中科百科：中科富祺三综合试验箱的设计演进与技术实践

十五载深耕路，三代铸重器—中科富祺三综合试验箱的设计演进与技术实践

作者：北京中科富祺科技有限公司 研发中心

摘要：三综合试验箱作为融合温度、湿度、振动三种环境应力的核心可靠性试验设备，是航空航天、轨道交通、新能源、汽车电子等高领域验证产品复杂工况适应性的关键装备。北京中科富祺科技有限公司（以下简称“中科富祺"）深耕环境试验设备领域十五载，自2011年启动一代三综合试验箱研发以来，历经“基础整合、精准协同、智能集成"三代产品迭代，攻克了温湿振耦合干扰、多参数精准同步、长期运行稳定性等行业核心痛点。本文系统梳理中科富祺十五年来三综合试验箱的设计历程、核心技术突破、关键型号迭代细节及工程应用成果，补充多领域典型应用案例，总结“以标准为锚、以需求为纲、以创新为翼"的设计理念，为行业高标准三综合试验设备的研发设计提供实践参考，助力下游产业筑牢产品可靠性防线。

关键词：三综合试验箱；中科富祺；十五载设计；温湿振耦合；精准协同；智能试验；产品迭代；应用案例

引言

在制造业与前沿科研领域，产品的服役环境往往兼具温度剧变、湿度波动与机械振动的复合应力，单一环境试验已无法全面验证产品的可靠性与耐久性。三综合试验箱通过将温度、湿度环境模拟系统与振动激励系统有机融合，实现多应力的同步施加与精准调控，可在实验室中快速复现产品在运输、服役过程中的真实工况，大幅缩短研发周期、降低试验成本，成为航空航天、新能源汽车、电子等领域的“质量守门人"。

自2011年至今，中科富祺伴随中国制造业的崛起走过十五载征程。从最初解决“温湿振能否整合"的行业基础难题，到如今攻克“纳米级精准协同、全流程智能管控"的瓶颈，中科富祺三综合试验箱的设计之路，既是企业技术积淀的成长之路，也是中国环境试验设备国产化替代的缩影。十五年来，中科富祺始终坚守“精准模拟、稳定可靠"的初心，累计推出三代核心产品，形成覆盖实验室小型机、中试型设备、大型步入式系统的全谱系产品矩阵，服务超千家企业与科研机构，在航空航天、轨道交通、新能源、半导体等多个关键领域积累了丰富的工程应用案例。本文结合十五载设计实践与典型应用案例，梳理产品迭代脉络，剖析核心技术突破，展现中科富祺在三综合试验箱领域的探索与成就。

一、设计初心：应时代之需，破行业之困

2011年前后，中国制造业进入快速发展期，航空航天、轨道交通等领域对复合环境试验设备的需求激增，但国内市场长期被国际品牌垄断。彼时行业存在三大核心痛点：一是**系统整合性差**，传统设备多为“温度箱+外置振动台"的简单拼接，温湿环境与振动系统缺乏协同，箱内温湿度因振动产生剧烈波动，试验数据失真；二是**控制精度不足**，温度、湿度、振动的调控相互干扰，难以实现多参数的同步精准响应，无法满足产品的试验要求；三是**适应性单一**，设备仅能满足基础标准试验，对新能源、半导体等新兴领域的定制化需求无能为力。

基于此，中科富祺确立了三综合试验箱的初始设计目标：**打破“拼接式"设计瓶颈，实现温湿振三大系统的深度融合，打造符合国际标准、适配国内需求的高可靠性试验设备**。十五年来，这一初心始终贯穿产品设计全过程，逐步延伸为“精准化、协同化、智能化、定制化"的核心设计理念，指引着三代产品的迭代升级，也推动企业在多领域应用场景中持续积累经验、优化产品。

二、三代迭代：从整合到智能，铸就行业大拇指

十五年来，中科富祺三综合试验箱历经三次重大技术迭代，每一代产品都紧扣行业需求升级，实现核心性能的跨越式提升，逐步完成从“跟跑"到“并跑"再到“带头大哥"的蜕变，各代产品均形成了贴合自身定位的典型应用案例，彰显了产品迭代与市场需求的同频共振。

（一）一代产品（2011-2016）：基础整合，实现从“无"到“有"

核心定位：解决温湿振系统的基础整合难题，满足GB/T 2423、IEC 60068等基础标准的试验需求，主打中小型企业与科研院所的入门级复合环境试验。

代表型号：FQ-CDZ-80L、FQ-CDZ-150L、FQ-CDZ-225L

1. 核心设计细节

- 结构设计：采用“一体式框架+内置振动台"结构，突破传统“外置拼接"的局限。箱体外壳选用冷轧钢板喷塑，内胆为304不锈钢，保温层采用高密度聚氨酯，有效减少温湿度损耗；振动台采用内置式安装，通过减震隔振底座与箱体连接，初步降低振动对箱体结构的影响。

- 温湿系统设计：温度控制范围-40℃~150℃，湿度范围20%~98%RH，采用单级压缩制冷系统与超声波加湿技术，搭配PT100传感器实现基础参数监测；控制核心为PLC+触摸屏，实现温湿参数的独立调控。

- 振动系统整合：适配国产小型电动振动台（频率范围5Hz~2000Hz，加速度50G ），通过专用接口实现与温湿系统的联动启动/停止，完成基础的复合应力施加。

2. 技术突破与局限

突破：一次实现温湿环境与振动系统的一体式整合，解决了传统拼接设备的温湿泄漏、振动干扰等基础问题，设备通过GB/T 2423.35、IEC 60068-2-6的基础认证。

局限：温湿振耦合干扰未得到根本解决，振动工况下温度波动度±2℃、湿度波动度±5%RH；振动与温湿系统仅能实现“联动启停"，无法做到参数的同步精准调控；振动台适配范围窄，仅支持小型样品试验。

3. 工程应用与典型案例

主要应用于消费电子、低压电器等领域的基础复合环境试验，累计销售超300台，为中科富祺积累了宝贵的工程实践经验，奠定了产品迭代的基础。

典型案例1：某消费电子企业（深圳某耳机制造商），选用FQ-THV-80L型三综合试验箱，用于耳机主板、发声单元的基础可靠性验证。试验按照IEC 60068-2-6标准，设定温度25℃、湿度60%RH，施加50Hz、10g的正弦振动，连续试验100小时，模拟耳机运输过程中的温湿与振动复合工况。试验后，精准筛选出焊接松动、引线断裂等2类潜在缺陷，帮助企业将耳机运输故障率从3.2%降至0.8%，大幅降低售后成本，成为企业入门级可靠性测试的核心设备，持续服役6年未出现重大故障。

典型案例2：某地方科研院所（省级电子技术研究所），采购FQ-THV-1000L型三综合试验箱，用于低压电器元件的环境适应性研究。针对小型继电器、接触器，开展-20℃~85℃温度循环、30%~90%RH湿度波动与10~500Hz振动的复合试验，验证元件在不同环境应力下的动作可靠性。该设备的投入使用，补齐了该院所复合环境试验设备的空白，为多项省级电子技术研究项目提供了精准的试验数据支撑，推动了地方低压电器产业的质量升级。

（二）第二代产品（2017-2021）：精准协同，实现从“有"到“优"

核心定位：攻克温湿振耦合干扰难题，提升多参数协同控制精度，适配新能源汽车、轨道交通等中端领域的精准试验需求。

代表型号：FQ-CDZ-400L、FQ-CDZ-500L、FQ-CDZ-800L、FQ-CDZ-1000L

1. 核心设计细节

- 结构优化：升级为“防振密封一体化结构"，研发专用防振密封门与柔性连接风道，解决振动工况下的温湿泄漏问题；隔振底座升级为多级弹簧+阻尼复合隔振系统，隔振效率提升至95%，减少箱体振动对试验样品的额外影响。

- 协同控制技术：研发“多参数耦合自适应算法"，突破温湿振相互干扰的技术瓶颈。采用双回路PID控制+模糊算法，将温度、湿度、振动的调控参数进行实时联动补偿，实现“振动频率变化-温湿参数自动修正"的动态协同。

- 系统性能升级：温度控制范围拓展至-70℃~180℃，湿度范围10%~98%RH；制冷系统升级为复叠式压缩制冷，搭配高效蒸发器，降温速率提升至2℃/min；适配中大型电动振动台（频率范围2Hz~3000Hz，加速度100G），支持多类型样品的振动试验。

- 数据体系完善：搭载工业级数据采集系统，实现温湿度、振动加速度、位移等参数的实时记录，记录频率可达100Hz，支持USB导出与本地存储，满足试验数据追溯需求。

2. 技术突破与局限

突破：核心攻克温湿振耦合干扰难题，振动工况下温度波动度≤±0.5℃、湿度波动度≤±2%RH，达到行业中端高水平；实现多参数的动态协同调控，可模拟复杂的“温度循环+随机振动"复合工况。

局限：智能化水平不足，试验程序需手动编写，无法实现复杂工况的自动编排；缺乏远程监控与故障诊断功能，运维成本较高；针对航空航天、半导体等领域的工况适配性不足。

3. 工程应用与典型案例

成功进入新能源汽车零部件、轨道交通信号系统等领域，与比亚迪、中车株洲所等企业建立合作关系，累计销售超500台，成为国产中端三综合试验箱的产品。

典型案例1：比亚迪某零部件事业部，选用FQ-CDZ-500L型三综合试验箱，用于新能源汽车车载充电器（OBC）的可靠性验证，贴合新能源汽车核心零部件的试验需求。试验按照ISO 16750标准，模拟车载充电器在车辆行驶过程中的复杂工况：温度循环-40℃~85℃（降温速率2℃/min）、湿度40%~90%RH，同步施加10~2000Hz随机振动（加速度80g），连续试验500小时。设备通过多参数协同控制技术，精准维持温湿振参数的稳定性，试验后精准捕捉到充电器内部电容老化、接口松动等潜在缺陷，帮助研发团队优化产品结构与选材，将车载充电器的使用寿命从8年提升至12年，新能源汽车的长效服役需求，后续该企业批量采购20余台该型号设备，用于全系列车载零部件的试验验证[4][8]。

典型案例2：中车株洲所，采购FQ-CDZ-800L型三综合试验箱，用于轨道交通车载信号控制器的环境适应性测试，适配轨道交通复杂的服役环境[2][6]。轨道交通车载信号控制器长期处于温度剧变、高湿与持续振动的复合环境中，北方冬季车厢外温度可低至-40℃，南方夏季高架段设备表面温度常超70℃，梅雨季湿度持续高于95%，列车频繁启停带来的振动频谱覆盖0.1Hz至2000Hz。试验设定温度-40℃~70℃、湿度30%~95%RH，施加5~1000Hz正弦振动（模拟轨道不平顺引发的振动），连续试验1000小时，验证信号控制器在复杂工况下的信号传输稳定性。该设备凭借精准的协同控制能力，有效避免了振动对温湿场的干扰，试验数据重复性误差小于0.3%，满足EN 50155轨道交通电子设备标准要求，帮助中车株洲所缩短了新型信号控制器的研发周期近3个月，降低测试成本25%，为轨道交通装备的安全运行提供了可靠保障[2][6]。

（三）第三代产品（2022-至今）：智能集成，实现从“优"到“强"

核心定位：融合人工智能、工业物联网技术，打造“智能精准、全流程可控、定制化适配"的三综合试验设备，对标国际，服务航空航天、半导体、新能源等核心领域。

代表型号：FQ-CDZ-1000LPro、FQ-CDZ-2000LPro、FQ-CDZ-W系列（步入式）

1. 核心设计细节

- 智能控制体系：搭载“AI智能协同控制系统"，基于十五年来的试验数据训练算法模型，可自动识别试验样品特性，智能编排温湿振复合工况程序；支持多段程序预设（最多100段），实现“严酷温度+正弦振动+随机湿度"等复杂工况的全自动运行。

- 严酷性能设计：温度控制精度±0.2℃，湿度控制精度±1%RH，振动工况下温湿参数无明显漂移；制冷系统采用磁悬浮变频压缩机，能耗降低40%，降温速率可达5℃/min；振动系统适配电动振动台（频率范围0.5Hz~5000Hz，加速度200g），支持多轴振动复合试验。

- 数字化与互联化：融入工业物联网（IoT）技术，搭建中科富祺智能试验云平台，实现设备远程监控、程序远程编写、数据实时上传；数据采用AES-256加密存储，支持与企业LIMS、MES系统无缝对接，满足行业的合规认证需求。

- 定制化与模块化：采用模块化设计，可根据客户需求灵活配置盐雾、低气压、辐照等扩展模块，打造“三综合+"多应力复合试验系统；针对航空航天领域，研发大型步入式三综合试验舱（FQ-THV-W8000），可满足整舱卫星部件、大型航空结构件的试验需求。

- 可靠性与运维优化：搭载智能故障诊断系统，可实时监测设备运行状态，提前预判潜在故障并推送解决方案；关键零部件采用冗余设计，设备平均没故障运行时间（MTBF）≥20000小时，大幅降低运维成本。

2. 技术突破与成果

突破：实现AI智能协同控制、全流程数字化追溯、多模块定制化集成三大核心突破，核心性能对标国际，部分指标实现超越；解决了航空航天、半导体等领域的严酷工况试验难题。

成果：获得发明自主知识产权8项、实用新型自主知识产权15项，参与制定行业标准3项；产品成功应用于航天科技、大学高校、中科院微电子研究所等科研机构，打破了国际品牌在三综合试验设备领域的垄断。

3. 工程应用与典型案例

第三代产品凭借智能精准的性能与定制化适配能力，成功跻身蓝海市场，服务于航空航天、半导体、新能源等核心领域，打造了多个应用案例，彰显了国产设备的技术实力。

典型案例1：航天某研究所，定制FQ-CDZ-W8000L型大型步入式三综合试验舱，用于卫星组件的发射与在轨服役环境模拟试验[7][8]。卫星组件在发射阶段需承受剧烈振动与严酷温度变化，在轨服役过程中需应对-150℃~80℃的温度剧变、极低湿度与微振动的复合环境，对试验设备的精度与可靠性要求高。该试验舱有效试验空间达80m³，采用多轴振动台同步联动技术，可模拟卫星发射阶段的随机振动（频率0.5~5000Hz，加速度200G），同时精准控制舱内温度-150℃~120℃、湿度1%~98%RH，实现温湿振多参数的AI智能协同调控。试验过程中，设备通过智能试验云平台实现远程监控与数据实时上传，数据采用加密存储，满足航天领域的合规追溯需求。该设备的投入使用，打破了国际品牌在大型步入式三综合试验舱领域的垄断，成功完成多颗小型卫星组件的试验验证，试验数据与在轨实测数据偏差≤3%，为我国航天事业的发展提供了可靠的试验保障[7][8]。

典型案例2：中科院微电子研究所，选用FQ-CDZ-1000LPro型三综合试验箱，用于半导体芯片（车规级MCU）的可靠性验证，适配半导体器件体积小、精度高、抗干扰要求严苛的特性[1][5]。半导体芯片在服役过程中，易受温度剧变、湿度波动与振动的影响，出现封装开裂、键合失效、电气参数漂移等问题。试验按照GJB150.5标准，设定温度-65℃~150℃（高低温转换时间≤15秒）、湿度10%~90%RH，施加10~3000Hz正弦振动，同时通过设备测试孔连接实时监测系统，捕捉芯片在复合应力下的电气参数变化。试验连续开展1200小时，设备精准维持温湿振参数的稳定性，振动工况下温度波动度≤±0.2℃，成功暴露芯片封装界面应力过大、键合强度不足等潜在缺陷。研发团队基于试验数据，优化芯片封装工艺，采用金丝键合替代铝丝键合，选用低应力封装材料，将芯片的循环寿命从500次提升至1200次，大幅提升了半导体芯片的可靠性，该设备已成为该研究所半导体芯片研发的核心试验装备[1][5]。

三、核心技术攻坚：十五载磨一剑，破解行业痛点

十五年来，中科富祺在三综合试验箱的设计之路上，聚焦三大核心技术痛点持续攻坚，形成了具有自主知识产权的核心技术体系，成为产品竞争力的核心支撑，也为各领域应用案例的成功落地提供了技术保障。

（一）温湿振耦合干扰抑制技术

这是三综合试验箱设计的核心难点，也是中科富祺十五年来持续优化的重点。从一代的“物理隔振"，到第二代的“算法补偿"，再到第三代的“结构-算法-材料"三重抑制，逐步实现耦合干扰的全面解决。第三代产品通过采用柔性密封材料、多级复合隔振结构，结合AI耦合补偿算法，实时监测振动对温湿场的影响并自动修正调控参数，确保振动工况下温湿参数的稳定性，这一技术获得2项发明自主知识产权，也正是凭借这一技术，中科富祺产品才能在航天、半导体等领域的严苛试验中脱颖而出，确保试验数据的精准可靠。

（二）多参数智能协同控制技术

突破传统“独立调控"的局限，构建从“手动联动"到“动态协同"再到“AI智能适配"的控制技术体系。第三代产品的AI智能协同算法，可基于试验样品的材料特性、试验标准要求，自动优化温湿振参数的调控节奏与精度，实现“试验大化、样品损伤最小化"，大幅提升试验的科学性与可靠性。该技术在比亚迪车载充电器、中车株洲所信号控制器的试验中，有效提升了试验效率，缩短了研发周期，获得了下游客户的高度认可。

（三）大型步入式三综合系统集成技术

针对航空航天、大型装备等领域的超大样品试验需求，中科富祺研发了大型步入式三综合试验舱的集成技术。通过采用分布式温湿调控系统、多台振动台同步联动技术、超大空间防振密封结构设计，解决了大型空间内温湿均匀性差、多振动台同步精度低等难题，打造的FQ-THV-W8000步入式试验舱，有效试验空间达80m³，温湿均匀性≤±1℃/±3%RH，多振动台同步精度≤±0.5ms，弥补了国内大型步入式三综合试验设备的空白，成功应用于航天科技的卫星组件试验，彰显了我国在大型环境试验设备领域的技术突破。

四、设计理念与经验总结：十五载沉淀，赋能未来发展

十五年来，中科富祺在三综合试验箱的设计实践中，逐步形成并坚守“四大核心设计理念"，这既是过往成功的经验，也是未来研发的指引，更是各领域应用案例能够成功落地的核心支撑。

1. 以标准为锚，坚守合规底线：始终紧跟GB/T 2423、IEC 60068、MIL-STD等国际国内标准的更新，将标准要求全面融入产品设计的每一个环节，确保产品的合规性与试验数据的有效性。同时，积极参与行业标准的制定，将实践经验转化为行业规范，推动行业标准化发展，确保产品能够满足航空航天、轨道交通、半导体等领域的合规认证需求。

2. 以需求为纲，践行精准赋能：摒弃“闭门造车"的研发模式，深入下面行业一线，精准挖掘不同领域、不同客户的试验需求。从入门级的基础试验，到中端的精准试验，再到的定制化试验，始终以客户需求为导向，打造差异化产品，实现“精准适配、赋能产业"。无论是消费电子领域的基础测试，还是航天领域的严酷工况模拟，中科富祺都能凭借定制化设计，满足客户的个性化需求，这也是众多应用案例能够成功落地的关键。

3. 以创新为翼，筑牢核心壁垒：十五年来持续将营业收入的15%以上投入研发，构建“产学研用"深度融合的创新体系，与清华大学、北京航空航天大学等高校共建联合实验室，聚焦前沿技术攻关，不断突破行业技术瓶颈，形成具有自主知识产权的核心技术体系。正是凭借持续的技术创新，中科富祺才能实现三代产品的迭代升级，打破国际品牌垄断，在领域占据一席之地。

4. 以可靠为本，坚守品质初心：将“稳定可靠"作为产品设计的核心准则，从零部件选型、结构设计到生产制造、调试检测，建立全流程品质管控体系。关键零部件采用冗余设计，每台设备出厂前需经过1000小时连续运行测试，确保产品的长期稳定运行。从一代产品服役6年无重大故障，到第三代产品MTBF≥20000小时，中科富祺用品质赢得了下游客户的信任，积累了超千家忠实客户，打造了多个长期合作的案例。

五、未来设计展望：立足十五载，迈向新征程

站在十五载的新起点，面对地球制造业的转型升级、“双碳"战略的深入推进以及人工智能技术的快速发展，中科富祺将继续深耕三综合试验箱领域，结合各领域应用案例的实践经验，明确未来三大设计方向，持续赋能下游产业高质量发展。

（一）智能化升级：迈向“自主决策型"试验设备

融合生成式AI技术，研发“试验方案自主生成"系统，可根据用户的产品参数、试验目标，自动生成符合标准的复合环境试验方案；结合机器视觉技术，实现试验样品状态的实时监测与损伤自动识别，推动试验设备从“智能执行"向“自主决策"转型。同时，优化智能试验云平台，实现多设备协同管控、试验数据智能分析与失效模式预判，进一步提升试验效率，降低用户运维成本，适配航空航天、半导体等领域的精细化试验需求。

（二）绿色低碳设计：践行双碳战略

持续优化节能技术，采用余热回收系统、光伏辅助供电模块，进一步降低设备能耗；选用可回收材料、低GWP制冷剂，构建设备全生命周期的绿色低碳体系，打造“零碳试验设备"，助力下游企业实现双碳目标。同时，优化设备结构设计，减少能源损耗，在保持核心性能不变的前提下，将第三代产品的能耗再降低20%，满足新能源、轨道交通等领域的绿色发展需求。

（三）跨域融合拓展：打造“多应力综合试验生态"

突破“温度+湿度+振动"的传统三综合框架，向“多物理场+多化学场"复合试验拓展，研发融合温度、湿度、振动、盐雾、低气压、辐照、腐蚀等多应力的综合试验设备；搭建行业试验数据共享平台，实现试验数据的互通互认，打造三综合试验的产业生态。同时，结合航空航天、半导体、新能源等领域的应用经验，持续优化定制化设计能力，推出更多贴合细分领域需求的专用型产品，助力下游产业突破核心技术瓶颈，实现高质量发展。

六、结语

十五载栉风沐雨，十五载砥砺前行。中科富祺三综合试验箱的设计之路，是一部与中国制造业同频共振的成长史，也是一部中国环境试验设备国产化替代的奋斗史。从一代产品的基础整合，到第二代产品的精准协同，再到第三代产品的智能集成，每一次迭代都凝聚着中科富祺人的创新与坚守，每一项突破都彰显着民族企业的责任与担当，每一个应用案例都见证着产品的品质与实力。

站在新的发展起点，中科富祺将继续坚守“精准模拟、稳定可靠、高效节能、智能便捷"的核心理念，以十五载技术积淀与多领域应用经验为基础，以市场需求为导向，以技术创新为动力，持续深耕三综合试验箱领域，不断突破核心技术瓶颈，打造更多端、智能、绿色的试验设备，助力航空航天、新能源、半导体等下游产业高质量发展，为中国制造业的崛起、为科技创新的突破，贡献中科富祺的全部力量！