我國綜合環境試驗現狀與發展建議

周陽紅生，張洪彬，薛海紅，趙曉東

（1.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2.廣東省電子信息產品可靠性技術重點實驗室，廣州 510610；3.廣東省工業機器人可靠性工程實驗室，廣州 510610；4.航空工業第一飛機設計研究院，西安 710000）

環境試驗是將產品暴露于特定的環境中、確定環境對其影響的過程，目的是獲取特定環境條件下產品材料、結構、功能、性能的變化趨勢，以及裝備對其經受環境應力的響應特性和耐環境能力，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重要手段，更是發現產品環境適應性設計缺陷、提供改進信息的重要工具[1]。

根據不同的考慮要素，環境試驗可以有多種不同的分類方法。根據產品研制階段的不同，環境試驗可分為環境研制試驗、環境鑒定試驗和環境驗收試驗；根據試驗形式的不同，環境試驗可分為自然環境試驗、使用環境試驗和實驗室環境試驗；根據主要環境因素的不同，可分為單因素環境試驗和綜合環境試驗[2]。

綜合環境試驗是指兩種或多種環境因素同時作用于試驗樣品的環境試驗。綜合環境試驗相對于單因素環境試驗、組合環境試驗，能更好地模擬產品現場所遭受的環境，反映產品因環境影響產生的故障模式及其失效機理。例如：接插件插頭的芯線與聚四氟塑料的絕緣層在低溫下的收縮率不一樣，導致插頭與孔之間有間隙，在高振動量值條件下容易出現接觸不良；橡膠減震器的固有頻率是隨著溫度變化而漂移的，在高低溫下與常溫下的振動試驗結果會出現明顯的差異[3]。

根據環境因素數量的不同，綜合環境試驗可以分為二因素綜合環境試驗和多因素綜合環境試驗（三種環境因素及以上）。產品在實際使用過程中基本上都同時暴露在氣候環境、力學環境或二者的綜合作用下，環境因素綜合化程度高，產品的故障與失效機理、故障模式與多種環境因素共同作用有關。因此，在條件允許的情況下，環境試驗應盡可能地采用最接近實際的多因素綜合環境試驗，充分暴露產品缺陷，指導設計改進。

1 我國綜合環境試驗現狀與發展需求

1.1 標準體系不夠完善

我國環境試驗標準體系近年來得到了快速發展，但相對國外發達國家仍差距明顯。我國環境試驗標準化起步較晚，直到20世紀80年代才開始引進國外相關標準，標準的制修訂嚴重滯后。近年來，我國環境試驗得到了重視和快速發展，形成了兩大標準體系（即民用標準體系和軍用標準體系）和廣泛的行業標準體系（如航空裝備、衛星裝備、艦船電子設備、軌道交通等），對引導我國相關行業環境試驗的快速發展起到了重要作用[3]。我國環境試驗標準體系主要是對國外試驗方法的引進，其中民用標準體系中應用最廣泛的 GB/T 2423是等同采用 IEC 60068系列標準[4-5]，軍用標準體系中應用最廣泛的GJB 150A是以美軍標 MIL-STD-810F為藍本進行制修訂的[6-7]，缺乏基礎研究與數據統計，對試驗方法制定、試驗條件確定等缺乏研究，標準體系不夠完善。

1.2 試驗綜合化程度低

根據綜合環境試驗的定義，似乎試驗中只要有兩個或兩個以上的環境因素同時作用于受試產品就可稱為綜合試驗，但是在工程實踐中并非如此。在常用的環境試驗項目中，許多都涉及兩個或兩個以上要加以控制的環境應力，但并不是所有這些試驗都能稱為綜合環境試驗。這些環境因素中有主因素和輔助性因素之分，見表 1[8]。可以看出，常用環境試驗主要為單因素環境試驗，綜合環境試驗僅有溫度-高度試驗、溫度-濕度-高度試驗、太陽輻射試驗和濕熱試驗，并且存在綜合化程度低的問題。

1.3 綜合環境試驗亟待發展

軍用裝備相較于工業產品面臨著更嚴酷的使用環境，環境適應性要求高，是環境試驗興起、發展的動力源。隨著軍用裝備性能的提高，使用地域不斷擴大，戰場環境越來越復雜。因此，軍事發達國家都越來越重視武器裝備的綜合環境試驗，以便弄清作戰環境和掌握武器裝備最大可能發生的故障，通過改進來最大限度地提高武器裝備的環境適應性[9]。

我國環境試驗廣泛存在標準體系不夠完善、試驗設備和檢測設備較為落后、環境試驗綜合化水平低等問題，導致試驗結果置信度不高，嚴重制約了我國綜合環境試驗的發展[10]。隨著科技水平的進步，我國裝備在使用地域、使用時間等方面均有顯著的拓展，如“蛟龍號”載人潛水器實現了水下7000 m海試，航空裝備正向高空-高速-長航時發展，更嚴酷的使用環境對環境試驗技術和能力提出了更高要求，因此更高技術水平的綜合環境試驗亟待發展。

2 我國綜合環境試驗發展建議

2.1 完善標準體系，合理引導

標準是建立在長期實踐基礎上的，需要長期的工程應用實踐。標準體系體現了標準化系統內標準的最佳秩序，是一定系統范圍內具有內在聯系的、標準的科學有機整體。實踐證明，產業的發展必由標準支撐，合理的標準體系可引導產業科學、健康、快速的發展。

綜合環境試驗是單因素環境試驗的科學組合，代表了更高的試驗技術水平，具有更好的試驗效果，是我國環境試驗發展的方向。然而，我國環境試驗標準體系還處于對國外先進標準引進和消化吸收的階段，缺乏足夠的基礎研究與適應性改進，不可避免的存在技術滯后與水土不服。加強基礎研究，完善環境工程標準體系，已成為我國綜合環境試驗發展并趕上國外先進水平的必由之路。

2.2 加強環境試驗能力建設，提供條件保障

第二次世界大戰后，美國逐漸認識到武器裝備環境適應性的重要性，建設了覆蓋了全世界各種典型自然環境條件的陸軍三大自然環境試驗中心、海軍武器試驗基地、麥金利大型氣候實驗室等。再依托于美國全球軍事活動，形成了完善的環境試驗能力體系，保障了美軍裝備全球環境的良好適應性[11]。

相比美國，我國在環境試驗能力上存在明顯的不足，特別是綜合環境試驗能力。首先，自然環境試驗方面，我國已形成了西沙熱帶海洋環境、拉薩高原高寒環境、漠河干冷環境、廣州濕熱環境等典型自然環境試驗站網，但存在環境參數檢測技術差、性能檢測設備主要依賴進口、性能檢測技術和應用水平差等問題[12]。其次，使用環境方面，我國軍用裝備在使用地域范圍、使用強度等和國外先進水平還有明顯差距。最后，我國缺乏成熟可靠的多因素綜合環境試驗設備，溫度-振動-鹽霧、溫度-振動-低氣壓等典型綜合環境試驗尚未普及，多因素綜合環境試驗亟待發展。環境試驗能力建設，對于提高我國環境試驗有效性和裝備環境適應性水平具有重要意義。

表1 常用環境試驗的環境因素分析

2.3 以軍促民，全面發展

目前，環境試驗在軍工行業得到了普及，環境試驗意識深入人心，軍用裝備環境適應性極大地得到了提升與保障。部分單位和個人也對先進的試驗設備、試驗技術等進行了研究與應用，覆蓋振動-溫度-濕度-高度[13]、振動-噪聲-溫度[13]、溫度-濕度-鹽霧-振動-太陽輻射-淋雨[14]等綜合環境試驗，對提高裝備環境試驗水平具有重要意義。

工業產品更注重經濟實惠與效益，應該借助軍民融合的大趨勢，在相關多因素綜合環境試驗成熟以后，及時進行推廣與應用，提高產品環境試驗水平。

3 結語

中央軍委主席習近平在出席十二屆全國一次會議解放軍代表團會議中強調，我國要建設一支“召之即來、來之能戰、戰之必勝”的部隊，“能戰”就要求我軍裝備必須具有良好環境適應性。嚴格按照實戰環境進行環境適應性設計，采用貼近實戰環境的綜合環境試驗進行環境研制與鑒定試驗，在裝備研制階段充分暴露裝備質量缺陷并完成設計改進，是實現裝備“能戰”的重要保障，是我國環境試驗發展的重要方向。

參考文獻：

[1] GJB 4239, 裝備環境工程通用要求[S].

[2] 王忠, 張錚. 環境試驗[M]. 北京: 電子科學出版社,2016.

[3] 王樹榮, 季凡渝. 環境試驗技術[M]. 北京: 電子工業出版社, 2016.

[4] GB/T 2423, 電工電子產品 環境試驗 第2部分: 試驗方法[S].

[5] IEC 60068-2, Environmental testing – Part 2: Tests (All Parts)[S].

[6] GJB 150A, 軍用裝備實驗室環境試驗[S].

[7] MIL-STD-810F, Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests[S].

[8] 祝耀昌. 談談綜合試驗及其應用[J]. 航天器環境工程,2006, 23(6): 9-14.

[9] 宣兆龍, 易建政. 裝備環境工程[M]. 北京: 國防工業出版社, 2011.

[10] 康志萍. 環境試驗特點及其發展方向[J]. 環境技術,2012(4): 15-18 .

[11] 文邦偉. ?美 日武器裝備環境試驗設施[J]. 裝備環境工程, 2005, 2(1): 89-93.

[12] 閆杰, 劉麗紅, 紀春陽, 等. 國內外自然大氣環境試驗的發展[J]. 中國腐蝕與防護學報, 2009, 29(1): 69-75.

[13] 張正平, 朱宇宏, 朱曦全. 動力學綜合環境試驗技術現狀和發展[J]. 裝備環境工程, 2006, 3(4): 7-11.

[14] 李家柱, 歐陽漢文, 王家國, 等. CET2000型綜合環境試驗機和試驗方法[C]// 2001年中國航空學會環境工程學會學術年會文集. 北京: 中國航空學會, 2001.