刘斯明
摘要：本文通过对机械可靠性简史、我国机械设备可靠性现状、可靠性研究的重要意义、存在问题及对策的论述，指出为提高我国机械设备产品的竞争力，必须重视和加强机械设备的可靠性研究。
关键词：机械设备；机械可靠性；可靠性设计；可靠性制造；可靠性运行管理；可靠性维修；竞争力
中图分类号：F403.8文献标识码：B
可靠性研究源于军用电子装备工业。1957年美国国防部电子设备顾问委员会发表了著名的《电子设备可靠性报告》。这个报告被公认为是电子产品可靠性理论和方法的奠基性文件。从此，可靠性研究逐渐发展成为一门独立的学科。
随着电子产品可靠性的提高，机械产品的可靠性问题就变得非常突出。机械可靠性是可靠性学科的一个重要组成部分。20世纪70年代，可靠性学科在工业发达国家以较快的步伐深入到机械设备产品中。20世纪80年代，我国开始重视机械设备的可靠性研究，起步较晚，基础工作底子很薄。
一、加强机械设备可靠性研究的重要意义
1．可靠性与产品质量
传统意义上的产品质量主要指产品的性能，即产品出厂时的质量。目前产品质量的定义：满足使用要求所具备的特性，即适用性。概括起来其特性包括：性能、可靠性、经济性和安全性四个方面。性能是产品的技术指标，是出厂时（t=0)产品应具有的质量特性；可靠性是产品出厂后（t>0）所表现出来的一种质量特性，是产品性能的延伸和扩展；经济性是在确定的性能和可靠性水平下的总成本，包括购置成本和使用成本两部分；安全性则是产品在流通和使用过程中保证安全的程度。
在上述产品质量特性所包含的四个方面中，可靠性占主导地位。性能差的产品实际上是废品；性能好的产品也并不能保证它的可靠性水平高。反之，可靠性水平高的产品在使用中不但能保证其性能的实现，而且故障发生的次数少，维修费用及因故障造成的损失也少，安全性也随之提高。由此可见，产品的可靠性是产品质量的核心，是生产厂家和用户努力追求的目标。
2．可靠性与产品的市场份额
在我国加入WTO之后，我国的经济要与国际接轨。用户不仅要求产品性能好，更重要的是要求产品的可靠性水平高，这是产品占领市场的关键。市场竞争表明：今后只有那些具有高可靠性指标的产品及其企业，才能在日益激烈的国际贸易竞争中幸存下来。今后产品竞争的焦点是可靠性。近几十年来，在机械设备及其系统向大型化、复杂化、集成化、高参数化和自动化方向迈进的过程中，是可靠性技术使这些大型复杂系统和设备得以实用化。世界范围的市场竞争日益剧烈，可靠性技术已成为现代企业在竞争中获取市场份额的有力工具。
机械工业是国民经济的基础工业。为提高我国机械设备档次，替换国内关键装置中的进口机械设备，扩大机械设备产品的国际竞争力，提高我国的综合实力，重视和加强我国机械设备的可靠性研究意义重大。
二、我国机械设备的可靠性现状
我国机械工业底子薄，上世纪七八十年代不少大型成套设备和精密自动化设备不能自行设计制造。产品可靠性差、能耗高，有效寿命多数只相当先进国家相应产品的1/3~1/2。万元产值的能耗及钢材消耗大大高于发达国家。我国1988年机电产品出口额仅占世界机电产品出口总额的0.5%。
改革开放以来，特别是我国加入WTO之后，极大地促进了我国机械工业的进步。机械产品的设计和制造水平不断提高，出口额不断增大。但困扰我国机械产品参与国内外竞争的主要因素仍然是产品的可靠性差。主要表现：目前国民经济和产业化所需装备近2/3依赖进口；机械制造业典型产品的技术来源57％依靠国外；仪表、气液元件、低压电器等的平均无故障工作时间低于国外同类产品一至两个数量级；拖拉机和工程机械的平均无故障工作时间是国外的1/2~1/3，甚至1/10；国产越野车的无故障里程在380~800km，而进口车却为28000km；国产仪表和日本仪表在同样工作条件下，故障率是9:1。诸多类似的事例导致用户提出“宁愿牺牲先进性，也要保证可靠性”的要求，许多用户抱怨国产机电产品是买得起，修不起。由于可靠性问题，加剧了机电产品出口出不去，进口挡不住的局面。可靠性严重制约了我国机械工业的快速发展，影响到我国机械工业的声誉。
三、存在的问题及对策
可靠性研究的中心议题是产品的动态质量问题。笔者认为应从以下几方面着手。
1．用现代设计技术强化产品的可靠性设计
现代设计技术指的是：以满足产品的质量、性能时间、成本及价格等综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品的活动过程中所用到的技术群体的总称。
现代设计技术所涉及的理论和方法主要是现代设计方法学、计算机辅助设计技术、可信性设计技术、设计试验技术等多种学科的交叉与融合。而其中每一个具体的设计技术，同样也是若干学科的交叉与融合。例如可信性设计技术，可看作是广义可靠性设计内容的扩展。将现代设计技术贯穿在可靠性设计中，可以起到细化和拓宽产品的可靠性设计。将现代设计方法用到可靠性设计中，结合安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、疲劳设计、耐腐蚀设计、减摩和耐磨损设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计、人机工程设计等，定会提高产品的可靠性设计水平，使之成为满足质量、性能、时间、成本及价格等综合效益最优的产品。
2．用先进制造技术保障产品的可靠性制造
我国机械设备产品的可靠性差，主要原因之一是我国装备制造业基础薄，以及在观念、手段、工艺等方面落后。一些能设计出来的产品，制造不出来或制造质量低是常事。制造业成为我国机械工业发展中的瓶颈。
大力发展和应用先进制造技术，提升我国制造业的产业、产品和组织结构、增强其技术创新、产品开发和市场竞争能力，是制造业走出困境的关键性措施。采用先进制造工艺和用先进制造技术统领我国机械产品的制造，是提高我国机械设备产品竞争力的有效措施。
3．用系统工程实现产品的可靠性运行管理与可靠性维修
设备的可靠性又可分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性三方面。固有可靠性是指设备在设计和制造时的内在可靠性。使用可靠性是指设备在使用时操作及维护人员对设备可靠性的影响，包括：设备的正确使用与精心维护，人为因素等。环境适应性是指设备所处的环境条件对设备叮靠性的影响，如环境温度、相对湿度、大气压力、振动、冲击、辐射、介质特性等。
设备除了要满足上述三类可靠性要求外，还必须具有良好的可维修性。一台质量好的设备，不但要求平均无故障工作时间要长，而且要求平均修复时间要短。可靠性与维修性相结合构成了设备的有效性即广义可靠性，它是衡量产品质量的一个重要方面。
从上述内容中可以看到：可靠性学科不仅重视技术，也非常重视管理。可靠性管理包括设计、制造、生产和使用过程的管理，即全过程、全寿命的管理。而机械设备的使用运行时间在设备全寿命周期内所占比例最大，是产品质量和可靠性的最佳体现。
将系统工程的理论和方法引入到可靠性运转与维修中，对设备进行全过程的管理。在设备管理工作中，明确设备寿命周期费用的经济性目标；依靠技术进步，促进生产发展和实施以预防为主的设备管理方针；通过设计制造与使用相结合、维护与检修相结合、修理改造与更新相结合、专业管理与群众管理相结合、技术管理与经济管理相结合、构建机械设备的在线监测实时故障诊断系统，认真做好设备一生的综合管理，切实做到机械设备的可靠性运行管理与可靠性维修。
4．加强可靠性研究投入和人才培养
(1)加大对我国机械学科基础数据库的投入
我国机械学科的工程技术人员在设计实践中倍感基础数据缺乏。引用国外数据的设计不但不完全符合国情，还可能出现偏差及错误。而进行可靠性设计时，为了明确产品的可靠性要求、制订可靠性日标、预计和验收可靠性特征量等必须掌握产品的可靠性数据。可靠性试验是获得产品可靠性数据的重要手段。与常规试验相比，由于可靠性试验是为了获得统计数据，所以试验所用的时间长，所花的费用较大。但从提高和保证产品的质量角度来讲是值得的，费效比较高。
(2)加大对我国制造企业先进工艺装备的投入采用先谁制造技术，可以提高产品的可靠性。但我国机械制造企业的工艺装备普遍很落后，以数控机床占全部机床的比率为例，1985年美国是10.9%，1994年日本是14.98%，而我国1994年仅为1.5%。
(3)人才培养
在我国，管理的落后比设备、技术的落后更严重。从这个意义上说，加强人才培养、提高人的素质、更新管理组织更迫切。我们非常高兴地看到：近10年，国内很多高校的机械与管理学院共同组办了技术与管理交叉的工业工程学科，致力于培养具有扎实的工程技术基础，又有宽广知识面的复合型人才。
参考文献：
孙大涌等．先进制造技术，北京：机械工业出版社，1999.
孙志礼，陈良玉．实用机械可靠性设计理论与方法．北京：科学出版社，2003.
机械设计手册编委会．机械设计手册，第6卷．北京：机械工业出版社，2004.