机械振动严重影响机械结构与系统的工作精度、运行可靠性和服役寿命，研究机械动态可靠性的理论与方法、解释机械结构系统中的各种复杂运动现象、实现大型复杂装备安全可靠运行是提升我国机械装备性能的重要手段，因此紧密结合国家重大战略需求的动态可靠性设计的研究至关重要。经典的可靠性设计理论未能考虑结构系统的动力学行为，为了弥补这种缺失必须开展动态可靠性研究。
　　动态可靠性是为了概括动态系统的可靠性理论而产生的术语，即动态可靠性是指产品在运动或振动状况下的可靠性，“动态”强调结构系统中所包含的动态特性(如：振动频率、输出响应、能量传递等)。
　　由于机械产品的特性及参数(如：强度、应力、物理变量、几何尺寸等)具有固有的随机性，同时机械产品运行是典型的动态过程，载荷、工况、应力等运行环境及参数都是时间的变量，必须将其处理为随机过程。如果可靠性定义为结构系统在规定的条件下、规定的时间内完成规定功能的能力，那么动态可靠性则强调这样的事实：① 结构系统的演变是动态的行为；② 损伤(包括维修)会影响结构系统的动力学特性；③ 动力学行为必然影响结构系统的可靠性或失效率(包括维修率)。基于以上事实的动态可靠性应该明晰地在概率动力学的基础上加以研究。
　　可见不考虑动态特性将难以得到产品准确的失效数据和可靠性信息，这必然迫使可靠性的研究从静态可靠性向动态可靠性转变。另外，多数机械产品的特性数值随时间而逐渐变化，如：因疲劳、磨损、腐蚀等造成的机械强度降低等，使产品的可靠性表现出了渐变(时变)的特征。这种产品特性参数的变化是一个随时间渐变的过程，当然产品可靠性也必然是时间的函数。显然，动态和渐变可靠性理论是传统可靠性理论的演化和升华[69-98]，它的理论与应用研究无疑将促进复杂机械产品的研究开发与保障机械产品的安全运行。可见将机械动力学与机械可靠性有机地结合起来，充分研究动态可靠性设计的基础理论与方法，以便为我国重大机械装备的安全可靠地运行提供技术保障。摆脱用固定的、静止的观点进行设计的陈旧框框，使设计工作更加深入、更加精确、更能符合实际、更能适应于机械产品日益提高的要求。　
　　3.可靠性优化设计
　　任何一种机械产品，从建立初始方案到实施生产制造，均必须经过一个设计过程。随着科学技术的发展，新知识、新材料、新方法、新工艺、新技术不断涌现，机械产品的更新换代周期也日益缩短，知识成为技术、技术成为产品的时间越来越来短、结构越来越复杂，顾客对产品功能、性能、质量、服务要求也越来越高。这就要求加快设计过程、缩短设计周期、提升设计质量。再者，设计的完善与否，对产品的力学性能、使用价值、制造成本等都有决定性的影响，同时也必然影响使用产品企业的工作质量和经济效果。因此，如何提高设计质量、发展设计理论、改进设计技术、加快设计过程，已经成为当今机械设计必然的发展方向之一。机械优化设计是在60 年代迅速发展起来的设计方法，是数学规划与现代计算机技术相结合的产物。数学规划理论与方法的日趋成熟，计算机技术的高速发展与广泛应用，提供了在工程设计中普遍使用的优化设计理论与方法，使之成为解决复杂设计问题的一种有效的工具[99-108]。
　　产品的最佳可靠性问题直接影响到国家资源与能源的合理利用，因为最佳可靠性设计可以得到体积小、质量轻、降低材料消耗和加工工时，并具有合理可靠性的产品。机械产品优化设计的目的是根据一组预定的要求或安全需要，以一种最优的形式实现产品。当然设计时既要考虑各种载荷的随机性，又要考虑结构参数的随机性，以及二者对产品性能的影响。
　　可靠性优化设计，一般包含三方面的内容：质量、成本、可靠度，把产品的总体可靠度作为性能约束的优化，将会产生与合理安全性相协调的平衡设计，也就是在给定结构布局和给定产品质量或成本之下，使产品有最大的可靠度。
　　近30 年来，在机械设计领域中，出现了不少现代设计方法及相应的科学，现在可靠性设计和优化设计在理论上和方法上都达到了一定的水平，但是无论单方面进行可靠性设计还是优化设计，都不可能发挥可靠性设计与优化设计的巨大潜力。一方面是因为可靠性设计有时并不等于优化设计，例如机械产品在经过可靠性设计后，并不能保证它的工作性能或参数就一定处于最佳状态；另一方面是因为优化设计并不一定包含可靠性设计，例如机械产品在没有考虑可靠性的状态下进行优化设计后，并不能保证它在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能，甚至发生故障和事故，造成损失。另外，由于机械产品有众多的设计参数，要同时确定多个设计参数，单纯的可靠性设计方法就显得无能为力了。所以应该进行可靠性优化设计的研究。可见要使机械产品既保证具有可靠性要求，又保证具有最佳的工作性能和参数，必须将可靠性设计和优化设计有机地结合起来，开展可靠性优化设计研究，给出机械产品靠性优化设计方法[109-139]，只有这样才能发挥可靠性设计与优化设计的巨大潜力，才能发挥两种设计方法的特长，才能达到产品的最佳可靠性要求，使其具有更先进、更实用的设计特点，以便最好地达到预先确定的目标，即在设计中既保证的机械产品的经济效益又保证运行中的安全可靠。
　　4.可靠性灵敏度设计
　　在机械产品优化设计、系统模型修改、结构参数识别、系统动力控制、工程近似分析和估计变化趋势中，灵敏度分析与重分析和再设计已成为多功能的设计工具。实际工程的设计方案，一般都要进行测试试验分析，如果方案有所变化，就必须重新进行一次测试试验分析，这就需要花费大量的人力、物力和财力。以前进行设计与修改，都是凭借经验进行的，有一定的盲目性。复杂机械产品结构系统的物理参数和几何参数很多，进行一次设计和修改，总是希望了解哪些参数对产品特性影响较大，即研究机械产品特性对这些参数的敏感程度，估计参数变化的效果，指出产品随参数变化的改变量，进行灵敏度分析与重分析和再设计，使机械产品的特性为最佳。这样就可以优化产品性能，延长使用寿命，降低工作成本。所以灵敏度分析是机械产品优化设计的基础，而重分析和再设计则是机械产品优化设计的重要手段，也是灵敏度分析的目的之一。灵敏度分析最初在对控制系统数学模型的参数变化的效果估价中得到肯定，以后才进入到大型结构系统的优化设计中来。现在灵敏度分析已在生理学、热动力学、物理化学以及气动弹性力学等众多领域中得到了应用，用以估价分析模型中的参数变化的效果，并寻找出对参数变化敏感的系统。为了实现最佳的机械产品设计、控制和最优的系统运行控制，并能充分发挥设计者的经验和判断能力，实现一种有效的人机交互辅助设计和控制，灵敏度、重分析和再设计的引入更有重要性和迫切性。几十年来，在灵敏度分析方面已有了大量的成果，给出了特征值问题、静态和动态响应以及机械产品参数优化设计等方面的灵敏度分析的许多方法，如直接法、伴随变量法、有限差分法、Green 函数法和FAST 法等[140-142]。
　　在进行机械产品的可靠性分析时，由于各因素对产品失效的影响程度不同，因此关于机械产品的可靠性灵敏度的研究具有重要意义。机械产品的可靠性灵敏度设计，是在可靠性基础上进行灵敏度设计，得到一个用以确定设计参数的改变对产品可靠性影响的评价，可以充分反映各设计参数对机械产品失效影响的不同程度，即敏感性。
    机械可靠性设计的内涵与递进机械产品可靠性灵敏度设计在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。事实上，若某因素对产品失效有较大的影响，则在设计制造过程中就要严格加以控制，使其变化较小以保证产品有足够的安全可靠性；反之，如果某因素的变异性对产品可靠性的影响不显著，则在进行可靠性设计时，就可以把它当作确定量值处理以降低分析的复杂程度。对反映这种不确定性的产品可靠性灵敏度进行分析研究，给出一种用以确定设计参数的改变对产品可靠性影响的可靠性灵敏度的计算方法[143-188]是十分必要和重要的，从而为工程设计、制造、使用和评估提供了合理和必要的可靠性依据。
　　5.可靠性稳健设计
　　产品质量是企业赢得用户的关键因素。任何一种产品，它的总体质量一般可分为用户质量(外部质量)和技术质量(内部质量)。前者是指用户所能感受到、见到、触到或听到的体现产品优劣的一些质量特性；后者是指产品在优良的设计和制造质量下达到理想功能的稳健性。稳健设计作为一种低成本和高质量的设计思想和方法[189-192]，对产品性能、质量和成本综合考虑，选择出最佳设计，不仅可以提高产品的质量，而且可以降低成本。在机械产品设计中，正确地应用稳健设计的理论与方法可以使产品在制造和使用中，或是在规定的寿命期间内当设计因素发生微小变化时都能保证产品质量的稳定。
　　稳健设计方法起源于20 世纪70 年代末和80 年代初日本学者田口博士创立的三次设计法(系统设计、参数设计、容差设计)，但近些年来，随着计算机技术、优化技术和CAD 技术的发展，又给稳健设计方法中注入了许多新的内容，逐渐形成现今的稳健设计方法，并在学术界和工程界引起重视与兴趣。现有的稳健设计方法大体上分为两类：一类是以经验或半经验设计为基础的传统的稳健设计方法，主要有田口方法、响应面法和广义模型法等[193]；另一类是以工程模型为基础与优化技术相结合的工程稳健优化设计方法，主要有容差多面体法、灵敏度法、变差传递法和随机模型法等[194]。有关国内外稳健设计领域的研究状况详见综述文献[195-200]。
　　机械产品稳健设计的一种有效实用的途径是通过极小化灵敏度来实现稳健设计，在设计阶段通过灵敏度分析，使产品的质量对不确定因素的敏感性最小，使产品具有稳健性。这种方法的优点是能设计出允许更大容差的产品而同时具有较低的成本，是使所设计的产品具有对设计参数变化的不敏感性(即具有稳健性)，它的基本思想是当设计参数发生微小的变差时，在制造或使用中都能保证产品质量的稳健性，以便为企业带来最大的效益，对社会产生最小的损失。
　　机械产品的可靠性稳健设计是在可靠性设计、优化设计、灵敏度设计和稳健设计的基础上进行可靠性稳健设计，把可靠性灵敏度溶入优化设计模型之中，将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化设计问题。在机械产品的设计中，正确地应用可靠性稳健设计的方法[201-227]，可以使产品在经受各种因素的干扰下，都能保持其可靠性的稳定，以使产品的可靠性对设计参数的变化不敏感，提高产品的安全可靠性和鲁棒稳健性。

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