武器裝備環境適應性要求、環境適應性驗證要求和環境條件及其相互關系的討論（一）

祝耀昌，張建軍

（中國航空綜合技術研究所，北京 100028）

0 引言

在1997年國防科工委舉辦的“GJB 150十周年研討會”上，與會有關領導一致指出：“在形成產品質量過程和影響產品質量的諸多因素中，環境適應性至關重要，環境適應性是軍工產品和武器裝備不容忽視的質量特性”。如何將環境適應性要求真正貫徹到武器裝備研制生產中，“還是要解決觀念問題，轉變觀念，充分重視。單純的環境試驗觀點應當擴展為環境工程的概念，小環境的概念應當擴展為大環境的概念，要把環境適應性作為裝備質量的重要特性，從設計抓起，全壽命各階段都要抓”。研討會首次明確了環境適應性是一個質量特性，而且提出了環境工程的概念。自此之后的近十五年中，我國陸續制訂了 GJB 4239《裝備環境工程通用要求》[1]、GJB 6117《裝備環境工程術語》等軍用標準[2]，將環境適應性和環境工程概念及技術納入了軍用標準內容范圍。2008年，總裝備部發布了GJB 9001B《質量管理體系要求》[3]，將環境適應性與可靠性等 5個質量特性一起作為質量管理體系管理的目標，明確規定了對環境適應性相關工作的管理要求。

近年來，人們已逐漸認識到環境適應性與可靠性一樣，關系到武器裝備在戰場環境條件下的生存能力和作戰效率的發揮。在一定意義上講，裝備環境適應性是制約裝備性能發揮、影響戰爭進行甚至決定戰爭勝負的重要因素。因此在武器裝備立項論證、工程研制和生產過程中，人們越來越重視裝備環境工程工作的開展。

雖然人們對環境適應性和環境工程的重視程度顯著提高，但與30年前就在國內外獲得廣泛認可的“可靠性”相比，人們對“環境適應性”的認知和重視程度及在型號的應用均有顯著差距。在實際裝備立項論證、研制和生產過程中，由于裝備環境工程專業自身的技術基礎工作薄弱，如裝備環境適應性要求的基本概念不明確，環境適應性指標體系未建立，環境基礎數據不足，缺少確定環境適應性要求的原則和方法標準等，實施環境工程存在很多技術和管理問題。例如，在型號研制的成品協議（合同）中，環境適應性要求提得不規范、不完整，而且往往與設計定型（鑒定）時用的環境鑒定試驗條件混為一談；軍工產品設計定型（鑒定）會上提交的研制總結的符合性對照表中，有相當數量的單位不把環境適應性要求作為驗證符合性的目標列出，而是列出一系列的環境試驗項目等，甚至還存在一些錯誤的概念。

因此，有必要澄清裝備環境適應性要求和環境適應性驗證要求，試驗條件和環境試驗中的環境條件的內涵及其相互關系，糾正慣用的環境要求和環境條件含混不明的說法。本文就上述問題進行討論。

1 環境適應性的概念

1.1 環境適應性定義

GJB 4239《裝備環境工程通用要求》[1]和GJB 6117《裝備環境工程術語》[2]中定義的環境適應性是指裝備（產品）在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下，能實現其所有預定功能與性能和（或）不被破壞的能力。從定義可以看出，環境適應性是裝備的一個質量特性，是裝備的固有能力。這一能力又是通過設計融入裝備中，并通過各種試驗（包括環境激發試驗與環境驗證試驗）來加以提高和進行驗證，同時通過一系列的環境工程管理活動加以保證。要使環境適應性設計、環境試驗和環境工程管理工作從型號工作開始就有明確的目標，必須先確定裝備的環境適應性要求，在裝備立項論證階段就加以明確并把其作為一項戰技指標納入研制任務書或研制合同中[4]。

1.2 環境適應性不同于可靠性

正如文章前面指出的，環境適應性與可靠性都是裝備的一個質量特性，而且都是與裝備壽命期環境應力作用緊密相關的質量特性，因此人們往往分不清這兩個質量特性的區別而將其混為一談。在文獻《武器裝備環境適應性要求探討》[4]中，作者對二者的區別進行了詳細論述，敬請參閱。

2 環境適應性要求及其特點

2.1 環境適應性要求

環境適應性要求是描述研制裝備應達到的環境適應性水平的一組定量和定性目標。與功能、性能要求和可靠性要求等一樣，它是一種設計要求，可更明確地稱之為裝備進行環境適應性設計的最低要求，通常也是指設計用的最低環境條件，即必須滿足的要求和條件。為了實現更加安全的目的，設計人員完全可能將產品的環境適應性水平設計得遠高于此條件，即有很大的裕度。環境適應性取決于裝備自身結構設計和選擇的材料、元部件的防護（或耐）各種環境應力作用的能力。

2.2 環境適應性要求的特點

環境適應性要求具有以下特點：

1）唯一性；

2）復雜性；

3）定量和定性的組合。

其中，對前兩個特點的詳細解讀，請參考文獻[4]，這里不再贅述。

大部分誘發環境因素都可用一個或一組環境應力參數來定量地表示其強度大小，但也有一些環境因素（如霉菌、海洋生物等）的作用強度難以用簡單的數字來定量表達而只能定性表示。許多表征自然環境因素作用強度的參數雖然可用數字表達，但在型號立項論證的短期內無法統計得出預計壽命期內會遇到的極端環境應力強度量值，因而提不出具體定量數據。例如對濕熱、鹽霧和太陽輻射等，往往只能定性地提出防潮、防鹽霧和防太陽輻射等要求，而難以給出壽命期內它們的極端值。因此環境適應性要求往往是對各種環境因素的定量和定性要求的組合。

3 環境適應性要求表征方法和工程應用情況

3.1 環境適應性要求表征方法

應針對經分析確定的各類環境因素分別提出相應的環境適應性要求，并將它們組合成一個完整的要求。對每一環境因素的環境適應性要求既可以是定量要求，也可以是定性要求，或兩者組合。對于大多數可定量地表征其作用強度的環境因素如溫度、振動等，可用表征應力強度的參數及其量值來表示，例如耐高溫貯存溫度、工作溫度，振動譜型及其量值等。對于無法定量表征其應力強度的環境因素如霉菌和生物，則只能定性或半定性地規定在這些環境因素中允許受到影響或損壞的程度，例如長霉到幾級、表面受腐蝕面積和深度等。有關環境類型的環境適應性要求指標見表1。

表1 環境適應性要求指標和環境適應性試驗驗證要求示例Table 1 Examples of environmental adaptability requirement indexes and test verification requirements of environmental adaptability

續表1

需要指出的是，產品受到環境應力作用的效果不僅取決于應力強度，還取決于應力作用的時間——產品破壞的時間累積效應是不容忽視的。理論上講，應當給出應力作用時間，而且要使指標中給出的該環境因素應力強度和應力作用時間產生的綜合效果與壽命周期實際作用效果完全一致。但是，環境因素作用應力大小在產品壽命周期內往往會隨時間變化，而且這種變化規律難以預先確定；此外同一環境因素高量值和低量值對產品的影響之間不一定成規律性關系，要想找到等效于實際環境影響的、對應于確定的極端環境應力所需的作用時間非常困難。因此，環境適應性要求指標中一般不包括應力作用時間，而將應力的時間累積作用放到驗證試驗方法中去解決。例如 GJB 150[5]/GJB 150A[6]的許多試驗方法中均提供了試驗驗證時間，如高溫貯存時間48 h，濕熱試驗10 d，鹽霧試驗48 h或96 h，振動功能試驗1 h等，這些時間實際上都源于經驗的總結。目前在型號研制總要求或研制合同協議中可見到將 GJB 150中規定的時間作為指標放入“環境技術要求”文件，這實際上是一種試驗驗證條件。

需要說明的是，試驗驗證條件不光限于施加的環境應力強度、作用方式和作用時間，還應包括負載、冷卻措施、工況等條件，GJB 150A中對此作了明確規定。

3.2 工程應用情況

目前航空裝備立項論證和研制過程中，有關環境適應性要求的分析和確定過程不規范，且納入成品協議（合同）的內容比較混亂，主要存在以下問題：

1）研制總要求中的環境適應性要求過于原則

由于缺少數據和資料且對環境適應性要求的概念不明確，研制總要求中常常提出一些原則性的要求，如裝備應在某地域空域范圍環境中正常工作，有時再加上一些貯存溫度和腐蝕方面的具體要求，或者干脆寫上“按照GJB 150”；而GJB 150的每個試驗方法均對應有幾個試驗程序，每個試驗程序的環境條件也不一樣，因此泛指GJB 150是不恰當、不科學的。

2）型號“環境技術要求”中大多是試驗驗證用的環境條件，而不是環境適應性要求

型號總師單位通常要根據使用方的研制總要求和任務書制訂一個名為“環境技術要求”的型號文件。這一文件是總師單位與成品研制廠（所）簽訂該專業相關成品協議時提出環境要求的依據。從幾個型號總師單位發布的這類技術文件可知： “環境技術要求”中多半是規定了各種環境試驗項目和相應的試驗條件，且提供了一些如何確定相關試驗項目和試驗條件的說明，而不是環境適應性要求；這些試驗條件大部分是采用 GJB 150中規定的相應值或按GJB推薦的公式計算得出的值，對于GJB 150中未作規定或者只有規定但認為不適用時，總師單位則根據經驗或有關數據自行剪裁確定。該型號文件實際上是一個環境適應性要求的驗證文件，各試驗項目中規定的環境條件自然成了設計人員進行環境適應性設計的目標依據。這種把環境試驗驗證條件作為環境適應性要求的做法，說明在環境適應性要求和環境適應性試驗驗證要求上存在概念混淆，而且沒有嚴格按照GJB 4239的規定確定環境適應性要求，實際上是一種權宜措施。這種做法的最大問題是產品按照耐受某一應力量值設計，再按這一量值抽樣驗證該設計，因而其耐環境的能力基本上沒有余度。眾所周知，生產過程是會有偏離的，因此，通過抽樣進行的鑒定和例行試驗一般不能保證所有產品均達到要求，因而通過試驗后還會出現故障。

3）設計定型研制總結的符合性對照表中未納入環境適應性要求或僅列入相關的試驗內容

環境適應性作為產品的重要質量特性，在成品協議書或合同中應列出其要求指標。如前所述，目前多半合同書沒有列出環境適應性要求指標，而僅列出試驗項目和試驗條件，即試驗驗證要求。在這種情況下，符合性對照表列不出環境適應性要求及其指標是十分自然的；但環境試驗是設計定型過程中的重大工作，必須有個交代。因此，有的單位硬把試驗項目及其試驗條件納入對照表，從而使對照表不倫不類；有的單位則單獨列出試驗項目及試驗結果。目前，急切需要規范成品協議書或合同的環境適應性要求指標，使之真正成為一個設計要求，以引起設計人員足夠的重視并作為設計試驗驗證要求的依據。如果成品協議書或合同中有了環境適應性要求指標和試驗驗證要求指標，則建議符合性對照表按表2的形式列出。

表2 產品戰技指標符合性對照表模板Table 2 Template conformity list of performance indexes of a product

續表2

（未完待續）

（References）

[1]GJB 4239 裝備環境工程通用要求[S], 2001-05

[2]GJB 6117 裝備環境工程術語[S], 2007-11

[3]GJB 9001B 質量管理體系要求[S], 2009-12

[4]祝耀昌, 王丹. 武器裝備環境適應性要求探討[J]. 航天器環境工程, 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 軍用設備環境試驗方法[S], 1986-12

[6]GJB 150A 軍用裝備實驗室環境試驗方法[S], 2009-05