海洋儀器設(shè)備環(huán)境試驗

吳美怡，孔維軒

（國家海洋標準計量中心，天津 300112）

海洋儀器設(shè)備環(huán)境試驗

吳美怡，孔維軒

（國家海洋標準計量中心，天津 300112）

介紹了環(huán)境試驗的目的、作用與分類；論述了環(huán)境試驗的基本概念及環(huán)境試驗在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程各個階段的應(yīng)用；提出了應(yīng)將環(huán)境試驗的重點放在早期研制階段，以便節(jié)省費用和保證研制進度的建議。

環(huán)境；工程；適應(yīng)性；海洋儀器

對于海洋儀器設(shè)備來說，環(huán)境試驗是一項必不可少的工作，并貫穿于研制和生產(chǎn)的全過程。海洋儀器設(shè)備需要進行的試驗項目很多，如性能試驗、環(huán)境試驗、可靠性試驗和壽命試驗等，不同的試驗有不同的目的，本文僅對環(huán)境試驗作一簡單介紹。

1 環(huán)境試驗的目的

任何驗證或考核產(chǎn)品對預(yù)期遇到的極端環(huán)境的適應(yīng)性試驗均被稱為環(huán)境試驗。所謂環(huán)境適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在其整個壽命期間不受環(huán)境影響且能實現(xiàn)其全部功能的能力。

這里所涉及的環(huán)境可以分為自然環(huán)境和誘導(dǎo)環(huán)境。自然環(huán)境是指自然界本來就存在的各種環(huán)境因素，如風(fēng)、雨、雷電、溫度、濕度等。其中，被列入環(huán)境試驗方法的大約有二十余種。而誘導(dǎo)環(huán)境是指由于人類生產(chǎn)、生活、科研等引發(fā)的，或由于產(chǎn)品在運輸、貯存和使用中所產(chǎn)生的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，在所有由環(huán)境因素導(dǎo)致的故障中，溫度因素占40%，振動因素占27%，濕度因素占19%，沙塵因素占6%，鹽霧因素占4%。而海洋領(lǐng)域有別于其他行業(yè)，又有其獨特的水下壓力因素。這也是導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)故障的一大原因。

環(huán)境試驗作為一種手段，主要達到以下目的：

（1）發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計以及制造方面的各種缺陷，以便采取適當?shù)母恼胧?，提高其環(huán)境適應(yīng)性。

（2）考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性是否符合規(guī)定的要求，為該產(chǎn)品的投產(chǎn)決策或批量生產(chǎn)接收／拒絕決策提供依據(jù)。

（3）為產(chǎn)品的使用維修提供必要的信息。

2 環(huán)境試驗的分類

環(huán)境試驗的分類取決于采用的分類原則。按試驗場所和提供環(huán)境條件的方法分類，可分為實驗室環(huán)境試驗和現(xiàn)場環(huán)境試驗（場外環(huán)境試驗）；按環(huán)境因素的特性分類，可分為氣候試驗、動力學(xué)試驗和電磁兼容性試驗；按環(huán)境試驗在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中的應(yīng)用階段分類，可分為環(huán)境安全試驗、環(huán)境鑒定試驗、環(huán)境驗收試驗和環(huán)境例行試驗。

進行環(huán)境試驗時，施加環(huán)境應(yīng)力的方式通常有三種，于是又可將環(huán)境試驗按施加應(yīng)力的方式進行分類。第一種方式是各環(huán)境應(yīng)力單一施加，稱之為單因素環(huán)境試驗，如高溫試驗和低氣壓試驗，每次試驗只涉及一個環(huán)境因素。第二種方式是兩個或兩個以上的環(huán)境應(yīng)力同時施加，稱之為綜合環(huán)境試驗。綜合環(huán)境可以是兩個氣候環(huán)境因素的綜合，如溫度-高度試驗和交變濕熱試驗；也可以是氣候環(huán)境因素與動力學(xué)環(huán)境因素綜合，如振動-溫度試驗，振動-溫度-高度試驗。第三種方式是各種環(huán)境應(yīng)力以一定順序依次施加，稱之為組合環(huán)境試驗。參加組合試驗的各種環(huán)境試驗可以是單因素試驗也可以是綜合試驗，例如按低氣壓試驗、溫度試驗、溫度-濕度-高度試驗和溫度-振動試驗這一順序依次進行的這四項試驗構(gòu)成了一個組合試驗。

3 實驗室環(huán)境試驗

3.1 實驗室環(huán)境試驗的目的及其用途

實驗室環(huán)境試驗用于驗證研制或生產(chǎn)的產(chǎn)品在極端環(huán)境條件下是否受到損壞或能否正常工作，為采取改進措施提供信息，或為研制階段定型和生產(chǎn)階段驗收決策提供依據(jù)。產(chǎn)品在研制和生產(chǎn)的不同階段所進行的環(huán)境試驗?zāi)康暮陀猛?、采用的試驗項目和環(huán)境條件的嚴酷程度等是各不相同的。

3.2 實驗室環(huán)境試驗的優(yōu)缺點

實驗室環(huán)境試驗的優(yōu)點是其環(huán)境應(yīng)力、負載條件和電應(yīng)力的施加都可以嚴格地控制在規(guī)定容差范圍內(nèi)，保證整個試驗在受控的條件下進行，從而保證試驗的重現(xiàn)性和試驗結(jié)果的可比性。正因為具備這些優(yōu)點，可以進行適當剪裁并將其應(yīng)用于產(chǎn)品研制生產(chǎn)各個階段的不同目的試驗中。特別是在研制階段早期，應(yīng)用加速或加劇應(yīng)力進行實驗室內(nèi)環(huán)境試驗，對于迅速提高研制產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性是十分重要的。

實驗室環(huán)境試驗的缺點是由于受到試驗設(shè)備能力和費用的限制，其試驗對象僅限于一些體積、重量較小的裝備，且不可能進行非常真實的綜合環(huán)境模擬和裝備間接口的模擬，使試驗效果受到限制。

3.3 實驗室環(huán)境試驗對海洋儀器設(shè)備質(zhì)量的影響

環(huán)境試驗作為一種手段，主要是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、材料選取及制造工藝方面的各種缺陷，以便采取適當?shù)母恼胧?，一方面增強產(chǎn)品自身的抗環(huán)境能力，另一方面減緩環(huán)境應(yīng)力對產(chǎn)品的作用強度。此外，它還可以考核產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性是否符合規(guī)定的要求，為產(chǎn)品后期投產(chǎn)或接收提供依據(jù)，并為產(chǎn)品的使用維修提供必要的信息。

目前，海洋儀器主要涉及的環(huán)境試驗是溫度試驗、濕度實驗、鹽霧試驗、霉菌試驗、振動試驗、沖擊試驗、搖擺試驗、水靜壓力試驗等14項。許多海洋儀器設(shè)備通過環(huán)境試驗發(fā)現(xiàn)了問題、解決了問題、提高了質(zhì)量。例如，有一臺海水多參數(shù)測量儀在研制階段進行高溫試驗，當達到試驗溫度規(guī)定的40℃時，儀器不能正常啟動，而當儀器恢復(fù)到33℃時，又可恢復(fù)正常啟動。經(jīng)反復(fù)調(diào)整，此現(xiàn)象一直存在。后經(jīng)試驗人員分析，其元器件選取的溫度等級剛剛可以承受高溫試驗，但由于儀器采用密封型結(jié)構(gòu)，在工作時其熱慣性比較大，無法正常散熱，因此產(chǎn)生此項故障。再如，有一套浮標在定型階段進行振動試驗，發(fā)現(xiàn)浮標內(nèi)部配重塊發(fā)生脫落，浮標無法實現(xiàn)自動回收功能。經(jīng)過反復(fù)核查設(shè)計資料及現(xiàn)場分析，發(fā)現(xiàn)引起故障的主要原因是后期組裝工藝的差別。產(chǎn)生故障的那套浮標的一部分部件在組裝時，由于組裝流程存在偏差，從而導(dǎo)致了自動回收功能的失敗。通過此次試驗，使得生產(chǎn)方規(guī)范了組裝工藝，從而降低了設(shè)備使用中的故障率。再如，有一套浮標的通信機在鹽霧試驗中整體外殼無明顯腐蝕現(xiàn)象，達到了預(yù)期效果，但在儀器的安裝架處產(chǎn)生了部分銹蝕。經(jīng)分析，是產(chǎn)品在安裝螺母過程中不可避免地破壞接口處的防腐涂層，進而通過鹽霧侵蝕形成原電池效應(yīng)，加速了腐蝕。此后，在安裝完畢后，對隱患處進行二次防腐處理，同時加裝犧牲陽極配件，以減緩海水對儀器的腐蝕。

3.4 環(huán)境工程與環(huán)境試驗

從20世紀40～50年代，環(huán)境工程以環(huán)境試驗的形式出現(xiàn)，但限于用環(huán)境試驗考核和檢驗產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。20世紀50～70年代中期，環(huán)境工程仍以環(huán)境試驗的形式發(fā)展，出現(xiàn)各種環(huán)境試驗規(guī)范，并廣泛應(yīng)用，隨后試驗規(guī)范逐步趨向統(tǒng)一，但菜單式的環(huán)境試驗標準已經(jīng)暴露出其容易造成過量環(huán)境設(shè)計、增加研制費用和延誤進度等弱點，在某種程度上反而成為正確開展環(huán)境試驗的障礙。20世紀70～80年代，提出環(huán)境標準剪裁和環(huán)境管理概念，國外一些公司開始將環(huán)境工程管理用于項目研制中。到了20世紀90年代“環(huán)境工程”這個概念才正式提出，明確了環(huán)境工程包括環(huán)境預(yù)算分析、環(huán)境分析、環(huán)境試驗、環(huán)境管理等內(nèi)容，提出要將環(huán)境工程工作納入產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過程各個階段。

上述情況說明，環(huán)境工程概念的產(chǎn)生和完善經(jīng)歷了大約50 a時間，對環(huán)境工程任務(wù)主要內(nèi)容已經(jīng)比較明確。

在進一步研究環(huán)境工程內(nèi)涵的同時，需定義環(huán)境工程的各種工作項目，包括日?；A(chǔ)工作項目和產(chǎn)品研制過程中各階段的工作項目。制訂出相應(yīng)的可操作性強的管理標準，把這些環(huán)境工程任務(wù)納入產(chǎn)品研制過程中各階段，以規(guī)范產(chǎn)品研制中的環(huán)境工作。另一方面應(yīng)加強日常環(huán)境基礎(chǔ)工作，積累各種數(shù)據(jù)，以支持產(chǎn)品研制過程中各種環(huán)境工作的開展。

4 幾點建議

（1）環(huán)境試驗和其他工作一樣，應(yīng)當遵循早期投入的方針，其重點是要加強研制階段早期的環(huán)境試驗，以便及早發(fā)現(xiàn)耐環(huán)境設(shè)計方面存在的問題，并及早加以解決。因此，產(chǎn)品一旦研制、制造出來且性能滿足基本要求以后，就應(yīng)當開始進行環(huán)境試驗。

（2）環(huán)境鑒定試驗應(yīng)當嚴格進行，其試驗項目應(yīng)當做齊，各個試驗項目的順序安排應(yīng)避免相互抑制作用和不必要的加速作用及其他不良影響，應(yīng)當嚴格施加規(guī)定的環(huán)境條件，以確保通過定型的產(chǎn)品不存在遺留的環(huán)境設(shè)計問題，保證批量生產(chǎn)的質(zhì)量。

[1]GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》.

[2]HY016.1～15-1992《海洋儀器基本環(huán)境試驗方法》.

[3]《海洋環(huán)境工程論文集》.

[4]GB/T2423.1-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程 總則》.

Research on Environmental Test for Marine Instrument

WU Mei-yi,KONG Wei-xuan
(National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China)

The purpose,effect and classification of environmental test are introduced.The concept of environmental test and its application in research and production process are described.The proposal of starting the environmental test in the early stage of research is presented as to reduce the cost and guarantee the development schedule.

environment;engineering;applicability;marine instrument

P71，TB9

C

1003-2029（2011）03-0115-03

2011-06-17