机械系统可靠性研究
摘要：机械的使用过程，同时也是使用维修方法适应机械结构的过程，而机械的设计过程，又应该是使机械去适应使用与维修条件的过程，两者是相互依存，相互统一的。
机械可靠性虽是设计出来的，制造出来的，管理出来的，但使用对机械可靠性具有巨大的反馈作用。
本文从机械系统的特点分析入手，对机械可靠性的研究中存在的问题及研究的目的和意义进行了详细的分析为机械使用
可靠性的研究奠定了必要的理论基础。
关键词：机械系统可靠性
1 机械系统的特点及对可靠性的要求
可靠性研究最初是从四十年代研究电子产品故障开始的。
经过四十多年的发展，电子产品可靠性技术体系已经比较完善和成熟，工程经验和数据资源比较丰富，电子产品的可靠性水平已有了很大提高。
但随着系统的复杂程度和可靠性要求的日益提高，机械产品的可靠性问题越来越突出，特别是航空产品和军用装备，机械可靠性已成为全系统可靠性的薄弱环节，因此必须对机械可靠性进行研究。
复杂机械产品都属于可修复人机系统，实际应用中其可靠性受环境条件、使用条件、维修方法和人的因素等的影响较大;同时，由于机械系统在故障机理、模式、特性以及装配联接等方面不同于电子产品，导致机械产品可靠性具有以下特点:
1.1 机械产品种类多、功能复杂，各种设备都有其固有的要求，
大多数零部件要分别进行设计，通用性差。
在进行可靠性设计或可靠性预计时，往往没有现成的可靠性数据可以利用，而必须通过试验才能得到。
1.2 机械零件的加工过程多，大多数零件是单件加工，零件的质量因工艺过程、加工设备、操作者的技能等因素的变化而异，这势必给统计零件的故障率带来严重的困难。
缺少“相似”设备，可靠性预计缺乏可借鉴的相似数据。
1.3 在机械产品实际工作过程中，由于产品的载荷、温度、压力和系统的工作条件的经常变化造成其失效模式多种多样，甚至同一种产品用在不同的地方所造成的失效模式也不同。
因此，不能简单地用一种数学模型来处理。
1.4 机械产品，尤其是航空机械产品，其结构复杂，环境条件和工作条件变化范围大，在进行可靠性试验时，很难模拟产品的实际使用情况对产品施加综合应力。
因此，通过场内试验求得的可靠性指标与外场使用可靠性值差别很大。
1.5 机械产品的失效类型多种多样，不能象电子产品那样，一般假定为指数分布，在目前人员水平还比较低的情况下，要把试验、使用数据处理成有用的数据，具有一定的困难。
1.6 变形、腐蚀、老化、磨损与疲劳构成了机械产品主要的失效机理，一般具有耗损特性。
产品的这种失效机理是与产品的结构、材料、加工过程、工作条件和环境条件等综合因素密切相关的，往往不容易采用简单定量方法描述。
1.7 机械产品是由零部件、组件、总成组成的系统，故障不仅与单个零件的失效有关，而且与零件间的装配联接、润滑条件等因素有关。
有些部件的故障属于零件间的动作不协调。
因此，机械产品可靠性的着眼点着重在部件、组件，必须以这些功能模块为研究对象。
1.8 机械产品的设计多采用安全系数法，具有一定的裕度，允许载荷应力在一定范围内波动。
使得机械产品的失效定义与其具体应用场合有关，很难做统一规定。
1.9 通常情况下，只能使用小样对机械产品的可靠性进行试验，此外，需要花费大量的时间才能完成损耗型失效模式的测验，借助于电子产品的可靠性施行试验鉴定的统计方案往往是研制方无法
接受的。
1.10 机械产品的工作环境通常与电子产品不同，对各种环境应力的敏感程度更大。
1.11 机械系统一般为人机系统，影响系统效能和可靠性的因素，除系统的硬件、软件、环境外，还有人的因素。
1.12 机械系统都为复杂的可修复系统，使用中，其技术状态多，技术使用过程复杂，维修对其可靠性影响较大。
2 机械可靠性研究中存在的问题
机械系统是由硬件(设备)、软件(设备说明书和计算机程序等)、环境及操作者（也就是人）等四种因素构成的。
现阶段在研究系统可靠性方面存在许多问题，概括起来主要有下述几点：传统的可靠
性方法与理论主要是研究硬件的，因此人们能够准确地掌握有关系统硬件问题，而且已经形成了较为完善的、系统性较强的一整套的规范标准及技术方法，虽然这些成果是通过对硬件的研究所取得的，并且这些研究成果还存在不完善不健全的地方，但是也已经过了几十年的发展历程，算是相对成熟了。
针对硬件的控制与操作所作的程序与说明就是软件，它有着和硬件根本不同的物理特性。
人们对软件可靠性的研究也只有20多年的历史，从理论到方法都尚未成熟，需要着力深入研究。
人作为系统的智慧主宰，本应有最佳的表现，但由于人在操作时受到本身素质和生理、心理的健康状况的制约，发生错误是难免的。
人机系统的另一个重要因素就是环境，没有哪个系统是可以脱离环境的。
软件的可靠性、硬件的可靠性以及人的可靠性很大程度上都取决于环境。
现阶段，人们已经掌握了系统可靠性与环境的极端值之间的关系，但对于系统可靠性与环境变化率之间关系的研究还尚处于初级阶段，还有待进一步研究。
人对系统可靠性的影响是极为明显的。
我们需要做的是试图将人的可靠性模型科学地描述出来。
机械可靠性包含使用可靠性与固有可靠性两部分的内容。
机械在使用过程中所表现出来的可靠性就是使用可靠性。
机械的设计、使用及维修都离不开使用可靠性的支撑。
现阶段，主要是参考电子产品可靠性的相关方法及理论来开展使用可靠性的研究的。
在具体的研究中，往往将注意力集中在硬件方面，而忽视了人、环境及软件的因素，可靠性评价结果差强人意，所以在今后我们必须深化对
使用可靠性的研究。
通常情况下，我们无法实时监测机械的可靠性指标，因此，我们只能参考同类产品的相关数据及设计者的经验来开展工作。
现阶段，我国的可靠性基础性工作尚未成熟，设计中所使用的指标过于抽象和综合，使机械可靠性和实际情况发生脱节。
为解决这一问题，我们应当强化基础性的管理，充分考虑工程使用因素，走密切联系工程实践的可靠性道路。
3 研究机械使用可靠性的目的与意义
开展针对使用阶段可靠性的研究工作，具有十分重要的意义：第一，虽然在机械的设计、生产阶段就已经形成了机械的结构，但作为设计生产延续的使用阶段才是重点，为提高机械的可靠性，减少故障的发生率，我们必须重视对试用阶段可靠性的研究。
第二，机械的使用、维修条件是与其所处的环境密切相关的，而并非是一成不变的。
我们只有通过对使用阶段可靠性的研究，才能促进维修结构及周期的不断优化。
第三，机械设计中的不足是难以避免的。
为提高机械的可靠性，我们必须重视机械的使用过程，强化对使用阶段可靠性的研究。
对机械使用阶段的可靠性的研究意义深远：首先，有利于科学测定机械使用阶段的可靠性水平，以完成对机械设计可靠性的验证；其次，有利于研究机械可靠性与使用方法与条件的关系，以便制定科学的使用标准；第三，有利于提高机械的利用率，延长机械的使用年限；最后，对机械使用阶段的可靠性研究所获取的数据能
促进机械的改进。
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