环境试验与可靠性试验的关系及其应用

环境试验与可靠性试验的关系及其应用

(中国电子科技集团公司第四十九研究所哈尔滨150001)

摘要:文章首先简述了环境试验的产生与发展,然后分析了可靠性与环境适应性的基本概念及范围,最后重点探讨了环境试验与可靠性试验的关系。

关键词:环境试验;可靠性试验;关系

一、前言

随着经济的不断发展,对产品质量的要求也越来越高,可靠性试验与环境试验作为可靠性工程和环境工程的重要组成部分,是提高其可靠性水平和环境适应性的重要手段。本文将对环境试验与可靠性试验的关系及其应用进行探讨。

二、环境试验与可靠性试验的产生与发展

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。

现代产品又引入了可靠性试验的概念,可靠性试验是为了保证产品在规定的寿命周期,在预期的使用、运输和贮存等环境下,保持功能性而进行的活动。现代产品已将环境试验和可靠性试验贯穿于整个生产及研制过程中。如下表所示:

三、可靠性与环境适应性的基本概念及范围

1、可靠性

可靠性的定义是产品在规定的条件下规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性工程研究的是产品缺陷或故障的发生和发展的规律,进而解决缺陷或故障的预防和纠正从而使之不发生或尽可能少发生。可靠性关注的是产品合格水平随着时间的保持能力,研究为什么出厂合格的产品会随着使用时间的增加而变成不合格,即为什么会发生故障。可靠性工程主要包括可靠性管理、设计与分析、试验与评价。可靠性是设计出来、制造出来和管理出来,而不是试出来、算出来的。

2、环境适应性

环境适应性是产品在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和(或)不被破坏的能力。它要求产品要在各种恶劣的极端气候、力学和生物化学等环境中不受损坏和正常发挥作用,一般认为能适应极端环境的产品也一定能适应较宽松的环境。环境工程就是要用各种手段(包括试验)寻找环境适应性方面的缺陷和逐步改进设计,使其具备耐受未来将经受的各种恶劣环境作用的固有能力。

3、环境适应性与可靠性的关系

环境适应性问题和可靠性问题都可能会导致产品出现故障,产品是否可靠和好用,可靠性和环境适应性都是其中很重要的因素。二者都与产品寿命期内所遇到的环境密切相关,环境适应性主要分析寿命周期中可能遇到的极限环境,可靠性则为产品寿命期中遇到的典型环境。环境适应性以产品是否有故障为依据,确定产品的环境适应性设计是否符合合同要求,表征产品在预计寿命期环境内的生存能力;而可靠性则是用平均故障时间或可靠度等参数定量表示可靠性的高低,是用概率和统计来描述产品的可靠性水平,因为产品是否发生故障是随机事件,具有不确定性。可靠性是在产品在其寿命期内可生存的前提下,其能正常工作的能力(概率),环境适应性是对产品在工作条件改变时可靠性的度量,如果不适应,该产品就无法投入使用,只有极端环境下产品能生存,才能有典型环境下的可靠性。因此,环境适应性是可靠性的基础和前提。

四、环境试验与可靠性试验的关系

1、环境试验与可靠性试验的联系

对于环境试验与可靠性试验的联系,简单来说他们是一个递进的关系。因为首先来说,我们所进行的环境试验是我们在进行产品测定时最基本的试验,只有那些通过了环境合格鉴定试验的产品,也就是说通过了环境验收试验的产品,才能投入可靠性增长试验。这样我们就可以很明显的看出,环境试验是可靠性试验的一个人前提和基础,而可靠性试验是环境试验的一个深化和演进。对于二者的联系,我们可以通过一幅图来很好的进行分析:

通过这幅图表,我们可以很直观清楚地看出环境试验与可靠性试验之间的联系。与此同时,环境试验与可靠性试验都采用试验室试验的方法,它们在同一个前提要求下,就是在规定的受控环境中进行一系列的相关实验,除此之外,环境试验与可靠性试验进行试验所采用的一系列先进的环境设备以及试验的方法,这二者之间都是可以相互借鉴的。通过以上分析,我们可以很明确地看出,环境试验为可靠性试验条件的制定提供了先决信息,是可靠性试验的基础和前提。而可靠性试验是环境试验发展的深化。

2、环境试验与可靠性试验的区别

对于环境试验与可靠性试验的区别,有人认为可以把二者进行替换,或者等同。但是实际上,二者之间是有一定区别的,我们不能简单地将这两个实验相等同。我们可以这样分析,虽然我们看到的是环境试验和可靠性试验,他们都是在使产品在环境应力的条件下进行,但是我们不能忽视的是环境试验与可靠性试验在试验目的、所用的环境因素数量、试验时间确定准则,等方面是具有大不相同的。

3、环境技术在产品可靠性试验中的应用

(一)、环境技术在生产制造中的应用

对于我们的企业在进行日常生产的时候,都会用到环境技术来进行一定的辅助生产制造。比如说,我们在炼钢铁的时候,我们需要进行环境试验,首先来确定钢铁在每个温度下的状态以及演变过程,这些都需要细致的环境试验的研究,所以说环境技术在生产制造中起着至关重要的作用,在一定程度上促进了生产制造的发展。

(二)、环境技术在贮存运输中的应用

随着交通运输业的发展,越来越多的产品选择进行远距离的运输,但是我们不能忽视的一点就是,任何产品都是有保质期限的,所以在这个时候,环境技术在贮存运输中的就显得十分重要了。比如说一些物品的最长运输时间是多少,这些都需要进行环境试验来进行检测。这主要用于使用阶段的环境条件通常都比较严酷的阶段,通过长期的实践研究,我们可以很清楚的认识到环境与产品可靠性紧密关联,并起着关键性的作用和影响,适当和有效地利用环境技术有利于提高产品的可靠性。

(三)、环境技术在高效ESS试验中的应用

对于环境技术在高效ESS试验中的应用,我们可以很清楚的认识到,高效ESS试验是一种可以发现可靠性缺陷的一种有效的方法。通过这个实验,我们可以很清楚的看出装机元器件潜在的固有缺陷以及工艺和过程引入的缺陷,这样就大大的减少了我们操作的麻烦。它就是运用环境试验的原理来对一些零件进行检测,这样就可以大大的提高了工作的效率和准确性。

五、结束语

总之,可靠性试验和环境试验种类多样,由于我们应根据具体产品的特点进行分析,合理利用进行过的试验信息,借鉴其他试验提供的信息,只有这样才能最大程度地发挥其功能,促进产品质量水平的提高。

参考文献

[1]李良巧.可靠性工程师手册2012北京:中国人民大学出版社.

[2]GJB4239-2001.装备环境工程通用要求[S].

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