1　前言

　　并行工程（Concurrent Engineering, CE）［1］是美國在80年代末提出、90年代重點發展的武器研制工程技術，是一種用來綜合、協調產品的設計及其相關過程——包括制造和保障工程的系統方法，它要求研制人員從一開始就考慮從方案設計直到廢棄的產品壽命周期的所有要素，包括質量、費用、進度和用戶要求。并行工程在產品研制中提高產品效能和節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科，在實踐過程中又受到方方面面的影響，要達到失效分析結論“定位準確，機理清楚，模擬再現，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論的準確性和預防措施的實用性。本文在分析現代失效分析基本特征的基礎上，就失效分析中運用“并行過程”的可行性進行了分析，并探討了實施要素以及具體的實施方法。
2　失效分析發展的三個階段及現代失效分析的基本特征

　　失效分析的發展歷程，大體經歷了與簡單手工生產基礎相適應的古代失效分析，以大機器工業為基礎的近代失效分析和以系統理論為指導的現代失效分析三個重要的歷史階段［2］。
　　古代失效分析受當時生產力的制約，基本處于現象描述和經驗總結階段，其分析技術主要靠零星、分散、宏觀的經驗世代相傳。失效分析的發展是通過緩慢的進化過程而發展起來的，在當時經濟發展中所起的作用也不突出。
　　在大機器工業基礎上發展起來的近代失效分析，為仲裁事故和提高產品質量起了很大作用，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展，但人們不可能從宏觀、微觀上揭示產品失效的物理本質與化學本質。這一問題的解決也只是在本世紀50年代末電子顯微學及其它相關學科得到高速發展后才成為可能。
　　現代失效分析階段從本世紀50年代末開始。隨著電子行業興起，首先在電子產品領域里將失效分析的成果應用于產品的可靠性設計，它以數理統計分析為基礎，使得失效分析進入了一個新階段。同時，由于科學技術發展突飛猛進，作為失效分析基礎學科——材料科學與力學的迅猛發展，斷口觀察儀器的長足進步，特別是分辨率高、放大倍數大、景深長的透射和掃描電子顯微鏡的先后問世，為失效分析技術向縱深發展創造了有利條件，鋪平了道路，并取得了輝煌的成果。同時由于大型運載工具尤其是航空裝備的廣泛應用，各種失效造成的事故后果越來越大，影響越來越嚴重，反過來又大大促進了失效分析的迅猛發展。近半個世紀所積累的失效分析知識與技術，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，它必然隨著人類生產實踐的發展和科技的進步而發展。
　　現代失效分析可細分為兩個時期。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、尤其是斷口的細節分析成為可能，因而其失效分析基本上是圍繞斷裂特征與性質分析來進行的。加之在本世紀60年代之前所進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的冶金檢驗，因此這一時期的失效分析僅僅局限于從材質冶金等方面去尋找引起斷裂失效的原因，而對失效件的力學分析則被認為是結構設計考慮的問題。
　　隨著科學技術和制造水平的不斷進步，尤其是斷裂力學、損傷力學、產品可靠性及損傷容限設計思想的應用和發展，使得產品的可靠性越來越高，一方面產品失效導致的惡性事故數量相對減少但危害及影響越來越大，另一方面產品失效的原因和影響因素越來越復雜，需要從設計、材料、制造工藝及使用等方面進行系統的綜合性的分析，也就需要有從事設計、力學、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(包括環境等)與提高零件所具有的抗力兩方面入手，以達到提高產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科，而不再是材料科學技術的一個附屬部分。這一時期失效分析的主要特點就是集斷裂特征分析、力學分析、結構分析、材料抗力分析以及可靠性分析為一體，已發展成為一門專門的學科。
　　綜上所述，現代失效分析具有系統工程學科的一般特征：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”始終被看成是一個有機整體，即使研究的對象是一個簡單的構件，也必然存在相關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）形成的聯合體，而且這些要素按一定的制約關系相互作用、相互依存，并且具有共同的目標，即保證總體系統正常工作。同時，這一總體與外部環境（物理的、生態的和社會的）發生相互作用。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科不僅綜合了科學技術的成果，而且涉及到心理學、管理學和社會科學的諸多領域。同時，失效的原因往往具有多樣性和相關性，失效原因和失效結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行綜合性的分析。
　　(3) 社會性
　　失效分析既是全面質量管理的一個重要組成部分，也在加強社會監督、保護消費者合法權益方面發揮較大的作用。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的第一因素。對航空裝備而言，失效分析包括了要考慮人-機工程、社會學、心理學、人際關系、經濟學和環境科學領域的各種影響因素。
　　(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有力的武器［3］。雖說用戶是產品的最終“判官”，是“上帝”，但從根本上講，產品失效，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果，以避免類似事故的發生。
　　現代失效分析的這些特點，要求從事設計、制造、使用和維修人員，尤其是失效分析人員，應當研究失效分析的思路和系統方法，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、相協調的系統失效分析方法。

3　并行工程在失效分析中應用的可行性與實施要素

　　現代失效分析雖然也強調了綜合系統分析，但這一綜合系統往往是在各方面（職能部門）分析或各個子分析過程進行到一定階段后的“綜合分析”。失效分析采用的一般程序為：調查現場失效信息；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報告。采用的方法一般為從材料、設計、制造工藝、使用、損傷的宏、微觀特征方面提出若干個分報告，再組織有關人員進行綜合分析，甚至組織國內同行專家進行“會診”。最后上級機關根據專家的“會診”意見去向用戶或有關預防單位協調落實專家意見。

　　由于在大多數情況下從事材料、設計、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，把“眼睛向內”變成“眼睛向外”，而一旦形成各自的“結論”，最后的“綜合分析”往往是各家相互推卸責任。同時，從各自專業角度形成的分析報告，往往會得出“無設計問題”、“未發現材質和冶金缺陷”和“無工藝質量問題”等一系列無問題的結論。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、相互協調、延誤時間。另一方面，從各專業形成的分析結果，容易導致偏見甚至錯誤的結果，如斷口分析得出大應力斷裂的結論，應力分析的人有可能分析不出大應力的存在而對此加以否認，或者為了與斷口分析結果一致而根據斷裂后構件的某些痕跡特征而推斷有異物卡滯造成大應力斷裂，這方面的教訓已發生過多次，應當引以為戒。因此有必要探索“用來綜合、協調產品的設計及其相關過程”的并行工程的思路在失效分析中應用的可行性。
　　并行工程（Concurrent Engineering, CE）［1］是美國在80年代末提出、在90年代重點發展的武器研制工程技術，是一種用來綜合、協調產品的設計及其相關過程包括制造和保障工程的系統方法，它要求研制人員從一開始就考慮從方案設計直到廢棄的產品壽命周期的所有要素，包括質量、費用、進度和用戶要求。其特點是：
　　(1) 在前一階段工作中考慮后續階段及總體結果；
　　(2) 后續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調問題。
　　并行工程強調了階段的相互關聯、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計、制造、保障、材料等部門分析的界限，并強調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及其其它階段或其它方面的進展、問題及看法，進而在分析的整個過程中不斷協調、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防結論，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，并促進分析結論實施的可行性。
　　要達到失效分析快速準確，在現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；
　　(2) 交互作用的相互協調的并行分析過程；
　　(3) 多學科（專業）人員參與的綜合分析機構；
　　(4) 綜合的輔助診斷或模擬系統（包括必要時有關專家的會診）。
　　執行每一實施要素時均應隨時考慮系統綜合，即總體目標。

　　這些實施要素與并行工程用于產品設計研制的實施要素基本上是相同的或相近的，由于并行工程在產品設計制造中已產生巨大的作用和效益，因而將并行工程應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
　　確定失效分析總體要求和目標是做出正確結論的前提和條件。在以往的失效分析過程中，盡管也有失效分析的目標和總體要求，但大多是領導機關或當事人（單位）提出，而很少是多學科（專業）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，應當根據用戶的目標和要求，盡可能集中多學科（專業）人員參與制定總體要求、目標及具體分析內容，包括產品的功能性失效特征、導致失效可能的環節與因素、需要分析的具體內容、每一分析內容的結果或能夠說明的問題、總體要求以及可能達到的總目標。當然這些在執行分析過程中還可能補充或修改。

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

4.3　多學科（專業）人員參與的綜合分析機構
　　組建多學科（專業）人員參與的綜合分析機構是實施并行工程的核心，也是對傳統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，其最大的優點是使從事不同專業、不同部門的人員集中進行分析工作，使不同的意見一開始就進行協調，而不是最終進行“中和”。
　　綜合分析機構一般由專職失效分析人員和產品設計、制造、材料以及有關職能部門的代表組成的臨時分析小組，其主要職責是：(1) 負責制定失效分析總體要求和目標；(2) 制定綜合分析方案，包括確定子分析系統分析目標和內容并監督子分析系統的進行；(3) 實施整體分析方案；(4) 綜合和評審工作進度、結果并不斷實施PDCA過程，直到達到失效分析的總體要求和目標；(5) 負責或協調與設計改進或其它預防部門的接口；(6) 完成總體失效分析與預防報告。
　　組建臨時的綜合分析機構必須注意：(1) 分析小組的組建應以所要分析的系統為中心，組織與此有關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) 分析小組應包括系統（或產品）設計、制造、材料、使用部門的人員，這些人員在組內是平等的，同時應當有相應的授權，以代表各自職能部門在小組內工作； (3) 各成員應加強和促進信息與問題的交流，尤其應主動介紹所在職能部門在該系統（或產品）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防與改進工作結束。

4.4 綜合的輔助診斷或模擬系統
　　目前失效分析結論是否正確一般通過模擬試驗來進行，但在大多數情況下則不大可能，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。因此應盡快地發展計算機失效分析輔助診斷、模擬與評估系統。
　　計算機失效分析輔助診斷、模擬與評估系統應包含失效案例數據庫、失效模型庫、模擬系統以及評估系統等，有關該方面的技術研究已在進行，在此不在贅述。

5　結束語

　　并行工程是美國80年代為改善產品與服務質量、增強在世界范圍內的競爭力發展起來并在90年代應用的新型技術，在提高產品質量尤其是軍工產品的質量、降低生產成本、縮短研制時間方面起到了很大作用。并行工程應用于航空裝備失效分析是可行的，應當進一步的研究與發展，但也存在一些要解決的問題，如多學科（專業）人員參與的綜合分析機構的人員之間的交流和協調、與職能部門的關系以及該臨時機構的法人地位等，但這些問題將會在并行工程發展過程中得以解決。