基于產(chǎn)品功能的裝備環(huán)境工程管理思考

趙保平，王剛，孫蘭

基于產(chǎn)品功能的裝備環(huán)境工程管理思考

趙保平，王剛，孫蘭

（北京機(jī)電工程研究所，北京 100074）

首先詳細(xì)分析了目前裝備環(huán)境工程實(shí)施的現(xiàn)狀，指出環(huán)境工程管理在其中的核心地位，提出了環(huán)境工程管理的三大任務(wù)，即保障設(shè)計(jì)的正確性、保障裝備實(shí)現(xiàn)過(guò)程中各項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)與設(shè)計(jì)的一致性、以及保障后續(xù)裝備的持續(xù)改進(jìn)完善和升級(jí)。在環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方面，結(jié)合具體工程案例，強(qiáng)調(diào)了關(guān)注產(chǎn)品頂層環(huán)境設(shè)計(jì)分析、總體與各部分的環(huán)境匹配性、全壽命周期環(huán)境集合的完備性、環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)，以及數(shù)字仿真的重要性?？蔀檠b備環(huán)境工程的持續(xù)改進(jìn)和提高提供新思路。

環(huán)境工程管理；環(huán)境適應(yīng)性；環(huán)境仿真；環(huán)境試驗(yàn)

從專業(yè)發(fā)展的角度分析[1]環(huán)境工程相關(guān)的四大標(biāo)準(zhǔn)：MIL-STD-810環(huán)境工程考慮和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、DEF-STAN 00-35國(guó)防裝備環(huán)境手冊(cè)、NATO STANG 4370環(huán)境試驗(yàn)、以及GJB 4239裝備環(huán)境工程通用要求?？梢钥吹剑h(huán)境工程從“規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)方法”到逐步增加環(huán)境試驗(yàn)基本原理、根據(jù)需要進(jìn)行剪裁、根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定設(shè)計(jì)和試驗(yàn)用的環(huán)境量值、用分析代替真實(shí)的硬件試驗(yàn)等。環(huán)境工程的發(fā)展從單純的環(huán)境試驗(yàn)走向了涵蓋面廣、多學(xué)科多專業(yè)交叉融合的系統(tǒng)工程。

國(guó)內(nèi)環(huán)境工程，自GJB 4239[2]發(fā)布以來(lái)，在裝備研制過(guò)程中也取得了可喜的成績(jī)，除開展環(huán)境試驗(yàn)外，還普遍建立了相應(yīng)的工程師隊(duì)伍、制定了相應(yīng)的環(huán)境管理計(jì)劃、使用保管環(huán)境條件和環(huán)境適應(yīng)性保證大綱，規(guī)定了環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，但研制和使用過(guò)程中不斷暴露出的質(zhì)量問題反映了裝備環(huán)境適應(yīng)性方面仍存在相應(yīng)的差距。

新的裝備為實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)技指標(biāo)，大量使用了新材料，如復(fù)合材料、隱身材料、熱防護(hù)材料等，這些新材料的使用對(duì)裝備的環(huán)境適應(yīng)性提出了新的挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)[3]表明，實(shí)際裝備的服役條件都很惡劣，尤其是艦船裝備，以及沿海部署的裝備，對(duì)材料的腐蝕研究工作要從裝備設(shè)計(jì)時(shí)開始。文獻(xiàn)[4]以數(shù)據(jù)說(shuō)明了環(huán)境對(duì)于材料的腐蝕和老化作用十分明顯，可見材料環(huán)境適應(yīng)性是裝備環(huán)境適應(yīng)性的重要基礎(chǔ)。目前材料的環(huán)境適應(yīng)性研究還很零散、不系統(tǒng)，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)保留在各軍工單位內(nèi)部，共享程度有限。更進(jìn)一步地，不同材料結(jié)合形成的典型構(gòu)件的環(huán)境適應(yīng)性研究更加薄弱。

從集成的功能產(chǎn)品的角度，一方面由于技術(shù)的發(fā)展，裝備研制的相關(guān)技術(shù)要求和性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，產(chǎn)品功能密度大幅度提高，涌現(xiàn)了大量新現(xiàn)象。如熱環(huán)境問題、力學(xué)環(huán)境惡化等，需要一個(gè)不斷深入認(rèn)識(shí)的技術(shù)逼近過(guò)程。另一方面，已經(jīng)相對(duì)成熟的裝備技術(shù)不斷拓展新的使用方法、范圍和平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)和研制過(guò)程關(guān)系復(fù)雜，存在疏忽錯(cuò)漏等現(xiàn)象造成質(zhì)量問題。

不管是新情況的出現(xiàn)還是老問題的重復(fù)，都暴露出裝備環(huán)境工程的實(shí)施過(guò)程中還存在一定的問題。GJB 4239中雖然規(guī)定了裝備環(huán)境工程包括的四部分：環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，但由于基礎(chǔ)較弱，開展的環(huán)境工程工作系統(tǒng)性不強(qiáng)，更多地局限于環(huán)境試驗(yàn)的應(yīng)用，其他環(huán)境工程工作如全壽命周期環(huán)境的分析、環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)的確定、環(huán)境對(duì)裝備的影響機(jī)理、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與工藝措施等技術(shù)工作開展得還不夠充分。環(huán)境工程管理機(jī)制不健全，環(huán)境工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏等，嚴(yán)重制約了裝備環(huán)境適應(yīng)性能力的提高。從環(huán)境適應(yīng)性要求提出到實(shí)現(xiàn)還沒有建立一套可操作的科學(xué)方法，是當(dāng)前裝備研制、生產(chǎn)及管理部門面臨的重要問題[5]。

環(huán)境工程的范圍廣、技術(shù)基礎(chǔ)弱，短時(shí)間內(nèi)解決這些問題難度很大，因此，不少文獻(xiàn)研究了解決問題的方法。文獻(xiàn)[6]提出裝備在環(huán)境的綜合作用下，發(fā)生腐蝕、老化、脆斷、開裂、膨脹變形、生霉長(zhǎng)霧、蟲蛀變質(zhì)等變化是自發(fā)的、不可逆的，重要的是將這種變化控制在可接受的速率和范圍內(nèi)。產(chǎn)品耐環(huán)境能力與設(shè)計(jì)、選材、防護(hù)措施及生產(chǎn)質(zhì)量控制等密切相關(guān)，強(qiáng)調(diào)了裝備的全壽命周期管理。文獻(xiàn)[7]指出目前存在的問題是對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)沒有有效反饋到環(huán)境設(shè)計(jì)中形成閉環(huán)，裝備承制方難以提出有效的改進(jìn)措施和方案，不利于裝備環(huán)境適應(yīng)性水平的逐步提高，建議建立具有我國(guó)特色的飛機(jī)平臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)境故障模式數(shù)據(jù)庫(kù)。文獻(xiàn)[8]建議“抓兩頭，帶中間”，即強(qiáng)調(diào)“建立環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)體系”和“健全環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方法”。這些文獻(xiàn)研究指明了目前環(huán)境工程面臨的問題，建議的解決措施也合理有效。

部分軍工單位在裝備研制中進(jìn)行了環(huán)境工程實(shí)施探討，文獻(xiàn)[9]研究了艦用裝備環(huán)境工程的實(shí)施，并制訂了相關(guān)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，包括高溫環(huán)境、低溫環(huán)境、濕熱環(huán)境、鹽霧環(huán)境、霉菌環(huán)境、振動(dòng)和沖擊環(huán)境、其他環(huán)境防護(hù)等。這些工作都有力地推動(dòng)了裝備環(huán)境工程的實(shí)施。文獻(xiàn)[10]對(duì)裝備環(huán)境工程提出了更高的要求，提出了“環(huán)境影響評(píng)估”定量化的概念，要求在研制裝備硬件的同時(shí)，研制一套定量評(píng)估環(huán)境影響裝備實(shí)戰(zhàn)性能的軟件系統(tǒng)。環(huán)境適應(yīng)性必須在環(huán)境影響定量化基礎(chǔ)上給出實(shí)戰(zhàn)性能隨環(huán)境參數(shù)的變化，能夠進(jìn)行環(huán)境影響輔助決策。這些探索為裝備環(huán)境工程指明了發(fā)展方向。

綜上所述，自GJB 4239發(fā)布以來(lái)，各軍工單位按照GJB 4239的要求開展了相關(guān)的裝備環(huán)境工程工作，取得了一定的成績(jī)，但還存在諸多不足。各文獻(xiàn)對(duì)于目前環(huán)境工程實(shí)施過(guò)程中的問題認(rèn)識(shí)清楚，并努力付諸實(shí)踐，但如何有效地貫徹實(shí)施裝備環(huán)境工程仍值得深思。

1 環(huán)境工程管理的核心地位

GJB 4239對(duì)環(huán)境工程管理的定義為完成環(huán)境工程工作的一系列活動(dòng)，包括規(guī)劃、組織等內(nèi)容，其中環(huán)境工程是為實(shí)現(xiàn)裝備環(huán)境適應(yīng)性而運(yùn)用各種科學(xué)與工程技術(shù)的一門工程學(xué)科[2]。由于裝備的復(fù)雜性，環(huán)境工程工作具有很強(qiáng)的技術(shù)性，環(huán)境工程管理中的每一項(xiàng)活動(dòng)的規(guī)定都應(yīng)基于裝備的功能特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)途徑，確保裝備環(huán)境工程工作按照既定方式和時(shí)間周期實(shí)現(xiàn)預(yù)期的環(huán)境適應(yīng)性目標(biāo)[11]。

1.1 強(qiáng)化思想認(rèn)識(shí)

環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品重要的質(zhì)量特性之一，也是相關(guān)各部門的基本共識(shí)。對(duì)于將環(huán)境工程作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程納入裝備全壽命周期，以提高裝備環(huán)境適應(yīng)性，以及如何將環(huán)境工程納入裝備全壽命周期管理等問題上，認(rèn)識(shí)還不深入、不充分、不全面，導(dǎo)致裝備的環(huán)境工作系統(tǒng)性不夠，提高產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性手段不足。

提高裝備的環(huán)境適應(yīng)性，不是單靠哪一方（某個(gè)單位、某個(gè)部門、某個(gè)專業(yè)）的努力就能完成的，必須加強(qiáng)環(huán)境工程相關(guān)各方的通力合作并進(jìn)行有效的組織管理，將環(huán)境工程的各項(xiàng)具體措施落到實(shí)處。目前環(huán)境工程在裝備研制生產(chǎn)中還處于初級(jí)階段，加強(qiáng)環(huán)境工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的宣貫和培訓(xùn)及配套標(biāo)準(zhǔn)的建立，提高裝備研制生產(chǎn)各方對(duì)環(huán)境工程工作的認(rèn)識(shí)，明確環(huán)境工程工作在裝備研制生產(chǎn)中的作用和地位，才能真正地發(fā)揮環(huán)境工程對(duì)裝備環(huán)境適應(yīng)性的保證作用。

1.2 環(huán)境工程管理的任務(wù)

環(huán)境工程管理中規(guī)定了四個(gè)工作項(xiàng)目：制定環(huán)境工程工作計(jì)劃、裝備環(huán)境工程工作評(píng)審、環(huán)境信息管理、對(duì)轉(zhuǎn)承制方和供應(yīng)方的監(jiān)督和控制。存在以下幾個(gè)問題：工作計(jì)劃應(yīng)列入那些內(nèi)容，評(píng)審哪些內(nèi)容，收集哪些信息并如何使用，對(duì)外方監(jiān)督控制什么。

在研制初期，根據(jù)產(chǎn)品功能特點(diǎn)的仿真分析不足，缺乏有針對(duì)性的環(huán)境工程管理，環(huán)境工作要求往往機(jī)械照搬并依賴已有的試驗(yàn)項(xiàng)目、經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，使得全壽命周期環(huán)境仿真分析、適應(yīng)性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)評(píng)價(jià)等工作存在項(xiàng)目設(shè)置、包絡(luò)覆蓋性和充分性不盡合理，存在過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)試驗(yàn)和欠設(shè)計(jì)欠試驗(yàn)等情況。

實(shí)際上，所有管理工作都是圍繞研制開展的，而從裝備需求開始到驗(yàn)證交付使用的整個(gè)鏈條中，設(shè)計(jì)是將需求轉(zhuǎn)化為指標(biāo)要求并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的關(guān)鍵，而且環(huán)境工程中的仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等活動(dòng)都是為設(shè)計(jì)正確性服務(wù)的。仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等又與各個(gè)相關(guān)專業(yè)、相關(guān)資源互相錯(cuò)綜勾連，關(guān)系復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)處于所有關(guān)系的中心位置。由此可知，環(huán)境工程管理中應(yīng)特別關(guān)注以下幾個(gè)管理活動(dòng)作為重點(diǎn)，才會(huì)有效保證裝備環(huán)境適應(yīng)性的順利實(shí)現(xiàn)，避免出現(xiàn)大的反復(fù)：保證設(shè)計(jì)的正確性，不管裝備是新情況還是老套路，應(yīng)該從設(shè)計(jì)出發(fā)，把設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化成分階段分步驟實(shí)施的具體項(xiàng)目，并采用相應(yīng)的活動(dòng)加以管理；保證產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的各項(xiàng)活動(dòng)與設(shè)計(jì)的一致性，并在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及到的人、機(jī)、料、法、環(huán)各個(gè)方面能夠綜合做到多快好??；保證產(chǎn)品后續(xù)使用和改進(jìn)完善能夠擁有充分的數(shù)據(jù)等資源可以使用，同時(shí)，要對(duì)裝備在使用中暴露和反饋回來(lái)的熱點(diǎn)問題納入到研制、維護(hù)、保障等管理活動(dòng)中，如當(dāng)前比較突出的熱、力、海洋腐蝕及其綜合效應(yīng)問題。

2 設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵

裝備環(huán)境工程管理的首要任務(wù)是保障設(shè)計(jì)的正確性。裝備往往是復(fù)雜系統(tǒng)，功能多、要求高，為了實(shí)現(xiàn)其功能要求所采用的材料、器件、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、軟件復(fù)雜多樣，實(shí)現(xiàn)工藝和集成等過(guò)程特性各異，往往會(huì)涌現(xiàn)新的功能。一方面成就裝備的功能，同時(shí)也造成一些有害的影響。設(shè)計(jì)就是保證保留需要的功能過(guò)程、消除或者降低有害功能過(guò)程的活動(dòng)。由于裝備不同，其功能各異，設(shè)計(jì)活動(dòng)也不完全相同，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)要求差異更大。也正是如此，盡管GJB 4239給出了三個(gè)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)工作項(xiàng)目，但相對(duì)環(huán)境分析與環(huán)境試驗(yàn)部分的內(nèi)容豐富性就顯得明顯不足，可操作性不強(qiáng)。具體到型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性大綱等文件中，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)部分也比較簡(jiǎn)單，這也正是我國(guó)裝備環(huán)境適應(yīng)性工作相對(duì)重視試驗(yàn)、依賴試驗(yàn)，屬于“產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)——環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證”的秋后算賬模式[12]。因此，設(shè)計(jì)部分應(yīng)該成為環(huán)境工程管理關(guān)注的重點(diǎn)之一，在活動(dòng)安排、工作項(xiàng)目、計(jì)劃階段性活動(dòng)、評(píng)審、評(píng)估以及人員安排培訓(xùn)等管理活動(dòng)安排中，應(yīng)該關(guān)注總體上是否考慮了動(dòng)力學(xué)、傳熱等特性的合理性，是否關(guān)注了總體與部分之間、部分與部分之間的關(guān)系，是否進(jìn)行了有害以及風(fēng)險(xiǎn)性分析等內(nèi)容，保證設(shè)計(jì)不偏離既定目標(biāo)、不發(fā)生顛覆性問題。

一般來(lái)講，產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)主要是要處理好產(chǎn)品目標(biāo)功能與環(huán)境激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)之間的關(guān)系。功能單元特有的功能可能成為干擾其他單元的環(huán)境激勵(lì)源，傳遞路徑中存在的問題可能誘發(fā)和變異出新的環(huán)境，造成不恰當(dāng)?shù)沫h(huán)境響應(yīng)。與功能連接相關(guān)的材料、結(jié)構(gòu)、功能單元等必然存在相應(yīng)的功能指標(biāo)，只要各部分設(shè)計(jì)指標(biāo)滿足自身的要求則必然滿足整體要求，而相應(yīng)的試驗(yàn)也應(yīng)按照應(yīng)力傳遞的三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證。目前由于產(chǎn)品的復(fù)雜性，都是按照功能設(shè)計(jì)生產(chǎn)，再實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證的工作模式，對(duì)保障目標(biāo)功能的材料、結(jié)構(gòu)和單元的環(huán)境適應(yīng)性分解指標(biāo)感到困難，故因沒有過(guò)程指標(biāo)控制而出現(xiàn)周期反復(fù)問題，因此管理過(guò)程應(yīng)加強(qiáng)圍繞產(chǎn)品功能而開展的過(guò)程指標(biāo)分解工作。在所有指標(biāo)中，動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)設(shè)計(jì)難度極大，應(yīng)規(guī)定各部分頻率范圍控制、整體動(dòng)力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)傳遞特性、熱力學(xué)特性等指標(biāo)要求[13]。在上述工作的基礎(chǔ)上開展基于產(chǎn)品功能的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)，包括氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)、力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)、核環(huán)境、生化環(huán)境和其他環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)等。

2.1 頂層環(huán)境設(shè)計(jì)分析

目前由于產(chǎn)品功能密度和指標(biāo)的提高，研制過(guò)程中出現(xiàn)了一些反復(fù)，過(guò)去認(rèn)為不是問題的問題顯現(xiàn)了出來(lái)，如動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的不均勻問題、熱分布合理性問題、電磁兼容性問題等，這就是裝備系統(tǒng)復(fù)雜性提高后的涌現(xiàn)?？偨Y(jié)歸納發(fā)現(xiàn)，主要是在設(shè)計(jì)的源頭上按照歷史的慣性，沒有關(guān)注產(chǎn)品特性的變化帶來(lái)的影響，而放棄了一些分析與設(shè)計(jì)步驟和工作項(xiàng)目，影響了設(shè)計(jì)的正確性。因此，應(yīng)將產(chǎn)品總體方案中的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分布、傳熱散熱及其分布的合理性等環(huán)境適應(yīng)性因素優(yōu)先予以考慮，其工作的結(jié)果直接關(guān)系到設(shè)計(jì)中器件、設(shè)備功率大小及分布和結(jié)構(gòu)形式及材料等選擇的合理性，否則將會(huì)為環(huán)境適應(yīng)性的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)先天不足甚至失敗。例如，某型號(hào)大功率發(fā)熱產(chǎn)品借用另一個(gè)成熟型號(hào)產(chǎn)品，總體方案設(shè)計(jì)時(shí)沒有注意到該產(chǎn)品安裝位置的不同所引起的熱環(huán)境效應(yīng)的巨大差異，導(dǎo)致該型號(hào)大功率發(fā)熱產(chǎn)品在整個(gè)工作過(guò)程中不斷向鄰近的其他設(shè)備輻射熱量，致使設(shè)備周圍空氣溫度快速上升，鄰近設(shè)備超過(guò)極限溫度而失效。這是典型的頂層設(shè)計(jì)分析對(duì)系統(tǒng)整體熱環(huán)境考慮不足引起的失效問題。等到系統(tǒng)全部集成后，才發(fā)現(xiàn)問題，事后補(bǔ)救非常被動(dòng)，由于受多方設(shè)計(jì)限制，很多措施無(wú)法實(shí)施，造成了很嚴(yán)重的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)上的損失。反之，如果在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到大功率發(fā)熱產(chǎn)品位置改變引起的系統(tǒng)熱環(huán)境變化，從氣動(dòng)布局上引入外部冷空氣冷卻設(shè)備周圍空氣，則可以以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大的效益。

2.2 總體與各部分的環(huán)境匹配性

裝備作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其外部環(huán)境和內(nèi)部某些功能會(huì)沿著特定的路徑傳遞，由于其復(fù)雜性，傳遞過(guò)程中會(huì)形成變異、轉(zhuǎn)化、衰減、放大等現(xiàn)象，有些路徑是潛藏的，有的是設(shè)計(jì)要求的，設(shè)計(jì)就是保證需要的路徑不發(fā)生變異等現(xiàn)象，不需要的路徑和現(xiàn)象被限制在最低影響范圍，以保證產(chǎn)品各部分之間相互不受到影響。因此，總體上應(yīng)對(duì)各部分的關(guān)系進(jìn)行分析，對(duì)可能的傳遞路徑和路徑上可能的變化進(jìn)行分析，確定各部分的合理指標(biāo)以保證功能匹配性和環(huán)境兼容性[12]。同時(shí)，各個(gè)部分的設(shè)計(jì)同樣應(yīng)該按照總體的工作流程和方式進(jìn)行分析設(shè)計(jì)工作，給出與其特性相匹配的要求和更下一層的要求，而非按照總體給出的數(shù)據(jù)照抄。例如，某型號(hào)裝備運(yùn)輸試驗(yàn)中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂的現(xiàn)象，運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)環(huán)境實(shí)際上是一個(gè)層層傳遞的關(guān)系，路況和車速對(duì)于汽車底板的振動(dòng)均有影響，汽車底板的振動(dòng)通過(guò)包裝箱傳遞到某型號(hào)裝備上，裝備上懸掛有大質(zhì)量物體。整個(gè)力學(xué)傳遞路徑中，在某方向上出現(xiàn)了低頻層層放大的情況，導(dǎo)致裝備上大質(zhì)量物體往復(fù)擺動(dòng)，造成根部反復(fù)彎曲疲勞斷裂。如果在包裝箱設(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)該裝備某方向剛度較弱，進(jìn)行了該方向低頻晃動(dòng)的抑制，完全可以避免結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象的產(chǎn)生?？梢姡谘b備的研制過(guò)程中，明確設(shè)計(jì)產(chǎn)品所處的環(huán)境特征。例如，力學(xué)環(huán)境傳遞的環(huán)節(jié)，傳遞路徑上方和下方的特點(diǎn)，然后再依據(jù)這些特點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)是十分重要的。

目前，對(duì)產(chǎn)品總體環(huán)境特性與各部分環(huán)境特性指標(biāo)的關(guān)系，重視程度很低，產(chǎn)品研制中設(shè)計(jì)人員，特別是非環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)人員對(duì)如何落實(shí)分解指標(biāo)和適應(yīng)性設(shè)計(jì)還比較困惑，應(yīng)該在管理活動(dòng)中作為重點(diǎn)。

2.3 全壽命周期環(huán)境集合的完備性

除前面從總體和各部分特性分析外，作為外部激勵(lì)的全壽命周期環(huán)境集合的完備性應(yīng)該得到關(guān)注。應(yīng)對(duì)裝備服役整個(gè)過(guò)程的使用方法、地點(diǎn)、平臺(tái)、要求、保障等情況與用戶進(jìn)行充分溝通，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)在使用中可能誘發(fā)的環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并對(duì)其完備性進(jìn)行分析[14-15]。

2.4 環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)

GJB 4239中規(guī)定的環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)，名為試驗(yàn)，實(shí)為設(shè)計(jì)輔助手段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)原型初樣試驗(yàn)階段就應(yīng)該大量開展，以掌握產(chǎn)品的各類特性，是產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。例如，某型號(hào)裝備上的設(shè)備，按照該型號(hào)的使用保管環(huán)境條件完成了振動(dòng)交付試驗(yàn)和例行試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)完好、性能正常。交付總裝后，安裝到某型號(hào)裝備的支架上時(shí)，在振動(dòng)環(huán)境下，出現(xiàn)了數(shù)倍量級(jí)的振動(dòng)放大，導(dǎo)致設(shè)備失效。設(shè)備承制方?jīng)]有進(jìn)行環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)，對(duì)設(shè)備的諧振頻率不清楚。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)備安裝支架設(shè)計(jì)時(shí)，僅考慮了靜強(qiáng)度校核，并未分析支架的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性。如果設(shè)備承制方和支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在初樣階段進(jìn)行了充分的環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)，完全可以避免設(shè)備失效的發(fā)生，從而可以避免設(shè)備交付后的重新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)上和進(jìn)度上的巨大損失。

可見，在研制之初，必須充分地強(qiáng)調(diào)環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)的重要性，這些都必須通過(guò)環(huán)境工程管理落實(shí)到裝備研發(fā)的過(guò)程中。

2.5 數(shù)字仿真與實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證并重

仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證是產(chǎn)品研制的兩條腿，缺一不可。一般的流程應(yīng)該是在早期階段優(yōu)先選用數(shù)字仿真分析，逐步采取實(shí)物進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。由于裝備系統(tǒng)的復(fù)雜性，數(shù)字仿真往往需要大量的簡(jiǎn)化，仿真結(jié)果與型號(hào)要求期望的差異比較大，造成型號(hào)設(shè)計(jì)研制人員對(duì)試驗(yàn)更為重視。在管理中，應(yīng)對(duì)這一現(xiàn)象加以糾正。仿真作為一種設(shè)計(jì)輔助手段，其意義在于掌握特性、把握方向、尋找規(guī)律、分解指標(biāo)、發(fā)現(xiàn)潛在問題，是設(shè)計(jì)正確性的基礎(chǔ)，也是試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)。試驗(yàn)是對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的驗(yàn)證，而非對(duì)產(chǎn)品使用中的真實(shí)情況的復(fù)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)前期的仿真分析是一個(gè)去偽存真、關(guān)注關(guān)鍵并轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵指標(biāo)的過(guò)程，只有各部分指標(biāo)得到正確分解，后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證才會(huì)得到有針對(duì)性的結(jié)果。因此，管理活動(dòng)中需要審查是否進(jìn)行了仿真分析并將指標(biāo)分解到了各部分和各專業(yè)，相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目是否與設(shè)計(jì)分解指標(biāo)對(duì)應(yīng)。

此外，部分試驗(yàn)由于各種限制，難以開展實(shí)物試驗(yàn)，研究仿真試驗(yàn)技術(shù)以替代用實(shí)際硬件直接進(jìn)行的試驗(yàn)是未來(lái)的發(fā)展方向之一。仿真試驗(yàn)的實(shí)施必須在掌握正確的平臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)和受試產(chǎn)品特有的環(huán)境影響機(jī)理和故障模式的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)。例如，研究裝備的貯存壽命和延壽問題時(shí)，難以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)物自然環(huán)境試驗(yàn)，需借助數(shù)字仿真，尋找自然環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的相關(guān)性，得出相關(guān)模型或試驗(yàn)倍率，這些需要進(jìn)行大量的預(yù)研和試驗(yàn)工作，在環(huán)境工程管理中也需要及早策劃、及早安排。

3 嚴(yán)密的管理活動(dòng)策劃

裝備環(huán)境工程管理的第二項(xiàng)主要任務(wù)是保障裝備實(shí)現(xiàn)過(guò)程中各項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)與設(shè)計(jì)的一致性。在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，涉及了人、機(jī)、料、法、環(huán)等各個(gè)環(huán)節(jié)，在保證設(shè)計(jì)正確性前提下，相應(yīng)技術(shù)活動(dòng)步驟中要求每個(gè)環(huán)節(jié)與相應(yīng)的設(shè)計(jì)保持一致，才能保證產(chǎn)品符合預(yù)期的功能目標(biāo)，其解決的是狀態(tài)符合性和質(zhì)量一致性。因此，人、機(jī)、料、法、環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制要經(jīng)過(guò)十分嚴(yán)密的策劃。

1）設(shè)計(jì)人員的構(gòu)成和職責(zé)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性不僅僅是環(huán)境專業(yè)人員，主要是產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備相應(yīng)的環(huán)境意識(shí)。每個(gè)專業(yè)不能僅僅考慮各自專業(yè)功能而已，必須考慮與其他專業(yè)的關(guān)系。在各種設(shè)計(jì)專業(yè)活動(dòng)中，各個(gè)專業(yè)必須密切合作相互補(bǔ)充才能實(shí)現(xiàn)環(huán)境適應(yīng)性目標(biāo)。因此，管理過(guò)程中的設(shè)計(jì)人員組成和設(shè)計(jì)工作項(xiàng)目應(yīng)包含各類專業(yè)人員。

2）合理運(yùn)用已有的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工具。由于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，涉及面大，某些環(huán)節(jié)的不當(dāng)可能造成周期與成本的大幅度增加。因此，應(yīng)對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中影響環(huán)境適應(yīng)性各種因素加以分析，采用正交設(shè)計(jì)等工具予以優(yōu)化，做到產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的多快好省。GJB 4239中規(guī)定的7種試驗(yàn)類型中，環(huán)境鑒定試驗(yàn)、批生產(chǎn)裝備（產(chǎn)品）環(huán)境（驗(yàn)收和例行）試驗(yàn)應(yīng)用比較廣泛，其余試驗(yàn)，尤其是環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)、自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)，進(jìn)行得比較少，需要在環(huán)境工程管理活動(dòng)中加以強(qiáng)調(diào)。

3）要重視制造和加工過(guò)程中的工藝。設(shè)計(jì)師應(yīng)及早與工藝師充分溝通材料選用、工藝方案等有關(guān)產(chǎn)品制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，確保設(shè)計(jì)方案的可實(shí)現(xiàn)性，以及不能發(fā)生有害于裝備環(huán)境適應(yīng)性的工藝因素。

此外，要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，特別是一些專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)，實(shí)際工作中，盡管都遵循同樣的標(biāo)準(zhǔn)，但由于專業(yè)范圍、崗位、經(jīng)驗(yàn)等方面的局限性，往往理解差距很大，需要通過(guò)課程培訓(xùn)，特別是進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)。

設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)逐步逼近目標(biāo)值的漸進(jìn)過(guò)程，按照研制雙W模式，專業(yè)、分析、仿真、試驗(yàn)、工藝、外協(xié)、不同層次等過(guò)程與階段性工作都存在一個(gè)循環(huán)與閉環(huán)過(guò)程，管理需要對(duì)過(guò)程中的不斷完善特別關(guān)注。

4 裝備研發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累與可持續(xù)性

裝備環(huán)境工程管理的第三項(xiàng)任務(wù)是保障后續(xù)裝備的持續(xù)改進(jìn)完善和升級(jí)，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益的最大化。環(huán)境是裝備研制的基礎(chǔ)，研制中積累下來(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)、條件、模型、標(biāo)準(zhǔn)、方法與相應(yīng)的功能、指標(biāo)和所有專業(yè)以及通用質(zhì)量特性相關(guān)性很強(qiáng)，對(duì)后續(xù)裝備研制中相似產(chǎn)品相似功能的實(shí)現(xiàn)具有非常重要的借鑒意義，做好積累工作，形成社會(huì)資源成果，實(shí)現(xiàn)型號(hào)共享，社會(huì)共享，讓后人和后來(lái)的產(chǎn)品站在前人的肩膀上。

首先，產(chǎn)品交付用戶并不等于環(huán)境適應(yīng)性就完全滿足使用要求，也不是設(shè)計(jì)任務(wù)的終結(jié)。一方面，需要制定裝備服役過(guò)程中維護(hù)裝備環(huán)境適應(yīng)性的操作與防護(hù)規(guī)范。另一方面，在使用中，由于使用范圍、環(huán)境、方法、人員、平臺(tái)等方面的變化以及產(chǎn)品材料器件等指標(biāo)分散性，使用中經(jīng)歷的環(huán)境往往會(huì)存在與設(shè)計(jì)不一致的情況，存在出現(xiàn)故障并進(jìn)行維修的情況，在管理中應(yīng)關(guān)注對(duì)這些情況的考慮。應(yīng)對(duì)使用中的維修保障影響有預(yù)先措施，對(duì)使用不一致性環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)和收集，建立FRANCS系統(tǒng)，為維護(hù)保障和后續(xù)改進(jìn)型號(hào)服務(wù)。

其次，由于裝備技術(shù)指標(biāo)和功能要求的提高，需要采用大量新型材料以適應(yīng)功能密度大、結(jié)構(gòu)特性要求高等特點(diǎn)，如采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料、隱身材料、火化工材料、先進(jìn)功能材料、器件等，特別是非金屬材料的采用，其相應(yīng)的環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)需要從方案開始或之前必須同步開展測(cè)試獲取，相應(yīng)構(gòu)件則需要同步開展腐蝕、老化、退化以及環(huán)境影響特性曲線、加速退化模型、傳遞特性等試驗(yàn)和研究，尤其是相應(yīng)的壽命數(shù)據(jù)除需要加速試驗(yàn)外，還要進(jìn)行長(zhǎng)期的自然環(huán)境試驗(yàn)工作，以支撐產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。因此，在管理上要考慮已有自然環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)的充分利用和新材料新工藝環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)獲取途徑。由于其積累需要的時(shí)間長(zhǎng)、代價(jià)大，是短時(shí)間內(nèi)難以立竿見影的工程，需在頂層環(huán)境工程管理中統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署。在自然和平臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上，規(guī)范試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理方法，積累材料和裝備受環(huán)境影響的規(guī)律和故障數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并在裝備研制過(guò)程中共享，為裝備環(huán)境適應(yīng)性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。避免當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)注重產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)，而材料、器件、工藝等的環(huán)境適應(yīng)性問題考慮較少，導(dǎo)致部分產(chǎn)品交付后出現(xiàn)腐蝕、斷裂等問題；避免產(chǎn)品貯存壽命估計(jì)不準(zhǔn)；避免環(huán)境數(shù)據(jù)有實(shí)測(cè)但分析不足且沒有有效反饋到設(shè)計(jì)中形成閉環(huán)等問題，造成設(shè)計(jì)改進(jìn)措施難以到位，環(huán)境適應(yīng)性持續(xù)改進(jìn)不足的局面。

第三，制定和完善環(huán)境工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是保障后續(xù)裝備持續(xù)改進(jìn)完善的一種重要途徑。通過(guò)頂層標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等的制訂和配套，以規(guī)范和指導(dǎo)環(huán)境工程工作的有序開展，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的宣貫、普及和修訂將裝備研制過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)固化積累下來(lái)，實(shí)現(xiàn)后續(xù)裝備的持續(xù)改進(jìn)完善和升級(jí)。目前我國(guó)已制訂了環(huán)境工程頂層標(biāo)準(zhǔn)GJB 4239，總裝備部技術(shù)基礎(chǔ)管理中心已經(jīng)完成了以環(huán)境工程為基礎(chǔ)的《裝備環(huán)境工程標(biāo)準(zhǔn)體系》的制訂工作[16]，大部分標(biāo)準(zhǔn)都欠缺，需要比較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累，需要逐步建設(shè)并完善相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等信息化數(shù)據(jù)系統(tǒng)，形成相應(yīng)的仿真分析系統(tǒng)，為后續(xù)裝備和相似基本功能單元的設(shè)計(jì)提供借鑒，提高環(huán)境適應(yīng)性知識(shí)的社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和裝備要求的不斷提高，還會(huì)出現(xiàn)更多的環(huán)境適應(yīng)性問題，特別是動(dòng)力學(xué)特性設(shè)計(jì)、熱力學(xué)特性設(shè)計(jì)問題比較突出。不管如何發(fā)展，掌握裝備環(huán)境特性，掌握使用環(huán)境是實(shí)現(xiàn)環(huán)境適應(yīng)性最基本的功課，相應(yīng)的管理活動(dòng)基本都是圍繞特性與環(huán)境展開的，管理活動(dòng)應(yīng)該重點(diǎn)審視是否包含了這些內(nèi)容。

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Consideration of Materiel Environmental Engineering Management Based on Functional Equipment

ZHAO Bao-ping, WANG Gang, SUN Lan

(Beijing Mechanical-electronic Engineering Institute, Beijing 100074, China)

In this paper, current implementation of materiel environmental engineering was analyzed. Essential roles of environmental engineering management were stressed. Three important tasks of environmental engineering management were presented to ensure correctness of design, coincidence of design and other technical activities in manufacture, test and employment, to ensure continuous improvement and upgrade of materiel. In design of environmental worthiness, some specific engineering cases were provided. The importance of design and analysis of overall environment of materiel, environmental matching of the whole and parts of materiel, completeness of life cycle environmental profile, environmental response characteristic test and digital simulation test was emphasized. It could provide new ideas for the continual improvement of materiel environmental engineering.

environmental engineering management; environmental worthiness; environmental simulation; environmental test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.11.001

TJ01；E92

A

1672-9242(2017)11-0001-06

2017-09-01；

2017-10-08

趙保平（1962—），男，河北石家莊人，碩士，研究員，主要研究方向我產(chǎn)品環(huán)境工程、環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)技術(shù)。