吳美怡，孔維軒

（國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津 300112）

海洋儀器設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)

吳美怡，孔維軒

（國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津 300112）

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

環(huán)境；工程；適應(yīng)性；海洋儀器

對(duì)于海洋儀器設(shè)備來(lái)說(shuō)，環(huán)境試驗(yàn)是一項(xiàng)必不可少的工作，并貫穿于研制和生產(chǎn)的全過(guò)程。海洋儀器設(shè)備需要進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目很多，如性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)等，不同的試驗(yàn)有不同的目的，本文僅對(duì)環(huán)境試驗(yàn)作一簡(jiǎn)單介紹。

1 環(huán)境試驗(yàn)的目的

任何驗(yàn)證或考核產(chǎn)品對(duì)預(yù)期遇到的極端環(huán)境的適應(yīng)性試驗(yàn)均被稱為環(huán)境試驗(yàn)。所謂環(huán)境適應(yīng)性，是指產(chǎn)品在其整個(gè)壽命期間不受環(huán)境影響且能實(shí)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(lái)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(yàn)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(yùn)輸、貯存和使用中所產(chǎn)生的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有由環(huán)境因素導(dǎo)致的故障中，溫度因素占40%，振動(dòng)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(dú)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(yàn)作為一種手段，主要達(dá)到以下目的：

（1）發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)以及制造方面的各種缺陷，以便采取適當(dāng)?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(yàn)的分類

環(huán)境試驗(yàn)的分類取決于采用的分類原則。按試驗(yàn)場(chǎng)所和提供環(huán)境條件的方法分類，可分為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境試驗(yàn)（場(chǎng)外環(huán)境試驗(yàn)）；按環(huán)境因素的特性分類，可分為氣候試驗(yàn)、動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和電磁兼容性試驗(yàn)；按環(huán)境試驗(yàn)在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用階段分類，可分為環(huán)境安全試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)、環(huán)境驗(yàn)收試驗(yàn)和環(huán)境例行試驗(yàn)。

進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，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(yàn)按施加應(yīng)力的方式進(jìn)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(yàn)，如高溫試驗(yàn)和低氣壓試驗(yàn)，每次試驗(yàn)只涉及一個(gè)環(huán)境因素。第二種方式是兩個(gè)或兩個(gè)以上的環(huán)境應(yīng)力同時(shí)施加，稱之為綜合環(huán)境試驗(yàn)。綜合環(huán)境可以是兩個(gè)氣候環(huán)境因素的綜合，如溫度-高度試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)；也可以是氣候環(huán)境因素與動(dòng)力學(xué)環(huán)境因素綜合，如振動(dòng)-溫度試驗(yàn)，振動(dòng)-溫度-高度試驗(yàn)。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(yàn)。參加組合試驗(yàn)的各種環(huán)境試驗(yàn)可以是單因素試驗(yàn)也可以是綜合試驗(yàn)，例如按低氣壓試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)、溫度-濕度-高度試驗(yàn)和溫度-振動(dòng)試驗(yàn)這一順序依次進(jìn)行的這四項(xiàng)試驗(yàn)構(gòu)成了一個(gè)組合試驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的目的及其用途

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)用于驗(yàn)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(jìn)措施提供信息，或?yàn)檠兄齐A段定型和生產(chǎn)階段驗(yàn)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(jìn)行的環(huán)境試驗(yàn)?zāi)康暮陀猛?、采用的試?yàn)項(xiàng)目和環(huán)境條件的嚴(yán)酷程度等是各不相同的。

3.2 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是其環(huán)境應(yīng)力、負(fù)載條件和電應(yīng)力的施加都可以嚴(yán)格地控制在規(guī)定容差范圍內(nèi)，保證整個(gè)試驗(yàn)在受控的條件下進(jìn)行，從而保證試驗(yàn)的重現(xiàn)性和試驗(yàn)結(jié)果的可比性。正因?yàn)榫邆溥@些優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)行適當(dāng)剪裁并將其應(yīng)用于產(chǎn)品研制生產(chǎn)各個(gè)階段的不同目的試驗(yàn)中。特別是在研制階段早期，應(yīng)用加速或加劇應(yīng)力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的缺點(diǎn)是由于受到試驗(yàn)設(shè)備能力和費(fèi)用的限制，其試驗(yàn)對(duì)象僅限于一些體積、重量較小的裝備，且不可能進(jìn)行非常真實(shí)的綜合環(huán)境模擬和裝備間接口的模擬，使試驗(yàn)效果受到限制。

3.3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)對(duì)海洋儀器設(shè)備質(zhì)量的影響

環(huán)境試驗(yàn)作為一種手段，主要是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料選取及制造工藝方面的各種缺陷，以便采取適當(dāng)?shù)母恼胧?，一方面增?qiáng)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(duì)產(chǎn)品的作用強(qiáng)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(yàn)是溫度試驗(yàn)、濕度實(shí)驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、霉菌試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、搖擺試驗(yàn)、水靜壓力試驗(yàn)等14項(xiàng)。許多海洋儀器設(shè)備通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題、解決了問(wèn)題、提高了質(zhì)量。例如，有一臺(tái)海水多參數(shù)測(cè)量?jī)x在研制階段進(jìn)行高溫試驗(yàn)，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)溫度規(guī)定的40℃時(shí)，儀器不能正常啟動(dòng)，而當(dāng)儀器恢復(fù)到33℃時(shí)，又可恢復(fù)正常啟動(dòng)。經(jīng)反復(fù)調(diào)整，此現(xiàn)象一直存在。后經(jīng)試驗(yàn)人員分析，其元器件選取的溫度等級(jí)剛剛可以承受高溫試驗(yàn)，但由于儀器采用密封型結(jié)構(gòu)，在工作時(shí)其熱慣性比較大，無(wú)法正常散熱，因此產(chǎn)生此項(xiàng)故障。再如，有一套浮標(biāo)在定型階段進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)內(nèi)部配重塊發(fā)生脫落，浮標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收功能。經(jīng)過(guò)反復(fù)核查設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)的一部分部件在組裝時(shí)，由于組裝流程存在偏差，從而導(dǎo)致了自動(dòng)回收功能的失敗。通過(guò)此次試驗(yàn)，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(biāo)的通信機(jī)在鹽霧試驗(yàn)中整體外殼無(wú)明顯腐蝕現(xiàn)象，達(dá)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(guò)程中不可避免地破壞接口處的防腐涂層，進(jìn)而通過(guò)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(duì)隱患處進(jìn)行二次防腐處理，同時(shí)加裝犧牲陽(yáng)極配件，以減緩海水對(duì)儀器的腐蝕。

3.4 環(huán)境工程與環(huán)境試驗(yàn)

從20世紀(jì)40～50年代，環(huán)境工程以環(huán)境試驗(yàn)的形式出現(xiàn)，但限于用環(huán)境試驗(yàn)考核和檢驗(yàn)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。20世紀(jì)50～70年代中期，環(huán)境工程仍以環(huán)境試驗(yàn)的形式發(fā)展，出現(xiàn)各種環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范，并廣泛應(yīng)用，隨后試驗(yàn)規(guī)范逐步趨向統(tǒng)一，但菜單式的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)暴露出其容易造成過(guò)量環(huán)境設(shè)計(jì)、增加研制費(fèi)用和延誤進(jìn)度等弱點(diǎn)，在某種程度上反而成為正確開(kāi)展環(huán)境試驗(yàn)的障礙。20世紀(jì)70～80年代，提出環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)剪裁和環(huán)境管理概念，國(guó)外一些公司開(kāi)始將環(huán)境工程管理用于項(xiàng)目研制中。到了20世紀(jì)90年代“環(huán)境工程”這個(gè)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(yàn)、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(guò)程各個(gè)階段。

上述情況說(shuō)明，環(huán)境工程概念的產(chǎn)生和完善經(jīng)歷了大約50 a時(shí)間，對(duì)環(huán)境工程任務(wù)主要內(nèi)容已經(jīng)比較明確。

在進(jìn)一步研究環(huán)境工程內(nèi)涵的同時(shí)，需定義環(huán)境工程的各種工作項(xiàng)目，包括日常基礎(chǔ)工作項(xiàng)目和產(chǎn)品研制過(guò)程中各階段的工作項(xiàng)目。制訂出相應(yīng)的可操作性強(qiáng)的管理標(biāo)準(zhǔn)，把這些環(huán)境工程任務(wù)納入產(chǎn)品研制過(guò)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(qiáng)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(guò)程中各種環(huán)境工作的開(kāi)展。

4 幾點(diǎn)建議

（1）環(huán)境試驗(yàn)和其他工作一樣，應(yīng)當(dāng)遵循早期投入的方針，其重點(diǎn)是要加強(qiáng)研制階段早期的環(huán)境試驗(yàn)，以便及早發(fā)現(xiàn)耐環(huán)境設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題，并及早加以解決。因此，產(chǎn)品一旦研制、制造出來(lái)且性能滿足基本要求以后，就應(yīng)當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)。

（2）環(huán)境鑒定試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格進(jìn)行，其試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)做齊，各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)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(dāng)嚴(yán)格施加規(guī)定的環(huán)境條件，以確保通過(guò)定型的產(chǎn)品不存在遺留的環(huán)境設(shè)計(jì)問(wèn)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(yàn)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(yàn)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