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)境試驗與評價

裝備（產(chǎn)品）環(huán)境試驗方法之比較

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）

從試驗條件、試驗對象、試驗用途、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、實驗室環(huán)境試驗和使用環(huán)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(guān)系及應(yīng)用時機。建議在裝備壽命期的不同階段，綜合應(yīng)用不同的試驗方法，以提高裝備研制的效費比。

裝備/產(chǎn)品；環(huán)境試驗；效費比

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，市場競爭加劇，性能功能要求更高，經(jīng)濟全球一體化勢頭更加迅猛，產(chǎn)品將可能在全球使用，面臨更加嚴酷的服役環(huán)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(huán)境，用戶和生產(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，從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的環(huán)境適應(yīng)性作出評價，這就是環(huán)境試驗，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)境試驗方法的種類和用途

按照MIL-STD-810G《環(huán)境工程考慮和實驗室試驗方法》[3]和GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》[4]中的規(guī)定，環(huán)境試驗可分為三大類，即自然環(huán)境試驗、實驗室環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗。環(huán)境試驗是考核產(chǎn)品對環(huán)境適應(yīng)性要求符合性和評價產(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)計缺陷，為改進設(shè)計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“設(shè)計—試制—試驗—改進—試驗”的不斷循環(huán)、不斷改進和完善裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性，因此它是一項使產(chǎn)品增值的試驗。

1.1 自然環(huán)境試驗

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

自然環(huán)境的典型性或嚴酷性是開展自然環(huán)境試驗的前提和基礎(chǔ)。各國都建有能覆蓋主要自然環(huán)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(huán)境腐蝕野外觀測站網(wǎng)[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(huán)境，并開展常用材料的環(huán)境行為及規(guī)律研究，為我國重大工程和國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

美國阿特拉斯氣候服務(wù)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(yè)等領(lǐng)域的企業(yè)提供服務(wù)，成為全球自然環(huán)境試驗的領(lǐng)導(dǎo)者[7—8]。

試驗條件： 自然的綜合環(huán)境，能揭示環(huán)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(tǒng)的自然環(huán)境試驗數(shù)據(jù)成為裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計與預(yù)計的基礎(chǔ)，也是全面驗證裝備（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，向強化部分自然環(huán)境因素并施加其他應(yīng)力發(fā)展。

試驗對象：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。

試驗用途：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、失效機理，評價和篩選產(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)計進行環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計，驗證裝備（產(chǎn)品）的自然環(huán)境適應(yīng)性并對其服役壽命作出評估。

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。

試驗設(shè)施和儀器：試驗場、棚、庫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(zhì)觀測與分析設(shè)備以及對試驗性能進行測量和記錄的設(shè)備等。

1.2 實驗室環(huán)境試驗

實驗室環(huán)境試驗是指在實驗室內(nèi)按規(guī)定的環(huán)境條件和負載條件進行的試驗。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)境鑒定和驗收試驗等[4]。

圖1 中國材料環(huán)境腐蝕試驗站網(wǎng)

表1 美國阿特拉斯全球自然環(huán)境試驗網(wǎng)絡(luò)

環(huán)境條件：試驗條件可以根據(jù)試驗?zāi)康倪x擇模擬或加速。例如產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性研制試驗可以選擇量值或嚴酷度高于產(chǎn)品生命周期所遇到的環(huán)境條件；批生產(chǎn)驗收檢驗一般選擇低于規(guī)范或合同所規(guī)定的環(huán)境條件； 而設(shè)計和工藝鑒定試驗選擇與規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件基本相同。

試驗對象：實驗室環(huán)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(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)乃至整機。對于組（部）件、設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)，則有一套環(huán)境試驗標準，如GJB 150A《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》[9]。對于大型系統(tǒng)和整機來說，目前尚沒有通用標準，一般要編制環(huán)境試驗大綱，并通過專家評審。

試驗用途：實驗室環(huán)境試驗用于發(fā)現(xiàn)設(shè)計、工藝缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，獲取產(chǎn)品對溫度、 濕度、太陽輻射、振動等各種環(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，驗證環(huán)境適應(yīng)性是否滿足合同或規(guī)定要求，為產(chǎn)品定型轉(zhuǎn)入批生產(chǎn)提供決策依據(jù)，檢驗控制批生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，為產(chǎn)品驗收提供依據(jù)。

應(yīng)用階段：主要用于研制、生產(chǎn)、定型階段。

試驗設(shè)備（設(shè)施）：既可以是針對單一環(huán)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(chǎn)生或控制多種環(huán)境因素、滿足從元器件、組（部）件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)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(fēng)等環(huán)境因素，能夠?qū)φ茱w機進行試驗。

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

1.3 使用環(huán)境試驗

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

環(huán)境條件：實際使用中將遇到的環(huán)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(chǎn)生的誘發(fā)環(huán)境條件。后者的嚴酷程度完全取決于工作剖面的設(shè)計，在美國，裝備一般要經(jīng)過熱帶、寒帶和沙漠環(huán)境試驗，方能定型和批產(chǎn)。

試驗對象：裝備或產(chǎn)品本身或具有獨立功能的分系統(tǒng)。

主要用途：主要用于評價整個裝備及其設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)問題和改進設(shè)計，同時通過實測平臺環(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)計提供輸入。

應(yīng)用階段：主要應(yīng)用于定型和使用階段。

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

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

2 環(huán)境試驗方法之間的關(guān)系及應(yīng)用時機[2]

自然環(huán)境試驗是實驗室環(huán)境試驗的基礎(chǔ)，實驗室環(huán)境試驗是在自然環(huán)境試驗的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉，使用環(huán)境試驗是對裝備（產(chǎn)品）在綜合的環(huán)境下進行的最全面檢驗。三種環(huán)境試驗方法均有自己獨特的優(yōu)點和不足，在實際工作中可以根據(jù)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(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性得到有效保證。

表2 環(huán)境試驗方法在裝備壽命周期中的應(yīng)用

自然環(huán)境試驗更基礎(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)進行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計和預(yù)計，并對新的材料、結(jié)構(gòu)、工藝以及新的元器件提前開展自然環(huán)境試驗；在定型階段可以利用自然環(huán)境試驗的數(shù)據(jù)支撐環(huán)境適應(yīng)性和服役壽命的預(yù)估；在使用階段開展環(huán)境試驗，可以驗證裝備（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)裝備的改進提供依據(jù)。

實驗室環(huán)境試驗使用更加靈活。由于試驗環(huán)境條件可以精確控制，并可以重現(xiàn)，試驗對象可以是材料、工藝、元器件，也可是分系統(tǒng)、系統(tǒng)、整機；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，也可以用于批產(chǎn)的檢驗驗收。

裝備使用環(huán)境試驗的試驗環(huán)境具有典型性或嚴酷性，是對分析統(tǒng)、系統(tǒng)、整機進行的環(huán)境適應(yīng)性和功能特性的全面檢驗。為了確保裝備（產(chǎn)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(huán)境試驗。試驗時不僅要考核裝備（產(chǎn)品）的環(huán)境適應(yīng)性，還要對其功能特性、戰(zhàn)技指標進行測試，無論從投入的人力、試驗的裝備（產(chǎn)品）以及測試手段都要求較高，費用也較大。裝備（產(chǎn)品）列裝后，需要在更多的環(huán)境下進行使用環(huán)境試驗，對其進行持續(xù)的跟蹤觀測，是國外的通行做法，也是裝備持續(xù)改進有效途徑。

[1] 陳謀義. 環(huán)境試驗的重要性以及環(huán)境試驗設(shè)備的有關(guān)問題[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[S].

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

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

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

[9] GJB 150A, 軍用裝備實驗室環(huán)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(chǎn)品環(huán)境試驗與評價。