我國(guó)綜合環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)狀與發(fā)展建議

周陽(yáng)紅生，張洪彬，薛海紅，趙曉東

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510610；3.廣東省工業(yè)機(jī)器人可靠性工程實(shí)驗(yàn)室，廣州 510610；4.航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710000）

環(huán)境試驗(yàn)是將產(chǎn)品暴露于特定的環(huán)境中、確定環(huán)境對(duì)其影響的過程，目的是獲取特定環(huán)境條件下產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)、功能、性能的變化趨勢(shì)，以及裝備對(duì)其經(jīng)受環(huán)境應(yīng)力的響應(yīng)特性和耐環(huán)境能力，是考核產(chǎn)品對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求符合性和評(píng)價(jià)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的重要手段，更是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)缺陷、提供改進(jìn)信息的重要工具[1]。

根據(jù)不同的考慮要素，環(huán)境試驗(yàn)可以有多種不同的分類方法。根據(jù)產(chǎn)品研制階段的不同，環(huán)境試驗(yàn)可分為環(huán)境研制試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)和環(huán)境驗(yàn)收試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)形式的不同，環(huán)境試驗(yàn)可分為自然環(huán)境試驗(yàn)、使用環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)；根據(jù)主要環(huán)境因素的不同，可分為單因素環(huán)境試驗(yàn)和綜合環(huán)境試驗(yàn)[2]。

綜合環(huán)境試驗(yàn)是指兩種或多種環(huán)境因素同時(shí)作用于試驗(yàn)樣品的環(huán)境試驗(yàn)。綜合環(huán)境試驗(yàn)相對(duì)于單因素環(huán)境試驗(yàn)、組合環(huán)境試驗(yàn)，能更好地模擬產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)所遭受的環(huán)境，反映產(chǎn)品因環(huán)境影響產(chǎn)生的故障模式及其失效機(jī)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(dǎo)致插頭與孔之間有間隙，在高振動(dòng)量值條件下容易出現(xiàn)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(dòng)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)明顯的差異[3]。

根據(jù)環(huán)境因素?cái)?shù)量的不同，綜合環(huán)境試驗(yàn)可以分為二因素綜合環(huán)境試驗(yàn)和多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)（三種環(huán)境因素及以上）。產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中基本上都同時(shí)暴露在氣候環(huán)境、力學(xué)環(huán)境或二者的綜合作用下，環(huán)境因素綜合化程度高，產(chǎn)品的故障與失效機(jī)理、故障模式與多種環(huán)境因素共同作用有關(guān)。因此，在條件允許的情況下，環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)盡可能地采用最接近實(shí)際的多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)，充分暴露產(chǎn)品缺陷，指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)。

1 我國(guó)綜合環(huán)境試驗(yàn)現(xiàn)狀與發(fā)展需求

1.1 標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善

我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系近年來得到了快速發(fā)展，但相對(duì)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家仍差距明顯。我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化起步較晚，直到20世紀(jì)80年代才開始引進(jìn)國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的制修訂嚴(yán)重滯后。近年來，我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)得到了重視和快速發(fā)展，形成了兩大標(biāo)準(zhǔn)體系（即民用標(biāo)準(zhǔn)體系和軍用標(biāo)準(zhǔn)體系）和廣泛的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系（如航空裝備、衛(wèi)星裝備、艦船電子設(shè)備、軌道交通等），對(duì)引導(dǎo)我國(guó)相關(guān)行業(yè)環(huán)境試驗(yàn)的快速發(fā)展起到了重要作用[3]。我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系主要是對(duì)國(guó)外試驗(yàn)方法的引進(jìn)，其中民用標(biāo)準(zhǔn)體系中應(yīng)用最廣泛的 GB/T 2423是等同采用 IEC 60068系列標(biāo)準(zhǔn)[4-5]，軍用標(biāo)準(zhǔn)體系中應(yīng)用最廣泛的GJB 150A是以美軍標(biāo) MIL-STD-810F為藍(lán)本進(jìn)行制修訂的[6-7]，缺乏基礎(chǔ)研究與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)方法制定、試驗(yàn)條件確定等缺乏研究，標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善。

1.2 試驗(yàn)綜合化程度低

根據(jù)綜合環(huán)境試驗(yàn)的定義，似乎試驗(yàn)中只要有兩個(gè)或兩個(gè)以上的環(huán)境因素同時(shí)作用于受試產(chǎn)品就可稱為綜合試驗(yàn)，但是在工程實(shí)踐中并非如此。在常用的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目中，許多都涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上要加以控制的環(huán)境應(yīng)力，但并不是所有這些試驗(yàn)都能稱為綜合環(huán)境試驗(yàn)。這些環(huán)境因素中有主因素和輔助性因素之分，見表 1[8]?？梢钥闯觯Ｓ铆h(huán)境試驗(yàn)主要為單因素環(huán)境試驗(yàn)，綜合環(huán)境試驗(yàn)僅有溫度-高度試驗(yàn)、溫度-濕度-高度試驗(yàn)、太陽(yáng)輻射試驗(yàn)和濕熱試驗(yàn)，并且存在綜合化程度低的問題。

1.3 綜合環(huán)境試驗(yàn)亟待發(fā)展

軍用裝備相較于工業(yè)產(chǎn)品面臨著更嚴(yán)酷的使用環(huán)境，環(huán)境適應(yīng)性要求高，是環(huán)境試驗(yàn)興起、發(fā)展的動(dòng)力源。隨著軍用裝備性能的提高，使用地域不斷擴(kuò)大，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境越來越復(fù)雜。因此，軍事發(fā)達(dá)國(guó)家都越來越重視武器裝備的綜合環(huán)境試驗(yàn)，以便弄清作戰(zhàn)環(huán)境和掌握武器裝備最大可能發(fā)生的故障，通過改進(jìn)來最大限度地提高武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性[9]。

我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)廣泛存在標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善、試驗(yàn)設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備較為落后、環(huán)境試驗(yàn)綜合化水平低等問題，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果置信度不高，嚴(yán)重制約了我國(guó)綜合環(huán)境試驗(yàn)的發(fā)展[10]。隨著科技水平的進(jìn)步，我國(guó)裝備在使用地域、使用時(shí)間等方面均有顯著的拓展，如“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器實(shí)現(xiàn)了水下7000 m海試，航空裝備正向高空-高速-長(zhǎng)航時(shí)發(fā)展，更嚴(yán)酷的使用環(huán)境對(duì)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)和能力提出了更高要求，因此更高技術(shù)水平的綜合環(huán)境試驗(yàn)亟待發(fā)展。

2 我國(guó)綜合環(huán)境試驗(yàn)發(fā)展建議

2.1 完善標(biāo)準(zhǔn)體系，合理引導(dǎo)

標(biāo)準(zhǔn)是建立在長(zhǎng)期實(shí)踐基礎(chǔ)上的，需要長(zhǎng)期的工程應(yīng)用實(shí)踐。標(biāo)準(zhǔn)體系體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的最佳秩序，是一定系統(tǒng)范圍內(nèi)具有內(nèi)在聯(lián)系的、標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)有機(jī)整體。實(shí)踐證明，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必由標(biāo)準(zhǔn)支撐，合理的標(biāo)準(zhǔn)體系可引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)科學(xué)、健康、快速的發(fā)展。

綜合環(huán)境試驗(yàn)是單因素環(huán)境試驗(yàn)的科學(xué)組合，代表了更高的試驗(yàn)技術(shù)水平，具有更好的試驗(yàn)效果，是我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)發(fā)展的方向。然而，我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系還處于對(duì)國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)和消化吸收的階段，缺乏足夠的基礎(chǔ)研究與適應(yīng)性改進(jìn)，不可避免的存在技術(shù)滯后與水土不服。加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，完善環(huán)境工程標(biāo)準(zhǔn)體系，已成為我國(guó)綜合環(huán)境試驗(yàn)發(fā)展并趕上國(guó)外先進(jìn)水平的必由之路。

2.2 加強(qiáng)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)，提供條件保障

第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到武器裝備環(huán)境適應(yīng)性的重要性，建設(shè)了覆蓋了全世界各種典型自然環(huán)境條件的陸軍三大自然環(huán)境試驗(yàn)中心、海軍武器試驗(yàn)基地、麥金利大型氣候?qū)嶒?yàn)室等。再依托于美國(guó)全球軍事活動(dòng)，形成了完善的環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰w系，保障了美軍裝備全球環(huán)境的良好適應(yīng)性[11]。

相比美國(guó)，我國(guó)在環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰ι洗嬖诿黠@的不足，特別是綜合環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰?。首先，自然環(huán)境試驗(yàn)方面，我國(guó)已形成了西沙熱帶海洋環(huán)境、拉薩高原高寒環(huán)境、漠河干冷環(huán)境、廣州濕熱環(huán)境等典型自然環(huán)境試驗(yàn)站網(wǎng)，但存在環(huán)境參數(shù)檢測(cè)技術(shù)差、性能檢測(cè)設(shè)備主要依賴進(jìn)口、性能檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用水平差等問題[12]。其次，使用環(huán)境方面，我國(guó)軍用裝備在使用地域范圍、使用強(qiáng)度等和國(guó)外先進(jìn)水平還有明顯差距。最后，我國(guó)缺乏成熟可靠的多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，溫度-振動(dòng)-鹽霧、溫度-振動(dòng)-低氣壓等典型綜合環(huán)境試驗(yàn)尚未普及，多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)亟待發(fā)展。環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)，對(duì)于提高我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)有效性和裝備環(huán)境適應(yīng)性水平具有重要意義。

表1 常用環(huán)境試驗(yàn)的環(huán)境因素分析

2.3 以軍促民，全面發(fā)展

目前，環(huán)境試驗(yàn)在軍工行業(yè)得到了普及，環(huán)境試驗(yàn)意識(shí)深入人心，軍用裝備環(huán)境適應(yīng)性極大地得到了提升與保障。部分單位和個(gè)人也對(duì)先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)技術(shù)等進(jìn)行了研究與應(yīng)用，覆蓋振動(dòng)-溫度-濕度-高度[13]、振動(dòng)-噪聲-溫度[13]、溫度-濕度-鹽霧-振動(dòng)-太陽(yáng)輻射-淋雨[14]等綜合環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)提高裝備環(huán)境試驗(yàn)水平具有重要意義。

工業(yè)產(chǎn)品更注重經(jīng)濟(jì)實(shí)惠與效益，應(yīng)該借助軍民融合的大趨勢(shì)，在相關(guān)多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)成熟以后，及時(shí)進(jìn)行推廣與應(yīng)用，提高產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)水平。

3 結(jié)語

中央軍委主席習(xí)近平在出席十二屆全國(guó)一次會(huì)議解放軍代表團(tuán)會(huì)議中強(qiáng)調(diào)，我國(guó)要建設(shè)一支“召之即來、來之能戰(zhàn)、戰(zhàn)之必勝”的部隊(duì)，“能戰(zhàn)”就要求我軍裝備必須具有良好環(huán)境適應(yīng)性。嚴(yán)格按照實(shí)戰(zhàn)環(huán)境進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，采用貼近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的綜合環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行環(huán)境研制與鑒定試驗(yàn)，在裝備研制階段充分暴露裝備質(zhì)量缺陷并完成設(shè)計(jì)改進(jìn)，是實(shí)現(xiàn)裝備“能戰(zhàn)”的重要保障，是我國(guó)環(huán)境試驗(yàn)發(fā)展的重要方向。

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