武器装备环境例行试验的有效性研究

２００６年９月　强度与环境　Ｓｅｐ．２００６　第３３卷第３期　ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ＆ＥＮＶＩＲｏＮＭＥＮＴ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｖｂ１．３３．Ｎｏ．３　武器装备环境例行试验的有效性研究　李根成　姜同敏　（北京航空航天大学可靠性工程研究所，北京１０００８３）　摘要：本文首先介绍了环境例行试验及其作用，给出了环境例行试验在某型号产品上的应用实例，指　出了环境例行试验的不足之处。之后介绍了环境应力筛选及其在某型号产品上的应用效果。通过对比　指出应积极推行环境应力筛选，尽量不进行环境例行试验。　关键词：环境适应性；环境例行试验；环境应力筛选；交付　中图分类号：Ｖ２１６．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—３９１９（２００６）０３—００１　１－０６　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｔｅｓｔ　ｆｏｒ　ｍｉｌｉｔａｒｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ＬＩ　Ｇｅｎ－－ｃｈｅｎｇ　ＪＩＡＮＧ　Ｔｏｎｇ－－ｍｉｎ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ。Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３。Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　Ｐ叩ｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｌｔｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｔ　ｆｉｒｓｔ。ｇｉｖｅｓ　ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｉｎ　ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ　ａ　ｐｒｏｄｕｃｔ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｉｔｓ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ　ｉｎｄｕｃｔｓ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ。ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ａｂｏｕｔ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｓｕｇｇｅｓｔｓ　ｗｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　ｉｎ　ｄｅｌｉｖｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｔｅｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｒｏｕｔｉｎｅ　ｔｅｓｔ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ：ｄｅｌｉｖｅｒｙ　１　引言　随着人们对武器装备功能和性能要求的不断提高，装备组成日趋复杂，环境适应性和可靠　性问题日益突出。一些装备交付部队后由于环境适应性差、可靠性不高，不仅带来巨额后勤保　障费用，大大增加全寿命周期成本，更严重的是关键时刻可能会贻误战机。如１９８６年美国空袭　利比亚时，２４架Ｆ一１１１从英国基地起飞，其中６架飞机因电连接器故障等原因而中途返航，到　达目的地后又有５架飞机因火控系统故障而不能投弹轰炸，近一半飞机未能完成规定任务，严　重影响了美国的作战计划【Ｊ　Ｊ。因此，如何交付给部队能用好用的装备一直是军厂双方关注的焦点。　过去人们通常从即将交付部队的产品中随机抽取１～２个样本，除了对样本进行实验室条件下的　全面性能测试和功能检查外，还要检查产品在温度、振动等环境应力下的功能或性能，进而得　出整批产品是否满足要求的结论。长期以来，这种环境例行试验的检验模式为保证交付装备的　质量发挥了重要作用。但随着现代装备多品种小批量的要求，以及研制生产交付周期的不断压　缩，上述的检验交付模式已越来越不适应这种要求。与之相适应，自上世纪９０年代起，装备研　制生产中的环境应力筛选技术在保证交付产品的质量方面正发挥着越来越大的作用。　收稿日期：２００６—０３—２８：　修回日期２００６—０７—１０　基金项目：国防可靠性共性技术预研基金资助项目（可靠性强化试验技术４１３１９０３０１０１）　作者简介：李根成（１９６８一），男，高工，研究方向：空空导弹系统的可靠性设计、试验和管理研究及应用　推广：（４７１００９）河南省洛阳市０３０信箱６５分箱　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ２　强度与环境　２００６生　２环境例行试验　２．１环境例行试验的作用　环境试验是为保证产品能耐受预期的极端环境的破坏作用而进行的一系列研制和验证试　验。从某种意义中讲，任何试验都是在一定的环境条件下进行的，因此似乎都可看作环境试验。　但我们通常所说的环境试验指的是以考核产品对预定环境适应性为目的的试验。这里的环境适　应性指的是产品对贮存、运输和使用中遇到的极端环境的适应能力，包括耐受最恶劣的贮存运　输环境而不被损坏的能力和在极端环境条件下正常工作的能力【ｌ　Ｊ。ＧＪＢ４２３９《装备环境工程通用　要求》按试验的目的和性质将环境试验分为环境适应性研制试验、环境鉴定试验、环境验收试　验和环境例行试验　Ｊ。　环境例行试验是为考核生产过程稳定性，按规定的环境项目、顺序及环境条件，对批生产　中按进行定期或定数抽样抽出的产品进行的环境试验，是批生产例行试验的组成部分ＩＺＪ。环境例　行试验又称为定期试验或型式试验，随着上世纪５０年代与前苏联的项目合作引入我国。当时限　于人们认识上及可供使用的试验设备的限制，产品研制阶段开展的试验项目较少。并且研发产　品的经验不足，造成产品的设计裕度较小，加上生产设备的精度不够等原因，致使生产出的产　品环境适应性和可靠性差。为了保证交付产品的质量，采用环境例行试验的检验交付模式。若　样本通过试验，则认为产品的生产工艺稳定、质量符合要求，从而判定整批产品满足要求而做　出接收结论；若产品未通过环境例行试验，通常要加倍抽取产品进行同样的环境试验，而不是　简单地因此而拒收产品，因为产品毕竟已通过设计定型阶段的各项试验考核。若再次抽取的样　本全部通过了所有试验，仍做出整批接收结论；否则认为该批产品不满足要求而被拒收。　２．２环境例行试验在某型导弹批生产交付中的应用　某型导弹是在参考原苏联“响尾蛇”导弹有关资料的基础上自行研制的，其交付检验中就含　有环境例行试验。该型导弹及其组件的环境例行试验项目见表１。表２为该型导弹连续３批产品　在环境例行试验中的试验结果。表２中导引部件低温状态下陀螺不启动，是由国内陀螺设计工　艺水平所决定，这种情况在研制试验和设计定型试验中也出现过；伺服机构高温状态下故障是　某集成电路热设计裕度不够导致；引战部件在随机振动中出现的掉螺钉问题是由于未严格按工　艺要求涂防松胶所致。其中导引部件低温故障和引战部件随机振动故障出现在第１批产品，伺　服机构高温故障出现在第２批产品，第３批产品顺利通过例行试验。　表１某型导弹及其组件环境例行试验项目表　注：表中“√”表示产品进行该环境项目　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３３卷第３期　李根成等武器装备环境例行试验的有效性研究　ｌ３　表２某型导弹及其组件在环境例行试验中的表现　注：振动实施中控制方法不合适导致试验条件超差，因此不应视为导引部件问题　２－３环境例行试验的不足　抽样进行例行试验的检验方式一定程度上保证了交付产品的质量，所以在上世纪的军工产　品生产交付中得以广泛应用。随着装备复杂程度的提高，以及我国对武器装备多品种、小批量、　研制带交付等要求的提出，环境例行试验的缺点越来越突出，具体表现在：　（１）环境例行试验是抽样检验，既存在由于样本在环境例行试验中表现良好而产品批质量较　差，导致将不合格产品误判为合格产品而予以接收的使用方风险；也存在由于样本在环境例行　试验中表现不好而产品批合格，导致将合格产品误判为不合格产品而予以拒收的生产方风险。　（２）环境例行试验是事后把关的检验，不能及时发现因生产工艺波动等因素导致的产品一致　性的变化。只有生产出一定数量的产品后，再根据样本的表现判定产品是否合格。若产品确实　不合格，则会浪费大量的人力、物力和时间。　（３）有的环境例行试验是按一定的产品数量安排的，即从生产出的一定数量的产品中抽取少　量样本。有的则是按一定的时间间隔进行的，即每隔一定的日历时间就从生产的产品中抽出少　量样本进行试验。无论是哪种方式都未从定量化风险的角度考虑，不能与生产方风险和使用方　风险的科学评价方法联系起来。　（４）环境例行试验是消耗性试验，经过了试验的产品不能交付部队使用，故本类试验不适用　于昂贵的或批量较小的产品。　（５）环境例行试验是检验生产工艺稳定性对设计定型后的批生产产品的影响，不适用于研制　阶段要交付的产品。　曾经有一个错误的观点：环境例行试验是通过模拟全寿命期的极限环境来检验生产工艺对　产品环境适应性的影响。即将抽取的样本进行与环境鉴定试验条件等同的环境试验，但试验项　目比环境鉴定试验中的少一些，如通常不进行霉菌、盐雾、淋雨等项目。所有样本都通过试验　才认为产品批合格，这种做法实际上是不科学的。因为环境试验的试验条件是按一定的时间风　险或频率风险而确定的极值条件，虽然产品在寿命期内会遇到温度、振动、湿度、冲击、加速　度、湿热等多种环境，但一发产品在寿命期内遇到多种极限环境的概率几乎为零，故美国太平　洋导弹试验中心认为，“理论上，可让每次试验使用１枚导弹并在环境鉴定试验中承受一种应力　或一组相关应力，但在实际上从来没有这样做过。”因为产品数量有限，他们通常用两枚导弹进　维普资讯 http://www.cqvip.com

１４　强度与环境　２００６年　行环境鉴定试验，如“哈姆”导弹就是如此　。　由于环境例行试验本身所固有的缺陷，国内有些型号即使进行环境例行试验，其试验项目　并不象表１中所描述的那样多，而是采用能检验生产工艺的温度、振动等几个试验项目。如航　天系统研制的某型空地导弹和某型空空导弹都只采用高温工作、低温工作和随机振动作为环境　例行试验项目；兵器系统研制的某型炸弹每４００发作为１批，从该批中抽出的４个样本只进行　时间很短的综合环境条件下的可靠性试验和半实物仿真，而不进行环境例行试验。　３环境应力筛选　３．１环境应力筛选简介　ＧＪＢ１０３２《电子产品环境应力筛选方法》中明确，“环境应力筛选是在电子产品上施加随机　振动及温度循环应力，以鉴别和剔除产品工艺和元件引起的早期故障的一种工序或方法”　。该　定义来源于ＭＩＬ—ＳＴＤ一２１６４《电子设备环境应力筛选方法》，主要是针对电子产品而言的。但由　于军用复杂装备通常是由光、机、电等组成的，纯电子产品很少，因此，国内外也将筛选推广　应用到了非电子产品。如０Ｊ３１３８《航天产品环境应力筛选指南》中，“环境应力筛选主要适用于　电子产品，包括电子组件、单机和系统。原则上，亦可用于电气、光电、机电或电化学产品”　。　筛选是生产期间排除良好设计产品在制造过程中引入缺陷的工艺手段，主要应用于批生产　阶段和产品使用后的返厂大修中。通过了设计定型试验的产品只表明通过设计使产品质量达到　了要求，并不意味着投产后生产的产品能保持设计定型时的水平，因为生产过程中还会向产品　引入缺陷，如使用了有缺陷的元器件、零部件、外购件、备件；制造过程操作不当；制造工艺　不完善；检验工序不完善等。由于筛选还具有激发产品内部潜在的设计、工艺和元器件等缺陷　的能力，因此也适用于研制阶段　３．２环境应力筛选在某型导弹生产交付中的应用　自上世纪７０年代，以美国为首的发达国家尝试到环境应力筛选的巨大效益后，纷纷以文件　或标准的形式要求装备研制生产中必须开展此项工作，其中最具影响力的文献当属　ＭＩＬ．ＳＴＤ．２１６４。上世纪８０年代，国外研制生产的某型导弹就是利用筛选控制交付产品质量的　典型实例，该产品除了对元器成件１００％筛选外，对部件、组件和舱段也进行１００％的筛选。通　过筛选的产品组装成前舱，对前舱只进行常温下的综合性能测试，合格后直接包装提交部队。　需要时部队将前、后舱对接后也不进行温度、振动等环境试验就可投入使用。该型导弹是光机　电一体化产品，其导引部件的筛选条件见表３。　表３某型导引部件的环境应力筛选条件　随机振动　（１）模块级　接收模块：条件同引战部件。　（２）分组件级　（１）模块级　温度循环　接收模块：５个温度循环，一５５￣７０￣Ｃ。　（２）分组件　不进行随机振动。　（３）组件级　引战部件：ＧＪＢ１０３２典型谱，０．０３　ｇ２／Ｈｚ，　５．２５ｇ，３轴向，每轴５ｍｉｎ　电子分组件：５个温度循环，一５５￣７０＂Ｃ：　前置电路：３个温度循环，一５５￣７０℃。　（３）组件　伺服机构：５个温度循环，一４５￣６０￣Ｃ；　引战部件：５个温度循环，一４５￣６０＊Ｃ。　（４）导引部件：１个温度循环，一４５￣６０￣Ｃ。　（４）导引部件　ＧＪＢ１０３２典型谱，０．０２　ｇ２／Ｉ－－Ｉｚ，４．２９ｇ，　３轴向，每轴２ｍｉｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３３卷第３期　李根成等武器装备环境例行试验的有效性研究　１５　虽然该产品顺利通过了设计定型中的性能鉴定、功能鉴定、环境鉴定和可靠性鉴定等试验，　且环境鉴定试验中的温度应力和振动应力都比表３中的温度循环和随机振动严格。但不论是模　块级、分组件级，或是组件级，在筛选中都不同程度地出现了问题。尤其是电子分组件和伺服　机构在筛选中出现问题较多，一次通过率分别约为８０％、７０％。这是因为生产过程中生产工艺波　动及引入有缺陷的元器件和材料所致，正是筛选将这些因素引起的不合格品及时剔除掉，保证　了交付产品的质量。通过了筛选的产品在外场表现良好：开箱合格率达９５％，多次训练演习和靶　试中也未故障。　３－３环境应力筛选的优点　上世纪８０年代我国航天系统面临卫星等产品数量少、组成复杂、不适于用环境例行试验控　制交付产品质量等问题，在国内首次探索用环境应力筛选控制产品质量并获得成功。在此基础　上，编制了航天部标准ＱＪ１１４９—１９８７《电子产品高效应力筛选方法》并予以推广。在航天产品　应用筛选获得成功的基础上，原国防科工委于１９９０年颁发了ＧＪＢ１０３２并进行宣贯，之后逐渐在　航天、航空等领域的产品上得到应用。与环境例行试验相比，环境应力筛选的主要优点有：　（１）环境应力筛选要对产品１００％地进行，通不过筛选的部件不能装到组件上、通不过筛选　的组件不能装到整机上，通不过筛选的整机不能交付给用户。因此不存在接收不合格品和拒收　合格品的情况；　（２）环境应力筛选是产品生产工艺的一部分，通过分析产品在筛选中的表现，可以及时发现　产品生产工艺的波动。当筛选中产品的不合格率增加时说明产品工艺波动较大，这时一方面可　以及时分析原因采取措施减少波动，降低不合格品率；另一方面，在工艺有较大波动时通过筛　选的产品仍可继续装配到更高一级的产品上或交付使用。　（３）合理的筛选方案是通过在研制阶段不断摸索、在生产过程中不断完善出来的，筛选几乎　不影响产品的有效寿命。并且通过筛选可以将可能变为早期故障的潜在缺陷提前激发出来，反　而提高了产品的使用可靠性。　（４）环境应力筛选不仅适用设计定型后批量交付的产品，也能保证研制阶段交付产品质量。　（５）环境应力筛选也适合于批量小、价值昂贵的产品。　鉴于环境例行试验的不足和环境应力筛选的优点，为保证交付产品质量，国防科技工业委　员会等多次下文再三强调在装备研制生产过程中须开展广泛的筛选，如科工技［－２０００］１１９号“国　防科工委关于加强国防科技工业质量工作问题的决定”、科工技［－２００３］６１４号“国防科工委关　于加强武器装备研制阶段可靠性工作的若干意见”、科工技［２００１］３５１号“关于加强‘高新工　程’质量工作的若干规定”等。　４　结束语　造成军方对环境例行试验比较重视的原因是，装备的环境适应性研制试验一般是自觉或不　自觉地进行，如温度试验、振动试验等。但进行得不充分，即未充分利用环境适应性研制试验　来暴露产品的环境适应性问题，故在环境鉴定试验中经常扯皮。常常是型号的设计裕量不大，　环境适应性刚好达到要求。在生产中却耗费许多经费进行环境例行试验。这种研制阶段以性能　为主，放松环境试验考核，仓促投产，而生产阶段又想用各种试验保证产品质量的本末倒置的　做法造成以下两种后果：一是人们害怕试验，认为试验是卡产品出厂的手段；二是产品出厂前　维普资讯 http://www.cqvip.com

１６　强度与环境　２００６年　才进行质量一致性检验，不合格产品造成的人力物力浪费相当严重。更重要的是这样做并不能　让用户得到完全放心的产品，因为环境例行试验是抽样进行的，并不像筛选是１００％进行的　］。　生产阶段的环境例行试验同环境应力筛选一样是考核生产工艺的稳定性，而不是发现和纠　正设计缺陷，因此其重点应放在考核生产工艺是否稳定的环境试验项目上，如温度、振动等。　但这种事后把关的检验考核方式不适应高新工程研制生产的需要。因为这种检验方式不但造成　了大量的人力物力浪费，还会严重拖延生产交付周期，更不能通过环境例行试验提高产品的可　靠性让用户得到满意放心的产品。故ＧＪＢ１５０《军用设备环境试验方法》实施指南中明确“批生　产中的环境验收试验、环境例行试验、环境应力筛选主要是解决工艺问题，它们应互相协调并　与全面质量管理相结合进行，必要时，适当剪裁，通过加强生产过程质量控制（如推行环境应　力筛选），甚至去除环境例行试验和环境验收试验　】Ｉ’。　参考文献　【１】祝耀昌．产品环境工程概论【Ｍ】．北京：航空工业出版社，２００３，１—２９．　【２】ＧＪＢ４２３９－－２００１，装备环境工程通用要求【Ｓ】．　【３】（美）小埃米尔Ｊ．艾希布拉特．战术导弹试验与鉴定【Ｍ【．北京：国防工业出版社，１９９２，２５１—２５４　【４】ＧＪＢ１０３２－－１９９０，电子产品环境应力筛选方法ＩＳ］．　【５】ＱＪ３１３８—２００１，航天产品环境应力筛选指南【Ｓ】．　【６】ＧＪＢ１０３２和ＧＪＢ／Ｚ３４实施指南【ｚ】．北京：国防科工委军用标准化中心，１９９４年．　【７】ＧＪＢ１５０实施指南【ｚ】．北京：中国航空工业第３０１研究所，１９９６年．　小知识　俄罗斯中央机械研究院强度研究中心简介（二）　俄罗斯中央机械研究院强度研究中心又分为以下几个研究室：　·静强度研究室；　·振动强度研究室；　●热和低温静强度室；　·材料强度和液体火箭发动机静强度室；　·工程保障室；　·冲击强度室；　·载荷和强度标准室。　静强度室主要包括静试验室和静强度分析研究室。主要研究方向：　研究结构静试验方法；研究静强度的分析方法和分析软件；研究优化结构的方法和软件；　研究小周期领域结构寿命的分析方法；在活动方向框架内研究火箭航天技术结构强度修整试验　的标准、规范和指导；进行结构的静力试验和寿命试验；分析结构静强度；在活动方向框架内　检验鉴定等。