李炳蔚，牛智玲，張子駿，余慕春，丁晨

（中國運載火箭技術研究院，北京 100076）

“環(huán)境適應性”與“可靠性、安全性、測試性、維修性、保障性”等并列，是一項重要的裝備通用質量特性。裝備的環(huán)境適應性水平，是決定了裝備在實戰(zhàn)條件下是否強壯的“先天基因”，一定程度直接決定了裝備能否在戰(zhàn)場中發(fā)揮應有的戰(zhàn)斗力，相關技術受到工業(yè)界和學術界越來越多的關注。

裝備環(huán)境適應性是設計出來的，也是管理出來的，是通過系統(tǒng)嚴格的試驗鑒定出來的。目前，裝備環(huán)境適應性工作主要遵循相關標準進行實施和管控[1-4]。然而，在實際的工程實踐中，環(huán)境適應性工作往往處于“開環(huán)”狀態(tài)，過程的閉環(huán)管控和工作成效有待提升[5-10]。近年來，多位學者在環(huán)境適應性設計方面進行了思考，結合具體產品的工程實踐，提出了適用于裝備研制的、細化的環(huán)境適應性工作流程[11-16]，但是目前還缺乏對裝備環(huán)境適應性管控的系統(tǒng)性研究。為此，提出了一種環(huán)境適應性閉環(huán)管控方法，為裝備環(huán)境適應性工作的有效開展提供方法支撐。

1 環(huán)境適應性閉環(huán)管控工作體系

裝備環(huán)境工程面向復雜的裝備系統(tǒng)，并且涵蓋項目管理、工程技術的大量學科，遵循系統(tǒng)工程的科學方法。系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法[17]。系統(tǒng)工程方法得到錢學森先生等學者的大力推動，在我國航空航天等國家重大工程的研發(fā)中發(fā)揮了重大作用[17-19]，并沿用至今，是環(huán)境適應性閉環(huán)管控的方法基礎。系統(tǒng)工程的一項重要思想是通過“總體設計部”將用戶需求轉換為滿足要求的、優(yōu)化的總體方案，然后將總體方案分解為若干系統(tǒng)的技術要求，再經由總體-系統(tǒng)-分系統(tǒng)-單機的多級配套協(xié)作，實現產品的研發(fā)和集成?；诖耍嚓P標準要求設立涵蓋環(huán)境工程項目經理、專家組和設計師隊伍組成的專業(yè)組織架構，以確保裝備環(huán)境工程有效落地[1-2]。GJB 4239—2001規(guī)定的裝備環(huán)境工程工作主要包括環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應性設計、環(huán)境適應性試驗與評價4部分工作。其中，環(huán)境工程管理工作主要內容有制定環(huán)境工程工作計劃、環(huán)境工程工作評審、環(huán)境信息管理、對轉承制方和供應方的監(jiān)督和控制等內容，見表1。

表1 裝備環(huán)境工程工作項目Tab.1 Working items of closed-loop control of equipment environmental adaptability

文中在現有環(huán)境工程工作標準體系的基礎上，結合航天工程中的具體實踐，提出了環(huán)境適應性閉環(huán)管控工作體系，如圖1所示。該工作體系由環(huán)境適應性總體抓總牽頭，牽引各系統(tǒng)、單機單位開展武器裝備的環(huán)境工程管理工作的落實，開展的主要工作包括基于流程前置的環(huán)境工程工作計劃、面向流程閉環(huán)的環(huán)境適應性工作過程控制，以及全壽命周期環(huán)境適應性信息管理等內容。

圖1 環(huán)境適應性閉環(huán)管控工作體系Fig.1 Closed loop control system of environmental adaptability

設立專門的環(huán)境適應性總體的崗位或角色，是從系統(tǒng)工程實施的角度，可以更好地對環(huán)境工程工作進行抓總，推進各項工作的實施和落地。可以在總體設計部設立環(huán)境適應性總體崗位，作為六性專業(yè)之一。環(huán)境適應性專業(yè)可以作為實施環(huán)境工程的主體，對裝備系統(tǒng)環(huán)境工程管理和共性技術工作負責，通過運用各種管理和技術手段，提高武器裝備的環(huán)境適應性。環(huán)境適應性專業(yè)是環(huán)境和產品的紐帶，開展環(huán)境工程管理工作頂層的策劃、分解、監(jiān)督、管控和評價，提出并開展共性基礎課題研究，負責相關標準的制定，研發(fā)并應用環(huán)境適應性工作平臺，確保裝備環(huán)境適應性的先天品質優(yōu)良。筆者單位作為裝備的總體設計部，設立了六性工程研究室，下設環(huán)境適應性總體設計工程組，設置環(huán)境適應性總體崗位，對環(huán)境工程工作抓總。通過3年的運行，不但牽頭圓滿完成了多個型號的環(huán)境工程管理工作，而且建立了環(huán)境適應性標準體系，攻克了多項環(huán)境適應性共性技術，開發(fā)了環(huán)境適應性信息化工作平臺，形成制定了完善的環(huán)境適應性工作體系，運行的整體效果良好，提升了環(huán)境工程工作的效率，對于確保裝備飛行試驗成功、提升裝備環(huán)境適應性水平提供了重要支撐，可以作為其他單位開展環(huán)境工程工作的參考。

文中提出的裝備環(huán)境適應性閉環(huán)管控工作涵蓋表1中列出的所有傳統(tǒng)工作項目，并且在此基礎上，主要針對目前存在的環(huán)境適應性工作“開環(huán)”、效果不明顯等突出問題，提出了一套閉環(huán)管控方法。該方法從系統(tǒng)到單機縱向貫通，通過全流程閉環(huán)管控，提高裝備的環(huán)境適應性。通過多年工程實踐表明，該方法可以有效避免方案反復，提升環(huán)境適應性工作效率和工作效果。

2 基于流程前置的環(huán)境工程工作計劃

在型號研制的初期，需要制定環(huán)境工程工作計劃，明確環(huán)境適應性要求、環(huán)境工程工作組織機構及其職責，規(guī)定型號各階段的環(huán)境工程工作具體項目及計劃安排。環(huán)境工程工作計劃一般以環(huán)境適應性大綱、環(huán)境適應性工作計劃等綱領性文件的形式下發(fā)各個級次研制單位，并納入到型號質量工作中，從頂層對環(huán)境工程工作進行指導和約束。

為確保環(huán)境適應性工作效果，應盡可能在工作中把環(huán)境適應性工作前置。傳統(tǒng)的研制模式是在論證和方案階段先進行環(huán)境設計、研制，然后進行試驗驗證，驗證后再修改，整個過程是一個“試錯式”的過程，可能會造成方案的反復，并且會導致較高的研制經費和較長的研制周期，影響裝備的環(huán)境適應性水平的提升。為了將工作重心轉移到方案設計階段，在研制階段重點考核產品的實現。通過環(huán)境適應性工作的前置，在方案設計階段就要運用有限元仿真等先進的手段開展環(huán)境適應性分析、評價等相關工作，使得產品設計、分析融為一體，邊設計、邊改進，符合要求后再出圖生產，極大地避免了后續(xù)的方案反復，大大提高了研制效率。六性工作審查在方案設計階段啟動，可以及時發(fā)現環(huán)境適應性條件理解不一致、設計不合理、環(huán)境不適應等問題。通過及時發(fā)現、及時糾錯等方式，使環(huán)境適應性工作切實在設計中起到作用，把環(huán)境適應性要求落實在產品設計中。

環(huán)境適應性工作計劃應突出重點和特點。制定環(huán)境適應性工作計劃，做到要素全面：規(guī)定裝備各階段環(huán)境適應性工作總要求，涵蓋環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應性設計、環(huán)境試驗及評價等內容。在進行工作項目的細化策劃時，應該有“精準思維”，應根據型號的特點，對環(huán)境適應性工作進行細化和合理剪裁。一方面，開展的環(huán)境適應性工作要有型號特點，有針對性地開展型號環(huán)境適應性工作；另一方面，合理剪裁環(huán)境適應性工作，把與型號、階段相關的環(huán)境適應性工作作為重點工作，在進行工作計劃和策劃的制定時，加以重點考慮。通過精準的工作策劃，可以確保每項工作都能夠深入地開展，確保環(huán)境適應性工作的有效落地。

制定環(huán)境試驗條件，做到條件合理：要系統(tǒng)分析全壽命周期環(huán)境剖面，規(guī)定裝備全壽命周期遇到的環(huán)境及量值，供各系統(tǒng)開展環(huán)境適應性設計，環(huán)境試驗條件應做到項目覆蓋、量級合理、制定方法正確、滿足現有標準。

除此之外，為了確保環(huán)境適應性工作計劃落地，應針對相關頂層要求制定解釋和指導性文件，在方案和研制初期下發(fā)，并開展培訓，具體一般應包括以下內容。

1）給出環(huán)境適應性設計準則（包括定量、定性兩類），其中定量準則是根據頻率管控，給出產品等應避開的頻率或應滿足的頻率特性范圍，定性準則是通過梳理歷史上天地試驗環(huán)境類故障，給出針對性的環(huán)境適應性設計要求。如包含固態(tài)繼電器、恒溫晶振、脆性陶瓷材料、玻璃器件、陶瓷封裝集成電路、薄膜電阻、微波功放模塊等對沖擊敏感的部件，必須100%開展沖擊環(huán)境適應性設計，并采取安裝減振墊等抗沖擊防護措施。

2）環(huán)境試驗剪裁指南：為了防止分系統(tǒng)、單機實施環(huán)境試驗時出現條件理解錯誤、邊界條件不當、試驗方向不正確等問題，制作環(huán)境試驗條件的剪裁指南，對上述問題進行明確規(guī)定，確保環(huán)境試驗有效。

3）例行試驗序貫原則：給出例行試驗的序貫原則，給出推薦的例行試驗順序。

4）環(huán)境試驗管理要求：規(guī)定環(huán)境試驗文件會簽、數據管理要求，包括總體大型地面試驗、分系統(tǒng)重要單機環(huán)境試驗等。

5）環(huán)境試驗方法：給出隨機振動、沖擊試驗、運輸試驗、噪聲試驗、高溫試驗等試驗的方法、流程和注意事項。

6）環(huán)境適應性仿真方法：給出環(huán)境適應性仿真的方法，如邊界條件設定原則、分析方法、網格劃分要求、阻尼系數確定方法等。

7）環(huán)境適應性工作計劃：給出各個階段實施的環(huán)境適應性的具體工作項目、工作要求、責任單位、輸入輸出文件、時間節(jié)點等。

3 面向流程閉環(huán)的環(huán)境適應性工作過程控制

環(huán)境適應性工作要求提出后，需要進行一系列的過程控制來確保工作的閉環(huán)。閉環(huán)管控工作強調要求提出后的工作監(jiān)督和審查，以工作綜合審查的形式對分系統(tǒng)、承制方的工作效果進行及時管控，在方案設計評審、轉段等時機對六性工作開展情況進行把控，對發(fā)現的問題及時糾正。通過環(huán)境適應性工作的培訓，面對面交流、手把手輔導等方式，確保工作的真正閉環(huán)。

開展環(huán)境適應性過程控制，具體實施途徑如下：

1）開展環(huán)境適應性相關文件會簽，總體對分系統(tǒng)的環(huán)境適應性工作計劃、重要設備的試驗大綱進行會簽。

2）開展環(huán)境適應性評審工作，加強對外協(xié)單位的把控，專家組對總體的大型地面試驗策劃、環(huán)境試驗條件進行專項評審，總體對分系統(tǒng)的環(huán)境適應性工作計劃、重要設備的試驗大綱、環(huán)境適應性分析進行評審，可以結合方案設計評審、轉段評審、試驗大綱評審等進行。

3）開展對轉承制方和供應方的監(jiān)督和控制。一方面，要開展全級次供應商的合格供方認證管理；另一方面，需要在產品研制過程中對轉承制方和供應方的設計、生產、工藝等進行全方位、全流程的監(jiān)督和控制。

4）制定環(huán)境適應性評價要求，并根據要求對產品的環(huán)境適應性進行評價，一般結合出廠驗收和評審進行。在進行環(huán)境適應性評價時，可以采用基于時序的環(huán)境適應性分析方法[20]。

4 全壽命周期環(huán)境適應性信息管理

按照環(huán)境適應性信息搜集要求，對關鍵設備、部件的全壽命周期環(huán)境適應性數據進行匯總，形成數據庫，并隨著環(huán)境適應性工作的開展逐漸完善，通過對環(huán)境適應性信息的管理、分析和應用，為環(huán)境適應性分析和后續(xù)其他裝備的研制工作提供支撐。

開展全壽命周期環(huán)境適應性信息管理，主要涵蓋以下內容。

1）實施環(huán)境適應性信息管理：發(fā)布環(huán)境適應性試驗信息收集要求，匯總、分析環(huán)境適應性信息，包括產品技術狀態(tài)變化歷史、試驗方案、試驗數據、試驗結果、故障信息；產品數據包絡，為定型鑒定、貯存延壽等提供支撐；借用產品環(huán)境適應性分析提供依據。

2）環(huán)境適應性信息平臺：應建立相關信息的平臺，對裝備環(huán)境信息進行統(tǒng)一的管理。

3）自然環(huán)境信息：根據使用環(huán)境要求、GJB 1172—1991等，確定裝備系統(tǒng)承受的高低溫、濕度、鹽霧、霉菌、砂塵、太陽輻射等自然環(huán)境條件，納入到環(huán)境信息數據庫中。

4）誘發(fā)環(huán)境信息：根據壽命剖面分析，開展裝備產品經歷的力、熱、電磁等誘發(fā)環(huán)境信息分析和收集，納入到誘發(fā)環(huán)境數據中。

5）技術狀態(tài)：產品的技術狀態(tài)基線和變化歷史，產品借用情況。

6）環(huán)境履歷：產品經歷過的力、熱、自然、電磁環(huán)境試驗的項目及條件，包括借用型號的環(huán)境試驗。

7）頻率特性：系統(tǒng)、部件、產品的固有頻率特性。

8）力學特性：產品的關鍵部件相對于設備安裝處的振動、沖擊傳遞特性，以及力學環(huán)境適應性（力學環(huán)境耐受極限信息）。

9）熱特性：產品冷熱透時間、熱容、工作時發(fā)熱功率、主要材料的熱導率。

10）電磁特性：產品的電磁兼容特性。

11）自然環(huán)境特性：產品采取的防護手段等。

12）歷史故障：產品或類似產品在研制、總裝、服役期間發(fā)生過的全壽命周期環(huán)境適應性問題的相關信息。由于裝備產品種類多樣，并且可能經歷的環(huán)境涵蓋力、熱、電磁、自然和空間環(huán)境，所以進行裝備環(huán)境適應性仿真的難度很大。因此在開展這項工作時，應該從小處著眼，逐漸積累環(huán)境預示、產品建模、多物理場仿真的方法和基礎數據，以提升工作效果[21-24]。此外，如確有必要且條件具備，可以開展實體樣機環(huán)境試驗或者原理性試驗，對產品的環(huán)境適應性仿真模型進行校驗。

5 結語

采用文中提出的環(huán)境適應性閉環(huán)管控方法，對于電子設備力學環(huán)境適應性工作在多個裝備研制過程中進行了工程實踐，結果表明：

1）提出的環(huán)境適應性閉環(huán)管控方法是可行的，各項工作可以在裝備環(huán)境適應性工作中順利開展。

2）環(huán)境適應性問題早在方案設計階段即得到了有效解決，有效避免了在工程研制階段常見的設備安裝支架振動響應放大嚴重、設備與安裝支架頻率耦合、設備環(huán)境適應性驗證試驗“過試驗”或者“欠試驗”，使環(huán)境適應性工作變被動為主動，在提高裝備研制效率的同時，提升了產品的環(huán)境適應性。

環(huán)境適應性工作是裝備研制永恒的話題，也是批產交付后最影響用戶體驗的重要問題之一。文中結合工程實踐，提出了一種裝備全流程、全要素環(huán)境適應性閉環(huán)管控方法，可以提高裝備環(huán)境適應性和研制效率，對于提升裝備實戰(zhàn)化水平具有重要意義，對于運載火箭、航天器、工業(yè)設備等其他類型產品的研發(fā)也有一定的借鑒意義。

后續(xù)還需要進一步開展如下工作：繼續(xù)在裝備環(huán)境工程中持續(xù)完善閉環(huán)管控方法；繼續(xù)探索典型產品的環(huán)境適應性建模仿真方法，持續(xù)完善環(huán)境適應性數據庫，這是目前比較欠缺的，也是提升裝備環(huán)境適應性水平的關鍵。