裝備自然環境試驗工作管理方法探討

趙朋飛，蘇曉慶，張生鵬

（1.航天科工防御技術研究試驗中心，北京 100854；2.北京航天新風機械設備有限責任公司，北京 100854）

自然環境試驗是在典型或極端自然環境條件下對非工作存放狀態下產品及材料、工藝、構件進行的環境適應性試驗與研究，以評價其貯存性能[1-2]。自然環境試驗特點是：環境條件的真實性、環境因子影響的綜合性、試驗數據的溯源性、試驗結果的可靠性。在裝備研制過程中科學有效地開展自然環境試驗，可以全面提高武器裝備全天候、多地域使用的環境適應性，降低裝備由于不適應使用環境而進行維護和維修的頻率，提高裝備綜合保障效費比。裝備開展自然環境試驗的重要意義[3-4]主要體現在以下幾個方面。

1）通過自然環境試驗可以獲得研究報告、外觀圖片等試驗數據，可廣泛用于產品設計、材料（工藝）選擇、失效機理分析及貯存可靠性評價等方面，促進產品環境適應性的提高。

2）自然環境試驗可以為標準的制定和剪裁、設計手冊的編制和環境嚴酷度的評價提供主要依據。

3）自然環境試驗可以為產品環境適應性快速評價、貯存壽命預測等工作提供數據及信息基礎。在研究環境適應性快速評價方法或使用壽命預測方法時，必須有實測的環境適應性數據或貯存壽命數據來驗證方法的可靠性。在研發新的模擬加速試驗方法時，也必須用自然環境試驗獲得的數據對方法的適用范圍和可信性進行校準和驗證。

自然環境適應性是裝備產品通用質量特性的重要內涵之一，自然環境試驗一般安排在裝備工程研制過程的早期階段開展。由于裝備實際貯存自然環境條件具有多因素協同作用、瞬態變化及時間累積效應等特點，雖然目前裝備實驗室環境模擬試驗已經發展形成比較完整和成熟的試驗能力體系，但仍然無法對產品自然環境效應實現準確與真實的再現，還不能完全取代自然環境試驗[5-6]。此外，目前訂購方對武器裝備產品的環境適應性及貯存可靠性指標要求越來越高，裝備不僅要滿足多地域氣候環境、復雜戰場環境下能夠正常使用的需求，還要滿足長貯存壽命、高可靠、保障性好的戰備貯存及定期值班要求。這就需要在裝備研制早期深入開展自然環境試驗，以暴露產品在設計、選材及工藝等方面存在缺陷和薄弱環節，驗證其環境適應性；不斷積累基礎材料及工藝、部組件、整機及系統級產品的環境適應性數據，為產品環境適應性設計提供依據；獲取產品的自然環境退化效應及失效機理，提高改進措施的針對性；驗證產品環境防護措施的有效性。

1 自然環境試驗工作系統與職責

自然環境試驗是裝備可靠性工程保證工作的重要組成部分，試驗工作系統主要由裝備的兩總系統、總體設計單位、試驗承擔單位、產品承制單位、試驗站、科研生產管理部門、質量可靠性管理部門等組成。試驗工作系統內各成員單位應履行的一般職責如下所述。

1.1 兩總系統

裝備總（副）指揮職責主要包括：對自然環境試驗管理工作全面負責；負責組織自然環境試驗管理工作的實施；提供自然環境試驗管理工作實施需要的保障條件。

裝備總（副）師職責包括：對自然環境試驗技術工作全面負責；負責審查確定自然環境試驗工作的總體策劃；負責協調解決自然環境試驗中重要的技術問題。

1.2 總體設計單位

裝備總體設計單位職責主要包括：負責依據裝備可靠性工程工作計劃，制定自然環境試驗總體策劃、試驗大綱等文件；負責依據裝備貯存及使用環境要求，開展環境適應性分析，確定產品暴露環境類型及條件；對產品進行環境效應分析，初步確定自然環境試驗參試產品清單；負責自然環境試驗總結及試驗資料歸檔等工作。

1.3 試驗承擔單位

試驗承擔單位職責主要包括：負責裝備自然環境試驗具體實施的組織和管理，包括試品投放、定期檢測、撤場甄別、失效分析等工作環節；負責裝備自然環境試驗數據的收集、分析及傳遞工作；負責對試驗各環節進行質量監督。

1.4 產品承制單位

產品承制單位職責主要包括：負責依據試驗大綱編制具體試品的試驗實施細則、測試分析報告等文件；負責提供樣品、運輸包裝、測試儀表及其他試驗保障設施；負責對試品進行定期檢測及測試結果分析。

1.5 自然環境試驗站

自然環境試驗站職責主要包括：負責提供試品存放環境及專用擺放架，開展試品定期外觀檢查、維護測試及密封包裝檢查和更換等工作；負責對投放環境因素進行連續采集、記錄和反饋。

1.6 有關管理部門

科研生產管理部門負責對裝備自然環境試驗管理工作計劃進行協調、落實，質量可靠性管理部門負責對裝備自然環境試驗管理工作完成情況進行質量控制。

2 自然環境試驗工作管理流程和要求

裝備自然環境試驗工作的管理流程如圖1所示，一般包括如下通用要求：應在武器系統預先研制階段盡早統籌安排試品的選取、準備及試驗工作；試驗策劃應綜合考慮裝備研制周期、序時進度、試驗經費、社會效益等多方面因素的影響；應建立自然環境試驗與裝備可靠性工程其他工作環節的聯系與互補，如貯存壽命評估、裝備綜合保障、環境鑒定試驗等；建立質量信息系統，對質量信息進行及時收集、分析、處理和傳遞；自然環境試驗管理工作應符合GJB 4239—2001、GJB 8893—2017等標準[1-2]的有關要求。

2.1 試驗任務提出

裝備自然環境試驗任務一般由兩總系統聯合科研生產管理部門提出，明確自然環境試驗的總體要求、試驗目標、試驗周期、試驗成本等方面內容，并以文件形式進行下發。

2.2 試驗工作策劃

1）確定試驗方案。由裝備總體設計單位依據試驗任務輸入制定自然環境試驗總體方案，從試驗目的與性質、試驗方法、試驗對象、試驗周期、試驗判據及評定等方面進行規定，經過審查后報兩總系統批準。

2）參試樣品確定。由裝備總體設計單位按照試驗方案要求組織試驗承擔單位及產品承制單位進行樣品選取及分析論證，并編制試品選取論證報告，詳細的試品選取依據、選取類別、選取數量等技術要求參照文獻[7-8]有關內容。

3）試驗大綱編制。由裝備總體設計單位依據試驗任務及試驗方案要求編制自然環境試驗大綱，作為試驗實施和試驗結果評價的依據，主要包括以下內容：試驗目的；試驗方案（包括試品清單、投試地點、投試時間、試驗周期、試品技術狀態、存放及貯存維護要求等）；試驗條件（包括環境條件、場地條件和其他要求等）；試驗用配套設備（如工裝、測試設備等）；試驗程序；數據錄取和處理要求；失效（故障）判據；試驗結束標志（試驗判據）；試驗評價方法；試驗保障要求（包括質量控制要求、安全措施規定，參試單位及試驗分工等）。

2.3 試驗組織實施

2.3.1 試驗前準備工作

1）編制試驗實施細則。由產品承制單位按照試驗大綱要求編制試品試驗實施細則，作為試品進行后續試驗的具體依據，包括的內容可參考文獻[7-8]有關規定。

2）試品準備。由試品承制單位按照試驗大綱及實施細則的規定設計和制作試驗樣品，一般要求為：應依據產品技術規范或標準要求檢驗試品的合格性，并采取必要的預處理措施，保證試品技術狀態符合要求。應統一對試品進行標識處理，可采用懸掛耐腐蝕銘牌或電子二維碼等形式，主要包括試品類別、投放時間、存放狀態、研制單位等信息。標識一般固定于不影響試品環境效應的部位，并保持在整個試驗期間清晰可認。試品正反兩面狀態相同時，應標明主要試驗面。應按文獻[7]有關規定，明確試品從廠所到試驗現場的包裝和運輸要求。

3）試品初始檢測。試品承制單位應在試驗承擔單位的監督下，按照試驗實施細則的規定，對試品外觀及功能性能指標進行初始檢測，并將檢測結果作為后續試驗檢測和對比的基線數據。試品通過初始檢測后方可安排投放試驗。

2.3.2 試驗期間工作

由試驗承擔單位負責組織試品承制單位和試驗站開展試驗期間有關工作，包括進行試品投放、中間檢測、故障處理、試品撤場、失效分析及最終檢測等方面內容。

1）試品投放。試品進行投放時一般應遵循以下要求：試驗承擔單位應會同產品承制單位對到達試驗現場的試品進行狀態符合性確認和數量清點，并共同與自然環境試驗站完成試品試驗前交接手續；自然環境試驗站應按試驗大綱要求對試品進行預處理或密封包裝，并小心固定安裝和輕拿輕放，確保試品暴露面不引入人為損傷；試品存放時應盡量模擬試品在裝備中的安裝和使用狀態，包括裸露、氣密、加載、自由狀態等類別；應采用專門支撐架或暴露框對試品進行懸掛或固定擺放等形式的存放，試品應采用支撐物或暴露架對試品進行擺放或懸掛存放，專用設備應以實際貯存狀態或專門包裝形式放置。

2）試驗中間檢測。試驗過程中需要對試品進行定期檢測和環境因素連續監測，一般按照以下要求實施：按Q/WE 1221—2016有關規定明確試品檢測對測試設備及儀器、測試人員、測試方法及參數記錄等方面的要求；應按試品試驗實施細則規定的檢測項目和檢測周期對試品進行定期檢測，并將檢測結果與基線數據進行對比，以達到監測試品外觀及性能變化趨勢的目的；應在試驗早期加強觀測和檢查，發現測試結果異常應盡快復驗，并采取糾正和補救措施；試品存放期間的環境因素由試驗站負責連續監測和數據記錄，并定期以月報表形式反饋給試驗承擔單位，監測環境因素類型及周期設置參照文獻[7-8]有關規定。

3）故障處理。試品在試驗現場發生故障后，一般按照以下要求進行處理：在取回實驗室分析前，應由試驗承擔單位負責按照文獻[7]有關規定進行預處理，填寫“自然環境試驗故障報告表”（見表1），并及時報告裝備兩總系統和總體設計單位；試品承制單位應及時分析故障模式及原因，配合試驗承擔單位開展失效分析和識別失效機理，根據故障判定依據和試驗目標判斷試驗結束與否，并采取合理的處置辦法，具體參照文獻[7-8]有關規定；由試品關聯故障導致試驗提前結束的，應在定位故障原因及采取糾正措施后，重新投放改進后試品或補充投放新試品，填寫“自然環境試驗故障分析及糾正措施報告表”（見表2），并及時報告裝備兩總系統和總體設計單位；由設計、工藝、選材、環境應力等原因引起的產品關聯故障，應統計入自然環境試驗故障范疇，由外觀檢查、性能測試、裝卸、運輸等操作違反技術規程而引起的非關聯產品故障，不計入自然環境試驗故障范疇。

4）試驗最終檢測。試驗結束時，產品承制單位須在試驗承擔單位的監督下，按照試驗實施細則的規定對試品外觀及功能性能指標進行最終檢測，并將檢測結果與基線及中間檢測數據進行對比。試品通過最終檢測后，方可安排撤場。

表1 自然環境試驗故障報告表Tab.1 Fault report of natural-environment test

表2 自然環境試驗故障分析及糾正措施報告表Tab.2 Fault analysis and corrective action of natural-environment test

2.3.3 試驗后工作

當試品滿足試驗大綱規定的試驗時間、檢測內容和試驗結束條件時，結束試驗。由試驗承擔單位組織產品承制單位和試驗站開展試驗后有關工作，包括試品撤場、試驗結果分析與評價、試品失效分析等方面內容。

1）試品撤場。試品進行撤場時一般應遵循以下要求：應小心拆卸暴露場試品，所有試品應輕拿輕放，以確保試品試驗結果不引入二次損傷；試品承制單位應按文獻[8-9]有關內容制定試品從試驗現場到廠所的包裝和運輸要求，盡量減少運輸過程對試品試驗結果的影響；試驗承擔單位及試品承制單位應共同對撤場試品進行試驗狀態確認和清點，并統一與試驗站完成試品撤場交接。

2）試品失效分析。試驗承擔單位應聯合試品承制單位對撤場試品進行綜合檢查和甄別，遴選可能存在潛在隱患的試品進行失效分析測試，以獲得試品存放失效原因、失效現象和失效機理，有針對性地提出產品選材、設計、工藝、定期維護及使用保障等方面的改進建議。失效分析試驗工作參照文獻[8-9]有關要求進行。

3）試驗結果分析及評價。應綜合多源數據信息對試品試驗結果進行分析和評價，具體要求包括：試品研制單位負責依據試驗實施細則規定的判據對試驗結果進行直接評價，具體可參考文獻[7-8]規定的分析方法，同時結合試品組成材料及工藝特性分析，找出試品環境適應性設計和防護工藝的薄弱環節；總體設計單位負責依據裝備貯存環境剖面及試品實際安裝、使用情況，深入分析和評估故障試品在貯存和使用中可能存在的隱患，提出貼近實戰的改進措施和使用維護建議；試驗承擔單位負責對試驗數據進行整理和對比，歸納試品外觀形態及性能指標的變化趨勢，同時依據試品失效分析試驗結果，揭示引起試品退化或失效的深層次原因和機理，給出比較客觀的試驗結論、改進方法及選用建議等參考信息。

4）試驗數據收集。試驗承擔單位應對試驗過程中產生的環境因素數據及試品檢測數據進行收集，其中試品檢測數據一般包括試品基本信息、材料及工藝組成、試驗要求、測試結果、失效分析數據、選用結論、使用維護建議等方面內容。各類試驗數據的來源及收集方法可參考文獻[8-9]有關內容，一般要求如下：環境數據包括試品存放大氣環境及腐蝕因素數據，由試驗站連續收集并定期以報表形式向試驗承擔單位反饋；試品基本特性及檢測等數據由試品承制單位負責定期收集和提供，并以試品檢測報告的形式向試驗承擔單位反饋，并納入裝備月調度計劃進行監督和考核；試品失效數據由試驗承擔單位依據試品投放試驗及失效分析試驗結果進行分析和完善。

2.4 試驗工作總結

1）試驗總結。試驗結束后，裝備總體設計單位應及時聯合試驗承擔單位進行試驗分析和總結，編制試驗分析及工作總結報告，一般應包括的內容如下：試驗目的，闡明自然環境試驗的目的和性質，包括環境適應性驗證、貯存壽命驗證方面的摸底性或鑒定性試驗類型；試驗依據，歸納試驗的參考依據性文件，包括管理辦法、試驗大綱、試驗方案、技術規范及相關標準等；試驗簡述，從參試樣品、參試單位及人員、試驗時間及地點、試驗過程及完成情況等方面進行簡要說明；參試設備，說明參試設備和儀器的計量狀態、測量范圍、型號規格、精度及有效性等方面信息；試驗過程及測試數據，描述主要試驗過程及試驗狀況，收集和整理各項試驗結果，用表格、曲線等形式表示清楚，對環境因素數據及試驗檢測數據進行分析；故障處理，對試驗期間出現的異常情況或故障現象進行原因定位和失效機理分析，并列出采取的糾正措施；試驗結果評價，分析試驗結果并評價其是否符合產品技術規范或試驗大綱的指標要求；試驗結論，依據試驗大綱有關規定，評價試品的環境適應性或貯存壽命指標，并針對產品設計、工藝、選材、環境防護及維護措施等方面的薄弱環節提出改進建議。

2）試驗資料歸檔。試驗工作系統各單位應及時對產生的試驗數據及相關技術資料進行歸檔，并按要求交由裝備總體設計單位進行統一歸檔。歸檔資料范圍一般包括：試驗方案、試品選取分析說明、試驗大綱、試驗實施細則、試驗檢測報告、故障處理報告、失效分析報告、試驗總結報告等文件。

2.5 試驗數據管理

裝備自然環境試驗數據管理方法可參考 Q/QJB 200.2—2012、Q/QJB 200.3—2012 等標準[10-11]有關規定，一般要求如下：應明確各類試驗數據標準格式和收集清單，由試驗承擔單位建立數據庫系統，對試驗數據進行統一管理和維護，逐步建立具備在工作系統內進行試驗數據傳輸、交換、查詢和發布等功能的通道；應綜合運用數學模型、大數據等手段對試驗數據進行分析，挖掘影響裝備產品自然環境適應能力的潛在問題和共性規律；試驗承擔單位應及時將收集和整理的試驗數據定期向試驗工作系統其他單位進行傳遞和共享，按季度報送裝備自然環境試驗工作簡報，及按年度報送裝備自然環境試驗專題分析報告，以加強試驗數據的工程應用和反饋。

3 試驗評審管理

自然環境試驗過程中應對試驗工作關鍵環節的文件資料進行評審，包括試驗方案、試驗大綱及實施細則、故障歸零報告、試驗總結報告、鑒定試驗報告等。評審會由科研生產管理部門負責組織并協調工作系統成員單位參加，質量可靠性管理部門負責監督評審意見及整改措施的落實。

4 結語

簡要介紹了武器裝備開展自然環境試驗的一般管理方法。圍繞試驗工作流程這條主線，從試驗策劃、試驗實施、試驗總結等方面對應重點關注的實施途徑和管理方法進行了淺析，以進一步加強裝備自然環境試驗工作的規范性和指導性，為提高試驗工作效率與質量及加強試驗數據應用提供保障，希望能對關注自然環境試驗的工程技術和管理人員提供參考和幫助。