0引言

耐久性(durability)概念的提出，起初是為適應軍工產(chǎn)品的高可靠性需求。近年來衡器的耐久性也開始日益受到重視，OIML制訂發(fā)布的國際建議中有關衡器的共有8個，其中：關于稱重傳感器(R60)[1]和非自動衡器(R76)[2]的各1個，關于各類自動衡器(R50[3]、R51[4]、R61[5]、R106[6]、R107[7]、R134[8])的6個，都已陸續(xù)增添了耐久性條款。但其中只有R76規(guī)定了耐久性的試驗和評價方法，且其規(guī)定欠妥。

衡器界采納耐久性概念的時間還不太久，在討論耐久性試驗方法時所提的一些方案往往與衡器自身的特點脫節(jié)，不能真正起到檢驗衡器耐久性的作用。準確把握衡器耐久性概念的實質(zhì)，將有助于制訂恰當?shù)暮馄髂途眯栽囼炁c評價標準。

1耐久性的基本涵義與區(qū)別性特征

1.1耐久性的一般定義及其特征

國內(nèi)外的許多標準文件都有耐久性的定義，下面摘錄若干例。

1）我國的國家標準《可靠性、維修性術(shù)語》之3.3條的定義是：“產(chǎn)品在規(guī)定的使用與維修條件下，直到極限狀態(tài)前完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的極限狀態(tài)可以由使用壽命的終止、經(jīng)濟和技術(shù)上已不適等來表征?！?

2）我國的國家軍用標準《可靠性維修性保障性術(shù)語》之2.1.3.10條的定義是：“產(chǎn)品在規(guī)定的使用、儲存與維修條件下，達到極限狀態(tài)之前，完成規(guī)定功能的能力，一般以壽命度量。極限狀態(tài)是指由于耗損(如疲勞、磨損、腐蝕、變質(zhì)等)使產(chǎn)品從技術(shù)上或從經(jīng)濟上考慮，都不宜再繼續(xù)使用而必須大修或報廢的狀態(tài)?！?

3）國際電工委員會標準《國際電工技術(shù)詞匯(IEV)?第192部分：可信性》[11]之192-01-21條的定義是：“abilitytoperformasrequired,undergivenconditionsofuseandmaintenance,untiltheendofusefullife.(在給定的使用和維修條件下，直到使用壽命結(jié)束前，按要求工作的能力。)”

4）美國軍用標準《機械設備和子系統(tǒng)的完整性大綱》之3.13條的定義是：“Durabilityistheabilityofthesystemorcomponenttoresistdeterioration,wear,cracking,corrosion,thermaldegradation,andtheeffectofforeignobjectdamage,foraspecifiedperiodoftime.(耐久性是指系統(tǒng)或構(gòu)件在規(guī)定的時段內(nèi)抵抗退化、磨損、開裂、腐蝕、熱變，以及外物損壞的能力。)”

5）俄羅斯國家標準《工程中的可信性基本概念、術(shù)語和定義》之1.3條的定義是：“Долговечность?Свойстовобъектасохранятьработоспособноесостояниедонаступленияпредельногосостоянияприустановленнойсистеметехническогообслуживанияиремонта.(耐久性是產(chǎn)品在規(guī)定的技術(shù)維護和修理制度下保持工作能力直到極限狀態(tài)的一種屬性)?！?

6）OIMLV1《國際法制計量術(shù)語匯編(VIML)》之5.15條的定義是：“abilityofthemeasuringinstru-menttomaintainitsperformancecharacteristicsoveraperiodofuse(計量器具貫穿某個使用時期內(nèi)維持其工作特性的能力)?！?

上列條文雖然在表述上不盡相同，但從收錄耐久性概念的標準文本所涵蓋的范圍和涉及的內(nèi)容可知，耐久性的基本屬性是一個可靠性和可信性范疇。通過對不同表述的比較分析、求同存異，可以歸納出它們有如下幾個基本共同點：

1）反映能否在規(guī)定時段內(nèi)持續(xù)可靠地實現(xiàn)所要求的功能；

2）查證“工作能力”和“防耗止損能力”等固有屬性；

3）考量的是耗損性失效模式，它以“耐久性失效”或“極限狀態(tài)”作為判斷準則；

4）與“適用壽命”有關，可以是指須報廢時的“總壽命”，也可以是指由經(jīng)濟或技術(shù)上已不適宜等因素相關的“可靠壽命”或“經(jīng)濟壽命”。

1.2穩(wěn)定性與耐久性的區(qū)別

穩(wěn)定性(stability)這個術(shù)語在衡器界應用得比耐久性要早很多，兩者定義的字面上似乎又相仿，常易誤認為耐久性就是(長期)穩(wěn)定性。雖然穩(wěn)定性不佳會使耐久性變差，然而耐久性差未必一定是由穩(wěn)定性的問題造成的。兩者有著某些關系，但并不能相互替代。

1）首先從兩個術(shù)語的英文詞源上來看，雖然耐久性與穩(wěn)定性的英文后半部分都是ability，即兩者反映的都是某種能力；但從有差別的前半部分分辨它們時，可發(fā)現(xiàn)前者與durable，duration及endure，endurance等詞同源，后者與stable或stationary等詞同源。可見，耐久性強調(diào)的是持續(xù)時間，而穩(wěn)定性關注的是有無改變。

2）再從穩(wěn)定性的定義來看，也可以發(fā)現(xiàn)兩者的差別。

OIMLV2-JCGM200《國際計量學詞匯?基礎通用的概念及相關術(shù)語(VIM)》[15]之4.19條是：“propertyofameasuringinstrument,wherbyitsmetrologicalpropertiesremainconstantintime(測量儀器保持其計量特性恒定不隨時間變化的屬性)?！币虼耍骋挥嬃刻匦缘臅r間漂移實際上反映的就是穩(wěn)定性。然而計量特性的時間飄移不僅可能隨時間改變，還會因其他條件(溫度、濕熱等)發(fā)生變化，例如皮帶秤零流量的溫度影響，考察的也是穩(wěn)定性。

3）還可以從這兩個概念實際使用的場合來辨別。

計量器具的穩(wěn)定性指標通常用來考察某個局部性能的非期望變化量。例如，R50中皮帶秤的零點穩(wěn)定性，R60中稱重傳感器的量程穩(wěn)定性、靈敏度的時間漂移和溫度漂移等等。

然而，耐久性針對的則是計量器具總體工作性能的維持能力。6個自動衡器國際建議，對于耐久性要求都是全局性的，即：所規(guī)定額定操作條件下的全部計量要求與技術(shù)要求，及其在干擾環(huán)境下能作出相應反應的要求，都應能夠長期得到滿足。

由此可見，想用穩(wěn)定性來替代具有不同涵義的耐久性，將會在制訂耐久性考核方法時有悖其本義。

2怎樣理解衡器耐久性的特征

2.1關于衡器的耗損與壽命

從使用年限和計量管理的角度看，衡器可以歸為兩大類：一類是只需進行出廠一次性檢驗的，如人體秤、廚房秤等家用衡器；另一類是需多次檢定或校準的非一次性使用衡器，如各種工業(yè)用秤、商貿(mào)用秤、實驗室用秤等。當前者的工作性能不再符合要求時往往按報廢處理，因此其適用壽命一般就是總壽命；而后者的工作性能變壞以致稱量不準時，還可以通過修理和重新校準及后續(xù)檢定之后再次投入使用，因此其適用壽命則是以技術(shù)和經(jīng)濟上是否相宜來確定的。VIML對計量器具耐久性所下定義中的“某個使用時期”，對于非一次性使用的衡器應該就是指前后相鄰兩次檢定/校準之間的間隔時間。在考慮影響其耐久性的耗損方面，也應主要著眼于性能上的退化、變質(zhì)狀況，即能否繼續(xù)提供可信的稱量結(jié)果；而不能僅局限于機械零部件的磨損、開裂、腐蝕或電子元器件的開路、短路等硬傷。

2.2衡器耐久性的評價對象與試驗項目

既然衡器耐久性評價的是其維持總體工作基本性能的能力，耐久性試驗當然應在能實現(xiàn)其預期的稱量用途下進行。因此衡器耐久性試驗對象應當是能正常工作的整機，而不應是零部件或模塊；衡器耐久性的試驗項目也應當基于稱量誤差的測試。

2.3評價衡器耐久性的時機與場所

自動衡器與非自動衡器的國際建議都設置了關于計量控制的專門章節(jié)，要求根據(jù)國家法規(guī)要求的計量保證工作體系，由指定的機構(gòu)用型式批準、首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗等手段實施計量器具控制。其中近期修訂過的R50:2014和R61:2017又明確要求結(jié)合各種計量器具控制手段進行耐久性試驗。

首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗等測試的都是在用衡器，當然應當在用戶現(xiàn)場實施?？捎们耙淮螜z定時校準后的稱量誤差與后一次檢定時重新校準前的稱量誤差之間的差值作為耐久性試驗誤差，并可據(jù)此判斷原定的檢定周期(即衡量衡器耐久性的壽命)的長短定得是否適當。

那么，型式評價中的耐久性試驗應放在哪里做呢？有一種意見認為也應放在現(xiàn)場。而我們認為，耐久性的型式檢驗應放在實驗室進行，其原因為：

1）用戶現(xiàn)場環(huán)境工況千差萬別，無法對各家制造廠的樣機提供基本相同的試驗條件，型式評價作為某些衡器市場準入必備條件，其結(jié)果會有失公允。

2）型式評價時的許多試驗項目，用戶現(xiàn)場往往不具備所需的試驗設施，如對于衡器模塊的各種模擬試驗、環(huán)境試驗和抗干擾試驗一般都需在實驗室內(nèi)完成，若把其中的耐久性試驗再單獨移到實驗室之外進行，會使試驗過程變得繁瑣。

3）誠然，有些實驗室目前尚不具備大型衡器正常稱量操作所需的設施，但是這一狀況正在逐步改變。某些省計量院和有的企業(yè)都已建設了自動衡器在線物料試驗設施，有些實驗室還具備遠動操控輸送機皮帶張力、在線大范圍調(diào)節(jié)給料流量等模擬各種現(xiàn)場惡劣工況的條件，以便能用高嚴酷度開展耐久性試驗。

4）給樣機提供相當于檢定周期的試驗時間，用戶現(xiàn)場難以做到，但只要不超越衡器所能承受的極限工作條件，且能夠量化和再現(xiàn)，實驗室可設法以提高試驗嚴酷度來縮短時間。

5）型式評價的對象往往是代表申請市場準入的某種衡器型式的樣機，而用戶實際使用的衡器及現(xiàn)場的實際環(huán)境與工況只是眾多個例之一，兩者的意義不完全相同。相應地，耐久性試驗應當也可分成兩種：一種是，以樣機試驗結(jié)果對該型式耐久性一般水平的評估，從而確定該型式能否被批準；另一種是，以現(xiàn)場已校準的在用衡器的試驗結(jié)果對該個別實例的耐久性驗證，從而確定其能正常工作而無須重新校準的時間段。因此，我們不必強求兩者的完全一致。

6）由于型式評價以樣機為對象的試驗方式是一種抽樣檢驗，難免會出現(xiàn)過寬或過緊的誤判風險，這并不足為奇。對于如何防范和糾正誤判風險，國際文件OIMLD19《型式評價與型式批準》[17]規(guī)定：已通過實驗室型式試驗并獲得了型式批準的某種型式衡器，倘若事后發(fā)現(xiàn)該型式存在批準前未被發(fā)現(xiàn)的缺陷，或在不同的多處現(xiàn)場其性能都不合格，可以吊銷原先的型式批準；而按型式評價進行的耐久性試驗不合格倘若只是因衡器個別安裝下的特征，而不是衡器型式的一個特征時，仍可決定該衡器型式被批準。

綜上所述，型式評價中的耐久性試驗放在實驗室進行更為恰當。

3對某些耐久性試驗方法的點評

3.1關于非自動衡器的試驗方法

GB/T23111-2008(idtOIMLR76:2006)[18]規(guī)定了具體的耐久性試驗方法(A.6)：在正常使用條件下，以能使衡器在加載和卸載時達到平衡的頻率與速度，對衡器反復加-卸約等于50%Max的載荷10萬次，試驗中衡器受到的作用力不得超過正常操作下達到的力。在此加卸載循環(huán)前后各進行一輪稱量試驗，用前一輪試驗確定初始固有誤差，后一輪試驗確定因磨損引起的耐久性誤差。

但是，用這種試驗方法來測評衡器的耐久性是不妥的。首先，把測試對象的最大秤量限制在100kg以下，是囿于置辦能方便地反復加卸載的大質(zhì)量載荷不易，但會使大量100kg以上秤量的衡器得不到應有的測試。其次，把衡器的耐久性僅認作機械磨損，且試驗只是對承載器反復加卸載，實際考察的主要是稱重傳感器彈性體的疲勞和蠕變、輸出信號的滯后和穩(wěn)定性、重復性等，也是不恰當?shù)摹?

3.2關于皮帶秤的試驗方法

由于關于自動衡器的國際建議對于耐久性的要求還只是停留在一般性原則層面上，并沒有制訂出定量、具體的方法。因此在討論制訂自動衡器的耐久性試驗方法時，曾有一種意見，就是借用上述OIMLR76的方法。這原本就不妥，更忽視了自動衡器的構(gòu)造與工作狀態(tài)跟非自動衡器有很大不同，當然很不可取。

我國的皮帶秤國家標準GB/T7721-2017[19]在采用OIMLR50:2014時有所修改和增補，規(guī)定了國際建議所沒有的皮帶秤耐久性試驗具體方法，體現(xiàn)了我國皮帶秤業(yè)界技術(shù)上的領先和開拓創(chuàng)新精神，十分可喜。其9.1.7.2條對型式檢驗時的耐久性試驗作了如下規(guī)定：“試驗應在試驗室或現(xiàn)場利用物料實際運行的工況來進行試驗。當皮帶秤首次安裝完成后，經(jīng)過72h周期后，期間皮帶輸送機可正常運行，除只能運行正常的置零功能外，不得進行其他任何可能影響計量性能的操作，皮帶秤零點(累計值)試驗的最大允許誤差應不超過5.8.2的要求，物料試驗的最大允許誤差應不超過5.2.1中使用中檢驗的要求?！?

GB/T7721-2017把耐久性測試的項目規(guī)定為在完整安裝的皮帶秤上進行零點累計值試驗和物料自動稱量試驗，以測得的誤差來評判耐久性，恰當?shù)卣?。但是只是以“實際運行的工況來進行試驗”，而且僅“經(jīng)過72h周期”這樣一個遠短于用戶所希望可維持準確稱量能力而不必重新檢定/校準的某個使用時期或者一般檢定周期的時間間隔，也顯然是有悖于耐久性原義的。

我們認為，如果型式評價中的耐久性測評安排在額定工作條件下進行，那就應當安排足夠長的試驗時間，并持續(xù)進行實時或經(jīng)常性的監(jiān)測，直到耐久性誤差超標為止，發(fā)生超標的時刻與試驗起始時的間隔期即為體現(xiàn)耐久性的適用壽命。

倘使試驗場所不能安排如此長久的試驗時間，那就應當加大試驗的嚴酷度來縮短試驗所需的時間。這是可靠性試驗慣常的辦法，而耐久性正是屬于可靠性的基本要素之一，因此完全可以用這種辦法來試驗。

4關于衡器的使用中核查

期間核查，即對相鄰兩次檢定或校準之內(nèi)的間隔時期內(nèi)在用計量器具進行的檢查和驗證，也慣稱為“使用中核查”。

OIML將使用中核查列為計量控制的手段之一，要求由法定計量機構(gòu)按法制計量的要求來實施，通常除了最大允許誤差的指標外，其他要求與后續(xù)檢定類似。我國的皮帶秤檢定規(guī)程JJG195-2002[20]中稱之為“使用中檢驗”。然而，法定計量機構(gòu)是難以擔負起對每一臺衡器及時核查職責的，其可能承擔的只是少量的監(jiān)督抽檢工作。

美國NISTHB-44[21]規(guī)定了用戶自行承擔使用中核查的要求。JJG195-2002在采納OIMLR50的同時還仿照NISTHB-44制訂了附錄D，對用戶規(guī)定須自行承擔“使用中的示值核查”的強制性要求。雖然用戶進行的使用中核查不屬于法制計量范疇中的計量控制內(nèi)容，但對于使用中衡器是重要的品質(zhì)保證手段。通過對在用衡器耐久性的日常跟蹤監(jiān)測，對于判斷原先所定的檢定周期是否需要調(diào)整，起著不可或缺和替代的作用。GB/T7721-2017同樣也借鑒NISTHB-44，規(guī)定了相應的使用中核查方法。

5不同計量控制手段下衡器耐久性的比較

由于不同類型的計量控制手段實施的時機、場合與目的不盡相同，相應的耐久性試驗方式也不應完全一致，體現(xiàn)在產(chǎn)品標準、型式評價大綱、檢定規(guī)程之中時，也應各有側(cè)重，相互補充，而不能偏廢。

表1列出了它們各自的特點與區(qū)別。

6結(jié)論

耐久性是衡器的一項重要性能，它反映的是衡器整機預期總體基本性能得以保持前提下的適用壽命，也就是經(jīng)合理調(diào)整、規(guī)定恰當?shù)臋z定周期。它與反映個別性能變化的穩(wěn)定性不同，穩(wěn)定性檢測不能替代耐久性檢測。耐久性對于衡器是一項必不可少的評估項目，考察對象應當是具備完整使用功能、可正常運行的整機(而不是其組成模塊或零部件)。衡器的耐久性測評應當在型式評價、首次檢定、后續(xù)檢定、使用中核查等各個階段都要開展。（作者：盛伯湛）