周堃，錢翰博，劉偉，周漪，王津梅

（1.中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.國家國防科技工業(yè)局協(xié)作配套中心，北京 100081；3.中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100071）

質(zhì)量是裝備建設(shè)的一個永恒主題。沒有過硬的質(zhì)量，就不會有決戰(zhàn)決勝的高新技術(shù)武器裝備，也不會有“不戰(zhàn)而屈人之兵”的國之重器。裝備質(zhì)量特性包括專用質(zhì)量特性和通用質(zhì)量特性兩部分，是裝備質(zhì)量水平的直接體現(xiàn)。專用質(zhì)量特性是指裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。通用質(zhì)量特性是指保證各類裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能有效發(fā)揮的一組共有技術(shù)特性，包括可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等［1］。其中可靠性是指裝備在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力［2］，即裝備無故障工作的能力；環(huán)境適應(yīng)性是指裝備在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下，能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和（或）不被破壞的能力［3］，即裝備適應(yīng)各種環(huán)境的能力。裝備環(huán)境適應(yīng)性與可靠性之間有聯(lián)系，也有區(qū)別。

1 二者定義的比較

1.1 時間因素

根據(jù)可靠性的定義，時間是描述可靠性的一個關(guān)鍵因素。時間在可靠性的定義中是一個變量，任何關(guān)于可靠性的量化表征都需要明確與之對應(yīng)的“規(guī)定的時間”。不同時間內(nèi)的可靠性有不同的內(nèi)涵，如貯存可靠性、使用可靠性等。時間甚至可以直接作為度量可靠性的指標(biāo)，如平均無故障時間、首次返修期等。

根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性的定義，裝備壽命期一旦確定，其環(huán)境適應(yīng)性對應(yīng)的時間就已固定，時間在環(huán)境適應(yīng)性的定義中是一個恒量，因此環(huán)境適應(yīng)性是針對裝備壽命期而言的。雖然在試驗研究過程中可以分階段表述環(huán)境適應(yīng)性，但最終表述裝備環(huán)境適應(yīng)性時必須針對壽命期，而且時間不是直接表征環(huán)境適應(yīng)性的度量，在環(huán)境適應(yīng)性的定義中它是限制環(huán)境的一個條件。即要求環(huán)境作用必須是壽命期預(yù)計可能遇到的。

1.2 環(huán)境因素

可靠性的定義中沒有明確提出“環(huán)境”，而是以內(nèi)涵更廣的“規(guī)定的條件”覆蓋了環(huán)境的概念。規(guī)定的條件可以是環(huán)境條件，也可以是工作條件，或其他條件。目前驗證和評價裝備可靠性的各種試驗方法主要涉及4類條件。

1）氣候條件：包括溫度、濕度、太陽輻射等；

2）生物及化學(xué)條件：包括鹽霧、霉菌、二氧化硫等；

3）力學(xué)條件：包括振動、沖擊、搖擺等；

4）綜合條件：如溫度與濕度，溫度與壓力，溫度、濕度與振動等。

環(huán)境適應(yīng)性的定義中強調(diào)了環(huán)境的作用，而且明確是壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境作用，比可靠性定義中“規(guī)定的條件”更具體、更明確。裝備在壽命期預(yù)計可能遇到的環(huán)境可以分為兩類，自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。自然環(huán)境是客觀存在的，不會因裝備種類的不同而不同，自然環(huán)境主要涉及氣候條件，生物及化學(xué)條件，以及不包括力學(xué)條件的綜合條件。誘發(fā)環(huán)境由裝備的工作狀態(tài)決定，具有很大的隨機(jī)性，不同種類裝備的誘發(fā)環(huán)境具有不同的特點。力學(xué)條件是誘發(fā)環(huán)境的重要因素，誘發(fā)環(huán)境通常是一種包括力學(xué)條件的綜合條件，復(fù)雜多變。

1.3 能力因素

可靠性的本質(zhì)是裝備的一種能力，即“完成規(guī)定功能的能力”。裝備是否能夠完成規(guī)定的功能通常是成敗型問題，結(jié)論只有完成或未能完成。環(huán)境適應(yīng)性的本質(zhì)也是裝備的一種能力，即“能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和（或）不被破壞的能力”。環(huán)境適應(yīng)性強調(diào)實現(xiàn)所有預(yù)定功能、性能，裝備論證設(shè)計階段未預(yù)定的功能、性能，不在環(huán)境適應(yīng)性定義范疇內(nèi)。環(huán)境適應(yīng)性定義中“和（或）不被破壞的能力”表達(dá)了耐受性的含義，即在各種環(huán)境作用下，裝備保持完成所有預(yù)定功能、性能的能力。

1.4 二者關(guān)系

僅從定義來看，可靠性內(nèi)涵更廣泛，環(huán)境適應(yīng)性更具體、更明確。如果將可靠性定義中“規(guī)定的時間”確定為壽命期，“規(guī)定的條件”確定為預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用，“規(guī)定功能”確定為所有的預(yù)定功能、性能，此時可靠性與環(huán)境適應(yīng)性內(nèi)涵一致?？煽啃詿o法完全包含環(huán)境適應(yīng)性，因為環(huán)境適應(yīng)性定義中“和（或）不被破壞的能力”是可靠性定義中未涉及的內(nèi)涵。

2 二者度量的比較

目前可靠性是可以直接度量的，并且可用多種量化指標(biāo)進(jìn)行度量。常用的包括可靠度、失效率、平均無故障工作時間等?？煽慷仁茄b備在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，是時間的函數(shù)。失效率是指工作到t時刻的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，失效率也是時間的函數(shù)。平均無故障工作時間又可稱為平均壽命，對非維修產(chǎn)品稱平均壽命，對于可維修產(chǎn)品稱平均無故障工作時間或平均故障間隔時間。無論采用上述哪種量化指標(biāo)度量可靠性，掌握足夠的產(chǎn)品故障或失效信息都是前提條件。對于長壽命、高可靠、價格昂貴的產(chǎn)品，獲得其故障或失效信息是非常困難的，由此導(dǎo)致這類產(chǎn)品的可靠性度量也非常困難。

目前沒有可用來直接度量環(huán)境適應(yīng)性的量化指標(biāo)。通常根據(jù)產(chǎn)品某些預(yù)定功能、性能下降的程度來描述環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)劣，而不是像定義中要求的那樣涉及所有的預(yù)定功能、性能，原因是這在工程上無法實現(xiàn)。雖然環(huán)境適應(yīng)性在定義中用“壽命期”簡化了時間的概念，但是在工程實踐上，用戶通常都會關(guān)心在多長時間內(nèi)，產(chǎn)品具有能實現(xiàn)所有預(yù)定功能、性能和（或）不被破壞的能力。顯然，此時時間也可以用來描述環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)劣。

3 環(huán)境試驗與可靠性試驗

3.1 內(nèi)涵

全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布的環(huán)境試驗的定義是：把試樣暴露到自然或人工環(huán)境中，從而對它們實際上會遇到在使用、運輸、儲存、生產(chǎn)等條件下的行為性能等做出評價的一套操作程序。環(huán)境試驗是一種試驗方法，核心是掌握環(huán)境對產(chǎn)品造成的影響，可以用來驗證評價環(huán)境對產(chǎn)品可靠性的影響。

可靠性試驗是對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性調(diào)查、分析和評價的一種手段，可以采用各種試驗方法，包括環(huán)境試驗、壽命試驗、篩選試驗等?？煽啃栽囼灥谋举|(zhì)是針對產(chǎn)品可靠性開展的試驗，核心是掌握產(chǎn)品的可靠性信息。

顯然，環(huán)境試驗與可靠性試驗不是同類內(nèi)涵的試驗，不能進(jìn)行簡單對比。許多文獻(xiàn)分析了環(huán)境試驗與可靠性試驗的關(guān)系［4-6］，實質(zhì)上討論的是環(huán)境適應(yīng)性試驗和可靠性試驗的關(guān)系。顧名思義，環(huán)境適應(yīng)性試驗是針對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性開展的試驗，其范圍雖然與環(huán)境試驗一致，但環(huán)境試驗還可以用來評價可靠性、貯存壽命等產(chǎn)品特性。

3.2 環(huán)境試驗

環(huán)境對產(chǎn)品的影響普遍存在，并有可能導(dǎo)致故障。美國曾對機(jī)載電子設(shè)備全年故障進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)因環(huán)境因素引起的故障占52%［7］。環(huán)境試驗是控制裝備環(huán)境影響的有效手段，包括自然環(huán)境試驗和實驗室環(huán)境試驗。

3.2.1 發(fā)展歷程

有文獻(xiàn)記載的環(huán)境試驗最早始于1839年，當(dāng)時英國的R Mallet進(jìn)行了金屬樣片的戶外暴露試驗［8］。二戰(zhàn)以后，各國更加重視裝備環(huán)境試驗，相繼設(shè)立專業(yè)計劃研究環(huán)境對裝備的影響?！睹绹鴩啦繃兰夹g(shù)領(lǐng)域計劃》將“環(huán)境影響”列為第11項關(guān)鍵技術(shù)，深入研究環(huán)境對裝備的影響［9］。20世紀(jì)60年代，世界各國形成了自然環(huán)境試驗和實驗室環(huán)境試驗綜合運用的技術(shù)路線。20世紀(jì)70年代，環(huán)境試驗進(jìn)入成長期，新方法、新設(shè)備、新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以后，逐步形成環(huán)境工程概念，開始用系統(tǒng)工程的方法控制裝備全壽命周期的環(huán)境影響問題。

我國的環(huán)境試驗始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時航空、兵器、船舶等行業(yè)陸續(xù)建立了各自的自然環(huán)境試驗站和環(huán)境實驗室。直至20世紀(jì)80年代前，我國環(huán)境試驗處于行業(yè)分割、站網(wǎng)零散、手段落后的狀態(tài)。20世紀(jì)90年代后，在國防科工委的領(lǐng)導(dǎo)下，我國環(huán)境試驗取得快速發(fā)展。目前國防科技工業(yè)已經(jīng)建立了覆蓋我國7大氣候區(qū)域、3大海域的自然環(huán)境試驗站網(wǎng)，各試驗站氣候特點見表1。擁有具備各種環(huán)境試驗?zāi)芰Φ膶嶒炇?50多個。

3.2.2 自然環(huán)境試驗

自然環(huán)境試驗是指將產(chǎn)品暴露于自然環(huán)境中，確定自然環(huán)境對其影響的試驗。根據(jù)環(huán)境類型的不同，自然環(huán)境試驗可以分為大氣自然環(huán)境試驗、海水自然環(huán)境試驗和土壤自然環(huán)境試驗。自然環(huán)境試驗過程中各種環(huán)境因素綜合作用于試樣，試驗結(jié)果能夠真實反映現(xiàn)實環(huán)境對產(chǎn)品的影響，但是由于自然環(huán)境條件往往比較溫和，所以環(huán)境對產(chǎn)品的影響需要很長時間才能表現(xiàn)出來。

3.2.3 實驗室環(huán)境試驗

實驗室環(huán)境試驗是在實驗室內(nèi)按規(guī)定的環(huán)境條件和負(fù)載條件進(jìn)行的試驗。實驗室環(huán)境試驗的優(yōu)點是其環(huán)境應(yīng)力、負(fù)載條件和電應(yīng)力的施加都可以嚴(yán)格地控制在規(guī)定容差范圍內(nèi)，保證整個試驗在受控的條件下進(jìn)行，從而保證試驗的重現(xiàn)性和試驗結(jié)果的可比性。實驗室環(huán)境試驗的缺點是由于受到試驗設(shè)備能力和費用的限制，其試驗對象限于一些體積、質(zhì)量較小的裝備，且不可能進(jìn)行非常真實的綜合環(huán)境模擬和裝備間接口的模擬，使試驗效果受到限制。此外，有些環(huán)境如生物環(huán)境很難進(jìn)行模擬。

表1 國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗站網(wǎng)Table 1 The nature weathering test field network of science，technology and industry for National Defense

3.3 可靠性試驗

3.3.1 發(fā)展歷程

20世紀(jì)下半葉，裝備可靠性得到廣泛重視，在原有環(huán)境試驗的基礎(chǔ)上，形成了專門用于可靠性評估的試驗方法［10］。隨著武器裝備質(zhì)量建設(shè)的快速發(fā)展，可靠性試驗已成為產(chǎn)品研制過程中的重要環(huán)節(jié)，是提高和考核產(chǎn)品可靠性的重要手段。

3.3.2 分類

可靠性試驗的分類方法很多。按環(huán)境條件類型可分為氣候環(huán)境試驗、力學(xué)環(huán)境試驗和綜合環(huán)境試驗；按抽樣方式可分為抽樣試驗和全數(shù)試驗；按試驗結(jié)束方式可分為截尾試驗和序貫試驗。在各種分類方法中，按試驗?zāi)康倪M(jìn)行分類的方法使用最為廣泛，如要包括以下方法。

1）環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）。目的是發(fā)現(xiàn)和排除不良零件、元器件、工藝缺陷和其他原因所造成的早期故障，從而提高產(chǎn)品的可靠性。環(huán)境應(yīng)力篩選是產(chǎn)品進(jìn)行可靠性增長試驗、可靠性鑒定和驗收試驗的前提。

2）可靠性增長試驗（RGT）。在產(chǎn)品研制階段通過試驗暴露產(chǎn)品所存在的問題，并進(jìn)行故障分析，繼而采取改進(jìn)措施和再試驗，使產(chǎn)品的可靠性得到增長，并滿足或超出預(yù)定的可靠性要求。

3）可靠性鑒定試驗（RQT）。為了確定產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境及工作條件下是否達(dá)到設(shè)計規(guī)定的可靠性要求而進(jìn)行的試驗?？煽啃澡b定試驗用于設(shè)計定型、生產(chǎn)定型、主要設(shè)計或工藝變更后的鑒定。

4）可靠性驗收試驗（RAT）。為了確定批生產(chǎn)或交付的產(chǎn)品能否在規(guī)定的環(huán)境及工作條件下滿足規(guī)定的可靠性要求而進(jìn)行的試驗。也就是驗證產(chǎn)品的可靠性不隨生產(chǎn)期間的工藝、工裝、工作流程、零部件質(zhì)量的變化而降低。

5）可靠性測定實驗（RDT）。用來測定評估產(chǎn)品可靠性水平而進(jìn)行的試驗。

4 結(jié)論

1）環(huán)境適應(yīng)性和可靠性都是裝備的質(zhì)量特性。根據(jù)二者的定義，可靠性內(nèi)涵更廣泛，環(huán)境適應(yīng)性更具體、更明確，但可靠性無法完全包含環(huán)境適應(yīng)性的內(nèi)涵。

2）目前可靠性是可以直接度量的，并且可用多種量化指標(biāo)進(jìn)行度量。目前沒有可用來直接度量環(huán)境適應(yīng)性的量化指標(biāo)。

3）環(huán)境試驗是一種試驗方法，核心是掌握環(huán)境對產(chǎn)品造成的影響?？煽啃栽囼灥谋举|(zhì)是針對產(chǎn)品可靠性開展的試驗，核心是掌握產(chǎn)品的可靠性信息。環(huán)境試驗與可靠性試驗不是同類內(nèi)涵的試驗。

4）環(huán)境適應(yīng)性試驗是針對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性開展的試驗，其范圍雖然與環(huán)境試驗一致，但環(huán)境試驗還可以用來評價可靠性、貯存壽命等產(chǎn)品特性。

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