一、前言
一個產品的可靠性是通過設計、制造直至使用的各個階段的共同努力才得以保證的。“設計”奠定產品可靠性的基礎，“制造”實現產品的可靠性設計目標，“使用”則是驗證和維持產品可靠性目標。任一環節的疏忽都會影響產品的可靠性水平，尤其是設計階段的可靠性保證更為重要。
二、應用可靠性工程理論指導產品可靠性設計
可靠性設計，實質上是指在設計開發階段運用各種技術和方法，預測和預防產品在制造和使用過程中可能發生的各種偏差、隱患和故障，保證設計一次成功的過程。日本工業標準 JISZ8115-1981 《可靠性術語》將可靠性設計定義為“賦予產品可靠性為目的的設計技術”。這種設計要求設計者考慮一般的設計特性如應力、重量、外結構等方面外，還須正確評價在整個壽命周期內可能發生的環境條件和材料性能等變化對產品可靠性的影響，采取事前預防措施，保證定性或定量可靠性目標的實現。
為了實施產品可靠性設計，必須提高設計人員預測和預防故障的能力，除了傳統的設計技術外，還要采用各種分析、預測和保證產品可靠性的方法和原則。 “可靠性工程”技術，就是應此需求發展起來的以解決可靠性為出發點的一門新興學科，它提出了一套指導產品可靠性設計、試驗、預測、分析和評估的方法和技術，這些方法和各產品的固有專業技術結合，能以較少的費用，設計出所要求的可靠性。
三、機械類產品可靠性特點
在應用可靠性工程技術的理論和方法時，應注意機械類和電子類產品的可靠性問題的差別（見表 1 ）。可靠性工程技術起源于電子領域，現已頒發的一些可靠性設計、試驗和分析方法或標準，大都是根據電子產品故障多屬隨機性、壽命服從指數分布等特點制定的。這些方法或標準對機械類產品不完全適宜，因為機械產品的零部件大多是耗損性失效為主；零部件的故障和連接、維修、使用方式密切相關，可靠性建模很困難；而且，機械零部件一般都是為特定用途設計，通用性不強，不易積累共用數據。因此，在應用可靠性工程理論指導機械產品設計時，不能完全照搬電子類產品的辦法，一定要注意其應用的前提條件，結合機械產品的特點合理選用方法。
表 1 機械類和電子類產品可靠性特點的比較

四、機械產品可靠性設計、分析中常用的一些原則和方法
盡管目前對于機械類產品可靠性設計還沒總結出一套成熟的經驗和標準，但是實踐證明，只要應用適當，以下一些方法和原則對保證產品可靠性設計是有益的。
1 ．簡單化和標準化
對于機械產品，根據可靠性模型分析，大部分屬于串聯系統，因此提高整機可靠性的最基本原則是從選用可靠的零部件、減少零部件數目和簡化結構做起。盡量采用結構簡單、具有成熟使用經驗或標準化的零件和技術，盡量減少不必要的和可有可無的零件，目的是減少零部件故障的可能性，保證整機系統可靠性目標的實現。
2 ．失效經驗的反饋應用
這是保證產品可靠性的最直接的經驗方法。所謂可靠性設計，就是要求在設計階段預測和預防產品可能發生的故障。要做到這一點，一是借助于一定的理論分析和試驗手段，二是憑借個人和前人成功和失敗的經驗。成功經驗多半總結在設計規范和手冊中，對于失敗的經驗往往得不到重視，對于可靠性設計來說，這是極為重要的信息。國外企業十分重視對產品的失效分析和失效事例的收集工作，匯編成冊，供設計參考，避免同類或相似失效再次發生，提高設計人員的故障預測和預防能力。
3 ． FMECA （故障模式影響和危害度分析）、 FTA （故障樹分析） 和設計評審
這些方法無論對電子或機械產品都適合，可幫助設計者及早有效地找出設計中的故障和隱患。尤其是 FMECA 和設計評審方法，被認為是目前非電子產品可靠性分析中具有最高效益比的方法，在國外普遍應用，并規定為設計階段必須進行的工作。 FTA （故障樹分析）方法主要適用于復雜構成的機組或系統，對于一般串聯構成的機械設備意義不是很大。
4 ．安全裕度設計
在電子產品中使元器件工作應力低于額定值，從而降低元件故障率，保證整機目標實現，稱作降額設計。對于機械零件則是加大安全系數，提高承載能力。對于涉及安全性的零件，則可采用極限設計方法，保證在最嚴酷狀態下使用也不發生故障或破壞。
5 ．失效安全和損傷容限設計
當設備或系統的一部分發生故障時，依靠產品自身結構可確保系統或設備安全的設計，稱作失效安全設計。在機械結構中，一部分結構發生裂紋或損傷時，能使這種損傷限制在一定范圍內，直到下一個檢測或維修周期前，整個結構不會發生致命破壞或影響整機功能的正常發揮，稱作損傷容限設計，這在航空、船舶及壓力容器等涉及安全性的重要結構中經常使用。
6 ．冗余設計
為完成規定功能，增加多余的零部件或設備數，即使其中一部分發生故障，也不會引起整機或系統的故障稱作冗余設計。這種方法將可靠性水平不高的零部件設計組成較高可靠性的整機系統，一般用于電子產品中，但是隨著機械設備復雜化以及使用可靠性要求的提高，在成本、重量和可靠性的權衡下，也可采用此方法，例如，雙泵、雙發動機配置的工程機械設備的出現。
7 ．機械零件、結構的概率設計
這是在考慮載荷、環境條件變化和材料、工藝波動等因素對可靠性影響的基礎上預計和設計可靠性的一種方法，相對傳統的安全系數設計方法更為科學合理。該方法論已成功應用于一些高可靠性要求的結構設計中，對于一般機械產品，由于缺乏基礎數據和建模經驗，應用尚不普遍。
8 ．健壯設計
這是日本田口玄一提出的一種統計分析設計方法，在國外較為流行。其主要觀點是產品的質量可用對用戶造成的損失來衡量，此損失一般正比于產品功能特性與其目標值之間的偏差。偏差越大，給用戶造成的損失越大，也即質量越差，因此，改進質量的途徑就是不斷減少偏差。對待偏差問題，傳統的做法是通過產品檢測剔除超差部分，或是加嚴對材料、工藝的控制以縮小偏差。這些方法很不經濟，有時技術上也難以實現。田口方法是調整設計參數，使產品的功能、性能對偏差的起因不敏感，提高產品自身的抗干擾（引起偏差的內、外條件）能力，這種方法稱作健壯設計。
9 ．系統可靠性分析和預計
對由許多零部件組成的機械系統，盡管零件是耗損性故障為主，如果采用定時維修或保養，系統的故障率也可視作恒定形式，因此，一般也可應用可靠性建模技術進行預計和分析。據資料介紹，只要有足夠的零部件數據，預計和評估的精度可不低于電子系統。
10 ．維修性設計
從保證設備可用性目的出發，縮短設備的維修時間和提高設備的壽命同等重要。當前發展起來的以可靠性為中心的維修性工程技術，正是為此目的從定性和定量角度分析和提高設備的維修性而采取的方法。維修性設計就是在設計時就要考慮維修的可能性和應采取的維修策略和措施。
11 ．可靠性試驗
目前，適用于機械可靠性預測、評估的理論和方法還很不成熟。目前保證設計可靠性，主要依靠可靠性驗證試驗和故障暴露試驗。而可靠性試驗是花錢和花時間的工作，因此制訂高效、合理的試驗計劃十分重要。機械和電子故障機制不同，不能完全照搬電子產品的試驗方案。對于機械產品試驗應因地制宜，采用能描述疲勞、磨損等耗損性失效模式特點為主的方法。