机电一体化产品的可靠性设计分析

机电一体化产品的可靠性设计分析

作者：王晓燕

来源：《中国高新技术企业》2014年第01期

摘要：机电一体化产品由于其复杂性和重要性，其可靠性问题越来越受到关注。可靠性设计作为一种现代化的设计手段，将其应用在机电一体化产品的设计中，能够保证机电系统获得较高的可靠度。文章首先介绍了可靠性的概念和可靠性的评价指标，然后从可靠性预计和可靠性分配两个方面对可靠性设计进行了详细的 介绍。

关键词：机电一体化；可靠性；预计分配

中图分类号：TH239 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0012-02 1 概述

随着我国市场化经济的发展和技术水平的不断提高，机电一体化产品在我国各个行业、各个领域的应用范围越来越广泛，机电一体化的产品结构越来越复杂，其使用条件和应用的环境也更加严格，由此产生的产品可靠性问题必然增多。可靠性是衡量产品质量的一项重要指标，早在20世纪50年代，国外就兴起了对技术可靠性的广泛研究。

可靠性是产品或系统的重要指标属性，要提高系统的使用寿命、应用的稳定、计算的准确，降低长期使用的损耗费用，产品质量的时间起到关键作用。可靠性分析，目前已经成为产品安全性预测、质量保障及维修计划制定等工作不可或缺的手段。尤其是在现代生活中，不论是复杂的飞机，还是日常生活中简单的计算机等，都是应用大量复杂的机电一体化产品与系统的典型代表，与此同时，可靠性工程应用其中，并取得了成功。 2 可靠性

机电一体化产品的可靠性是利用时间作为标准对产品质量指标进行描述，机电产品在规定的条件和时间内完成规定功能的能力。它包含五个要素，分别是：对象、规定的工作时间、规定的工作条件、正常运行的功能以及 概率。

机电一体化产品的可靠性研究对象既包括系统，也包括各种单元、组件、零部件等。“规定的工作条件”一般包括：环境条件、动力条件、负载条件以及使用和维护条件。“规定的工作时间”一般指产品的全寿命周期。正常运行的功能是指机电一体化产品完成任务的各参量。而概率是可靠性的数值表征。

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可靠性指标是产品可靠性的量化标尺，是进行可靠性分析的依据。可靠度、失效率、平均寿命、平均维修时间等函数都是机电一体化产品常用的可靠性指标。在不同的工作条件下，对于不同的机电系统，应采用不同的可靠性指标来进行可靠性设计。 3 可靠性设计

机电产品的可靠性是设计出来、生产出来的。可靠性设计是一种预先考虑产品或系统可靠性的设计方法，运用可靠性设计可以实现在完成预定功能的前提下，使性能、重量、成本、寿命等各方面相互平衡，设计出可靠性高的产品的目的。其任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用来保证应有的工作寿命和可靠度，建立最优的方案，实现产品的设计需求。设计人员必须明确可靠性设计的目的并掌握可靠性设计的方法，因为可靠性设计是机电一体化产品设计中最重要的一环，可靠性设计与机电产品的功能设计同步进行也是必要的。可靠性设计主要包括可靠性预计和可靠性分配两 部分。 3.1 可靠性预计

可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性进行的工作，以以往的工程经验、故障数据、当前技术水平、元器件的失效率等为依据，预计产品实际可能达到的可靠度。可靠性预计包括可靠性分析和可靠性预测两个过程。

可靠性分析就是依据机电一体化产品各个组成单元的具体功能特性，绘制反映其物理关系的功能框图。然后根据功能图，进行可靠性建模，分别是绘制能够反映其逻辑关系的可靠性框图和建立可靠性数学模型。机电一体化产品的可靠性与组成它的各个单元的可靠性之间的定量关系是可靠性数学模型反映的内容。产品系统彼此组合起来的形式和各组成单元本身的可靠性是产品系统的可靠性的两个决定性因素，也就是在逻辑图中各个单元之间的连接 方式。

完成可靠性数学建模，把机电系统的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函数，再根据已知的各部分的可靠性指标数据计算出系统的可靠性，进行可靠性预测。通过可靠性预测，能实现对机电一体化产品各单元的现有元器件水平和使用条件下能达到的可靠性指标的客观认识，又能找到系统的可靠性薄弱环节，从而提出对设计方案的修改意见，最后再进行实施。在一般情况下，最终形成一个机电一体化系统，需要进行若干次可靠性预测，并且预测越早越好。

3.2 可靠性分配

技术可靠性分配是技术可靠性设计的基础，也是系统可靠性设计的重要任务之一。可靠性分配是为了使复杂问题的处理得以简化并便于检验，把系统的可靠性指标按照一定的方法合理

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地分配给系统、单元、零部件的全过程。它是一个分解的过程：由一个整体到局部、由大到小、由上到下，也是系统可靠性预计与分配贯穿整个设计的过程，而且系统设计初期的可靠性预计与分配对系统可靠性有着十分重要的影响。 4 结语

社会各个领域越来越广泛地应用机电一体化产品，机电一体化产品的可靠性问题逐渐受到各方的关注。本文以可靠性为出发点，详细介绍了机电一体化产品的可靠性设计过程，为使用者提供参考，起到提高机电产品可靠性和质量的作用，达到增加机电一体化产品的社会效益、经济效益的目的。 参考文献

[1] 王世萍，朱敏波.电子机械可靠性与维修性[M].北 京：清华大学出版社，2000.

[2] 郑和元.关于机电一体化系统中的可靠性分析[J].商 品与质量·焦点关注，2012，（4）.

[3] 秦明，巫世晶，孙旋.机电系统可靠性工作与分析技 术概述及应用[J].机电设备，2006，3：34-38. [4] 杨鹤年，韩钢.机电一体化系统中的可靠性分析[J]. 煤炭技术，2011，30（8）：70-72.

作者简介：王晓燕（1985—），女，河北唐山人，供职于滦南中兴电力服务有限公司。