可靠性设计技术现状及发展方向研究

可靠性设计技术现状及发展方向研究
摘要：可靠性设计技术研究能帮助工程设计人员合理地建立产品的安全容限和
控制随机参数对产品安全的影响，使产品的预测工作性能与实际工作性能更加符合，得到既有足够的安全可靠性，又有适当经济性的优化产品。

本文论述了我国
机械可靠性设计发展现状及其趋势。

关键词：可靠性设计；现状；发展趋势
随着科技的发展,市场竞争越来越激烈,缩短产品的研制与生产周期,加快产品的成
熟期是产品生产厂家迫切需要解决的问题,只有从项目开始的第一天就强调可靠性,才能真正落实自上而下的可靠性方法,尽快了解产品的核心单元和薄弱环节,采取
有效的纠正与预防措施,从而使系统可靠性达到设计目标。

一、可靠性历史
可靠性最早是由德国火箭专家R.Lusser提出的，而后在50年代，可靠性在引
入统计方法和概率概念之后，其逐渐成为一门新的科学。

我国是可靠性应用研究
最早的国家之一，在我国最早研究可靠性的部门是电子工业部门，1984年在国防科工委的领导下，结合我国国情，制定了一系列的可靠性规范，随后在1987年
中央军委明确出台了产品研制中要运用可靠性技术。

因此可以说军工产品是可靠
性技术的代表。

随着我国机械制造强国战略的实施及智能化机械技术的发展，可
靠性技术被越来越多的机械制造企业重视。

例如我国航天工程将可靠性作为关键
因素看待，可靠性是决定产品质量的核心。

二、可靠性设计?
可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件及整机的结构方案和有
关参数的过程，其设计水平是保证产品可靠性的基础。

可靠性设计是指在产品设
计过程中，为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定
的固有可靠性要求所采取的技术活动。

它是可靠性工程的重要组成部分，是实现
产品固有可靠性要求的关键环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠
性设计准则来实现的。

此外，可靠性设计的目的是在综合考虑产品的性能、可靠性、费用和设计等
因素的基础上，通过采用相应的可靠性设计技术，使产品在寿命周期内符合所规
定的可靠性要求。

其任务是实现产品可靠性设计，预测和预防产品所有可能发生
的故障。

通过挖掘产品潜在的隐患和薄弱环节，采取设计预防和设计改进措施，
有效消除隐患和薄弱环节，从而使产品符合规定的可靠性要求。

三、我国机械可靠性设计发展现状
在我国可靠性研究开始于上世纪60年代，对机械产品的可靠性研究则起步更晚，2O世纪8O年代才得到较快的发展，机械行业相继成立了可靠性研究的相关
协会，各有关院所和高校也开展了机械产品的可靠性研究，制定了一批可靠性标准，取得了较大的成果。

总的来看，在有关院所和高校中机械可靠性设计理论研
究多，但实际工程中运用少，尤其是在数据采集方面与西方发达国家相比差距不小，有些成果尚不能完整地、成熟地应用在不同的机械系统中。

由于我国机械工业总体水平和工业发达国家的差异，且对机械产品可靠性研
究时间短，造成了我国机械行业可靠性设计总体与工业发达国家差距较大。

目前，我国的机械可靠性设计除了历史原因上的差距以外，现实中也存在一些问题：许
多机械设计人员对机械可靠性设计理解不够，在工作中可靠性设计还是沿用了许
多电子行业可靠性设计的方法，对机械可靠性设计中使用概率论和数理统计生疏，感到机械可靠性设计数理深奥，难以定量计算，面临一个知识更新的问题。

另外
我国目前的可靠性设计手册主要适用于电子行业，缺乏可供机械可靠性设计实用
的手册、规范和指南，在机械可靠性数据和资料较少情况下，开展机械可靠性设
计存在或多或少的困难；因机械可靠性试验研究较少，可靠性试验的周期长、费
用高等原因，导致产品研制的过程中开展机械可靠性试验存在一定困难。

四、可靠性优化设计
在科学技术不断发展的今天，各种新型的机械产品不断问世，新的生产工艺
及生产材料层出不穷，这使市场对机械产品提出的要求越来越高，用户对机械产
品的期待也越来越高，人们越来越看重产品的质量、性价比等一系列综合性能。

因此对机械产品的设计和生产而言，只有不断的提升设计产品的质量，降低成本，在保证产品性能的同时，最大化地缩短设计时间和生产时间，这样才能满足市场
需求。

由此可见，在当今社会想要让企业拥有更高的市场竞争力，让机械制造业
更快、更健康的发展，就必须重视对机械可靠性技术的研究，不断地完善设计理念，最终达到提高设计效率和提升设计效果的目的。

目前数学规划和计算机技术
的结合，为优化机械可靠性设计提供了有力的支撑，有效地解决了许多复杂的问题，极大地促进了机械可靠性设计的发展。

五、机械产品可靠性设计方法的发展趋势
1、故障或失效模式、机理及对策。

机械产品的可靠性设计是针对产品故障来进行的。

产品的故障或失效模式机理可划分为：与损伤无关的偶然故障和与损伤
积累有关的渐发故障两大类。

这种分类很好地考虑了机械产品的故障模式与特征，考虑了不同故障模式损伤发生的规律，考虑了不可修产品与可修产品的差异，所
以可针对偶发性故障进行无故障性设计，对渐发性故障进行耐久性设计。

因此，
今后可靠性设计应着眼于无故障性设计和耐久性设计。

2、定性设计与定量设计相结合。

在具体设计一个产品时，不能拘泥于某一种设计方法，而应是定性与定量设计相结合，综合运用各种方法。

在对类似产品充
分分析的基础上，以所设计的产品功能和结构为基础，进行FMEA、FTA等分析，找出关键件和重要件，对它们进行可靠性指标的分配，接着针对不同的故障模式
及机理对零件进行设计。

可运用具体的方法，如概率设计法、稳定性设计法和有
限元分析等，如不合格，还要重新设计。

FMEA分析应贯穿于整个设计过程始终。

3、传统设计方法与可靠性设计相结合。

传统的安全系数法虽存在种种不足，但因其历史悠久，且有直观、简单、设计工作量小等优点，在许多情况下能保证
机械零件的可靠性。

加之目前在一般机械产品中推行可靠性概率设计的困难，因
此还不能完全摒弃安全系数设计法，尤其对重要产品或设计因素非常复杂，且难
精确分析的情况，有丰富经验基础的安全系数方法很有价值。

现阶段比较明智而
又切实可行的做法是审慎地采用概率设计法的概念去完善和改进传统的安全系数法，如用可靠性安全系数代替常规的安全系数，使可靠性与安全系数直接联系。

或一方面广泛应用现有的各种设计方法对产品进行设计，一方面与采用可靠性概
率设计方法的结果及实物试验进行比较，积累经验，收集和整理可靠性设计数据，对一些条件成熟或精度要求很高的产品全面进行可靠性概率设计。

4、建立机械产品设计可靠性数据库，加强数据的分析研究。

可靠性设计的精确性和先进性是建立在应力、强度、寿命等数据的真实性和精确性基础上的，而
可靠性研究的主要困难正是缺乏有效的数据。

因此，重视试验数据的收集和分析，
使数据能准确反应设计产品的物理特性，对设计新产品时有重大的参考价值，是机械产品可靠性设计研究的又一个方向。

六、结束语
可靠性技术的发展有其深刻的社会和历史的背景。

近年来，人类认识和改造自然的能力得到极大的增强，系统和设备日益向大型化、复杂化、集成化、高参数化和自动化方向发展。

而可靠性技术是使这些大型复杂系统和设备实用化的技术关键。

世界范围内的市场竞争日益剧烈，可靠性技术已成为现代企业在竞争中获取市场份额的有力工具。

参考文献：
[1]]张立博.探讨机械产品的可靠性优化设计[J].工程技术与产业经济，2012，(03):39．
[2]宋爱斌.机械可靠性设计的研究现状与进展[J].科学之友，2014(17):3-4．
[3]汪胜陆.机械产品可靠性设计方法及其发展趋势的探讨[J].机械设计，2014(05).。