摘要：创新思维在机械工程设计发展过程中扮演着十分重要的角色，与此同时也带来了新的衍生行业大发展。创新思维是从具体的实物及理论概念中将一类实物的本质结合抽象而来的一个概念。凡是成功的机械设计除和已有的相关基础知识及丰富的经验有着重要作用外，也离不开创新性思维。本文详细阐述了机械工程的可靠性设计思想、可靠性设计方法，从设计环节、制造过程、维修和使用三个方面提出机械工程可靠性优化设计的具体策略。
关键词：机械工程；可靠性；优化设计
1 引言
创新力是提升竞争力的重要因素，也是机械设计取得成就的关键，在设计领域创新是重要的能力，创新设计所需要的不仅仅是经验和专业知识，更需要创新思维，创新思维是潜意识及意识共同努力的结果，在思考与实验中，不断实现创新设计，并不是灵光一闪就可以完成。在机械设计中，创新思维至关重要，是提升机械设计竞争力的体现。
2 可靠性优化设计
在机械设计、制造、使用与维修保养过程中，由于材料本身具有一定的离散性，并且在生产加工与制造装配阶段也存在一定的误差性，导致机械加工设备、机械加工产品等在功能实现方面就具有一定的固有随机性。所以，可靠性设计的重点就是解决这种固有随机性。另据行业数据统计显示，设计对产品功能和质量的贡献率约为78%，生产加工与制造装配对产品功能和质量的贡献率约为19%，使用与维修保养对产品功能和质量的贡献率约为3%。因此，产品设计决定了产品本身的功能和性能，赋予了产品“先天优劣”的本质特性。可靠性设计和优化设计广泛应用于机械工程设计领域，需要科学地运用各相关参数变量，属于高等机械设计范畴。在机械设计过程中，产品结构及零部件所具有的使用功能和强度性能是最重要的评价指标。在常规机械设计过程中，主要参考指标为安全系数，即是在满足相关安全系数的前提下进行结构受力和机械强度设计[1]。机械可靠性设计是在常规机械设计的基础上考虑结构载荷、材料性能、结构尺寸等相关参数的多值性，这样可以有效解决在常规机械设计过程中出现的材料利用率低、结构性能不足等问题。所以，机械可靠性设计更加的科学地选择使用相关参数，是常规机械设计的升级与深入。
3 机械工程可靠性优化的现状
生活水平的提高使得人们对产品本身的质量提出了更高的要求，而我国的多数产品尽管目前在产品的可靠性以及综合性能上升级很快，但是整体而言因为发展时间较短还是无法与外国的企业相抗衡，尤其在机械制造的可靠性方面并不能够满足当下的需求。目前为了不断优化机械工程的制作流程，有关部门已经出台了一整套合理的体系。而在机械工程的可靠性优化设计这一领域中，由于之前的研究大都停留在理论假设上，缺乏足够的实践引导，因此相关方面的人才相当匮乏，这样下来不利于机械工程业的长久发展[2]。因此，对于这一领域有关部门要给予足够的重视，使其稳步地发展并取得长足的进步。
4 机械工程中可靠性优化设计的应用
4.1 产品设计环节
在机械工程产品的设计工程中，最为关键的环节就在于对产品的整体组配和零部件的组装。机械产品由于本身系统非常精密，因此需要具备足够高的可靠性能，对于机械产品的优化主要在以下几个方面：（1）先大致了解并且具体掌握机械制造的完整流程，同时对于每一个零部件进行可靠性分析，进而推断出整体机械工程产品的可靠性能，并且以推测结果为基础进行指标设计。（2）进行指标分配，为了满足各个部件之间可靠性指标的要求，需要将机械制造的产品整体性能都分配到各个零部件之中。可靠性分配环节一般而言有再分配、比例分配以及等分配等多样的评分方法。对于单个零部件的设计过程，为了确保该零部件能够满足国家制定的标准规格，需要进行严格的比对和审查，确保机械工程的整体可靠性能。可靠性实验也是相当必要的，尤其是关键部位的零部件需要对其进行可靠性检测试验。对于可能出现问题的地方需要进行调整，直到其能够满足可靠性能的优化设计要求。
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4.2 推理思维法
推理思维法通常有4种形式。①提问法。提问法就是用提问的方式，发现产品在设计制造以及性能方面的一些不足，找到改进之处，从而开发出各方面表现更加优秀的新产品；②反面求索法。是对现阶段形成的解决方案进行否定，然后从常规的对立方向考虑，从产品相反方面以及组成部件的相反方面进行分析，找到创新设计途径；③缺点列举法。发现设计方案或者机械产品的缺陷，进行缺点列举，可以看出原方案以及产品的诸多不足，找到改进的方案以及方法，展开创新设计，缺点列举法通常在机械改良型产品的创新设计中经常用到；④系统分析法[3]。是对设计系统以及方案展开分析，找到设计方案中的优缺点，并根据系统存在的环境，找到合理的解决方法，在机械设计中，系统分析法是常用的方法。
4.3 使用及维修的可靠性设计
机械产品使用过程对产品的可靠性影响具有举足轻重的地位。因此，首先，在机械产品设计过程中需要针对产品的特点确定合理的使用年限，明确使用环境要求。其次，需要针对进行有效维修设计。通过对产品使用状况的综合评估，明确可以进行维修的内容，可以选择的维修方式，明确零部件可能出现的故障类型，各种故障类型出现的平均周期，设计合理的维修方案。产品在使用过程中针对实际的环境条件再加以合理性评估与维修方案加以整合，提出切实可行的维修策略，保证整个产品的可靠性满足最优化要求。
4.4 降额设计
跟踪机械产品的应用过程，获悉大量的数据，分析表明故障率较低的产品在使用时的实际工作压力都小于额定工作压力。所以为了获取最佳的降额方法，需要在反复的实践过程中，将产品以及内部的各个零件的平均应力减小，将尽可能多的零件的强度提高[4]。这样就可以提高机械产品的可靠性。总而言之，降额设计的宗旨就是首先确保产品的所有零部件实际承受的应力都在额定的范围之内，然后再进一步降低所有零部件的应力以提高产品的质量。
4.5 联想类比法
联想类比法包括相似类比法、移植发和仿生法。相似类比法是指在设计过程中要对相似的结构、功能、原理、动作形式进行对比，再对系统进行分解，找到内部相似的部分，利用创新思维将相似部分进行改进，在改进之后创造出自己的特色，实现资源的有效配置。移植法是指将其它领域的技术进行移植，创造出新的技术，利用这种技术可以提高效率。仿生法是指仿照现有生物的一种方法，可以利用这种技术实现比较难的操作[5]。
5 结束语
机械产品设计的可靠性能提升是时代的要求，这时就需要相关人员以及工程制造企业对于产品设计的可靠性优化指标设计投入足够的重视，在产品设计、产品制造和后期的产品使用、维修环节都加以重视，及时地发现问题、解决问题，用最低的成本同时选择最有效的维修方法将发现的故障及时排除，这样机械产品本身的使用寿命就可以得到有效的延长，这不仅意味着机械产品作为一个资源可以得到更好的利用，更重要的意义在于产品本身的质量，即机械工程的可靠性也得到了大幅的提高。
参考文献：
[1] 杨堂志.机械工程可靠性的优化设计阐述[J].科技与创新,2018(13):121-122.
[2] 彭华康.机械设计的优化方法分析[J].科技经济导刊,2018,26(12):56.
[3] 马强.机械工程的可靠性优化设计探讨[J].中国战略新兴产业,2018(12):221.
[4] 杨清文.探讨机械工程的可靠性优化设计[J].民营科技,2018(02):123.
[5] 冉锦柏.可靠性优化设计工程经济的研究[J].山西农经,2017(22):154.
论文作者:辛华辕
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/17
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