浅析机械产品维修性设计

摘要：本文分析了维修性设计的基本流程，用以指导产品的维修性结构设计。并重点研究了维修性设计中关键环节（维修性结构设计和维修性设计特征分析）的基本方法，为维修性设计建立技术基础。

关键词：维修性设计；特征；技术

中图分类号：TH166 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 10-0000-01

Analysis of Mechanical Product Maintenance

Design

Liu Xuesheng

(Weifang Branch of Shandong Special Equipment Inspection Institute,Weifang261061,China)

Abstract:This paper analyzes the maintenance of the basic design process to guide the maintenance of the structural design of the product.And focuses on the key aspects of service design(maintenance and repair of structural design analysis of design features)of the basic method for establishing technology-based service design.

Keywords:Maintenance design;Features;Technology

一、维修性设计的流程分析

维修性设计包括一系列的设计、分析与试验工作，它是一个反复迭代的过程。维修性设计按照内涵的不同，一般可分为两个层次：（1）产品维修性工程全寿命周期层次，此时维修性设计可以理解为广义的设计理念，特别关系到产品的概念设计阶段、方案设计阶段和定型阶段，一般包括维修性建模、维修性分配、维修性方案设计、维修性预计、维修性分析和维修性设计的验证；（2）维修性结构设计层次，这里的设计是狭义的概念，主要是基于CAD软件平台进行的维修性结构设计、分析和验证。

维修性设计流程主要包括以下内容：（1）提出基本维修概念。所谓维修概念，就是对整个生命周期内如何提供维修保障以保证产品正常工作给以明确的说明。它是进行整个产品设计和维修性设计的基本依据，根据规定的维修概念，即可建立维修性模型，协调地开展产品设计和维修性设计工作；（2）为相应的设计部门提供维修性设计方面的技术咨询，提出适用于各零部件的定性和定量的数据资料及有关信息，并提供维修性设计准则；（3）在选择产品设计方案时，参加产品中零部件材料、结构的选择，完成对产品定性和定量的维修性分析，以确定其维修性特性。然后按要求进行详细的权衡研究，确定最优设计方案；（4）根据需要，建立产品的数字样机，利用特定的模型或其它手段进行维修性验证与评价，以确定设计方案是否满足要求。

二、维修性设计准则

维修性设计准则是综合维修性设计和使用中的经验而拟定的，维修性设计工程师在制定维修性设计方案时要充分考虑。除了指导维修性设计的作用之外，维修性设计准则还是对产品维修性进行评审的一种主要依据。

（一）测试性设计。故障诊断和隔离应准确、快速、简便。通常故障诊断和隔离时间占维修时间的60%-90%。因此，应广泛采用自动化测试技术，优先采用机内测试；尽量采用原位检测和不解体检测；合理设计测试设备、测试方式和测试点配置；对重要的接头设计要有一定可检性。

（二）维修安全性设计。维修安全性是指避免维修人员伤亡或产品损坏的一种设计特性。设计产品时应保证贮存、运输和维修时的安全，采取的安全措施有涂写明显的警告标记、设置安全连锁开关、紧急短路开关、接地等。在可能发生危险的部位上，应提供辅助预防手段，在严重危及安全的部分应有自动防护措施。如GE90发动机所有携带液体的LRU都有排放装置，以防止拆卸时液体泄露。

三、维修性设计关键技术

维修性设计的关键技术包括维修性结构设计，维修性设计特征分析等等，在这些关键技术的支持下，设计过程才能顺利、可靠地进行。

（一）维修性结构设计。维修性结构设计是产品维修性设计的关键环节，是提高产品维修性的根本。

本文的维修性设计研究工作主要基于CATIA软件平台，CATIA软件是当今CAD发展的主流，在世界CAD/CAE/CAM软件中处于领先地位，被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品等行业。CATIA软件可以十分方便地实现复杂零件的三维结构设计，为设计人员提供了良好的设计环境。

维修性结构设计的主要途径有：

1.以维修性设计准则指导设计。以维修性设计准则指导设计是维修性结构设计的基本要求。维修性设计准则包含了设计时应遵守的一般原则，设计时充分考虑设计准则的各个方面，改进产品的设计特征。常用紧固件、润滑装置、轴承、密封件、接插件等的结构和应用都有明确的要求，在设计时要加以利用。

2.根据类似的维修性结构进行改进。根据类似维修性结构进行改进设计是维修性设计的常用手段。针对发现的维修性设计缺陷，结合产品的功能、使用维修条件等特点，根据类似产品的结构，改进产品的维修性结构设计。对实现相同功能的不同结构，根据维修性要求选择使用，充分利用已有的良好的维修性结构。对维修性比较好的结构，要加以借鉴采用。

3.采用新技术新结构改进设计。采用新技术和新结构改进产品维修性需要大量的经验积累和技术创新。为提高产品的维修性，应积极创新，采用新技术和新结构改进维修性，这也是结构设计工作的重点和难点。

（二）维修性设计特征分析。维修性设计特征分析是依据维修性设计准则，分析维修性结构的定性维修性指标，如可达性、测试性、可拆性等，以评审维修性结构的维修性。对结构的每个维修性设计特征属性依次进行分析，根据性能的好坏程度给予定性的评价。

可达性是维修性结构的重要设计特征，所以可达性分析技术尤为关键。可达性分析包括可视性分析、实体可达性分析、操作空间分析。

可视性分析采用维修部位可视域与可视锥相结合的分析方法。通过构造维修部位可视域确定眼睛可视位置的可行解空间，对维修可视性进行粗判；然后根据人体姿态和眼睛与维修部位的相对位置关系确定人体头部姿态，进而构造人眼的可视锥，对维修区域的可视性进行详细评价。

实体可达性分析采用逆向求解的思路，将人体模型的手（包含工具）装配到维修部位上，求手臂运动学逆解，分析是否存在一种手臂姿态使得手臂可被维修空间包容，如果有解，则认为维修部位基本可达，然后根据人体舒适度来分析评价实体可达的程度。

参考文献：

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[2]蒋运劲,刘存香.浅谈维修性设计的现状,前景及其设计方法[J].机械工程与自动化,2004,126(5):101-104

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