1　前言

　　并行工程（Concurrent Engineering, CE）［1］是美國在80年代末提出、90年代重點發(fā)展的武器研制工程技術(shù)，是一種用來綜合、協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計及其相關(guān)過程——包括制造和保障工程的系統(tǒng)方法，它要求研制人員從一開始就考慮從方案設(shè)計直到廢棄的產(chǎn)品壽命周期的所有要素，包括質(zhì)量、費用、進(jìn)度和用戶要求。并行工程在產(chǎn)品研制中提高產(chǎn)品效能和節(jié)省壽命周期費用方面已被理論和實踐所證明。
　　失效分析作為涉及面極為廣泛的學(xué)科，在實踐過程中又受到方方面面的影響，要達(dá)到失效分析結(jié)論“定位準(zhǔn)確，機(jī)理清楚，模擬再現(xiàn)，舉一反三”確非易事。如能在失效分析中采用并行工程的基本思路，可以提高失效分析結(jié)論的準(zhǔn)確性和預(yù)防措施的實用性。本文在分析現(xiàn)代失效分析基本特征的基礎(chǔ)上，就失效分析中運(yùn)用“并行過程”的可行性進(jìn)行了分析，并探討了實施要素以及具體的實施方法。
2　失效分析發(fā)展的三個階段及現(xiàn)代失效分析的基本特征

　　失效分析的發(fā)展歷程，大體經(jīng)歷了與簡單手工生產(chǎn)基礎(chǔ)相適應(yīng)的古代失效分析，以大機(jī)器工業(yè)為基礎(chǔ)的近代失效分析和以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)的現(xiàn)代失效分析三個重要的歷史階段［2］。
　　古代失效分析受當(dāng)時生產(chǎn)力的制約，基本處于現(xiàn)象描述和經(jīng)驗總結(jié)階段，其分析技術(shù)主要靠零星、分散、宏觀的經(jīng)驗世代相傳。失效分析的發(fā)展是通過緩慢的進(jìn)化過程而發(fā)展起來的，在當(dāng)時經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的作用也不突出。
　　在大機(jī)器工業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的近代失效分析，為仲裁事故和提高產(chǎn)品質(zhì)量起了很大作用，但由于其分析手段主要限于宏觀痕跡以及對材質(zhì)的宏觀檢驗，因此這一時期的失效分析雖得到了一定的重視與發(fā)展，但人們不可能從宏觀、微觀上揭示產(chǎn)品失效的物理本質(zhì)與化學(xué)本質(zhì)。這一問題的解決也只是在本世紀(jì)50年代末電子顯微學(xué)及其它相關(guān)學(xué)科得到高速發(fā)展后才成為可能。
　　現(xiàn)代失效分析階段從本世紀(jì)50年代末開始。隨著電子行業(yè)興起，首先在電子產(chǎn)品領(lǐng)域里將失效分析的成果應(yīng)用于產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，它以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)，使得失效分析進(jìn)入了一個新階段。同時，由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，作為失效分析基礎(chǔ)學(xué)科——材料科學(xué)與力學(xué)的迅猛發(fā)展，斷口觀察儀器的長足進(jìn)步，特別是分辨率高、放大倍數(shù)大、景深長的透射和掃描電子顯微鏡的先后問世，為失效分析技術(shù)向縱深發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，鋪平了道路，并取得了輝煌的成果。同時由于大型運(yùn)載工具尤其是航空裝備的廣泛應(yīng)用，各種失效造成的事故后果越來越大，影響越來越嚴(yán)重，反過來又大大促進(jìn)了失效分析的迅猛發(fā)展。近半個世紀(jì)所積累的失效分析知識與技術(shù)，是千百倍于失效分析前兩個階段的總和。但是這種知識并未就此終結(jié)，它必然隨著人類生產(chǎn)實踐的發(fā)展和科技的進(jìn)步而發(fā)展。
　　現(xiàn)代失效分析可細(xì)分為兩個時期。從60年代到80年代中期為第一時期。在這一時期，由于掃描電子顯微鏡的問世，使粗糙斷口在高倍下的直接觀察、尤其是斷口的細(xì)節(jié)分析成為可能，因而其失效分析基本上是圍繞斷裂特征與性質(zhì)分析來進(jìn)行的。加之在本世紀(jì)60年代之前所進(jìn)行的失效分析基本上限于材料的組織和性能分析、宏觀的痕跡分析和材質(zhì)的冶金檢驗，因此這一時期的失效分析僅僅局限于從材質(zhì)冶金等方面去尋找引起斷裂失效的原因，而對失效件的力學(xué)分析則被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的問題。
　　隨著科學(xué)技術(shù)和制造水平的不斷進(jìn)步，尤其是斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)、產(chǎn)品可靠性及損傷容限設(shè)計思想的應(yīng)用和發(fā)展，使得產(chǎn)品的可靠性越來越高，一方面產(chǎn)品失效導(dǎo)致的惡性事故數(shù)量相對減少但危害及影響越來越大，另一方面產(chǎn)品失效的原因和影響因素越來越復(fù)雜，需要從設(shè)計、材料、制造工藝及使用等方面進(jìn)行系統(tǒng)的綜合性的分析，也就需要有從事設(shè)計、力學(xué)、材料等各方面的研究人員共同參與，其解決辦法是從降低零件所受外力(包括環(huán)境等)與提高零件所具有的抗力兩方面入手，以達(dá)到提高產(chǎn)品使用可靠性的目的。從80年代中后期開始的這一時期，失效分析開始形成獨立的學(xué)科，而不再是材料科學(xué)技術(shù)的一個附屬部分。這一時期失效分析的主要特點就是集斷裂特征分析、力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析、材料抗力分析以及可靠性分析為一體，已發(fā)展成為一門專門的學(xué)科。
　　綜上所述，現(xiàn)代失效分析具有系統(tǒng)工程學(xué)科的一般特征：即整體性、綜合性、社會性和客觀性，除此之外還具有法律性和時效性。
　　(1) 整體性
　　作為研究對象的“系統(tǒng)”始終被看成是一個有機(jī)整體，即使研究的對象是一個簡單的構(gòu)件，也必然存在相關(guān)部件對它的相互作用。整體性不但指由兩個以上的要素（部件）形成的聯(lián)合體，而且這些要素按一定的制約關(guān)系相互作用、相互依存，并且具有共同的目標(biāo)，即保證總體系統(tǒng)正常工作。同時，這一總體與外部環(huán)境（物理的、生態(tài)的和社會的）發(fā)生相互作用。所有這些，在失效分析時必須作為一個整體來考慮。
　　(2) 綜合性
　　失效分析作為一門多科性學(xué)科不僅綜合了科學(xué)技術(shù)的成果，而且涉及到心理學(xué)、管理學(xué)和社會科學(xué)的諸多領(lǐng)域。同時，失效的原因往往具有多樣性和相關(guān)性，失效原因和失效結(jié)果之間往往具有雙重性。因此對航空裝備失效的原因必須進(jìn)行綜合性的分析。
　　(3) 社會性
　　失效分析既是全面質(zhì)量管理的一個重要組成部分，也在加強(qiáng)社會監(jiān)督、保護(hù)消費者合法權(quán)益方面發(fā)揮較大的作用。同時，大型裝備失效一般也都必須考慮人的問題，因為人是組成社會系統(tǒng)的第一因素。對航空裝備而言，失效分析包括了要考慮人-機(jī)工程、社會學(xué)、心理學(xué)、人際關(guān)系、經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的各種影響因素。
　　(4) 客觀性
　　失效分析的客觀性要求是不言而喻的。
　　(5) 法律性
　　失效分析是用戶手中最強(qiáng)有力的武器［3］。雖說用戶是產(chǎn)品的最終“判官”，是“上帝”，但從根本上講，產(chǎn)品失效，用戶是最大的最直接的受害者，始終處于不利的地位，因此我們不要低估手中的最強(qiáng)有力的武器——失效分析。
　　(6) 時效性
　　鑒于航空裝備失效的危害和影響極大，這就要求必須尋求以最少的人力、物力、財力消耗并以最快的速度來獲得正確的分析結(jié)果，以避免類似事故的發(fā)生。
　　現(xiàn)代失效分析的這些特點，要求從事設(shè)計、制造、使用和維修人員，尤其是失效分析人員，應(yīng)當(dāng)研究失效分析的思路和系統(tǒng)方法，特別是從每一次失效分析開始，考慮上述特征，采用一種綜合的、相協(xié)調(diào)的系統(tǒng)失效分析方法。

3　并行工程在失效分析中應(yīng)用的可行性與實施要素

　　現(xiàn)代失效分析雖然也強(qiáng)調(diào)了綜合系統(tǒng)分析，但這一綜合系統(tǒng)往往是在各方面（職能部門）分析或各個子分析過程進(jìn)行到一定階段后的“綜合分析”。失效分析采用的一般程序為：調(diào)查現(xiàn)場失效信息；初步確定肇事件；確定具體分析思路和工作程序；初步判斷肇事件的失效模式；查找失效原因；綜合性分析和提出總結(jié)報告。采用的方法一般為從材料、設(shè)計、制造工藝、使用、損傷的宏、微觀特征方面提出若干個分報告，再組織有關(guān)人員進(jìn)行綜合分析，甚至組織國內(nèi)同行專家進(jìn)行“會診”。最后上級機(jī)關(guān)根據(jù)專家的“會診”意見去向用戶或有關(guān)預(yù)防單位協(xié)調(diào)落實專家意見。

　　由于在大多數(shù)情況下從事材料、設(shè)計、制造工藝及使用的并非同一單位，因而各自往往從自己的角度和本身的利益出發(fā)，把“眼睛向內(nèi)”變成“眼睛向外”，而一旦形成各自的“結(jié)論”，最后的“綜合分析”往往是各家相互推卸責(zé)任。同時，從各自專業(yè)角度形成的分析報告，往往會得出“無設(shè)計問題”、“未發(fā)現(xiàn)材質(zhì)和冶金缺陷”和“無工藝質(zhì)量問題”等一系列無問題的結(jié)論。最終不得不組織圈外的專家形成所謂“專家意見”。這種方法很容易造成重新組織分析、相互協(xié)調(diào)、延誤時間。另一方面，從各專業(yè)形成的分析結(jié)果，容易導(dǎo)致偏見甚至錯誤的結(jié)果，如斷口分析得出大應(yīng)力斷裂的結(jié)論，應(yīng)力分析的人有可能分析不出大應(yīng)力的存在而對此加以否認(rèn)，或者為了與斷口分析結(jié)果一致而根據(jù)斷裂后構(gòu)件的某些痕跡特征而推斷有異物卡滯造成大應(yīng)力斷裂，這方面的教訓(xùn)已發(fā)生過多次，應(yīng)當(dāng)引以為戒。因此有必要探索“用來綜合、協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計及其相關(guān)過程”的并行工程的思路在失效分析中應(yīng)用的可行性。
　　并行工程（Concurrent Engineering, CE）［1］是美國在80年代末提出、在90年代重點發(fā)展的武器研制工程技術(shù)，是一種用來綜合、協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計及其相關(guān)過程包括制造和保障工程的系統(tǒng)方法，它要求研制人員從一開始就考慮從方案設(shè)計直到廢棄的產(chǎn)品壽命周期的所有要素，包括質(zhì)量、費用、進(jìn)度和用戶要求。其特點是：
　　(1) 在前一階段工作中考慮后續(xù)階段及總體結(jié)果；
　　(2) 后續(xù)階段中的雙向信息流，亦即在兩個階段或兩個子工程人員之間有信息交流；
　　(3) 不同階段或不同子工程之間隨時解決矛盾和不協(xié)調(diào)問題。
　　并行工程強(qiáng)調(diào)了階段的相互關(guān)聯(lián)、階段信息的雙向交流以及反饋問題，因而在并行工程用于失效分析時一方面打破了原來由設(shè)計、制造、保障、材料等部門分析的界限，并強(qiáng)調(diào)了不同分析階段或不同分析方面的所有成員都能了解分析的總目標(biāo)及其其它階段或其它方面的進(jìn)展、問題及看法，進(jìn)而在分析的整個過程中不斷協(xié)調(diào)、不斷綜合各家及各方面的意見和看法，最后得出正確的失效分析和預(yù)防結(jié)論，因而能夠極大地縮小“綜合分析”的矛盾及花費的時間，大為減少迭代循環(huán)，并促進(jìn)分析結(jié)論實施的可行性。
　　要達(dá)到失效分析快速準(zhǔn)確，在現(xiàn)代失效分析中采用并行工程的實施要素是：
　　(1) 提出明確具體的失效分析總體要求和目標(biāo)；
　　(2) 交互作用的相互協(xié)調(diào)的并行分析過程；
　　(3) 多學(xué)科（專業(yè)）人員參與的綜合分析機(jī)構(gòu)；
　　(4) 綜合的輔助診斷或模擬系統(tǒng)（包括必要時有關(guān)專家的會診）。
　　執(zhí)行每一實施要素時均應(yīng)隨時考慮系統(tǒng)綜合，即總體目標(biāo)。

　　這些實施要素與并行工程用于產(chǎn)品設(shè)計研制的實施要素基本上是相同的或相近的，由于并行工程在產(chǎn)品設(shè)計制造中已產(chǎn)生巨大的作用和效益，因而將并行工程應(yīng)用于失效分析是可行的。

4　失效分析中并行工程的實施方法

4.1　明確失效分析總體要求和目標(biāo)
　　確定失效分析總體要求和目標(biāo)是做出正確結(jié)論的前提和條件。在以往的失效分析過程中，盡管也有失效分析的目標(biāo)和總體要求，但大多是領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)或當(dāng)事人（單位）提出，而很少是多學(xué)科（專業(yè)）人員參與所做出或制定出的，因而具有很大的人為因素或盲目性。因此，對一具體的失效分析，應(yīng)當(dāng)根據(jù)用戶的目標(biāo)和要求，盡可能集中多學(xué)科（專業(yè)）人員參與制定總體要求、目標(biāo)及具體分析內(nèi)容，包括產(chǎn)品的功能性失效特征、導(dǎo)致失效可能的環(huán)節(jié)與因素、需要分析的具體內(nèi)容、每一分析內(nèi)容的結(jié)果或能夠說明的問題、總體要求以及可能達(dá)到的總目標(biāo)。當(dāng)然這些在執(zhí)行分析過程中還可能補(bǔ)充或修改。

4.2　交互作用的相互協(xié)調(diào)的并行分析過程
　　實施并行分析過程的關(guān)鍵是應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行失效分析開始時，同時確定該分析結(jié)果的綜合性和預(yù)防或改進(jìn)工程的可行性。為此，必須在失效分析開始就著手進(jìn)行分析方案、各分析子項目、預(yù)防或改進(jìn)的綜合，并將其延續(xù)到整個失效分析和預(yù)防過程，即分析過程的每一階段或階段總結(jié)時應(yīng)同時考慮總體目標(biāo)和隨后的預(yù)防措施。否則，分析的結(jié)論即使十分完美，也將是毫無意義的。如某機(jī)從70年代所用的發(fā)動機(jī)燃油泵一直未發(fā)生問題，但在1994年夏天多次在起飛階段發(fā)生卡滯［4］，嚴(yán)重影響飛行安全。最初的結(jié)論是由于從1992年底開始由2號油改為3號油，導(dǎo)致燃油泵污染所致。但實際上國家民用航空燃油一律用3號油，不可能專為該機(jī)配備2號油。因此，該結(jié)論顯然不可接受，必須重新進(jìn)行分析。如果一開始就注意預(yù)防或改進(jìn)的問題，油的問題只能被考慮為導(dǎo)致問題出現(xiàn)的因素之一，還應(yīng)當(dāng)有其它因素存在。當(dāng)然，并行過程也是一個不斷的、連續(xù)的改進(jìn)過程，這一過程也稱為“規(guī)劃(Plan)、執(zhí)行(Do)、檢查(Check)、更改(Act)過程”，即PDCA過程［3］。
　　過程改進(jìn)的出發(fā)點是更好地服從失效分析的總體要求和目標(biāo)，所以必須以總體要求和目標(biāo)的觀點選擇應(yīng)予改進(jìn)的問題，并確定改進(jìn)的目標(biāo)和指標(biāo)，然后依次進(jìn)行規(guī)劃、執(zhí)行、檢查和修改。

4.3　多學(xué)科（專業(yè)）人員參與的綜合分析機(jī)構(gòu)
　　組建多學(xué)科（專業(yè)）人員參與的綜合分析機(jī)構(gòu)是實施并行工程的核心，也是對傳統(tǒng)失效分析由各職能部門分別拿出分報告最后由失效分析委員會來綜合這一方法的重大變革，其最大的優(yōu)點是使從事不同專業(yè)、不同部門的人員集中進(jìn)行分析工作，使不同的意見一開始就進(jìn)行協(xié)調(diào)，而不是最終進(jìn)行“中和”。
　　綜合分析機(jī)構(gòu)一般由專職失效分析人員和產(chǎn)品設(shè)計、制造、材料以及有關(guān)職能部門的代表組成的臨時分析小組，其主要職責(zé)是：(1) 負(fù)責(zé)制定失效分析總體要求和目標(biāo)；(2) 制定綜合分析方案，包括確定子分析系統(tǒng)分析目標(biāo)和內(nèi)容并監(jiān)督子分析系統(tǒng)的進(jìn)行；(3) 實施整體分析方案；(4) 綜合和評審工作進(jìn)度、結(jié)果并不斷實施PDCA過程，直到達(dá)到失效分析的總體要求和目標(biāo)；(5) 負(fù)責(zé)或協(xié)調(diào)與設(shè)計改進(jìn)或其它預(yù)防部門的接口；(6) 完成總體失效分析與預(yù)防報告。
　　組建臨時的綜合分析機(jī)構(gòu)必須注意：(1) 分析小組的組建應(yīng)以所要分析的系統(tǒng)為中心，組織與此有關(guān)的人員以及從事失效分析的專職人員，而不以職能部門為中心；(2) 分析小組應(yīng)包括系統(tǒng)（或產(chǎn)品）設(shè)計、制造、材料、使用部門的人員，這些人員在組內(nèi)是平等的，同時應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的授權(quán)，以代表各自職能部門在小組內(nèi)工作； (3) 各成員應(yīng)加強(qiáng)和促進(jìn)信息與問題的交流，尤其應(yīng)主動介紹所在職能部門在該系統(tǒng)（或產(chǎn)品）中的工作及可能存在的問題；(4) 盡可能減少人員的變化，并將其保持到該工作包括預(yù)防與改進(jìn)工作結(jié)束。

4.4 綜合的輔助診斷或模擬系統(tǒng)
　　目前失效分析結(jié)論是否正確一般通過模擬試驗來進(jìn)行，但在大多數(shù)情況下則不大可能，因而大多采用專家會診或評審的方式。專家會診或評審一般時間倉促，不可能詳細(xì)了解分析的整個過程以及所請專家的人為因素，存在的問題較多。因此應(yīng)盡快地發(fā)展計算機(jī)失效分析輔助診斷、模擬與評估系統(tǒng)。
　　計算機(jī)失效分析輔助診斷、模擬與評估系統(tǒng)應(yīng)包含失效案例數(shù)據(jù)庫、失效模型庫、模擬系統(tǒng)以及評估系統(tǒng)等，有關(guān)該方面的技術(shù)研究已在進(jìn)行，在此不在贅述。

5　結(jié)束語

　　并行工程是美國80年代為改善產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)在世界范圍內(nèi)的競爭力發(fā)展起來并在90年代應(yīng)用的新型技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量尤其是軍工產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短研制時間方面起到了很大作用。并行工程應(yīng)用于航空裝備失效分析是可行的，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步的研究與發(fā)展，但也存在一些要解決的問題，如多學(xué)科（專業(yè)）人員參與的綜合分析機(jī)構(gòu)的人員之間的交流和協(xié)調(diào)、與職能部門的關(guān)系以及該臨時機(jī)構(gòu)的法人地位等，但這些問題將會在并行工程發(fā)展過程中得以解決。