淺議皮帶秤的耐久性及其評價方法

[摘要]  耐久性對于皮帶秤是一項至關重要的性能，皮帶秤的耐久性評價必須列入型式評價(定型鑒定)項目。皮帶秤的耐久性在很大程度上體現(xiàn)在它對于惡劣環(huán)境和工況的適應能力，因此提高皮帶秤耐久性的根本出路在于增強其抵御各種不利影響的本領，對皮帶秤耐久性的評價方法也應采用可復現(xiàn)和量化的模擬惡劣工況試驗，這更符合皮帶秤的實際。

[關鍵詞]  皮帶秤耐久性；耐久性試驗；型式評價；定型鑒定

0. 引言

對于把皮帶秤耐久性評價列入型式試驗程序的要求，國內外同行們的主流意見已表示贊同，然而包括OIML R50在內的技術法規(guī)對耐久性試驗的方法和步驟至今尚無明確的規(guī)定。近幾年來，我國不少皮帶秤業(yè)者在對如何有效地開展耐久性試驗進行了積極探索和不懈努力。倘能為修訂新版國際建議或國家計量檢定規(guī)程尋找到可行的解決方案，將為提升我國皮帶秤技術在國際上的地位作出重要貢獻。

1. 耐久性是對產品正常工作時期維持能力的估計

產品能在其正常壽命內可靠地保持性能、實現(xiàn)功能，是用戶的基本要求。人們用可靠性(reliability)來評價產品(元器件、設備、系統(tǒng)等)在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。耐久性(durability)是產品可靠性的三大要素之一，它反映了產品發(fā)揮其正常功能的使用壽命；另外兩個要素分別是可修復性(restorability)和安全性(security)。

產品可靠性評價通常不是針對某一件具體產品使用后表現(xiàn)的實際記錄，而是對該類產品潛在能力的事前評估。如MTTF(平均無故障時間)、MTTR(平均恢復前時間)、MTBF(平均故障間隔時間，有MTBF= MTTF+MTTR)、FIT(失效率單位=109/MTBF)等可靠性指標都是采取統(tǒng)計學原理對產品在一定條件下無故障地執(zhí)行指定功能的潛在發(fā)生概率來評價的。例如，稱某一種產品的壽命為4年(MTBF≈MTTF=35,064h)，并不是說該產品每一件都能使用4年且沒有發(fā)生一次故障，也不是說在4年后很多產品都會發(fā)生故障，也不能認為產品在故障并修復后下一次的故障是4年之后出現(xiàn)；更不是說，該產品的耐久性試驗是在時隔4年的前后兩次測試中完成的；而應理解為，在已投放市場的全部產品之中，4年內可能發(fā)生故障的次數(shù)共為投放總數(shù)的63.23%(系根據(jù)統(tǒng)計學中威布爾分布曲線算出)。 

2. 皮帶秤耐久性與環(huán)境工況的關系尤其密切

皮帶秤是跟皮帶輸送機相連的自動衡器，它與大多數(shù)其它種類衡器的顯著差異在于：其“秤臺面”是運動中的膠帶，它既非理想剛體，亦非全部柔性體，在運行中會呈現(xiàn)“皮帶效應”而產生非預期的附加力，使重力在傳遞過程中失真；其工作的現(xiàn)場條件又常很惡劣，往往不能滿足皮帶秤制造商的相關標準要求；即使對用戶現(xiàn)場盡力改造并精心安裝調試，其狀態(tài)在使用中還是會很快喪失。因此，皮帶秤能否在相當長的時間段內保持其應有性能，維持正常工作的能力，往往取決于其對氣候變化的適應性以及抵御惡劣工況兩方面的本領。

3. 皮帶秤的耐久性應在型式評價時得到鑒定

因為皮帶秤很難長期保持應有的計量性能，使這種本屬廉價的計量器具“劣跡斑斑、惡名遠播”，其中還包括了不少因把握不嚴而已獲得型式批準的產品。因此，皮帶秤的耐久性問題顯得比其它衡器更加突出，越來越引起包括用戶、制造商和產品認證機構等各方的重視。必須要對皮帶秤進行耐久性檢查，這一原則已由OIML TC9/SC2寫入國際建議。

為了驗證產品在不斷經受自身及外界影響時仍能夠正常工作，避免耐久性差的皮帶秤流入市場，這不單需要研發(fā)和生產單位在研發(fā)和試產過程中進行相關摸底和自我把關試驗，更需要質量技術監(jiān)督機構在產品投放市場之前和過程之中進行型式評價和量產抽檢。 耐久性試驗應作為皮帶秤型式評價的一項不可或缺的內容，也得到了對自身產品抱有信心的廠商們的認同。在2011年4月于倫敦NWML(英國國家法制計量院)召開的OIML皮帶秤國際建議(草案)第3稿研討會上，雖然對皮帶秤耐久性試驗究竟采用何種方法尚未達成一致，但是與會各國代表對皮帶秤的耐久性試驗應作為型式評價的一項內容已基本取得了共識。

國內對皮帶秤國際建議現(xiàn)行版R50：2007(E)關于“耐久性試驗”定義的譯文是：“為校驗被測皮帶秤(EUT)在經過規(guī)定的使用周期后能否保持其性能特征的一種試驗?！庇腥艘蚨J為對于皮帶秤的耐久性試驗宜采用在用戶現(xiàn)場定期復檢的方式進行。其實，耐久性不僅是一種performance characteristics(所表現(xiàn)的性能特征)，而且更是一種capable (能力)，耐久性試驗應當起到對被測型號系列產品的潛在耐久性事先預測作用。采用上述產品投用后再檢的方式僅適用于周期檢定或使用中檢驗，只能對某臺特定皮帶秤的耐久性進行事后考核和驗證，有違于法制管理要求的；在用戶現(xiàn)場進行試驗，試驗條件難以得到有效地監(jiān)督，也難以保證復現(xiàn)，有悖于型式評價對全行業(yè)的公正與可比性。

4. 環(huán)境和工況適應性試驗應作為皮帶秤型式評價的重要內容

對皮帶秤的型式評價必須包含耐久性試驗項目，這已獲得OIML會員國的廣泛認同；但采用何種方式來評價，卻尚未得到一致意見。曾經提出的方法主要集中于以下三種：

1）借用非自動衡器的耐久性試驗方法；

2）以到用戶現(xiàn)場定期復檢的方式進行；

3）在能進行物料試驗的實驗室內以可以復現(xiàn)和量化的方式進行。

那么究竟采用何種方式才是恰當和合理的呢？

4.1非自動衡器的耐久性試驗方法不適用皮帶秤

關于非自動衡器的國際建議R76采用的耐久性試驗方法[1]是：在正常使用條件下用大約最大秤量一半的載荷(僅適用于Max≤100kg，大秤量的試驗方法未提及)重復加載和卸載10萬次，在此加卸載循環(huán)前后各進行一輪稱量試驗，前一輪試驗確定固有誤差，后一輪試驗確定因磨損引起的耐久性誤差。

首先，大多數(shù)規(guī)格的皮帶秤的最大秤量不止100kg，已超出這種方法的適用范圍；更值得注意的是，影響皮帶秤耐久性的原因并非局限于重復加卸載所引起的機械磨損。因此這種方法不適用于試驗皮帶秤的耐久性。

此外，皮帶秤是一種連續(xù)累計自動衡器，用戶所關注的是它的動態(tài)計量性能，而不是非自動衡器的靜態(tài)計量性能，而且它是與皮帶輸送機相連的，受環(huán)境和工況的影響遠遠大于非自動衡器，R76的方法不能體現(xiàn)這一重要因素。

4.2在用戶現(xiàn)場定期復檢的方式不適合作為型式評價

首先，在用戶現(xiàn)場以定期復檢的方式進行耐久性試驗，要求被測皮帶秤在兩次試驗的間隔期間不得調整。這一的要求可能會影響用戶的正常使用，也難以得到有效地監(jiān)督保證。

其次，各家用戶的環(huán)境、工況和維護水平有很大的差異，試驗條件難以復現(xiàn)和量化，無法做到基本一致，會使作為型式批準證據(jù)的試驗結果缺失公正的可比性。

更重要的是，計量器具的型式評價原本是作為法制管理的手段，而尚未獲得型式批準的試驗樣機，此時卻已銷售給了用戶，這在法理上就無法自圓其說。

因此，這種產品投用后再檢的方式僅是對于某臺特定皮帶秤的耐久性評價，充其量只能作為周期檢定或使用中檢驗，不適合于型式評價。

4.3 實驗室物料試驗是較為公正合理的耐久性型式評價方式

耐久性型式評價在可以開展物料試驗的實驗室中進行，有利于檢測用戶實際用到的皮帶秤動態(tài)性能，試驗項目和條件能夠再現(xiàn)和量化，這樣試驗結果易于復核，可信度高、可比性強，對申請制造計量器具許可證的各制造廠商是公平的。

耐久性型式評價在實驗室中進行，符合型式批準的結論應在獲得試驗結果后作出的合法程序，可避免對無證銷售的非法行為開綠燈的無奈。

有人對實驗室耐久性試驗方法評論道[2]：

優(yōu)點：能對安裝在實驗室輸送機上實際運行的一整套皮帶秤系統(tǒng)進行試驗；

缺點：① 用被試驗合格的皮帶秤安裝在異于實驗室輸送機的用戶現(xiàn)場，其準確度未必能長期保持；② 滿足試驗所需要的運行時間難以實現(xiàn)。

這樣的說法似乎沒有什么不對，但一深究卻發(fā)現(xiàn)了一些問題，下面加以略作剖析：

（1） 型式評價從來都是以個別樣機的結果來對同一型式產品潛能的預測，它與產品檢定或檢驗不同，不是對某一具體產品實際性能的檢測記錄。要求樣機試驗結果與每一件產品的實際情況一致，就混淆了型式評價與產品檢定或檢驗之間的差別。型式試驗本來就并非以全體產品作為試驗對象的，而是以個別樣機的測試結果作為對該型式總體評價的科學實驗方法。其實就是產品檢驗中基于數(shù)理統(tǒng)計學的的抽樣檢驗方法的結果也只是一種概率估計，并不能全部適合每一件產品的實際情況。若非對于安裝在用戶現(xiàn)場的每一臺皮帶秤全都進行耐久性試驗也是有風險的，把在用戶甲現(xiàn)場試驗合格的皮帶秤安裝到用戶乙現(xiàn)場，焉能證明其準確度就一定能長期保持呢。

（2） 如果要說，在用戶現(xiàn)場可以突破生產工藝的束縛來實現(xiàn)滿足試驗所需要的運行時間，那么在實驗室中實現(xiàn)滿足試驗所需要的運行時間應當更便于做出安排。何況，在型式評價中的耐久性表達的是一種能力，并非是實際運行時間。因此，在環(huán)境可靠性試驗中通用的方法是用提高嚴酷度的短時試驗來替代。IEC已經制定了數(shù)以百計的環(huán)境試驗方法作為對電工電子產品耐久性的評判依據(jù)。這些方法多數(shù)屬于用短時間的高嚴酷度試驗來模擬長期的影響。例如，用幾十小時或幾天的高低溫或濕熱循環(huán)來模擬一年四季的氣候變化，以各種頻率和加速度的振動、沖擊或跌落來模擬使用周期中可能出現(xiàn)的種種意外，等等。

5. 惡劣工況適應性試驗應作為皮帶秤耐久性評價的重要內容

鑒于產品的耐久性不僅跟它的先天品質有關，還跟使用的環(huán)境條件息息相關。好比影響一個人壽命的因素既包括他的遺傳基因，還包括他的生活環(huán)境與生活方式等等。因此在評價產品的耐久性時，環(huán)境試驗成為最常用的基本方法。多種多樣的環(huán)境條件影響試驗是對電子設備可能使用環(huán)境的適應能力的評估，如溫度影響測試(高溫運行、高溫貯存，低溫運行、低溫貯存，高低溫交變循環(huán)、熱沖擊)、濕度影響測試(濕熱貯存、濕熱循環(huán))、外殼防護能力測試(防水、淋雨、防塵砂和固體異物侵入)、防腐蝕性測試(海水、鹽霧)、抗機械力影響測試(隨機振動、掃頻振動、機械沖擊)、運輸測試(模擬汽車運輸、碰撞)、電源品質影響(開關電源、電壓拉偏、頻率拉偏)、抗電磁干擾試驗(電壓暫降和短時中斷、電快速瞬變脈沖群、靜電放電、抗電磁輻射)，等等。

皮帶秤的性能不僅與上述種種氣候與環(huán)境因素有關，還在很大程度上受到與之相連的帶式輸送機狀態(tài)的制約，例如縱梁的撓度，托輥的堵轉、跳動、竄動和準直性，皮帶的打滑、跳動和張力變化，物料流量與載荷的波動，皮帶速度的變動，等等都可能影響皮帶秤的性能。以致皮帶秤的制造成本高昂、安裝調試繁瑣、日常維護工作量大、可修復性無法令人滿意。

為了使皮帶秤能夠經常性地維持其應有的性能，制造商們想過不少辦法。對皮帶秤進行“實時監(jiān)測、在線校驗”是一種容易被想到的辦法。上世紀80年代，南京第二鋼鐵廠成功研發(fā)出了國內融合了電腦技術的實用皮帶秤，并在其自行制造的BSM型皮帶秤上配備了自動校正器(專利號CN 87202731)。這種自動校正器可以遠程控制棒狀掛碼在秤架上加載或卸載，并通過電腦監(jiān)測皮帶秤與原先校準狀態(tài)的偏離情況，從而及時調整其校驗參數(shù)，達到維持其性能的目的。

然而這種辦法好比一個人要在充斥病原體的世界之中生活，他不是去努力提高自身免疫力，而是把希望寄托在不停地化驗、檢查、用藥、輸血上面。目前皮帶秤的理論對其零部件制造和安裝狀態(tài)提出的種種要求近于苛刻[3]，這些要求不可能在通常的用戶環(huán)境之中長期保持不變，即使采取實時監(jiān)測的辦法有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)問題后的修復沒有因此變得簡便、快捷。皮帶秤應當朝“適用條件寬泛、安裝調整簡易、維護工作不頻繁”的方向發(fā)展。因而某種型式皮帶秤抵御惡劣工況的本領，在很大程度上反映了其能否長期保持規(guī)定計量性能的潛在能力。故而我們認為，惡劣工況適應性試驗應作為皮帶秤耐久性評價的重要內容。

南京三埃公司已將對其采用的耐久性試驗方法向國內外同行介紹，要求皮帶秤在額定條件下的散狀物料自動稱量試驗中，皮帶秤要能符合相應準確度等級檢定時的指標，而且還要在模擬惡劣工況下滿足使用中檢驗時的指標[4]。

6. 結束語

為保障進入市場的計量器具品質，嚴格的型式評價是必要的條件，型式試驗達到某一準確度等級指標的，應按真實結果授予相應的《制造計量器具許可證》。皮帶秤的耐久性在很大程度上體現(xiàn)在它對于惡劣環(huán)境和工況的適應能力，因此對皮帶秤耐久性的評價也應采用可復現(xiàn)和量化各種不利影響的實驗室試驗方法。需要指出的是，進行皮帶秤耐久性試驗的實驗室必須要能夠開展物料試驗，具有足夠的試驗用散狀物料以及最大秤量、分度值與準確度都能滿足要求的控制衡器，并配備能夠模擬影響皮帶秤耐久性的各種主要因素(如皮帶張力變化、物料流量變化、皮帶速度變化、托輥狀態(tài)變化等)的試驗裝置。建立具有這些專門設施的實驗室花費不菲，但還是值得的，因為當這樣的實驗室一旦建成之后，采用這種方法進行皮帶秤耐久性試驗就成為一種可行的選擇和必然趨勢，并將大大提高皮帶秤的技術水平。

至于若要評價某臺具體在用皮帶秤的耐久性實際表現(xiàn)，可在售后以用戶現(xiàn)場日常跟蹤監(jiān)測和檢驗的方式得知。使用中皮帶秤性能的歷次結果、變動范圍與趨勢，可以作為預測該皮帶秤性能可能會超差日子的依據(jù)，從而能以個性化原則來更合理地確定校準或檢定的物料試驗周期，但不適合當作耐久性型式評價的依據(jù)。

參考文獻

[1] OIML R76-1:2006(E) Non-automatic weighing instruments [S] 97～98

[2] 徐厚勝等：再談電子皮帶秤的耐久性 [J]衡器 2012（1）26～27

[3] JJG 650-90 電子皮帶秤試用檢定規(guī)程[S]

[4] 袁延強等：模擬惡劣工況下的物料試驗—介紹一種皮帶秤耐久性試驗方法 [G]稱重科技（中國衡器協(xié)會：第九屆稱重技術研討會論文集）106～110