论环境试验与可靠性试验技术的发展

【摘要】随着世界经济一体化与全球化的不断发展，产品的竞争日趋激烈，因此，想要占有一定的市场份额，必须重视产品的环境试验与可靠性试验。本文主要根据过去以及目前我国产品环境试验的经验，分析了环境试验与可靠性试验在我国的发展现状，并依此提出了“健壮工程”的概念，“健壮工程”基于原有的健壮设计，充分依靠环境试验与可靠性试验的成功经验，并体现出制造、设计与试验可靠性三大要素，从而建立系统的技术工程路线。

【关键词】环境试验；可靠性试验；发展现状；健壮工程

我国自从上个世纪七十年代其就逐步加大对产品的环境试验与可靠性试验的重视，并颁布实施了一系列准则，这些准则的颁布对推动我国产品环境与可靠性试验的展开起到了良好的作用。同时，产品的环境试验与可靠性试验也提高了产品的质量。但是，目前我国的产品制造单位由于受到传统经验的影响，仍没有对环境与可靠性试验产生正确的认识，没有将其作为产品必经的过程，因此，了解环境试验与可靠性试验的发展，探讨相关问题显得格外重要。

一、环境试验的产生与发展

在第一次世界大战期间，世界各国逐步意识到很多军事武器会受到环境因素的影响从而失效，例如，在寒冷的冬天，俄国士兵发现分发的军大衣没有纽扣，究其原因，是由于锡制的纽扣在低温条件下发生了粉化反应。因此，为了减少这种非战争因素的损失，世界各国开始注意产品的环境试验。到了上世纪三十年代，欧洲技术强国先后建立了多家基于气候模拟的设备制造公司，例如在1932年，意大利成立著名的ACS公司。

在第二次世界大战期间，军事武器受到环境影响而失效的情况更加严重，甚至左右了战争的格局。例如德国的V2导弹，由于储存时间过长，严重降低了发射的准度与成功率，使得这一杀手锏的作用被极大的削弱；再如斯大林格勒战役中，受到寒冷天气的影响，德国机械化设备出现了大量的故障情况，导致设备不能正常使用，这种受环境影响的损失，是德军在次战役中失败的重要原因。因此，基于这类教训，二战期间特别是战争结束以后，产品的环境适应性受到了前所未有的重视，世界各国相继制定出各种环境试验标准。其中，美国为了促进设备制造者与环境试验者的相互合作，于上世纪四十年代成立了环境工程师协会。在此期间，世界各国都投入了大量的人力、物力与财力进行试验与研究，从而提高军事装备的环境适应性能。

在上世纪的前半叶，产品的环境试验技术主要为环境模拟技术，及模拟创造出一种产品可能遇到的环境，并在该环境下评定产品的应激能力。例如在产品的耐高/低温模拟实验中，GJB160规定试验温度范围为+65℃～－50℃，温度变化率控制在8℃/min，风速为1.6m/s，这些规定主要来自于自然界的天气变化。又如在GJB148.15冲击试验中，对可能产生的冲击事件进行模拟，例如模拟产品在运输过程中跌落下来的状态，或相关设备的维修状态等。

二、环境试验与可靠性试验的发展现状

到了上世纪下半夜，战争逐步走向立体化发展，空军、海军在战争中的角色越来越重要，同时武器装备也逐渐复杂起来。在越南战争中，美军有超过50%的军事装备由于不适应越南的潮湿天气导致失效，因此，军事装备的可靠性受到人们的重视。为了能够科学的评价产品的可靠程度，在原有产品环境适应能力试验技术的基础上，出现了产品可靠性试验技术。其试验主要包括模拟产品的实际使用环境，并在模拟的真实环境与实际工作条件中进行长期工作，从而产生可靠性特值（MTBF），评价产品的可靠性能。

为了能够对综合环境进行真实模拟，例如湿度、温度与高度三综合，湿度、温度与噪声三综合，湿度、温度与振动三综合，湿度、温度与光辐射三综合、湿度、高度、温度与振动四综合，湿度、高度、温度、振动与恒加速度五综合，力学环境在发展的过程中出现了以下情况：

1.真实环境的应力模拟与过程模拟。在产品可靠性试验的过程中，应力的施加方法主要是根据产品的性能敏感应力与产品结构综合考虑，在实际使用的过程中，通过运行剖面的使用，得到产品的环境应力剖面与试验剖面。这样就产生了产品的可靠性试验与环境适应性试验的综合剖面。

2.振动试验从过去简单的正弦式定频振动逐步发展成具有更好模拟性能的随机振动、扫频振动、窄带随机与宽带随机振动等。

3.从单自由度的单点模式发展成多自由度的多点激励模式，模拟性能更好，与实际情况更加接近。

在这段时间，产品的环境试验与可靠性试验主要呈现出以下特点：

首先，环境的模拟转变为多因素综合环境的模拟，不再是过去单因素的发展；其次，试验从模拟空间环境变为模拟时间-空间过程；第三，环境模拟技术和激发试验技术并行；第四，效应模拟和实际使用的环境模拟并行；第五，大力发展力学环境下的多台并激精准模拟技术。

在20世纪上半叶，通过上述手段，使产品的环境试验与可靠性试验得到极大的发展，一定程度上保证了产品的环境适应性与可靠性，但是，随着经济的发展与科学技术的进步，产品的环境与可靠性试验设备变得更加复杂，试验成本不断增加，试验时间也越来越长，花费大量的人力、物力与财力后得到的产品技术已经不能满足人们生活的需求，产品的可靠性特征值不适应时代的要求，因此必须改变原有的状态，探究产品环境试验与可靠性试验的新技术。

三、环境试验与可靠性试验技术的发展方向

随着产品的生产技术不断提高，产品的可靠性、产品寿命与耐环境能力逐步增强，因此传统的对真实环境进行模拟的方法已经难以满足技术发展的需要。必须改革现有的试验技术，将重点放在如何寻找产品的潜在故障与薄弱环节，其中产品的可靠性强化技术与高效筛选技术为典型的代表。

1.产品的可靠性强化试验技术

这种试验技术是提高产品耐环境能力水平的有效办法之一，在具体的试验过程中，工作人员逐步提高产品的主要敏感应力，从而使产品在结构与功能上的薄弱环节得以显现。随后进行定位故障、找出失效原因并对原因进行分析，并针对性的改进相关工艺与设计，从而提高产品的环境适应性与可靠性能。如果这种改进发挥作用，则原有的问题不再出现，但在产品其余部位可能会发现新的故障与问题，然后再经历分析、改进与试验的过程，直至在技术上难以更进一步或经济上出现得不偿失的情况。通过这种进行试验发现故障问题分析工艺改进再次试验新问题发现再分析再改进再试验的不断往返过程，可以最大程度的提高产品的工艺与结构，在研制阶段消除产品存在的薄弱环节。这样生产出来的产品在工艺与结构上即为没有明显缺陷与薄弱环节的成熟产品。

2.环境试验与可靠性试验技术的发展趋势

①传统的环境模拟技术与效应模拟技术仍有存在的空间，但适用范围会逐步减少。

②产品的可靠性强化技术将很大程度上替代现有的环境与可靠性试验技术。

③今后产品的试验重点将会放在发现产品的薄弱环节与潜在故障上。

④多种技术手段相结合的“健壮工程”将是未来发展的主流。

3.健壮工程

健壮工程是指既包含了产品的环境试验与可靠性试验技术的积极因素，又吸收了可靠性强化技术的成功经验，将多种技术手段融为一体，在产品的研发阶段结束以后，就可以保证产品的工艺成熟、设计成熟并能够生产成熟产品的全新的技术手段。

在实际的操作过程中，人们首先利用环境试验与可靠性试验对影响产品质量的诸多因素进行全面的分析，尽可能的使其完善发展。但由于产品本身存在复杂性，难以将所有因素全部处理好，因此对于难以发现的隐患可以利用RET（可靠性强化试验）将其弥补。通过多种手段的相互结合，从而彻底找出产品存在的薄弱环节与相关隐患，提高了产品的筛选效率，保证产品的高健壮性。

四、总结

本文主要总结了环境试验与可靠性试验的产生与发展过程，分析了环境试验与可靠性试验在不同时期的发展现状，并对当前产品的可靠性与环境试验技术发展特点进行了展望，提出了必须进行产品的可靠性强化试验技术，实施健壮工程的观点。

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