浅谈科技馆展品展项机械结构的可靠性设计 |
| 2012-12-29 21:21 作者：刘立伟 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，本文主要介绍了机械可靠的发展概况及科技馆展品展项的特点与现状，并以科技馆展品展项机械结构为研究对象进行了可靠性设计。在设计过程中，主要从机械结构零部件标准化、耐环境设计、承受破坏性操作设计和预防故障设计四个方面对展品机械结构的可靠性设计进行探讨。
关键词：科技馆展品展项机械结构可靠性设计
1机械可靠性设计的发展概况
可靠性的提出，首先是从军用航空电子设备开始的。在第二次世界大战期间，军用航空电子设备的失效率高，难以维护，引起了对可靠性问题的高度重视。
对可靠性的系统研究是从1952年开始的。当时，美国国防部成立了著名的电子设备可靠性顾问团（AGREE），并于1957年6月4日发表了第一个报告。这个报告的内容为可靠性工程学科奠定了理论基础。
60年代以来，可靠性工程技术逐步地在各个工业领域内得到了发展和应用，而且日益得到重视。
与电子设备相比，机械产品的可靠性设计与研究起步较晚。虽然过内外都投入了研究力量，取得了一定的进展，但终因机械产品的可靠性涉及的领域太多、可靠性的研究范围大、基础性数据缺乏等原因，机械产品的可靠性设计在工程实际中应用的并不如电子产品成熟。
而科技馆的展品展项由于大多是非标设备，在全国范围内专业从事展品展项可靠性设计的研究人员几乎没有。
2科技馆展品展项的特点与现状
科技馆展品展项涉及到科技、文化、历史、天文、地理、生物、医学、航天航空等各个领域。随着科技馆建设高潮的到来，越来越多的高层技术人才参与到科技馆展品展项的设计中来，高端的人才也带来了高端的技术，这样就使科技馆展品展项技术含量越来越高，功能越来越强，系统越来越复杂，而大家都知道越是结构复杂的设备越是容易出现故障，所以，科技馆展品展项的故障随着结构的复杂会越来越多。
科技馆的展品展项项不同于一般的仪器设备。一般的仪器设备由受过培训的专业人士操作，有严格的操作程序，而科普展品大多鼓励观众动手参与，在操作、观察、思维的过程中学习到科学知识，满足广大观众的求知欲。很多观众除了正常的操作外，对不理解的地方还要探其究竟。比如对设计人员千方百计隐藏起来的各种发射、接收装置、导线、传感器、传动部分都要设法找出来。另外，科技馆要接待很多学生团体观众，每次都有成百上千人，每件展品都围着很多人，你争我抢急于操作，以上的情况势必对展品造成严重的破坏。
在展品维护方面，各科技馆每年都要投入大量资金和人力，维护人员往往顾此失彼，忙的团团装，今天修好了，没几天又被破坏。许多零部件由于各种原因不能采买或加工到位，一件数万乃至数十万的展品就会瘫痪。
总之，如何提高展品展项的可靠性、延长展品展项的使用寿命，已成为现代科技馆的首要问题。要解决这一问题，就要从根源上——展品展项可靠性设计中入手，而展品展项机械结构的可靠性设计又是重中之重。
3当前科技馆展品展项机械结构可靠性设计所存在的问题
目前展品展项设计工作大都由制作厂家来完成，虽然全国范围内展品展项厂家已有许多家，但无论是从规模还是从设计能力上看都远远落后于其他行业。而就机械结构可靠性设计上主要存在以下问题：
3.1没有详尽的规范的设计标准
科技馆展品展项都是非标设备，展品展项的机械结构的设计大都没有现成的技术标准作为参考，大部分的机械结构都是凭设计师的经验进行设计的。在整个设计制作的过程中不可能进行疲劳性试验和破坏性试验，这就造成展品展项机械结构的可靠性大大降低。
3.2展品展项机械结构设计审核机制尚未完善
由于每个馆在选择展品展项时都会选择其他馆没有或具有创新性的展品展项，这就确定了展品展项的“唯一性”，许多展品展项在设计过程中都是“一次成型”，机械结构的设计人员设计出来的图纸根本没有专业机构进行审核和考量，就进行生产和制作，这就给展品的可靠性留下了很大的隐患。
3.3片面的追求高新技术的表现方式不考虑可靠性的设计
现代科学的发展，使得许多高新技术可以被应用于展品机械结构的设计中。高新技术应用于展品设计中，以其高科技、新颖、独特的特点，越来越受到设计者的青睐。然而，对于机械结构的可靠性设计，并不是新技术就能够更好的完成其使用功能。例如，我馆模拟驾驶展项的方向盘与转向机构的连接件在设计过程中为了突出使用者的舒适度，采用的是新型的铝合金一次成型的柔性弹簧作为连接件，虽然操作者在操作过程中会很舒适，但由于操作者用力过猛会造成弹簧断裂，最后还是不得不更换为老式的万向节进行连接。
4展品展项机械结构的可靠性设计
为了更好的保证展品展项的完好率，提高展品展项机械结构的可靠性，应该做好以下几点：
4.1展品展项机械结构零部件的标准化
展品展项机械零部件的标准化是科普工作发展的客观需要，科普展品机械零部件采用国家标准化生产的零部件的目的，就是使展品机械结构部分的基本零部件能有互换性，使他们能方便地分解组合，损坏的零部件能及时方便的购买与修复，这样可以大大提高展品的内在质量。
由于科技馆的展品展项大都是需要观众互动的，在观众操作过程中，机械结构部分是最容易磨损损坏的。因此，机械零部件要尽量选用国家标准件，使相同部位的零件可以互换，在市场上又方便购买。若采用非标件，一旦损坏再加工将非常困难，有时可能要数倍至数十倍的资金，甚至没有工厂愿意单件加工。所以，一部耗资数万元的展品，很可能会因某个零件的损坏而长期束之高阁。
实施展品机械结构零部件标准化，一定要从展品的最初设计开始，标准化要求要与展品的功能设计一样重要，应该把标准化作为科技馆展品展项机械结构可靠性设计的重要基础，由专人负责审核。尤其是要审核设计方案，并在展品制作过程中认真审查，把不确定的因素或有问题的地方在设计、生产中找出来，及时纠正，避免出现后患。
4.2机械结构耐环境设计
科技馆的环境特点：
1）展品展项工作时间长，一般要连续工作八小时以上；
2）温差大，由于东北的地域特点，我馆夏冬两季温差能达到十度以上；
3）干扰大，展品展项的性能各不相同，有些大功率用电展品，会对电网造成较强干扰；
4）湿度较大，科技馆涉水展品较多，加大了周边的空气湿度，对一些机械结构造成不良影响。
以上是科技馆展厅的一般环境特点，如在设计机械结构过程中不考虑这些特点，机械结构在长期工作后造成的损失很可能是致命的。虽然机械结构相比电子设备对环境要求要低很多，但如果不重视引起的损失也是不可小看的。例如，我馆古代农业展品的动力传动装置，橡胶传送带由于温差过大，夏天能够正常使用，但到了冬天供暖期之前就会出现松动现象，如果考虑到温差对展品的影响，采用金属链条就不会出现这种现象，会大大的提高展品的可靠性。
4.3承受破坏性操作设计
科技馆展品展项的动手操作部分及其传动部分最容易损坏，比如机械摇把、转盘、传动部分等，凡是观众能够动手以及能触摸到的地方，都可能是破坏性操作的对象。对展品做承受破坏性操作设计，要采用超常规设计思维方法，对每一件展品的相关部位进行分析，在全方位故障影响以及危害性分析的基础上，有针对性的找出最容易发生故障的部位，分析主要零部件的强度分布和应力分布，在设计时采取相应措施。如采取结构简单可靠的机械结构、用高强度的零部件代替强度较低的、在不影响操作的情况下适当加大一些零部件的尺寸等方法，可提高展品抗破坏性操作的能力。
4.4预防故障设计
科技馆的展品展项长期处于高强度的运行状态，这样就对机械结构在预防故障设计方面提出了很高的要求。机械结构零件加工应严格按照设计标准进行，还要注意材料的选取是否正确，关键的加工工艺要及时检查，这些都是在展品设计过程中应该考虑的问题。由于每个展品的机械结构都不相同，没有固定的模式可循，在频繁使用中，怎样保证质量、延长使用寿命，就成为展品展项可靠性设计的难点和要点。有些看起来小故障，如操作部分易受冲击、磨损，并且在破坏性操作中易松动、脱落、断裂、固紧件松弛等，若不能及时修复，整件展品就可能成为废品而搁置一旁。要防止这些现象的发生，要求展品展项的设计人员在设计过程中精益求精，在审核中严格认真。
展品展项机械结构可靠性设计，是确保展品展项安全有效运行的重要基础，是更好地发挥科技馆社会功能的重要组成部分，是未雨绸缪、防范未然的基本工作。将机械结构可靠性设计与严格的质量监督结合起来，可以使厂家生产出的展品展项提高质量，更好的适应科技馆特殊工作环境的要求，提高展品在科技馆的适应性，为科技馆更好的完成其科普功能服务。
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