深化失效學的哲學理念探索,強化材料失效交叉技術研究

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 材料科學與工程學院，北京 100191

2013年12月2日，我國“嫦娥三號”從西昌衛星發射中心成功發射，她攜帶我國第1艘月球車“玉兔號”，實現了我國首次月面軟著陸和月球觀測，標志著我國月球和深空探測的新跨越，但也遇到了“月塵”和“玉兔號”行走的機械故障問題。美國于1977年發射的“旅行者一號”探測器，成功地實現了火星的觀測，目前已經飛出太陽系，正在寒冷黑暗的星際空間“漫步”。從人類深空探測的歷程來看，共進行了80多次火星探測，其中失敗達40多次，這才迎來了對火星成功地、近距離地探測。

隨著科技日新月異的發展，人們利用增材制造［1-3］（3D打印）技術制造出“活體組織”、建成了世界上第1臺碳納米管計算機、首次發現了人類DNA存在四鏈螺旋結構等，這些成就都是人類經過無數次的試驗和失敗后才取得的巨大科技進展。但直至今日，在世界范圍內，失效事故或重大災難仍有發生。據不完全統計，2009年1月至2010年4月的1年零4個月內，世界上共發生80起空難事故，遇難總人數達1 160多人。2014年3月8日，馬來西亞航空公司MH370航班失事，機務人員和乘客共239人失蹤，成為民航歷史上空難之最。人們不禁要問，為什么會發生失效事故？如何正確認識失效事故？怎么科學地分析失效事故？怎樣有效預防和減少失效事故？這些問題是擺在世人面前的重要課題，為此，本文力圖從失效學的哲學理念進行探討，并從其哲學原理的高度，有原則、扼要地闡釋和回答上述問題，希望能夠加強和促進材料科學與工程學科和失效學技術領域之間相關的交叉關鍵技術研究。下面對失效學的哲學理念及其技術體系和關鍵技術進行探討，如圖1所示。

圖1 失效學的哲學理念及其技術體系和關鍵技術Fig.1 Philosophical concepts，technology system and key technologies of failure study

1 失效學的認識論---世界觀

唯物主義認識論認為，世界客觀事物是第一位的，是獨立于人的主觀認識的絕對存在，內含絕對真理；人類的主觀認識則是第二位的，是客觀事物在人腦中的反映，其認識是相對真理。失效事故的發生，是人當時主觀認識到的相對真理與客觀世界本質的絕對真理不一致的結果［4］。因此，失效事故的發生與否從認識論的高度來看是難以避免的，是不以人的主觀愿望為轉移的，是有它的必然性的［5］。為此，從認識論的高度來看，認為可以永久處于沒有失效事故的“絕對安全狀態”是不可能的，或者一發生失效事故，還沒有對失效事故的模式、原因和機理進行客觀科學的分析，就急于要處理或懲罰有關的科技和管理人員是不符合失效學哲學理念認識論的必然性原理的［6］。

由于失效事故的發生與否，因人、因事、因時、因境的不同而不同，每一個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生與否、發生的具體時間、地點、影響因素和誘發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，認為只要從某一起事故進行分析和預防取得一些具體的、局部的認識，就可以一勞永逸地高枕無憂了，或簡單地認為失效事故率可以逐年甚至逐月平滑單調地下降，而沒有任何的起伏變化，是不符合失效學哲學認識論的偶然性特性的，也是不符合實際情況的。

雖然失效事故發生的原因具有多因素交叉綜合的復雜性，但在各種因素或原因之間存在著要么是內在的、要么是因果的、要么是邏輯的關系，是可以通過現代檢測技術和方法，逐步由表及里、從淺到深地進行分析和探索的。因此，失效事故是可以認識的，是能夠分析的，失效是具有可知性的，為此，認為失效事故的模式、原因和機理是不可知的，或對復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論是不符合認識論中失效事故可知性的屬性的，也是不可取的。

由于人類的主觀認識是有限的，是相對的，而客觀世界是無限的，是絕對的，因此人類的認識“長河”就是從相對真理不斷向絕對真理逼近的過程。失效事故分析和預防就是這樣逼近過程的探索契機和實踐活動，這種實踐活動永遠不會完結，因此失效事故及其分析從認識論的角度來看，它具有逼近性，而提出要“一次成功論”是不符合認識論的逼近性觀點的，在一般情況下，也是不可能的。

上述失效學哲學理念認識論所闡述的失效事故的必然性、偶然性、可知性和漸進性（“四性”），就是失效哲學理念中認識論的主要觀點。

失效學哲學理念認識論的主要應用是：建立科學、客觀、辯證的失效學哲學理念中認識論的“四性”觀念（理念）；堅定與失效事故作長期的、堅持不懈的斗爭的決心、毅力和信心（態度）；深刻認識失效分析預測預防技術是轉變失效為安全的有效“武器”（手段）。

2 失效學的矛盾論---法則

辯證唯物主義的矛盾觀認為，事物一分為二的矛盾對立統一法則是一切事物演化和發展的普遍法則。失效與安全是一對對立統一的矛盾，它們是不斷地相互或相對的運動、演化、發展和轉化的，是具有普遍性的。因此，提出或認為事物是靜止的“一分法”的觀點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展階段，失效與安全這對對立統一的矛盾其發展和轉化的具體內容、形式和過程都是不相同的，因此矛盾具有特殊性，對具體的矛盾必須作具體的分析，而認為矛盾對立統一的過程都是“千篇一律”的或“一成不變”的，是相同失效模式、原因和機理的簡單的重復，是不符合矛盾論的特殊性特性的。

失效與安全這對矛盾的對立統一的過程是由于其內因和外因、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果，這種作用是有規律性的、可以分析的。因此，認為失效事故的模式、原因和機理是無章可循、不可分析的，是不符合矛盾論的規律性屬性的［7］。

客觀事物的矛盾對立統一過程是永無止境的，是貫穿于一切事物演化和發展的始終的，而矛盾對立雙方每一次新的統一都較之前一次統一提高到更高的發展階段或程度，因此，矛盾的對立統一具有原動性。為此，認為失效事故純粹是“壞事”，而不奮力將“壞事”變成“好事”，從中找到經驗教訓或真知灼見，將失效轉化成安全的做法是不符合矛盾論的原動性觀點的。

上述失效學哲學理念矛盾論所闡述的矛盾的普遍性、特殊性、規律性和原動性，就是失效哲學理念矛盾論的主要要點。

失效學哲學理念矛盾論的主要應用是：深刻認識矛盾演化和運動是客觀事物發展的原動力的基本法則之一，為此，要努力通過失效事故的分析和預防，將失效狀態轉化為更高一級的安全狀態（法則）；樹立事物一分為二的矛盾的對立雙方是可以相互轉化的觀點，為此，當處于安全狀態時，要居安思危，加強隱患風險意識（觀點）；充分認識內因是變化的依據和外因是變化的條件的論斷，為此，在進行失效事故的分析和預防時，要眼睛向內，努力從系統內部尋找事故的原因和“依據”（論斷）。

3 失效學的系統論---理論

哲學系統論認為，客觀世界中的一切事物都是大千世界中的具體事物，它的產生、發展、壯大、衰落和消亡都是與其所在系統有關的，都要從系統論的觀點去分析和認識，因此，失效問題是一個系統性質的問題，它具有系統性。為此，對復雜失效事故的模式、原因和機理進行分析時，簡單地認定是由于外部某個單一因素引起的、或者采取孤立封閉的分析思路去分析是不符合系統論的系統性原理的。

從系統論的角度來看，一般的失效事故是由各相關子系統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生都是一個概率事件，是具有隨機性的事件。為此，簡單地把一個復雜的失效事故看成是一個確定型模型、確定型原因和確定型機理的確定型事件是不符合系統論的隨機性特性的。

在一般情況下，釀成失效事故的模式、原因和機理是各相關要素之間通過與門、或門和禁門等“邏輯門”連接起來的一個復雜的事故原因鏈引起的。因此，失效事故的分析診斷預防具有系統的關聯性，而簡單地認為，純粹是由于單一人為的因素引起的失效事故，而不與系統的硬件配置，或與管理制度、水平及能力相聯系起來作系統關聯性的分析診斷，是不符合系統論的關聯性屬性的［8］。

從系統協同論的理論來看，系統內部各子系統之間的非線性的交互作用具有協同效應，或使系統從混沌狀態向有序狀態，或從低級有序向高級有序，或再從有序轉化為混沌的轉變過程是十分復雜的、不斷變化的、非線性的、“自組織”轉變的過程，因此，系統的變化具有協同性。而企圖人為地強制這種轉變過程是不符合系統協同性觀點的。

上述失效學哲學理念系統論所闡述的系統性、隨機性、關聯性和協同性，是失效學哲學理念系統論的主要要點。

失效學哲學理念系統論的主要應用是：樹立系統整體是分析研究失效的出發點和歸宿地的理念（理念）；認識現代安全管理系統（SMS）理論或系統的協同性理論的重要性（理論）；充分認識失效模式、原因、機理和影響因素的內在關聯性和失效事故原因鏈原理（方法）［9］。

4 失效學的方法論---方法

哲學方法論是認識世界和改造世界有效的方法理論。安全規劃或科技規劃是改造世界，失效分析預測預防是認識世界。整個安全科技和管理工作甚至科學技術研究就是安全（或科技）規劃+事故（或挫折）分析預測預防不斷迭代的結果。因此失效學的方法論是達到安全目標或科技進步的途徑和手段，它具有普適性。如果一個失效分析工作者或者一個科學工作者只會一種方法，要么只會認識世界，要么只會改造世界，那么這是不全面的。

安全規劃或者科技規劃是理念、形勢、政策、科技、管理、教訓、措施的集成，只要按照規劃去做（原因）就可以達到安全規劃或科技發展的目標（結果）。失效分析預測預防是從發生了事故的后果（結果）分析研究發生事故的模式、原因和機理（原因），并采取防止同類事故再次重復發生的預防措施的一種科技活動和管理活動，它是一種從結果到原因的反向（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。因此，一個成功的科學工作者，不僅要會正向的思維方法，而且還要有反向的（或逆向的）思維能力。

失效分析預測預防往往是由感性到理性、由現象到本質、由表面到核心、由定性到定量、由模式和原因到機理分析，再到采取預防措施的演繹和發展過程，這個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性的創造思維方法，其分析方法具有邏輯性，因此，對一個科技工作者來說，邏輯推理方法的訓練和培養是十分重要的。

從認識世界和改造世界的方法角度來看，整個科技研究和管理工作是正向思維和反向思維不斷反復循環迭代的過程，是一個否定之否定的反復探索求證的過程，從而將認識世界和改造世界緊密結合起來，使相對真理不斷逼近絕對真理的過程，這個過程永無止境，絕不會完結。因此，失效事故的分析或科技進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。

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

失效學哲學理念方法論的主要應用是：為極力追求失效分析的正確性、失效預測的可靠性、失效預防的有效性和失效管理的科學性，以及它們之間的有機性而努力奮斗（目標）；應用和掌握認識世界（失效分析）和改造世界（安全規劃）的完整的方法理論（理論）；不斷總結和提高從原因到結果的正向思維和從結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）。

綜上所述，失效學的哲學理念的要點匯總如表1所示。

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

5 失效學的理論和技術體系---體系

失效學的理論和技術體系由基礎理論篇、應用基礎篇和工程技術篇組成。失效學的理論基礎篇包括失效哲學、失效力學、失效物理學（或失效機理學）和失效化學（或失效環境學）。失效學的應用基礎篇包括斷口學、裂紋學、痕跡學和失效信息學［10］。失效學的工程技術篇包括失效診斷學、失效預測學、失效預防學和失效管理學。失效學技術體系的提出、建立、發展和完善過程是一個長期努力、積累和奮斗的過程，目前仍處于初級階段，任重而道遠。

失效學的理論和技術體系［11-12］匯總如圖2所示。

圖2 失效學的理論和技術體系Fig.2 Theory and technology system of failure study

6 失效學和材料科學與工程之間的交叉關鍵技術---關鍵

材料科學與工程是主要研究材料的組成與結構、合成與加工、組織與性質和使用與效能等以及它們之間相互關系的規律，并研究材料的生產過程及其技術的工學門類的一級學科，它的內涵四要素為：材料的組成與結構是基礎，材料的合成與加工是手段，材料的組織與性質是屬性，材料的使用與效能是關鍵。材料的研制、發展、提高、優化和創新的整個過程是上述4個要素之間相互協調、相互制約、不斷循環優化和交叉迭代的發展過程。在這個發展過程中，材料使用與效能或材料在實際工況下的表現，即材料是否會發生失效，其失效的模式、原因和機理及其合理的表征性質的研究是材料發展的依據和途徑、方向和目標。

為了加強材料失效交叉技術領域的研究，促進材料科學與工程學科的發展，提出如下失效學與材料科學與工程學科之間的交叉科學問題或關鍵技術［13-15］，如表2所示。

表2 失效學和材料科學與工程學科之間的交叉科學問題或關鍵技術Table 2 Scientific problems or key technologies in overlapping technology field of materials science and engineering and failure study

7 結 論

1）深化失效學的哲學理念探討是強化材料科學與工程研究的基礎之一，而加強失效學和材料科學與工程交叉關鍵技術的研究，是深化失效學哲學理念探索的重要實踐。

2）對失效學的哲學理念，包含對失效學的認識論、矛盾論、系統論和方法論的探討是深化失效學的哲學內涵研究的重要嘗試和探索。

3）對失效學的理論和技術體系及其與材料科學與工程學科間的交叉關鍵技術的歸納是強化研究的宏觀思路和關鍵技術框架。

致 謝

感謝北京航空航天大學人文社會科學學院鄭曉齊教授對本文給予的指導。

參 考 文 獻

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