鐘群鵬，有移亮，張崢，吳素君，駱紅云，趙子華

北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191

2013年12月2日，我國(guó)“嫦娥三號(hào)”從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，她攜帶我國(guó)第1艘月球車“玉兔號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次月面軟著陸和月球觀測(cè)，標(biāo)志著我國(guó)月球和深空探測(cè)的新跨越，但也遇到了“月塵”和“玉兔號(hào)”行走的機(jī)械故障問題。美國(guó)于1977年發(fā)射的“旅行者一號(hào)”探測(cè)器，成功地實(shí)現(xiàn)了火星的觀測(cè)，目前已經(jīng)飛出太陽(yáng)系，正在寒冷黑暗的星際空間“漫步”。從人類深空探測(cè)的歷程來看，共進(jìn)行了80多次火星探測(cè)，其中失敗達(dá)40多次，這才迎來了對(duì)火星成功地、近距離地探測(cè)。

隨著科技日新月異的發(fā)展，人們利用增材制造［1-3］（3D打?。┘夹g(shù)制造出“活體組織”、建成了世界上第1臺(tái)碳納米管計(jì)算機(jī)、首次發(fā)現(xiàn)了人類DNA存在四鏈螺旋結(jié)構(gòu)等，這些成就都是人類經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)和失敗后才取得的巨大科技進(jìn)展。但直至今日，在世界范圍內(nèi)，失效事故或重大災(zāi)難仍有發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年1月至2010年4月的1年零4個(gè)月內(nèi)，世界上共發(fā)生80起空難事故，遇難總?cè)藬?shù)達(dá)1 160多人。2014年3月8日，馬來西亞航空公司MH370航班失事，機(jī)務(wù)人員和乘客共239人失蹤，成為民航歷史上空難之最。人們不禁要問，為什么會(huì)發(fā)生失效事故？如何正確認(rèn)識(shí)失效事故？怎么科學(xué)地分析失效事故？怎樣有效預(yù)防和減少失效事故？這些問題是擺在世人面前的重要課題，為此，本文力圖從失效學(xué)的哲學(xué)理念進(jìn)行探討，并從其哲學(xué)原理的高度，有原則、扼要地闡釋和回答上述問題，希望能夠加強(qiáng)和促進(jìn)材料科學(xué)與工程學(xué)科和失效學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之間相關(guān)的交叉關(guān)鍵技術(shù)研究。下面對(duì)失效學(xué)的哲學(xué)理念及其技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，如圖1所示。

圖1 失效學(xué)的哲學(xué)理念及其技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù)Fig.1 Philosophical concepts，technology system and key technologies of failure study

1 失效學(xué)的認(rèn)識(shí)論---世界觀

唯物主義認(rèn)識(shí)論認(rèn)為，世界客觀事物是第一位的，是獨(dú)立于人的主觀認(rèn)識(shí)的絕對(duì)存在，內(nèi)含絕對(duì)真理；人類的主觀認(rèn)識(shí)則是第二位的，是客觀事物在人腦中的反映，其認(rèn)識(shí)是相對(duì)真理。失效事故的發(fā)生，是人當(dāng)時(shí)主觀認(rèn)識(shí)到的相對(duì)真理與客觀世界本質(zhì)的絕對(duì)真理不一致的結(jié)果［4］。因此，失效事故的發(fā)生與否從認(rèn)識(shí)論的高度來看是難以避免的，是不以人的主觀愿望為轉(zhuǎn)移的，是有它的必然性的［5］。為此，從認(rèn)識(shí)論的高度來看，認(rèn)為可以永久處于沒有失效事故的“絕對(duì)安全狀態(tài)”是不可能的，或者一發(fā)生失效事故，還沒有對(duì)失效事故的模式、原因和機(jī)理進(jìn)行客觀科學(xué)的分析，就急于要處理或懲罰有關(guān)的科技和管理人員是不符合失效學(xué)哲學(xué)理念認(rèn)識(shí)論的必然性原理的［6］。

由于失效事故的發(fā)生與否，因人、因事、因時(shí)、因境的不同而不同，每一個(gè)事故的原因鏈也是各異的，使得不同事物的失效事故、甚至于同一事物的失效事故的發(fā)生與否、發(fā)生的具體時(shí)間、地點(diǎn)、影響因素和誘發(fā)原因都可能是不相同的，這就是說，失效具有偶然性或概率性。因而，認(rèn)為只要從某一起事故進(jìn)行分析和預(yù)防取得一些具體的、局部的認(rèn)識(shí)，就可以一勞永逸地高枕無憂了，或簡(jiǎn)單地認(rèn)為失效事故率可以逐年甚至逐月平滑單調(diào)地下降，而沒有任何的起伏變化，是不符合失效學(xué)哲學(xué)認(rèn)識(shí)論的偶然性特性的，也是不符合實(shí)際情況的。

雖然失效事故發(fā)生的原因具有多因素交叉綜合的復(fù)雜性，但在各種因素或原因之間存在著要么是內(nèi)在的、要么是因果的、要么是邏輯的關(guān)系，是可以通過現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)和方法，逐步由表及里、從淺到深地進(jìn)行分析和探索的。因此，失效事故是可以認(rèn)識(shí)的，是能夠分析的，失效是具有可知性的，為此，認(rèn)為失效事故的模式、原因和機(jī)理是不可知的，或?qū)?fù)雜的失效事故一籌莫展，而不去作深入的分析就匆忙地下結(jié)論是不符合認(rèn)識(shí)論中失效事故可知性的屬性的，也是不可取的。

由于人類的主觀認(rèn)識(shí)是有限的，是相對(duì)的，而客觀世界是無限的，是絕對(duì)的，因此人類的認(rèn)識(shí)“長(zhǎng)河”就是從相對(duì)真理不斷向絕對(duì)真理逼近的過程。失效事故分析和預(yù)防就是這樣逼近過程的探索契機(jī)和實(shí)踐活動(dòng)，這種實(shí)踐活動(dòng)永遠(yuǎn)不會(huì)完結(jié)，因此失效事故及其分析從認(rèn)識(shí)論的角度來看，它具有逼近性，而提出要“一次成功論”是不符合認(rèn)識(shí)論的逼近性觀點(diǎn)的，在一般情況下，也是不可能的。

上述失效學(xué)哲學(xué)理念認(rèn)識(shí)論所闡述的失效事故的必然性、偶然性、可知性和漸進(jìn)性（“四性”），就是失效哲學(xué)理念中認(rèn)識(shí)論的主要觀點(diǎn)。

失效學(xué)哲學(xué)理念認(rèn)識(shí)論的主要應(yīng)用是：建立科學(xué)、客觀、辯證的失效學(xué)哲學(xué)理念中認(rèn)識(shí)論的“四性”觀念（理念）；堅(jiān)定與失效事故作長(zhǎng)期的、堅(jiān)持不懈的斗爭(zhēng)的決心、毅力和信心（態(tài)度）；深刻認(rèn)識(shí)失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)是轉(zhuǎn)變失效為安全的有效“武器”（手段）。

2 失效學(xué)的矛盾論---法則

辯證唯物主義的矛盾觀認(rèn)為，事物一分為二的矛盾對(duì)立統(tǒng)一法則是一切事物演化和發(fā)展的普遍法則。失效與安全是一對(duì)對(duì)立統(tǒng)一的矛盾，它們是不斷地相互或相對(duì)的運(yùn)動(dòng)、演化、發(fā)展和轉(zhuǎn)化的，是具有普遍性的。因此，提出或認(rèn)為事物是靜止的“一分法”的觀點(diǎn)是不符合矛盾論的普遍性原理的。

由于不同事物，甚至于同一事物的不同發(fā)展階段，失效與安全這對(duì)對(duì)立統(tǒng)一的矛盾其發(fā)展和轉(zhuǎn)化的具體內(nèi)容、形式和過程都是不相同的，因此矛盾具有特殊性，對(duì)具體的矛盾必須作具體的分析，而認(rèn)為矛盾對(duì)立統(tǒng)一的過程都是“千篇一律”的或“一成不變”的，是相同失效模式、原因和機(jī)理的簡(jiǎn)單的重復(fù)，是不符合矛盾論的特殊性特性的。

失效與安全這對(duì)矛盾的對(duì)立統(tǒng)一的過程是由于其內(nèi)因和外因、主因和次因、矛盾的主要方面和矛盾的次要方面等因素或方面相互非線性交互作用的結(jié)果，這種作用是有規(guī)律性的、可以分析的。因此，認(rèn)為失效事故的模式、原因和機(jī)理是無章可循、不可分析的，是不符合矛盾論的規(guī)律性屬性的［7］。

客觀事物的矛盾對(duì)立統(tǒng)一過程是永無止境的，是貫穿于一切事物演化和發(fā)展的始終的，而矛盾對(duì)立雙方每一次新的統(tǒng)一都較之前一次統(tǒng)一提高到更高的發(fā)展階段或程度，因此，矛盾的對(duì)立統(tǒng)一具有原動(dòng)性。為此，認(rèn)為失效事故純粹是“壞事”，而不奮力將“壞事”變成“好事”，從中找到經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)或真知灼見，將失效轉(zhuǎn)化成安全的做法是不符合矛盾論的原動(dòng)性觀點(diǎn)的。

上述失效學(xué)哲學(xué)理念矛盾論所闡述的矛盾的普遍性、特殊性、規(guī)律性和原動(dòng)性，就是失效哲學(xué)理念矛盾論的主要要點(diǎn)。

失效學(xué)哲學(xué)理念矛盾論的主要應(yīng)用是：深刻認(rèn)識(shí)矛盾演化和運(yùn)動(dòng)是客觀事物發(fā)展的原動(dòng)力的基本法則之一，為此，要努力通過失效事故的分析和預(yù)防，將失效狀態(tài)轉(zhuǎn)化為更高一級(jí)的安全狀態(tài)（法則）；樹立事物一分為二的矛盾的對(duì)立雙方是可以相互轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，為此，當(dāng)處于安全狀態(tài)時(shí)，要居安思危，加強(qiáng)隱患風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)（觀點(diǎn)）；充分認(rèn)識(shí)內(nèi)因是變化的依據(jù)和外因是變化的條件的論斷，為此，在進(jìn)行失效事故的分析和預(yù)防時(shí)，要眼睛向內(nèi)，努力從系統(tǒng)內(nèi)部尋找事故的原因和“依據(jù)”（論斷）。

3 失效學(xué)的系統(tǒng)論---理論

哲學(xué)系統(tǒng)論認(rèn)為，客觀世界中的一切事物都是大千世界中的具體事物，它的產(chǎn)生、發(fā)展、壯大、衰落和消亡都是與其所在系統(tǒng)有關(guān)的，都要從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)去分析和認(rèn)識(shí)，因此，失效問題是一個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)的問題，它具有系統(tǒng)性。為此，對(duì)復(fù)雜失效事故的模式、原因和機(jī)理進(jìn)行分析時(shí)，簡(jiǎn)單地認(rèn)定是由于外部某個(gè)單一因素引起的、或者采取孤立封閉的分析思路去分析是不符合系統(tǒng)論的系統(tǒng)性原理的。

從系統(tǒng)論的角度來看，一般的失效事故是由各相關(guān)子系統(tǒng)及其組成要素之間的交互作用引起的，這種交互作用一般是不確定的和非線性的，因此，一般的失效事故的發(fā)生都是一個(gè)概率事件，是具有隨機(jī)性的事件。為此，簡(jiǎn)單地把一個(gè)復(fù)雜的失效事故看成是一個(gè)確定型模型、確定型原因和確定型機(jī)理的確定型事件是不符合系統(tǒng)論的隨機(jī)性特性的。

在一般情況下，釀成失效事故的模式、原因和機(jī)理是各相關(guān)要素之間通過與門、或門和禁門等“邏輯門”連接起來的一個(gè)復(fù)雜的事故原因鏈引起的。因此，失效事故的分析診斷預(yù)防具有系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，而簡(jiǎn)單地認(rèn)為，純粹是由于單一人為的因素引起的失效事故，而不與系統(tǒng)的硬件配置，或與管理制度、水平及能力相聯(lián)系起來作系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性的分析診斷，是不符合系統(tǒng)論的關(guān)聯(lián)性屬性的［8］。

從系統(tǒng)協(xié)同論的理論來看，系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的非線性的交互作用具有協(xié)同效應(yīng)，或使系統(tǒng)從混沌狀態(tài)向有序狀態(tài)，或從低級(jí)有序向高級(jí)有序，或再?gòu)挠行蜣D(zhuǎn)化為混沌的轉(zhuǎn)變過程是十分復(fù)雜的、不斷變化的、非線性的、“自組織”轉(zhuǎn)變的過程，因此，系統(tǒng)的變化具有協(xié)同性。而企圖人為地強(qiáng)制這種轉(zhuǎn)變過程是不符合系統(tǒng)協(xié)同性觀點(diǎn)的。

上述失效學(xué)哲學(xué)理念系統(tǒng)論所闡述的系統(tǒng)性、隨機(jī)性、關(guān)聯(lián)性和協(xié)同性，是失效學(xué)哲學(xué)理念系統(tǒng)論的主要要點(diǎn)。

失效學(xué)哲學(xué)理念系統(tǒng)論的主要應(yīng)用是：樹立系統(tǒng)整體是分析研究失效的出發(fā)點(diǎn)和歸宿地的理念（理念）；認(rèn)識(shí)現(xiàn)代安全管理系統(tǒng)（SMS）理論或系統(tǒng)的協(xié)同性理論的重要性（理論）；充分認(rèn)識(shí)失效模式、原因、機(jī)理和影響因素的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和失效事故原因鏈原理（方法）［9］。

4 失效學(xué)的方法論---方法

哲學(xué)方法論是認(rèn)識(shí)世界和改造世界有效的方法理論。安全規(guī)劃或科技規(guī)劃是改造世界，失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防是認(rèn)識(shí)世界。整個(gè)安全科技和管理工作甚至科學(xué)技術(shù)研究就是安全（或科技）規(guī)劃+事故（或挫折）分析預(yù)測(cè)預(yù)防不斷迭代的結(jié)果。因此失效學(xué)的方法論是達(dá)到安全目標(biāo)或科技進(jìn)步的途徑和手段，它具有普適性。如果一個(gè)失效分析工作者或者一個(gè)科學(xué)工作者只會(huì)一種方法，要么只會(huì)認(rèn)識(shí)世界，要么只會(huì)改造世界，那么這是不全面的。

安全規(guī)劃或者科技規(guī)劃是理念、形勢(shì)、政策、科技、管理、教訓(xùn)、措施的集成，只要按照規(guī)劃去做（原因）就可以達(dá)到安全規(guī)劃或科技發(fā)展的目標(biāo)（結(jié)果）。失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防是從發(fā)生了事故的后果（結(jié)果）分析研究發(fā)生事故的模式、原因和機(jī)理（原因），并采取防止同類事故再次重復(fù)發(fā)生的預(yù)防措施的一種科技活動(dòng)和管理活動(dòng)，它是一種從結(jié)果到原因的反向（或逆向）思維過程。它具有多樣性、辯證性、多變性和不確定性的特點(diǎn)。因此，一個(gè)成功的科學(xué)工作者，不僅要會(huì)正向的思維方法，而且還要有反向的（或逆向的）思維能力。

失效分析預(yù)測(cè)預(yù)防往往是由感性到理性、由現(xiàn)象到本質(zhì)、由表面到核心、由定性到定量、由模式和原因到機(jī)理分析，再到采取預(yù)防措施的演繹和發(fā)展過程，這個(gè)推理過程要采取形式邏輯思維方法或辯證邏輯思維方法，甚至于要采用非常規(guī)性的創(chuàng)造思維方法，其分析方法具有邏輯性，因此，對(duì)一個(gè)科技工作者來說，邏輯推理方法的訓(xùn)練和培養(yǎng)是十分重要的。

從認(rèn)識(shí)世界和改造世界的方法角度來看，整個(gè)科技研究和管理工作是正向思維和反向思維不斷反復(fù)循環(huán)迭代的過程，是一個(gè)否定之否定的反復(fù)探索求證的過程，從而將認(rèn)識(shí)世界和改造世界緊密結(jié)合起來，使相對(duì)真理不斷逼近絕對(duì)真理的過程，這個(gè)過程永無止境，絕不會(huì)完結(jié)。因此，失效事故的分析或科技進(jìn)步具有方法的逼近性。因而，在思維方法上要不斷地精益求精、盡善盡美，不斷提高能力和素質(zhì)。

上述失效學(xué)哲學(xué)理念方法論所闡述的方法的普適性、結(jié)果的不確定性、思維的邏輯性和方法的逼近性，就是失效學(xué)哲學(xué)理念方法論的主要要點(diǎn)。

失效學(xué)哲學(xué)理念方法論的主要應(yīng)用是：為極力追求失效分析的正確性、失效預(yù)測(cè)的可靠性、失效預(yù)防的有效性和失效管理的科學(xué)性，以及它們之間的有機(jī)性而努力奮斗（目標(biāo)）；應(yīng)用和掌握認(rèn)識(shí)世界（失效分析）和改造世界（安全規(guī)劃）的完整的方法理論（理論）；不斷總結(jié)和提高從原因到結(jié)果的正向思維和從結(jié)果到原因的反向思維的推理、探索、論證和求真的能力和水平（技術(shù)）。

綜上所述，失效學(xué)的哲學(xué)理念的要點(diǎn)匯總?cè)绫?所示。

表1 失效哲學(xué)理念中“四論”的要點(diǎn)Table 1 Main points of “four theories”philosophical concepts of failure study

5 失效學(xué)的理論和技術(shù)體系---體系

失效學(xué)的理論和技術(shù)體系由基礎(chǔ)理論篇、應(yīng)用基礎(chǔ)篇和工程技術(shù)篇組成。失效學(xué)的理論基礎(chǔ)篇包括失效哲學(xué)、失效力學(xué)、失效物理學(xué)（或失效機(jī)理學(xué)）和失效化學(xué)（或失效環(huán)境學(xué)）。失效學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)篇包括斷口學(xué)、裂紋學(xué)、痕跡學(xué)和失效信息學(xué)［10］。失效學(xué)的工程技術(shù)篇包括失效診斷學(xué)、失效預(yù)測(cè)學(xué)、失效預(yù)防學(xué)和失效管理學(xué)。失效學(xué)技術(shù)體系的提出、建立、發(fā)展和完善過程是一個(gè)長(zhǎng)期努力、積累和奮斗的過程，目前仍處于初級(jí)階段，任重而道遠(yuǎn)。

失效學(xué)的理論和技術(shù)體系［11-12］匯總?cè)鐖D2所示。

圖2 失效學(xué)的理論和技術(shù)體系Fig.2 Theory and technology system of failure study

6 失效學(xué)和材料科學(xué)與工程之間的交叉關(guān)鍵技術(shù)---關(guān)鍵

材料科學(xué)與工程是主要研究材料的組成與結(jié)構(gòu)、合成與加工、組織與性質(zhì)和使用與效能等以及它們之間相互關(guān)系的規(guī)律，并研究材料的生產(chǎn)過程及其技術(shù)的工學(xué)門類的一級(jí)學(xué)科，它的內(nèi)涵四要素為：材料的組成與結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)，材料的合成與加工是手段，材料的組織與性質(zhì)是屬性，材料的使用與效能是關(guān)鍵。材料的研制、發(fā)展、提高、優(yōu)化和創(chuàng)新的整個(gè)過程是上述4個(gè)要素之間相互協(xié)調(diào)、相互制約、不斷循環(huán)優(yōu)化和交叉迭代的發(fā)展過程。在這個(gè)發(fā)展過程中，材料使用與效能或材料在實(shí)際工況下的表現(xiàn)，即材料是否會(huì)發(fā)生失效，其失效的模式、原因和機(jī)理及其合理的表征性質(zhì)的研究是材料發(fā)展的依據(jù)和途徑、方向和目標(biāo)。

為了加強(qiáng)材料失效交叉技術(shù)領(lǐng)域的研究，促進(jìn)材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展，提出如下失效學(xué)與材料科學(xué)與工程學(xué)科之間的交叉科學(xué)問題或關(guān)鍵技術(shù)［13-15］，如表2所示。

表2 失效學(xué)和材料科學(xué)與工程學(xué)科之間的交叉科學(xué)問題或關(guān)鍵技術(shù)Table 2 Scientific problems or key technologies in overlapping technology field of materials science and engineering and failure study

7 結(jié) 論

1）深化失效學(xué)的哲學(xué)理念探討是強(qiáng)化材料科學(xué)與工程研究的基礎(chǔ)之一，而加強(qiáng)失效學(xué)和材料科學(xué)與工程交叉關(guān)鍵技術(shù)的研究，是深化失效學(xué)哲學(xué)理念探索的重要實(shí)踐。

2）對(duì)失效學(xué)的哲學(xué)理念，包含對(duì)失效學(xué)的認(rèn)識(shí)論、矛盾論、系統(tǒng)論和方法論的探討是深化失效學(xué)的哲學(xué)內(nèi)涵研究的重要嘗試和探索。

3）對(duì)失效學(xué)的理論和技術(shù)體系及其與材料科學(xué)與工程學(xué)科間的交叉關(guān)鍵技術(shù)的歸納是強(qiáng)化研究的宏觀思路和關(guān)鍵技術(shù)框架。

致 謝

感謝北京航空航天大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院鄭曉齊教授對(duì)本文給予的指導(dǎo)。

參 考 文 獻(xiàn)

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