論環(huán)境工程與可靠性工程的相關(guān)性范文

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為了彌補(bǔ)可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證中的不足，型號工作中引入了環(huán)境工程，以分析實(shí)際的服役環(huán)境，統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)、自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)，充分控制環(huán)境因素引起的故障。以自然環(huán)境試驗(yàn)為例，自然環(huán)境各因素之間存在著復(fù)雜“蝴蝶效應(yīng)”：微小環(huán)境因素的變化會產(chǎn)生巨大的差別。所以實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)不能完全代替自然環(huán)境試驗(yàn)。從產(chǎn)品可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的工程應(yīng)用來看，二者有密切的聯(lián)系，但又有較大的區(qū)別。由于影響可靠性的因素極為復(fù)雜，所以應(yīng)在具有代表性的環(huán)境下對可靠性定量指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證和評估。如果采用極端環(huán)境來驗(yàn)證和評估可靠性定量指標(biāo)，可能會掩蓋其他影響可靠性的因素所造成的影響，反而造成可靠性驗(yàn)證、評估的不準(zhǔn)確。由于環(huán)境工程提高了產(chǎn)品耐環(huán)境的能力，則會使產(chǎn)品具備足夠的耐環(huán)境裕度，當(dāng)然也降低了產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率，即提高了可靠性。由于可靠性工程是控制產(chǎn)品故障包括環(huán)境適應(yīng)6性故障的技術(shù)和管理活動，所以可靠性工程具備和環(huán)境工程相互融合的條件。本文以某型號產(chǎn)品自然環(huán)境試驗(yàn)工作為例，論述了環(huán)境工程和可靠性工程在預(yù)防產(chǎn)品故障發(fā)生、消減故障后果方面的互補(bǔ)關(guān)系和有機(jī)融合關(guān)系。

1型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作情況

1.1工作概況

為暴露在研和已投產(chǎn)型號在環(huán)境適應(yīng)性和可靠性方面的問題，及時采取有效的措施予以解決，積累型號產(chǎn)品在海洋自然環(huán)境下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為促進(jìn)相關(guān)型號產(chǎn)品對海洋自然環(huán)境適應(yīng)能力的迅速提升與持續(xù)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持與技術(shù)儲備，對型號產(chǎn)品策劃和實(shí)施了海洋自然環(huán)境試驗(yàn)專項(xiàng)工作，表1是對多個型號海洋環(huán)境試驗(yàn)中故障原因的統(tǒng)計(jì)分析。海洋自然環(huán)境中，防護(hù)措施不當(dāng)或不到位造成的問題最多，另外在設(shè)計(jì)、選材、工藝以及質(zhì)量控制方面都可能造成故障。此外還存在一些偶然的原因，如運(yùn)輸?shù)目呐觥⑽廴镜取?/p>

1.2環(huán)境工程的特點(diǎn)

從型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作情況看，環(huán)境工程有下列特點(diǎn)：1）考慮裝備實(shí)際的服役環(huán)境是環(huán)境工程的出發(fā)點(diǎn)環(huán)境工程以分析武器裝備實(shí)際使用服役環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，開展環(huán)境試驗(yàn)的剪裁、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)等技術(shù)和管理工作，確保武器裝備在實(shí)際使用過程中不發(fā)生環(huán)境適應(yīng)性問題。在型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，試驗(yàn)方案的制定和實(shí)施都是按照裝備的實(shí)際服役條件剪裁制定的。由于自然環(huán)境條件是一種綜合性的復(fù)雜條件，從嚴(yán)格意義上說，實(shí)驗(yàn)室選取的典型條件實(shí)際上是不能完全模擬自然環(huán)境的，所以自然環(huán)境試驗(yàn)獲取的故障數(shù)據(jù)更能夠反映裝備服役過程中出現(xiàn)的實(shí)際問題。例如一些電纜通過了加嚴(yán)8倍以上的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，半年后在自然環(huán)境試驗(yàn)中依然出現(xiàn)銹蝕破壞，對其功能的實(shí)現(xiàn)有較大影響。這說明實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)不能完全代替自然環(huán)境試驗(yàn)。2）故障的微觀機(jī)理分析是環(huán)境工程的基礎(chǔ)早期的環(huán)境工程以環(huán)境試驗(yàn)為重心，但是隨著環(huán)境工程成為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，環(huán)境試驗(yàn)方法的剪裁、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)技術(shù)等都需要通過故障的微觀機(jī)理分析來支撐，因此分析環(huán)境在微觀上對產(chǎn)品的物理、化學(xué)和生物的作用機(jī)理是環(huán)境工程的基礎(chǔ)。例如某局部基準(zhǔn)設(shè)備樣機(jī)結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)密封故障，通過多次分析故障的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)不銹鋼箱體結(jié)構(gòu)件存在缺陷、對外電連接器水密性能不良、○形密封圈存在局部損傷等問題，這為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了依據(jù)。通過微觀機(jī)理分析，可以從設(shè)計(jì)、制造、使用、質(zhì)量控制等多方面尋找故障原因，并指導(dǎo)產(chǎn)品的改進(jìn)。3）強(qiáng)調(diào)多領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)以及技術(shù)基礎(chǔ)的支撐作用作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性和共性的工作，環(huán)境工程中基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)的收集分析、環(huán)境試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與剪裁、環(huán)境損傷機(jī)理及其控制等技術(shù)需要大量的技術(shù)基礎(chǔ)研究和專業(yè)知識，因此環(huán)境工程中強(qiáng)調(diào)組織來自于不同專業(yè)的專家（如工藝專家、試驗(yàn)技術(shù)專家、元器件專家等）形成環(huán)境工程專家組，支撐型號環(huán)境工程的技術(shù)工作，避免粗放式設(shè)計(jì)。在型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，為了解決某型號出現(xiàn)的環(huán)境適應(yīng)性故障，組織了元器件專家、材料專家、工藝專家提供咨詢，從材料選擇、工藝過程、管理等方面提出了系統(tǒng)的改進(jìn)型號環(huán)境適應(yīng)性的建議，取得了良好的效果；另外通過收集自然環(huán)境試驗(yàn)的結(jié)果形成數(shù)據(jù)庫，為未來型號研制提供了基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。4）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是環(huán)境工程活動最寶貴的成果環(huán)境工程最初的目的主要是為環(huán)境試驗(yàn)。隨著環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，環(huán)境工程人員和專家積累了豐富的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)素材，為指導(dǎo)裝備設(shè)計(jì)提供了條件。例如在某型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，專家針對出現(xiàn)的故障提出了環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)方案，這些方案是實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，極為寶貴。再如波音公司等國外航空航天公司的設(shè)計(jì)手冊中許多環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)都是多年環(huán)境工程活動的結(jié)果，并成為航空器適航性認(rèn)證的重要內(nèi)容。

2環(huán)境工程與可靠性工程的融合

2.1環(huán)境工程與可靠性工程的互補(bǔ)性

從可靠性工程和環(huán)境工程的概念上看，二者在方法和技術(shù)上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。這種互補(bǔ)性表現(xiàn)在：1）產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的定性要求和可靠性定量指標(biāo)的互補(bǔ)性。例如，可靠性定量指標(biāo)從概率上描述了裝備的可靠性水平，這種概率允許一定概率的環(huán)境故障；而環(huán)境工程則盡可能消除環(huán)境因素導(dǎo)致的故障，為產(chǎn)品在服役環(huán)境下的可靠使用提供了保證，并進(jìn)一步提高了可靠性水平。二者互相補(bǔ)充。在型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，有的型號盡管通過了可靠性試驗(yàn)和鑒定驗(yàn)收，但是在自然環(huán)境試驗(yàn)中依然暴露出了環(huán)境適應(yīng)性問題，通過解決這些問題，使可靠性得到了增長。2）微觀分析和宏觀綜合的互補(bǔ)性。在型號產(chǎn)品海洋自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，為了控制故障，研究了各種環(huán)境因素在微觀上對產(chǎn)品的物理、化學(xué)的損傷過程，提出了從結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面的改進(jìn)措施；而傳統(tǒng)的可靠性工程是通過從宏觀上查找產(chǎn)品可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，來加強(qiáng)對故障的控制。所以環(huán)境工程和可靠性工程具有微觀分析和宏觀綜合上的互補(bǔ)性。3）還原論和整體論上的互補(bǔ)性。為了工作的方便和經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行可靠性工作時必須滿足3個規(guī)定的要求，在簡化的環(huán)境條件下開展工作，這是一種典型的還原論的方法；環(huán)境工程中把服役環(huán)境視為一個整體來研究，既考慮環(huán)境條件的邊界，也考慮各種環(huán)境因素組合所產(chǎn)生的效果，這是一種整體論的方法。二者在方法上有互補(bǔ)性。

2.2環(huán)境工程與可靠性工程的有機(jī)融合

由于可靠性工程是控制產(chǎn)品故障包括環(huán)境適應(yīng)性故障的技術(shù)和管理活動，所以它必然在技術(shù)方法上同環(huán)境工程能夠相互融合。這種融合可以表現(xiàn)在[4]：1）環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)的融合從某種程度上說，可靠性試驗(yàn)都是環(huán)境試驗(yàn)，而環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)的提高可使可靠性試驗(yàn)更接近實(shí)際情況。確定可靠性試驗(yàn)的環(huán)境條件是環(huán)境工程的研究內(nèi)容之一，所以環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)可以統(tǒng)一籌劃，互相融合。2）環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)的融合環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過程中應(yīng)用環(huán)境工程的重要內(nèi)容，它的許多內(nèi)容與可靠性設(shè)計(jì)相互重合。當(dāng)采用一般的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)無法滿足要求時，必須通過控制環(huán)境條件（如密封、干燥劑等）以及專業(yè)性設(shè)計(jì)來加以解決，這也提高了產(chǎn)品的可靠性。3）環(huán)境工程和可靠性工程可以統(tǒng)一管理環(huán)境工程工作和可靠性工程工作都貫穿于產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的整個過程，甚至部分工作有重合，因此環(huán)境工程和可靠性工程可以統(tǒng)一管理。例如GJB450A與GJB4239的工作項(xiàng)目都對計(jì)劃、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、信息收集做出了規(guī)定，所不同的是關(guān)注的重點(diǎn)有差別。在研制工作中，有些環(huán)境工程的工作實(shí)際上已經(jīng)被可靠性工程工作所覆蓋，例如FRACAS系統(tǒng)，但是某些環(huán)境工程的工作內(nèi)容則需要一些專門的技術(shù)，如環(huán)境預(yù)示技術(shù)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和自然環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性技術(shù)。所以型號研制過程中形成了可靠性工程和環(huán)境工程兩套工程體系，環(huán)境工程管理大綱和可靠性大綱都是在產(chǎn)品研制、生產(chǎn)甚至使用過程中分別對環(huán)境工程工作和可靠性工程工作進(jìn)行規(guī)劃，并進(jìn)行監(jiān)督和檢查的頂層文件。但是由于它們控制產(chǎn)品故障目的的一致性，以及工作的互補(bǔ)性，所以它們也是可以相互借鑒的。因此把環(huán)境工程和可靠性工程工作互相融合，制定出統(tǒng)一的工作計(jì)劃及管理大綱，這將更有利于保證產(chǎn)品研制、生產(chǎn)全過程的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。4）技術(shù)發(fā)展上的融合在可靠性技術(shù)發(fā)展初期，易于使用、見效較快的基于概率統(tǒng)計(jì)的可靠性工程方法在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，基于故障物理的可靠性工程日益得到重視。故障物理方法從微觀上、物理化學(xué)上探求產(chǎn)品故障的必然原因，使可靠性從對故障數(shù)據(jù)處理的“黑盒藝術(shù)”變成了一門可以對故障過程進(jìn)行描述的“白盒科學(xué)”。例如美國圣迭戈國家實(shí)驗(yàn)室就發(fā)展了以失效物理為基礎(chǔ)的可靠性工程方法，稱為21世紀(jì)以科學(xué)為基礎(chǔ)的可靠性工程方法。由于環(huán)境工程重視微觀分析和故障機(jī)理的研究，這和故障物理方法的思想完全一致。可以預(yù)計(jì)，通過技術(shù)的融合，可靠性工程和環(huán)境工程將逐步融合，成為一門綜合多專業(yè)的工程。

3進(jìn)一步討論

由于裝備及其研制活動這一復(fù)雜系統(tǒng)的特征，導(dǎo)致在型號研制過程中形成了可靠性工程和環(huán)境工程兩套工程體系。型號可靠性工作中大量采用還原論的方法，選取典型環(huán)境來簡化環(huán)境條件開展工作，這就“把模糊性約化為清晰性，把非線性關(guān)系約化為線性，把混沌運(yùn)動約化為周期運(yùn)動”[5]，但這也導(dǎo)致一些技術(shù)細(xì)節(jié)的喪失。而環(huán)境工程則把整個服役環(huán)境作為研究對象，把服役環(huán)境視為整體，從而實(shí)現(xiàn)了整體論和還原論的互補(bǔ)。受到傳統(tǒng)還原論的影響，人們依然“偏愛無益的精確性，眼光短淺與方法的局限性而非普遍存在而又處處可見的新穎和優(yōu)美”[6]，無論在技術(shù)研究還是在型號研制中，由于環(huán)境工程缺少所謂“數(shù)學(xué)性”、“定量化”等“科學(xué)性”特征，在實(shí)際工作中和技術(shù)研究工作中操作起來有一定難度，也未得到充分的重視。所以未來需要進(jìn)一步深入研究環(huán)境適應(yīng)性和可靠性技術(shù)在方法論上的區(qū)別，并通過大力發(fā)展環(huán)境工程，促進(jìn)環(huán)境工程和可靠性工程的融合。

4結(jié)論

由于關(guān)注的重點(diǎn)和采用的方法不同，可靠性工程和環(huán)境工程是裝備及其研制活動中互補(bǔ)的兩個工程體系，但二者都是為預(yù)防產(chǎn)品故障發(fā)生、消減故障后果而產(chǎn)生的，因此環(huán)境工程和可靠性工程需要從技術(shù)和管理上進(jìn)一步有機(jī)融合，更好地發(fā)揮控制產(chǎn)品故障的作用。

作者：蔡健平吳超云趙婉石士進(jìn)單位：中國航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院