机械可靠性设计的内涵与递进(下篇）

　　近30 年来，在机械设计领域中，出现了不少现代设计方法及相应的科学，现在可靠性设计和优化设计在理论上和方法上都达到了一定的水平，但是无论单方面进行可靠性设计还是优化设计，都不可能发挥可靠性设计与优化设计的巨大潜力。一方面是因为可靠性设计有时并不等于优化设计，例如机械产品在经过可靠性设计后，并不能保证它的工作性能或参数就一定处于最佳状态；另一方面是因为优化设计并不一定包含可靠性设计，例如机械产品在没有考虑可靠性的状态下进行优化设计后，并不能保证它在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能，甚至发生故障和事故，造成损失。另外，由于机械产品有众多的设计参数，要同时确定多个设计参数，单纯的可靠性设计方法就显得无能为力了。所以应该进行可靠性优化设计的研究。可见要使机械产品既保证具有可靠性要求，又保证具有最佳的工作性能和参数，必须将可靠性设计和优化设计有机地结合起来，开展可靠性优化设计研究，给出机械产品靠性优化设计方法[109-139]，只有这样才能发挥可靠性设计与优化设计的巨大潜力，才能发挥两种设计方法的特长，才能达到产品的最佳可靠性要求，使其具有更先进、更实用的设计特点，以便最好地达到预先确定的目标，即在设计中既保证的机械产品的经济效益又保证运行中的安全可靠。

　　4.可靠性灵敏度设计

　　在机械产品优化设计、系统模型修改、结构参数识别、系统动力控制、工程近似分析和估计变化趋势中，灵敏度分析与重分析和再设计已成为多功能的设计工具。实际工程的设计方案，一般都要进行测试试验分析，如果方案有所变化，就必须重新进行一次测试试验分析，这就需要花费大量的人力、物力和财力。以前进行设计与修改，都是凭借经验进行的，有一定的盲目性。复杂机械产品结构系统的物理参数和几何参数很多，进行一次设计和修改，总是希望了解哪些参数对产品特性影响较大，即研究机械产品特性对这些参数的敏感程度，估计参数变化的效果，指出产品随参数变化的改变量，进行灵敏度分析与重分析和再设计，使机械产品的特性为最佳。这样就可以优化产品性能，延长使用寿命，降低工作成本。所以灵敏度分析是机械产品优化设计的基础，而重分析和再设计则是机械产品优化设计的重要手段，也是灵敏度分析的目的之一。灵敏度分析最初在对控制系统数学模型的参数变化的效果估价中得到肯定，以后才进入到大型结构系统的优化设计中来。现在灵敏度分析已在生理学、热动力学、物理化学以及气动弹性力学等众多领域中得到了应用，用以估价分析模型中的参数变化的效果，并寻找出对参数变化敏感的系统。为了实现最佳的机械产品设计、控制和最优的系统运行控制，并能充分发挥设计者的经验和判断能力，实现一种有效的人机交互辅助设计和控制，灵敏度、重分析和再设计的引入更有重要性和迫切性。几十年来，在灵敏度分析方面已有了大量的成果，给出了特征值问题、静态和动态响应以及机械产品参数优化设计等方面的灵敏度分析的许多方法，如直接法、伴随变量法、有限差分法、Green 函数法和FAST 法等[140-142]。

　　在进行机械产品的可靠性分析时，由于各因素对产品失效的影响程度不同，因此关于机械产品的可靠性灵敏度的研究具有重要意义。机械产品的可靠性灵敏度设计，是在可靠性基础上进行灵敏度设计，得到一个用以确定设计参数的改变对产品可靠性影响的评价，可以充分反映各设计参数对机械产品失效影响的不同程度，即敏感性。

    机械可靠性设计的内涵与递进机械产品可靠性灵敏度设计在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。事实上，若某因素对产品失效有较大的影响，则在设计制造过程中就要严格加以控制，使其变化较小以保证产品有足够的安全可靠性；反之，如果某因素的变异性对产品可靠性的影响不显著，则在进行可靠性设计时，就可以把它当作确定量值处理以降低分析的复杂程度。对反映这种不确定性的产品可靠性灵敏度进行分析研究，给出一种用以确定设计参数的改变对产品可靠性影响的可靠性灵敏度的计算方法[143-188]是十分必要和重要的，从而为工程设计、制造、使用和评估提供了合理和必要的可靠性依据。