環境適應性要求在型號中應用問題分析

李維寶,李明,李澤新,趙辛

(1.總參謀部陸航部裝備發展辦公室,北京100043;2.中國航空綜合技術研究所,北京100028; 3.西測電子公司,西安710000;4.江西洪都航空工業集團有限公司,南昌330024)

環境適應性要求在型號中應用問題分析

李維寶1,李明2,李澤新3,趙辛4

(1.總參謀部陸航部裝備發展辦公室,北京100043;2.中國航空綜合技術研究所,北京100028; 3.西測電子公司,西安710000;4.江西洪都航空工業集團有限公司,南昌330024)

針對航空裝備環境鑒定試驗大綱審查中暴露的研制總要求或成品技術協議書中對“使用環境”、“環境要求”表述方面的問題,闡述了環境適應性要求的內涵和合理的表征方法,分析了目前型號中“使用環境”和“環境要求”等概念的不完整性及其帶來的一些副作用,提出了使用方和型號總師單位應盡快理解和掌握有關標準中環境適應性要求的正確表述方式,并將其納入相關文件的建議。

環境適應性;環境要求;環境試驗

近年來,為了適應國際、國內形勢的變化和保證國家安全,我國軍用裝備,特別是航空裝備的研制和生產任務迅速增加,每年都有大量的新武器、新裝備需要定型。定型過程中的一個重要環節是對裝備開展各種試驗,以驗證產品的功能、性能和各種使用特性是否滿足研制總要求或技術議書的要求[1—4]。環境鑒定試驗是地面實驗室試驗中項目最多的一類。按照上級有關定型文件要求,開展環境鑒定試驗前,首先應制訂環境鑒定試驗大綱,并通過專家審查,以作為地面實驗室鑒定試驗大綱的組成部分。環境鑒定試驗大綱是一個非常重要的管理文件,編制的目的是使開展的一系列環境鑒定試驗能夠全面、準確地驗證產品的環境適應性是否滿足研制總要求或技術協議書的相關要求。

在試驗大綱審查過程中,甚至在定型或鑒定審查過程中,常常發現技術協議書中的環境適應性要求提得不完整或者不合理,以至于試驗大綱審查會變成了環境適應性要求的討論會,嚴重影響了環境鑒定試驗大綱審查工作。究其原因,一方面是型號總體單位對環境適應性要求內涵的理解有偏差,常常只提試驗要求,并把試驗要求看作環境適應性要求,這與目前沒有相應的環境適應性要求標準對其進行規范有關。其次,型號總師單位未能充分分析產品壽命期環境和裝備在平臺上的環境及環境對其的影響,而且缺乏環境數據支持,致使考慮的環境種類不全面,有缺項,或者提出的環境量值不適當。第三個原因是有關部門未能對環境適應性要求進行認真地論證把關,就匆匆地納入技術協議書中,這是管理上的原因。文中就裝備環境適應性要求在型號應用中遇到的問題進行探討。

1 環境適應性要求

1.1 內涵

環境適應性是裝備在預定環境中功能和性能保持正常狀態的能力[5—8],是裝備的質量特性之一。它是靠設計納入產品的,取決于組成材料、元器件的耐環境作用能力,自身結構設計以及所采用的防護或環境控制措施。為了使研制和生產的裝備具備這種能力,需要在裝備的立項論證階段就明確對這種能力的要求,即環境適應性要求,并作為戰技指標納入研制總要求或技術協議書中。由此可見,環境適應性要求是描述裝備(產品)應達到的環境適應性水平的一組定性要求和定量指標。它同功能、性能要求和可靠性等要求一樣,是一種設計要求,也可更明確地稱為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。

1.2 地位

環境適應性作為重要質量特性通過設計納入裝備,必須要提出明確的要求。GJB 9001B《質量管理體系要求》的第七章《產品實現》中明確規定在策劃產品的實現時,應明確“產品可靠性、維修性、保障性、安全性和環境適應性”等要求。上述各通用質量特性要求均應與產品的功能和性能等專用特性要求一起,作為戰技指標納入到裝備研制總要求和配套產品的研制合同和協議書中,以作為產品設計人員設計產品的目標。環境適應性要求作為研制總要求或成品技術/協議書中戰技指標的一部分,在產品定型時,同樣必須驗證研制出來的產品能否滿足規定的要求,因此,也是定型時開展驗證工作的目標和依據。環境適應性要求既是環境適應性設計的目標,又是環境適應性符合性驗證的目標,定型階段環境鑒定試驗大綱應以研制總要求和成品合同/協議書中的環境適應性要求為依據,確定相應的試驗項目、試驗條件、試驗方法和合格判據。制訂環境鑒定試驗大綱的目的是要確保其規定的一系列管理要求和試驗要求能夠全面、正確地驗證和反映產品的環境適應性水平。管理要求包括實驗室和試驗人員資質、試驗設備的選用和析定、受試產品的技術狀態、試驗過程、測試記錄、中斷處理、故障處理及試驗組織管理和試驗報告。

1.3 表征方法

目前在武器裝備研制領域,得到普遍接受的環境適應性要求的表征方法是按照裝備的層次分別提出的,即材料及其涂鍍層、結構件、連接件的環境適應性要求和功能件(整機、系統和設備)的環境適應性要求兩種類型。在祝耀昌等人[7]的文章中已有較為深入的探討,在此不做贅述。作為支撐環境適應性要求表征的裝備環境適應性要求指標體系,則是從整個裝備和配套產品兩個層次分別構建的,指標的差別主要體現在環境因素的類型上。整個裝備的環境適應性要求指標偏重于外界的氣候環境因素,而配套產品的環境適應性要求指標則主要涉及裝備不同位置的平臺誘發環境。定性(包括失效判據)和定量(主要為應力強度)指標的描述方法和羅列方法可參考文獻[2—5]的內容。

2 應用

2.1 概述

“環境適應性是質量特性之一”這一概念是1997年GJB 150十周年研討會上提出的,2001年頒布的GJB 4239《裝備環境工程通用要求》給出了明確的定義,2009年頒布的GJB 9001B《質量管理體系》進一步將環境適應性與可靠性等6個質量特性要求納入質量管理體系,明確規定將此六性的要求確定、分析和設計、試驗與評價等工作納入型號研制質量管理體系各個階段,以確保這些工作能夠得到切實的貫徹實施。由于上述6個質量特性的各項工作實施的技術基礎和可用的支持標準存在差異,目前型號中這六性在管理體系中的應用程度也大不一樣,環境適應性的應用尤其不到位,存在較多問題。

2.2 應用現狀

航空裝備研制過程中環境適應性及其要求的應用尚處于初始階段,大都使用傳統的做法。由于概念的模糊、缺少相應標準的支持等,因此在航空裝備研制總要求和成品技術協議書中,以“使用要求”、“使用環境”、“環境要求”或“環境技術要求”等形式提出。

1)使用方提出的研制總要求中對整機和系統以“使用環境”或“使用要求”的形式提出。如××型號的某系統研制總要求的戰技指標中,除了對系統自身功能性能指標等要求外,還列出了“使用環境、電磁兼容性、壽命及可靠性等要求”,而在“使用環境”中包括的內容為:新研的××系統的環境適應性滿足GJB 150《軍用設備環境試驗方法》的有關規定和××型號的機載環境使用要求。具有防濕熱、防鹽霧和防霉菌的能力。使用環境溫度為-40～60℃(艙內),和-40～45℃(艙外)。又如某型號裝備戰技指標的使用要求一節中提出了環境要求如下:工作溫度為-40～60℃;貯存溫度為-55～70℃;最大使用高度為6000 m(4200 m);冷卻方式為強制風冷;其他應滿足GJB 150《軍用設備環境試驗方法》的相應規定和××型號環境條件要求。

2)型號總師單位(或總體單位)與機載設備研制單位簽訂的成品技術協議書中以試驗項目和試驗條件的形式提出。這類協議書中的環境要求或環境技術要求,實際上是由總師(體)單位根據待研設備在機(彈)上的位置等,對其制訂的“××型號環境要求”或“環境技術要求文件”剪裁得到的一系列環境試驗項目及相應的環境條件。型號總師單位制訂的“××型號環境要求”或“環境技術要求”文件本身就是一系列的試驗項目和相應的試驗條件,而不是前面所述的環境適應性要求,其試驗項目和試驗條件多半是GJB 150中選取或經適當調整后得到的。

2.3 現狀分析

2.3.1研制總要求中與環境適應性要求相關的要求

從3.2節可以看出,使用方提出的研制總要求中的環境適應性要求比較籠統,而且大多要求的可操作性差。使用方提出的環境適應性要求實際包括4個方面。第一方面是可操作性較好的要求,一般是溫度環境適應性要求,如工作溫度和貯存溫度范圍,這種要求可以作為設計目標和驗證設計符合的依據。第二方面是較為具體,但不完整的要求,如最大使用高度,這一要求僅明確了恒定低氣壓的環境適應性要求,沒有明確研制的裝備是否應適應低氣壓變化環境,即未提出對快速減壓和爆炸減壓環境的適應性要求。后者不僅取決于飛行高度,還取決于具體裝備在機上的位置和本身結構特點,一般應由型號總師單位根據研制總要求中的高度要求,考慮上述因素進一步在成品協議中提出。第三方面是定性要求,例如“具有防濕熱、防鹽霧和防霉菌的能力”。第四方面是應滿足GJB 150《軍用設備環境方法》的相應規定和“××型號環境條件要求”。第四方面要求實際上僅規定了一個原則,即環境適應性要求和環境適應性試驗驗證方法應以GJB 150為依據。型號總師單位可根據這一原則結合具體裝備的情況編寫其型號“環境要求”文件。這一要求實際上是對下層產品的要求,需要由型號總師單位來具體化。

2.3.2技術協議書中與環境適應性要求相關的要求

目前,型號總師單位與成品研制單位簽訂的合同或成品協議中的環境適應性要求實際上是一系列的試驗項目和相應的試驗條件及部分特殊的合格判據。大都是直接引用GJB 150各試驗方法中的試驗項目和試驗條件,不僅包括試驗采用的應力強度,還包括試驗實施時應力施加的時間和施加的方向、次數等。

配套產品的環境適應性要求主要是應力強度的定量值,不應包括試驗中施加應力的持續時間[7]。因此,合同或成品協議中的相關要求并不是環境適應性要求,而是環境適應性驗證試驗的試驗條件。上述提到的特殊合格判據主要是指霉菌試驗和鹽霧試驗特有的合格判據,如允許的長霉等級和腐蝕面積等。有關環境適應性要求與環境適應性驗證要求示例見參考文獻[9—13]。

3 問題分析

鑒于研制總要求和成品技術協議書中缺乏明確的環境適應性要求指標或只提出試驗項目和試驗條件,使型號研制生產過程中理應開展的環境適應性要求的確定和評審、環境適應性設計和環境分析工作不受重視或被忽略,設計定型中對環境適應性的分析和審查工作也不完善。

3.1 環境適應性要求工作未得到重視

由于在研制總要求和成品技術協議書中未明確環境適應性要求或僅按GJB 150直接提出試驗項目和試驗條件,導致GJB 4239中規定的進行壽命期環境分析并確定環境適應性要求的工作不受重視,且一般不組織相應的評審工作,致使考慮的環境類型不全面或者提出的環境條件不準確,而且未經評審把關就納入成品技術協議書中。到了產品設計定型或技術鑒定階段,制訂地面環境鑒定試驗大綱時,需要對這些問題進行補救,從而花費很多時間來討論環境試驗項目和試驗方法等方面的內容,影響了環境鑒定試驗大綱的制訂。此外,環境工程工作的項目實施程序,應是首先確定環境適應性要求,而后設計人員根據這一要求對產品進行環境適應性設計和開展相應的環境適應性研制試驗,進而以環境適應性要求為基準,開展環境鑒定試驗來驗證研制的產品對環境適應性要求的符合性。簡言之,即環境適應性要求是設計的依據,是環境鑒定試驗驗證的目標。然而一些評審人員并不了解上述實施程序,在會上倒過來討論環境適應性要求的合理性和完整性,殊不知,環境鑒定試驗大綱評審專家不能干涉環境總師單位確定的適應性要求,只能考慮如何設計一個試驗大綱來保證能夠驗證產品的環境適應性水平是否符合總師單位提出的環境適應性要求。

3.2 客觀上造成了環境工程工作就是環境鑒定試驗工作的假象

由于研制總要求和成品技術協議書中的主要內容是依據GJB 150確定的相關試驗項目,使人們片面地認為環境工程工作就是試驗工作,環境試驗工作的重點是設計定型和技術鑒定階段的地面環境鑒定試驗和批生產階段的環境例行試驗。設計人員不主動進行耐環境設計和利用環境試驗手段幫助其提高產品的耐環境水平,而是從過關思維出發,按照合同中規定的試驗項目和試驗條件開展摸底試驗,能過關就不再進行提高產品環境適應性的工作,基本不開展GJB 4239中規定的適應性研制試驗和環境響應特性調查試驗。其設計的產品一般沒有耐環境應力裕度,更不主動用高加速試驗的方法去確定產品的耐環境能力的極限和薄弱環節,設計人員對其設計研制產品的耐環境能力信息掌握得很少。

3.3 影響定型過程中環境工程工作審查力度

產品設計定型或鑒定階段,對環境鑒定試驗文件和試驗情況的審查相對說來比較重視,但對環境工程方面其他工作的審查就很簡單,甚至忽視。例如在研制總結中一般都有可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性的分析內容,有的還有專門的五性分析報告,絕大部分研制總結中沒有環境適應性分析方面的內容。GJB 9001B《質量管理體系》中雖然規定了共性方面應有的必要的輸出文件,但目前僅限于五性。

3.4 使研制總結的符合性對照表中無法與五性一樣納入環境適應性要求

這一情況非常普遍,由于研制總要求和成品技術協議書中提出的不是環境適應性要求,而是環境適應性驗證試驗的項目和試驗條件,因而研制單位無法合理地將合同中的內容納入表中相應位置。可靠性、維修性等五性可作為產品的質量特性、連同其指標一起納入符合性對照表。目前有的產品研制單位干脆不列,有的產品研制單位把這一項雖按合同的提法列為環境要求,但由于提出的內容是試驗項目,而不是應力指標,無法與可靠性等五性一樣,只能硬將一系列環境試驗項目、甚至包括試驗條件填進去,由于環境試驗項目和試驗條件內容很多,許多單位就簡化為見“××型號的環境要求”文件和“產品的成品技術協議書”。

4 結論

1)環境適應性是裝備的重要質量特性,與可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性要求一樣,應通過開展相應的系統工程工作,即一系列環境工程工作,才能確保將其納入產品。

2)環境適應性要求指標是裝備環境適應性的具體體現,它既是產品設計人員進行耐環境設計的依據,也是設計定型或鑒定階段制訂環境鑒定試驗大綱時,規定試驗項目、試驗條件和試驗方法的依據。因此應及早明確和準確提出環境適應性要求,這對進行環境適應性設計和開展環境試驗,特別是環境鑒定試驗尤其重要。

3)環境適應性要求應當考慮壽命期各主要環境種類和相關環境應力強度。環境適應性要求可以是定性要求,也可以是定量要求,取決環境的類型和特點。研制總要求中的環境適應性要求以定性要求為主體,尚可包括一些原則,如環境適應性要求的風險準則等。在沒有實測數據支持的情況下,可以參考某些試驗方法標準中的環境條件,以及規定試驗按什么標準進行等。成品研制合同或協議書中的環境適應性要求以定量要求為主體,給出需要考慮的各類環境及其應力強度。自然環境適應性要求應給出從GJB 1172等標準中選用相應極值的風險率,像霉菌和鹽霧這類環境應給出長霉等級和腐蝕程度的判定標準。

4)目前航空裝備成品技術協議書以試驗項目和相應試驗條件作為環境適應性要求是不恰當的,會帶來許多問題。

5 建議

1)自2001年頒布GJB 4239以來,環境適應性和環境適應性要求已逐漸被人們認可,并在型號研制中應用,2009年頒布的GJB 9001B進一步加快了其在型號中的應用步伐,但總的說來,這一步伐太慢,不能適應我國航空裝備研制的發展需要,因此相關部門應加大對GJB 4239和GJB 9001B的宣貫力度。

2)使用方和型號總體單位負有確定裝備及其配套產品環境適應性要求和試驗驗收要求的責任,環境適應性要求是裝備環境工程工作的源頭,源頭不正確,會影響一系列的環境工程工作開展,因此建議使用方和型號總師單位首先要深入理解環境工程工作的內涵和環境適應性要求的指標體系及確定方法,提出完整、合理和準確的環境適應性要求,確保研制總要求和成品技術協議書中環境適應性要求的質量。

3)標準制訂單位應盡快出臺環境適應性要求的具體表述方法和格式,以支持研制總要求和成品技術協議中環境適應性要求的編寫。

4)建議裝備定型管理機關在組織定型工作中,完善對環境工程工作(不僅限于環境試驗)審查的要求,強化評審力度。

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Analysis of Application Issues of Environmental Worthiness Requirements in Model Development

LI Wei-bao1,LI Ming2,LI Ze-xin3,ZHAO Xin4

(1.Army Aviation Materiel Stereotypes Office,Beijing 100043,China; 2.China Aviation Poly-technology Establishment,Beijing 100028,China;3.Mapping Electronic,Xi＇an 710000,China; 4.AVIC Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Corporation Limited,Nanchang 330024,China)

Targeting at the expression issues of"Service Environment"and"Environmental Requirements"in General Requirements for Model Development or Finished Technical Agreement exposed during the review of aviation equipment Environmental Qualification Test Program,the meaning,reasonable representation methods and index system of environmental worthiness requirements were described in this paper.Imperfections and some side effects of the current"Service Environment"and"Environmental Requirements"in model development were analyzed.It was suggested that the model consumer and chief engineer institutions should understand and master the correct expression of environmental worthiness requirements,and that the expression should be included in the related documents.

environmental worthiness;environmental requirements;environmental test

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.016

V416.6

:A

1672-9242(2014)05-0081-06

2014-06-24;

2014-07-18

Received:2014-06-24;Revised:2014-07-18

李維寶(1968—),男,湖南桂陽人,碩士研究生,高級工程師,主要研究方向為飛行力學和裝備定型。

Biography:LI Wei-bao(1968—),Male,from Guiyang,Hunan,Master student,Senior engineer,Research focus:flight mechanics and materiel stereotypes.