廖剑涛
海蒂诗贸易珠海有限公司
摘要：随着现代科学技术发展，在机械设计中出现的一种新的设计理论与设计方法：可靠性设计。此种设计方法的出现使得机械设计工作发生了本质变化，为机械设置领域带来了巨大的经济效益。本文通过对机械设计的各个阶段进行分析，总结出了其设计各个阶段中所蕴涵的可靠性设计内容，对机械产品可靠性的重要作用和深刻内涵进行揭示，并为日后的机械产品可靠性的研究提供参考性建议。
关键词：机械设计；可靠性预计；可靠性分析；可靠性试验
引言：机械设计的过程主要包含了计划阶段、方案设计阶段、技术设计阶段、技术文件编制阶段和后期维修保修阶段等，这几个阶段组成的内容体现出了机械设计具有一定的创造性。机械可靠性是指机械产品具有能够在规定条件的限制下完成指定功能的能力，是用以衡量机械产品质量的主要标准。机械可靠性设计方法是对概率统计理论、失效物理和机械学等数论学科融合运用的一种综合性技术，其在机械设计的各个阶段都包含了重要的工作。
一、设计计划阶段一产品的可靠性预计
在设计的前期工作中，设计者应当根据是用户和市场的需要对机械产品在设计阶段制定针对性地设计任务[1]。设计部门对各种技术和市场情报进行综合性考量再对方案的可能性进行拟定，比较其中存在的利弊，在对经济性、适用性、可靠性等指标进行比对和分析之后，参考现阶段所有的机械产品的科技成果制定市场实际需要的设计任务目标[2]。在这个阶段，可靠性设计的工作内容就是要将一个仍旧是模糊的概念的设计产品进行可靠性预计。此工作主要开展主要是围绕两方面进行的，一方面，指出产品设计和制造过程中存在着的薄弱环节，为后面的技术设计阶段的发展做可行化支撑。另一方面，是指出机械设计的改进方向，为产品的二次开发和创新做可靠性指导。机械产品要完成可靠性预计需要对可靠性指标进行确定与分配，即根据产品功能实际功能和用户的实际需求的结合作参考制定对可靠性指标数值进行可靠性指标分配。
二、方案设计阶段—产品的可靠性分析
本阶段在机械设计中起着关键的作用，对设计质量有直接性的影响。方案设计阶段提出设计方案具有原理性，用以对原理图或机构运动简图进行相应的确定[3]。此阶段的工作步骤首先设计者对机器进行功能进行全面地分析，然后根据多个可能对解决方案进行分解、组合，按照综合评价确定最后设计方案，确定系统的总事件，以及各组成部分的关系。由于方案设计阶段是针对机器的原理和构造进行整体的初级设计，因此设计者必须对现阶段的实际情况和拟定的解决方案进行可靠性的评价，在针对可靠性原理图的简化系统复杂程度判断其可靠性，系统越复杂可靠度就越低。因为系统越复杂，组成系统的基本元件就会越多，系统的可靠性就会降低。
三、技术设计阶段——产品的可靠性设计
技术设计阶段工作内容过于复杂，对机械目标是产生总装配草图及部件装配草图并通过草图设计确定各部件及其零件的类型、尺寸、结构等为最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图提供尺寸参考[4]。此阶段工作的展开首先要对机器进行动力设计并以此为基础对主要零部件进行设计和工作能力校验，再按照设计部件装配草图和总装配草图，对重要零部件进行精确校核，最后完成总装配图。此阶段，可靠性设计的工作量就比较繁重，但可用DFMEA分析出风险，根据这个确定型号选型。在零部件设计时，根据零件的承受力和用途决定零部件的基本尺寸。在可靠性设计的范畴，需要通过对模型进行可靠性的建立，保证零部件的高度可靠性和产品设计的经济性。现阶段应力是使用最广泛的即强度干涉模型，此模型可以严格控制失效概率从而满足设计者的要求[5]。在进行机械零部件的可靠性设计时，整个系统为满足最终可靠性应从第一设计步骤开始针对每一组成元件按照可靠性指标进行设计，这样在装配总图的设计时，才能明确确定机器的各组成部分进行机械系统的可靠性设计。机械系统与组成系统元件息息相关，其可靠性的部分主要依据即为组成系统元件可靠性，而另一部分的可靠性却决于组成元件的相互组合方式。在进行机械系统可靠性设计时要从方案设计阶段分析系统中可靠性从而确定系统模型，再根据各组成元件进行相应的修整，从而得到系统可靠度，对整个系统的可靠性进行提升。见图1。
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四、技术文件编制阶段——产品的可靠性试验
经过以上的各个阶段对其工作的陈述，整个设计过程已临近结束，与此同时需要进行的是对产品的技术文件编制工作[6]。此阶段有关可靠性的主要工作是运用规定的方法对产品进行可靠性试验，根据对产品的可靠性水平进行测评的结果进行统计。在技术设计阶段中理论和实践中存在着差异性，在理论中，可靠性设计主要依靠可靠性设计理论的以往经验和费据为依据，在理论上得到整个机械组织的可靠性指标，然而在实际应用过程中，设计整合必须通过可靠性试验才能得到机械系统的可靠性指标从而以此为依据，对整个机械系统进行可靠性评价，再将相应的指标和数据规律编制技术文件中，为使用者提供具有可靠性的使用依据和维护依据。
五、后期维修保养阶段——质量与可靠性信息管理
产品设计的最后一个阶段就是后期维修保养阶段。此阶段貌似作用较为薄弱，但在实际过程中，尤其是在一些大型制造企业当中，此阶段的工作内容相当繁重且成本投资比较高。可靠性设计在这个阶段中的主要工作包含以下几个方面∶确定技术保养周期、确定维修周期、确定机械产品的经济使用期等。在使用过程中，随着时间的推移与使用频率的增加，机械及其零部件会逐渐违化，从而导致可靠性降低，逐渐丧失工作能力。为了保持机械及零部件的可靠性水平和工作能力，应在维修保养阶段建立起质量与可靠性信息管理系统，借用质量工具如DFMEA、MSA及SPC等手段可大大降低产品在实际生产中的风险。这不仅对产品的维修和保养提供数据支撑，也对产品的再次开发和创造，提供改进和发展的新道路。
结束语
总而言之，机械设计在不同阶段进行可靠性的研究其侧重点也不尽相同，为了提高机械设计产品的质量，设计人员只有从侧重点入手，在技术研究与产品开发等多方面进行综合考虑，将机械设计分为计划期、方案期、技术期、编制期和保养期，将其重点把握，进而从整体上将机械设计做到高质量、高标准的管理，从而实现市场需求与产品进行优化组合，增加产品的经济效益。
参考文献：
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[2] 王凯, 蒋平清, 吴建勋. 机械动态与渐变可靠性理论与技术评述[J]. 内燃机与配件, 2019, 284(08):215-216.
[3] 华传艳, 魏继乐, 孙思平,等. 机械设计加工中材料选择问题的探讨[J]. 南方农机, 2020, v.51;No.348(08):170-170.
[4] 王鹏. 机械设计可靠性与经济性分析[J]. 数码设计．CG WORLD, 2019, 008(011):P.67-67.
[5] 杨站站. 机械零件可靠性的优化探究[J]. 山东工业技术, 2019, 283(05):30.
[6] 赵雪梅. 对机械零件可靠性设计理论与方法分析[J]. 轻松学电脑, 2019, 000(021):P.1-1.