唐勇，張國(guó)華，鄧偉華，姜永廣

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，成都 610041）

引言

近年來(lái)，自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件和社會(huì)安全事件出現(xiàn)突發(fā)和頻發(fā)態(tài)勢(shì)，給政府和軍隊(duì)處置應(yīng)急事件提出了較高挑戰(zhàn)[1]。建立高效的應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)是國(guó)家進(jìn)入現(xiàn)代化管理的必然選擇，是顯示國(guó)家應(yīng)急處置能力和進(jìn)入現(xiàn)代化的重要標(biāo)志[2]。應(yīng)急通信車作為應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)、搶險(xiǎn)救援、公共安全等任務(wù)領(lǐng)域，具有高機(jī)動(dòng)性、高越野性、多用途等特點(diǎn)，其任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性成為任務(wù)成敗的關(guān)鍵要素。

美英等發(fā)達(dá)國(guó)家或組織是當(dāng)前較早開展裝備環(huán)境適應(yīng)研究的國(guó)家，20 世紀(jì)50年代，我國(guó)正式開始了裝備環(huán)境技術(shù)的相關(guān)研究工作[3]。業(yè)界對(duì)車載電子設(shè)備、機(jī)載電子設(shè)備等單體設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究較為普遍，針對(duì)車輛平臺(tái)系統(tǒng)的裝備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)研究較少，即便有也大多局限于單一環(huán)境應(yīng)力的針對(duì)性設(shè)計(jì)研究，比如：施雷[4]等人研究了一種電源車方艙內(nèi)部的防雨、防砂塵、通風(fēng)散熱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，趙世宜[5]等人研究了高溫高濕環(huán)境條件對(duì)車輛裝備影響及對(duì)策，何俊南[6]等人研究了高溫地區(qū)整車環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，劉策[7]等人對(duì)整車高寒地區(qū)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)進(jìn)行了分析研究。國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境適應(yīng)性的研究也主要是針對(duì)試驗(yàn)方法等方面，比如GJB 150A-2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》[8]、GJB 219B-2005《軍用通信車通用規(guī)范》[9]，關(guān)于車輛裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法幾乎空白。

采用系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)思想，從頂層視角和全局視角進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提出了基于分層分域理論方法的環(huán)境適應(yīng)性分析設(shè)計(jì)方法和應(yīng)急通信車工程應(yīng)用實(shí)例，打破了業(yè)界一般針對(duì)單一環(huán)境、單設(shè)備級(jí)環(huán)境適應(yīng)性研究的常態(tài)研究方法。

1 環(huán)境適應(yīng)性分層分域設(shè)計(jì)理論和方法

1.1 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)定義和內(nèi)涵

環(huán)境適應(yīng)性是裝備承受環(huán)境作用能力的指標(biāo)，是裝備的重要質(zhì)量特性之一，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是為保證裝備實(shí)際使用環(huán)境經(jīng)受綜合環(huán)境應(yīng)力條件發(fā)揮性能的重要技術(shù)管理活動(dòng)[10]。GJB 4239-2001《裝備環(huán)境工程通用要求》對(duì)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的定義為：為滿足裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性要求而采取的一系列措施，包括改善環(huán)境或減緩環(huán)境影響的措施和提高裝備（產(chǎn)品）對(duì)環(huán)境耐受能力的措施[11]。

1.2 分層分域設(shè)計(jì)理論提出

原則上，系統(tǒng)裝備所涉及的系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、模件等均需要進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。需逐級(jí)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性分析，通過(guò)環(huán)境要求、環(huán)境因素影響和機(jī)理分析、控制措施形成系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，按環(huán)境對(duì)裝備的影響又分為氣候環(huán)境條件、機(jī)械環(huán)境條件、生物環(huán)境條件、電場(chǎng)環(huán)境條件、輻射環(huán)境條件、人工環(huán)境條件[14]等，所涉及的環(huán)境條件也均需進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。基于此，提出系統(tǒng)分層和條件分域的設(shè)計(jì)理論。

系統(tǒng)分層是從頂層自頂向下映射方式逐層細(xì)分到底層的架構(gòu)，結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)模型

條件分域是從各個(gè)環(huán)境條件進(jìn)行劃分，模型如圖2所示。

圖2 條件分域結(jié)構(gòu)模型

1.3 分層分域設(shè)計(jì)方法流程

按照環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的定義和內(nèi)容，系統(tǒng)裝備分層分域設(shè)計(jì)方法流程包括裝備分層解析、裝備各層級(jí)環(huán)境適應(yīng)性要求確立、裝備環(huán)境因素分域及影響機(jī)理分析、提出針對(duì)分層分域的裝備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方案。方法流程如圖3 所示。

圖3 基于分層分域的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法流程

1）裝備分層解析。裝備分層采用自頂向下層層遞進(jìn)的解析方法，將系統(tǒng)級(jí)裝備按系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、模件進(jìn)行逐級(jí)分解，確定系統(tǒng)級(jí)裝備所包含的各層級(jí)單元和要素。

2）裝備各層級(jí)環(huán)境適應(yīng)性要求確立。裝備各層級(jí)的環(huán)境適應(yīng)性要求包括系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、模件的環(huán)境適應(yīng)性要求，根據(jù)使用的位置和環(huán)境同一級(jí)系統(tǒng)、設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性又可能分為不同要求。

3）裝備環(huán)境因素分域及影響機(jī)理分析。將影響裝備環(huán)境適應(yīng)性的環(huán)境因素按環(huán)境條件分域，并對(duì)其壽命周期各階段的影響機(jī)理進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)分層的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的關(guān)注點(diǎn)。

4）提出針對(duì)分層分域的裝備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)對(duì)策和方案。基于系統(tǒng)分層和條件分域，結(jié)合環(huán)境適應(yīng)性要求，分析建立環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)、控制措施、選材和工藝措施以及具體方法，制定出合理的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方案。

2 應(yīng)急通信車的工程應(yīng)用

2.1 應(yīng)急通信車功能

應(yīng)急通信車一般采用高機(jī)動(dòng)越野一類底盤或二類底盤進(jìn)行改裝集成設(shè)計(jì)[13]，與任務(wù)載荷一體集成構(gòu)建一個(gè)功能完備的移動(dòng)指揮中心，為指揮中心指揮決策人員提供準(zhǔn)確、及時(shí)的輔助支撐。應(yīng)急通信車功能包括通信保障、指揮調(diào)度、計(jì)算、圖像采集、定位導(dǎo)航以及供配電、環(huán)境控制、照明等[14]。

2.2 應(yīng)急通信車的系統(tǒng)分層

應(yīng)急通信車從系統(tǒng)向下分層分為：第1 層，應(yīng)急通信車；第2 層分為GPS/GIS 導(dǎo)航分系統(tǒng)、圖像采集與處理分系統(tǒng)、通信保障分系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及應(yīng)用分系統(tǒng)、會(huì)議及輔助辦公分系統(tǒng)、環(huán)境控制分系統(tǒng)、供配電分系統(tǒng)、載車平臺(tái)等八個(gè)功能分系統(tǒng)；第3 層為各個(gè)分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備、軟件；第4 層為構(gòu)成設(shè)備的元器件、結(jié)構(gòu)件、部件和裝車集成所用的結(jié)構(gòu)件、線纜等安裝附件。應(yīng)急通信車分層結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

2.3 應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性要求

按照GJB 219B-2005《軍用通信車通用規(guī)范》對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的要求描述通信車的環(huán)境適應(yīng)性包括整車環(huán)境適應(yīng)性和裝車設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性兩部分，裝車設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求應(yīng)滿足GJB 367A《軍用通信設(shè)備通用規(guī)范》[15]中地面設(shè)備中車載式設(shè)備的要求。應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性要求按照整車要求、裝車設(shè)備要求和裝車模件三個(gè)層面進(jìn)行要求。整車要求包括：一般要求、道路行駛性要求以及使用、維修、運(yùn)輸和貯存要求；裝車設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求包括僅在車內(nèi)使用的裝車設(shè)備和有露天使用要求的裝車設(shè)備以及裝車設(shè)備的機(jī)械適應(yīng)性等要求；裝車模件環(huán)境適應(yīng)性要求包括僅在車內(nèi)使用的裝車模件和有露天使用要求的裝車模件以及裝車模件的機(jī)械適應(yīng)性等要求。應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性要求如圖5 所示。

圖5 應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性要求

2.4 應(yīng)急通信車環(huán)境因素分域及影響機(jī)理分析

應(yīng)急通信車在使用過(guò)程中可能經(jīng)歷的環(huán)境條件按影響因素進(jìn)行分域，分為氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、輻射環(huán)境、生物環(huán)境、電場(chǎng)條件。氣候環(huán)境條件包括溫度、濕度、氣壓、砂塵、鹽霧、雨、風(fēng)，機(jī)械環(huán)境條件包括振動(dòng)、沖擊、顛搖、碰撞，輻射環(huán)境條件包括太陽(yáng)輻射、紫外線輻射，生物環(huán)境條件包括霉菌，電場(chǎng)環(huán)境條件包括放電、雷擊和漏電。在各類環(huán)境條件下，應(yīng)急通信車及所用的設(shè)備、材料、零部件、元器件都可能發(fā)生環(huán)境效應(yīng)，降低使用可靠性。應(yīng)急通信車環(huán)境因素與影響機(jī)理如表1 所示。

表1 應(yīng)急通信車環(huán)境因素與影響機(jī)理

2.5 應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)對(duì)策

本論文考慮設(shè)計(jì)篇幅和重點(diǎn)，底盤、上裝設(shè)備和模件均按應(yīng)急通信車環(huán)境適應(yīng)性要求選擇已經(jīng)經(jīng)過(guò)環(huán)境適應(yīng)性考核檢驗(yàn)的成品，不做具體設(shè)計(jì)。應(yīng)急通信車整車層面，提出氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、輻射環(huán)境、生物環(huán)境、電場(chǎng)環(huán)境五個(gè)方面的設(shè)計(jì)。

2.5.1 氣候環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

1）環(huán)境控制設(shè)計(jì)：①通過(guò)采用底盤原裝空調(diào)或加裝的取暖制冷設(shè)備實(shí)現(xiàn)車內(nèi)工作環(huán)境溫度調(diào)節(jié)。②對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備等大功率設(shè)備加裝散熱風(fēng)扇，提供良好的設(shè)備散熱循環(huán)通道。③對(duì)與連續(xù)剎車導(dǎo)致的局部高溫，加裝水冷散熱裝置。

2）防潮、防鹽霧、防霉菌設(shè)計(jì)：①金屬鍍層和化學(xué)覆蓋層的選擇考慮使用環(huán)境工作條件、材料性質(zhì)、鍍覆特性、鍍覆后的工作條件等因素。②金屬和非金屬結(jié)構(gòu)件在基體表面或基體表面的金屬或非金屬覆蓋層上涂覆有機(jī)涂層，進(jìn)一步防止基體材料在野外惡劣環(huán)境條件下的腐蝕。③采用固體薄膜保護(hù)劑對(duì)鍍金層、銀層接插件進(jìn)行涂覆，延緩銀層變色，減低插拔力，增加接插件可靠性。⑤天線、支架及基座采用的噴鋅后多層涂料重防護(hù)，選擇好底漆、面漆的配套工藝技術(shù)。⑥天線罩及支撐件的防護(hù)可選用芳倫復(fù)合材料或碳纖維復(fù)合材料制造支撐件或箱體等異形構(gòu)件。

3）低氣壓環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)：①底盤和發(fā)電油機(jī)選擇高原型。②蓄電池考慮設(shè)計(jì)余量。③衛(wèi)星天線非密封設(shè)計(jì)，使低氣壓環(huán)境內(nèi)外大氣壓力平衡。

4）防淋雨設(shè)計(jì)：①車輛壁盒采用絕緣材料，蓋板采用上翻蓋設(shè)計(jì)并在兩側(cè)設(shè)計(jì)可折收擋雨板。②天線饋線線口、空調(diào)安裝架螺栓等改變車體結(jié)構(gòu)的安裝設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行密封膠處理。

5）防砂塵設(shè)計(jì)：①門窗均設(shè)計(jì)密封膠條，在門窗關(guān)閉情況防止車外風(fēng)沙進(jìn)入車內(nèi)。②車壁接插件安裝防塵帽。③配備壁盒、天線防塵帆布套，在風(fēng)沙環(huán)境中保護(hù)壁盒、天線不被風(fēng)沙侵蝕。

6）抗風(fēng)設(shè)計(jì)：①抗風(fēng)8 級(jí)風(fēng)工作、12 級(jí)風(fēng)不損壞進(jìn)行整車受風(fēng)力計(jì)算和薄弱環(huán)節(jié)控制設(shè)計(jì)。②進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)校核和設(shè)計(jì)仿真。

7）降噪設(shè)計(jì)：①車內(nèi)設(shè)備采用前后固定安裝，減少車輛行駛中設(shè)備沖擊震動(dòng)引起的噪聲。②機(jī)柜減震器增加限位裝置，避免車輛行駛時(shí)機(jī)柜與車體撞擊引起噪聲。③車輛內(nèi)飾加裝材料選用吸音材料。④散熱風(fēng)扇選用噪聲等級(jí)低的風(fēng)機(jī)部件。

2.5.2 機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

抗振動(dòng)和沖擊遵循GJB 367A-2001《軍用通信設(shè)備通用規(guī)范》相關(guān)要求開展，主要措施包括：①設(shè)備安裝方式主要分為上架安裝和臺(tái)面安裝兩種形式。其中上架設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜安裝，機(jī)柜采取整體減震措施。②臺(tái)式安裝設(shè)備均采取單設(shè)備減振措施，并通過(guò)可靠措施固定。③抽屜活動(dòng)件安裝鎖定裝置，以免震動(dòng)或沖擊時(shí)打開。④衛(wèi)星天線通過(guò)安裝支架安裝，底部螺栓與安裝支架固定牢靠。⑥整車附件均有安裝固定措施。⑦灌封后的插頭座，最后應(yīng)當(dāng)套上預(yù)置的熱縮套管、熱縮后使導(dǎo)線相對(duì)位置固定。

2.5.3 輻射環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

非金屬材料選擇抗日光、紫外線等輻射環(huán)境較好的材料，車外二次涂覆材料選擇抗日光直曬的特種涂料。

2.5.4 生物環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

應(yīng)急通信車氣生物環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)主要考慮霉菌，設(shè)計(jì)對(duì)策與氣候環(huán)境適應(yīng)性中“防潮、防鹽霧、防霉菌設(shè)計(jì)”對(duì)策一致。

2.5.5 電場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

1）防雷設(shè)計(jì)：根據(jù)不同線路、接口的電氣特性和信號(hào)參數(shù)選擇與之相匹配的專用防雷模塊加裝。

2）防漏放電設(shè)計(jì)：①車內(nèi)接地設(shè)計(jì)，通過(guò)接地匯接線和接地匯流銅帶實(shí)現(xiàn)設(shè)備就近共地。②整車接地設(shè)計(jì)，在壁盒設(shè)計(jì)車體地和測(cè)量地接地端子，進(jìn)行車體接地和接地性能監(jiān)測(cè)。③車輛底部設(shè)計(jì)地拖接地，在車輛行駛時(shí)進(jìn)行靜電釋放。

3）防電磁危害設(shè)計(jì)：對(duì)頭、胸、腹高度截面內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)分布建立電磁模型并進(jìn)行計(jì)算仿真，防止衛(wèi)星、集群和電臺(tái)對(duì)人體電磁危害。

3 結(jié)語(yǔ)

環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品的固有特性，是產(chǎn)品質(zhì)量特性的重要組成部分，是裝備的六大重要通用質(zhì)量特性之一，直接關(guān)系產(chǎn)品性能，是產(chǎn)品全壽命周期發(fā)揮使用效能的關(guān)鍵要素，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)已成為裝備研制過(guò)程中的重要工作，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)中納入“六性”設(shè)計(jì)同步開展。系統(tǒng)級(jí)裝備大多具有“系統(tǒng)—分系統(tǒng)—設(shè)備—模件”多個(gè)層次，應(yīng)急通信車作為系統(tǒng)級(jí)裝備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容點(diǎn)多面廣，需要解決的問(wèn)題和設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)較多，相較于普通軍用電子裝備難度較大。為保證應(yīng)急通信車可靠性和質(zhì)量，需要從頂層環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)指標(biāo)和全局狀態(tài)的過(guò)程監(jiān)控開展應(yīng)急通信車的適應(yīng)性設(shè)計(jì)。本文借助系統(tǒng)工程理論的分析模型，將系統(tǒng)層層分解，將環(huán)境條件按屬性和影響分域分析，建立了全要素的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)方法流程，并以應(yīng)急通信車為工程設(shè)計(jì)用例進(jìn)行了設(shè)計(jì)展示，為系統(tǒng)級(jí)裝備開展環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供了一種可行的借鑒方法。