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数控磨床是一种高精尖的机电液一体化产品，广泛应用在航空、航天、汽车等精密制造领域，数控磨床本身的质量和可靠性对加工精度和加工效率有重要影响。虽然我国数控磨床主机和关键零部件规模以上生产企业有几十家，但高档数控磨床市场仍被西方发达国家占领，可靠性低是造成客户不愿意使用国产数控磨床的主因。“九五”以来，在国家重点科技攻关项目、863计划、科技重大专项的支持下，国内数控车床、加工中心的可靠性指标MTBF在稳步提升，与国际先进水平的差距在逐步缩小。相比而言，对数控磨床可靠性的立项和研究相对较少，数控磨床的可靠性基础数据相对缺乏。2013年科技重大专项首次对数控磨床的可靠性研究立项，标志着我国数控磨床可靠性技术研究和可靠性水平提升全面开始。论文以重大专项“中高档国产数控磨床可靠性规模化提升工程”为依托，重点开展数控磨床可靠性设计技术的研究，主要研究工作如下: 1)根据采集的数控磨床可靠性数据，进行了可靠性分析。在数控磨床使用单位现场共采集到了748条可靠性数据，对这些数据进行了可靠性分析，结果表明，故障间隔时间在680小时以内的概率达到了78.9％，其中头架、电控和冷却系统的故障占所有故障的50％以上。对数控磨床的故障模式、故障原因进行了分析、分类和编码，对数控磨床进行了FMECA分析，结果表明，所有故障模式中以电气元件损坏或失灵（电气开关）、零部件老化（皮带）和机械零部件损坏（轴承）出现的频率最高，三者出现的频率之和达到了55％;分析产生故障的原因发现，“设计”是主因，因设计不良而导致的故障占所有故障的32％，外购外协件质量不高也不容忽视，外购外协件出现的故障占所有故障的21％;通过对子系统的危害度进行计算，结果表明，电控系统的危害度最高，头架系统次之。以上分析结果已经交付给数控磨床主机生产企业，企业正在根据可靠性分析结果进行改进设计。 2)建立了数控磨床各子系统的可靠性模型。利用常用的指数分布、威布尔分布、正态分布、对数正态分布和伽马分布分别对各子系统进行故障间隔时间分布函数的拟合、参数估计、假设检验，研究了两种非线性曲线拟合的优度检验方法，对每个子系统不同分布模型进行了优选，确定了每个子系统故障间隔时间的概率密度函数和累积分布函数。 3)对数控磨床进行了子系统可靠性评估，研究了基于子系统的整机可靠性评估方法。根据各个子系统故障间隔时间的分布函数，对子系统进行了可靠性评估，得到了各子系统MTBF的点估计和区间估计值。计算了数控磨床整机MTBF的观测值，研究了基于子系统MTBF的整机MTBF计算方法和基于蒙特卡洛模拟的整机MTBF计算方法和算法，对整机进行了可靠性评估，并将评估结果与整机MTBF的观测值进行了比较分析，结果表明两种整机可靠性评估方法均具有较高的精度。分析了数控磨床整机MTBF对各个子系统MTBF变化的敏感度，数控磨床改进设计时可以根据敏感度分析结果，确定各子系统可靠性提升的优先级。 4)对数控磨床进行了可靠性优化分配。分析了影响数控磨床可靠性分配的因素，对这些影响因素进行了量化和模糊化处理。分析了成本、可靠性和制造一致性的关系，建立了基于成本最低的数控磨床可靠性优化分配模型。利用多学科设计优化中的协同优化计算架构，将优化模型分解为系统级和学科级优化模型，利用遗传算法和序列二次规划算法对模型进行了求解，研究了可靠度与MTBF的映射算法。优化求解分为当前可靠性水平下的优化和条件优化，在当前可靠性水平下的优化结果表明，如果按照优化分配结果对数控磨床进行可靠性设计，成本可以降低8.0％左右。在条件优化下，以重大专项对整机可靠性指标MTBF达到1500小时作为优化条件，并将优化结果与等分配法、模糊分配法进行了比较，优化分配方法对应的成本最低。同时将条件优化的分配结果与各子系统当前的MTBF进行了比较分析，指明了数控磨床可靠性提升的方向。 5)编写了数控磨床计算机辅助可靠性优化设计软件。说明了可靠性优化设计需要采集和积累的数据类型及格式，阐述了计算机辅助可靠性优化设计软件包含的模块及使用方法。可靠性优化设计软件可以读取数控磨床可靠性数据库中的数据，对数控磨床进行可靠性分析、建模、评估和分配，可以作为数控磨床主机生产企业进行可靠性设计的辅助工具。