論環(huán)境試驗與可靠性試驗技術(shù)的發(fā)展

廣州廣電計量檢測股份有限公司 黃英齡

我國自從上個世紀七十年代其就逐步加大對產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗的重視，并頒布實施了一系列準則，這些準則的頒布對推動我國產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗的展開起到了良好的作用。同時，產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。但是，目前我國的產(chǎn)品制造單位由于受到傳統(tǒng)經(jīng)驗的影響，仍沒有對環(huán)境與可靠性試驗產(chǎn)生正確的認識，沒有將其作為產(chǎn)品必經(jīng)的過程，因此，了解環(huán)境試驗與可靠性試驗的發(fā)展，探討相關(guān)問題顯得格外重要。

一、環(huán)境試驗的產(chǎn)生與發(fā)展

在第一次世界大戰(zhàn)期間，世界各國逐步意識到很多軍事武器會受到環(huán)境因素的影響從而失效，例如，在寒冷的冬天，俄國士兵發(fā)現(xiàn)分發(fā)的軍大衣沒有紐扣，究其原因，是由于錫制的紐扣在低溫條件下發(fā)生了粉化反應(yīng)。因此，為了減少這種非戰(zhàn)爭因素的損失，世界各國開始注意產(chǎn)品的環(huán)境試驗。到了上世紀三十年代，歐洲技術(shù)強國先后建立了多家基于氣候模擬的設(shè)備制造公司，例如在1932年，意大利成立著名的ACS公司。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，軍事武器受到環(huán)境影響而失效的情況更加嚴重，甚至左右了戰(zhàn)爭的格局。例如德國的V2導彈，由于儲存時間過長，嚴重降低了發(fā)射的準度與成功率，使得這一殺手锏的作用被極大的削弱；再如斯大林格勒戰(zhàn)役中，受到寒冷天氣的影響，德國機械化設(shè)備出現(xiàn)了大量的故障情況，導致設(shè)備不能正常使用，這種受環(huán)境影響的損失，是德軍在次戰(zhàn)役中失敗的重要原因。因此，基于這類教訓，二戰(zhàn)期間特別是戰(zhàn)爭結(jié)束以后，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性受到了前所未有的重視，世界各國相繼制定出各種環(huán)境試驗標準。其中，美國為了促進設(shè)備制造者與環(huán)境試驗者的相互合作，于上世紀四十年代成立了環(huán)境工程師協(xié)會。在此期間，世界各國都投入了大量的人力、物力與財力進行試驗與研究，從而提高軍事裝備的環(huán)境適應(yīng)性能。

在上世紀的前半葉，產(chǎn)品的環(huán)境試驗技術(shù)主要為環(huán)境模擬技術(shù)，及模擬創(chuàng)造出一種產(chǎn)品可能遇到的環(huán)境，并在該環(huán)境下評定產(chǎn)品的應(yīng)激能力。例如在產(chǎn)品的耐高/低溫模擬實驗中，GJB160規(guī)定試驗溫度范圍為+65℃～－50℃，溫度變化率控制在8℃/min，風速為1.6m/s，這些規(guī)定主要來自于自然界的天氣變化。又如在GJB148.15沖擊試驗中，對可能產(chǎn)生的沖擊事件進行模擬，例如模擬產(chǎn)品在運輸過程中跌落下來的狀態(tài)，或相關(guān)設(shè)備的維修狀態(tài)等。

二、環(huán)境試驗與可靠性試驗的發(fā)展現(xiàn)狀

到了上世紀下半夜，戰(zhàn)爭逐步走向立體化發(fā)展，空軍、海軍在戰(zhàn)爭中的角色越來越重要，同時武器裝備也逐漸復雜起來。在越南戰(zhàn)爭中，美軍有超過50%的軍事裝備由于不適應(yīng)越南的潮濕天氣導致失效，因此，軍事裝備的可靠性受到人們的重視。為了能夠科學的評價產(chǎn)品的可靠程度，在原有產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)能力試驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了產(chǎn)品可靠性試驗技術(shù)。其試驗主要包括模擬產(chǎn)品的實際使用環(huán)境，并在模擬的真實環(huán)境與實際工作條件中進行長期工作，從而產(chǎn)生可靠性特值（MTBF），評價產(chǎn)品的可靠性能。

為了能夠?qū)C合環(huán)境進行真實模擬，例如濕度、溫度與高度三綜合，濕度、溫度與噪聲三綜合，濕度、溫度與振動三綜合，濕度、溫度與光輻射三綜合、濕度、高度、溫度與振動四綜合，濕度、高度、溫度、振動與恒加速度五綜合，力學環(huán)境在發(fā)展的過程中出現(xiàn)了以下情況：

1.真實環(huán)境的應(yīng)力模擬與過程模擬。在產(chǎn)品可靠性試驗的過程中，應(yīng)力的施加方法主要是根據(jù)產(chǎn)品的性能敏感應(yīng)力與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)綜合考慮，在實際使用的過程中，通過運行剖面的使用，得到產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力剖面與試驗剖面。這樣就產(chǎn)生了產(chǎn)品的可靠性試驗與環(huán)境適應(yīng)性試驗的綜合剖面。

2.振動試驗從過去簡單的正弦式定頻振動逐步發(fā)展成具有更好模擬性能的隨機振動、掃頻振動、窄帶隨機與寬帶隨機振動等。

3.從單自由度的單點模式發(fā)展成多自由度的多點激勵模式，模擬性能更好，與實際情況更加接近。

在這段時間，產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗主要呈現(xiàn)出以下特點：

首先，環(huán)境的模擬轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘁蛩鼐C合環(huán)境的模擬，不再是過去單因素的發(fā)展；其次，試驗從模擬空間環(huán)境變?yōu)槟M時間-空間過程；第三，環(huán)境模擬技術(shù)和激發(fā)試驗技術(shù)并行；第四，效應(yīng)模擬和實際使用的環(huán)境模擬并行；第五，大力發(fā)展力學環(huán)境下的多臺并激精準模擬技術(shù)。

在20世紀上半葉，通過上述手段，使產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗得到極大的發(fā)展，一定程度上保證了產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性與可靠性，但是，隨著經(jīng)濟的發(fā)展與科學技術(shù)的進步，產(chǎn)品的環(huán)境與可靠性試驗設(shè)備變得更加復雜，試驗成本不斷增加，試驗時間也越來越長，花費大量的人力、物力與財力后得到的產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們生活的需求，產(chǎn)品的可靠性特征值不適應(yīng)時代的要求，因此必須改變原有的狀態(tài)，探究產(chǎn)品環(huán)境試驗與可靠性試驗的新技術(shù)。

三、環(huán)境試驗與可靠性試驗技術(shù)的發(fā)展方向

隨著產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，產(chǎn)品的可靠性、產(chǎn)品壽命與耐環(huán)境能力逐步增強，因此傳統(tǒng)的對真實環(huán)境進行模擬的方法已經(jīng)難以滿足技術(shù)發(fā)展的需要。必須改革現(xiàn)有的試驗技術(shù)，將重點放在如何尋找產(chǎn)品的潛在故障與薄弱環(huán)節(jié)，其中產(chǎn)品的可靠性強化技術(shù)與高效篩選技術(shù)為典型的代表。

1.產(chǎn)品的可靠性強化試驗技術(shù)

這種試驗技術(shù)是提高產(chǎn)品耐環(huán)境能力水平的有效辦法之一，在具體的試驗過程中，工作人員逐步提高產(chǎn)品的主要敏感應(yīng)力，從而使產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)與功能上的薄弱環(huán)節(jié)得以顯現(xiàn)。隨后進行定位故障、找出失效原因并對原因進行分析，并針對性的改進相關(guān)工藝與設(shè)計，從而提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性與可靠性能。如果這種改進發(fā)揮作用，則原有的問題不再出現(xiàn)，但在產(chǎn)品其余部位可能會發(fā)現(xiàn)新的故障與問題，然后再經(jīng)歷分析、改進與試驗的過程，直至在技術(shù)上難以更進一步或經(jīng)濟上出現(xiàn)得不償失的情況。通過這種進行試驗→發(fā)現(xiàn)故障→問題分析→工藝改進→再次試驗→新問題發(fā)現(xiàn)→再分析→再改進→再試驗的不斷往返過程，可以最大程度的提高產(chǎn)品的工藝與結(jié)構(gòu)，在研制階段消除產(chǎn)品存在的薄弱環(huán)節(jié)。這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在工藝與結(jié)構(gòu)上即為沒有明顯缺陷與薄弱環(huán)節(jié)的成熟產(chǎn)品。

2.環(huán)境試驗與可靠性試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢

①傳統(tǒng)的環(huán)境模擬技術(shù)與效應(yīng)模擬技術(shù)仍有存在的空間，但適用范圍會逐步減少。

②產(chǎn)品的可靠性強化技術(shù)將很大程度上替代現(xiàn)有的環(huán)境與可靠性試驗技術(shù)。

③今后產(chǎn)品的試驗重點將會放在發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)與潛在故障上。

④多種技術(shù)手段相結(jié)合的“健壯工程”將是未來發(fā)展的主流。

3.健壯工程

健壯工程是指既包含了產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗技術(shù)的積極因素，又吸收了可靠性強化技術(shù)的成功經(jīng)驗，將多種技術(shù)手段融為一體，在產(chǎn)品的研發(fā)階段結(jié)束以后，就可以保證產(chǎn)品的工藝成熟、設(shè)計成熟并能夠生產(chǎn)成熟產(chǎn)品的全新的技術(shù)手段。

在實際的操作過程中，人們首先利用環(huán)境試驗與可靠性試驗對影響產(chǎn)品質(zhì)量的諸多因素進行全面的分析，盡可能的使其完善發(fā)展。但由于產(chǎn)品本身存在復雜性，難以將所有因素全部處理好，因此對于難以發(fā)現(xiàn)的隱患可以利用RET（可靠性強化試驗）將其彌補。通過多種手段的相互結(jié)合，從而徹底找出產(chǎn)品存在的薄弱環(huán)節(jié)與相關(guān)隱患，提高了產(chǎn)品的篩選效率，保證產(chǎn)品的高健壯性。

四、總結(jié)

本文主要總結(jié)了環(huán)境試驗與可靠性試驗的產(chǎn)生與發(fā)展過程，分析了環(huán)境試驗與可靠性試驗在不同時期的發(fā)展現(xiàn)狀，并對當前產(chǎn)品的可靠性與環(huán)境試驗技術(shù)發(fā)展特點進行了展望，提出了必須進行產(chǎn)品的可靠性強化試驗技術(shù)，實施健壯工程的觀點。

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