浅析机械设计与设备维护成本的关系

浅析机械设计与设备维护成本的关系

满凯、李丽鹏

山东中烟工业有限责任公司滕州卷烟厂 277599

摘要：机械制造在工业发展中占据十分重要的位置，同时对于国家经济的发展也具有重要意义。新形势下，机械制造不但在工业发展中起到决定性作用，并且与高新技术及农业发展具有较为密切的关联，尤其是自动化技术的应用，更是将机械制造推向了一个新的发展高度。设备若要稳定的运行离不开后期的维护，维护对于设备的使用寿命至关重要。但是相同功能的设备，来自不同批次或不同厂家，设备故障率或者后期维护难度却大相径庭。这就涉及到机械设计的合理性与后期故障率高低及维护难度之间的关系。

关键词：机械设计；设备；成本

引言

随着我国现代化程度不断提高、人工成本不断增加，机器代人成为一种发展趋势。设备若想稳定运行离不开高质量的维护，维护意味着人工和物料成本的投入。因此，机械设计人员在设计的过程中，不仅要能够实现所需功能，还得考虑设计的设备，在后期的维护成本能够最低。在设计中，不断学习立足实际，积极听取客户在使用过程中遇到的问题，不断提高改善，降低后期的维护成本。下面将结合在工厂设备维护及设计中遇到的问题进行分析总结。

1机械设计的概念

从人类社会诞生以来，就有了机械设计，从古代的农耕器具，到如今先进的机床、汽车等，都是先形成设计图纸，再通过制造成为成品，在各类产品的开发中，机械设计都是必不可少的重点环节，直接影响产品的质量。机械设计具有五个重要特征：（1）时代性：机械设计与时代的发展密切相关，会受到时代技术水平、物质条件的影响，每一个时期的机械产品，都有着深刻的时代烙印；（2）知识性：机械设计是知识的产物，单一凭借想象，很难完成机械设计，成功的机械设计，必须要建立在扎实设计技术、设计理论和设计方法的基础上；（3）创造性：机械设计是极具创造性的活动，凝结了人们的智慧结晶；（4）系统性，在时代的发展与变迁下，机械设计中涉及的因素也更多，表现出了很强的系统性特征。

2现代机械设计的基本特征

2.1以市场需求为内驱力

现代机械设计工作的开展需要以市场需求作为内驱力，市场会对机械产品的性能、外观等提出规定，在设计环节的各个步骤，都需要以市场需求作为驱动力，也只有符合市场发展需求的现代机械产品，才能够真正赢得市场的认可。

2.2以创新作为设计灵魂

现代机械设计要遵循创新性的原则，这与社会发展的趋势是一致的。对于现代机械产品质量的评估，最终是以市场竞争优势作为评价依据，从市场的应用情况来看，现代化机械产品的性能实现大多是由设计环节决定。具有创新性的机械设计，可以在确保设计质量的背景下，让产品有着更为丰富的功能，这也是创新活动内在价值的一种呈现方式。

2.3多学科技术的融入

现代机械设计在基于现代设计方法理论的指导下，还融入了工业造型设计、CAD技术、有限元方法等，具有很强的综合性。借助于各类现代化技术的应用，减少了机械设计中存在的盲目性和主观性，显著提高了设计的准确性和创新性。

2.4新知识的动态获取

现代机械设计具有动态化的设计，要丰富现代机械设计的功能，新知识的动态获取极为重要。如，CAD具有强大的数值计算能力，利用计算机的图形处理能力，可有效辅助设计人员开展设计与分析，在创新设计手段的同时，集成庞大的信息和知识，显著提升了产品设计的效率，从而满足现代机械设计的发展要求。

2.5关注产品全生命周期

在现代机械设计工作中，需要从产品全生命周期来入手，在产品生产、使用到后续的报废过程，都要关注人际协调、环境友好的问题。基于此，在设计时，既要获取机械设计的相关知识，还要关注产品、使用者的动态信息和知识。对于产品的报废，需要考虑到产品与环境之间可能产生的相互作用。总之，要将设计对象看做时变系统，如果设计无法满足上述要求，就会大大影响产品的竞争力。

3机械设计与设备维护成本的关系

3.1合理的结构能够降低设备故障率

在实际设备制造和设备维护过程，其实两种结构的轴承座使用效果有很大区别。孔内设置台阶结构，在加工过程必须要进行调转方向重新装夹后，才能加工另一侧轴承位。掉头装夹过程费时费力，且装夹过程不能保证装夹的同心度。因此，加工完成后，两侧的轴承位同心度会出现一定的误差，从而影响轴承的同心度。轴装入两个轴承的过程会出现，单独安装一个轴承旋转灵活，而两个轴承同时装入轴后，出现卡顿问题。长时间运行过程，就会出现轴承过热问题。严重时会造成轴承卡死，从而导致整个机构故障。自制轴承座，轴承安装为采用通孔形式制作，加工难度大大降低。同时由于不需要调转方向重新装夹，“一刀成型”能够极大的保证两个轴承位的同心度。对比两种结构，轴承座孔采用通孔结构，为更优方案。

3.2适合的材料能够延长配件的使用寿命

合理的选用材料，以及选择合适的材料组合形式，能够大大降低维护难度。而在机械设计上，我们也会对不同零件的使用寿命做出取舍。比如梯形丝杆与螺母，设计过程中，螺母的更换难度和加工难度相对较低。因此，我们会采用黄铜来制作螺母，以牺牲铜螺母的形式来延长丝杆的使用寿命。又如直流电机的换向器与碳刷之间的关系，直流电机的换向器与转子相连，其出现故障后，更换和维修的难度和成本相当的高；而碳刷为标准件，价格便宜，且更换起来较为方便。因此，电机设计师采用了二者组合的形式来降低维护难度和成本。总的来说，机械设计的“舍卒保车”更多的是寿命、性能、制造成本之间的平衡和最优解。

3.3合理的设备制造成本能够减少后期维护成本

设备后期的维护费用高低，其实与设备本身制造成本也有一定的关系。设备制造过程奠定其“基因”，“基因”的好坏能够决定设备“存活”的寿命。从狭义的角度来讲，设备制造过程中选用的配件质量越好，设备后期使用过程出现故障的几率越低。但是，设备制造过程不可能不考虑成本，毕竟设备公司不仅需要订单也需要盈利。因此配件的质量与成本之间我们需要找到一个最优解--性价比最高。进口的配件不一定就是最好的，如果国产质量过关的情况下尽可能多的选用国产品牌有利于降低制造成本。并且，后期如果出现问题，国产配件的价格和购买难度相对于进口品牌有着明显的优势。“标准件是指结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经完全标准化,并由专业厂生产的常用的零(部)件,如螺纹件、键、销、滚动轴承等等。标准件的生产具有批量性的特点，在大批量的制造背景下，往往实现自动化生产。因此，单件的生产成本能够大大的降低。机械设计人员在设计中在条件允许的情况下，尽可能多的使用标准件，从而减少非标件的使用。可以降低设备的制造成本，同时也可以降低设备使用客户的维护成本。

结束语

关于机械设计与设备维护成本关系的几条重要因素的分析内容。科技的不断发展，社会的不断进步，各种机器设备的应用越来越丰富是必然的趋势。因此，降低设备后期维护成本是设备机械研发、维护人员需要重点考虑的内容，机械设计人员同时也要不断探索新的技术从而实现并达到降本目的。随着“工匠精神”的不断发扬，相信未来的设备竞争力不仅仅在于价格的低廉，更在于设备本身的品质以及在设备的全生命周期里具有优越的超高性价比。

参考文献

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