上次我们讲了余度设计（冗余设计），今天讲裕度设计。听起来很像，但不是一样的概念。

机械可靠性设计领域，为了保证结构的安全可靠性，在设计中引入一个大于1的安全系数，试图来保障机械零件不发生故障，这种设计方法称为裕度设计方法，通常也称为安全系数法。

我们先来看一个简单的例子，建筑用吊装钢丝绳的安全系数选取，在不同的场景下，它有不同的安全系数要求。

当利用吊钩、卡环进行吊装时，安全系数不应小于6；当用钢丝绳直接捆绑重物，且钢丝绳与重物棱角采取了妥善的保护措施时，应取6~8；当吊重、大或精密的重物时，除应采取妥善保护措施外，安全系数应取10。详见《JGJ276-2012 建筑施工起重吊装工程安全技术规范》第4.3章。

回到我们做的净饮行业，涉水部件的爆破耐压，其实体现的也是裕度设计。

例如标准QB/T 4144-2019 《家用和类似用途反渗透净水机》中，对静水压力的耐受规定如下。

这个标准虽然体现了裕度，但其实标准的要求是很低的，企标则比这个严。最大工作压力，我们很多时候宣称进水压力0.4MPa，实际很多用户家的水压会大于这个数（我今年做了用户水压这个数据的分布研究，感兴趣可以发消息跟我讨论）。但很多时候用户没有装减压阀，所以余量还是要大些，提高产品自身的强度，靠外部管控是很难的。

另外一点是，目前我们对涉水部件老化后的性能变化曲线认知不够。虽然我们考虑最坏的可能，做寿终无害设计，但对它的随时间变化特性没有详细的研究。若干年后还有多少余量，还能耐受多大的水压冲击，这是需要进一步去研究的。

总的来说，安全系数应综合荷载、材料性能数据的可靠性、所计算方法的合理性、加工装配精度以及所设计的零件的重要性、失效后果等等来确定。

详细地理解下上面这段话。

对荷载的考虑：我们要知道荷载的状态及数值的偏差，要有标准及范围。（荷载和载荷，没有本质区别，不同的习惯叫法，似乎机械设计领域还是叫载荷多一些。）比如我们做滤芯，水压是载荷，得先搞清楚水压的分布、变化情况。不同的滤芯固定方式，可能还带来了重力等影响，这些都是要去考虑的。

材料性能数据的可靠性：除了材料的基本性能，我们还得考虑材料之间的反应、老化等等一系列因素。

计算方法的合理性：例如我们经常做仿真，去评估设计合不合理，余量够不够。这个时候，仿真选用的强度理论、模型的简化、网格划分有没有问题等等，就要去评估。

加工装配精度：这类问题经常会发生，尤其要注意偏差极限情况下的配合，很可能会出问题。例如密封，一个走上偏差，一个走下偏差时，这个时候压缩量还够不够。大部分公司的六西格玛水平并不高，也就是3至4西格玛水平。设计之初，应做公差分析，合理设定公差范围，减少尺寸链。

零件的重要性：零件越重要，安全系数应越大。不然天天坏，谁也受不了。

失效后果：失效造成的后果越严重，安全系数应越大。

上面只是定性的分析，我们最后还是要有个数值。一种流行的安全系数法是部分系数法，它将各个对安全系数有影响的因素分别用一个分系数如：S1、S2、S3……标示，这些系数的乘积即即为安全系数:S=S1•S2•S3……。在实际应用中,取大取小带有一定主观性，即一般取大值或中间值，考虑的因素越多，系数值越大。

比如那个吊绳，假设综合材料、结构等因素计算出的基础安全系数S1取5，当用钢丝绳直接捆绑重物，且钢丝绳与重物棱角采取了妥善的保护措施时，系数S2取1.3；当吊重、大或精密的重物时，系数S3再取1.6，那乘起来就是5*1.3*1.6=10.4。同样的一个吊绳，用在不同得场景，系数值不一样。

具体选多少合适，有前人总结，可以查《机械设计手册》做参考。

家电行业另外一个很常见的物料是玻璃面板，很多时候是通过胶粘接到塑料件上的。在受到应力时，很可能会脱落，这个时候胶的选型就要特别注意，建议先明确会遇到的环境应力，与专业供应商讨论选取。

我以前就遇到到空调出风口的玻璃脱落，因为胶不能耐出风口的低温，尤其是凝结了一些水珠后，就更容易脱落。

所以悬挂的玻璃面板的粘胶强度，就要有足够的余量，以防脱落。

还有一些水箱提手、水壶的把手等等，都要去考虑这个裕度设计。因为这个是安全相关的，如果裕度不够，很可能会导致脱落、断裂，最后砸到、烫伤人。

在做试验方面，就要考虑到真实的应用场景。例如水箱的提放试验，主要考核的有三个位置，一个是提手，一个是与机器配合的水口，还有一个是水箱平时放置的支撑。如果我们没有考虑清楚，设定的试验不对，就很可能会把考核点遗漏。例如图方便，用工装去提放水桶，但是工装做得不对，没有考核到提手和水箱结合的那个位置点。