張德平

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 廣東 廣州 510610）

0 引言

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)， 完成規(guī)定功能的能力。 環(huán)境可靠性試驗(yàn)是將產(chǎn)品暴露在自然或人工環(huán)境條件下經(jīng)受其作用，以評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際使用、 運(yùn)輸和貯存的環(huán)境條件下的性能， 并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機(jī)理。 其中， 人工環(huán)境可靠性試驗(yàn)通常包括：高溫、 低溫、 溫度變化、 低氣壓、 太陽(yáng)輻射、 濕熱、 霉菌、 鹽霧、 酸性大氣、 流體污染、 流動(dòng)混合氣體腐蝕、 二氧化硫試驗(yàn)、 水試驗(yàn)、 砂塵試驗(yàn)、爆炸性大氣試驗(yàn)、 風(fēng)壓試驗(yàn)、 振動(dòng)和沖擊， 以及跌落等。

環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室的評(píng)審過(guò)程中， 由于相關(guān)人員對(duì)中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS） 的準(zhǔn)則、 規(guī)則或者相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解不夠準(zhǔn)確， 經(jīng)常導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室評(píng)審過(guò)程中出現(xiàn)不該有的不符合項(xiàng)。為了幫助實(shí)驗(yàn)室查找和避免類似不符合項(xiàng)， 提高其技術(shù)能力和技術(shù)水平， 提升證書報(bào)告的公信力，以下結(jié)合主要的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2423 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》 （等同IEC 60068） 和GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》 （以MIL-STD-810 為技術(shù)藍(lán)本） 要求， 對(duì)評(píng)審過(guò)程中常見(jiàn)和典型問(wèn)題進(jìn)行解析。

1 設(shè)施和環(huán)境條件

1.1 外部環(huán)境條件

按照GJB 150 標(biāo)準(zhǔn)的要求， 試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)為溫度為15～35 ℃， 相對(duì)濕度為20%RH～80%RH， 試驗(yàn)箱內(nèi)濕度用水推薦使用電阻率為1 500～2 500 Ω·m。GB/T 2423 中要求的測(cè)量和試驗(yàn)用環(huán)境條件為溫度為15～35 ℃， 相對(duì)濕度為25%RH～75%RH， 大氣壓力為86～106kPa， 濕度用水的電阻率不小于500 Ω·m。

通過(guò)以上要求可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境可靠性試驗(yàn)對(duì)環(huán)境條件的要求不高， 評(píng)審中出現(xiàn)問(wèn)題的情形不太多。 但部分評(píng)審員可能會(huì)有較高的要求， 在以往評(píng)審中曾出現(xiàn)過(guò)以下問(wèn)題： 某項(xiàng)按GJB 150 進(jìn)行的高低溫試驗(yàn)中， 所用純凈水的電阻率超過(guò)了2 500 Ω·m， 但未給出條件偏離的說(shuō)明。 如果電阻率偏小， 可能是因?yàn)樗募兌炔粔颍?會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果、 試驗(yàn)箱的壽命造成一定的影響， 但電阻率高幾乎不會(huì)有負(fù)面影響， 只是可能會(huì)增加試驗(yàn)成本。但不建議實(shí)驗(yàn)室過(guò)分追求使用高純水， 原則上符合標(biāo)準(zhǔn)要求即可， 如果確實(shí)超出上述范圍， 建議給出必要的說(shuō)明， 以證實(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果不會(huì)造成負(fù)面影響。

另外， 高溫試驗(yàn)或腐蝕性試驗(yàn)， 會(huì)產(chǎn)生一定量的有毒有害氣體， 需要及時(shí)地排除。 在評(píng)審中出現(xiàn)過(guò)高溫試驗(yàn)室安裝的通風(fēng)設(shè)施的排風(fēng)量不能滿足需求， 以及工業(yè)分析室未安裝通風(fēng)設(shè)施， 從而導(dǎo)致試驗(yàn)中產(chǎn)生的有害廢氣無(wú)法及時(shí)排出的情況。 此外， 還出現(xiàn)過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的“鹽霧” “耐工業(yè)溶劑” 檢測(cè)場(chǎng)所缺少排風(fēng)設(shè)施， 照明亮度不夠等問(wèn)題。 這些問(wèn)題會(huì)給實(shí)驗(yàn)室評(píng)審造成不必要的麻煩， 影響評(píng)審進(jìn)程。

1.2 試驗(yàn)條件容差和溫度穩(wěn)定性

相對(duì)于較為寬松的外部環(huán)境條件， 試驗(yàn)箱內(nèi)的條件容差（允差）、 溫度穩(wěn)定性等要求較為苛刻， 評(píng)審中出現(xiàn)問(wèn)題的情況也比較多[1]。

a） 溫度

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均要求要考慮樣品周圍空氣的邊界效應(yīng)， 并應(yīng)保持樣品周圍溫度的均勻性， 樣品處于工作狀態(tài)時(shí)箱內(nèi)溫度均不應(yīng)超過(guò)規(guī)定溫度的±2 ℃。樣品不工作時(shí)其周圍的溫度梯度不應(yīng)超過(guò)1 ℃/m，且總溫差不應(yīng)超過(guò)2.2 ℃。

b） 壓力

不得超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的±5%， 或±200 Pa，兩者中取較大者。

c） 相對(duì)濕度

不得超過(guò)規(guī)定值的±5%。

d） 振動(dòng)幅度

正弦為規(guī)定值的±10%以內(nèi)， 隨機(jī)振動(dòng)按標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定執(zhí)行。

e） 振動(dòng)頻率

不得超過(guò)規(guī)定值的±2%， 低于25 Hz 時(shí)，為±0.5 Hz。

f） 加速度

誤差不得超過(guò)規(guī)定值的±10%。

考慮樣品散熱與否， GJB 150 和GB/T 2423 分別給出了較為嚴(yán)格的溫度穩(wěn)定要求。

在實(shí)驗(yàn)室評(píng)審中， 試驗(yàn)條件容差和溫度穩(wěn)定性方面比較容易出現(xiàn)問(wèn)題， 典型的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面。

a） 試驗(yàn)箱因本身質(zhì)量或其他問(wèn)題， 特別是使用一段時(shí)間后， 在高溫（如100 ℃以上） 或低溫（-20 ℃以下） 工作時(shí)， 箱內(nèi)溫度不均勻， 超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫差， 影響試驗(yàn)效果。

b） 因試驗(yàn)樣品需要處于工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量， 低溫條件下溫度梯度不滿足要求。

c） 振動(dòng)臺(tái)安裝水平度不符合要求， 影響試驗(yàn)效果。

d） 試驗(yàn)箱安裝處地面/樓面承重不能滿足要求， 帶來(lái)較大的安全隱患。

比如普通的高溫試驗(yàn)箱， 其要求的地面/樓面承重通常應(yīng)≥300 kg/m2， 高低溫濕熱試驗(yàn)箱更是要求≥500 kg/m2。 根據(jù)GB 50009-2012 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 的規(guī)定， 實(shí)驗(yàn)室和辦公樓的承重標(biāo)準(zhǔn)值為2.0 kN/m2（即通常所謂的200 kg/m2）。 如果實(shí)驗(yàn)室本身在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有與設(shè)計(jì)師進(jìn)行充分的溝通， 明確相應(yīng)區(qū)域的用途， 設(shè)計(jì)師未必會(huì)主動(dòng)提升標(biāo)準(zhǔn)（必竟提升標(biāo)準(zhǔn)需要增加成本）。 在評(píng)審過(guò)程中， 有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)審員會(huì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)， 一旦認(rèn)定存在問(wèn)題， 整改難度將會(huì)非常大。 并且在實(shí)際的運(yùn)作過(guò)程中也是一個(gè)重大的隱患， 希望無(wú)論是新建實(shí)驗(yàn)室還是既有實(shí)驗(yàn)室的改造時(shí)， 都要對(duì)此給予足夠的重視。

至于振動(dòng)試驗(yàn)、 離心試驗(yàn)等， 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室會(huì)更為關(guān)注， 通常反而較少出現(xiàn)問(wèn)題。

2 計(jì)量溯源性

2.1 未能按使用要求的能力范圍進(jìn)行校準(zhǔn)

2.1.1 未能覆蓋使用要求的上下限或不能體現(xiàn)常用范圍、 標(biāo)準(zhǔn)范圍

未能覆蓋使用要求的上下限或不能體現(xiàn)常用范圍、 標(biāo)準(zhǔn)范圍是最常見(jiàn)的問(wèn)題。 根據(jù)試驗(yàn)條件的不同要求， 試驗(yàn)箱低溫極限點(diǎn)可能達(dá)到-70 ℃，真空度甚至達(dá)10-7Pa。 評(píng)審中發(fā)現(xiàn)， 校準(zhǔn)未能覆蓋試驗(yàn)箱的極限使用要求， 或者采用外延推算方式， 給試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來(lái)極大的不確定性?；蛘咴囼?yàn)箱的校準(zhǔn)證書僅包括部分參數(shù)， 如僅有80、 120 ℃和相對(duì)濕度90%， 未包括對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度23 ℃和相對(duì)濕度50%等情況。

2.1.2 校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)

校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)也屬于經(jīng)常出現(xiàn)的不符合項(xiàng)，國(guó)家相應(yīng)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)部分試驗(yàn)箱校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)試點(diǎn)的位置和測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量都有明確的規(guī)定。 例如：根據(jù)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1101-2018 《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、 濕度校準(zhǔn)規(guī)范》 的要求， 一般選取環(huán)境試驗(yàn)箱的上、 中、 下3 個(gè)校準(zhǔn)面進(jìn)行均勻性校驗(yàn)。 以≤2 m3的環(huán)境溫度箱為例， 在環(huán)境試驗(yàn)箱空載或負(fù)載條件下， 在圖1 所示的空間平面內(nèi)均勻分布9 個(gè)溫度測(cè)試點(diǎn)， 記錄在規(guī)定時(shí)間內(nèi)各點(diǎn)溫度和箱體中心點(diǎn)的溫度， 使箱體內(nèi)的溫度偏差、溫度均勻度和溫度波動(dòng)度在規(guī)定的范圍內(nèi)。 但在評(píng)審中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)校準(zhǔn)點(diǎn)位設(shè)置偏少， 或者位置不規(guī)范、 描述不清晰和不具有可追溯性等問(wèn)題。

圖1 ≤2 m3 的環(huán)境溫度箱校準(zhǔn)測(cè)試布置點(diǎn)位圖

2.1.3 對(duì)特殊試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)不規(guī)范

對(duì)于特殊試驗(yàn)箱的校準(zhǔn)不規(guī)范現(xiàn)象越來(lái)越多，對(duì)于有特殊要求的試驗(yàn)箱， 或者體積超大的， 國(guó)家未必制定統(tǒng)一可行的計(jì)量技術(shù)規(guī)范。 對(duì)于這種情況， 需要實(shí)驗(yàn)室根據(jù)使用要求與校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行溝通， 協(xié)商采用合適的校準(zhǔn)方法， 明確校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)周期， 制定校準(zhǔn)規(guī)范， 確保結(jié)果有效。 評(píng)審中發(fā)現(xiàn)， 實(shí)驗(yàn)室對(duì)此類情況的管理普遍存在較大的不足， 對(duì)校準(zhǔn)參數(shù)、 校準(zhǔn)周期等不清楚， 只是委托外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了校準(zhǔn)。 對(duì)于校準(zhǔn)是否達(dá)到了預(yù)期目的， 無(wú)法給評(píng)審人員一個(gè)合理的解釋， 更不用說(shuō)向委托方展示結(jié)果的有效性， 對(duì)于評(píng)審員開(kāi)出的書面不符合項(xiàng)， 短期內(nèi)可能又難以整改[2]。

總結(jié)來(lái)看， 相對(duì)普通的試驗(yàn)儀器、 設(shè)備， 環(huán)境試驗(yàn)箱屬于多參數(shù)綜合性裝置， 校準(zhǔn)過(guò)程中需要細(xì)致地分析哪些參數(shù)是必須關(guān)注的， 哪些參數(shù)對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果會(huì)造成較大的影響， 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)結(jié)合使用要求， 與校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分的溝通， 提出校準(zhǔn)要求， 選擇/制定適宜的校準(zhǔn)規(guī)范， 確保測(cè)量結(jié)果能夠溯源到國(guó)際單位制。 例如： 評(píng)審中發(fā)現(xiàn)不能提供電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)傳感器的校準(zhǔn)證書， 不能提供用于高速、 耐久性能試驗(yàn)環(huán)境溫度測(cè)量溫度顯示器的校準(zhǔn)證據(jù)， 未對(duì)老化試驗(yàn)箱的空氣換氣量（8～20 次/h） 等非常規(guī)項(xiàng)目進(jìn)行校準(zhǔn)， 導(dǎo)致被評(píng)審員開(kāi)出不符合報(bào)告。

2.2 未進(jìn)行期間核查工作或核查項(xiàng)目不符合要求，不清楚儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

環(huán)境可靠性試驗(yàn)箱屬于使用頻率高、 需要無(wú)故障運(yùn)行周期長(zhǎng)（連續(xù)運(yùn)行超過(guò)2 000 h 不算少見(jiàn)） 的試驗(yàn)裝置， 只進(jìn)行一年一次或兩年一次的校準(zhǔn)， 并不能保證其持續(xù)可信度。 評(píng)審人員對(duì)于試驗(yàn)箱期間核查的疑問(wèn)， 需要實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員給出足夠的證據(jù)， 以證明對(duì)新購(gòu)買的、 運(yùn)行中存在可疑現(xiàn)象的、 校準(zhǔn)周期較長(zhǎng)、 維修后或重要試驗(yàn)前， 均進(jìn)行了必要的期間核查[3]。

2.3 未能按要求參加外部組織的能力比對(duì)， 檢測(cè)結(jié)果的有效性缺乏公信力

環(huán)境可靠性試驗(yàn)的對(duì)象是產(chǎn)品， 是模擬實(shí)際環(huán)境可能產(chǎn)生對(duì)產(chǎn)品影響的條件。 因此它不可能也不能通過(guò)中間樣品來(lái)進(jìn)行能力驗(yàn)證， 而應(yīng)通過(guò)設(shè)備本身模擬各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)變化和變化符合樣品試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的能力， 以作為環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證的方法， 這種能力是設(shè)備復(fù)現(xiàn)和控制環(huán)境條件的能力， 是考察其能否滿足產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法所提出的試驗(yàn)需要的環(huán)境能力。

在評(píng)審過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)室在能夠獲得參加外部能力驗(yàn)證機(jī)會(huì)的情況下， 未按要求參加能力驗(yàn)證， 或者即使參加了， 但能力驗(yàn)證的項(xiàng)目與實(shí)際的試驗(yàn)?zāi)芰Σ幌嗥ヅ洌?不能證實(shí)其環(huán)境試驗(yàn)箱具備滿足產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法所提出的試驗(yàn)需要的環(huán)境能力。

2.4 未對(duì)試驗(yàn)設(shè)備自帶的測(cè)量軟件、 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證， 無(wú)法確認(rèn)測(cè)試結(jié)果是否準(zhǔn)確

隨著技術(shù)的進(jìn)步， 為了減少人工記錄數(shù)據(jù)的誤差， 降低人員工作強(qiáng)度， 提高效率， 部分新的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備開(kāi)始采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)， 或自帶測(cè)量軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理。 對(duì)于這部分軟件、系統(tǒng)， 在正式投入使用前， 應(yīng)通過(guò)與其他儀器設(shè)備比對(duì)、 人工測(cè)量等方式進(jìn)行驗(yàn)證， 確認(rèn)其結(jié)果準(zhǔn)確、 有效。

3 實(shí)驗(yàn)樣品的處置

環(huán)境可靠性試驗(yàn)是對(duì)樣品在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)， 試驗(yàn)樣品同樣會(huì)在一定的程度上改變環(huán)境條件[4]。 因此， 如果樣品處置不當(dāng)，就會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)果。 特別是最常用的溫度試驗(yàn)， 無(wú)論是高溫、 低溫還是溫度循環(huán)試驗(yàn)， 試驗(yàn)條件都比較容易受到樣品的影響[5]。 評(píng)審員在評(píng)審過(guò)程中， 針對(duì)樣品處置方面會(huì)比較關(guān)注， 例如：針對(duì)散熱樣品和普通樣品在試驗(yàn)箱中的擺放要求如果規(guī)定不明確， 樣品大小與試驗(yàn)箱容積、 樣品之間、 樣品與箱壁之間的間隔規(guī)定不合理， 或者不同樣品（如包裝和電工電子產(chǎn)品） 進(jìn)行相同試驗(yàn)（如振動(dòng)） 時(shí)未按標(biāo)準(zhǔn)要求體現(xiàn)樣品和傳感器的不同安裝方式， 相關(guān)記錄不完整， 無(wú)法證明試驗(yàn)過(guò)程能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求等， 都可能會(huì)形成相應(yīng)的不符合。

4 結(jié)果報(bào)告

4.1 報(bào)告信息不清晰、 結(jié)論不準(zhǔn)確， 直接影響試驗(yàn)室的公信力

環(huán)境可靠性試驗(yàn)出具的檢測(cè)報(bào)告， 具有一定的特殊性[6]。 環(huán)境可靠性試驗(yàn)更多的只是提供了試驗(yàn)條件， 具體性能參數(shù)的檢測(cè)還需要依托其他儀器、 設(shè)備。 結(jié)果報(bào)告中缺少其中任一環(huán)節(jié)的清晰描述， 都會(huì)形成不符合項(xiàng)。 如實(shí)驗(yàn)室未對(duì)用于樣品調(diào)溫調(diào)濕的環(huán)境箱進(jìn)行溫濕度的定期核查，會(huì)讓評(píng)審員對(duì)試驗(yàn)結(jié)果表示懷疑。 這就需要試驗(yàn)人員準(zhǔn)確地把握所用的環(huán)境試驗(yàn)儀器、 設(shè)備的狀態(tài)。 對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程涉及的所有信息完整、 準(zhǔn)確表述， 特別是綜合應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)不同應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不同應(yīng)力組合下樣品性能測(cè)試結(jié)果的信息均要完整記錄， 最終方可形成正式報(bào)告。

4.2 報(bào)告中關(guān)于測(cè)量不確定度的表述存在明顯缺陷的問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生

比較典型的問(wèn)題體現(xiàn)在不確定度評(píng)估報(bào)告中缺少對(duì)某些不確定度的評(píng)定， 例如： 溫升測(cè)試方法不確定度評(píng)定報(bào)告中缺少電源和環(huán)境溫度等關(guān)鍵不確定度分量； 關(guān)于高低溫試驗(yàn)的測(cè)量不確定度評(píng)定中存在重復(fù)性分量和試驗(yàn)箱溫度波動(dòng)度分量重復(fù)評(píng)定的錯(cuò)誤； 類似恒溫恒濕箱不確定度的評(píng)定中錯(cuò)誤地直接使用校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)對(duì)該箱校準(zhǔn)時(shí)的測(cè)量不確定度等。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2423 和GJB 150， 從設(shè)施和環(huán)境條件、 計(jì)量溯源性、 實(shí)驗(yàn)樣品的處置和結(jié)果報(bào)告4 個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)室評(píng)審過(guò)程中常見(jiàn)和典型問(wèn)題問(wèn)題進(jìn)行了疏理， 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室避免類似問(wèn)題， 提升其技術(shù)能力和技術(shù)水平具有一定的指導(dǎo)意義。