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我国相关领域的实验室目前已可以从事环境与可靠性领域的主要试验检测项目,但在试验方法及试验技术的研究上,与国外相比仍存在一定差距。
电子、电器、汽车、船舶、飞机、核电等产品在运行中需经历自然环境和诱发环境对产品各种性能日积月累的影响,产品可能处于的不同类型的环境中,主要包括噪声、冲击波、细菌、机械冲击、振动、风、压力、雨、雪、冰雹、温度和湿度变化等。 为了保证产品在规定的寿命期间内,在预期的使用、运输和储存等环境下保持功能的可靠性,这就需要利用试验设备对产品进行验证。将产品暴露在自然或人工的环境条件下经受其作用,以评价产品在实际使用、运输和和储存等环境下的性能,并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。
环境与可靠性试验 、产品的环境试验与可靠性试验是相互联系又彼此独立的两类试验。环境试验是考核产品在极值环境条件下正常工作的能力,即环境适应性的试验;可靠性试验是按可靠性要求设计和进行的、有可靠性目标并在典型环境条件下的试验,是验证产品在规定条件下和规定时间内能否实现预定功能而进行的试验。 环境试验是可靠性试验的基础和前提,为可靠性试验提供信息和依据;而环境试验与可靠性试验所采用的试验设备和试验方法,包括试验的夹具设计原则等都可以相互借鉴。 环境试验是产品的基本试验,主要应用于产品的研制阶段;而产品可靠性试验则贯穿产品从研制到生产、出厂的整个生产周期。按照试验目的的不同,将可靠性试验的名称及应用阶段划分如下: 试验名称 应用阶段 试验目的 环境应力试验 研制阶段和生产阶段工 艺过程和产品出厂前 发现和剔除早期故障,提高产品使用可靠性或排除早期故障对其他试验的干扰 可靠性研制试验 工程研制阶段早期 发现产品设计缺陷,提高产品固有可靠性水平 可靠性增长试验 工程研制阶段中后期 发现产品设计缺陷,将产品可靠性增长到规定的目标值 可靠性鉴定试验和寿命试验 工程研制阶段结束前,定型阶段评估产品的可靠性水平和寿命,为设计定型提供决策依据 可靠性验收试验和寿命试验 批量产品出厂以前 评估产品的可靠性和寿命是否保持设计定型水平,为验收提供决策依据
环境与可靠性试验服务行业:环境与可靠性试验最初源于军用电子、航天系统等,是为提高军用电子设备及航天器等的高可靠性要求而发展起来的综合性测试手段;随着现代工业发展和市场竞争的日趋激烈,民用领域对产品性能和质量安全的要求不断提高,使得产品环境与可靠性试验对于提高产品性能稳定性、质量及安全性,以及提升品牌竞争能力的重要程度不断提升,因此环境与可靠性试验目前广泛应用于汽车、电子电器、轨道交通、建筑桥梁等领域。
目前国外在环境与可靠性试验方面,除大量使用电动振动试验系统外,已广泛使用三轴同振振动试验系统(电动台或液压台)、三轴六自由度多台激励系统(电动台或液压台)、单轴多台并激系统(电动台或液压台)。在欧美发达国家的军事工业产品及高技术产品研发过程中,试验技术、试验方法是其绝密资料之一。 资料显示,自上世纪九十年代初,美国在航天飞机的研发过程中便已应用了多轴多激励的振动试验技术。目前国外在航空航天和汽车制造等行业,还广泛运用振动带扭转、离心机带振动台复合运动试验设备;在研究建筑、桥梁、特殊行业设备抗震方面使用大型液压振动台(大位移、大负载、三轴六自由度系统)等。 我国相关领域的实验室目前已可以从事环境与可靠性领域的主要试验检测项目,但在试验方法及试验技术的研究上,与国外相比仍存在一定差距。比如,为避免装备在结构最低共振频率上过试验或欠试验,国外通行的试验方法需在振动台、夹具、试件中间安装动态力传感器以将振动台的运动由力传感器反馈控制,以再现外场实测的界面力,而目前国内振动试验中较少采用此试验方法。
我国环境与可靠性试验服务行业对于试验方法及试验技术的持续研究和改进,对于提升我国工业产品的环境适应性与性能可靠性水平至关重要。 行业与上下游的关系 环境与可靠性试验服务行业与上下游的关系如下图所示: 环境与可靠性试验服务行业的上游行业主要为试验设备供应商以及试验耗材供应商,下游行业较为广泛,主要分为三类:国家基础设施领域的航空航天、轨道交通、桥梁建筑等行业;汽车、电子、电器、船舶等工业行业;高校及科研院所。上游试验设备供应商的生产制造水平对于本行业试验技术水平具有重大影响。公司环境与可靠性试验业务是基于公司自身实力雄厚的试验设备制造业务而向应用服务的延伸,因此与同行业实验室相比具有显著的竞争优势。
近年来,随着我国国民经济的持续增长、社会整体研发投入的不断增加以及市场对产品质量及可靠性的要求不断提高,我国环境与可靠性试验市场容量持续快速增长。而与此同时,受限于资金、技术、人才等因素,我国环境与可靠性专业实验室的服务规模和能力无法充分满足日益增长的试验市场需求。
随着电子电器、轨道交通、航空航天等行业的快速发展,我国环境可靠性试验服务市场容量近年来保持着较快增速,在2018年达到约239亿元。2013 -2018年近五年复合增速约15%。环境与可靠性试验广泛应用于产品开发周期的各个环节以及国民经济各支柱性产业,其需求分布情况如下图: 总体来说,环境与可靠性试验服务的需求与国家和企业的整体研发经费投入水平高度相关。根据国家统计局数据显示,2019年,全国研发经费支出总金额为22,143.60亿元,占当年国内生产总值的2.18%,我国全社会研发经费投入的显著增加促进了我国环境与可靠性试验设备及服务需求的高速增长。同时,下游行业的蓬勃发展将持续拉动环境与可靠性试验设备及服务需求的增长。 航空航天行业的快速发展,使其成为我国环境试验设备及服务需求的主要市场之一。 近年来,随着北斗导航工程、大飞机项目、载人航天工程、空间站工程、探月工程、 火星探测等陆续实施和不断推进,我国航空航天产业进入了跨越式发展阶段,并持续带动航空航天领域的研发投入和产品环境与可靠性试验设备及服务需求的 增长。 电子信息方面,近年来我国电子信息产品产值保持快速增长,产业结构持续优化,制造工艺不断升级,成为世界电子产品制造业******大国。伴随着科学技术的进步和市场需求的发展,电子产品日益向多功能、小型化、高可靠性方向发展,功能的复杂化使设备应用的元器件、零部件越来越多,每个元器件的失效都可能使设备或系统发生故障,因此对可靠性要求也越来越高。
在电子产品的设计、研发、生产过程中,环境与可靠性试验扮演着越 来越重要的角色。 汽车方面,无论是新车型的开发,还是现有产品性能可靠性的提升,都需要对汽车上几乎每个零部件进行环境试验,以确保整车及零部件在不同的力学环境、气候环境和综合环境条件下,能够正常运行并提供安全保障。随着我国汽车产品及生产制造技术的更新换代、汽车企业向产业链上游核心部件研发和生产领域延伸,以及新能源汽车等相关产业的迅速发展,我国汽车企业的研发投入将保持高速增长,这将为环境与可靠性试验服务提供广阔的市场。 交通轨道方面,现阶段,我国已成为全球轨道交通建设投资金额******的国家,由于轨道交通设备安全性与可靠性要求高,因此针对相关机电设备进行的可靠性测试也必不可少。例如,为了提高轨道交通的安全性,在每次车辆和轨道的开发过程中,都需要进行碰撞试验来验证。轨道交通投资的持续增长以及我国轨道交通装备技术水平的逐年提高都将给环境与可靠性试验服务行业提供持续性的扩张动能。 船舶工业方面,我国船舶领域的主要环境试验标准包括GJB4《舰船电子设备环境试验》、 GJB4058-2000《舰船设备噪声、振动测量方法》等。过去几年,我国船舶工业发展迅速,产业规模不断扩大,未来,我国船舶工业的发展重点是推动技术进步和创新,进一步大力发展高技术船舶、高附加值船舶、智能船舶等重点工程领域我国船舶工业的持续发展 和产业升级将继续推动环境与可靠性试验设备及服务需求的增长。
环境与可靠性试验广泛应用于航空航天、轨道交通、电子电器、汽车等行业, 且试验的技术水平及准确性对产品性能的安全性及可靠性影响重大,因此,随着近年来下游行业的飞速发展,我国建立起了多层次的环境与可靠性试验专业实验室: ******方实验室 组织内实验室,检测和校准自己生产的产品 我国汽车、电子、航天等行业或系统内的大型领先企业自建的用于产品研发或质量检测等目的的环境与可靠性实验室 第二方实验室 组织内实验室,检 测和校准供方生产的产品 我国航天、汽车等行业或系统内的大型集团企业自建的环境与可靠性实验室,主要为特定领域的国家重点工程配套设备或向集团内企业自行采购的供应商产品提供环境与可靠性试验检测服务 第三方实验室 独立于供求双方, 为社会提供检测和校准服务的专业实验室 专业为社会提供环境与可靠性试验服务的市场化实验室,这些实验室以独立公正的试验数据、长期积累的市场声誉作为基础,面向社会公众提供从产品研制到产品生产各环节的环境与可靠性试验服务 由于三类实验室的服务目标及对象有所不同,以及随着我国环境与可靠性试验需求近年来的高速增长,现有的各类实验室之间未存在特别明显的竞争。其中,第三方实验室具有立场独立、服务领域广泛的特点,其市场化程度较高,市场份额的集中度较低,试验业务的获取以及试验收费的结算主要按照一般市场化原则进行。
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