海洋儀器設備環境試驗

吳美怡，孔維軒

（國家海洋標準計量中心，天津 300112）

海洋儀器設備環境試驗

吳美怡，孔維軒

（國家海洋標準計量中心，天津 300112）

介紹了環境試驗的目的、作用與分類；論述了環境試驗的基本概念及環境試驗在產品研制生產過程各個階段的應用；提出了應將環境試驗的重點放在早期研制階段，以便節省費用和保證研制進度的建議。

環境；工程；適應性；海洋儀器

對于海洋儀器設備來說，環境試驗是一項必不可少的工作，并貫穿于研制和生產的全過程。海洋儀器設備需要進行的試驗項目很多，如性能試驗、環境試驗、可靠性試驗和壽命試驗等，不同的試驗有不同的目的，本文僅對環境試驗作一簡單介紹。

1 環境試驗的目的

任何驗證或考核產品對預期遇到的極端環境的適應性試驗均被稱為環境試驗。所謂環境適應性，是指產品在其整個壽命期間不受環境影響且能實現其全部功能的能力。

這里所涉及的環境可以分為自然環境和誘導環境。自然環境是指自然界本來就存在的各種環境因素，如風、雨、雷電、溫度、濕度等。其中，被列入環境試驗方法的大約有二十余種。而誘導環境是指由于人類生產、生活、科研等引發的，或由于產品在運輸、貯存和使用中所產生的環境。據統計，在所有由環境因素導致的故障中，溫度因素占40%，振動因素占27%，濕度因素占19%，沙塵因素占6%，鹽霧因素占4%。而海洋領域有別于其他行業，又有其獨特的水下壓力因素。這也是導致產品出現故障的一大原因。

環境試驗作為一種手段，主要達到以下目的：

（1）發現產品在設計以及制造方面的各種缺陷，以便采取適當的改正措施，提高其環境適應性。

（2）考核產品的環境適應性是否符合規定的要求，為該產品的投產決策或批量生產接收／拒絕決策提供依據。

（3）為產品的使用維修提供必要的信息。

2 環境試驗的分類

環境試驗的分類取決于采用的分類原則。按試驗場所和提供環境條件的方法分類，可分為實驗室環境試驗和現場環境試驗（場外環境試驗）；按環境因素的特性分類，可分為氣候試驗、動力學試驗和電磁兼容性試驗；按環境試驗在產品研制生產過程中的應用階段分類，可分為環境安全試驗、環境鑒定試驗、環境驗收試驗和環境例行試驗。

進行環境試驗時，施加環境應力的方式通常有三種，于是又可將環境試驗按施加應力的方式進行分類。第一種方式是各環境應力單一施加，稱之為單因素環境試驗，如高溫試驗和低氣壓試驗，每次試驗只涉及一個環境因素。第二種方式是兩個或兩個以上的環境應力同時施加，稱之為綜合環境試驗。綜合環境可以是兩個氣候環境因素的綜合，如溫度-高度試驗和交變濕熱試驗；也可以是氣候環境因素與動力學環境因素綜合，如振動-溫度試驗，振動-溫度-高度試驗。第三種方式是各種環境應力以一定順序依次施加，稱之為組合環境試驗。參加組合試驗的各種環境試驗可以是單因素試驗也可以是綜合試驗，例如按低氣壓試驗、溫度試驗、溫度-濕度-高度試驗和溫度-振動試驗這一順序依次進行的這四項試驗構成了一個組合試驗。

3 實驗室環境試驗

3.1 實驗室環境試驗的目的及其用途

實驗室環境試驗用于驗證研制或生產的產品在極端環境條件下是否受到損壞或能否正常工作，為采取改進措施提供信息，或為研制階段定型和生產階段驗收決策提供依據。產品在研制和生產的不同階段所進行的環境試驗目的和用途、采用的試驗項目和環境條件的嚴酷程度等是各不相同的。

3.2 實驗室環境試驗的優缺點

實驗室環境試驗的優點是其環境應力、負載條件和電應力的施加都可以嚴格地控制在規定容差范圍內，保證整個試驗在受控的條件下進行，從而保證試驗的重現性和試驗結果的可比性。正因為具備這些優點，可以進行適當剪裁并將其應用于產品研制生產各個階段的不同目的試驗中。特別是在研制階段早期，應用加速或加劇應力進行實驗室內環境試驗，對于迅速提高研制產品的環境適應性是十分重要的。

實驗室環境試驗的缺點是由于受到試驗設備能力和費用的限制，其試驗對象僅限于一些體積、重量較小的裝備，且不可能進行非常真實的綜合環境模擬和裝備間接口的模擬，使試驗效果受到限制。

3.3 實驗室環境試驗對海洋儀器設備質量的影響

環境試驗作為一種手段，主要是為了發現產品在設計、材料選取及制造工藝方面的各種缺陷，以便采取適當的改正措施，一方面增強產品自身的抗環境能力，另一方面減緩環境應力對產品的作用強度。此外，它還可以考核產品環境適應性是否符合規定的要求，為產品后期投產或接收提供依據，并為產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境試驗是溫度試驗、濕度實驗、鹽霧試驗、霉菌試驗、振動試驗、沖擊試驗、搖擺試驗、水靜壓力試驗等14項。許多海洋儀器設備通過環境試驗發現了問題、解決了問題、提高了質量。例如，有一臺海水多參數測量儀在研制階段進行高溫試驗，當達到試驗溫度規定的40℃時，儀器不能正常啟動，而當儀器恢復到33℃時，又可恢復正常啟動。經反復調整，此現象一直存在。后經試驗人員分析，其元器件選取的溫度等級剛剛可以承受高溫試驗，但由于儀器采用密封型結構，在工作時其熱慣性比較大，無法正常散熱，因此產生此項故障。再如，有一套浮標在定型階段進行振動試驗，發現浮標內部配重塊發生脫落，浮標無法實現自動回收功能。經過反復核查設計資料及現場分析，發現引起故障的主要原因是后期組裝工藝的差別。產生故障的那套浮標的一部分部件在組裝時，由于組裝流程存在偏差，從而導致了自動回收功能的失敗。通過此次試驗，使得生產方規范了組裝工藝，從而降低了設備使用中的故障率。再如，有一套浮標的通信機在鹽霧試驗中整體外殼無明顯腐蝕現象，達到了預期效果，但在儀器的安裝架處產生了部分銹蝕。經分析，是產品在安裝螺母過程中不可避免地破壞接口處的防腐涂層，進而通過鹽霧侵蝕形成原電池效應，加速了腐蝕。此后，在安裝完畢后，對隱患處進行二次防腐處理，同時加裝犧牲陽極配件，以減緩海水對儀器的腐蝕。

3.4 環境工程與環境試驗

從20世紀40～50年代，環境工程以環境試驗的形式出現，但限于用環境試驗考核和檢驗產品的環境適應能力。20世紀50～70年代中期，環境工程仍以環境試驗的形式發展，出現各種環境試驗規范，并廣泛應用，隨后試驗規范逐步趨向統一，但菜單式的環境試驗標準已經暴露出其容易造成過量環境設計、增加研制費用和延誤進度等弱點，在某種程度上反而成為正確開展環境試驗的障礙。20世紀70～80年代，提出環境標準剪裁和環境管理概念，國外一些公司開始將環境工程管理用于項目研制中。到了20世紀90年代“環境工程”這個概念才正式提出，明確了環境工程包括環境預算分析、環境分析、環境試驗、環境管理等內容，提出要將環境工程工作納入產品研制和生產過程各個階段。

上述情況說明，環境工程概念的產生和完善經歷了大約50 a時間，對環境工程任務主要內容已經比較明確。

在進一步研究環境工程內涵的同時，需定義環境工程的各種工作項目，包括日常基礎工作項目和產品研制過程中各階段的工作項目。制訂出相應的可操作性強的管理標準，把這些環境工程任務納入產品研制過程中各階段，以規范產品研制中的環境工作。另一方面應加強日常環境基礎工作，積累各種數據，以支持產品研制過程中各種環境工作的開展。

4 幾點建議

（1）環境試驗和其他工作一樣，應當遵循早期投入的方針，其重點是要加強研制階段早期的環境試驗，以便及早發現耐環境設計方面存在的問題，并及早加以解決。因此，產品一旦研制、制造出來且性能滿足基本要求以后，就應當開始進行環境試驗。

（2）環境鑒定試驗應當嚴格進行，其試驗項目應當做齊，各個試驗項目的順序安排應避免相互抑制作用和不必要的加速作用及其他不良影響，應當嚴格施加規定的環境條件，以確保通過定型的產品不存在遺留的環境設計問題，保證批量生產的質量。

[1]GJB4239《裝備環境工程通用要求》.

[2]HY016.1～15-1992《海洋儀器基本環境試驗方法》.

[3]《海洋環境工程論文集》.

[4]GB/T2423.1-2008《電工電子產品基本環境試驗規程 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