裝備（產(chǎn)品）環(huán)境試驗(yàn)方法之比較

張菲玥，王津梅

（1.重慶育才成功學(xué)校，重慶 400050；2.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039）

環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

裝備（產(chǎn)品）環(huán)境試驗(yàn)方法之比較

張菲玥1，王津梅2

（1.重慶育才成功學(xué)校，重慶 400050；2.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039）

從試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、試驗(yàn)用途、應(yīng)用階段、采用的儀器和設(shè)備等方面比較了自然環(huán)境試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)這三大試驗(yàn)方法的特點(diǎn)和用途；研究了三大試驗(yàn)方法之間的關(guān)系及應(yīng)用時(shí)機(jī)。建議在裝備壽命期的不同階段，綜合應(yīng)用不同的試驗(yàn)方法，以提高裝備研制的效費(fèi)比。

裝備/產(chǎn)品；環(huán)境試驗(yàn)；效費(fèi)比

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)并不斷采用，加之產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，性能功能要求更高，經(jīng)濟(jì)全球一體化勢(shì)頭更加迅猛，產(chǎn)品將可能在全球使用，面臨更加嚴(yán)酷的服役環(huán)境，在貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中將遇到從熱帶到寒帶、從林地到沙漠、從陸地到海洋的各種環(huán)境，用戶(hù)和生產(chǎn)者雙方都關(guān)心產(chǎn)品在這些環(huán)境下能否可靠、安全地工作和使用，將產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境中，從而對(duì)它們實(shí)際上會(huì)遇到的貯存、運(yùn)輸和使用條件下的環(huán)境適應(yīng)性作出評(píng)價(jià)，這就是環(huán)境試驗(yàn)，是確保產(chǎn)品具有良好環(huán)境適應(yīng)性的一種非常有效的途徑和手段[1—2]。

1 環(huán)境試驗(yàn)方法的種類(lèi)和用途

按照MIL-STD-810G《環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》[3]和GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》[4]中的規(guī)定，環(huán)境試驗(yàn)可分為三大類(lèi)，即自然環(huán)境試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)。環(huán)境試驗(yàn)是考核產(chǎn)品對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求符合性和評(píng)價(jià)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的手段，也是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)缺陷，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供信息的工具和獲取產(chǎn)品各種信息，以更好使用產(chǎn)品的有力工具。通過(guò)“設(shè)計(jì)—試制—試驗(yàn)—改進(jìn)—試驗(yàn)”的不斷循環(huán)、不斷改進(jìn)和完善裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性，因此它是一項(xiàng)使產(chǎn)品增值的試驗(yàn)。

1.1 自然環(huán)境試驗(yàn)

自然環(huán)境試驗(yàn)是將裝備（產(chǎn)品）長(zhǎng)期暴露于某種自然環(huán)境中，以確定自然環(huán)境對(duì)其影響的試驗(yàn)，主要包括大氣自然環(huán)境試驗(yàn)、（海）水環(huán)境實(shí)驗(yàn)、土壤環(huán)境試驗(yàn)等[5]。

自然環(huán)境的典型性或嚴(yán)酷性是開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)的前提和基礎(chǔ)。各國(guó)都建有能覆蓋主要自然環(huán)境的試驗(yàn)站（場(chǎng)）。我國(guó)由國(guó)家科技組織論證建立了國(guó)家材料環(huán)境腐蝕野外觀測(cè)站網(wǎng)[6]，由15個(gè)大氣站（北京、武漢、青島、廣州、瓊海、敦煌、拉薩、漠河、江津、萬(wàn)寧、沈陽(yáng)、庫(kù)爾勒、西雙版納、西沙）、7個(gè)水站（青島、舟山、廈門(mén)、三亞、鄭州、武漢、格爾木）和8個(gè)土壤站（大慶、鷹潭、成都、拉薩、沈陽(yáng)、庫(kù)爾勒、格爾木、大港）共30個(gè)站組成（如圖1），基本覆蓋了我國(guó)的典型大氣、水和土壤環(huán)境，并開(kāi)展常用材料的環(huán)境行為及規(guī)律研究，為我國(guó)重大工程和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

美國(guó)阿特拉斯氣候服務(wù)集團(tuán)在全球建有24個(gè)試驗(yàn)站，見(jiàn)表1，為全世界的材料、汽車(chē)、建筑、冶金、化工、國(guó)防科技工業(yè)等領(lǐng)域的企業(yè)提供服務(wù)，成為全球自然環(huán)境試驗(yàn)的領(lǐng)導(dǎo)者[7—8]。

試驗(yàn)條件： 自然的綜合環(huán)境，能揭示環(huán)境與試驗(yàn)對(duì)象的長(zhǎng)期累積作用機(jī)理和失效模式，最真實(shí)可信。長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的自然環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)成為裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)，也是全面驗(yàn)證裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性的重要手段。從完全利用自然環(huán)境條件，向強(qiáng)化部分自然環(huán)境因素并施加其他應(yīng)力發(fā)展。

試驗(yàn)對(duì)象：既可以是材料、工藝、結(jié)構(gòu)，也可以是部（組）件、系統(tǒng)和整機(jī)。

試驗(yàn)用途：掌握材料、工藝、元器件、零部件等的自然環(huán)境適應(yīng)性及性能演變規(guī)律、失效機(jī)理，評(píng)價(jià)和篩選產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，建立優(yōu)選目錄，為裝備（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)，驗(yàn)證裝備（產(chǎn)品）的自然環(huán)境適應(yīng)性并對(duì)其服役壽命作出評(píng)估。

應(yīng)用階段：裝備（產(chǎn)品）論證階段、研制階段、定型階段、使用階段。

試驗(yàn)設(shè)施和儀器：試驗(yàn)場(chǎng)、棚、庫(kù)模擬裝備服役的外部環(huán)境；用于支撐試樣的不同角度的試驗(yàn)架，各種功能的玻璃框、黑箱，各種跟蹤太陽(yáng)及反射聚能試驗(yàn)機(jī)、噴淋裝置、工況耦合裝置，氣候因素和腐蝕介質(zhì)觀測(cè)與分析設(shè)備以及對(duì)試驗(yàn)性能進(jìn)行測(cè)量和記錄的設(shè)備等。

1.2 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按規(guī)定的環(huán)境條件和負(fù)載條件進(jìn)行的試驗(yàn)。按目的可分為環(huán)境適應(yīng)性研制、環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查、環(huán)境鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)等[4]。

圖1 中國(guó)材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)站網(wǎng)

表1 美國(guó)阿特拉斯全球自然環(huán)境試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)

環(huán)境條件：試驗(yàn)條件可以根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇模擬或加速。例如產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)可以選擇量值或嚴(yán)酷度高于產(chǎn)品生命周期所遇到的環(huán)境條件；批生產(chǎn)驗(yàn)收檢驗(yàn)一般選擇低于規(guī)范或合同所規(guī)定的環(huán)境條件； 而設(shè)計(jì)和工藝鑒定試驗(yàn)選擇與規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件基本相同。

試驗(yàn)對(duì)象：實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的對(duì)象既可以是由材料和工藝等制成的初級(jí)制品，也可以是元器件、組（部）件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)乃至整機(jī)。對(duì)于組（部）件、設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)，則有一套環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如GJB 150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》[9]。對(duì)于大型系統(tǒng)和整機(jī)來(lái)說(shuō)，目前尚沒(méi)有通用標(biāo)準(zhǔn)，一般要編制環(huán)境試驗(yàn)大綱，并通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審。

試驗(yàn)用途：實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)用于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，獲取產(chǎn)品對(duì)溫度、 濕度、太陽(yáng)輻射、振動(dòng)等各種環(huán)境應(yīng)力的響應(yīng)特性，找出其耐環(huán)境應(yīng)力的工作極限，驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)性是否滿(mǎn)足合同或規(guī)定要求，為產(chǎn)品定型轉(zhuǎn)入批生產(chǎn)提供決策依據(jù)，檢驗(yàn)控制批生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，為產(chǎn)品驗(yàn)收提供依據(jù)。

應(yīng)用階段：主要用于研制、生產(chǎn)、定型階段。

試驗(yàn)設(shè)備（設(shè)施）：既可以是針對(duì)單一環(huán)境因素、單一試驗(yàn)對(duì)象的簡(jiǎn)單試驗(yàn)箱，如溫度箱、低氣壓箱、鹽霧箱等，也可以是產(chǎn)生或控制多種環(huán)境因素、滿(mǎn)足從元器件、組（部）件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)乃至整機(jī)大型實(shí)驗(yàn)室。如美國(guó)的麥金利實(shí)驗(yàn)室，可以控制溫度、雪、風(fēng)等環(huán)境因素，能夠?qū)φ茱w機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)具有環(huán)境條件和過(guò)程可以控制、可重現(xiàn)、試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較短等優(yōu)點(diǎn)，便于尋找故障原因和改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)方法和程序一般經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和完善，并引入了剪裁技術(shù)，能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)的工程需求，被廣泛應(yīng)用。但是值得注意的是，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)并不表明在實(shí)際使用中不會(huì)出環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，在工程決策時(shí)應(yīng)該謹(jǐn)慎小心。

1.3 使用環(huán)境試驗(yàn)

使用環(huán)境試驗(yàn)是指在規(guī)定的實(shí)際使用環(huán)境條件和服役條件下考核（評(píng)定）裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性水平的試驗(yàn)。

環(huán)境條件：實(shí)際使用中將遇到的環(huán)境條件及負(fù)載、維護(hù)和操作條件，包括地理（地形）、氣候或海洋（水）條件和裝備工作時(shí)產(chǎn)生的誘發(fā)環(huán)境條件。后者的嚴(yán)酷程度完全取決于工作剖面的設(shè)計(jì)，在美國(guó)，裝備一般要經(jīng)過(guò)熱帶、寒帶和沙漠環(huán)境試驗(yàn)，方能定型和批產(chǎn)。

試驗(yàn)對(duì)象：裝備或產(chǎn)品本身或具有獨(dú)立功能的分系統(tǒng)。

主要用途：主要用于評(píng)價(jià)整個(gè)裝備及其設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)通過(guò)實(shí)測(cè)平臺(tái)環(huán)境及誘發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)，為后續(xù)裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供輸入。

應(yīng)用階段：主要應(yīng)用于定型和使用階段。

試驗(yàn)設(shè)備（設(shè)施）：主要是測(cè)量裝備各部位環(huán)境因素量值、性能、功能的儀器和設(shè)備。

使用環(huán)境試驗(yàn)選擇的試驗(yàn)環(huán)境要具有代表性，并要設(shè)計(jì)合理的工作剖面，方能保證試驗(yàn)系統(tǒng)全面，暴露問(wèn)題最充分，是裝備投入使用前的關(guān)鍵一環(huán)。

2 環(huán)境試驗(yàn)方法之間的關(guān)系及應(yīng)用時(shí)機(jī)[2]

自然環(huán)境試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是在自然環(huán)境試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉，使用環(huán)境試驗(yàn)是對(duì)裝備（產(chǎn)品）在綜合的環(huán)境下進(jìn)行的最全面檢驗(yàn)。三種環(huán)境試驗(yàn)方法均有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不足，在實(shí)際工作中可以根據(jù)需要，在不同的時(shí)機(jī)選用不同的試驗(yàn)方法，見(jiàn)表2，目的是確保裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性得到有效保證。

表2 環(huán)境試驗(yàn)方法在裝備壽命周期中的應(yīng)用

自然環(huán)境試驗(yàn)更基礎(chǔ)。在論證階段可以利用歷史自然環(huán)境條件數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境分析；在研制階段可以利用已經(jīng)掌握的環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和預(yù)計(jì)，并對(duì)新的材料、結(jié)構(gòu)、工藝以及新的元器件提前開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)；在定型階段可以利用自然環(huán)境試驗(yàn)的數(shù)據(jù)支撐環(huán)境適應(yīng)性和服役壽命的預(yù)估；在使用階段開(kāi)展環(huán)境試驗(yàn)，可以驗(yàn)證裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，積累典型產(chǎn)品在特定環(huán)境下的故障模式，為后續(xù)裝備的改進(jìn)提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)使用更加靈活。由于試驗(yàn)環(huán)境條件可以精確控制，并可以重現(xiàn)，試驗(yàn)對(duì)象可以是材料、工藝、元器件，也可是分系統(tǒng)、系統(tǒng)、整機(jī)；既可以用于模擬，也可以用于激發(fā)故障；既可以用于研制階段的考核驗(yàn)證，也可以環(huán)境因素響應(yīng)特性調(diào)查；既可以用于鑒定試驗(yàn)，也可以用于批產(chǎn)的檢驗(yàn)驗(yàn)收。

裝備使用環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)環(huán)境具有典型性或嚴(yán)酷性，是對(duì)分析統(tǒng)、系統(tǒng)、整機(jī)進(jìn)行的環(huán)境適應(yīng)性和功能特性的全面檢驗(yàn)。為了確保裝備（產(chǎn)品）好用、管用、耐用、適用，一般在正品樣機(jī)完成后需要開(kāi)展使用環(huán)境試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)不僅要考核裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性，還要對(duì)其功能特性、戰(zhàn)技指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，無(wú)論從投入的人力、試驗(yàn)的裝備（產(chǎn)品）以及測(cè)試手段都要求較高，費(fèi)用也較大。裝備（產(chǎn)品）列裝后，需要在更多的環(huán)境下進(jìn)行使用環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的跟蹤觀測(cè)，是國(guó)外的通行做法，也是裝備持續(xù)改進(jìn)有效途徑。

[1] 陳謀義. 環(huán)境試驗(yàn)的重要性以及環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的有關(guān)問(wèn)題[J]. 環(huán)境技術(shù), 1999(2): 7—12.

[2] 顏景蓮. 材料以及產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)方法[J]. 環(huán)境技術(shù), 2006(4): 14—17.

[3] MIL-STD-810G, Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests[S].

[4] GJB 4239, 裝備環(huán)境工程通用要求[S].

[5] GJB 6117, 裝備環(huán)境工程術(shù)語(yǔ)[S].

[6] 李曉剛, 高謹(jǐn), 肖葵, 等. 國(guó)家材料環(huán)境腐蝕（老化）數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)構(gòu)建與進(jìn)展[J]. 中國(guó)建材科技, 2010(S1): 117—122.

[7] 王光雍. 環(huán)境腐蝕考察團(tuán)出國(guó)考察報(bào)告(上)[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 1989(2): 41—44.

[8] 王光雍. 環(huán)境腐蝕考察團(tuán)出國(guó)考察報(bào)告(下)[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 1989(2): 40—44, 48.

[9] GJB 150A, 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法[S].

Comparison of Environmental Test Methods for Equipment (Products)

ZHANG Fei-yue1, WANG Jin-mei2
(1.Chongqing Yucai Chenggong School, Chongqing 400050, China 2.Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)

The work aims to compare characteristics and use of natural environmental test, laboratory en-vironmental test and service environmental test in terms of test conditions, test objects, test purposes, applied stage, applied instruments and equipment. Relationship among the three test methods and respective application time were studied. Different test methods were recommended in different combinations at different stage of equipment service so as to improve the effectiveness-cost ratio of equipment development.

equipment/products; environmental test; effectiveness-cost ratio

10.7643/ issn.1672-9242.2017.02.019

TJ01

A

1672-9242(2017)02-0095-04

2016-11-15；

2017-01-10

王津梅（1973—），女，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)。