論環境工程與可靠性工程的相關性范文

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為了彌補可靠性試驗驗證中的不足，型號工作中引入了環境工程，以分析實際的服役環境，統籌實驗室環境試驗、自然環境試驗和使用環境試驗，充分控制環境因素引起的故障。以自然環境試驗為例，自然環境各因素之間存在著復雜“蝴蝶效應”：微小環境因素的變化會產生巨大的差別。所以實驗室環境試驗不能完全代替自然環境試驗。從產品可靠性和環境適應性的工程應用來看，二者有密切的聯系，但又有較大的區別。由于影響可靠性的因素極為復雜，所以應在具有代表性的環境下對可靠性定量指標進行驗證和評估。如果采用極端環境來驗證和評估可靠性定量指標，可能會掩蓋其他影響可靠性的因素所造成的影響，反而造成可靠性驗證、評估的不準確。由于環境工程提高了產品耐環境的能力，則會使產品具備足夠的耐環境裕度，當然也降低了產品出現故障的概率，即提高了可靠性。由于可靠性工程是控制產品故障包括環境適應6性故障的技術和管理活動，所以可靠性工程具備和環境工程相互融合的條件。本文以某型號產品自然環境試驗工作為例，論述了環境工程和可靠性工程在預防產品故障發生、消減故障后果方面的互補關系和有機融合關系。

1型號產品海洋自然環境試驗工作情況

1.1工作概況

為暴露在研和已投產型號在環境適應性和可靠性方面的問題，及時采取有效的措施予以解決，積累型號產品在海洋自然環境下的試驗數據，為促進相關型號產品對海洋自然環境適應能力的迅速提升與持續改進提供數據支持與技術儲備，對型號產品策劃和實施了海洋自然環境試驗專項工作，表1是對多個型號海洋環境試驗中故障原因的統計分析。海洋自然環境中，防護措施不當或不到位造成的問題最多，另外在設計、選材、工藝以及質量控制方面都可能造成故障。此外還存在一些偶然的原因，如運輸的磕碰、污染等。

1.2環境工程的特點

從型號產品海洋自然環境試驗工作情況看，環境工程有下列特點：1）考慮裝備實際的服役環境是環境工程的出發點環境工程以分析武器裝備實際使用服役環境為出發點，開展環境試驗的剪裁、環境適應性設計等技術和管理工作，確保武器裝備在實際使用過程中不發生環境適應性問題。在型號產品海洋自然環境試驗工作中，試驗方案的制定和實施都是按照裝備的實際服役條件剪裁制定的。由于自然環境條件是一種綜合性的復雜條件，從嚴格意義上說，實驗室選取的典型條件實際上是不能完全模擬自然環境的，所以自然環境試驗獲取的故障數據更能夠反映裝備服役過程中出現的實際問題。例如一些電纜通過了加嚴8倍以上的實驗室環境試驗，半年后在自然環境試驗中依然出現銹蝕破壞，對其功能的實現有較大影響。這說明實驗室試驗不能完全代替自然環境試驗。2）故障的微觀機理分析是環境工程的基礎早期的環境工程以環境試驗為重心，但是隨著環境工程成為一項系統工程，環境試驗方法的剪裁、環境適應性設計技術等都需要通過故障的微觀機理分析來支撐，因此分析環境在微觀上對產品的物理、化學和生物的作用機理是環境工程的基礎。例如某局部基準設備樣機結構件出現密封故障，通過多次分析故障的機理，發現不銹鋼箱體結構件存在缺陷、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，這為環境適應性設計改進提供了依據。通過微觀機理分析，可以從設計、制造、使用、質量控制等多方面尋找故障原因，并指導產品的改進。3）強調多領域專家經驗以及技術基礎的支撐作用作為一項基礎性和共性的工作，環境工程中基礎環境數據的收集分析、環境試驗的設計與剪裁、環境損傷機理及其控制等技術需要大量的技術基礎研究和專業知識，因此環境工程中強調組織來自于不同專業的專家（如工藝專家、試驗技術專家、元器件專家等）形成環境工程專家組，支撐型號環境工程的技術工作，避免粗放式設計。在型號產品海洋自然環境試驗工作中，為了解決某型號出現的環境適應性故障，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的改進型號環境適應性的建議，取得了良好的效果；另外通過收集自然環境試驗的結果形成數據庫，為未來型號研制提供了基礎性數據。4）環境適應性設計經驗是環境工程活動最寶貴的成果環境工程最初的目的主要是為環境試驗。隨著環境試驗數據的積累，環境工程人員和專家積累了豐富的環境適應性設計素材，為指導裝備設計提供了條件。例如在某型號產品海洋自然環境試驗工作中，專家針對出現的故障提出了環境適應性改進方案，這些方案是實際工程經驗的總結，極為寶貴。再如波音公司等國外航空航天公司的設計手冊中許多環境適應性設計都是多年環境工程活動的結果，并成為航空器適航性認證的重要內容。

2環境工程與可靠性工程的融合

2.1環境工程與可靠性工程的互補性

從可靠性工程和環境工程的概念上看，二者在方法和技術上都有很強的互補性。這種互補性表現在：1）產品環境適應性的定性要求和可靠性定量指標的互補性。例如，可靠性定量指標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境故障；而環境工程則盡可能消除環境因素導致的故障，為產品在服役環境下的可靠使用提供了保證，并進一步提高了可靠性水平。二者互相補充。在型號產品海洋自然環境試驗工作中，有的型號盡管通過了可靠性試驗和鑒定驗收，但是在自然環境試驗中依然暴露出了環境適應性問題，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性。在型號產品海洋自然環境試驗工作中，為了控制故障，研究了各種環境因素在微觀上對產品的物理、化學的損傷過程，提出了從結構、材料、工藝等方面的改進措施；而傳統的可靠性工程是通過從宏觀上查找產品可靠性的薄弱環節，來加強對故障的控制。所以環境工程和可靠性工程具有微觀分析和宏觀綜合上的互補性。3）還原論和整體論上的互補性。為了工作的方便和經濟，進行可靠性工作時必須滿足3個規定的要求，在簡化的環境條件下開展工作，這是一種典型的還原論的方法；環境工程中把服役環境視為一個整體來研究，既考慮環境條件的邊界，也考慮各種環境因素組合所產生的效果，這是一種整體論的方法。二者在方法上有互補性。

2.2環境工程與可靠性工程的有機融合

由于可靠性工程是控制產品故障包括環境適應性故障的技術和管理活動，所以它必然在技術方法上同環境工程能夠相互融合。這種融合可以表現在[4]：1）環境試驗和可靠性試驗的融合從某種程度上說，可靠性試驗都是環境試驗，而環境試驗技術的提高可使可靠性試驗更接近實際情況。確定可靠性試驗的環境條件是環境工程的研究內容之一，所以環境試驗和可靠性試驗可以統一籌劃，互相融合。2）環境適應性設計與可靠性設計的融合環境適應性設計是產品研制和生產過程中應用環境工程的重要內容，它的許多內容與可靠性設計相互重合。當采用一般的可靠性設計技術無法滿足要求時，必須通過控制環境條件（如密封、干燥劑等）以及專業性設計來加以解決，這也提高了產品的可靠性。3）環境工程和可靠性工程可以統一管理環境工程工作和可靠性工程工作都貫穿于產品研制、生產的整個過程，甚至部分工作有重合，因此環境工程和可靠性工程可以統一管理。例如GJB450A與GJB4239的工作項目都對計劃、試驗、設計、信息收集做出了規定，所不同的是關注的重點有差別。在研制工作中，有些環境工程的工作實際上已經被可靠性工程工作所覆蓋，例如FRACAS系統，但是某些環境工程的工作內容則需要一些專門的技術，如環境預示技術、實驗室環境試驗和自然環境試驗相關性技術。所以型號研制過程中形成了可靠性工程和環境工程兩套工程體系，環境工程管理大綱和可靠性大綱都是在產品研制、生產甚至使用過程中分別對環境工程工作和可靠性工程工作進行規劃，并進行監督和檢查的頂層文件。但是由于它們控制產品故障目的的一致性，以及工作的互補性，所以它們也是可以相互借鑒的。因此把環境工程和可靠性工程工作互相融合，制定出統一的工作計劃及管理大綱，這將更有利于保證產品研制、生產全過程的環境適應性和可靠性。4）技術發展上的融合在可靠性技術發展初期，易于使用、見效較快的基于概率統計的可靠性工程方法在工程實際中得到了廣泛應用。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、物理化學上探求產品故障的必然原因，使可靠性從對故障數據處理的“黑盒藝術”變成了一門可以對故障過程進行描述的“白盒科學”。例如美國圣迭戈國家實驗室就發展了以失效物理為基礎的可靠性工程方法，稱為21世紀以科學為基礎的可靠性工程方法。由于環境工程重視微觀分析和故障機理的研究，這和故障物理方法的思想完全一致。可以預計，通過技術的融合，可靠性工程和環境工程將逐步融合，成為一門綜合多專業的工程。

3進一步討論

由于裝備及其研制活動這一復雜系統的特征，導致在型號研制過程中形成了可靠性工程和環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，選取典型環境來簡化環境條件開展工作，這就“把模糊性約化為清晰性，把非線性關系約化為線性，把混沌運動約化為周期運動”[5]，但這也導致一些技術細節的喪失。而環境工程則把整個服役環境作為研究對象，把服役環境視為整體，從而實現了整體論和還原論的互補。受到傳統還原論的影響，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美”[6]，無論在技術研究還是在型號研制中，由于環境工程缺少所謂“數學性”、“定量化”等“科學性”特征，在實際工作中和技術研究工作中操作起來有一定難度，也未得到充分的重視。所以未來需要進一步深入研究環境適應性和可靠性技術在方法論上的區別，并通過大力發展環境工程，促進環境工程和可靠性工程的融合。

4結論

由于關注的重點和采用的方法不同，可靠性工程和環境工程是裝備及其研制活動中互補的兩個工程體系，但二者都是為預防產品故障發生、消減故障后果而產生的，因此環境工程和可靠性工程需要從技術和管理上進一步有機融合，更好地發揮控制產品故障的作用。

作者：蔡健平吳超云趙婉石士進單位：中國航天標準化與產品保證研究院