裝備環(huán)境適應(yīng)性的定量化表征技術(shù)探討

羅天元

（1.中國兵器工業(yè)第59研究所，重慶 400039；2.重慶市環(huán)境腐蝕與防護(hù)工程技術(shù)研究中心，重慶 400039）

環(huán)境適應(yīng)性作為裝備的重要質(zhì)量特性之一，其定量化表征一直是困擾軍方、裝備研制單位、環(huán)境試驗(yàn)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)難題。環(huán)境適應(yīng)性如果不能定量化表征，則裝備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)的論證、考核、驗(yàn)收、評(píng)價(jià)都存在很大的難度。

GJB 4239定義環(huán)境適應(yīng)性為裝備（產(chǎn)品）在其壽命期可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力，是裝備（產(chǎn)品）的重要質(zhì)量特性之一。從定義中可知，環(huán)境適應(yīng)性是一種能力，這種能力與壽命期、環(huán)境、預(yù)定功能和性能這幾個(gè)重要的參數(shù)密切相關(guān)。定義中的環(huán)境是指壽命期內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境包括極端環(huán)境，通常認(rèn)為能適應(yīng)極端環(huán)境的裝備，必定能適應(yīng)較溫和的環(huán)境。定義中的功能是指裝備實(shí)現(xiàn)或產(chǎn)生規(guī)定的動(dòng)作或行為，性能是指各種性能滿足技術(shù)要求。定義中的不被破壞是指結(jié)構(gòu)不被破壞，材料不被破壞，功能不被破壞，性能不被破壞等。

1 環(huán)境適應(yīng)度的定義

根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性的定義，用環(huán)境適應(yīng)度定量表征環(huán)境適應(yīng)性，環(huán)境適應(yīng)度的定義為：在規(guī)定的環(huán)境下，產(chǎn)品功能和性能滿足規(guī)定要求和不被破壞的服役或工作時(shí)間長度對(duì)于規(guī)定或期望的服役或工作時(shí)間長度的滿足程度。用P=t/τ表示。式中：P為環(huán)境適應(yīng)度；t為產(chǎn)品功能和性能滿足規(guī)定要求和不被破壞的服役或工作時(shí)間長度；τ為規(guī)定或期望的服役或工作時(shí)間長度；t 和τ的單位相同，可以是年、月、日、時(shí)。

2 環(huán)境適應(yīng)度的含義

用環(huán)境適應(yīng)度定量化表征環(huán)境適應(yīng)性，與環(huán)境適應(yīng)性的定義非常一致，環(huán)境適應(yīng)度的計(jì)算也很方便。

t表示在環(huán)境的作用下產(chǎn)品功能、性能和（或）不被破壞的耐久能力，與環(huán)境適應(yīng)性的定義和內(nèi)涵完全一致。t 是一個(gè)具體的數(shù)值，可以通過試驗(yàn)獲得，也可以是在滿足一定科學(xué)依據(jù)的條件下的預(yù)測值。τ表示一種規(guī)定或期望達(dá)到的在環(huán)境的作用下產(chǎn)品功能、性能和（或）不被破壞的耐久能力。這個(gè)能力可以是裝備設(shè)計(jì)的壽命期，也可以是技術(shù)指標(biāo)要求規(guī)定的貯存期，還可以是期望達(dá)到的一個(gè)時(shí)間長度以及裝備規(guī)定的大修期等。在裝備研制時(shí)，通常都有貯存期技術(shù)指標(biāo)要求，該要求即可作為τ進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)度的計(jì)算。

當(dāng)規(guī)定或期望的服役或工作時(shí)間長度τ有可靠度要求時(shí)，環(huán)境適應(yīng)度的可靠度要求與之相同。計(jì)算環(huán)境適應(yīng)度時(shí)需要先計(jì)算與規(guī)定或期望的服役或工作時(shí)間長度τ的可靠度相同的產(chǎn)品功能和性能滿足規(guī)定要求和不被破壞的服役或工作時(shí)間長度t。

3 環(huán)境適應(yīng)度評(píng)價(jià)的原則

環(huán)境適應(yīng)性的評(píng)價(jià)，到目前只能進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)，通過兩種或多種裝備、零部件、材料進(jìn)行比較，作出某一種的環(huán)境適應(yīng)性比另一種好或者是差的相對(duì)評(píng)價(jià)。根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性的定義，環(huán)境適應(yīng)性的好壞，與需求和期望密切相關(guān)，裝備的預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力都是需求和期望的，當(dāng)這些需求和期望能夠得到滿足時(shí)，就應(yīng)當(dāng)認(rèn)為環(huán)境適應(yīng)性好。用環(huán)境適應(yīng)度定量化表征環(huán)境適應(yīng)性很好的解決了這一問題。從環(huán)境適應(yīng)度的定義可知，環(huán)境適應(yīng)度把規(guī)定或期望的服役或工作時(shí)間長度作為基準(zhǔn)，產(chǎn)品功能和性能滿足規(guī)定要求和不被破壞實(shí)際能夠達(dá)到的服役或工作時(shí)間長度與之進(jìn)行比較，充分體現(xiàn)了滿足需求的原則。

4 用環(huán)境適應(yīng)度定量化表征環(huán)境適應(yīng)性的意義

環(huán)境適應(yīng)性用環(huán)境適應(yīng)度進(jìn)行定量化表征，將難以描述和難以考核的定性要求變成了定量化的技術(shù)參數(shù)，對(duì)于裝備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)的論證、考核具有十分重要的意義。

當(dāng)環(huán)境適應(yīng)度P＞1 時(shí)，說明環(huán)境適應(yīng)性雖然完全滿足技術(shù)要求，但還存在資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，可以適當(dāng)降低環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，降低裝備研制、生產(chǎn)成本；或說明環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)要求提得過低，環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)論證不充分，還可以適當(dāng)提高技術(shù)指標(biāo)要求。

當(dāng)環(huán)境適應(yīng)度P=1 時(shí)，說明環(huán)境適應(yīng)性達(dá)到技術(shù)要求，裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)要求都非常合理，資源得到了充分的利用。

當(dāng)環(huán)境適應(yīng)度P＜1時(shí)，說明環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)不能滿足技術(shù)要求，還需要采取技術(shù)措施，提高環(huán)境適應(yīng)性；或說明環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)要求提得過高，環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)論證不充分，受現(xiàn)有技術(shù)和成本的限制，需要適當(dāng)降低環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)要求。

5 算例

如某一種炮彈，要求其在30 ℃以下、相對(duì)濕度70%以下庫房環(huán)境的貯存壽命為15 a，通過在滿足30 ℃以下、相對(duì)濕度70%以下的庫房內(nèi)和不能滿足30 ℃以下、相對(duì)濕度70%以下的庫房內(nèi)進(jìn)行自然環(huán)境貯存試驗(yàn)，跟蹤監(jiān)測炮彈的戰(zhàn)術(shù)性能，在滿足環(huán)境條件的庫房內(nèi)自然環(huán)境貯存試驗(yàn)到第18年時(shí)，該彈出現(xiàn)大批量的瞎火現(xiàn)象，在不能滿足環(huán)境條件的某些庫房內(nèi)貯存試驗(yàn)到第12年時(shí)，該彈出現(xiàn)大批量的瞎火現(xiàn)象，則該彈藥在滿足環(huán)境條件下的環(huán)境適應(yīng)度為P=18/15=1.2，在不能滿足環(huán)境條件的某些庫房內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)度P=12/15=0.8。

如某型導(dǎo)彈，要求其在30 ℃以下、相對(duì)濕度70%以下庫房環(huán)境的貯存壽命為10 a，在戶外露天環(huán)境下的貯存期為4 a。通過戶外暴露試驗(yàn)和在30 ℃以下、相對(duì)濕度70%以下的庫房內(nèi)進(jìn)行自然環(huán)境貯存試驗(yàn)，跟蹤監(jiān)測該彈固體火箭推進(jìn)劑的力學(xué)性能。戶外暴露試驗(yàn)5 a 的推進(jìn)劑力學(xué)性能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，而通過5 a庫內(nèi)貯存試驗(yàn)的推進(jìn)劑力學(xué)性能變化規(guī)律推測，推進(jìn)劑力學(xué)性能只能滿足庫內(nèi)貯存9 a的技術(shù)要求，則該彈在戶外露天環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)度P=5/4=1.25，在30℃以下、相對(duì)濕度70%以下庫房內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)度P=9/10=0.9。

如電子裝備的技術(shù)指標(biāo)要求其在熱帶海洋性大氣野外環(huán)境下工作時(shí)間為5 a，可靠度為0.9。通過加速模擬試驗(yàn)方法，在可靠度為0.9 時(shí)，推算出該裝備在熱帶海洋性大氣野外環(huán)境下的工作時(shí)間為4 a，則該裝備在熱帶海洋性大氣野外環(huán)境下、可靠度為0.9時(shí)的環(huán)境適應(yīng)度P=4/5=0.8。

6 環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的表示

產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性與環(huán)境密切相關(guān)，同一產(chǎn)品在不同的環(huán)境下有不同的環(huán)境適應(yīng)性要求。對(duì)成品提出環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)時(shí)，首先必須要明確產(chǎn)品所處的具體環(huán)境，然后明確在該種環(huán)境下期望達(dá)到的耐久時(shí)間，有可靠性要求的同時(shí)提出可靠性指標(biāo)。如某產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)指標(biāo)為：在熱帶海洋大氣露天環(huán)境中的大修期為3 a，環(huán)境適應(yīng)度不低于0.85；在熱帶海洋大氣庫房內(nèi)環(huán)境下的貯存期為15 a，環(huán)境適應(yīng)度不低于0.9。

7 環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的考核

環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的考核方法有兩種，一種是自然環(huán)境試驗(yàn)。在典型或要求的自然環(huán)境下開展產(chǎn)品的自然環(huán)境試驗(yàn)，得出真實(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，考核其環(huán)境適應(yīng)性是否達(dá)到要求。需要改變目前產(chǎn)品研制完成后再開展自然環(huán)境試驗(yàn)的狀態(tài)，將開展自然環(huán)境試驗(yàn)的時(shí)機(jī)提前到產(chǎn)品研制過程中，在產(chǎn)品研制時(shí)就將擬選用的材料、元器件、防護(hù)工藝等進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)，篩選出滿足環(huán)境適應(yīng)性要求的材料、元器件和防護(hù)工藝等。也可以在已經(jīng)開展過自然環(huán)境試驗(yàn)并證明能夠滿足產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性要求的材料、元器件和防護(hù)工藝中選取。當(dāng)產(chǎn)品研制到一定程度時(shí)，還可以將整機(jī)進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)，考核其環(huán)境適應(yīng)性。自然環(huán)境試驗(yàn)本身有多種試驗(yàn)方式，在同一地區(qū)，戶外環(huán)境比試驗(yàn)棚環(huán)境惡劣，試驗(yàn)棚環(huán)境比庫房環(huán)境惡劣，在戶外進(jìn)行暴露試驗(yàn)得到試驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間比在棚下暴露試驗(yàn)的要短，有一定的加速性。

另外一種是加速模擬試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室加速模擬試驗(yàn)通過強(qiáng)化環(huán)境因素的作用，可以在較短的時(shí)間內(nèi)得出試驗(yàn)結(jié)果，通過加速模擬試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。用加速模擬試驗(yàn)方法必須要明確3 點(diǎn)：1）加速模擬試驗(yàn)?zāi)苷嬲鸬侥M的作用；2）在一定加速倍率下能進(jìn)行重復(fù)；3）加速倍率的關(guān)系。

產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的考核，必須要對(duì)產(chǎn)品在試驗(yàn)中出現(xiàn)功能、性能不能滿足要求以及出現(xiàn)破壞的原因進(jìn)行分析，對(duì)于非環(huán)境直接影響和誘發(fā)而產(chǎn)生的，如產(chǎn)品自身缺陷、人為破壞等，不計(jì)入環(huán)境適應(yīng)性考核的范圍。

8 結(jié)語

環(huán)境適應(yīng)性的定量化表征是一個(gè)復(fù)雜的問題，筆者認(rèn)為用此種方法定量化表征環(huán)境適應(yīng)性，充分體現(xiàn)了滿足需求的原則，與環(huán)境適應(yīng)性的定義吻合較好，與環(huán)境適應(yīng)性的內(nèi)涵一致性較好，環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的論證、表示、計(jì)算、評(píng)價(jià)、考核都很方便。