。据有关方面统计，产品设计对产品质 量的贡献率可达70%80%,可见设计打算了产品的固有质量特性（如：功能、性 能、寿命、平安性和牢靠性等），给予了产品“先天优劣”的本质特性。上世纪 60年月，对机械牢靠性问题引起了广泛的重视并开头对其进行了系统讨论。虽然 国内外都投入了讨论力气，取得了肯定的进展，但终因机械产品牢靠性涉及的领 域太多、牢靠性讨论的范围大、基础性数据缺乏等缘由，机械牢靠性设计在工程 实际中应用得并不广泛。本文简要介绍了牢靠性技术在机械领域中的应用，主要 介绍了一些在机械产品设计中应用的较为成熟的牢靠性技术和牢靠性设计方法， 并且结合当今牢靠性工程学科的进展，指出了牢靠性技术在机械领域中的进展和 趋势。常规设计中，阅历性的成分较多，如基于平安系数的设计。常规设计可通过下式体现：计算中，F、1、E、口、slim等各物理量均视为确定性变量，平安系数则是 一个阅历性很强的系数。上式给出的结论是：若sWs则平安；反之则担心全。应当说，上述观点不够严谨。首先，设计中的很多物理量明是随机变量；基 于前一个观点，当sW s时，未必肯定平安，可能因随机数的存在而仍有担心 全的可能性。在常规设计中，代入的变量是随机变量的一个样本值或统计量，如均值。按 概率的观点，当以。=U 。时，sWs的概率为50%,即牢靠度为50%,或 失效的概率为50%,这是很担心全的。明显有必要在设计之中引入概率的观点，这就是概率设计，也是牢靠性设计 的重要内容。概率设计就是要在原常规设计的计算中引入随机变量和概率运算， 并给出满意强度条件（平安）的概率一牢靠度。机械牢靠性设计是常规设计方法 的进一步进展和深化，它更为科学地计及了各设计变量之间的关系，是高等机械 设计重要的内容之一。牢靠性设计和优化设计作为现代的设计方法，在机械工程中得到了广泛的应 用，并取得良好的经济和社会效益。在机械设计中，结构或零部件具有足够的强度是 设计的重要指标之一。机械牢靠性设计与传统设计方法的主要不同点在于，传统设计是以计 算平安系数为主要内容，以计算平安系数时用到的应力、强度等参数均取单值为前提的。而 牢靠性设计则考虑了载荷、零部件的尺寸及材料性能等参数的多值性，即它们均呈肯定的概 率分状态。若按传统的平安系数法进行机械结构或零部件的设计，在有些场合下可能会消失 材料铺张、或牢靠度不足等问题。优化设计不再是过去那种凭借阅历或直观推断来确定结构方案，也不是在满 意所提出要求的前提下，先确定结构方案，再进行强度、刚度等的分析和校核， 然后进行修改以确定结构尺寸。它的设计方法是，借助于电子计算机，应用非线 性规划数学理论及数值计算方法，从全部可行的设计方案中查找出一种最优的设 计方案。它是一种用理论计算代替阅历计算，用精确计算代替近似计算，用最优 设计代替一般的平安寿命可行性设计的方法。将优化设计方法与牢靠性理论结 合，用于进行机械结构或零部件的设计，称为牢靠性优化设计。其最终的设计方 案即考虑了机械结构或零部件的牢靠性要求，又是最优的设计结果。因此，牢靠 性优化设计方法特别适合于工程实际应用。机械牢靠性优化设计主要涉及三个方面（1）机械系统牢靠性的最优安排： 以机械系统的目标牢靠度及其它条件为约束，最优地给各子系统安排系统的牢靠 度，使系统的某些指标，如成本、总费用等达到最优方案。（2）以牢靠度最大为 目标的机械牢靠性优化设计：在保证机械产品的某些功能指标和经济指标的条件 下，使机械产品具有最大的牢靠度。（3）以牢靠度为约束条件的机械牢靠性优化 设计：在保证牢靠性指标的前提下，使机械产品的设计指标达到最优。牢靠性优化设计的优点（1）在常规优化设计中，采纳的是确定性的结构分 析模型和方法，其模型和方法本身打算了它无法反映出作用荷载和结构参数等的 随机性。而在牢靠性优化设计中是以结构的概率分析为基础，因此能够考虑荷载 和参数的随机性。（2）常规的优化结果往往降低了结构的平安余度或设防水平， 所获得的最优解般处于设计可行域的临界面上，且没有足够的平安概率上的保 证，从工程的观点看，这些结果是不能被接受的。丽牢靠性优化设计获得的是满 意牢靠性要求的最佳方案，或者使结构在满意其它要求条件下其牢靠度达到最大 值。（3）在常规优化设计中，结构的平安性只能通过对各单元的强度约束条件来 保证。但从系统的观点看，单元的功能满意并不能确保整个结构系统的功能得以 满意。而在牢靠性优化设计中，既可以单元的牢靠性作为约束，亦可以结构系统 的牢靠性作为约束，自然可以获得满意系统功能要求的最佳设计方案。牢靠性是产品质量的一项重要指标。重要关键产品的牢靠性问题比较突出， 如航空航天产品；量大面广的产品，牢靠性与经济性亲密相关，如洗衣机等；高 牢靠性的产品，市场的竞争力强；牢靠性工作周期长、耗资大，非几个人、某一 个部门可以做好的，需全行业通力协作、长期工作；目前，牢靠性理论不尽成熟, 基础差、需进展。与其他产品相比机械产品的牢靠性技术有以下特点：因设计平 安系数较大而掩盖了冲突，机械牢靠性技术落后；机械产品的失效形式多，牢靠 性问题简单；机械产品的试验周期长、耗资大、试验结果的可参考性差；机械系 统的规律关系不清楚，串、并联关系简单混淆；综上所述，要实现机械零件的牢靠性设计，需要综合各个学科学问，同时需 要大量工作实践，尤其针对目前国内机械行业的详细状况而言，各种材料性能参 数的不确定性、标准零件的质量问题等因素，对机械设计师就提出了更高的要求。只有把宏观上的牢靠性统计、试验技术等问题与微观的材料失效机理及其老 化过程等问题讨论以及实际设计阅历等联合起来共同解决，才会更有助于推动机 械牢靠性技术的进展。
