装备环境适应性的定量化表征技术探讨

罗天元

（1.中国兵器工业第59研究所，重庆 400039；2.重庆市环境腐蚀与防护工程技术研究中心，重庆 400039）

环境适应性作为装备的重要质量特性之一，其定量化表征一直是困扰军方、装备研制单位、环境试验专业研究机构的技术难题。环境适应性如果不能定量化表征，则装备环境适应性技术指标的论证、考核、验收、评价都存在很大的难度。

GJB 4239定义环境适应性为装备（产品）在其寿命期可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和（或）不被破坏的能力，是装备（产品）的重要质量特性之一。从定义中可知，环境适应性是一种能力，这种能力与寿命期、环境、预定功能和性能这几个重要的参数密切相关。定义中的环境是指寿命期内可能遇到的各种环境包括极端环境，通常认为能适应极端环境的装备，必定能适应较温和的环境。定义中的功能是指装备实现或产生规定的动作或行为，性能是指各种性能满足技术要求。定义中的不被破坏是指结构不被破坏，材料不被破坏，功能不被破坏，性能不被破坏等。

1 环境适应度的定义

根据环境适应性的定义，用环境适应度定量表征环境适应性，环境适应度的定义为：在规定的环境下，产品功能和性能满足规定要求和不被破坏的服役或工作时间长度对于规定或期望的服役或工作时间长度的满足程度。用P=t/τ表示。式中：P为环境适应度；t为产品功能和性能满足规定要求和不被破坏的服役或工作时间长度；τ为规定或期望的服役或工作时间长度；t 和τ的单位相同，可以是年、月、日、时。

2 环境适应度的含义

用环境适应度定量化表征环境适应性，与环境适应性的定义非常一致，环境适应度的计算也很方便。

t表示在环境的作用下产品功能、性能和（或）不被破坏的耐久能力，与环境适应性的定义和内涵完全一致。t 是一个具体的数值，可以通过试验获得，也可以是在满足一定科学依据的条件下的预测值。τ表示一种规定或期望达到的在环境的作用下产品功能、性能和（或）不被破坏的耐久能力。这个能力可以是装备设计的寿命期，也可以是技术指标要求规定的贮存期，还可以是期望达到的一个时间长度以及装备规定的大修期等。在装备研制时，通常都有贮存期技术指标要求，该要求即可作为τ进行环境适应度的计算。

当规定或期望的服役或工作时间长度τ有可靠度要求时，环境适应度的可靠度要求与之相同。计算环境适应度时需要先计算与规定或期望的服役或工作时间长度τ的可靠度相同的产品功能和性能满足规定要求和不被破坏的服役或工作时间长度t。

3 环境适应度评价的原则

环境适应性的评价，到目前只能进行定性的评价，通过两种或多种装备、零部件、材料进行比较，作出某一种的环境适应性比另一种好或者是差的相对评价。根据环境适应性的定义，环境适应性的好坏，与需求和期望密切相关，装备的预定功能和性能和（或）不被破坏的能力都是需求和期望的，当这些需求和期望能够得到满足时，就应当认为环境适应性好。用环境适应度定量化表征环境适应性很好的解决了这一问题。从环境适应度的定义可知，环境适应度把规定或期望的服役或工作时间长度作为基准，产品功能和性能满足规定要求和不被破坏实际能够达到的服役或工作时间长度与之进行比较，充分体现了满足需求的原则。

4 用环境适应度定量化表征环境适应性的意义

环境适应性用环境适应度进行定量化表征，将难以描述和难以考核的定性要求变成了定量化的技术参数，对于装备环境适应性技术指标的论证、考核具有十分重要的意义。

当环境适应度P＞1 时，说明环境适应性虽然完全满足技术要求，但还存在资源浪费的现象，可以适当降低环境适应性设计，降低装备研制、生产成本；或说明环境适应性技术要求提得过低，环境适应性技术指标论证不充分，还可以适当提高技术指标要求。

当环境适应度P=1 时，说明环境适应性达到技术要求，装备的环境适应性设计和技术指标要求都非常合理，资源得到了充分的利用。

当环境适应度P＜1时，说明环境适应性设计不能满足技术要求，还需要采取技术措施，提高环境适应性；或说明环境适应性技术要求提得过高，环境适应性技术指标论证不充分，受现有技术和成本的限制，需要适当降低环境适应性技术要求。

5 算例

如某一种炮弹，要求其在30 ℃以下、相对湿度70%以下库房环境的贮存寿命为15 a，通过在满足30 ℃以下、相对湿度70%以下的库房内和不能满足30 ℃以下、相对湿度70%以下的库房内进行自然环境贮存试验，跟踪监测炮弹的战术性能，在满足环境条件的库房内自然环境贮存试验到第18年时，该弹出现大批量的瞎火现象，在不能满足环境条件的某些库房内贮存试验到第12年时，该弹出现大批量的瞎火现象，则该弹药在满足环境条件下的环境适应度为P=18/15=1.2，在不能满足环境条件的某些库房内的环境适应度P=12/15=0.8。

如某型导弹，要求其在30 ℃以下、相对湿度70%以下库房环境的贮存寿命为10 a，在户外露天环境下的贮存期为4 a。通过户外暴露试验和在30 ℃以下、相对湿度70%以下的库房内进行自然环境贮存试验，跟踪监测该弹固体火箭推进剂的力学性能。户外暴露试验5 a 的推进剂力学性能满足技术指标要求，而通过5 a库内贮存试验的推进剂力学性能变化规律推测，推进剂力学性能只能满足库内贮存9 a的技术要求，则该弹在户外露天环境的环境适应度P=5/4=1.25，在30℃以下、相对湿度70%以下库房内的环境适应度P=9/10=0.9。

如电子装备的技术指标要求其在热带海洋性大气野外环境下工作时间为5 a，可靠度为0.9。通过加速模拟试验方法，在可靠度为0.9 时，推算出该装备在热带海洋性大气野外环境下的工作时间为4 a，则该装备在热带海洋性大气野外环境下、可靠度为0.9时的环境适应度P=4/5=0.8。

6 环境适应性指标的表示

产品的环境适应性与环境密切相关，同一产品在不同的环境下有不同的环境适应性要求。对成品提出环境适应性技术指标时，首先必须要明确产品所处的具体环境，然后明确在该种环境下期望达到的耐久时间，有可靠性要求的同时提出可靠性指标。如某产品的环境适应性技术指标为：在热带海洋大气露天环境中的大修期为3 a，环境适应度不低于0.85；在热带海洋大气库房内环境下的贮存期为15 a，环境适应度不低于0.9。

7 环境适应性指标的考核

环境适应性指标的考核方法有两种，一种是自然环境试验。在典型或要求的自然环境下开展产品的自然环境试验，得出真实的试验结果，考核其环境适应性是否达到要求。需要改变目前产品研制完成后再开展自然环境试验的状态，将开展自然环境试验的时机提前到产品研制过程中，在产品研制时就将拟选用的材料、元器件、防护工艺等进行自然环境试验，筛选出满足环境适应性要求的材料、元器件和防护工艺等。也可以在已经开展过自然环境试验并证明能够满足产品环境适应性要求的材料、元器件和防护工艺中选取。当产品研制到一定程度时，还可以将整机进行自然环境试验，考核其环境适应性。自然环境试验本身有多种试验方式，在同一地区，户外环境比试验棚环境恶劣，试验棚环境比库房环境恶劣，在户外进行暴露试验得到试验结果的时间比在棚下暴露试验的要短，有一定的加速性。

另外一种是加速模拟试验。实验室加速模拟试验通过强化环境因素的作用，可以在较短的时间内得出试验结果，通过加速模拟试验与自然环境试验的相关性，评价产品的环境适应性。用加速模拟试验方法必须要明确3 点：1）加速模拟试验能真正起到模拟的作用；2）在一定加速倍率下能进行重复；3）加速倍率的关系。

产品环境适应性的考核，必须要对产品在试验中出现功能、性能不能满足要求以及出现破坏的原因进行分析，对于非环境直接影响和诱发而产生的，如产品自身缺陷、人为破坏等，不计入环境适应性考核的范围。

8 结语

环境适应性的定量化表征是一个复杂的问题，笔者认为用此种方法定量化表征环境适应性，充分体现了满足需求的原则，与环境适应性的定义吻合较好，与环境适应性的内涵一致性较好，环境适应性指标的论证、表示、计算、评价、考核都很方便。