劉宇彬

（中國電子科技集團(tuán)公司第49研究所，哈爾濱 150001）

引言

我國大部分的產(chǎn)品設(shè)計逐漸走向多元綜合化的軌道上。然而面對不同的市場和人群，不同的產(chǎn)品所屬的環(huán)境試驗也不同，但也會存在些許的交叉現(xiàn)象。隨著企業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)品質(zhì)量的提升，產(chǎn)品試驗的要求已經(jīng)納入產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范當(dāng)中，這足以見得環(huán)境試驗、可靠性試驗在保證產(chǎn)品質(zhì)量中地位的提高。但鑒于環(huán)境試驗、可靠性試驗的測試項目較多，測試周期較長以及測試工作相對繁雜導(dǎo)致成本較高，因此，有必要澄清環(huán)境試驗的概念，優(yōu)化項目，簡化試驗的難度，從而降低了成本，對環(huán)境試驗與可靠性進(jìn)行整合升級成為企業(yè)實現(xiàn)長期發(fā)展的必經(jīng)之路。本文將以環(huán)境試驗與可靠性為基礎(chǔ)，對一體化試驗方案進(jìn)行深入探究，從而實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量的全面提升。

1 環(huán)境試驗與可靠性試驗的關(guān)系

1.1 環(huán)境試驗與可靠性試驗差異性分析

1.1.1 試驗?zāi)康姆矫娴牟町惙治?/p>

從試驗?zāi)康膩砜?，環(huán)境試驗是為了檢驗產(chǎn)品在特定環(huán)境下的適應(yīng)性，以此作為依據(jù)為產(chǎn)品的后續(xù)研發(fā)奠定基礎(chǔ)?？煽啃栽囼炇菫榱舜_認(rèn)產(chǎn)品是否可靠，同樣以此為依據(jù)為產(chǎn)品的最終研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。通過對比分析不難看出,環(huán)境試驗相較于可靠性試驗,其判斷可直觀地劃分為通過或不通過,而另一方面可靠性試驗需要通過具體的評價指標(biāo)諸如壽命長度來分析研判。

1.1.2 試驗環(huán)境因素方面的差異分析

從試驗環(huán)境因素來看，試驗環(huán)境無論是在數(shù)量或是復(fù)雜程度上，都要比可靠性試驗高出不少。以美國軍標(biāo)為例，環(huán)境試驗中涵蓋溫濕度、壓力、沙塵、輻射等因素，試驗過程需要產(chǎn)品結(jié)合所處的環(huán)境判斷對產(chǎn)品所造成的影響，根據(jù)分析結(jié)果選擇適宜的環(huán)境因素[1]。可靠性試驗側(cè)重于產(chǎn)品的實用性，因此在環(huán)境因素上僅選擇溫度與震動作為主要環(huán)境因素即可，必要情況下可添加濕度作為輔助因素。值得一提的是，考慮到某些環(huán)境因素下產(chǎn)品的可靠性性能會因此受到影響，那么針對此類情況，需設(shè)計初步環(huán)境試驗加以評估，從而做到產(chǎn)品可靠性的保障。

1.1.3 試驗時間方面的差異分析

從試驗時間的角度來看，不同的產(chǎn)品在檢測時間上其差異也不盡相同，而這種差異也會影響到最終測試時間上。因此在環(huán)境試驗實施的過程中，其測試的時間隨著項目的不同而有所改變。通常情況下試驗時間不得大于100 h（霉菌試驗、濕熱試驗除外），但即便如此，環(huán)境試驗的時間相較于可靠性試驗而言仍舊是不值一提。在可靠性試驗中，試驗時間從來就沒有定數(shù)，而是從開始試驗到失效結(jié)束所經(jīng)歷的時間來衡量，即根據(jù)總設(shè)備小時數(shù)確定。產(chǎn)品經(jīng)可靠性試驗得出的數(shù)據(jù)可以逆向推導(dǎo)出環(huán)境試驗的有效時間，從而以此為依據(jù)針對薄弱環(huán)節(jié)予以加強(qiáng)。

1.2 環(huán)境試驗與可靠性試驗的關(guān)系分析

1.2.1 環(huán)境試驗與可靠性試驗互相補(bǔ)充

環(huán)境試驗與可靠性試驗因使用場景等各類因素不同而有所差異，但本質(zhì)基本相同，都是為了確保產(chǎn)品能夠在各類環(huán)境中滿足正常使用。環(huán)境試驗與可靠性試驗之間互為補(bǔ)充關(guān)系，前者為后者提供參考與支持，而后者同時為前者提供量化指標(biāo)參數(shù)，不難看出，兩個測試限制的量值和方式是不同的，這永遠(yuǎn)不會替換并且無法轉(zhuǎn)換。

高校生涯規(guī)劃不僅是高校負(fù)責(zé)生涯規(guī)劃的教師根據(jù)國內(nèi)外形勢，指導(dǎo)大學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)、自身能力做規(guī)劃，更需要的是全員，即包括高校專業(yè)課教師、輔導(dǎo)員等其他人員在內(nèi)，共同參與、共同引導(dǎo)。尤其是專業(yè)課教師，不能僅僅是教授知識，更要結(jié)合學(xué)生特點、專業(yè)內(nèi)的職業(yè)特點，對學(xué)生加以具體化的詳盡的指導(dǎo)和規(guī)劃。

1.2.2 環(huán)境試驗是可靠性試驗的前提條件

在現(xiàn)有的測評體系中，環(huán)境試驗的目的在于評估產(chǎn)品在自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境中對產(chǎn)品的性能變化做出評價，產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)性同樣成為需要特別關(guān)注的特質(zhì)之一，只有進(jìn)行環(huán)境試驗后才能開展后續(xù)的可靠性試驗。換而言之，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性建立在使用期限內(nèi)處于酷熱或嚴(yán)寒環(huán)境下產(chǎn)品性能的變化。從實際角度出發(fā)，倘若產(chǎn)品無法適用于今后的應(yīng)用環(huán)境，那么即便產(chǎn)品自身性能再優(yōu)秀，其可靠性也是一文不值。所以我們說環(huán)境試驗是可靠性試驗的先決條件，這是必不可少的。

2 環(huán)境熱學(xué)試驗對可靠性試驗的影響分析

2.1 環(huán)境熱學(xué)試驗對可靠性試驗的環(huán)境應(yīng)力分析

產(chǎn)品在出廠前要進(jìn)行許多環(huán)境熱學(xué)和可靠性等試驗考核，產(chǎn)品實際使用環(huán)境往往復(fù)雜而惡劣，這對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性帶來很大影響，因此，在對產(chǎn)品進(jìn)行測評時應(yīng)側(cè)重于環(huán)境試驗，綜合考量產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存過程中將要面臨的各類環(huán)境因素，如高低溫等熱學(xué)環(huán)境、濕熱的腐蝕環(huán)境等，均會因使用環(huán)境的不同而產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng)。產(chǎn)品實際使用環(huán)境常作為可靠性試驗的測試和驗證的依據(jù)，因此，僅考慮溫度、濕度、振動即可，部分產(chǎn)品還應(yīng)考慮電應(yīng)力，絕大多數(shù)情況下產(chǎn)品是由這四種應(yīng)力下誘發(fā)故障。以飛機(jī)為例，其試驗可靠性的設(shè)備剖面如圖1所示。

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，試驗剖面以天氣冷熱交替作為環(huán)境基礎(chǔ)因素，產(chǎn)品可靠性試驗通常以機(jī)載設(shè)備地面停放和空中執(zhí)行任務(wù)循環(huán)交替運(yùn)行作為考核依據(jù)，該兩種試驗類型一起形成了可靠性試驗剖面，其中試驗剖面包括有溫度循環(huán)、振動力學(xué)、濕度循環(huán)以及電應(yīng)力等因素，分別按照一定順序施加在試驗產(chǎn)品上。環(huán)境應(yīng)力大體分為五種，分別為低溫、高溫、溫度快速變化加振動、高溫高濕以及高溫力學(xué)振動等方面。

圖1 機(jī)載設(shè)備典型可靠性試驗剖面

2.2 環(huán)境試驗和可靠性試驗之間的影響分析

2.2.1 環(huán)境應(yīng)力對產(chǎn)品可靠性的影響分析

2.2.2 環(huán)境應(yīng)力量值對產(chǎn)品可靠性的影響分析

①產(chǎn)品的可靠性試驗往往以模擬極端環(huán)境下的正常工作為主要試驗準(zhǔn)則，設(shè)計試驗的初衷在于若產(chǎn)品能在極短惡劣的環(huán)境條件下正常運(yùn)作，那么在臨界值以下產(chǎn)品也勢必能夠正常運(yùn)作；②可靠性試驗通常會選擇一組試驗量值來還原產(chǎn)品在真實的環(huán)境下的使用情況，僅僅有一小部分試驗等級能達(dá)到最嚴(yán)苛的環(huán)境條件；③環(huán)境應(yīng)力的作用受環(huán)境應(yīng)力量值大小的影響，當(dāng)量值大的情況下，產(chǎn)品會加速老化實效，部分情況會導(dǎo)致產(chǎn)品受到的影響較為突出，例如在產(chǎn)品遭遇破壞力大且沖擊時間短的環(huán)境應(yīng)力時；④從應(yīng)力量級上發(fā)現(xiàn)，環(huán)境試驗通常會大于可靠性試驗，導(dǎo)致作用在產(chǎn)品上的效果也較大。綜合以上條件上看，產(chǎn)品的可靠性試驗評估效果往往受強(qiáng)的破壞效應(yīng)、大的應(yīng)力量值和較為嚴(yán)苛惡劣的環(huán)境影響較大。

2.2.3 環(huán)境應(yīng)力作用時間對產(chǎn)品可靠性的影響分析

隨著時間推移，產(chǎn)品的材料特性會受環(huán)境應(yīng)力影響而逐步失效。環(huán)境效應(yīng)的積累程度與時間呈正相關(guān)，特別是重復(fù)性機(jī)械試驗會導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，直至最后誘發(fā)斷裂等問題。因此，長期的環(huán)境測試很大的影響可靠性測試，比如多個循環(huán)的高溫濕熱試驗和耐久性振動試驗。

2.2.4 環(huán)境應(yīng)力施加方式對產(chǎn)品可靠性的影響分析

①可靠性試驗大多選取綜合應(yīng)力試驗，其內(nèi)容便是把多種不同種類的單/環(huán)境應(yīng)力放置于同一個空間內(nèi)，按照指定的順序進(jìn)行組合試驗，對產(chǎn)品施以應(yīng)力進(jìn)行疊加[2]。比如，低溫環(huán)境下焊接接頭尚未斷開但是焊接點已經(jīng)存在瑕疵和隱患，在隨后的振動應(yīng)力條件下，產(chǎn)品以上質(zhì)量缺陷可能會被激發(fā)出來，并造成脫焊的情況等情況發(fā)生；②使用環(huán)境往往是環(huán)境試驗考核的主要因素，通常情況下以單應(yīng)力為主，而在選用常規(guī)環(huán)境因素試驗是則選用綜合試驗的形式開展工作，檢驗產(chǎn)品在使用期限內(nèi)對各類極限環(huán)境的承受能力，尤其是溫度-濕度-振動高度的試驗與可靠性試驗區(qū)分不出二者的差別，但在施加應(yīng)力上其量值與方式又不完全相同；③可以將不同項目的環(huán)境試驗進(jìn)行排序后再觀察試驗結(jié)果，來檢測不同環(huán)境試驗項目情況對產(chǎn)品形成的疊加效應(yīng)，例如低氣壓試驗效果會受到高低溫試驗導(dǎo)致的產(chǎn)品密封性發(fā)生改變的影響，因此，在大多數(shù)情況下，可以在高低溫試驗前進(jìn)行低氣壓試驗。

綜合以上條件上來看，產(chǎn)品的可靠性會受到一定次序環(huán)境應(yīng)力的循序漸進(jìn)影響，其產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)材料特性和狀態(tài)會發(fā)生變化，對最終產(chǎn)品可靠性評估造成大的影響。

3 環(huán)境一體化對產(chǎn)品可靠性試驗的影響分析

為了驗證在環(huán)境一體化條件下，可靠性試驗情況，本文選用某航空機(jī)艙內(nèi)典型的機(jī)載電子設(shè)備作為試驗樣品，進(jìn)行了環(huán)境一體化試驗方案制定，來驗證試驗對產(chǎn)品可靠性的影響，其試驗方案如下。

3.1 樣品的數(shù)量的規(guī)定

為了確保試驗的充分性和一致性，特選取出樣品設(shè)備三臺，其中一臺設(shè)備進(jìn)行霉菌試驗，霉菌生長可以使有機(jī)材料發(fā)生直接降解，其分泌的新陳代謝排泄物和其他離子化合物能導(dǎo)致金屬腐蝕[3]，該試驗可以有效檢測產(chǎn)品制造材料特性，其它兩只樣品進(jìn)行除霉菌外其它熱學(xué)和力學(xué)試驗。

3.2 試驗項目

環(huán)境一體化鑒定試驗一般包括熱學(xué)和力學(xué)等，熱學(xué)試驗包括高低溫工作、溫度-濕度-高度、溫度沖擊、振動、沖擊、鹽霧、濕熱和霉菌等酸性試驗。樣品的制造規(guī)范和使用說明中規(guī)定的測試環(huán)境為試驗環(huán)境的基礎(chǔ)。

可靠性鑒定試驗：試驗中相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案、試驗所需時間要求一般依據(jù)機(jī)載設(shè)備在不同工作階段的可靠性指標(biāo)來參考和制定，一般航空設(shè)備依據(jù)GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行的，其功能/性能檢測內(nèi)容、電應(yīng)力按照研制總要求和成品協(xié)議書來確定，并根據(jù)某型飛機(jī)典型任務(wù)剖面確定可靠性試驗剖面。

3.3 預(yù)防性維護(hù)要求

按順序開展可靠性、濕熱及鹽霧等環(huán)境試驗后，立即對試驗產(chǎn)品實施全方位的外觀與構(gòu)造檢測[4]。倘若試驗產(chǎn)品損壞且不在責(zé)任故障范圍內(nèi)，那么應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定對損壞部件予以修復(fù)；若無法修復(fù)，則應(yīng)選擇同類零件進(jìn)行替換[5]。產(chǎn)品在維修或更換后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行功能測試，以保障產(chǎn)品性能良好，能夠繼續(xù)接受后續(xù)測試。倘若無法維修或替換零部件，則應(yīng)使用備用試驗產(chǎn)品開展試驗。飛機(jī)座艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備環(huán)境和可靠性評估的綜合測試方案如圖2所示。

4 結(jié)語

環(huán)境試驗與可靠性試驗相輔相成，對企業(yè)的長久發(fā)展乃至科技技術(shù)創(chuàng)新都有重要助推作用。本文針對環(huán)境試驗以及可靠性試驗之間的差異與關(guān)聯(lián)進(jìn)行了大致概述，著重圍繞試驗對比分析、一體化試驗技術(shù)方案的設(shè)計深入探討。企業(yè)應(yīng)注重產(chǎn)品的環(huán)境試驗與可靠性試驗，二者缺一不可，同時結(jié)合實際情況建立一套行之有效的綜合化試驗方案，并根據(jù)測試結(jié)果與評價進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，最大化促進(jìn)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性及安全可靠性。