机械可靠性设计与逆向工程反求设计综述1

1、机械可靠性设计的应用及其研究方向摘 要：本文对机械可靠性设计的理论基础进行了重点介绍，详细阐述了机械零件可靠度常见分布的计算方法，并利用可靠性分析研究风电齿轮箱的故障振动。另一方面结合先进的可靠性理论深入研究了风机传动系统的可靠度，从根本上详述了可靠性在风机齿轮箱中的总和应用。借助上述内容，体现了部分高等机械设计方法的最新国内外研究动态以及研究方向，为机械设计者提供了有力的技术资料。关 键 词：可靠性 可靠度 现状 逆向工程 反求设计1 机械可靠性设计的应用综述1.1 可靠性设计的背景及研究现状 1 可靠性的起源与发展 可靠性起源于第二次世界大战，1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80

2、枚火箭在起飞台上爆炸，还有一些掉进英吉利海峡。由此德国提出并运用了串联模型得出火箭系统可靠度，成为第一个运用系统可靠性理论飞行器的国家。在此期间，因可靠性问题损失飞机2.1万架，是被击落飞机的1.5倍1。由此，引起人们对可靠性问题的认识，通过大量现场调查和故障分析，采取对策，诞生了可靠性这门学科。近年来，世界各发达国家已把可靠性技术和全面质量管理紧密地结合起来，有力地提高了产品的可靠性水平。可靠性工程诞生在20世纪40年代。在五六十年代已经被应用到了航天工业当中2。进入70年代，各种各样的电子设备或系统广泛用到可靠性技术。八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。进入21世纪之后，提高产品

3、的可靠性，更是提高产品的质量关键。国内外把对可靠性的研究工作提高到节约资源和能源的高度来认识。在现代生产中，可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、设计、制造、实验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节。2 国内外机械可靠性研究现状国外的可靠性研究基本是从美国引进的。美国对于机械可靠性的研究，开始于60年代初期3，其发展与航天计划有关。美国在机械产品可靠性理论方面主要研究机械零部件的可靠性概率设计方法，编制了一些可靠性设计手册和指南、可靠性数据手册。日本的可靠性设计是从美国引进的,以民用产品为主,强调实用化,日本科技联盟是其全国可靠性技术的推广机构4。在可靠性工程应用方面,比较重视可靠性实验、故障诊

4、断和寿命预测技术的研究与应用,以及产品失效分析、现场使用数据的收集和反馈。由欧共体委员会支持的欧洲可靠性数据库协会成立于1979 年,其可靠性数据库交换、协作网遍布欧洲各国,收集的大量机械设备和零部件的可靠性数据,为进行重大工程规划和设备的研发、风险评估提供了依据。我国的机械产品可靠性研究起步较晚,20 世纪80 年代5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。但总的来看,理论研究多,实际运用少,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。可靠性研究的发展趋

5、势主要体现在三方面:1）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；2）传统设计方法与可靠性设计相结合。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；3）建立机械产品设计的可靠性数据库，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、精确性基础上的。 1.2 可靠性分析的内容 1.2.1 可靠性与可靠度可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。实际工程中，应力是一个受多因素影响的随机变量，强度是一个具有一定离散性的随机变量，

6、二者都具有一定的规律分布。机械可靠性设计就是研究这种情况下的机械零件的可靠性。应力、强度各因素图解如图1： 图1. 应力、强度各因素图解6零件（系统）的可靠度是零件（系统）在给定的运行条件下，对抗失效的能力，即应力”与“强度”相互作用、相互干涉的结果。所以，可靠度也即“强度” 大于“应力”作用效果的概率。如果“应力”作用效果大于“强度”，则零件（系统）失效；反之，“应力”作用效果小于“强度”，则零件（系统）就是可靠的。可靠度记为：； 其中：T为产品寿命；为规定的时间失效率与可靠度间的关系7：由此可推导出可靠度的一般方程8：，工程中常见的故障率为常数，因此可靠度 1.2.2 可靠性分析与可靠度计

7、算 1 可靠性设计理论：应力-强度平面干涉模型零件材料的强度是服从于概率密度函数的随机变量，作用于零件上的工作应力是服从于概率密度函数的随机变量，将两概率密度曲线和绘于同一坐标系（二者具有相同量纲），必定有相交的区域，这个区域表示产品可能发生失效，称为干涉区；而这个图2则称为应力强度分布的平面干涉模型9。干涉区图2. 应力强度平面干涉模型 干涉模型是可靠性设计的基本模型，无论什么问题均适用；干涉区的面积越大，可靠度越低，但干涉区面积不等于失效概率。 干涉模型图中，假设应力为某一(任意的)，那么当强度大于时就不会发生破坏，即零件（系统）是可靠的。此时，2 可靠度计算零件要可靠得运行的充要条件是：

8、当应力为某一确定值时，强度应同时比该值大。所以，对整个应力分布产品的可靠度为： 或 上两式为可靠度的一般表达式，当概率密度函数为已知时，应用其中任何一个公式即可求出产品的可靠度。 1.2.3 可靠性设计常用的分布函数1 二项分布离散型分布函数对于二项分布，事件发生次的概率为：事件发生次数不超过次的累积概率10为： 二项分布的均值，方差。其中，n：事件的总数； p：正常工作的概率； q：发生故障的概率； r：事件实际发生的次数； c：事件要求或允许发生的次数。 2 泊松分布离散型分布函数设事件发生次数的均值为m，事件实际发生次数为r，对泊松分布而言，则有：事件发生r次概率11为: 事件发生次数不

9、超过c次的累积概率为： 泊松分布的均值，方差 3 指数分布连续型分布函数指数分布的概率密度函数为：可靠度函数12为： 故障函数（失效率）为：数学期望为： 标准差为：4 正态分布连续型分布函数正态分布的密度函数为： 若令：则 其中， 正太分布的可靠度为： 正态故障率函数13为：其中： 为标准正态随机变量z的密度函数值（可查表）。5 对数正态分布连续型分布函数对数正态分布是指失效时间随机变量t的对数为正态分布的分布，引进随机变量。分布密度函数14为： 对数正态分布的均值为： 可靠度函数为：故障率函数15为： 其中，:标准正态分布概率密度函数；：失效时间随机变量6 威布尔分布连续型分布函数(t>

10、;0)l 两参数威布尔分布双参数威布尔分布的概率密度函数：失效概率分布函数（不可靠度）16为：可靠度函数为：两参数威布尔分布的故障率函数为：l 三参数威布尔分布三参数威布尔分布的概率密度函数17：其中，：形状参数（威布尔斜率），决定分布密度函数曲线的形状 ：尺度参数（特征寿命），影响分布曲线沿横坐标的伸长或缩短 ：位置参数，其值的变化会使分布密度函数曲线平移 1.2.4 几种常见分布的机械零件可靠度计算1 应力和强度均服从正态分布时的可靠度计算正态分布的应力和强度的概率密度函数分别为：其中，：应力的样本均值； ：强度的样本均值； ：应力的样本标准差； ：强度的样本标准差.“可靠度”就是强度超过

11、应力的概率。令 则可靠度可表示为的概率。由于均服从正态分布，所以也服从正态分布，以函数表示，则有：可靠度18：令 ，经积分变换后得19： 其中，公式 称为“联结方程”或“耦合方程”，为联结系数或耦合系数，其与可靠度的取值关系可查附表。 2 应力和强度均服从指数分布时的可靠度计算应力概率密度函数：强度概率密度函数：则可靠度20：由于，所以3 应力和强度均服从对数正态分布的可靠度计算强度和应力的对数服从正态分布，此时仍然可以用联结方程21求可靠度。其中，:强度的对数均值； ：应力的对数均值； :强度的对数标准差； ：应力的对数标准差； :强度的变差（异）系数； ：应力的变差（异）系数. 可靠度：

12、，其值可查表22得到。1.3 可靠性分析在风机增速器振动分析中的应用风力发电中风机增速器多采用行星轮系传动，也是目前比较经典的一种传动系统。本文中以两级行星一级平行轴齿轮增速器为例来说明可靠性分析的具体应用23。 1.3.1 风力发电中随机风速模型的建立 齿轮传动系统输入端的转矩由外界的随机风速确定，选用双参数威布尔分布来模拟随机风速模型24。 如前所述的威布尔分布，建立随机风速模型：依据风速的期望及方差表达式并进行近似计算可得到及的表达式分别为：，对于某大型风电增速器齿轮传动系统25额定设计功率为3300KW，额定工作转速为13，额定转矩为2424，所在风场平均风速为，标准差为。根据上式求得

13、的形状参数，尺度参数，利用双参数威布尔分布函数生成100s内的随机风速时域模型26，也即齿轮啮合过程中的外部激励，如图3所示。 1.3.2 增速器齿轮传动系统可靠性分析对风机传动系统可靠性影响较大的零部件,依据其种类主要为齿轮、轴、轴承及键27,而正常工作情况下,键的失效概率往往很低因此可不对其进行可靠性评估,故主要考虑增速器齿轮传动系统的可靠性,评估对象为其中的齿轮、轴和轴承。1 齿轮可靠性模型如前述的零件“应力-强度干涉可靠性模型”，易知零件的可靠度即为求零件强度大于应力时的概率。通过对齿轮接触应力/强度、弯曲应力/强度进行计算，得出齿轮接触强度可靠性模型和弯曲强度可靠性模型：接触强度可靠

14、性模型28：弯曲强度可靠性模型29：2 轴的可靠性模型风机传动轴通常既受弯矩同时又受扭矩，所以应按照弯扭合成强度进行可靠度计算。由机械设计及相关手册计算得出最终的轴的可靠性模型30：3 滚动轴承的可靠性模型根据滚动轴承现有的相关规定，其基本额定寿命是可靠度为90%时对应的寿命31，用符号（单位h）表示，基于滚动轴承载荷寿命曲线，可用公式表示成32：其中，：额定动载系数；：载荷系数； ：当量动载荷； ：实际工作转速； ：疲劳寿命系数（球轴承；滚子轴承）.人们在轴承的多年工程应用中发现,相同的工作条件下,即使是同一批型号的轴承,相互间的寿命也存在着很大差异,进而总结得出其寿命存在随机性。1962年

15、,Talian进行了轴承疲劳寿命的深入研究,最后得到了可用威布尔分布作为其概率分布模型的重要结论。因此，当寿命为t时，轴承失效概率可表示为：其中，：形状参数（圆柱滚子轴承；圆锥滚子轴承；球轴承）：尺度参数. 由此可导出轴承可靠度33：2 可靠性的应用及发展方向2.1 机械可靠性设计方法评述2.1.1 机械可靠性的研究特征任何产品都受其设计、生产、使用过程中各种不确定的实际因素影响，都无法保证绝对能够完成预定的功能和任务。可靠性就是用概率的概念来度量产品可以完成预定功能的可能性及可靠程度，此即为产品的可靠度34。在传统的机械工程理论中用安全系数来保证产品的安全可靠性，各种设计变量的随机性得不到反

16、映。虽然基于强度和应力平均值的安全系数取值明显大于，但是由于强度和应力数值的离散性，有时候也会出现应力大于强度的实际情况，从而造成产品失效。在设计过程中为了提高产品的安全可靠性选用优质材料或加大零件尺寸以获取较大的安全系数，这就必然造成不必要的浪费。另外大量事实证明，一味地增大基于强度和应力平均值的安全系数，并不能保证产品安全可靠性的提高。在机械可靠性理论中，将载荷、材料性能与强度、零部件外形尺寸等变量都视为符合某种概率分布规律的随机变量，以概率论与数理统计理论为基础，综合运用数学、物理、工程力学、机械工程学、系统工程学等多方面知识，可以定量地给出产品的可靠度指标，以保证产品的安全性和可靠性。

17、机械设计环节决定了产品的固有可靠性水平，而制造、安装、使用和管理环节的任务则是保证产品可靠性指标的实现，所以机械设计的可靠性是保证产品可靠性的最重要环节35。将可靠性理论应用于机械产品的性能分析及开发设计中，以可靠度指标的定量研究来保证产品的可靠性品质，有利于提高机械设计水平，改善产品质量，是现代机械工程技术的重要发展方向。综合来看，机械可靠性设计的特征36有4点：1 品种较多，可靠性标准不同由于机械可靠性推广至不同行业，其用途也尤为繁琐，这也使得机械结构及运行原理具有差别。对于不同的使用标准以及不同的零件设计，掌握机械可靠性需要分开研究，仔细核算，制作出符合标准与可靠性机械的产品。2 应用环

18、境复杂，载荷较难确定由于所有行业的机械操作氛围均具有较大差别，设计产品的可靠性需要有效融合产品在应用系统中所需的性能，有效考量产品的载荷类别与大小。3 外界环境影响较大对于机械可靠性研究，出去需要考量设计因素以外，还要注重周边环境的影响，不确定环境因素会为可靠性产品设计造成一定影响，还会对产品的可靠性造成损坏。4 机械零件连接状态变动较大由于时代的不断发展，繁琐机械所需的零件愈发增多，对于零件性能标准也愈发严苛，并且零件相互间的连接状态变化过大，也称为机械可靠性受影响的主要方面。假如零件连接状态不好，会对产品的可靠性造成影响，甚至会对产品的总体质量造成影响。2.1.2 机械可靠性设计的定性和定

19、量方法机械可靠性设计方法大致可分为定量分析法和定性分析法37两种。定量分析法也称概率分析法，包括纯概率分析法和近似概率分析法。纯概率分析法主要有精确解析法和蒙特卡洛模拟法；而常用的近似概率法38有一次二阶矩法、二次三阶矩法等。故障模式影响和危害度分析(FMECA)、故障树分析(FTA)是侧重于定性分析的可靠性分析方法。1 精确解析求解法这是指用概率论的公式直接计算可靠性精确解。例如当应力和强度均为正态分布时，其可靠度为，其中，为标准正态分布函数，为可靠性指标，可利用联结方程求得：式中： ， 和s ，s ，分别为应力和强度的均值和均方差。当应力和强度均为对数正态分布时，算法亦类似。 2 蒙特卡洛

20、法蒙特卡洛法的基本思想是：当已知极限状态方程中各基本随机变量的分布时，利用随机抽样法产生一组相应的随机样本，将其代入式后可得到一个y的随机样本，如此反复进行多次后，就得到y的一组随机样本。当对Y的随机样本统计分析后，可得到随机数y大于零的概率，即可靠度R= P(y> 0)。蒙特卡洛法属于可靠性分析中的纯概率分析法，回避了求极限状态函数分布的问题，不必对分析问题进行概率假设。其分析精度较高，并可随着模拟次数的增加，可靠性精度会不断提高。但是计算量大，并且当精度提高到一定值以后，欲再提高其精度，计算量会以极大的梯度增加。 3 一次二阶矩法在一次二阶矩法相应的计算中，假设基本随机变量和极限状态

21、函数均服从正态分布；考虑随机变量的一阶矩(均值)和二阶矩(方差)；仅利用极限状态函数式的常数项和一次项。具体的计算方法又可分为中心点法、演算点法和JC法3种。4 二次三阶矩法二次三阶矩法在计算工作量增加不太大的情况下，其精度比一次二阶矩法明显提高。原因在于函数泰勒展开时考虑了非线性项的影响，并且多采用一个数字特征偏度，较多地保留了随机变量的分布特征，能够反映非对称分布函数形状。按推理，可靠性分析法的近似概率法还可有三次四阶矩、四次三阶矩等高次高阶矩的方法，在文献中也提到了高次高阶矩法，但这样做会使问题复杂化，并导致新的误差，故这类方法应慎用。5 故障模式影响和危害度分析（FMECA）故障模式影

22、响和危害度分析(FMECA)是分析产品中每一潜在的故障模式，并确定其对产品所产生的影响，以及把每个潜在故障模式按它的严重程度及其发生的概率予以分类的一门分析技术。其目的在于分析产品的薄弱环节，找出其潜在的弱点，并把分析的结果反映给产品的设计、制造及使用单位，以便从设计、制造、使用及维护等各方面采取对策和措施，提高产品的可靠性。其特点在于即使没有定量的可靠性数据，也能找出产品的不可靠因素。FMECA可分为FMEA(故障模式与影响分析)和CA(危害性分析)，其中FMEA侧重于定性分析，CA侧重于定量分析。FMEA一般可用于产品的研制、生产和使用阶段，特别应在产品研制、设计的早期阶段就开始进行，以便

23、对设计的评审、安排改进措施的先后顺序提供依据。CA法工作的难度较大，需要有一定的基础和数据做支撑。6 故障树分析法（FTA）故障树分析法（FTA）是通过对可能造成系统故障的硬件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产生故障原因的各种可能组合方式或其发生概率的一种分析方法。其目的与用途在于分析故障原因与损害及其源与流的逻辑关系，以便确定其可靠性框图与模型，当具有故障率数据时，可计算产品发生故障的概率。该方法既可进行定性分析，也可进行定量化计算。FTA法仍处在发展、完善的过程中，由于建树过程复杂且难度很大，故利用计算机自动建树的方法也在发展中，就目前机械可靠性分析技术尚不成熟的现状而言，应

24、特别注重在机械产品开发的早期更多地采用FMECA和FTA等分析技术和评审手段，以发现产品的薄弱环节及缺陷。以此来改进设计和提高产品的可靠性水平。7 机械可靠性设计的常用方式l 概率设计法概率设计法39作为设计机械零部件以及构件的方式，通过概率设计理论进行引导。先要进行原材料强度、性能以及零部件规格等概率分布的统计，之后再通过应力强度干涉模型进行核算，再在零部件设计计算模型的协助下，获得零部件规格、可靠度、使用时间，将设计变量作为随机变量，在应力强度干涉模型协助下，确保所设计的零部件可以完成预定的可靠度指标。传统设计方式是通过安全系数为基础，由此可见，概率设计法具备特有的优势。概率设计法可以较好

25、地确保机械产品的可靠度。这是由于此方法并非使用最小强度超过最大应力的标准，而是对机械产品的应力及强度描写透过概率分布进行，如此便可良好抵制传统方法由于强度及应力并非毫无变动而形成的设计可靠性的不足。概率设计法可以符合定量可靠度的标准。这是由于此方法预见且承认了设计零部件会具有一些故障，且可以对产品故障率与可靠程度给予定量回答，而传统方法并不能预测出可靠度的定量。l 稳健性设计法稳健性设计法40是日本著名机械设计师田口玄一41提出，此方法将统计分析作为基础，为了尽量确保产品性能的稳定性以及最大程度提高产品应用时间，这则需要在设计当中考量到制造过程以及使用过程中，外部因素的变异以及产品自身参数、结

26、构等方面的变化，且提出预见性解决方案。此方法判断产品的可靠性，主要是通过产品对用户形成的损失大小。损失指的是产品在实际功能及预期目标相互间的差距。假如差距较大，用户损失则越大，并且也体现出产品品质较差。严格控制产品材料及产品工艺则可以有效降低偏差，以此提高产品品质。稳健性设计框图见图442.图4 稳健性设计框图2.2 机械可靠性工程研究发展方向1 可靠度计算方法严格来讲，可靠度计算方法属于可靠性数学理论的范畴，但是鉴于其在可靠性工程中的重要的理论基础地位，在此特别予以强调。可靠性工程关注于产品具体的可靠度及失效概率值。多年来关于可靠度的定量分析计算已经形成了一些比较成熟的方法，但是在当前工程实

27、际对计算精度及效率要求日益提高的情况下，对可靠度计算方法的创新研究也显得日益重要。基于传统的应力强度干涉模型的可靠度计算方法主要有概率解析法和近似概率法。概率解析法是基于数学概率计算理论的精确概率分析方法，而由于实际机械结构和随机变量概率分布情况的复杂性，使完全精确的概率解析计算难以实现。近似概率法包括基于极限状态函数近似泰勒展开的一次二阶矩法、高次高阶矩法。其中高次高阶矩法虽然提高了状态函数泰勒展开的精度，但由于解析计算过程过于繁琐导致新的计算误差，故计算精度受到限制，应用较少。目前工程实际中应用较多的是基于极限状态函数线性泰勒展开的一次二阶矩法，包括矩分析法、变异系数法及JC法，其中JC法

28、适用于基本随机变量为任意分布的可靠度求解，并且运算简捷、计算精度较高，是广泛应用的一种可靠度计算方法。基于大数定律的蒙特卡罗随机抽样模拟法（MonteCarlo法）也是可靠度计算的重要发展方向，尤其是20世纪90年代以后，结合先进的计算机技术逐渐发展出了具有不同特点的多种抽样模拟方法，包括：重要抽样法、子集模拟法、方向抽样法、响应面法。目前限制该类方法发展的主要瓶颈是计算成本和计算效率问题。另外，将有限元法与概率分析理论相结合应用于可靠性分析的概率有限元法，对极限状态函数难以用显函式表达的复杂结构可靠性分析提供了有效途径43。目前，随着机械系统日益复杂化，系统可靠性成为机械可靠性研究发展的重要

29、方向。但是目前针对复杂系统进行可靠性分析的方法还很不完善，对复杂系统的可靠性指标评价依然比较困难。一般简单的系统可靠性分析主要应用传统的可靠性框图模型（串联系统、并联系统、表决系统等），复杂系统可靠性分析主要应用方法及研究方向包括故障树分析法（FTA）、故障模式影响及危害度分析法（FMECA）、贝叶斯网络分析法44等。2 疲劳强度及疲劳寿命可靠性随着可靠性技术研究的深入，单纯的静强度可靠性已经不能满足工程实践的需要。考虑产品的循环交变应力工况及零部件疲劳寿命、持久极限特性的疲劳强度及疲劳寿命可靠性问题更符合工程实际要求，成为强度可靠性研究的重要发展方向。目前，在材料疲劳强度及疲劳寿命理论发展的

30、基础上，将可靠性分析技术及理论与之有机结合，建立系统的无限寿命疲劳可靠性及有限寿命疲劳可靠性数学模型45，并寻求精确高效的分析计算方法是这方面研究的迫切需要和重要方向。3 系统可靠性研究近年来，随着机械系统日益复杂化，系统可靠性研究日益受到重视。但就目前水平而言，对系统可靠性的研究还很不充分，尤其是对复杂系统的可靠性研究是最近十几年才发展起来的，相关的数学建模理论及分析计算方法都处于基础研究阶段，有待进一步发展。传统的系统可靠性理论将系统中各组成单元的故障失效视为相互独立，进而基于串联、并联、混联等各种理想模型进行系统可靠性分析。但是事实上在一般现实系统中，各组成单元及元器件的故障失效都是相互

31、影响、相互关联的，只有考虑系统各组成单元及元器件的故障关联性，建立关联系统可靠性模型，才能更加准确地反映系统可靠性的真实情况。所以关联系统可靠性问题便成为目前系统可靠性研究的主要方向之一。另外，考虑系统元件对应不同故障模式、不同失效程度的多状态模式以及由于系统元件失效或性能衰退导致系统整体的性能下降且呈现出多个性能水平和多种失效模式，建立多状态系统可靠性理论，是研究复杂系统可靠性的现实要求。当前多状态系统可靠性研究的主要困难在于多状态系统的可靠性建模及状态数目爆炸问题，简化多状态系统可靠性模型、减轻计算负担是研究的重点。 4 模糊可靠性理论20世纪80年代，最早有人提出了用模糊数学方法处理可靠

32、性设计中存在的模糊性问题，国内外研究人士就此进行了许多有益的探索研究。但是，由于研究起步晚、时间短，目前尚未形成完整的理论，初步的研究成果主要包括：建立模糊可靠性理论的必要性；扩展常规可靠性指标获得模糊可靠度、模糊失效概率、模糊故障率等指标；建立模糊可靠性指标45的计算公式；对简单系统的模糊可靠性指标进行计算。为了处理实际机械系统中大量存在的模糊问题，对工程实践起到实际的指导意义，应该充分重视模糊可靠性理论的研究和发展。5 可靠性优化设计将传统优化设计技术与可靠性设计理论相结合，考虑系统设计参数的概率分布特性及产品可靠性指标对系统设计的约束指导作用，将可靠性指标集成到优化设计的目标函数或约束条

33、件中，运用最优化方法得到概率意义上的产品最优设计方案，这就是可靠性优化设计。机械可靠性优化设计问题主要可分为3类：一是将可靠性指标作为约束条件；二是将可靠性指标作为优化目标；三是对系统可靠度进行最优化分配。可靠性优化设计比传统的优化设计模式更为合理，有利于提高产品的设计质量、保证设计安全可靠并且提高产品的设计效益，在倡导提高产品安全可靠性及降低资源消耗的经济社会发展背景下，可靠性优化设计将成为机械产品设计开发的基本要求和必然趋势，相关的理论研究发展便显得尤为重要。6 可靠性试验及数据积累产品可靠性试验及失效数据的积累是深入研究机械可靠性的重要条件。但是由于机械产品寿命试验及失效破坏试验的经济成

34、本高、时间周期长，并且现场设备可靠性及失效数据的采集和积累难以实现，所以产品寿命及失效数据缺乏往往成为制约机械可靠性研究的瓶颈，是中国机械可靠性研究面临的普遍问题。广大机械可靠性研究工作者应该树立可靠性数据积累的长期意识，通过科学试验数据及现场数据的准确采集和长期积累，促进机械可靠性研究水平的切实提高。3 参考文献1喻天翔、宋笔锋等，机械可靠性试验技术研究现状与展望，机械强度，2007,292浅谈机械可靠性设计发展  闫欣，肖春英，朱春来，徐东，贾建国  中国船舶 重工集团公司第七一八研究所  20113张祖明.机械零件强度现代设计方

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