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摘要：机械产品的设计是一个复杂的多工艺过程。对于机械产品的设计，其设计的可靠性是机械产品安全性能的保证,也是提高机械产品的综合竞争力的关键,因此，有必要在许多领域都进行机械可靠性设计的推广以及持续深入探索。
关键词：机械零件；可靠性设计；方法
可靠性是衡量机械产品质量好坏的一个重要指标。对机械零件可靠性的优化设计能够提高产品的质量和可靠度，提高经济效益。可靠性技术已经成为机械工程中一个重要的研究问题。未来可靠性的理论会在可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计、可靠性稳健设计及可靠性试验方面有更深层次的研究和发展。对可靠性知识和理论研究和掌握得越多，机械零件的设计也就更科学、更合理，而不再是使用主观经验进行设计。
1机械零件的传统设计与可靠性设计比较
1.1机械系统可靠性特点
1.1.1机械系统结构及失效模式复杂，且故障情况较多，与电子产品故障不同的是，机械产品系统故障主要由部件磨损、疲劳而引起，且早期故障排除的难度较大，开展起来较为困难。
1.1.2考虑到机械产品应用环境的复杂性，其可靠性数据系统尚未健全。
1.1.3机械系统复杂，产品零部件难以实现标准化，失效率统计较为困难。
1.1.4由于机械产品寿命并不服从指数分布，因此机械产品的寿命和可靠性试验无法使用指数分布的统计试验方案。
1.2两种设计之间的关系
传统设计通常由产品的性能以及机械性能要求出发展开设计，传统方法所进行的设计及安全系数的校核难以衡量产品设计的可靠度以及故障发生率，只是引用经验的安全系数，设计过程具有较大的盲目性。考虑到经验性的差异，对于产品的可靠性设计造成不利影响。机械产品的可靠性，要求产品持续高效性能的实现，机械产品设计过程中，涵盖H应力和H强度两类故障因素，前者即包括环境因素以及外力在微元面积上产生的内力与微元面积比值的极限，环境因素包括温度、湿度等存在一定的散步性。后者指机结构承受应力（多因素影响的随机变量）的能力。且应力及强度均存在一定分布规律，而传统设计过程并未考虑此类规律性参数条件，可靠性设计即在传统设计的基础上，采用概率统计的方法对于设计参数及影响因素进行统计特性分析，可使得机械产品的设计更加高效、合理，更加符合工程实际应用，且机械产品的寿命和失效率也可实现可预测性能。
2可靠性设计理论研究现状
尽管研究者和实践者不断完善机械零部件设计领域中的可靠性设计理论，可是可靠性设计理论在实际应用过程中也是有一定局限性的，一般表现在概率可靠性和模糊可靠性两个方面。两种分析方式中都有一定的不确定性因素，都需要对大量的数据进行复杂的计算，如在概率可靠性分析中，如果引入的数据不够精确，机械产品的整体结构可靠性就会受到影响。尽管有些学者提出，界定概率指标时利用区间可靠性进行。可是这种设计方式也不能很好地达到优化目标。如果可靠性设计理论分析中同时存在概率变量和非概率变量时，应该使用混合模型，这样才能提高可靠性分析的准确度。当前可靠性设计理论正在逐步走向完善，这一点主要通过混合可靠性模型表现出来，这一混合可靠性模型包含多种概率指标、非概率指标以及模糊指标，从而能更加准确地体现出机械结构的安全性。从另外一个角度来说，这种方式有助于收集机械零部件的使用数据信息，而且会将这些信息储存在专门的可靠性数据库内，从而为接下来的产品后期设计提供相应的依据。
3机械零件可靠性设计理论的研究发展方向
3.1可靠性优化设计
可靠性优化设计是以可靠性为前提而开展的更完善的设计工作，不仅可以满足产品在使用过程中的可靠性，还将产品的尺寸、成本、质量、体积与安全性能等得到进一步的改善提高，进而保障结构的预测工作和实际工作性能更契合，能够把可靠性分析理论和数学规划方法合理地融合到一起。在对各参数开始可靠性优化设计时，首先把机械零件的可靠度当成优化的目标函数，把零件的部分标准如成本、质量、体积、尺寸最大限度地缩小，再把强度、刚度、稳定性等设计标准作为约束基础设立可靠性优化设计数学模型，依据模型的规模、性能、复杂程度等确定适宜的优化方式，最后得出最优设计变量。
3.2可靠性灵敏度设计
可靠性灵敏度设计是以可靠性为先决条件的，表现出了各个设计参数对机械产品的不同影响力度，从而可以知道各个随机变量对机械零件可靠性灵敏设计的作用有多大，而且对这些参数实施重新分析与重新设计。也就是经过估计变量变差与约束变差对品质性能标准作用的强弱，去除或者改善设计参数中影响较强的参数从而使产品对可控因素变差与不可控因素变差的作用失去敏感性。可靠性灵敏度设计需要先设立极限状态方程，接着对每个参数求偏导数，得到可靠性的灵敏度计算公式，然后确定每个设计参数的灵敏度，把灵敏度数值当做再设计时候修改设计参数的依据，进而把参数进行优化精确，使设计工作能够更高效地继续进行。
3.3可靠性稳健设计
可靠性稳健设计是以可靠性设计、优化设计、灵敏度设计及稳健设计为条件的，稳健设计可以使产品在生产过程中及环境发生改变时仍能保持原有的性能不变，而且可以保证产品在使用期限内，不受结构及小范围老化变化的影响，仍可以保持其可靠性。可靠性稳健设计在设计过程中经过灵敏度的研究，保障产品在不消除、不减少不确定要素的前提下，经过设计将这些不确定要素最大限度地对产品品质的影响不再敏感，最终将产品品质提上去，将生产成品降下来。
3.4基于神经网络技术的零件可靠性设计
神经网络技术（neuralnetwork，简称NN）是近年来发展起来的一种并行分布式处理系统。利用BP神经网络的非线性映射功能，可以有效解决多失效模式相关时机械零部件可靠性优化设计问题。利用神经网络技术进行机械零件可靠性设计主要设计过程如下：确定给定机械零件的可靠度设计范围，使用简单界限估算方法，粗略计算不同失效模型的可靠度范围；各失效模型的相关性不考虑的情况下，优先计算各约束条件的可靠度，在此基础上进行可靠度计算分析，确定最初设计起始点；最初设计点的有限邻域内，可以计算不同水平组合条件下的可靠性分析结果，此过程主要使用随即模拟方法；神经网络模型的建立，初始神经网络模型训练样本由可靠度数据和设计变量确定。在神经网络训练过程中，模拟实际使用过程中的零部件失效情况和系统可靠度之间的函数关系，最终得到一个显函数表达式；约束条件为零件系统可靠度情况下的优化设计，最终可以确定优化设计最佳位置。
结束语
要想提升机械产品的可靠性，就必须在机械产品设计领域中引入可靠性设计理论，不仅要重视可靠性设计理论在不同发展阶段的具体内涵，还要深入了解可靠性理论的重要作用以及缺陷。在判断产品可靠性时要分别从灵敏度、优化设计以及稳健性等角度进行，提高机械产品可靠性。
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