電子裝備自然環(huán)境試驗(yàn)的探討＊

劉志強(qiáng) 鮮大立

（海軍4801工廠黃埔軍械修理廠 廣州 510715)

1 裝備環(huán)境試驗(yàn)的現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)在海軍的發(fā)展方面投入逐步加大，大量的新技術(shù)、新工藝、新材料應(yīng)用于海軍裝備生產(chǎn)中，為了保障新裝備的可靠性，可靠性試驗(yàn)技術(shù)越來(lái)越受到軍方的重視，而裝備的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)技術(shù)又是可靠性試驗(yàn)中特別受重視的技術(shù)。裝備在制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用中的任何時(shí)候都處在一定的環(huán)境中，為了評(píng)價(jià)裝備對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)性，必須進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)［8］。任何驗(yàn)證或考核軍用裝備對(duì)預(yù)期遇到的極端環(huán)境的適應(yīng)性的試驗(yàn)均稱(chēng)為環(huán)境試驗(yàn)。隨著電子裝備在海軍裝備日益增加，電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，裝備系統(tǒng)性越來(lái)越強(qiáng)，環(huán)境試驗(yàn)就越來(lái)越顯得重要，當(dāng)前環(huán)境試驗(yàn)已貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試制、生產(chǎn)，以及銷(xiāo)售、使用的全過(guò)程。無(wú)論是材料、元器件、模塊，還是部件、整機(jī)、系統(tǒng)都離不開(kāi)環(huán)境試驗(yàn)［10］。

目前我國(guó)軍用裝備的環(huán)境試驗(yàn)一般按照GJB150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》的要求實(shí)施。習(xí)慣上環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)也叫例行試驗(yàn)，它是按產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的間隔時(shí)間（或批次)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行的考核產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、穩(wěn)定性的一種特殊的試驗(yàn)。

目前GJB150所規(guī)定的試驗(yàn)方法均是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是為了滿足裝備在更新?lián)Q代快的情況下，目前采用的最有效的環(huán)境試驗(yàn)方法。但由于試驗(yàn)條件的限制，特別是為了適應(yīng)新時(shí)代海軍發(fā)展要求，目前海軍裝備建設(shè)速度非常快，某些裝備從研制到服役不到2年的時(shí)間，GJB150中所規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)際應(yīng)用中被大量剪裁［2］，在剪裁中人為主觀因素較多，剪裁尺度較大［3］，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)不能完全模擬裝備使用所處的環(huán)境，目前在役的裝備中不少由于不適應(yīng)使用環(huán)境而出現(xiàn)各種各樣的故障［7］。

2 自然環(huán)境下裝備可靠性的特性

自然環(huán)境試驗(yàn)是將產(chǎn)品長(zhǎng)期暴露于特定的自然環(huán)境中，確定環(huán)境對(duì)其影響的試驗(yàn)。自然環(huán)境試驗(yàn)包括：典型自然環(huán)境試驗(yàn)、太陽(yáng)輻射老化試驗(yàn)、典型嚴(yán)酷自然環(huán)境試驗(yàn)、典型自然環(huán)境加速試驗(yàn)等。美國(guó)較早就針對(duì)沙漠環(huán)境、寒冷地區(qū)環(huán)境、熱帶環(huán)境等極限環(huán)境建設(shè)了自然環(huán)境試驗(yàn)中心［9］。我國(guó)自然環(huán)境試驗(yàn)從“八五”開(kāi)始就得到了國(guó)防科工委的重視，完善和新建了西雙版納站、南海站、漠河站等戰(zhàn)區(qū)的建設(shè)，推動(dòng)了國(guó)防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)工作的發(fā)展［1］。自然環(huán)境試驗(yàn)的特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果更接近于實(shí)際使用環(huán)境，但是影響因素難以控制，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，試驗(yàn)結(jié)果存在隨機(jī)性等［10］。我國(guó)海岸線長(zhǎng)，海軍艦艇駐泊地從北到南遍布沿岸重要的港口，并且隨著新時(shí)代海軍的使命，艦艇出海遠(yuǎn)洋已經(jīng)常態(tài)化，導(dǎo)致了裝備的使用環(huán)境差異很大。

但近年來(lái)，隨著我國(guó)海軍建設(shè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，大量的同型艦船開(kāi)始服役，分布在我國(guó)沿海各個(gè)重要港口，大量的同型裝備故障數(shù)據(jù)使得對(duì)裝備的環(huán)境適應(yīng)性分析有足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以某型導(dǎo)彈快艇為例，我國(guó)海軍共服役幾十艘。表1為該型艦艇駐泊地的氣象環(huán)境（數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家氣象局公示)。從表中顯示，從北至南城市的平均氣溫逐漸增高、濕度逐漸增高、降雨也量也逐漸增高，日照時(shí)間逐漸減少。

表1 某型艦艇駐泊地的氣象環(huán)境

2011年，海軍該型艦艇保障技術(shù)中心組織對(duì)該型快艇服役以來(lái)出現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，除去人為操作和軟件故障，共記錄故障4887項(xiàng)。考慮到由于各艇服役時(shí)間不一致帶來(lái)的誤差值，只計(jì)算艦艇服役5年時(shí)間所發(fā)生的故障，最后整理故障3490次，其故障分布情況如圖1。

圖1 某型艦艇故障次數(shù)按地區(qū)分布情況

從圖1中可以看出北海方向的故障次數(shù)明顯比東海南海方向少，證明了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境雖然模擬了我國(guó)甚至是世界上大部分區(qū)域可能出現(xiàn)的自然環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境主要依據(jù)資源環(huán)境的極限情況來(lái)模擬的。但在實(shí)際使用中，自然環(huán)境對(duì)裝備可靠性的影響是十分明顯的。值得注意的是往往潮濕并不是引起裝備可靠性差的唯一原因，在自然環(huán)境中對(duì)裝備造成影響的因素往往是溫度、濕度、日照輻射、航行速度、航行振動(dòng)、風(fēng)速等等綜合性環(huán)境引起的［6］。這也凸顯了自然環(huán)境試驗(yàn)對(duì)裝備可靠性試驗(yàn)方面是必不可少的環(huán)節(jié)。根據(jù)對(duì)故障原因的整理，發(fā)現(xiàn)有以下幾種比較明顯的環(huán)境不適應(yīng)帶來(lái)的故障。

1)艙外設(shè)備進(jìn)水。由于裝備艙外設(shè)備的直接進(jìn)水引起的故障達(dá)到100多起，主要有電子對(duì)抗發(fā)射座電氣箱進(jìn)水、雷達(dá)伺服控制部分電機(jī)進(jìn)水、雷達(dá)天線自動(dòng)鎖進(jìn)水等故障；電子對(duì)抗接收盒、北斗天線頭進(jìn)水、通信天線座絕緣值下降等故障。

圖2 某型艦艇紅外熱像儀圖像質(zhì)量隨地域分布情況

2)部分電氣部件性能下降。潮濕的空氣導(dǎo)致密封部件內(nèi)進(jìn)入潮氣導(dǎo)致設(shè)備老化故障，如南北區(qū)域的紅外圖像性能存在明顯的差別（如圖2)、激光測(cè)距儀效能也存在差別（如圖3，激光正常工作電壓越高代表激光器發(fā)光效能下降)。雷達(dá)發(fā)射機(jī)在潮濕季節(jié)和潮濕地區(qū)高壓打火現(xiàn)象南方比較普遍。顯示器故障潮濕地區(qū)和潮濕季節(jié)故障率較高。

（注：圖中圖像質(zhì)量等級(jí)分別為4：圖像清晰，可滿足跟蹤要求；3：跟蹤不穩(wěn)定，滿足觀察；2：圖像不清晰，影響觀察；1：圖像不清晰，無(wú)法觀察。)

圖3 某型艇激光性能隨地域變化

綜上所述，同型艦船同型裝備即使在首件鑒定或裝備出廠時(shí)都經(jīng)過(guò)同樣的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，但在不同的自然環(huán)境下，裝備的可靠性和戰(zhàn)技術(shù)性能仍然存在較大的差異，所以對(duì)裝備進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)顯然是有必要的。

3 電子裝備自然環(huán)境試驗(yàn)的開(kāi)展

3.1 自然環(huán)境試驗(yàn)開(kāi)展的時(shí)機(jī)

一般環(huán)境試驗(yàn)需要在裝備定型生產(chǎn)之前完成，但是一般裝備的自然環(huán)境周期長(zhǎng)達(dá)幾年［5］，但是裝備試驗(yàn)總體需要適應(yīng)海軍裝備的總體發(fā)展，現(xiàn)階段要整體實(shí)現(xiàn)先試驗(yàn)再定型生產(chǎn)，顯然是不適合的。我國(guó)在部分新型艦艇的大批量、沿海的不同地區(qū)服役，使得試驗(yàn)環(huán)境有明顯的對(duì)比性。自然環(huán)境試驗(yàn)的時(shí)機(jī)可選擇在艦艇服役以后至第一輪小修階段進(jìn)行。

3.2 自然環(huán)境試驗(yàn)的方法

由于我軍還未系統(tǒng)化的建立海軍駐地環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的收集工作，一般統(tǒng)計(jì)均以國(guó)家氣象局的統(tǒng)計(jì)為依據(jù)，但國(guó)家氣象局的統(tǒng)計(jì)一般是當(dāng)?shù)氐钠骄闆r，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不適用于裝備可靠性試驗(yàn)要求，而裝備實(shí)際的碼頭環(huán)境、海上執(zhí)行任務(wù)時(shí)裝備的環(huán)境都沒(méi)有記錄。建立一套完整的裝備自然環(huán)境數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)是必須的。目前國(guó)防科工委建設(shè)的多個(gè)自然環(huán)境實(shí)驗(yàn)站已經(jīng)建成并投入使用，極限氣候的環(huán)境數(shù)據(jù)收集比較全面［4］。在焊接數(shù)據(jù)的收集方面，電子五所曾研制了武器裝備自然環(huán)境試驗(yàn)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)并投入使用，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2003年2月已經(jīng)完成，并在西沙環(huán)境試驗(yàn)站投入運(yùn)行，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫濕度、風(fēng)速、氣壓、雨量、光輻射等參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)和收集［11］。該檢測(cè)系統(tǒng)為裝備的自然環(huán)境參數(shù)的獲取提出了較好的方法，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，擴(kuò)展到各駐軍碼頭、艦艇，可實(shí)時(shí)有效地收集艦艇電子裝備所處的自然環(huán)境。同時(shí)電子五所對(duì)所收集的自然環(huán)境參數(shù)采用諧波分析方法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析，比平均計(jì)算方法更加客觀，符合自然環(huán)境對(duì)裝備的影響分析［13］。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和使用

裝備服役后通過(guò)定期的巡檢工作，對(duì)裝備故障進(jìn)行有計(jì)劃的收集，對(duì)故障原因進(jìn)行梳理和分析。采用科學(xué)的方法，將故障現(xiàn)象、故障原因、故障頻次與當(dāng)時(shí)情況下裝備所處的自然環(huán)境綜合分析，得出不同自然環(huán)境下裝備可靠性的規(guī)律。用于指導(dǎo)裝備適應(yīng)性改進(jìn)方案、裝備易損件的配備、海軍戰(zhàn)儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)備件的訂貨依據(jù)等，并對(duì)后期的海軍電子裝備的研制提供有利的環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

新形勢(shì)下，我國(guó)軍用裝備更新?lián)Q代快，不能一成不變的看待裝備的環(huán)境試驗(yàn)，將環(huán)境試驗(yàn)歸納于裝備定型或交貨之前的工作，要將裝備的環(huán)境試驗(yàn)看成是一個(gè)系統(tǒng)工程，要不斷的在裝備的使用過(guò)程中總結(jié)規(guī)律，不斷改進(jìn)，穩(wěn)步提升。

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