作者:中国工程院院士 钟群鹏
1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机升空后仅73秒就发生爆炸,7名宇航员全部遇难。当天,宇航局即成立了7人临时调查委员会。2月3日,里根总统宣布成立总统调查委员会。总统调查委员会经过4个多月的调查,得出的结果确认“挑战者”号爆炸是由于右侧固体火箭助推器连接处的“O”形密封圈因设计上的缺陷和气温过低导致失效而引起的。此后 宇航局进行了全面改组,设置了独立的“安全、可靠性和质量办公室”,对飞行器、发动机、轨道器等作了600多项改进。历时2年8个多月后,航天飞机才重新恢复飞行。
为什么事故发生后,美国政府要花费如此大的人力、物力、时间来进行调查和分析呢?这主要是为了预防重大事故的再次发生。在事故发生后,人们一般会提出三大疑问:事故为什么会发生?同类产品能否继续使用?怎么保证同类事故不再发生?解决这三大问题的理论、技术和方法就是失效分析预测预防的基本内容。
产品丧失规定功能的现象称为失效。人类社会从有产品出现以来,就与失效相伴随。尽管现代科技高度发达,对产品的质量采取各种严格的法规和标准进行控制和提高,但由于在产品设计、制造、使用和维修全过程中,存在着各种难以估计的复杂因素,失效仍将是难免的。
失效一般具有如下特点:发生突然、救援难;损失严重、遇难悲惨;形式多样、原因复杂等。
失效分析预测预防的技术范围有多学科交叉的性质,要求分析人员知识面宽、组织能力强和团队协作精神好;分析过程有摸索侦探的性质,要求分析人员有实事求是、客观公正的学风和钻研探索精神;最终结果首先要求诊断产品失效的模式(病症、性质——他杀或自杀)、原因(病因)和机理(病理)。失效分析人员相当于机电产品的法医。
失效分析预测预防影响着社会生活的各个方面。在经济和管理上,它是防止事故再发生的必由之路,是对经济纠纷进行仲裁或判决、索赔的技术依据,是创优质名牌产品、提高产品质量和产品更新换代的重要途径;在社会生活上,是促进安全生产、保护生产力的有效武器,是贯彻安全第一、预防为主这一方针的重要工作,是社会安定、经济持续发展的重要保证;在工程技术上,是维修工作的技术基础和前提条件,是可靠性工程的基础之一,是发展和完善安全技术的实践基础,是修改、完善产品和技术标准的科学依据;在科技进步上,是认识客观世界本质的重要知识源泉,是发展新学科、新理论、新技术、新材料、新工艺、新方法的重要窗口。
从人类认识客观事物的历史来说,人的主观认识是有限的,而客观世界是无限的,失效是人的主观认识与客观事物脱离的结果,失效发生与否是不以人的主观意志为转移的,因此,失效是绝对的,而安全是相对的。失效分析是人们认识客观事物本质和规律的逆向思维探讨,是对正向思维研究的不可缺少的重要补充,是变失效(失败)为安全(成功)的关键,是深化对客观事物认识的知识源泉。失效分析、改进提高、再失效研究、再提高发展,如此往复,就是人类科技发展的历史,社会发展的历史。广义地说,人类的科技发展史、社会发展史就是与广义失效不断作斗争,变失效(失败)为安全(成功)的历史。
总之,失效分析预测预防是从失败入手着眼于成功和发展,是从过去入手着眼于未来和进步的科学技术领域。重视这一学科的发展,运用它已有的成就来分析、解决和攻克相关领域中的失效问题,是人们走向成功、发展科技的捷径之一。
认识院士
钟群鹏:中国工程院院士、教授、博士生导师,1934年出生,国家安全生产专家组组长,中国机械工程学会副理事长,国际材料检测和评价协会常务委员,中国机械工程学会失效分析委员会主任委员,中国科协工程失效分析和预防中心主任。钟群鹏院士创建了我国第一个失效分析学术组织与中国科协工程失效分析和预防中心。30多年来一直在机械装备分析预测预防、材料环境行为及其控制领域进行了系统地有开创性地研究,在材料韧脆转移的数学模型和冷脆断裂机理与控制、压力容器与管道的失效分析及弹塑性安全评估技术、宏微观断口物理数学模型和断口的定量反推分析方法等方面取得重大成果。近年来,他在航空结构材料的环境行为失效机理和环境稳定性寿命预测等方面承担有国家“973”、国防预研、国家科委项目等重大课题,培养出博士生和硕士生40余名,获得国家、省部(市)级奖励10余项,主编24部专著和教材,发表论文百余篇。
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