環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展及現(xiàn)狀分析

許雪冬　劉鑫

摘 要：近年，環(huán)境試驗方法從單一環(huán)境因素試驗向多種環(huán)境因素耦合的綜合試驗發(fā)展，凝露、冰雹等新型試驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)正在研制。重點研制了風(fēng)力、太陽能等新能源設(shè)備的環(huán)境技術(shù)要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文基于研究國內(nèi)外環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展歷程，分析現(xiàn)行國際及國家環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系，結(jié)合各產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出我國環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：環(huán)境試驗，標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展，多種環(huán)境因素耦合，新能源

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.04.010

0 引 言

各產(chǎn)業(yè)的裝備、產(chǎn)品都處在一定的環(huán)境之中，在一定的環(huán)境下使用、運輸和貯存。隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的使用領(lǐng)域變得更加廣泛，產(chǎn)品往往要經(jīng)受從熱帶到寒帶，從平原到高原，從深海到太空等各個自然環(huán)境的影響，同時要經(jīng)受振動、沖擊、跌落、恒加速度等各種誘發(fā)環(huán)境的影響。為保證產(chǎn)品在貯存與運輸中免遭損壞，在使用中安全可靠，必須使產(chǎn)品具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力。環(huán)境試驗就是用人工的方法創(chuàng)造各種各樣的環(huán)境條件，模擬客觀環(huán)境的影響，考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性能，以保證產(chǎn)品能夠經(jīng)受得住使用、運輸與貯存中各種環(huán)境力的作用，從而達(dá)到保證產(chǎn)品在使用中能夠滿意地工作的要求。

1 環(huán)境試驗介紹

環(huán)境試驗是環(huán)境技術(shù)的一個重要組成部分，它是要考核各種環(huán)境條件對產(chǎn)品的作用和影響。環(huán)境技術(shù)包括環(huán)境條件、產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下的失效模式與失效機(jī)理、環(huán)境試驗、環(huán)境防護(hù)及環(huán)境控制等內(nèi)容。環(huán)境技術(shù)是研究環(huán)境對產(chǎn)品性能的影響，分析失效機(jī)理，為產(chǎn)品的可靠性設(shè)計和質(zhì)量保證提供環(huán)境條件數(shù)據(jù)，提出相應(yīng)的環(huán)境試驗方法，評定產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)能力以及針對產(chǎn)品所處環(huán)境的特殊需要研究相應(yīng)的環(huán)境防護(hù)技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)等。

環(huán)境試驗是將產(chǎn)品暴露在自然的或人工的環(huán)境條件下經(jīng)受其作用，以評價產(chǎn)品在實際使用、運輸和貯存環(huán)境條件下的性能，并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機(jī)理。環(huán)境試驗有自然暴露試驗和人工模擬試驗兩種。

1.1 自然暴露試驗

自然暴露試驗是將試驗樣品放到某些典型的自然環(huán)境條件下，一般分露天、棚下和室內(nèi)三種狀態(tài)進(jìn)行暴露，自然暴露試驗的時間較長，在整個暴露過程中需要對試驗樣品進(jìn)行定期測試，以分析研究試驗樣品性能參數(shù)受環(huán)境影響變化的規(guī)律。自然暴露試驗所需費用較大，所消耗的時間也較長，試驗的重復(fù)性和規(guī)律性也較差，但是試驗中所發(fā)現(xiàn)的問題能比較真實地反映實際使用狀態(tài)，因此是人工模擬試驗的基礎(chǔ)。

1.2 人工模擬試驗

現(xiàn)在各產(chǎn)業(yè)的裝備、產(chǎn)品生產(chǎn)周期短、更新?lián)Q代快、產(chǎn)品的使用領(lǐng)域十分寬廣，需要在較短的時間內(nèi)了解產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性能。為了更加主動地進(jìn)行試驗而不受天然氣候環(huán)境和地區(qū)的影響，人們在科研和生產(chǎn)中廣泛采用人工模擬環(huán)境試驗。即在實驗室里利用試驗儀器設(shè)備創(chuàng)造一個單因素或多因素綜合作用于產(chǎn)品上的局部環(huán)境條件，以考核在使用、運輸和貯存中，主要環(huán)境因素作用下試驗樣品的適應(yīng)性能。人工模擬試驗的試驗條件既能模擬實際環(huán)境中的主要因素，又能在時間上起一定的加速作用，適當(dāng)加大試驗強度，以縮短試驗時間較快取得所需數(shù)據(jù)。加速的程度以不改變各種環(huán)境作用機(jī)理為原則。GB/T 2423系列標(biāo)準(zhǔn)中的各項試驗方法，就是標(biāo)準(zhǔn)化了的人工模擬試驗，它們在國際上是通用的。

采用標(biāo)準(zhǔn)化了的人工模擬試驗方法，一方面可以按照使用目的比較真實地模擬實際環(huán)境的影響，使試驗具有模擬性；也可使不同實驗室里所做的試驗?zāi)軌蛳嗷ミM(jìn)行比較以避免試驗程序和試驗設(shè)備上的差異給試驗結(jié)果帶來影響，使試驗具有再現(xiàn)性；對于在同一個實驗室里不同時間所做的試驗?zāi)軌蚯昂蟊容^，使試驗具有重復(fù)性。國內(nèi)及國際上幾十年的實踐經(jīng)驗證明，這些環(huán)境試驗方法可以模擬實際的使用環(huán)境，可以重現(xiàn)這些環(huán)境的影響。因此當(dāng)我們需要進(jìn)行環(huán)境試驗時，應(yīng)盡量采用GB/ T2423系列標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的試驗方法，用統(tǒng)一的尺度來衡量產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，以便在較大的范圍內(nèi)比較試驗結(jié)果，交流試驗數(shù)據(jù)，評定產(chǎn)品質(zhì)量。

人工環(huán)境試驗可以分為模擬單一環(huán)境因素對試驗樣品影響的單項試驗、模擬兩個或兩個以上的環(huán)境因素同時作用于試驗樣品的綜合試驗以及模擬兩個或兩個以上的環(huán)境因素依次（或交替）作用于試驗樣品的組合試驗。單項試驗所用設(shè)備比較簡單、試驗費用較低、對試驗過程中產(chǎn)品所發(fā)生的故障較容易分析，但對實際環(huán)境的模擬性較差。采用綜合試驗或組合試驗可以更真實地模擬實際環(huán)境對產(chǎn)品的影響，盡管綜合試驗和組合試驗的方法和設(shè)備比較復(fù)雜，試驗費用比較高，但是在一定情況下，為了更正確地評定產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性能還是有必要采用綜合試驗和組合試驗。

2 國際環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展

2.1 IEC/TC 104的發(fā)展

在20世紀(jì)40年代，國際電工委員會（IEC）認(rèn)識到環(huán)境問題關(guān)系到產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，在TC12（電信設(shè)備技術(shù)委員會）會議上，決定成立一個旨在制定氣候和機(jī)械耐久性試驗方法的工作組，并于1954年，頒布了第68號出版物——“電子元件的氣候和機(jī)械強度耐久性基本試驗方法”（第一版），包括濕熱、霉菌、鹽霧和沖擊等試驗方法。

隨著工作范圍和內(nèi)容的擴(kuò)大，之前隸屬于TC12的工作組已經(jīng)不適應(yīng)形勢的需要，于1960年單獨成立了TC 50“電子元件和設(shè)備的環(huán)境試驗技術(shù)委員會”，任務(wù)是制定電子元件和設(shè)備的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)研究，并于1961年更名為“環(huán)境試驗委員會”，以適應(yīng)其服務(wù)于更廣泛的電工電子產(chǎn)品。其下設(shè)四個分技術(shù)委員會，分別為SC 50A“沖擊振動試驗”、SC50B“氣候環(huán)境試驗”、SC 50C“雜項試驗”（1975年成立）和SC 50D“著火危險試驗”（19 77年成立）。

1972年，根據(jù)工作需要，IEC成立TC 75“環(huán)境條件分類技術(shù)委員會”，其任務(wù)是制定適用于電工電子產(chǎn)品運輸、貯存、安裝和使用的自然和模擬環(huán)境條件分類的國際標(biāo)準(zhǔn)。

1997年，IEC將TC 50和TC 75合并成立IEC/TC104“環(huán)境條件、分類和試驗方法技術(shù)委員會”。

2.2 歐美環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)狀

國際上主流的環(huán)境技術(shù)體系在歐美環(huán)境試驗的發(fā)展過程中，逐漸劃分為兩個體系，一個是以美國軍用環(huán)境試驗810系列標(biāo)準(zhǔn)為代表的美國標(biāo)準(zhǔn)體系，一個是以IEC為代表的歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.2.1 美國環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系

美國的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系較為完善，且數(shù)據(jù)權(quán)威、可比性強。除了采用IEC/ TC 104的環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系外，針對不同特殊領(lǐng)域，開展針對性的環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究。例如美國軍用環(huán)境試驗810系列標(biāo)準(zhǔn)，一直領(lǐng)導(dǎo)著國際軍用環(huán)境試驗的先進(jìn)潮流，許多新概念和新思想都來自該系列標(biāo)準(zhǔn)，如剪裁理論和技術(shù)、環(huán)境工程概念和技術(shù)等。ASTM美國材料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，針對不同材料受到不同環(huán)境的影響導(dǎo)致的腐蝕老化行為，設(shè)計并制定了不同的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)。美國的環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更新速度較IEC更快，ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每五年更新一次，810系列標(biāo)準(zhǔn)幾乎同樣每五年更新一次，使其更具代表性、科學(xué)性和先進(jìn)性。

2.2.2 歐洲環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系

歐洲環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系以IEC為代表，其中國際電工委員會環(huán)境條件、分類與試驗方法技術(shù)委員會（IEC/TC 104）所制定的標(biāo)準(zhǔn)幾乎是歐洲主要環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括環(huán)境試驗（60068）、環(huán)境條件（60721）及數(shù)據(jù)驗證幾方面的內(nèi)容。歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CENELEC）制定的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN在歐盟各國使用，其環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)直接采用IEC/TC 104標(biāo)準(zhǔn)，稱為EN IEC標(biāo)準(zhǔn)體系。其主要成員英國（BS標(biāo)準(zhǔn)）、法國（NF標(biāo)準(zhǔn)）和德國（DIN標(biāo)準(zhǔn)）也在各國的標(biāo)準(zhǔn)體系中直接采用IEC/TC 104標(biāo)準(zhǔn)。

3 我國環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展

自1956年起，蘇聯(lián)和東歐國家通過經(jīng)互會組織了氣候協(xié)調(diào)委員會，以協(xié)調(diào)和統(tǒng)一熱帶化技術(shù)中的研究工作。他們在中國和越南等國家先后進(jìn)行了許多天然氣候的樣品暴露試驗，同時進(jìn)行人工氣候加速模擬試驗，將其結(jié)果與天然氣候試驗相比較，并相應(yīng)地進(jìn)行產(chǎn)品的氣候防護(hù)研究工作。在之后20多年的時間內(nèi)，我國的技術(shù)先輩們進(jìn)行了大量的研究工作，為國內(nèi)環(huán)境條件、環(huán)境試驗方法、環(huán)境防護(hù)與環(huán)境控制技術(shù)的研究，提供了大量成果，做出了偉大貢獻(xiàn)。

1980年，在國家標(biāo)準(zhǔn)總局的領(lǐng)導(dǎo)下，成立了跨部門的全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 8的前身），有機(jī)械部、電子部、航空部、郵電部、鐵道部、交通部、石油部、水電部、化工部、農(nóng)牧漁業(yè)部、中國船舶總公司和中國船舶檢疫局等十二個部門參加。環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會把我國環(huán)境試驗方面的專家組織起來，成立了四個工作組，著手制定了在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的環(huán)境試驗國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過認(rèn)真分析研究國際電工委員會（IEC）制定的“環(huán)境試驗規(guī)程”和蘇聯(lián)、日本、英國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，并在總結(jié)了我國20多年環(huán)境試驗技術(shù)科研和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)了各有關(guān)部門之間的矛盾，經(jīng)過了近兩年的努力，終于在1981年8月10日以國標(biāo)發(fā)〔1981〕262號文批準(zhǔn)了我國第一批在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程35項標(biāo)準(zhǔn)。這35項國家標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品質(zhì)量的評定、信息數(shù)據(jù)的交流及試驗設(shè)備的制造起到了極好的推動與促進(jìn)作用。

1981年9月，全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 8）正式獲批成立，下設(shè)的兩個分技術(shù)委員會全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會機(jī)械環(huán)境試驗分技術(shù)委員會（SAC/TC 8/SC 1）和全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會氣候環(huán)境試驗分技術(shù)委員會（SAC/TC 8/SC 2）分別于1982年和1984年成立。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的環(huán)境試驗項目繼續(xù)增加，老的環(huán)境試驗項目不斷更新，使之更加完善。環(huán)境試驗總的發(fā)展動向是力求試驗結(jié)果與實際環(huán)境影響相一致，即希望產(chǎn)品在試驗中所發(fā)生的故障或失效的類型與頻率和實際工作中所發(fā)生的故障或失效的類型與頻率相一致。目前，全國電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 8）歸口環(huán)境試驗方法相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)64項，包括試驗方法標(biāo)準(zhǔn)及試驗方法導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境試驗從單一的試驗向多種條件的綜合試驗發(fā)展。與IEC標(biāo)準(zhǔn)體系相比，數(shù)量更多，范圍更廣，除了已有的IEC環(huán)境條件和環(huán)境試驗的標(biāo)準(zhǔn)外，在綜合環(huán)境試驗、產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)要求、特殊環(huán)境試驗領(lǐng)域，研制具有中國特色的標(biāo)準(zhǔn)體系，為我國產(chǎn)品質(zhì)量提升提供重要的背景材料。

目前，標(biāo)委會歸口的標(biāo)準(zhǔn)被通信、交通、煤炭、能源、電力、電子、建材、公共安全、國內(nèi)貿(mào)易、機(jī)械、城鎮(zhèn)建設(shè)、計量、體育、司法、糧食、環(huán)境保護(hù)、建筑工程、黑色冶金、核工業(yè)、民用航空、氣象、航天、國密、石油天然氣、文物保護(hù)、勞動和勞動安全、衛(wèi)生、紡織、水利、水產(chǎn)、輕工、有色金屬、化工、城鎮(zhèn)建設(shè)、汽車、船舶、鐵路運輸、農(nóng)業(yè)、文化、安全生產(chǎn)、消防救援等幾十個行業(yè)廣泛引用，是應(yīng)用最廣泛的系列基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之一。

4 環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展方向

4.1 綜合環(huán)境試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的研制

國際電工委員會IEC/TC 104的標(biāo)準(zhǔn)體系有部分綜合試驗，但是大多為兩個條件的組合（如溫度與濕度，或者溫度與振動），已不能完全滿足環(huán)境試驗的需要。目前我國已出版的自主制定的綜合環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 2423.59《試驗Z/ABMFh：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（隨機(jī)）綜合》、GB/T 2423.63《環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（混合模式）綜合》、GB/T 2423.102《試驗：溫度（低溫、高溫）/低氣壓/振動（正弦）綜合》等綜合試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)。多種環(huán)境條件的綜合試驗更加符合實際使用環(huán)境條件。

隨著我國“海洋戰(zhàn)略”實施，南方沿海區(qū)域的戰(zhàn)略意義日益凸顯。通信、電器、電力系統(tǒng)等行業(yè)很多設(shè)備服役時直接暴露在戶外海洋大氣環(huán)境中，其運行環(huán)境復(fù)雜，高溫、高濕、高輻照、高鹽霧條件導(dǎo)致的電器產(chǎn)品失效問題日益嚴(yán)重。針對目前環(huán)境試驗方法加載的環(huán)境因素單一，無法準(zhǔn)確模擬海洋大氣環(huán)境中多種環(huán)境因素對電器設(shè)備腐蝕影響的問題，以濕熱海洋大氣環(huán)境服役的電器設(shè)備為研究對象，對濕熱海洋大氣環(huán)境地區(qū)環(huán)境因素特征進(jìn)行大量調(diào)研，對電器設(shè)備服役環(huán)境進(jìn)行分析，研究制定濕熱海洋環(huán)境多因素綜合環(huán)境試驗方法國家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗：鹽霧/溫度/濕度/太陽輻射綜合》，實現(xiàn)電壓、電流、溫濕度、鹽霧、紫外輻照等多因素協(xié)同加載，準(zhǔn)確模擬實際環(huán)境中設(shè)備的服役行為，為設(shè)備的設(shè)計改進(jìn)提供指導(dǎo)。

4.2 新型環(huán)境試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的研制

產(chǎn)品在服役過程中受到環(huán)境溫濕度變化影響，可能產(chǎn)生凝露潤濕現(xiàn)象。當(dāng)凝露發(fā)生時，對電子電器產(chǎn)品危害極大，如絕緣設(shè)備爬電、閃絡(luò)，金屬部件銹蝕，操作機(jī)構(gòu)卡澀等，目前正在研究制定凝露試驗方法。

冰雹主要的危害可以分為兩類：機(jī)械沖擊破壞以及沖擊摩擦導(dǎo)致的涂層表面或者內(nèi)部失效。且無法通過其他類似機(jī)械或環(huán)境試驗方法模擬冰雹實際作用效果，如鋼球、水彈、水沖擊等。針對我國沒有關(guān)于冰雹測試的基礎(chǔ)方法標(biāo)準(zhǔn)，目前正聯(lián)合相關(guān)單位研究制定冰雹試驗方法。

4.3 新能源和可再生能源發(fā)電設(shè)備環(huán)境技術(shù)要求系列標(biāo)準(zhǔn)研制

在國家的政策引導(dǎo)和支持下，風(fēng)力、太陽能等新能源發(fā)電設(shè)施在我國各地區(qū)逐漸加快建設(shè)。為了解決新能源和可再生能源發(fā)電設(shè)備在不同環(huán)境條件下的環(huán)境適應(yīng)性，制定了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備特殊環(huán)境條件與技術(shù)要求[1]、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備關(guān)鍵部件耐久性[2]、光伏產(chǎn)品氣候環(huán)境條件分級及環(huán)境技術(shù)要求[3]、濕熱帶分布式光伏戶外實證試驗[4]等標(biāo)準(zhǔn)項目，為新能源的發(fā)展建設(shè)提供技術(shù)支持，以推動我國可再生能源發(fā)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

5 結(jié) 語

“制造強國”“質(zhì)量強國”等國家戰(zhàn)略確定了“產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化”要求，“產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化”成為制造領(lǐng)域的國家重大戰(zhàn)略需求。質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)是制造業(yè)基礎(chǔ)的核心構(gòu)成，是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化的重要支撐，環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品重要質(zhì)量特性，是制造業(yè)質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)核心方向。環(huán)境技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作還在向前發(fā)展，從單一環(huán)境因素向多環(huán)境因素發(fā)展，同時一些新的單一環(huán)境因素試驗方法如凝露，冰雹等試驗方法標(biāo)準(zhǔn)也正在研制。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

許雪冬，通信作者，本科，高級工程師，研究方向為環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化。

劉鑫，碩士，高級工程師，研究方向為環(huán)境條件與環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)化。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）