实施装备环境工程的探讨

2015-12-10裴嵩

电子产品可靠性与环境试验 2015年2期

裴嵩

（中船重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州 225001）

0 引言

环境适应性是装备必不可少的、重要的通用质量特性之一，是构成装备可靠性的重要基础[1]。

装备环境工程是将各种科学技术和工程应用实践用于减缓各种环境对装备效能影响或提高装备耐环境能力的一门学科，包括环境工程管理、环境分析、环境适应性设计和环境试验与评价等[2]。美军从2000年1月1日修订、发布MIL-STD-810F开始，已经在装备全寿命周期内贯彻环境工程的理念，要求从装备寿命周期内可能遇到的环境条件出发，以收集、确定的装备寿命周期内环境参数为依据，规定装备环境设计要求和环境试验要求，并据此开展环境适应性定量设计和试验。

就国内装备研制、生产和使用实践来说，日益增加的装备环境适应性 “正、反”两方面的经验教训都充分地说明，国内原来习以为常的环境要求不具体或千篇一律、环境适应性设计粗放、不管装备在哪种环境中均使用相同的试验考核方法等做法，越来越不能适应现代装备对 “六性” （包括环境适应性）越来越高的要求。换言之，对当今装备的研制生产来说，实施环境工程刻不容缓。

1 现状与问题

虽然GJB 9001B标准对产品 “六性”提出了要求，近两年各承制方也按标准要求编制了产品《环境适应性工作计划》，但内容仍停留在编制环境适应性设计准则，开展定性环境适应性设计，进行环境考核试验等方面。未能按GJB 4239要求开展环境工程工作，导致产品环境适应性问题在装备生产过程和使用过程中暴露很多，严重地影响了装备生产的顺利进行和用户的正常使用。笔者收集、统计了某单位研制生产的海用装备环境适应性方面的问题，如表1-2所示。

分析上述装备故障和问题，观察目前大多数装备承制方环境适应性工作现状，产生这些问题的原因主要有如下几个方面。

a）产品外部环境要求笼统，产品输入文件中的环境要求不明确

查阅这些产品的外部要求文件，关于环境要求的描述往往为 “满足XXX舰使用环境要求”，或“满足GJB 150要求”。缺乏产品环境适应性设计所需的温度、震动、冲击和摇摆等具体的环境参数。基于此，产品往下分解的设计输入文件（设计任务书）对环境要求的描述只能照抄外部要求，也没有提出具体的环境参数要求。

b）环境适应性设计凭经验

笔者参加了多个海用产品的设计评审，发现由于环境适应性的前期要求、设计输入不明确，导致设计师凭经验，不管该产品的实际使用条件，在器件选择、通风散热、抗冲击振动和防湿热、防盐雾等方面的设计都一样，环境适应性设计不到位的现象较为普遍。

表1 装备生产过程中的试验故障、问题统计

表2 装备使用过程中的故障、问题统计

c）环境考核试验做得多而严

由于对环境工程的理解、贯彻不够，部分研制人员（包括装备订购方）认为 “对产品环境考核试验做得越多，要求越严，越能保证交付装备的环境适应性”。出现了一批装备（几套、十几套）中每套都进行环境试验，甚至包括对被试产品具有一定的损伤、会缩短装备寿命的交变湿热等试验频繁地进行的情况。经我所装备保障部门统计，进行了交变湿热试验的装备交付使用后，与同状态、未做湿热试验的其他装备相比，外观明显地变差（表面油漆老化明显），故障率明显地偏高，很大程度上影响了装备的使用寿命。

为了寻求上述问题系统性的解决办法，从提高产品自身环境适应性出发，有效地减少装备生产过程特别是使用过程中环境适应性方面的故障和问题，保证装备良好的战备完好性和使用可靠性，必须像贯彻GJB 450A可靠性工程一样，按GJB 4239要求在装备研制生产使用的全过程中，全面贯彻环境工程的理念和要求，切实地提高产品的 “本质环境适应性”，从根本上解决目前存在的问题。

3 环境工程的实施

按照GJB 4239的要求，结合目前装备研制生产使用的实际，笔者认为，装备寿命周期内的环境工程应着重从以下几方面进行。

a）加强环境工程策划

承制方应在方案阶段开展环境工程策划，制定环境工程工作计划，并在后期不断地完善和调整。在工作计划中全面规划装备研制、生产和使用各阶段的环境工作，在各种资源上加以保证，明确分阶段的环境工程工作评审，与研制阶段性评审相结合。在计划执行方面加以监督和控制。

承制方应建立运行环境信息管理系统，并与型号故障报告、分析及纠正措施（FRACAS）系统相结合。装备环境信息管理系统作为装备全寿命周期的环境备忘录，全面、真实地记录产品研制、生产和使用过程中的环境信息，为本型号装备的环境适应性设计、试验与评价提供充分的支持，也为相似型号产品的设计与改进提供借鉴。

本所装备研制生产故障数据表明，因供方产品环境适应性问题导致的故障占装备故障总数的70%以上。因此，在日益增加的、未研制过军品的单位参与装备研制生产配套的情况下，对供方严格地监督与控制尤显重要。承制方应在研制前期与相关供方沟通产品的实际使用要求，对供方产品提出明确的环境定量要求及监督控制办法，包括验收准则等。对环境试验或者服役使用中发现的供方产品故障，应会同其一起进行原因分析与纠正措施的制定、验证工作。

b）收集环境数据，开展装备实际使用环境研究分析

环境分析应以环境数据为基础，在目前我国环境数据技术相对落后的情况下，更应提高对该工作的重视程度[3]。确定寿命期环境剖面与编制使用环境文件是环境分析工作的起点与难点，订购方需在承制方的协助下完成[4]。在可以从现有的数据库、模型或者仿真中获取有关数据的情况下，还应对数据质量和数据量进行分析和判断，以确定其可用性、有效性和可信度；当无法从数据库或其他数据源收集到足够可用的数据时，则应制定并实施使用环境数据实测计划，以获取使用环境数据类型及量值[5]。

订购方和承制方应实事求是、高度重视使用环境研究分析工作，消除环境适应性需求模糊等问题，为环境工程的实施提供准确的需求信息。

c）有效地开展环境适应性设计和预计分析

一旦形成了明确、定量的环境适应性需求，就应该严格纳入环境设计阶段。环境适应性设计准则应根据产品特点、环境数据，以及相关标准、手册和工程经验制定。环境设计以环境适应性设计准则为基础，并根据不同的环境对装备不同的破坏机理和影响，选择耐环境能力强的材料、元器件和工艺，以提高装备对预设环境的抵抗能力，或者考虑采取减缓其所在局部环境的严酷度等措施[6]。

环境设计完成后，应通过自然环境适应性和平台环境适应性分析和预计技术（包括环境仿真），分析和预计装备对未来自然和平台环境的适应性，通过分析和预计找出产品耐环境水平和薄弱环节，影响、改进设计，从而减少实物试验的反复，节省研制成本。

d）重视研制试验，合理考核试验，开展自然环境、使用环境试验

在型号产品的研制过程中，承制方应尽早地开展环境研制试验，将产品设计缺陷激发为故障，尽早地发现不足并加以改进[7]。不少承制单位对装备初样阶段的环境研制试验重视不够，导致环境适应性问题在最后的鉴定阶段甚至使用中暴露出来，解决起来需要付出更大的代价。

对于装备的环境考核试验，应根据GJB 150的要求，依据实际的环境参数，对环境考核试验进行裁剪，合理地设置考核应力种类、参数，尽可能地保证装备按照真实的环境进行试验考核。避免某种忽视实际的环境参数，一律按照最严酷条件进行试验的情况，提高装备的费效比和使用寿命。环境试验大纲的剪裁工作应充分地结合环境分析，明确装备的环境适应性要求，并通过评审等形式确定。

自然环境试验是环境工程的一项基础性工作，是装备材料、元器件和构件等耐腐蚀能力信息的重要来源，能为设计人员改进设计提供充分的依据。

使用环境试验是产品在其使用平台上，处于真实的使用环境、负载和接口的情况下进行的，是一种最真实的环境试验。承制方应提前策划，拟制使用环境试验大纲，会同使用方一起实施，及时地收集装备的使用数据，为真实地评价装备的实际环境适应性，以及后续装备的环境适应性改进设计提供准确的输入。