裝備（產品）環境試驗方法之比較

張菲玥，王津梅

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

環境試驗與評價

裝備（產品）環境試驗方法之比較

張菲玥1，王津梅2

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

從試驗條件、試驗對象、試驗用途、應用階段、采用的儀器和設備等方面比較了自然環境試驗、實驗室環境試驗和使用環境試驗這三大試驗方法的特點和用途；研究了三大試驗方法之間的關系及應用時機。建議在裝備壽命期的不同階段，綜合應用不同的試驗方法，以提高裝備研制的效費比。

裝備/產品；環境試驗；效費比

隨著科學技術的迅猛發展，新技術、新材料、新工藝不斷涌現并不斷采用，加之產品的研發周期縮短，市場競爭加劇，性能功能要求更高，經濟全球一體化勢頭更加迅猛，產品將可能在全球使用，面臨更加嚴酷的服役環境，在貯存、運輸和使用過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境，用戶和生產者雙方都關心產品在這些環境下能否可靠、安全地工作和使用，將產品暴露在自然環境或人工模擬環境中，從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的環境適應性作出評價，這就是環境試驗，是確保產品具有良好環境適應性的一種非常有效的途徑和手段[1—2]。

1 環境試驗方法的種類和用途

按照MIL-STD-810G《環境工程考慮和實驗室試驗方法》[3]和GJB 4239《裝備環境工程通用要求》[4]中的規定，環境試驗可分為三大類，即自然環境試驗、實驗室環境試驗和使用環境試驗。環境試驗是考核產品對環境適應性要求符合性和評價產品環境適應性的手段，也是發現產品環境適應性設計缺陷，為改進設計提供信息的工具和獲取產品各種信息，以更好使用產品的有力工具。通過“設計—試制—試驗—改進—試驗”的不斷循環、不斷改進和完善裝備（產品）的環境適應性，因此它是一項使產品增值的試驗。

1.1 自然環境試驗

自然環境試驗是將裝備（產品）長期暴露于某種自然環境中，以確定自然環境對其影響的試驗，主要包括大氣自然環境試驗、（海）水環境實驗、土壤環境試驗等[5]。

自然環境的典型性或嚴酷性是開展自然環境試驗的前提和基礎。各國都建有能覆蓋主要自然環境的試驗站（場）。我國由國家科技組織論證建立了國家材料環境腐蝕野外觀測站網[6]，由15個大氣站（北京、武漢、青島、廣州、瓊海、敦煌、拉薩、漠河、江津、萬寧、沈陽、庫爾勒、西雙版納、西沙）、7個水站（青島、舟山、廈門、三亞、鄭州、武漢、格爾木）和8個土壤站（大慶、鷹潭、成都、拉薩、沈陽、庫爾勒、格爾木、大港）共30個站組成（如圖1），基本覆蓋了我國的典型大氣、水和土壤環境，并開展常用材料的環境行為及規律研究，為我國重大工程和國民經濟建設發揮了重要作用。

美國阿特拉斯氣候服務集團在全球建有24個試驗站，見表1，為全世界的材料、汽車、建筑、冶金、化工、國防科技工業等領域的企業提供服務，成為全球自然環境試驗的領導者[7—8]。

試驗條件： 自然的綜合環境，能揭示環境與試驗對象的長期累積作用機理和失效模式，最真實可信。長期的、系統的自然環境試驗數據成為裝備（產品）環境適應性設計與預計的基礎，也是全面驗證裝備（產品）環境適應性的重要手段。從完全利用自然環境條件，向強化部分自然環境因素并施加其他應力發展。

試驗對象：既可以是材料、工藝、結構，也可以是部（組）件、系統和整機。

試驗用途：掌握材料、工藝、元器件、零部件等的自然環境適應性及性能演變規律、失效機理，評價和篩選產品的環境適應性，建立優選目錄，為裝備（產品）設計進行環境適應性預計，驗證裝備（產品）的自然環境適應性并對其服役壽命作出評估。

應用階段：裝備（產品）論證階段、研制階段、定型階段、使用階段。

試驗設施和儀器：試驗場、棚、庫模擬裝備服役的外部環境；用于支撐試樣的不同角度的試驗架，各種功能的玻璃框、黑箱，各種跟蹤太陽及反射聚能試驗機、噴淋裝置、工況耦合裝置，氣候因素和腐蝕介質觀測與分析設備以及對試驗性能進行測量和記錄的設備等。

1.2 實驗室環境試驗

實驗室環境試驗是指在實驗室內按規定的環境條件和負載條件進行的試驗。按目的可分為環境適應性研制、環境響應特性調查、環境鑒定和驗收試驗等[4]。

圖1 中國材料環境腐蝕試驗站網

表1 美國阿特拉斯全球自然環境試驗網絡

環境條件：試驗條件可以根據試驗目的選擇模擬或加速。例如產品環境適應性研制試驗可以選擇量值或嚴酷度高于產品生命周期所遇到的環境條件；批生產驗收檢驗一般選擇低于規范或合同所規定的環境條件； 而設計和工藝鑒定試驗選擇與規范所規定的環境條件基本相同。

試驗對象：實驗室環境試驗的對象既可以是由材料和工藝等制成的初級制品，也可以是元器件、組（部）件、設備、分系統、系統乃至整機。對于組（部）件、設備、分系統和系統，則有一套環境試驗標準，如GJB 150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》[9]。對于大型系統和整機來說，目前尚沒有通用標準，一般要編制環境試驗大綱，并通過專家評審。

試驗用途：實驗室環境試驗用于發現設計、工藝缺陷和薄弱環節，獲取產品對溫度、 濕度、太陽輻射、振動等各種環境應力的響應特性，找出其耐環境應力的工作極限，驗證環境適應性是否滿足合同或規定要求，為產品定型轉入批生產提供決策依據，檢驗控制批生產產品質量，為產品驗收提供依據。

應用階段：主要用于研制、生產、定型階段。

試驗設備（設施）：既可以是針對單一環境因素、單一試驗對象的簡單試驗箱，如溫度箱、低氣壓箱、鹽霧箱等，也可以是產生或控制多種環境因素、滿足從元器件、組（部）件、設備、分系統、系統乃至整機大型實驗室。如美國的麥金利實驗室，可以控制溫度、雪、風等環境因素，能夠對整架飛機進行試驗。

實驗室環境試驗具有環境條件和過程可以控制、可重現、試驗時間相對較短等優點，便于尋找故障原因和改進設計，實驗方法和程序一般經過驗證和完善，并引入了剪裁技術，能夠滿足絕大多數的工程需求，被廣泛應用。但是值得注意的是，通過實驗室環境試驗并不表明在實際使用中不會出環境適應性問題，在工程決策時應該謹慎小心。

1.3 使用環境試驗

使用環境試驗是指在規定的實際使用環境條件和服役條件下考核（評定）裝備（產品）環境適應性水平的試驗。

環境條件：實際使用中將遇到的環境條件及負載、維護和操作條件，包括地理（地形）、氣候或海洋（水）條件和裝備工作時產生的誘發環境條件。后者的嚴酷程度完全取決于工作剖面的設計，在美國，裝備一般要經過熱帶、寒帶和沙漠環境試驗，方能定型和批產。

試驗對象：裝備或產品本身或具有獨立功能的分系統。

主要用途：主要用于評價整個裝備及其設備的環境適應性，發現問題和改進設計，同時通過實測平臺環境及誘發環境數據，為后續裝備的環境適應性設計提供輸入。

應用階段：主要應用于定型和使用階段。

試驗設備（設施）：主要是測量裝備各部位環境因素量值、性能、功能的儀器和設備。

使用環境試驗選擇的試驗環境要具有代表性，并要設計合理的工作剖面，方能保證試驗系統全面，暴露問題最充分，是裝備投入使用前的關鍵一環。

2 環境試驗方法之間的關系及應用時機[2]

自然環境試驗是實驗室環境試驗的基礎，實驗室環境試驗是在自然環境試驗的基礎上總結提煉，使用環境試驗是對裝備（產品）在綜合的環境下進行的最全面檢驗。三種環境試驗方法均有自己獨特的優點和不足，在實際工作中可以根據需要，在不同的時機選用不同的試驗方法，見表2，目的是確保裝備（產品）的環境適應性得到有效保證。

表2 環境試驗方法在裝備壽命周期中的應用

自然環境試驗更基礎。在論證階段可以利用歷史自然環境條件數據進行環境分析；在研制階段可以利用已經掌握的環境效應數據進行環境適應性設計和預計，并對新的材料、結構、工藝以及新的元器件提前開展自然環境試驗；在定型階段可以利用自然環境試驗的數據支撐環境適應性和服役壽命的預估；在使用階段開展環境試驗，可以驗證裝備（產品）的環境適應性，發現薄弱環節，積累典型產品在特定環境下的故障模式，為后續裝備的改進提供依據。

實驗室環境試驗使用更加靈活。由于試驗環境條件可以精確控制，并可以重現，試驗對象可以是材料、工藝、元器件，也可是分系統、系統、整機；既可以用于模擬，也可以用于激發故障；既可以用于研制階段的考核驗證，也可以環境因素響應特性調查；既可以用于鑒定試驗，也可以用于批產的檢驗驗收。

裝備使用環境試驗的試驗環境具有典型性或嚴酷性，是對分析統、系統、整機進行的環境適應性和功能特性的全面檢驗。為了確保裝備（產品）好用、管用、耐用、適用，一般在正品樣機完成后需要開展使用環境試驗。試驗時不僅要考核裝備（產品）的環境適應性，還要對其功能特性、戰技指標進行測試，無論從投入的人力、試驗的裝備（產品）以及測試手段都要求較高，費用也較大。裝備（產品）列裝后，需要在更多的環境下進行使用環境試驗，對其進行持續的跟蹤觀測，是國外的通行做法，也是裝備持續改進有效途徑。

[1] 陳謀義. 環境試驗的重要性以及環境試驗設備的有關問題[J]. 環境技術, 1999(2): 7—12.

[2] 顏景蓮. 材料以及產品的環境試驗方法[J]. 環境技術, 2006(4): 14—17.

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

[4] GJB 4239, 裝備環境工程通用要求[S].

[5] GJB 6117, 裝備環境工程術語[S].

[6] 李曉剛, 高謹, 肖葵, 等. 國家材料環境腐蝕（老化）數據共享服務網構建與進展[J]. 中國建材科技, 2010(S1): 117—122.

[7] 王光雍. 環境腐蝕考察團出國考察報告(上)[J]. 腐蝕科學與防護技術, 1989(2): 41—44.

[8] 王光雍. 環境腐蝕考察團出國考察報告(下)[J]. 腐蝕科學與防護技術, 1989(2): 40—44, 48.

[9] GJB 150A, 軍用裝備實驗室環境試驗方法[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，高級工程師，主要研究方向為產品環境試驗與評價。