在當(dāng)今競爭激烈的市場環(huán)境和化的背景下, 產(chǎn)品要迅速并且成功地占領(lǐng)國內(nèi)外市場, 就必須提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性,。
目前, 我國很多產(chǎn)品設(shè)計從單純追求技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)向提高產(chǎn)品的綜合效能[1],。在產(chǎn)品引進過程中,由于來源不同, 在同一場所會出現(xiàn)不同的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)體系相互交叉的情況; 隨著可靠性工作的逐步深入, 該指標(biāo)已納入研制合同。環(huán)境工程和可靠性工程相互交叉, 使產(chǎn)品在研制和生產(chǎn)中, 試驗項目和工作量成倍地增加, 這給研制和生產(chǎn)部門帶來了許多重復(fù)性工作, 周期和成本難以保證, 這就要求對相同的試驗項目進行合并和簡化,。也就要弄清環(huán)境工程和可靠性工程的概念, 充分利用已進行試驗的結(jié)果, 簡化試驗工作量, 縮短研制周期,。
然而, 國內(nèi)的某些產(chǎn)品研制單位對環(huán)境和可靠性試驗的認識還存在一定的誤區(qū), 沒有真正地理解對產(chǎn)品進行環(huán)境和可靠性試驗的真正意義, 沒有將環(huán)境、可靠性試驗看作一個可使產(chǎn)品增值的過程[2],。因此, 很有必要深入地探討有關(guān)環(huán)境,、可靠性試驗的各種問題。
2 環(huán)境工程和可靠性工程
環(huán)境工程是一門工程學(xué)科, 它是為保證產(chǎn)品在規(guī)定的壽命周期內(nèi), 在預(yù)期的運輸,、儲存,、使用和維修期內(nèi)使產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性達到規(guī)定要求所進行的一系列工作, 主要包括環(huán)境的管理、技術(shù)研究,、條件分析,、影響分析與防護技術(shù)4 個方面, 如表1所示。產(chǎn)品從出廠到退役的全壽命期內(nèi), 都處于各種自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境中, 在環(huán)境應(yīng)力的作用下,很容易導(dǎo)致性能降低甚至不能工作,。
可靠性工程是通過在產(chǎn)品的設(shè)計,、研制和生產(chǎn)中采取一系列有序且相互的管理、設(shè)計,、分析和試驗措施, 使產(chǎn)品在規(guī)定的條件下,、規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的一門工程學(xué)科?？煽啃怨こ讨饕煽啃缘墓芾?、研制與生產(chǎn)試驗、設(shè)計( 及預(yù)計) 3 個方面, 如表2 所示,。
產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性均屬于產(chǎn)品的質(zhì)量特性,。如圖1 所示, 環(huán)境條件與可靠性設(shè)計和試驗有關(guān), 環(huán)境工程在產(chǎn)品全壽命期內(nèi)開展, 可以提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和檢驗生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性, 特別是對成敗型產(chǎn)品的研制、設(shè)計及生產(chǎn)過程中, 環(huán)境工程的試驗結(jié)果可以被可靠性工程所接受和運用,。但在產(chǎn)品設(shè)計研制過程中環(huán)境工程主要分析產(chǎn)品在其
壽命周期中可能遇到的極限環(huán)境, 利用設(shè)計手段提高產(chǎn)品承受極限環(huán)境的能力,。而可靠性工程主要分析產(chǎn)品在其壽命周期中可能遇到的典型環(huán)境, 利用設(shè)計手段來提高產(chǎn)品的可靠性水平。
3 環(huán)境試驗與可靠性試驗
在產(chǎn)品研制階段早期, 主要是通過試驗來發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷且加以改進, 并通過進一步的試驗來發(fā)現(xiàn)新的問題,。經(jīng)驗表明, 70 %左右的設(shè)計缺陷要靠對樣機進行試驗才能發(fā)現(xiàn),。試驗不僅是產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中完善設(shè)計的有力措施, 也是評價產(chǎn)品各項特性是否符合要求的*的手段。
為達到產(chǎn)品研制合同的要求, 試驗,、評價和改進貫穿整個產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過程, 主要包括研制試驗,、鑒定試驗,、驗收試驗和例行試驗, 如表1 所
示。環(huán)境試驗是以產(chǎn)品對預(yù)期工作環(huán)境的適應(yīng)性為考核目標(biāo)的試驗, 包括耐受zui惡劣的儲存與運輸環(huán)境而不致?lián)p壞和在合理極值環(huán)境條件下正常工作的能力,?？煽啃栽囼炇前纯煽啃砸笤O(shè)計和進行的、有可靠性目標(biāo)并在典型環(huán)境條件下的試驗, 是驗證產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)能否實現(xiàn)預(yù)定功能而進行的試驗, 是可靠性增長試驗,、可靠性研制試驗和可靠性驗證試驗的總稱,。

3.1 環(huán)境試驗與可靠性試驗的關(guān)系
環(huán)境試驗是產(chǎn)品zui基本的試驗, 只有通過了環(huán)境合格鑒定試驗的產(chǎn)品才能投入可靠性增長試驗;
通過了環(huán)境驗收試驗的產(chǎn)品才可投入可靠性驗收試驗。如美軍標(biāo)MIL- STD- 785 B 中明確地指出:
“應(yīng)該把MIL- STD- 810 中描述的環(huán)境試驗看作可靠性研制和增長的早期部分[3],。這些試驗必須在研制初期進行, 以保證有足夠的時間和資源來糾正試驗中暴露的缺陷, 而且這些糾正措施必須在環(huán)境應(yīng)力下得到驗證, 并將這些信息作為可靠性大綱中一個*的部分納入故障報告,、分析、糾正措施系統(tǒng)( FRACAS) ,。
同時, 這兩種試驗基本上都采用試驗室試驗方法, 在規(guī)定的受控環(huán)境中進行, 所采用的環(huán)境設(shè)備和試驗方法包括相應(yīng)的夾具設(shè)計原則都可以相互借鑒,。對進行環(huán)境試驗所用的環(huán)境條件的研究, 為可靠性試驗條件的制定提供了先決信息, 同時可靠性試驗剖面中的溫度、振動量值的確定與相應(yīng)環(huán)境條件的確定基本相同,。
可以認為, 環(huán)境試驗是可靠性試驗的基礎(chǔ)和前提, 許多環(huán)境試驗工作應(yīng)在可靠性試驗之前開展,為可靠性試驗提供信息和依據(jù),。
3.2 環(huán)境試驗與可靠性試驗的區(qū)別
從某種意義上說, 任何試驗都在一定的環(huán)境條件下進行, 都可看作環(huán)境試驗, 但實際上只有產(chǎn)品研制過程中某些以考核所設(shè)計或生產(chǎn)的產(chǎn)品對預(yù)定工作環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)的試驗才稱之為環(huán)境試驗。

這并不涉及產(chǎn)品能維持其本身具有的,、多長時間的適應(yīng)能力的定量指標(biāo),。顯然, 若產(chǎn)品不能適應(yīng)預(yù)定的環(huán)境, 就根本談不上可靠不可靠了。
從另一種意義上來說, 環(huán)境試驗和其它試驗都有利于提高產(chǎn)品的可靠性, 至少從這些試驗中可以得到一些故障信息,。
盡管環(huán)境試驗和可靠性試驗都是在對產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力的條件下進行, 但兩者在試驗?zāi)康?、所用的環(huán)境因素數(shù)量、試驗時間確定準(zhǔn)則, 環(huán)境應(yīng)力選用準(zhǔn)則以及試驗終止決策準(zhǔn)則方面是大不相同的,。例如: 環(huán)境試驗
中試件在高,、低貯存溫度下貯存時間為48 h、24 h ( 或者是貯存溫度能*暴露產(chǎn)品貯存時所有可能出現(xiàn)缺陷的時間) , 而可靠性試驗的時間是根據(jù)試驗剖面計算出來的, 時間一般為30～60 min, 反復(fù)施加, 總時間可能相同, 但作用機理不同; 振動應(yīng)力盡管計算方法相同, 但量級差別很大, 雖可以進行試驗加速轉(zhuǎn)換, 由于可靠性試驗是在溫度和振動兩種應(yīng)力作用下, 與高量級振動的環(huán)境試驗相比, 對產(chǎn)品的影響顯然不同,?？梢? 這兩種試驗不能相互取代。但是對空空導(dǎo)彈的可靠性試驗, 在處理自由飛這種短時間,、高量值的環(huán)境剖面時, 可以從經(jīng)濟和有效模擬等方面進行考慮, 只對產(chǎn)品進行自由振動試驗, 將試驗結(jié)果直接應(yīng)用到產(chǎn)品可靠性工程中,。以環(huán)境試驗的代表性標(biāo)準(zhǔn)GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法》( 相當(dāng)于MIL- STD- 810 C) 及可靠性試驗標(biāo)準(zhǔn)GJB 899《可靠性鑒定和驗收試驗》( 相當(dāng)于MIL- STD- 781) 兩個標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ), 如表2所示, 對環(huán)境試驗和可靠性試驗作一比較, 比較的是鑒定試驗。實際上, 可靠性驗收試驗和鑒定試驗基本相同,。只是增長試驗和鑒定試驗有些差別,。
因此, 可靠性試驗必須能夠評價或通過方法來提高產(chǎn)品能正常工作的時間; 環(huán)境適應(yīng)性是考核產(chǎn)品在極值環(huán)境條件下正常工作的能力。這兩種試驗在產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中, 只能相互補充而不能取代,。
環(huán)境試驗應(yīng)作為獨立可靠性試驗外的形式存在, 并與其相互補充, 結(jié)合成熟的環(huán)境試驗技術(shù)和相應(yīng)的研究成果, 為提高產(chǎn)品可靠性發(fā)揮應(yīng)有的作用,。



表2 環(huán)境試驗和可靠性試驗的區(qū)別


4 環(huán)境試驗與可靠性試驗的使用原則
環(huán)境試驗多為單項試驗, 這種試驗的好處在于試驗用的設(shè)備比較簡單、試驗費用少, 且很容易發(fā)現(xiàn)某一環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響,。其種類很多, 按試驗?zāi)康暮托再|(zhì), 可分為以下4 個基本類型: 環(huán)境適應(yīng)性增長試驗( EGT) ,、環(huán)境合格鑒定試驗( E-QT) ,、環(huán)境驗收試驗( EAT) 和例行試驗?？煽啃栽囼炇菫樘岣?、測定和驗證產(chǎn)品的可靠性而進行的試驗[5]。GJB 450《裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱》中將可靠性試驗分為4 類: 環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS) ,、可靠性增長試驗(RGT) ,、可靠性鑒定試驗( RQT) 和可靠性驗收試驗(RAT) 。這些試驗基本包含了產(chǎn)品研制生產(chǎn)階段的所有試驗項目, 但根據(jù)時間,、經(jīng)費及受試產(chǎn)品數(shù)量等的不同, 應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品進行具體的分析, 從而做到對試驗有所側(cè)重,、有所簡化:

a) 根據(jù)可靠性工程“早期投入, 預(yù)防為主”的思想, 將試驗重點放在產(chǎn)品研制階段早期進行,加強環(huán)境適應(yīng)性增長試驗和可靠性增長試驗, 嚴格進行鑒定試驗。一個有效的試驗大綱應(yīng)把試驗放在ESS,、RGT、EGT 和EQT 方面, 限制但不排除RQT,、RAT,、EAT 及例行試驗。
b) 充分利用產(chǎn)品的試驗信息, 適當(dāng)?shù)丶舨靡院蟮脑囼灧N類,。RGT 的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)和施加的環(huán)境條件與RQT 接近,。鑒于經(jīng)費等的限制, 若RGT的結(jié)果理想, 可免做RQT。EAT 一般只限于溫度和振動試驗, 且使用量值較低, 因此, 除非驗收試驗中規(guī)定有的ESS 不能起作用的項目( 如低氣壓) , 一般進行ESS 后不必進行EAT,。
5 環(huán)境技術(shù)在產(chǎn)品可靠性試驗中的應(yīng)用產(chǎn)品在其生產(chǎn)制造,、貯存運輸、部署使用的全壽命過程中都會經(jīng)受各種環(huán)境因素( 包括自然環(huán)境和誘導(dǎo)環(huán)境) 的作用, 尤其是使用階段的環(huán)境條件通常都比較嚴酷[6], 通過長期實踐, 人們認識到環(huán)境與產(chǎn)品可靠性緊密關(guān)聯(lián), 并起著關(guān)鍵性的作用和影響, 環(huán)境技術(shù)是產(chǎn)品可靠性試驗的基礎(chǔ), 適當(dāng)和有效地利用環(huán)境技術(shù)有利于提高產(chǎn)品的可靠性,。

5.1 ESS 試驗
這是國外20 世紀70 年代末興起的,、可以發(fā)現(xiàn)可靠性缺陷的一種有效的方法。它可以暴露裝機元器件潛在的固有缺陷以及工藝和過程引入的缺陷,而不降低產(chǎn)品性能或損壞產(chǎn)品, 從而使生產(chǎn)過程的輸出缺陷率和現(xiàn)場使用故障率降低,。如地面發(fā)控設(shè)備中的一個程序控制組合, 在執(zhí)行飛行試驗任務(wù)中經(jīng)常出現(xiàn)故障, 需要備份組合并有專人保駕, 做ESS 試驗后, 多臺產(chǎn)品經(jīng)受飛行試驗和現(xiàn)場使用的考驗, 均未出現(xiàn)故障, 平均故障間隔時間從原來十幾小時提高到幾百小時,。用環(huán)境應(yīng)力激發(fā)潛在缺陷的機理和效果對非電子產(chǎn)品也同樣適用, 國內(nèi)有些單位已開始進行探索, 如上海*對陀螺敏感元件、上海自動化儀表所對小型儀表就應(yīng)用溫度循環(huán)和隨機振動的方式進行篩選都取得了較好的效果,。
5.2 其它環(huán)境試驗
這里主要包括氣候環(huán)境,、力學(xué)環(huán)境和電磁環(huán)境模擬試驗, 為了證實所研制產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力和所處環(huán)境下的可靠性, 上述環(huán)境試驗就成為*的手段。這些環(huán)境試驗可用于各種可靠性試驗,此外, 還適用于產(chǎn)品研制階段的鑒定試驗和定型后的例行試驗,、加速壽命試驗和可靠性增長模擬試驗等[7],。鑒定試驗和例行試驗是環(huán)境試驗的主要組成內(nèi)容, 前者主要考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力和在極限環(huán)境條件下工作的可靠性, 后者主要是對已定型
的批量生產(chǎn)產(chǎn)品進行抽樣試驗, 以考核材料和工藝的穩(wěn)定性, 保證使用可靠性, 大多數(shù)情況都在模擬環(huán)境下進行。
加速壽命試驗適用于機械結(jié)構(gòu)等使用壽命長,、故障間隔時間也長的產(chǎn)品, 從而節(jié)省時間,、經(jīng)費,即在載荷和環(huán)境應(yīng)力上予以強化, 溫度、振動或沖擊是常用的環(huán)境因素,。通常RGT 是在真實環(huán)境下進行, 但不是所有的情況都能實現(xiàn), 如衛(wèi)星,、導(dǎo)彈等上天產(chǎn)品在發(fā)射前, 先要進行模擬空間環(huán)境條件的地面試驗, 地面系統(tǒng)往往難以找到合適的真實試驗環(huán)境( 如極限低溫) , 也必須用人工模擬環(huán)境代替, 當(dāng)然, 系統(tǒng)在外場使用是處于真實的使用環(huán)境之中, 外場暴露的故障模式是比較真實的, 因此,內(nèi)場模擬試驗需與外場試驗相結(jié)合[8],。


6 結(jié)束語
通過上述探討, 提出以下幾點看法:
a) 環(huán)境試驗是可靠性試驗的基礎(chǔ)和前提, 在產(chǎn)品研制生產(chǎn)的各階段環(huán)境試驗均在可靠性試驗前進行。但由于這兩類試驗從試驗?zāi)康?、所用?yīng)力,、時間和故障處理等方面均有很大的差別, 顯然兩者只能相互補充, 而不能互相取代。
b) 進行設(shè)計試驗方案時, 應(yīng)明白環(huán)境可靠性試驗以通用的技術(shù)方法為技術(shù)基礎(chǔ), 這些技術(shù)方法適用于所有類型的環(huán)境和可靠性試驗以及項目階段,。無論試驗的目的如何, 每一種試驗依據(jù)的原理或方法都是一致的,。
c) 所有的試驗是相互關(guān)聯(lián)的, 不要只重視某些試驗而忽略其它試驗, 要知道沒有任何一種單獨的環(huán)境、可靠性試驗可以獨立于產(chǎn)品的試驗過程,。
每種試驗都提供了一部分信息, 但沒有一個可以提供產(chǎn)品所有的信息,。同時也必須協(xié)調(diào)各種試驗, 以免除不必要的工作, 減少重復(fù)試驗, 使之獲得有用的信息。
d) 環(huán)境技術(shù)是可靠性試驗的先決條件, 它可以優(yōu)化產(chǎn)品可靠性試驗的設(shè)計方案, 避免重復(fù), 節(jié)省試驗成本, 對提高產(chǎn)品可靠性有著重要的影響和作用,。

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