并行工程在失效分析中应用的可行性及实施要素 分析

［摘要］　根据现代失效分析所具有的整体性、综合性、客观性、时效性、社会性和法律性的基本特点，分析了在失效分析中应用“并行工程”的可行性及其实施要素，并探讨了其具体的实施方法，为达到失效分析结论“定位准确，机理清楚，模拟再现，举一反三”提供了新型的思维模式与分析方法。
关键词　失效分析　并行工程　分析方法

Application Investigation of Concurrent Engineering
in Failure Analysis

Taqo Chunhu　Xi Niansheng　
(Failure Analysis Center,Aviation Industries of China)

［Abstract］　Failure analysis has developed in a new stage in which it has characteristics of integrity, system, objectiveness, urgency, society and law. These new characteristics requires introduction of Concurrent Engineering (CE) into Failure Analysis (FA). It has pointed out that application of CE in FA is feasible. Essential factors of implement and practical ways for application of CE in FA have been discussed in this article. The application of CE would provide FA a novel mode of thinking and analysis to achieve the FA aims as “conclude correctly, understand clearly in mechanism, reappear by simulation, draw inferences about other cases from one instance”.
Keywords　failure analysis　concurrent engineering　analysis methods

1　前言

　　并行工程（Concurrent Engineering, CE）^［1］是美国在80年代末提出、90年代重点发展的武器研制工程技术，是一种用来综合、协调产品的设计及其相关过程——包括制造和保障工程的系统方法，它要求研制人员从一开始就考虑从方案设计直到废弃的产品寿命周期的所有要素，包括质量、费用、进度和用户要求。并行工程在产品研制中提高产品效能和节省寿命周期费用方面已被理论和实践所证明。
　　失效分析作为涉及面极为广泛的学科，在实践过程中又受到方方面面的影响，要达到失效分析结论“定位准确，机理清楚，模拟再现，举一反三”确非易事。如能在失效分析中采用并行工程的基本思路，可以提高失效分析结论的准确性和预防措施的实用性。本文在分析现代失效分析基本特征的基础上，就失效分析中运用“并行过程”的可行性进行了分析，并探讨了实施要素以及具体的实施方法。

2　失效分析发展的三个阶段及现代失效分析的基本特征

　　失效分析的发展历程，大体经历了与简单手工生产基础相适应的古代失效分析，以大机器工业为基础的近代失效分析和以系统理论为指导的现代失效分析三个重要的历史阶段^［2］。
　　古代失效分析受当时生产力的制约，基本处于现象描述和经验总结阶段，其分析技术主要靠零星、分散、宏观的经验世代相传。失效分析的发展是通过缓慢的进化过程而发展起来的，在当时经济发展中所起的作用也不突出。
　　在大机器工业基础上发展起来的近代失效分析，为仲裁事故和提高产品质量起了很大作用，但由于其分析手段主要限于宏观痕迹以及对材质的宏观检验，因此这一时期的失效分析虽得到了一定的重视与发展，但人们不可能从宏观、微观上揭示产品失效的物理本质与化学本质。这一问题的解决也只是在本世纪50年代末电子显微学及其它相关学科得到高速发展后才成为可能。
　　现代失效分析阶段从本世纪50年代末开始。随着电子行业兴起，首先在电子产品领域里将失效分析的成果应用于产品的可靠性设计，它以数理统计分析为基础，使得失效分析进入了一个新阶段。同时，由于科学技术发展突飞猛进，作为失效分析基础学科——材料科学与力学的迅猛发展，断口观察仪器的长足进步，特别是分辨率高、放大倍数大、景深长的透射和扫描电子显微镜的先后问世，为失效分析技术向纵深发展创造了有利条件，铺平了道路，并取得了辉煌的成果。同时由于大型运载工具尤其是航空装备的广泛应用，各种失效造成的事故后果越来越大，影响越来越严重，反过来又大大促进了失效分析的迅猛发展。近半个世纪所积累的失效分析知识与技术，是千百倍于失效分析前两个阶段的总和。但是这种知识并未就此终结，它必然随着人类生产实践的发展和科技的进步而发展。
　　现代失效分析可细分为两个时期。从60年代到80年代中期为第一时期。在这一时期，由于扫描电子显微镜的问世，使粗糙断口在高倍下的直接观察、尤其是断口的细节分析成为可能，因而其失效分析基本上是围绕断裂特征与性质分析来进行的。加之在本世纪60年代之前所进行的失效分析基本上限于材料的组织和性能分析、宏观的痕迹分析和材质的冶金检验，因此这一时期的失效分析仅仅局限于从材质冶金等方面去寻找引起断裂失效的原因，而对失效件的力学分析则被认为是结构设计考虑的问题。
　　随着科学技术和制造水平的不断进步，尤其是断裂力学、损伤力学、产品可靠性及损伤容限设计思想的应用和发展，使得产品的可靠性越来越高，一方面产品失效导致的恶性事故数量相对减少但危害及影响越来越大，另一方面产品失效的原因和影响因素越来越复杂，需要从设计、材料、制造工艺及使用等方面进行系统的综合性的分析，也就需要有从事设计、力学、材料等各方面的研究人员共同参与，其解决办法是从降低零件所受外力(包括环境等)与提高零件所具有的抗力两方面入手，以达到提高产品使用可靠性的目的。从80年代中后期开始的这一时期，失效分析开始形成独立的学科，而不再是材料科学技术的一个附属部分。这一时期失效分析的主要特点就是集断裂特征分析、力学分析、结构分析、材料抗力分析以及可靠性分析为一体，已发展成为一门专门的学科。
　　综上所述，现代失效分析具有系统工程学科的一般特征：即整体性、综合性、社会性和客观性，除此之外还具有法律性和时效性。
　　(1) 整体性
　　作为研究对象的“系统”始终被看成是一个有机整体，即使研究的对象是一个简单的构件，也必然存在相关部件对它的相互作用。整体性不但指由两个以上的要素（部件）形成的联合体，而且这些要素按一定的制约关系相互作用、相互依存，并且具有共同的目标，即保证总体系统正常工作。同时，这一总体与外部环境（物理的、生态的和社会的）发生相互作用。所有这些，在失效分析时必须作为一个整体来考虑。
　　(2) 综合性
　　失效分析作为一门多科性学科不仅综合了科学技术的成果，而且涉及到心理学、管理学和社会科学的诸多领域。同时，失效的原因往往具有多样性和相关性，失效原因和失效结果之间往往具有双重性。因此对航空装备失效的原因必须进行综合性的分析。
　　(3) 社会性
　　失效分析既是全面质量管理的一个重要组成部分，也在加强社会监督、保护消费者合法权益方面发挥较大的作用。同时，大型装备失效一般也都必须考虑人的问题，因为人是组成社会系统的第一因素。对航空装备而言，失效分析包括了要考虑人-机工程、社会学、心理学、人际关系、经济学和环境科学领域的各种影响因素。
　　(4) 客观性
　　失效分析的客观性要求是不言而喻的。
　　(5) 法律性
　　失效分析是用户手中最强有力的武器^［3］。虽说用户是产品的最终“判官”，是“上帝”，但从根本上讲，产品失效，用户是最大的最直接的受害者，始终处于不利的地位，因此我们不要低估手中的最强有力的武器——失效分析。
　　(6) 时效性
　　鉴于航空装备失效的危害和影响极大，这就要求必须寻求以最少的人力、物力、财力消耗并以最快的速度来获得正确的分析结果，以避免类似事故的发生。
　　现代失效分析的这些特点，要求从事设计、制造、使用和维修人员，尤其是失效分析人员，应当研究失效分析的思路和系统方法，特别是从每一次失效分析开始，考虑上述特征，采用一种综合的、相协调的系统失效分析方法。

3　并行工程在失效分析中应用的可行性与实施要素

　　现代失效分析虽然也强调了综合系统分析，但这一综合系统往往是在各方面（职能部门）分析或各个子分析过程进行到一定阶段后的“综合分析”。失效分析采用的一般程序为：调查现场失效信息；初步确定肇事件；确定具体分析思路和工作程序；初步判断肇事件的失效模式；查找失效原因；综合性分析和提出总结报告。采用的方法一般为从材料、设计、制造工艺、使用、损伤的宏、微观特征方面提出若干个分报告，再组织有关人员进行综合分析，甚至组织国内同行专家进行“会诊”。最后上级机关根据专家的“会诊”意见去向用户或有关预防单位协调落实专家意见，整个过程如图1所示。