深化失效学的哲学理念探索,强化材料失效交叉技术研究

钟群鹏，有移亮，张峥，吴素君，骆红云，赵子华

北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191

2013年12月2日，我国“嫦娥三号”从西昌卫星发射中心成功发射，她携带我国第1艘月球车“玉兔号”，实现了我国首次月面软着陆和月球观测，标志着我国月球和深空探测的新跨越，但也遇到了“月尘”和“玉兔号”行走的机械故障问题。美国于1977年发射的“旅行者一号”探测器，成功地实现了火星的观测，目前已经飞出太阳系，正在寒冷黑暗的星际空间“漫步”。从人类深空探测的历程来看，共进行了80多次火星探测，其中失败达40多次，这才迎来了对火星成功地、近距离地探测。

随着科技日新月异的发展，人们利用增材制造［1-3］（3D打印）技术制造出“活体组织”、建成了世界上第1台碳纳米管计算机、首次发现了人类DNA存在四链螺旋结构等，这些成就都是人类经过无数次的试验和失败后才取得的巨大科技进展。但直至今日，在世界范围内，失效事故或重大灾难仍有发生。据不完全统计，2009年1月至2010年4月的1年零4个月内，世界上共发生80起空难事故，遇难总人数达1 160多人。2014年3月8日，马来西亚航空公司MH370航班失事，机务人员和乘客共239人失踪，成为民航历史上空难之最。人们不禁要问，为什么会发生失效事故？如何正确认识失效事故？怎么科学地分析失效事故？怎样有效预防和减少失效事故？这些问题是摆在世人面前的重要课题，为此，本文力图从失效学的哲学理念进行探讨，并从其哲学原理的高度，有原则、扼要地阐释和回答上述问题，希望能够加强和促进材料科学与工程学科和失效学技术领域之间相关的交叉关键技术研究。下面对失效学的哲学理念及其技术体系和关键技术进行探讨，如图1所示。

图1 失效学的哲学理念及其技术体系和关键技术Fig.1 Philosophical concepts，technology system and key technologies of failure study

1 失效学的认识论---世界观

唯物主义认识论认为，世界客观事物是第一位的，是独立于人的主观认识的绝对存在，内含绝对真理；人类的主观认识则是第二位的，是客观事物在人脑中的反映，其认识是相对真理。失效事故的发生，是人当时主观认识到的相对真理与客观世界本质的绝对真理不一致的结果［4］。因此，失效事故的发生与否从认识论的高度来看是难以避免的，是不以人的主观愿望为转移的，是有它的必然性的［5］。为此，从认识论的高度来看，认为可以永久处于没有失效事故的“绝对安全状态”是不可能的，或者一发生失效事故，还没有对失效事故的模式、原因和机理进行客观科学的分析，就急于要处理或惩罚有关的科技和管理人员是不符合失效学哲学理念认识论的必然性原理的［6］。

由于失效事故的发生与否，因人、因事、因时、因境的不同而不同，每一个事故的原因链也是各异的，使得不同事物的失效事故、甚至于同一事物的失效事故的发生与否、发生的具体时间、地点、影响因素和诱发原因都可能是不相同的，这就是说，失效具有偶然性或概率性。因而，认为只要从某一起事故进行分析和预防取得一些具体的、局部的认识，就可以一劳永逸地高枕无忧了，或简单地认为失效事故率可以逐年甚至逐月平滑单调地下降，而没有任何的起伏变化，是不符合失效学哲学认识论的偶然性特性的，也是不符合实际情况的。

虽然失效事故发生的原因具有多因素交叉综合的复杂性，但在各种因素或原因之间存在着要么是内在的、要么是因果的、要么是逻辑的关系，是可以通过现代检测技术和方法，逐步由表及里、从浅到深地进行分析和探索的。因此，失效事故是可以认识的，是能够分析的，失效是具有可知性的，为此，认为失效事故的模式、原因和机理是不可知的，或对复杂的失效事故一筹莫展，而不去作深入的分析就匆忙地下结论是不符合认识论中失效事故可知性的属性的，也是不可取的。

由于人类的主观认识是有限的，是相对的，而客观世界是无限的，是绝对的，因此人类的认识“长河”就是从相对真理不断向绝对真理逼近的过程。失效事故分析和预防就是这样逼近过程的探索契机和实践活动，这种实践活动永远不会完结，因此失效事故及其分析从认识论的角度来看，它具有逼近性，而提出要“一次成功论”是不符合认识论的逼近性观点的，在一般情况下，也是不可能的。

上述失效学哲学理念认识论所阐述的失效事故的必然性、偶然性、可知性和渐进性（“四性”），就是失效哲学理念中认识论的主要观点。

失效学哲学理念认识论的主要应用是：建立科学、客观、辩证的失效学哲学理念中认识论的“四性”观念（理念）；坚定与失效事故作长期的、坚持不懈的斗争的决心、毅力和信心（态度）；深刻认识失效分析预测预防技术是转变失效为安全的有效“武器”（手段）。

2 失效学的矛盾论---法则

辩证唯物主义的矛盾观认为，事物一分为二的矛盾对立统一法则是一切事物演化和发展的普遍法则。失效与安全是一对对立统一的矛盾，它们是不断地相互或相对的运动、演化、发展和转化的，是具有普遍性的。因此，提出或认为事物是静止的“一分法”的观点是不符合矛盾论的普遍性原理的。

由于不同事物，甚至于同一事物的不同发展阶段，失效与安全这对对立统一的矛盾其发展和转化的具体内容、形式和过程都是不相同的，因此矛盾具有特殊性，对具体的矛盾必须作具体的分析，而认为矛盾对立统一的过程都是“千篇一律”的或“一成不变”的，是相同失效模式、原因和机理的简单的重复，是不符合矛盾论的特殊性特性的。

失效与安全这对矛盾的对立统一的过程是由于其内因和外因、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线性交互作用的结果，这种作用是有规律性的、可以分析的。因此，认为失效事故的模式、原因和机理是无章可循、不可分析的，是不符合矛盾论的规律性属性的［7］。

客观事物的矛盾对立统一过程是永无止境的，是贯穿于一切事物演化和发展的始终的，而矛盾对立双方每一次新的统一都较之前一次统一提高到更高的发展阶段或程度，因此，矛盾的对立统一具有原动性。为此，认为失效事故纯粹是“坏事”，而不奋力将“坏事”变成“好事”，从中找到经验教训或真知灼见，将失效转化成安全的做法是不符合矛盾论的原动性观点的。

上述失效学哲学理念矛盾论所阐述的矛盾的普遍性、特殊性、规律性和原动性，就是失效哲学理念矛盾论的主要要点。

失效学哲学理念矛盾论的主要应用是：深刻认识矛盾演化和运动是客观事物发展的原动力的基本法则之一，为此，要努力通过失效事故的分析和预防，将失效状态转化为更高一级的安全状态（法则）；树立事物一分为二的矛盾的对立双方是可以相互转化的观点，为此，当处于安全状态时，要居安思危，加强隐患风险意识（观点）；充分认识内因是变化的依据和外因是变化的条件的论断，为此，在进行失效事故的分析和预防时，要眼睛向内，努力从系统内部寻找事故的原因和“依据”（论断）。

3 失效学的系统论---理论

哲学系统论认为，客观世界中的一切事物都是大千世界中的具体事物，它的产生、发展、壮大、衰落和消亡都是与其所在系统有关的，都要从系统论的观点去分析和认识，因此，失效问题是一个系统性质的问题，它具有系统性。为此，对复杂失效事故的模式、原因和机理进行分析时，简单地认定是由于外部某个单一因素引起的、或者采取孤立封闭的分析思路去分析是不符合系统论的系统性原理的。

从系统论的角度来看，一般的失效事故是由各相关子系统及其组成要素之间的交互作用引起的，这种交互作用一般是不确定的和非线性的，因此，一般的失效事故的发生都是一个概率事件，是具有随机性的事件。为此，简单地把一个复杂的失效事故看成是一个确定型模型、确定型原因和确定型机理的确定型事件是不符合系统论的随机性特性的。

在一般情况下，酿成失效事故的模式、原因和机理是各相关要素之间通过与门、或门和禁门等“逻辑门”连接起来的一个复杂的事故原因链引起的。因此，失效事故的分析诊断预防具有系统的关联性，而简单地认为，纯粹是由于单一人为的因素引起的失效事故，而不与系统的硬件配置，或与管理制度、水平及能力相联系起来作系统关联性的分析诊断，是不符合系统论的关联性属性的［8］。

从系统协同论的理论来看，系统内部各子系统之间的非线性的交互作用具有协同效应，或使系统从混沌状态向有序状态，或从低级有序向高级有序，或再从有序转化为混沌的转变过程是十分复杂的、不断变化的、非线性的、“自组织”转变的过程，因此，系统的变化具有协同性。而企图人为地强制这种转变过程是不符合系统协同性观点的。

上述失效学哲学理念系统论所阐述的系统性、随机性、关联性和协同性，是失效学哲学理念系统论的主要要点。

失效学哲学理念系统论的主要应用是：树立系统整体是分析研究失效的出发点和归宿地的理念（理念）；认识现代安全管理系统（SMS）理论或系统的协同性理论的重要性（理论）；充分认识失效模式、原因、机理和影响因素的内在关联性和失效事故原因链原理（方法）［9］。

4 失效学的方法论---方法

哲学方法论是认识世界和改造世界有效的方法理论。安全规划或科技规划是改造世界，失效分析预测预防是认识世界。整个安全科技和管理工作甚至科学技术研究就是安全（或科技）规划+事故（或挫折）分析预测预防不断迭代的结果。因此失效学的方法论是达到安全目标或科技进步的途径和手段，它具有普适性。如果一个失效分析工作者或者一个科学工作者只会一种方法，要么只会认识世界，要么只会改造世界，那么这是不全面的。

安全规划或者科技规划是理念、形势、政策、科技、管理、教训、措施的集成，只要按照规划去做（原因）就可以达到安全规划或科技发展的目标（结果）。失效分析预测预防是从发生了事故的后果（结果）分析研究发生事故的模式、原因和机理（原因），并采取防止同类事故再次重复发生的预防措施的一种科技活动和管理活动，它是一种从结果到原因的反向（或逆向）思维过程。它具有多样性、辩证性、多变性和不确定性的特点。因此，一个成功的科学工作者，不仅要会正向的思维方法，而且还要有反向的（或逆向的）思维能力。

失效分析预测预防往往是由感性到理性、由现象到本质、由表面到核心、由定性到定量、由模式和原因到机理分析，再到采取预防措施的演绎和发展过程，这个推理过程要采取形式逻辑思维方法或辩证逻辑思维方法，甚至于要采用非常规性的创造思维方法，其分析方法具有逻辑性，因此，对一个科技工作者来说，逻辑推理方法的训练和培养是十分重要的。

从认识世界和改造世界的方法角度来看，整个科技研究和管理工作是正向思维和反向思维不断反复循环迭代的过程，是一个否定之否定的反复探索求证的过程，从而将认识世界和改造世界紧密结合起来，使相对真理不断逼近绝对真理的过程，这个过程永无止境，绝不会完结。因此，失效事故的分析或科技进步具有方法的逼近性。因而，在思维方法上要不断地精益求精、尽善尽美，不断提高能力和素质。

上述失效学哲学理念方法论所阐述的方法的普适性、结果的不确定性、思维的逻辑性和方法的逼近性，就是失效学哲学理念方法论的主要要点。

失效学哲学理念方法论的主要应用是：为极力追求失效分析的正确性、失效预测的可靠性、失效预防的有效性和失效管理的科学性，以及它们之间的有机性而努力奋斗（目标）；应用和掌握认识世界（失效分析）和改造世界（安全规划）的完整的方法理论（理论）；不断总结和提高从原因到结果的正向思维和从结果到原因的反向思维的推理、探索、论证和求真的能力和水平（技术）。

综上所述，失效学的哲学理念的要点汇总如表1所示。

表1 失效哲学理念中“四论”的要点Table 1 Main points of “four theories”philosophical concepts of failure study

5 失效学的理论和技术体系---体系

失效学的理论和技术体系由基础理论篇、应用基础篇和工程技术篇组成。失效学的理论基础篇包括失效哲学、失效力学、失效物理学（或失效机理学）和失效化学（或失效环境学）。失效学的应用基础篇包括断口学、裂纹学、痕迹学和失效信息学［10］。失效学的工程技术篇包括失效诊断学、失效预测学、失效预防学和失效管理学。失效学技术体系的提出、建立、发展和完善过程是一个长期努力、积累和奋斗的过程，目前仍处于初级阶段，任重而道远。

失效学的理论和技术体系［11-12］汇总如图2所示。

图2 失效学的理论和技术体系Fig.2 Theory and technology system of failure study

6 失效学和材料科学与工程之间的交叉关键技术---关键

材料科学与工程是主要研究材料的组成与结构、合成与加工、组织与性质和使用与效能等以及它们之间相互关系的规律，并研究材料的生产过程及其技术的工学门类的一级学科，它的内涵四要素为：材料的组成与结构是基础，材料的合成与加工是手段，材料的组织与性质是属性，材料的使用与效能是关键。材料的研制、发展、提高、优化和创新的整个过程是上述4个要素之间相互协调、相互制约、不断循环优化和交叉迭代的发展过程。在这个发展过程中，材料使用与效能或材料在实际工况下的表现，即材料是否会发生失效，其失效的模式、原因和机理及其合理的表征性质的研究是材料发展的依据和途径、方向和目标。

为了加强材料失效交叉技术领域的研究，促进材料科学与工程学科的发展，提出如下失效学与材料科学与工程学科之间的交叉科学问题或关键技术［13-15］，如表2所示。

表2 失效学和材料科学与工程学科之间的交叉科学问题或关键技术Table 2 Scientific problems or key technologies in overlapping technology field of materials science and engineering and failure study

7 结 论

1）深化失效学的哲学理念探讨是强化材料科学与工程研究的基础之一，而加强失效学和材料科学与工程交叉关键技术的研究，是深化失效学哲学理念探索的重要实践。

2）对失效学的哲学理念，包含对失效学的认识论、矛盾论、系统论和方法论的探讨是深化失效学的哲学内涵研究的重要尝试和探索。

3）对失效学的理论和技术体系及其与材料科学与工程学科间的交叉关键技术的归纳是强化研究的宏观思路和关键技术框架。

致 谢

感谢北京航空航天大学人文社会科学学院郑晓齐教授对本文给予的指导。

参 考 文 献

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