摘要：從試驗條件、試驗對象、試驗用途、應用階段、采用的儀器和設備等方面比較了自然環(huán)境試驗、實驗室環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗這三大試驗方法的特點和用途；硏究了三大試驗方法之間的關系及應用時機。建議在裝備壽命期的不同階段，綜合應用不同的試驗方法，以提高裝備硏制的效費比。

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，新技術、新材料新工藝不斷涌現(xiàn)并不斷采用，加之產(chǎn)品的研發(fā)周期縮短，市場競爭加劇，性能功能要求更高，經(jīng)濟全球一體化勢頭更加迅猛，產(chǎn)品將可能在全球使用，面臨更加嚴酷的服役環(huán)境，在貯存、運輸和使用過程中將遇到從熱帶到寒帶、從林地到沙漠、從陸地到海洋的各種環(huán)境，用戶和生產(chǎn)者雙方都關心產(chǎn)品在這些環(huán)境下能否可靠、安全地工作和使用，將產(chǎn)品暴露在自然環(huán)境或人工模擬環(huán)境中，從而對它們實際上會遇到的貯存、運輸和使用條件下的環(huán)境適應性作出評價，這就是環(huán)境試驗，是確保產(chǎn)品具有良好環(huán)境適應性的一種非常有效的途徑和手段。

耐氣候老化環(huán)境試驗箱

1、環(huán)境試驗方法的種類和用途

按照MIL-STD-810G《環(huán)境工程考慮和實驗室試驗方法》和GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》中的規(guī)定，環(huán)境試驗可分為三大類，即自然環(huán)境試驗、實驗室環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗。環(huán)境試驗是考核產(chǎn)品對環(huán)境適應性要求符合性和評價產(chǎn)品環(huán)境適應性的手段，也是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)境適應性設計缺陷，為改進設計提供信息的工具和獲取產(chǎn)品各種信息，以更好使用產(chǎn)品的有力工具。通過“設計一試制一試驗一改進試驗”的不斷循環(huán)、不斷改進和完善裝備(產(chǎn)品)的環(huán)境適應性，因此它是一項使產(chǎn)品增值的試驗。

1.1 自然環(huán)境試驗

自然環(huán)境試驗是將裝備(產(chǎn)品)長期暴露于某種自然環(huán)境中，以確定自然環(huán)境對其影響的試驗，主要包括大氣自然環(huán)境試驗、(海)水環(huán)境實驗、土壤環(huán)境試驗等自然環(huán)境的典型性或嚴酷性是開展自然環(huán)境試驗的前提和基礎。各國都建有能覆蓋主要自然環(huán)境的試驗站(場)。我國由國家科技組織論證建立了國家材料環(huán)境腐蝕野外觀測站網(wǎng)6，由15個大氣站(北京、武漢、青島、廣州、瓊海、敦煌、拉薩、漠河、江津、萬寧、沈陽、庫爾勒、西雙版納、西沙)、7個水站(青島、舟山、廈門、三亞、鄭州、武漢、格爾木)和8個土壤站(大慶、鷹潭、成都、拉薩、沈陽、庫爾勒、格爾木、大港)共30個站組成(如圖1)，基本覆蓋了我國的典型大氣、水和土壤環(huán)境，并開展常用材料的環(huán)境行為及規(guī)律研究，為我國重大工程和國民經(jīng)濟建設發(fā)揮了重要作用。

圖1  中國材料環(huán)境腐蝕試驗站網(wǎng)

美國阿特拉斯氣候服務集團在全球建有24個試驗站，見表1，為全世界的材料、汽車、建筑、冶金、化工、國防科技工業(yè)等領域的企業(yè)提供服務，成為全球自然環(huán)境試驗的領導者。

試驗條件：自然的綜合環(huán)境，能揭示環(huán)境與試驗對象的長期累積作用機理和失效模式，最真實可信。長期的、系統(tǒng)的自然環(huán)境試驗數(shù)據(jù)成為裝備(產(chǎn)品)環(huán)境適應性設計與預計的基礎，也是全面驗證裝備(產(chǎn)品)環(huán)境適應性的重要手段。從完全利用自然環(huán)境條件，向強化部分自然環(huán)境因素并施加其他應力發(fā)展。

試驗對象：既可以是材料、工藝、結構，也可以是部(組)件、系統(tǒng)和整機。

試驗用途：掌握材料、工藝、元器件、零部件等的自然環(huán)境適應性及性能演變規(guī)律、失效機理，評價和篩選產(chǎn)品的環(huán)境適應性，建立優(yōu)選目錄，為裝備(產(chǎn)品)設計進行環(huán)境適應性預計，驗證裝備(產(chǎn)品)的自然環(huán)境適應性并對其服役壽命作出評估。

應用階段：裝備(產(chǎn)品)論證階段、研制階段、定型階段、使用階段。

試驗設施和儀器：試驗場、棚、庫模擬裝備服役的外部環(huán)境；用于支撐試樣的不同角度的試驗架，各種功能的玻璃框、黑箱，各種跟蹤太陽及反射聚能試驗機、噴淋裝置、工況耦合裝置，氣候因素和腐蝕介質(zhì)觀測與分析設備以及對試驗性能進行測量和記錄的設備等。

1.2 實驗室環(huán)境試驗

實驗室環(huán)境試驗是指在實驗室內(nèi)按規(guī)定的環(huán)境條件和負載條件進行的試驗。按目的可分為環(huán)境適應性硏制、環(huán)境響應特性調(diào)查、環(huán)境鑒定和驗收試驗等。

環(huán)境條件：試驗條件可以根據(jù)試驗目的選擇模擬或加速。例如產(chǎn)品環(huán)境適應性研制試驗可以選擇量值或嚴酷度高于產(chǎn)品生命周期所遇到的環(huán)境條件；批生產(chǎn)驗收檢驗一般選擇低于規(guī)范或合同所規(guī)定的環(huán)境條件；而設計和工藝鑒定試驗選擇與規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件基本相同。

試驗對象：實驗室環(huán)境試驗的對象既可以是由材料和工藝等制成的初級制品，也可以是元器件、組(部)件、設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)乃至整機。對于組(部)件、設備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)，則有一套環(huán)境試驗標準，如GJB150A《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》。對于大型系統(tǒng)和整機來說，目前尚沒有通用標準，一般要編制環(huán)境試驗大綱，并通過專家評審。

試驗用途：實驗室環(huán)境試驗用于發(fā)現(xiàn)設計、工藝缺陷和溥弱環(huán)節(jié)，獲取產(chǎn)品對溫度、濕度、太陽輻射、振動等各種環(huán)境應力的響應特性，找出其耐環(huán)境應力的工作極限，驗證環(huán)境適應性是否滿足合同或規(guī)定要求，為產(chǎn)品定型轉入批生產(chǎn)提供決策依據(jù)，檢驗控制批生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，為產(chǎn)品驗收提供依據(jù)。

應用階段：主要用于研制、生產(chǎn)、定型階段。

試驗設備(設施)：既可以是針對單一環(huán)境因素、單一試驗對象的簡單試驗箱，如溫度箱、低氣壓箱、鹽霧箱等，也可以是產(chǎn)生或控制多種環(huán)境因素、滿足從元器件、組(部)件、設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)乃至整機大型實驗室。如美國的麥金利實驗室，可以控制溫度、雪、風等環(huán)境因素，能夠對整架飛機進行試驗。實驗室環(huán)境試驗具有環(huán)境條件和過程可以控制、可重現(xiàn)、試驗時間相對較短等優(yōu)點，便于尋找故障原因和改進設計，實驗方法和程序一般經(jīng)過驗證和完善，并引入了剪裁技術，能夠滿足絕大多數(shù)的工程需求，被廣泛應用。但是值得注意的是，通過實驗室環(huán)境試驗并不表明在實際使用中不會出環(huán)境適應性問題，在工程決策時應該謹慎小心。

1.3 使用環(huán)境試驗

使用環(huán)境試驗是指在規(guī)定的實際使用環(huán)境條件和服役條件下考核(評定)裝備(產(chǎn)品)環(huán)境適應性水平的試驗。

環(huán)境條件：實際使用中將遇到的環(huán)境條件及負載、維護和操作條件，包括地理(地形)、氣候或海洋(水)條件和裝備工作時產(chǎn)生的誘發(fā)環(huán)境條件后者的嚴酷程度完全取決于工作剖面的設計，在美國，裝備一般要經(jīng)過熱帶、寒帶和沙漠環(huán)境試驗，方能定型和批產(chǎn)。

試驗對象：裝備或產(chǎn)品本身或具有獨立功能的分系統(tǒng)。

主要用途：主要用于評價整個裝備及其設備的環(huán)境適應性，發(fā)現(xiàn)問題和改進設計，同時通過實測平臺環(huán)境及誘發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)，為后續(xù)裝備的環(huán)境適應性設計提供輸入。

應用階段：主要應用于定型和使用階段。

試驗設備(設施)：主要是測量裝備各部位環(huán)境因素量值、性能、功能的儀器和設備。使用環(huán)境試驗選擇的試驗環(huán)境要具有代表性，并要設計合理的工作剖面，方能保證試驗系統(tǒng)全面，暴露問題最充分，是裝備投入使用前的關鍵一環(huán)。

2、環(huán)境試驗方法之間的關系及應用時機

自然環(huán)境試驗是實驗室環(huán)境試驗的基礎，實驗室環(huán)境試驗是在自然環(huán)境試驗的基礎上總結提煉，使用環(huán)境試驗是對裝備〔產(chǎn)品)在綜合的環(huán)境下進行的最全面檢驗。三種環(huán)境試驗方法均有自己獨特的優(yōu)點和不足，在實際工作中可以根據(jù)需要，在不同的時機選用不同的試驗方法，見表2，目的是確保裝備(產(chǎn)品)的環(huán)境適應性得到有效保證。自然環(huán)境試驗更基礎。在論證階段可以利用歷史自然環(huán)境條件數(shù)據(jù)進行環(huán)境分析；在研制階段可以利用已經(jīng)掌握的環(huán)境效應數(shù)據(jù)進行環(huán)境適應性設計和預計，并對新的材料、結構、工藝以及新的元器件提前開展自然環(huán)境試驗；在定型階段可以利用自然環(huán)境試驗的數(shù)據(jù)支撐環(huán)境適應性和服役壽命的預估；在使用階段開展環(huán)境試驗，可以驗證裝備(產(chǎn)品)的環(huán)境適應性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，積累典型產(chǎn)品在特定環(huán)境下的故障模式，為后續(xù)裝備的改進提供依據(jù)。實驗室環(huán)境試驗使用更加靈活。

由于試驗環(huán)境條件可以精確控制，并可以重現(xiàn)，試驗對象可以是材料、工藝、元器件，也可是分系統(tǒng)、系統(tǒng)、整機；既可以用于模擬，也可以用于激發(fā)故障；既可以用于研制階段的考核驗證，也可以環(huán)境因素響應特性調(diào)查；既可以用于鑒定試驗，也可以用于批產(chǎn)的檢驗驗收。裝備使用環(huán)境試驗的試驗環(huán)境具有典型性或嚴酷性，是對分析統(tǒng)、系統(tǒng)、整機進行的環(huán)境適應性和功能特性的全面檢驗。為了確保裝備(產(chǎn)品)好用、管用、耐用、適用，一般在正品樣機完成后需要開展使用環(huán)境試驗。試驗時不僅要考核裝備(產(chǎn)品)的環(huán)境適應性，還要對其功能特性、戰(zhàn)技指標進行測試無論從投入的人力、試驗的裝備(產(chǎn)品)以及測試手段都要求較高，費用也較大。裝備(產(chǎn)品)列裝后需要在更多的環(huán)境下進行使用環(huán)境試驗，對其進行持續(xù)的跟蹤觀測，是國外的通行做法，也是裝備持續(xù)改進有效途徑。