裝備環(huán)境適應性的定量化表征技術探討

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)境腐蝕與防護工程技術研究中心，重慶 400039）

環(huán)境適應性作為裝備的重要質量特性之一，其定量化表征一直是困擾軍方、裝備研制單位、環(huán)境試驗專業(yè)研究機構的技術難題。環(huán)境適應性如果不能定量化表征，則裝備環(huán)境適應性技術指標的論證、考核、驗收、評價都存在很大的難度。

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

1 環(huán)境適應度的定義

根據(jù)環(huán)境適應性的定義，用環(huán)境適應度定量表征環(huán)境適應性，環(huán)境適應度的定義為：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間長度對于規(guī)定或期望的服役或工作時間長度的滿足程度。用P=t/τ表示。式中：P為環(huán)境適應度；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間長度；τ為規(guī)定或期望的服役或工作時間長度；t 和τ的單位相同，可以是年、月、日、時。

2 環(huán)境適應度的含義

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

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)境適應性的定義和內涵完全一致。t 是一個具體的數(shù)值，可以通過試驗獲得，也可以是在滿足一定科學依據(jù)的條件下的預測值。τ表示一種規(guī)定或期望達到的在環(huán)境的作用下產(chǎn)品功能、性能和（或）不被破壞的耐久能力。這個能力可以是裝備設計的壽命期，也可以是技術指標要求規(guī)定的貯存期，還可以是期望達到的一個時間長度以及裝備規(guī)定的大修期等。在裝備研制時，通常都有貯存期技術指標要求，該要求即可作為τ進行環(huán)境適應度的計算。

當規(guī)定或期望的服役或工作時間長度τ有可靠度要求時，環(huán)境適應度的可靠度要求與之相同。計算環(huán)境適應度時需要先計算與規(guī)定或期望的服役或工作時間長度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間長度t。

3 環(huán)境適應度評價的原則

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

4 用環(huán)境適應度定量化表征環(huán)境適應性的意義

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

當環(huán)境適應度P＞1 時，說明環(huán)境適應性雖然完全滿足技術要求，但還存在資源浪費的現(xiàn)象，可以適當降低環(huán)境適應性設計，降低裝備研制、生產(chǎn)成本；或說明環(huán)境適應性技術要求提得過低，環(huán)境適應性技術指標論證不充分，還可以適當提高技術指標要求。

當環(huán)境適應度P=1 時，說明環(huán)境適應性達到技術要求，裝備的環(huán)境適應性設計和技術指標要求都非常合理，資源得到了充分的利用。

當環(huán)境適應度P＜1時，說明環(huán)境適應性設計不能滿足技術要求，還需要采取技術措施，提高環(huán)境適應性；或說明環(huán)境適應性技術要求提得過高，環(huán)境適應性技術指標論證不充分，受現(xiàn)有技術和成本的限制，需要適當降低環(huán)境適應性技術要求。

5 算例

如某一種炮彈，要求其在30 ℃以下、相對濕度70%以下庫房環(huán)境的貯存壽命為15 a，通過在滿足30 ℃以下、相對濕度70%以下的庫房內和不能滿足30 ℃以下、相對濕度70%以下的庫房內進行自然環(huán)境貯存試驗，跟蹤監(jiān)測炮彈的戰(zhàn)術性能，在滿足環(huán)境條件的庫房內自然環(huán)境貯存試驗到第18年時，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貯存試驗到第12年時，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)境適應度為P=18/15=1.2，在不能滿足環(huán)境條件的某些庫房內的環(huán)境適應度P=12/15=0.8。

如某型導彈，要求其在30 ℃以下、相對濕度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。通過戶外暴露試驗和在30 ℃以下、相對濕度70%以下的庫房內進行自然環(huán)境貯存試驗，跟蹤監(jiān)測該彈固體火箭推進劑的力學性能。戶外暴露試驗5 a 的推進劑力學性能滿足技術指標要求，而通過5 a庫內貯存試驗的推進劑力學性能變化規(guī)律推測，推進劑力學性能只能滿足庫內貯存9 a的技術要求，則該彈在戶外露天環(huán)境的環(huán)境適應度P=5/4=1.25，在30℃以下、相對濕度70%以下庫房內的環(huán)境適應度P=9/10=0.9。

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

6 環(huán)境適應性指標的表示

產(chǎn)品的環(huán)境適應性與環(huán)境密切相關，同一產(chǎn)品在不同的環(huán)境下有不同的環(huán)境適應性要求。對成品提出環(huán)境適應性技術指標時，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)境下期望達到的耐久時間，有可靠性要求的同時提出可靠性指標。如某產(chǎn)品的環(huán)境適應性技術指標為：在熱帶海洋大氣露天環(huán)境中的大修期為3 a，環(huán)境適應度不低于0.85；在熱帶海洋大氣庫房內環(huán)境下的貯存期為15 a，環(huán)境適應度不低于0.9。

7 環(huán)境適應性指標的考核

環(huán)境適應性指標的考核方法有兩種，一種是自然環(huán)境試驗。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，得出真實的試驗結果，考核其環(huán)境適應性是否達到要求。需要改變目前產(chǎn)品研制完成后再開展自然環(huán)境試驗的狀態(tài)，將開展自然環(huán)境試驗的時機提前到產(chǎn)品研制過程中，在產(chǎn)品研制時就將擬選用的材料、元器件、防護工藝等進行自然環(huán)境試驗，篩選出滿足環(huán)境適應性要求的材料、元器件和防護工藝等。也可以在已經(jīng)開展過自然環(huán)境試驗并證明能夠滿足產(chǎn)品環(huán)境適應性要求的材料、元器件和防護工藝中選取。當產(chǎn)品研制到一定程度時，還可以將整機進行自然環(huán)境試驗，考核其環(huán)境適應性。自然環(huán)境試驗本身有多種試驗方式，在同一地區(qū)，戶外環(huán)境比試驗棚環(huán)境惡劣，試驗棚環(huán)境比庫房環(huán)境惡劣，在戶外進行暴露試驗得到試驗結果的時間比在棚下暴露試驗的要短，有一定的加速性。

另外一種是加速模擬試驗。實驗室加速模擬試驗通過強化環(huán)境因素的作用，可以在較短的時間內得出試驗結果，通過加速模擬試驗與自然環(huán)境試驗的相關性，評價產(chǎn)品的環(huán)境適應性。用加速模擬試驗方法必須要明確3 點：1）加速模擬試驗能真正起到模擬的作用；2）在一定加速倍率下能進行重復；3）加速倍率的關系。

產(chǎn)品環(huán)境適應性的考核，必須要對產(chǎn)品在試驗中出現(xiàn)功能、性能不能滿足要求以及出現(xiàn)破壞的原因進行分析，對于非環(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，不計入環(huán)境適應性考核的范圍。

8 結語

環(huán)境適應性的定量化表征是一個復雜的問題，筆者認為用此種方法定量化表征環(huán)境適應性，充分體現(xiàn)了滿足需求的原則，與環(huán)境適應性的定義吻合較好，與環(huán)境適應性的內涵一致性較好，環(huán)境適應性指標的論證、表示、計算、評價、考核都很方便。