實(shí)施裝備環(huán)境工程的探討

裴嵩

（中船重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225001）

0 引言

環(huán)境適應(yīng)性是裝備必不可少的、重要的通用質(zhì)量特性之一，是構(gòu)成裝備可靠性的重要基礎(chǔ)[1]。

裝備環(huán)境工程是將各種科學(xué)技術(shù)和工程應(yīng)用實(shí)踐用于減緩各種環(huán)境對(duì)裝備效能影響或提高裝備耐環(huán)境能力的一門學(xué)科，包括環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)等[2]。美軍從2000年1月1日修訂、發(fā)布MIL-STD-810F開始，已經(jīng)在裝備全壽命周期內(nèi)貫徹環(huán)境工程的理念，要求從裝備壽命周期內(nèi)可能遇到的環(huán)境條件出發(fā)，以收集、確定的裝備壽命周期內(nèi)環(huán)境參數(shù)為依據(jù)，規(guī)定裝備環(huán)境設(shè)計(jì)要求和環(huán)境試驗(yàn)要求，并據(jù)此開展環(huán)境適應(yīng)性定量設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

就國(guó)內(nèi)裝備研制、生產(chǎn)和使用實(shí)踐來(lái)說(shuō)，日益增加的裝備環(huán)境適應(yīng)性 “正、反”兩方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)都充分地說(shuō)明，國(guó)內(nèi)原來(lái)習(xí)以為常的環(huán)境要求不具體或千篇一律、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)粗放、不管裝備在哪種環(huán)境中均使用相同的試驗(yàn)考核方法等做法，越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代裝備對(duì) “六性” （包括環(huán)境適應(yīng)性）越來(lái)越高的要求。換言之，對(duì)當(dāng)今裝備的研制生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，實(shí)施環(huán)境工程刻不容緩。

1 現(xiàn)狀與問(wèn)題

雖然GJB 9001B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品 “六性”提出了要求，近兩年各承制方也按標(biāo)準(zhǔn)要求編制了產(chǎn)品《環(huán)境適應(yīng)性工作計(jì)劃》，但內(nèi)容仍停留在編制環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，開展定性環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，進(jìn)行環(huán)境考核試驗(yàn)等方面。未能按GJB 4239要求開展環(huán)境工程工作，導(dǎo)致產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題在裝備生產(chǎn)過(guò)程和使用過(guò)程中暴露很多，嚴(yán)重地影響了裝備生產(chǎn)的順利進(jìn)行和用戶的正常使用。筆者收集、統(tǒng)計(jì)了某單位研制生產(chǎn)的海用裝備環(huán)境適應(yīng)性方面的問(wèn)題，如表1-2所示。

分析上述裝備故障和問(wèn)題，觀察目前大多數(shù)裝備承制方環(huán)境適應(yīng)性工作現(xiàn)狀，產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因主要有如下幾個(gè)方面。

a）產(chǎn)品外部環(huán)境要求籠統(tǒng)，產(chǎn)品輸入文件中的環(huán)境要求不明確

查閱這些產(chǎn)品的外部要求文件，關(guān)于環(huán)境要求的描述往往為 “滿足XXX艦使用環(huán)境要求”，或“滿足GJB 150要求”。缺乏產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)所需的溫度、震動(dòng)、沖擊和搖擺等具體的環(huán)境參數(shù)。基于此，產(chǎn)品往下分解的設(shè)計(jì)輸入文件 （設(shè)計(jì)任務(wù)書）對(duì)環(huán)境要求的描述只能照抄外部要求，也沒(méi)有提出具體的環(huán)境參數(shù)要求。

b）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)

筆者參加了多個(gè)海用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)評(píng)審，發(fā)現(xiàn)由于環(huán)境適應(yīng)性的前期要求、設(shè)計(jì)輸入不明確，導(dǎo)致設(shè)計(jì)師憑經(jīng)驗(yàn)，不管該產(chǎn)品的實(shí)際使用條件，在器件選擇、通風(fēng)散熱、抗沖擊振動(dòng)和防濕熱、防鹽霧等方面的設(shè)計(jì)都一樣，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)不到位的現(xiàn)象較為普遍。

表1 裝備生產(chǎn)過(guò)程中的試驗(yàn)故障、問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

表2 裝備使用過(guò)程中的故障、問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

c）環(huán)境考核試驗(yàn)做得多而嚴(yán)

由于對(duì)環(huán)境工程的理解、貫徹不夠，部分研制人員 （包括裝備訂購(gòu)方）認(rèn)為 “對(duì)產(chǎn)品環(huán)境考核試驗(yàn)做得越多，要求越嚴(yán)，越能保證交付裝備的環(huán)境適應(yīng)性”。出現(xiàn)了一批裝備 （幾套、十幾套）中每套都進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，甚至包括對(duì)被試產(chǎn)品具有一定的損傷、會(huì)縮短裝備壽命的交變濕熱等試驗(yàn)頻繁地進(jìn)行的情況。經(jīng)我所裝備保障部門統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行了交變濕熱試驗(yàn)的裝備交付使用后，與同狀態(tài)、未做濕熱試驗(yàn)的其他裝備相比，外觀明顯地變差 （表面油漆老化明顯），故障率明顯地偏高，很大程度上影響了裝備的使用壽命。

為了尋求上述問(wèn)題系統(tǒng)性的解決辦法，從提高產(chǎn)品自身環(huán)境適應(yīng)性出發(fā)，有效地減少裝備生產(chǎn)過(guò)程特別是使用過(guò)程中環(huán)境適應(yīng)性方面的故障和問(wèn)題，保證裝備良好的戰(zhàn)備完好性和使用可靠性，必須像貫徹GJB 450A可靠性工程一樣，按GJB 4239要求在裝備研制生產(chǎn)使用的全過(guò)程中，全面貫徹環(huán)境工程的理念和要求，切實(shí)地提高產(chǎn)品的 “本質(zhì)環(huán)境適應(yīng)性”，從根本上解決目前存在的問(wèn)題。

3 環(huán)境工程的實(shí)施

按照GJB 4239的要求，結(jié)合目前裝備研制生產(chǎn)使用的實(shí)際，筆者認(rèn)為，裝備壽命周期內(nèi)的環(huán)境工程應(yīng)著重從以下幾方面進(jìn)行。

a）加強(qiáng)環(huán)境工程策劃

承制方應(yīng)在方案階段開展環(huán)境工程策劃，制定環(huán)境工程工作計(jì)劃，并在后期不斷地完善和調(diào)整。在工作計(jì)劃中全面規(guī)劃裝備研制、生產(chǎn)和使用各階段的環(huán)境工作，在各種資源上加以保證，明確分階段的環(huán)境工程工作評(píng)審，與研制階段性評(píng)審相結(jié)合。在計(jì)劃執(zhí)行方面加以監(jiān)督和控制。

承制方應(yīng)建立運(yùn)行環(huán)境信息管理系統(tǒng)，并與型號(hào)故障報(bào)告、分析及糾正措施 （FRACAS）系統(tǒng)相結(jié)合。裝備環(huán)境信息管理系統(tǒng)作為裝備全壽命周期的環(huán)境備忘錄，全面、真實(shí)地記錄產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和使用過(guò)程中的環(huán)境信息，為本型號(hào)裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與評(píng)價(jià)提供充分的支持，也為相似型號(hào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供借鑒。

本所裝備研制生產(chǎn)故障數(shù)據(jù)表明，因供方產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題導(dǎo)致的故障占裝備故障總數(shù)的70%以上。因此，在日益增加的、未研制過(guò)軍品的單位參與裝備研制生產(chǎn)配套的情況下，對(duì)供方嚴(yán)格地監(jiān)督與控制尤顯重要。承制方應(yīng)在研制前期與相關(guān)供方溝通產(chǎn)品的實(shí)際使用要求，對(duì)供方產(chǎn)品提出明確的環(huán)境定量要求及監(jiān)督控制辦法，包括驗(yàn)收準(zhǔn)則等。對(duì)環(huán)境試驗(yàn)或者服役使用中發(fā)現(xiàn)的供方產(chǎn)品故障，應(yīng)會(huì)同其一起進(jìn)行原因分析與糾正措施的制定、驗(yàn)證工作。

b）收集環(huán)境數(shù)據(jù)，開展裝備實(shí)際使用環(huán)境研究分析

環(huán)境分析應(yīng)以環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在目前我國(guó)環(huán)境數(shù)據(jù)技術(shù)相對(duì)落后的情況下，更應(yīng)提高對(duì)該工作的重視程度[3]。確定壽命期環(huán)境剖面與編制使用環(huán)境文件是環(huán)境分析工作的起點(diǎn)與難點(diǎn)，訂購(gòu)方需在承制方的協(xié)助下完成[4]。在可以從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)、模型或者仿真中獲取有關(guān)數(shù)據(jù)的情況下，還應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)量進(jìn)行分析和判斷，以確定其可用性、有效性和可信度；當(dāng)無(wú)法從數(shù)據(jù)庫(kù)或其他數(shù)據(jù)源收集到足夠可用的數(shù)據(jù)時(shí)，則應(yīng)制定并實(shí)施使用環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)計(jì)劃，以獲取使用環(huán)境數(shù)據(jù)類型及量值[5]。

訂購(gòu)方和承制方應(yīng)實(shí)事求是、高度重視使用環(huán)境研究分析工作，消除環(huán)境適應(yīng)性需求模糊等問(wèn)題，為環(huán)境工程的實(shí)施提供準(zhǔn)確的需求信息。

c）有效地開展環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和預(yù)計(jì)分析

一旦形成了明確、定量的環(huán)境適應(yīng)性需求，就應(yīng)該嚴(yán)格納入環(huán)境設(shè)計(jì)階段。環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、環(huán)境數(shù)據(jù)，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)和工程經(jīng)驗(yàn)制定。環(huán)境設(shè)計(jì)以環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，并根據(jù)不同的環(huán)境對(duì)裝備不同的破壞機(jī)理和影響，選擇耐環(huán)境能力強(qiáng)的材料、元器件和工藝，以提高裝備對(duì)預(yù)設(shè)環(huán)境的抵抗能力，或者考慮采取減緩其所在局部環(huán)境的嚴(yán)酷度等措施[6]。

環(huán)境設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)通過(guò)自然環(huán)境適應(yīng)性和平臺(tái)環(huán)境適應(yīng)性分析和預(yù)計(jì)技術(shù) （包括環(huán)境仿真），分析和預(yù)計(jì)裝備對(duì)未來(lái)自然和平臺(tái)環(huán)境的適應(yīng)性，通過(guò)分析和預(yù)計(jì)找出產(chǎn)品耐環(huán)境水平和薄弱環(huán)節(jié)，影響、改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而減少實(shí)物試驗(yàn)的反復(fù)，節(jié)省研制成本。

d）重視研制試驗(yàn)，合理考核試驗(yàn)，開展自然環(huán)境、使用環(huán)境試驗(yàn)

在型號(hào)產(chǎn)品的研制過(guò)程中，承制方應(yīng)盡早地開展環(huán)境研制試驗(yàn)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷激發(fā)為故障，盡早地發(fā)現(xiàn)不足并加以改進(jìn)[7]。不少承制單位對(duì)裝備初樣階段的環(huán)境研制試驗(yàn)重視不夠，導(dǎo)致環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題在最后的鑒定階段甚至使用中暴露出來(lái)，解決起來(lái)需要付出更大的代價(jià)。

對(duì)于裝備的環(huán)境考核試驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)GJB 150的要求，依據(jù)實(shí)際的環(huán)境參數(shù)，對(duì)環(huán)境考核試驗(yàn)進(jìn)行裁剪，合理地設(shè)置考核應(yīng)力種類、參數(shù)，盡可能地保證裝備按照真實(shí)的環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)考核。避免某種忽視實(shí)際的環(huán)境參數(shù)，一律按照最嚴(yán)酷條件進(jìn)行試驗(yàn)的情況，提高裝備的費(fèi)效比和使用壽命。環(huán)境試驗(yàn)大綱的剪裁工作應(yīng)充分地結(jié)合環(huán)境分析，明確裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求，并通過(guò)評(píng)審等形式確定。

自然環(huán)境試驗(yàn)是環(huán)境工程的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是裝備材料、元器件和構(gòu)件等耐腐蝕能力信息的重要來(lái)源，能為設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)提供充分的依據(jù)。

使用環(huán)境試驗(yàn)是產(chǎn)品在其使用平臺(tái)上，處于真實(shí)的使用環(huán)境、負(fù)載和接口的情況下進(jìn)行的，是一種最真實(shí)的環(huán)境試驗(yàn)。承制方應(yīng)提前策劃，擬制使用環(huán)境試驗(yàn)大綱，會(huì)同使用方一起實(shí)施，及時(shí)地收集裝備的使用數(shù)據(jù)，為真實(shí)地評(píng)價(jià)裝備的實(shí)際環(huán)境適應(yīng)性，以及后續(xù)裝備的環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的輸入。

4 結(jié)論

綜合上述分析，得到以下基本結(jié)論：

a）目前海用裝備環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題較突出，是影響裝備研制生產(chǎn)和戰(zhàn)備完好性、使用可靠性的重要因素之一。

b）解決目前裝備的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，僅靠“頭痛醫(yī)頭”的方式，被動(dòng)地解決出現(xiàn)的問(wèn)題是不行的，必須在裝備全壽命周期實(shí)施環(huán)境工程，才能提高裝備的 “本質(zhì)環(huán)境適應(yīng)性”。

c）要實(shí)施裝備環(huán)境工程，必須按GJB 4239的要求，從環(huán)境工程策劃入手，狠抓環(huán)境數(shù)據(jù)收集分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)分析和預(yù)計(jì)，盡早地開展環(huán)境研制試驗(yàn)、合理地進(jìn)行環(huán)境考核試驗(yàn)；同時(shí)，通過(guò)開展自然環(huán)境試驗(yàn)、使用環(huán)境試驗(yàn)獲得寶貴數(shù)據(jù)，為現(xiàn)役裝備改進(jìn)和后續(xù)裝備環(huán)境工程策劃與實(shí)施提供可靠的輸入。

[1]劉志輝，李長(zhǎng)虹.自然環(huán)境試驗(yàn)在裝備研制生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2012，30（5）： :38-40.

[2]宣兆龍，易建政.裝備環(huán)境工程 [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011.

[3]祝耀昌，常文君，徐明，等.產(chǎn)品環(huán)境工程概論 [M].北京：航空工業(yè)出版社，2003.

[4]GJB 4239-2001，裝備環(huán)境工程通用要求 [S].

[5]祝耀昌，孫建勇.裝備環(huán)境工程技術(shù)及應(yīng)用 [J].裝備環(huán)境工程， 2005， 2 （6）： 1-9.

[6]祝耀昌，王建剛.各種環(huán)境試驗(yàn)特點(diǎn)及其應(yīng)用分析 [J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2005（1）：38-42.

[7]陸廷孝，鄭鵬洲.可靠性設(shè)計(jì)與分析 [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.