產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-06-12 20:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 箱就是最好的例證。 現(xiàn)代產(chǎn)品除了安全、可靠、美觀等性能指標(biāo)外 ,智能化、功能重組和自修復(fù)等功能是產(chǎn)品創(chuàng)新的重要體現(xiàn) ,從大到多功能軍用飛機(jī) ,小到移動(dòng)電話 ,現(xiàn)代產(chǎn)品都需要這些創(chuàng)新功能。全生命周期設(shè)計(jì)更要注重這方面功能的創(chuàng)新。 借助計(jì)算機(jī)仿真和計(jì)算試驗(yàn)技術(shù) ,可以在設(shè)計(jì)階段考察、改進(jìn)產(chǎn)品的功能和性能。產(chǎn)品的功能與材料、結(jié)構(gòu)、工藝、質(zhì)量等是一種互動(dòng)關(guān)系。 、安全使用壽命設(shè)計(jì) 產(chǎn)品的安全使用壽命是產(chǎn)品價(jià)值的重要體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品安全使用壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是對(duì)產(chǎn)品使用壽命和可能破壞的準(zhǔn)確分析預(yù)測(cè)。目前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的 使用壽命預(yù)測(cè)主要有基于疲勞力學(xué)的安全壽命方法和基于斷裂力學(xué)的損傷容限耐久性方法。對(duì)規(guī)定可靠度下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全使用壽命的確定見(jiàn)圖 4。 (a)產(chǎn)品壽命與破壞概率 (b)損傷尺寸與壽命 圖 4 產(chǎn)品安全使用壽命期 對(duì)機(jī)電產(chǎn)品 ,除了機(jī)械疲勞破壞外 ,電致電子元件的疲勞、控制開(kāi)關(guān)的電接觸疲勞、運(yùn)動(dòng)部件的磨損、腐蝕環(huán)境中部件的剝蝕等都對(duì)產(chǎn)品的安全使用壽命構(gòu)成影響。此時(shí) ,只要將損傷理解為廣義損傷 ,壽命理解為疲勞循環(huán)、接觸次數(shù)、腐蝕時(shí)間等廣義壽命 ,仍可以沿用圖 4 的安全使用壽命概念。 在安全使用壽命設(shè)計(jì)中 ,除了壽命分析和預(yù)測(cè)方法外 ,材料的選擇和材料客觀性能指標(biāo)的試驗(yàn)測(cè)定、對(duì)制造和加工工藝質(zhì)量的評(píng)估、載荷譜和環(huán)境譜的編制等都具有重要影響。 、經(jīng)濟(jì)壽命設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)壽命設(shè)計(jì)的目的是在安全壽命預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上 ,通過(guò)制定合理的檢測(cè)、維修、更換零部件、再制造等計(jì)劃 ,保障設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)經(jīng)濟(jì)壽命設(shè)計(jì)原則 ,易損零部件應(yīng)設(shè)計(jì)為可更換部分 ,不可更換的主體或高值部件應(yīng)按等壽命原則設(shè)計(jì) ,一些關(guān)鍵的安全薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)計(jì)為可檢測(cè)和便于維修的。 、安全可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂破壞是機(jī)械失效最主要的方式。疲勞破壞的危險(xiǎn)性表現(xiàn)在達(dá)到疲勞壽命時(shí)無(wú)明顯先 兆 (顯著變形或顯著的動(dòng)力學(xué)性能變化 )結(jié)構(gòu)就會(huì)突然斷裂解體。目前工程界對(duì)一些重要設(shè)備采用對(duì)運(yùn)行全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析處理以便診斷出早期故障。損傷容限設(shè)計(jì)則采用高韌性的材料以使結(jié)構(gòu)對(duì)較小的、難于發(fā)現(xiàn)的損傷具有容忍性。安全可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)要求重要的機(jī)械設(shè)備能夠容忍運(yùn)行監(jiān)測(cè)和可能采用的損傷診斷技術(shù)所無(wú)法判定的損傷。當(dāng)損傷已發(fā)展到危及安全之前 ,可以可靠地由計(jì)劃使用的檢查、監(jiān)測(cè)手段發(fā)現(xiàn)。否則 ,結(jié)構(gòu)就應(yīng)設(shè)計(jì)成不可監(jiān)測(cè)的類型。 例如 ,大型發(fā)電機(jī)組主軸的斷裂往往導(dǎo)致重大事故。但停機(jī)拆檢會(huì)造成大的經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)大 型發(fā)電機(jī)組一般實(shí)施連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以避免惡性事故。然而當(dāng)主軸出現(xiàn)裂紋時(shí) ,以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的故障診斷方法目前尚很難明確判別小于軸直徑四分之一的裂紋。如果在運(yùn)行負(fù)荷下軸的臨界斷裂尺寸小于四分之一軸直徑 ,那么這種監(jiān)測(cè)診斷對(duì)避免主軸斷裂事故就沒(méi)有任何意義。因此 ,在設(shè)定的監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)水平下 ,機(jī)械設(shè)備的安全可監(jiān)測(cè)性在設(shè)計(jì)階段就決定了。當(dāng)然 ,損傷監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)在不斷的發(fā)展 ,進(jìn)行安全可監(jiān)測(cè)性設(shè)計(jì)應(yīng)掌握這方面的發(fā)展動(dòng)態(tài)。 、面向資源環(huán)境的設(shè)計(jì) 選材材料選擇應(yīng)考慮資源問(wèn)題 ,在能利用可再生資源的情況下盡量使用可再生資源的材料。合理利用回收再生的材料 ,促進(jìn)材料再利用。 節(jié)能設(shè)計(jì)中考慮的節(jié)能概念包括通過(guò)合理的材料選擇和工藝設(shè)計(jì)降低制造加工過(guò)程的能耗、通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)技術(shù)降低設(shè)備服役運(yùn)行中的能耗、選擇合適的能源品種、設(shè)計(jì)好設(shè)備的拆卸性 ,降低報(bào)廢后材料和部件回收或再生產(chǎn)的能耗。 環(huán)保全生命周期設(shè)計(jì)中環(huán)保概念應(yīng)貫徹始終。包括選擇環(huán)保材料 ,設(shè)計(jì)有利于環(huán)保的制造方式和工藝 ,控制設(shè)備使用過(guò)程的有害物產(chǎn)生和排放 ,采用先進(jìn)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的制造工藝控制噪音污染、合理設(shè) 計(jì)降低電磁污染 ,等等。 全生命
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