环境与可靠性一体化试验技术研究

刘宇彬

（中国电子科技集团公司第49研究所，哈尔滨 150001）

引言

我国大部分的产品设计逐渐走向多元综合化的轨道上。然而面对不同的市场和人群，不同的产品所属的环境试验也不同，但也会存在些许的交叉现象。随着企业的发展及产品质量的提升，产品试验的要求已经纳入产品设计规范当中，这足以见得环境试验、可靠性试验在保证产品质量中地位的提高。但鉴于环境试验、可靠性试验的测试项目较多，测试周期较长以及测试工作相对繁杂导致成本较高，因此，有必要澄清环境试验的概念，优化项目，简化试验的难度，从而降低了成本，对环境试验与可靠性进行整合升级成为企业实现长期发展的必经之路。本文将以环境试验与可靠性为基础，对一体化试验方案进行深入探究，从而实现产品生产效率与质量的全面提升。

1 环境试验与可靠性试验的关系

1.1 环境试验与可靠性试验差异性分析

1.1.1 试验目的方面的差异分析

从试验目的来看，环境试验是为了检验产品在特定环境下的适应性，以此作为依据为产品的后续研发奠定基础。可靠性试验是为了确认产品是否可靠，同样以此为依据为产品的最终研发提供数据支撑。通过对比分析不难看出,环境试验相较于可靠性试验,其判断可直观地划分为通过或不通过,而另一方面可靠性试验需要通过具体的评价指标诸如寿命长度来分析研判。

1.1.2 试验环境因素方面的差异分析

从试验环境因素来看，试验环境无论是在数量或是复杂程度上，都要比可靠性试验高出不少。以美国军标为例，环境试验中涵盖温湿度、压力、沙尘、辐射等因素，试验过程需要产品结合所处的环境判断对产品所造成的影响，根据分析结果选择适宜的环境因素[1]。可靠性试验侧重于产品的实用性，因此在环境因素上仅选择温度与震动作为主要环境因素即可，必要情况下可添加湿度作为辅助因素。值得一提的是，考虑到某些环境因素下产品的可靠性性能会因此受到影响，那么针对此类情况，需设计初步环境试验加以评估，从而做到产品可靠性的保障。

1.1.3 试验时间方面的差异分析

从试验时间的角度来看，不同的产品在检测时间上其差异也不尽相同，而这种差异也会影响到最终测试时间上。因此在环境试验实施的过程中，其测试的时间随着项目的不同而有所改变。通常情况下试验时间不得大于100 h（霉菌试验、湿热试验除外），但即便如此，环境试验的时间相较于可靠性试验而言仍旧是不值一提。在可靠性试验中，试验时间从来就没有定数，而是从开始试验到失效结束所经历的时间来衡量，即根据总设备小时数确定。产品经可靠性试验得出的数据可以逆向推导出环境试验的有效时间，从而以此为依据针对薄弱环节予以加强。

1.2 环境试验与可靠性试验的关系分析

1.2.1 环境试验与可靠性试验互相补充

环境试验与可靠性试验因使用场景等各类因素不同而有所差异，但本质基本相同，都是为了确保产品能够在各类环境中满足正常使用。环境试验与可靠性试验之间互为补充关系，前者为后者提供参考与支持，而后者同时为前者提供量化指标参数，不难看出，两个测试限制的量值和方式是不同的，这永远不会替换并且无法转换。

高校生涯规划不仅是高校负责生涯规划的教师根据国内外形势，指导大学生结合自己专业、自身能力做规划，更需要的是全员，即包括高校专业课教师、辅导员等其他人员在内，共同参与、共同引导。尤其是专业课教师，不能仅仅是教授知识，更要结合学生特点、专业内的职业特点，对学生加以具体化的详尽的指导和规划。

1.2.2 环境试验是可靠性试验的前提条件

在现有的测评体系中，环境试验的目的在于评估产品在自然环境或人工模拟环境中对产品的性能变化做出评价，产品对环境的适应性同样成为需要特别关注的特质之一，只有进行环境试验后才能开展后续的可靠性试验。换而言之，产品的环境适应性建立在使用期限内处于酷热或严寒环境下产品性能的变化。从实际角度出发，倘若产品无法适用于今后的应用环境，那么即便产品自身性能再优秀，其可靠性也是一文不值。所以我们说环境试验是可靠性试验的先决条件，这是必不可少的。

2 环境热学试验对可靠性试验的影响分析

2.1 环境热学试验对可靠性试验的环境应力分析

产品在出厂前要进行许多环境热学和可靠性等试验考核，产品实际使用环境往往复杂而恶劣，这对产品的环境适应性带来很大影响，因此，在对产品进行测评时应侧重于环境试验，综合考量产品在生产、运输、贮存过程中将要面临的各类环境因素，如高低温等热学环境、湿热的腐蚀环境等，均会因使用环境的不同而产生不同的环境效应。产品实际使用环境常作为可靠性试验的测试和验证的依据，因此，仅考虑温度、湿度、振动即可，部分产品还应考虑电应力，绝大多数情况下产品是由这四种应力下诱发故障。以飞机为例，其试验可靠性的设备剖面如图1所示。

从图1中可以发现，试验剖面以天气冷热交替作为环境基础因素，产品可靠性试验通常以机载设备地面停放和空中执行任务循环交替运行作为考核依据，该两种试验类型一起形成了可靠性试验剖面，其中试验剖面包括有温度循环、振动力学、湿度循环以及电应力等因素，分别按照一定顺序施加在试验产品上。环境应力大体分为五种，分别为低温、高温、温度快速变化加振动、高温高湿以及高温力学振动等方面。

图1 机载设备典型可靠性试验剖面

2.2 环境试验和可靠性试验之间的影响分析

2.2.1 环境应力对产品可靠性的影响分析

2.2.2 环境应力量值对产品可靠性的影响分析

①产品的可靠性试验往往以模拟极端环境下的正常工作为主要试验准则，设计试验的初衷在于若产品能在极短恶劣的环境条件下正常运作，那么在临界值以下产品也势必能够正常运作；②可靠性试验通常会选择一组试验量值来还原产品在真实的环境下的使用情况，仅仅有一小部分试验等级能达到最严苛的环境条件；③环境应力的作用受环境应力量值大小的影响，当量值大的情况下，产品会加速老化实效，部分情况会导致产品受到的影响较为突出，例如在产品遭遇破坏力大且冲击时间短的环境应力时；④从应力量级上发现，环境试验通常会大于可靠性试验，导致作用在产品上的效果也较大。综合以上条件上看，产品的可靠性试验评估效果往往受强的破坏效应、大的应力量值和较为严苛恶劣的环境影响较大。

2.2.3 环境应力作用时间对产品可靠性的影响分析

随着时间推移，产品的材料特性会受环境应力影响而逐步失效。环境效应的积累程度与时间呈正相关，特别是重复性机械试验会导致产品结构强度降低，直至最后诱发断裂等问题。因此，长期的环境测试很大的影响可靠性测试，比如多个循环的高温湿热试验和耐久性振动试验。

2.2.4 环境应力施加方式对产品可靠性的影响分析

①可靠性试验大多选取综合应力试验，其内容便是把多种不同种类的单/环境应力放置于同一个空间内，按照指定的顺序进行组合试验，对产品施以应力进行叠加[2]。比如，低温环境下焊接接头尚未断开但是焊接点已经存在瑕疵和隐患，在随后的振动应力条件下，产品以上质量缺陷可能会被激发出来，并造成脱焊的情况等情况发生；②使用环境往往是环境试验考核的主要因素，通常情况下以单应力为主，而在选用常规环境因素试验是则选用综合试验的形式开展工作，检验产品在使用期限内对各类极限环境的承受能力，尤其是温度-湿度-振动高度的试验与可靠性试验区分不出二者的差别，但在施加应力上其量值与方式又不完全相同；③可以将不同项目的环境试验进行排序后再观察试验结果，来检测不同环境试验项目情况对产品形成的叠加效应，例如低气压试验效果会受到高低温试验导致的产品密封性发生改变的影响，因此，在大多数情况下，可以在高低温试验前进行低气压试验。

综合以上条件上来看，产品的可靠性会受到一定次序环境应力的循序渐进影响，其产品的机构材料特性和状态会发生变化，对最终产品可靠性评估造成大的影响。

3 环境一体化对产品可靠性试验的影响分析

为了验证在环境一体化条件下，可靠性试验情况，本文选用某航空机舱内典型的机载电子设备作为试验样品，进行了环境一体化试验方案制定，来验证试验对产品可靠性的影响，其试验方案如下。

3.1 样品的数量的规定

为了确保试验的充分性和一致性，特选取出样品设备三台，其中一台设备进行霉菌试验，霉菌生长可以使有机材料发生直接降解，其分泌的新陈代谢排泄物和其他离子化合物能导致金属腐蚀[3]，该试验可以有效检测产品制造材料特性，其它两只样品进行除霉菌外其它热学和力学试验。

3.2 试验项目

环境一体化鉴定试验一般包括热学和力学等，热学试验包括高低温工作、温度-湿度-高度、温度冲击、振动、冲击、盐雾、湿热和霉菌等酸性试验。样品的制造规范和使用说明中规定的测试环境为试验环境的基础。

可靠性鉴定试验：试验中相应的数据统计方案、试验所需时间要求一般依据机载设备在不同工作阶段的可靠性指标来参考和制定，一般航空设备依据GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》中相关规定进行的，其功能/性能检测内容、电应力按照研制总要求和成品协议书来确定，并根据某型飞机典型任务剖面确定可靠性试验剖面。

3.3 预防性维护要求

按顺序开展可靠性、湿热及盐雾等环境试验后，立即对试验产品实施全方位的外观与构造检测[4]。倘若试验产品损坏且不在责任故障范围内，那么应当按照规定对损坏部件予以修复；若无法修复，则应选择同类零件进行替换[5]。产品在维修或更换后应当进行功能测试，以保障产品性能良好，能够继续接受后续测试。倘若无法维修或替换零部件，则应使用备用试验产品开展试验。飞机座舱内机载设备环境和可靠性评估的综合测试方案如图2所示。

4 结语

环境试验与可靠性试验相辅相成，对企业的长久发展乃至科技技术创新都有重要助推作用。本文针对环境试验以及可靠性试验之间的差异与关联进行了大致概述，着重围绕试验对比分析、一体化试验技术方案的设计深入探讨。企业应注重产品的环境试验与可靠性试验，二者缺一不可，同时结合实际情况建立一套行之有效的综合化试验方案，并根据测试结果与评价进行动态调整，最大化促进产品环境适应性及安全可靠性。