武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论（一）

祝耀昌，张建军

（中国航空综合技术研究所，北京 100028）

0 引言

在1997年国防科工委举办的“GJB 150十周年研讨会”上，与会有关领导一致指出：“在形成产品质量过程和影响产品质量的诸多因素中，环境适应性至关重要，环境适应性是军工产品和武器装备不容忽视的质量特性”。如何将环境适应性要求真正贯彻到武器装备研制生产中，“还是要解决观念问题，转变观念，充分重视。单纯的环境试验观点应当扩展为环境工程的概念，小环境的概念应当扩展为大环境的概念，要把环境适应性作为装备质量的重要特性，从设计抓起，全寿命各阶段都要抓”。研讨会首次明确了环境适应性是一个质量特性，而且提出了环境工程的概念。自此之后的近十五年中，我国陆续制订了 GJB 4239《装备环境工程通用要求》[1]、GJB 6117《装备环境工程术语》等军用标准[2]，将环境适应性和环境工程概念及技术纳入了军用标准内容范围。2008年，总装备部发布了GJB 9001B《质量管理体系要求》[3]，将环境适应性与可靠性等 5个质量特性一起作为质量管理体系管理的目标，明确规定了对环境适应性相关工作的管理要求。

近年来，人们已逐渐认识到环境适应性与可靠性一样，关系到武器装备在战场环境条件下的生存能力和作战效率的发挥。在一定意义上讲，装备环境适应性是制约装备性能发挥、影响战争进行甚至决定战争胜负的重要因素。因此在武器装备立项论证、工程研制和生产过程中，人们越来越重视装备环境工程工作的开展。

虽然人们对环境适应性和环境工程的重视程度显著提高，但与30年前就在国内外获得广泛认可的“可靠性”相比，人们对“环境适应性”的认知和重视程度及在型号的应用均有显著差距。在实际装备立项论证、研制和生产过程中，由于装备环境工程专业自身的技术基础工作薄弱，如装备环境适应性要求的基本概念不明确，环境适应性指标体系未建立，环境基础数据不足，缺少确定环境适应性要求的原则和方法标准等，实施环境工程存在很多技术和管理问题。例如，在型号研制的成品协议（合同）中，环境适应性要求提得不规范、不完整，而且往往与设计定型（鉴定）时用的环境鉴定试验条件混为一谈；军工产品设计定型（鉴定）会上提交的研制总结的符合性对照表中，有相当数量的单位不把环境适应性要求作为验证符合性的目标列出，而是列出一系列的环境试验项目等，甚至还存在一些错误的概念。

因此，有必要澄清装备环境适应性要求和环境适应性验证要求，试验条件和环境试验中的环境条件的内涵及其相互关系，纠正惯用的环境要求和环境条件含混不明的说法。本文就上述问题进行讨论。

1 环境适应性的概念

1.1 环境适应性定义

GJB 4239《装备环境工程通用要求》[1]和GJB 6117《装备环境工程术语》[2]中定义的环境适应性是指装备（产品）在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下，能实现其所有预定功能与性能和（或）不被破坏的能力。从定义可以看出，环境适应性是装备的一个质量特性，是装备的固有能力。这一能力又是通过设计融入装备中，并通过各种试验（包括环境激发试验与环境验证试验）来加以提高和进行验证，同时通过一系列的环境工程管理活动加以保证。要使环境适应性设计、环境试验和环境工程管理工作从型号工作开始就有明确的目标，必须先确定装备的环境适应性要求，在装备立项论证阶段就加以明确并把其作为一项战技指标纳入研制任务书或研制合同中[4]。

1.2 环境适应性不同于可靠性

正如文章前面指出的，环境适应性与可靠性都是装备的一个质量特性，而且都是与装备寿命期环境应力作用紧密相关的质量特性，因此人们往往分不清这两个质量特性的区别而将其混为一谈。在文献《武器装备环境适应性要求探讨》[4]中，作者对二者的区别进行了详细论述，敬请参阅。

2 环境适应性要求及其特点

2.1 环境适应性要求

环境适应性要求是描述研制装备应达到的环境适应性水平的一组定量和定性目标。与功能、性能要求和可靠性要求等一样，它是一种设计要求，可更明确地称之为装备进行环境适应性设计的最低要求，通常也是指设计用的最低环境条件，即必须满足的要求和条件。为了实现更加安全的目的，设计人员完全可能将产品的环境适应性水平设计得远高于此条件，即有很大的裕度。环境适应性取决于装备自身结构设计和选择的材料、元部件的防护（或耐）各种环境应力作用的能力。

2.2 环境适应性要求的特点

环境适应性要求具有以下特点：

1）唯一性；

2）复杂性；

3）定量和定性的组合。

其中，对前两个特点的详细解读，请参考文献[4]，这里不再赘述。

大部分诱发环境因素都可用一个或一组环境应力参数来定量地表示其强度大小，但也有一些环境因素（如霉菌、海洋生物等）的作用强度难以用简单的数字来定量表达而只能定性表示。许多表征自然环境因素作用强度的参数虽然可用数字表达，但在型号立项论证的短期内无法统计得出预计寿命期内会遇到的极端环境应力强度量值，因而提不出具体定量数据。例如对湿热、盐雾和太阳辐射等，往往只能定性地提出防潮、防盐雾和防太阳辐射等要求，而难以给出寿命期内它们的极端值。因此环境适应性要求往往是对各种环境因素的定量和定性要求的组合。

3 环境适应性要求表征方法和工程应用情况

3.1 环境适应性要求表征方法

应针对经分析确定的各类环境因素分别提出相应的环境适应性要求，并将它们组合成一个完整的要求。对每一环境因素的环境适应性要求既可以是定量要求，也可以是定性要求，或两者组合。对于大多数可定量地表征其作用强度的环境因素如温度、振动等，可用表征应力强度的参数及其量值来表示，例如耐高温贮存温度、工作温度，振动谱型及其量值等。对于无法定量表征其应力强度的环境因素如霉菌和生物，则只能定性或半定性地规定在这些环境因素中允许受到影响或损坏的程度，例如长霉到几级、表面受腐蚀面积和深度等。有关环境类型的环境适应性要求指标见表1。

表1 环境适应性要求指标和环境适应性试验验证要求示例Table 1 Examples of environmental adaptability requirement indexes and test verification requirements of environmental adaptability

续表1

需要指出的是，产品受到环境应力作用的效果不仅取决于应力强度，还取决于应力作用的时间——产品破坏的时间累积效应是不容忽视的。理论上讲，应当给出应力作用时间，而且要使指标中给出的该环境因素应力强度和应力作用时间产生的综合效果与寿命周期实际作用效果完全一致。但是，环境因素作用应力大小在产品寿命周期内往往会随时间变化，而且这种变化规律难以预先确定；此外同一环境因素高量值和低量值对产品的影响之间不一定成规律性关系，要想找到等效于实际环境影响的、对应于确定的极端环境应力所需的作用时间非常困难。因此，环境适应性要求指标中一般不包括应力作用时间，而将应力的时间累积作用放到验证试验方法中去解决。例如 GJB 150[5]/GJB 150A[6]的许多试验方法中均提供了试验验证时间，如高温贮存时间48 h，湿热试验10 d，盐雾试验48 h或96 h，振动功能试验1 h等，这些时间实际上都源于经验的总结。目前在型号研制总要求或研制合同协议中可见到将 GJB 150中规定的时间作为指标放入“环境技术要求”文件，这实际上是一种试验验证条件。

需要说明的是，试验验证条件不光限于施加的环境应力强度、作用方式和作用时间，还应包括负载、冷却措施、工况等条件，GJB 150A中对此作了明确规定。

3.2 工程应用情况

目前航空装备立项论证和研制过程中，有关环境适应性要求的分析和确定过程不规范，且纳入成品协议（合同）的内容比较混乱，主要存在以下问题：

1）研制总要求中的环境适应性要求过于原则

由于缺少数据和资料且对环境适应性要求的概念不明确，研制总要求中常常提出一些原则性的要求，如装备应在某地域空域范围环境中正常工作，有时再加上一些贮存温度和腐蚀方面的具体要求，或者干脆写上“按照GJB 150”；而GJB 150的每个试验方法均对应有几个试验程序，每个试验程序的环境条件也不一样，因此泛指GJB 150是不恰当、不科学的。

2）型号“环境技术要求”中大多是试验验证用的环境条件，而不是环境适应性要求

型号总师单位通常要根据使用方的研制总要求和任务书制订一个名为“环境技术要求”的型号文件。这一文件是总师单位与成品研制厂（所）签订该专业相关成品协议时提出环境要求的依据。从几个型号总师单位发布的这类技术文件可知： “环境技术要求”中多半是规定了各种环境试验项目和相应的试验条件，且提供了一些如何确定相关试验项目和试验条件的说明，而不是环境适应性要求；这些试验条件大部分是采用 GJB 150中规定的相应值或按GJB推荐的公式计算得出的值，对于GJB 150中未作规定或者只有规定但认为不适用时，总师单位则根据经验或有关数据自行剪裁确定。该型号文件实际上是一个环境适应性要求的验证文件，各试验项目中规定的环境条件自然成了设计人员进行环境适应性设计的目标依据。这种把环境试验验证条件作为环境适应性要求的做法，说明在环境适应性要求和环境适应性试验验证要求上存在概念混淆，而且没有严格按照GJB 4239的规定确定环境适应性要求，实际上是一种权宜措施。这种做法的最大问题是产品按照耐受某一应力量值设计，再按这一量值抽样验证该设计，因而其耐环境的能力基本上没有余度。众所周知，生产过程是会有偏离的，因此，通过抽样进行的鉴定和例行试验一般不能保证所有产品均达到要求，因而通过试验后还会出现故障。

3）设计定型研制总结的符合性对照表中未纳入环境适应性要求或仅列入相关的试验内容

环境适应性作为产品的重要质量特性，在成品协议书或合同中应列出其要求指标。如前所述，目前多半合同书没有列出环境适应性要求指标，而仅列出试验项目和试验条件，即试验验证要求。在这种情况下，符合性对照表列不出环境适应性要求及其指标是十分自然的；但环境试验是设计定型过程中的重大工作，必须有个交代。因此，有的单位硬把试验项目及其试验条件纳入对照表，从而使对照表不伦不类；有的单位则单独列出试验项目及试验结果。目前，急切需要规范成品协议书或合同的环境适应性要求指标，使之真正成为一个设计要求，以引起设计人员足够的重视并作为设计试验验证要求的依据。如果成品协议书或合同中有了环境适应性要求指标和试验验证要求指标，则建议符合性对照表按表2的形式列出。

表2 产品战技指标符合性对照表模板Table 2 Template conformity list of performance indexes of a product

续表2

（未完待续）

（References）

[1]GJB 4239 装备环境工程通用要求[S], 2001-05

[2]GJB 6117 装备环境工程术语[S], 2007-11

[3]GJB 9001B 质量管理体系要求[S], 2009-12

[4]祝耀昌, 王丹. 武器装备环境适应性要求探讨[J]. 航天器环境工程, 2008, 25(5): 416-423 Zhu Yaochang, Wang Dan. The environmental worthiness requirements with respect to weapon materials[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2008,25(5): 416-423

[5]GJB 150 军用设备环境试验方法[S], 1986-12

[6]GJB 150A 军用装备实验室环境试验方法[S], 2009-05