論環境試驗與可靠性試驗技術的發展

廣州廣電計量檢測股份有限公司 黃英齡

我國自從上個世紀七十年代其就逐步加大對產品的環境試驗與可靠性試驗的重視，并頒布實施了一系列準則，這些準則的頒布對推動我國產品環境與可靠性試驗的展開起到了良好的作用。同時，產品的環境試驗與可靠性試驗也提高了產品的質量。但是，目前我國的產品制造單位由于受到傳統經驗的影響，仍沒有對環境與可靠性試驗產生正確的認識，沒有將其作為產品必經的過程，因此，了解環境試驗與可靠性試驗的發展，探討相關問題顯得格外重要。

一、環境試驗的產生與發展

在第一次世界大戰期間，世界各國逐步意識到很多軍事武器會受到環境因素的影響從而失效，例如，在寒冷的冬天，俄國士兵發現分發的軍大衣沒有紐扣，究其原因，是由于錫制的紐扣在低溫條件下發生了粉化反應。因此，為了減少這種非戰爭因素的損失，世界各國開始注意產品的環境試驗。到了上世紀三十年代，歐洲技術強國先后建立了多家基于氣候模擬的設備制造公司，例如在1932年，意大利成立著名的ACS公司。

在第二次世界大戰期間，軍事武器受到環境影響而失效的情況更加嚴重，甚至左右了戰爭的格局。例如德國的V2導彈，由于儲存時間過長，嚴重降低了發射的準度與成功率，使得這一殺手锏的作用被極大的削弱；再如斯大林格勒戰役中，受到寒冷天氣的影響，德國機械化設備出現了大量的故障情況，導致設備不能正常使用，這種受環境影響的損失，是德軍在次戰役中失敗的重要原因。因此，基于這類教訓，二戰期間特別是戰爭結束以后，產品的環境適應性受到了前所未有的重視，世界各國相繼制定出各種環境試驗標準。其中，美國為了促進設備制造者與環境試驗者的相互合作，于上世紀四十年代成立了環境工程師協會。在此期間，世界各國都投入了大量的人力、物力與財力進行試驗與研究，從而提高軍事裝備的環境適應性能。

在上世紀的前半葉，產品的環境試驗技術主要為環境模擬技術，及模擬創造出一種產品可能遇到的環境，并在該環境下評定產品的應激能力。例如在產品的耐高/低溫模擬實驗中，GJB160規定試驗溫度范圍為+65℃～－50℃，溫度變化率控制在8℃/min，風速為1.6m/s，這些規定主要來自于自然界的天氣變化。又如在GJB148.15沖擊試驗中，對可能產生的沖擊事件進行模擬，例如模擬產品在運輸過程中跌落下來的狀態，或相關設備的維修狀態等。

二、環境試驗與可靠性試驗的發展現狀

到了上世紀下半夜，戰爭逐步走向立體化發展，空軍、海軍在戰爭中的角色越來越重要，同時武器裝備也逐漸復雜起來。在越南戰爭中，美軍有超過50%的軍事裝備由于不適應越南的潮濕天氣導致失效，因此，軍事裝備的可靠性受到人們的重視。為了能夠科學的評價產品的可靠程度，在原有產品環境適應能力試驗技術的基礎上，出現了產品可靠性試驗技術。其試驗主要包括模擬產品的實際使用環境，并在模擬的真實環境與實際工作條件中進行長期工作，從而產生可靠性特值（MTBF），評價產品的可靠性能。

為了能夠對綜合環境進行真實模擬，例如濕度、溫度與高度三綜合，濕度、溫度與噪聲三綜合，濕度、溫度與振動三綜合，濕度、溫度與光輻射三綜合、濕度、高度、溫度與振動四綜合，濕度、高度、溫度、振動與恒加速度五綜合，力學環境在發展的過程中出現了以下情況：

1.真實環境的應力模擬與過程模擬。在產品可靠性試驗的過程中，應力的施加方法主要是根據產品的性能敏感應力與產品結構綜合考慮，在實際使用的過程中，通過運行剖面的使用，得到產品的環境應力剖面與試驗剖面。這樣就產生了產品的可靠性試驗與環境適應性試驗的綜合剖面。

2.振動試驗從過去簡單的正弦式定頻振動逐步發展成具有更好模擬性能的隨機振動、掃頻振動、窄帶隨機與寬帶隨機振動等。

3.從單自由度的單點模式發展成多自由度的多點激勵模式，模擬性能更好，與實際情況更加接近。

在這段時間，產品的環境試驗與可靠性試驗主要呈現出以下特點：

首先，環境的模擬轉變為多因素綜合環境的模擬，不再是過去單因素的發展；其次，試驗從模擬空間環境變為模擬時間-空間過程；第三，環境模擬技術和激發試驗技術并行；第四，效應模擬和實際使用的環境模擬并行；第五，大力發展力學環境下的多臺并激精準模擬技術。

在20世紀上半葉，通過上述手段，使產品的環境試驗與可靠性試驗得到極大的發展，一定程度上保證了產品的環境適應性與可靠性，但是，隨著經濟的發展與科學技術的進步，產品的環境與可靠性試驗設備變得更加復雜，試驗成本不斷增加，試驗時間也越來越長，花費大量的人力、物力與財力后得到的產品技術已經不能滿足人們生活的需求，產品的可靠性特征值不適應時代的要求，因此必須改變原有的狀態，探究產品環境試驗與可靠性試驗的新技術。

三、環境試驗與可靠性試驗技術的發展方向

隨著產品的生產技術不斷提高，產品的可靠性、產品壽命與耐環境能力逐步增強，因此傳統的對真實環境進行模擬的方法已經難以滿足技術發展的需要。必須改革現有的試驗技術，將重點放在如何尋找產品的潛在故障與薄弱環節，其中產品的可靠性強化技術與高效篩選技術為典型的代表。

1.產品的可靠性強化試驗技術

這種試驗技術是提高產品耐環境能力水平的有效辦法之一，在具體的試驗過程中，工作人員逐步提高產品的主要敏感應力，從而使產品在結構與功能上的薄弱環節得以顯現。隨后進行定位故障、找出失效原因并對原因進行分析，并針對性的改進相關工藝與設計，從而提高產品的環境適應性與可靠性能。如果這種改進發揮作用，則原有的問題不再出現，但在產品其余部位可能會發現新的故障與問題，然后再經歷分析、改進與試驗的過程，直至在技術上難以更進一步或經濟上出現得不償失的情況。通過這種進行試驗→發現故障→問題分析→工藝改進→再次試驗→新問題發現→再分析→再改進→再試驗的不斷往返過程，可以最大程度的提高產品的工藝與結構，在研制階段消除產品存在的薄弱環節。這樣生產出來的產品在工藝與結構上即為沒有明顯缺陷與薄弱環節的成熟產品。

2.環境試驗與可靠性試驗技術的發展趨勢

①傳統的環境模擬技術與效應模擬技術仍有存在的空間，但適用范圍會逐步減少。

②產品的可靠性強化技術將很大程度上替代現有的環境與可靠性試驗技術。

③今后產品的試驗重點將會放在發現產品的薄弱環節與潛在故障上。

④多種技術手段相結合的“健壯工程”將是未來發展的主流。

3.健壯工程

健壯工程是指既包含了產品的環境試驗與可靠性試驗技術的積極因素，又吸收了可靠性強化技術的成功經驗，將多種技術手段融為一體，在產品的研發階段結束以后，就可以保證產品的工藝成熟、設計成熟并能夠生產成熟產品的全新的技術手段。

在實際的操作過程中，人們首先利用環境試驗與可靠性試驗對影響產品質量的諸多因素進行全面的分析，盡可能的使其完善發展。但由于產品本身存在復雜性，難以將所有因素全部處理好，因此對于難以發現的隱患可以利用RET（可靠性強化試驗）將其彌補。通過多種手段的相互結合，從而徹底找出產品存在的薄弱環節與相關隱患，提高了產品的篩選效率，保證產品的高健壯性。

四、總結

本文主要總結了環境試驗與可靠性試驗的產生與發展過程，分析了環境試驗與可靠性試驗在不同時期的發展現狀，并對當前產品的可靠性與環境試驗技術發展特點進行了展望，提出了必須進行產品的可靠性強化試驗技術，實施健壯工程的觀點。

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