机械产品失效分析与质量管理

李翔

摘要：建立故障分析数据库系统对快速、准确地分析机械产品故障具有重要意义。在收集和整理国内外典型故障案例的基础上，设计开发了基于客户/服务器模式的故障分析案例管理系统。该系统不仅提供了故障案例的全文检索功能，而且便于工程技术人员快速全面检索相关故障案例，并提供故障信息的统计分析功能，便于质量管理人员和工程技术人员及时掌握产品的故障规律和质量情况；并对该系统的结构、功能以及技术特点进行了阐述。

1、设计系统结构

系统结构体系分为三个层次：表现层，应用层和数据层。表现层是用户看到的客户端应用程序，用户进行案例检索和故障信息统计分析的功能。应用层是运行在服务器端的服务程序，它将系统和用户有机地连接在一起，用户在表示层中提出请求，应用层执行验证操作。该后反馈信息被提供给用户；数据层是指在服务器端运行的SQLServer数据库系统，它存储用户信息、字典数据库、失败分析案例的全文以及部门或部门的故障信息中。系统有效隔离了這3层，保证了数据的安全性和有效性，并且允许不同部门的用户同时访问数据库中的数据。

系统数据层由4个数据库组成：用户信息库，字典库，故障信息库，案例全文库。用户信息库用于存储系统的用户信息；字典库主要是对故障信息的输入进行标准化和整合，便于故障信息的统计和检索，并将故障信息关键字段的标准化知识存储在字典库中。例如，“故障模式”的标准化知识包括疲劳、腐蚀以及应力腐蚀等等。国内外各种典型失效分析案例全文存储在全文库中，方便工程技术人员进行检索。故障信息库用于存储本单位或部门的故障信息，实现故障信息的分析统计，方便质量管理部门和工程技术人员及时了解产品的质量。

2、设计系统功能

故障分析案例管理系统主要由用户管理模块，案例管理模块，故障信息分析模块和案例检索模块4个功能模块组成。

用户管理模块主要实现系统用户的管理，包括添加用户、删除用户、更新用户信息和用户权限管理。系统用户分为3类：管理员、高级用户和普通用户。不同类型的用户拥有不同的权限。管理员具有用户管理、案件管理、失败信息统计分析、案件全文检索等全部功能。高级用户具有诸如故障信息分析和案例全文检索等统计信息。普通用户只有案件全文检索的权利。

案例管理模块主要实现对字典库、失效案例全文库和故障信息库的维护和管理，包括添加案例、删除案例、更新故障信息和维护字典库信息。

故障信息统计模块主要实现对本单位或本部门故障信息的统计分析，可以以月、季度或者年为时间段按产品名称、材料牌号、失效模式等关键词对故障信息进行分析统计，以便质量管理部门和工程技术人员及时掌握产品故障的规律。质量条件提供数据支持。

案例检索模块是系统的主要功能之一。通过此功能，工程师可以快速全面地检索相关故障案例的全文。为了提高系统的检索效率，方便用户检索，本系统提供了2种检索方式：快速检索和高级检索。在快速检索中，用户只需要输入查询信息。系统将自动匹配数据库中的所有关键词，并根据模糊查询检索无效案例。在高级检索中，用户可以选择一个或两个查询条件（包括案例名称、失效原因、失效模式、零件名称以及材料牌号等等）。在“和”、“或”、“非”等组合后，根据数据库中的模糊查询方式检索符合条件的失效案例。

3、系统软件制作

本系统的客户端和服务器程序采用VC++作为开发工具。客户端和应用程序服务器程序之间的数据传输基于TCPSocket。系统采用SQLServer2000作为后台数据库管理系统，用于存储和管理本单位或部门的用户信息，字典数据库数据，故障案例全文和故障信息。VC++提供了多种数据库访问技术，包括ODBC，DAO，OLEDB，ADO等。ADO技术具有很高的应用水平和最佳的可用性。因此，该系统采用ADO技术实现应用服务器程序对后台数据库的访问。

4、系统技术的主要特点

（1）实现技术和质量管理职能的有效统一。该系统提供案件全文搜索功能。通过此功能，工程师可以快速全面地检索相关故障案例的全文。另外，该系统还提供对故障信息进行统计分析的功能。通过这个功能，质量管理人员和工程技术人员可以及时掌握产品失效的规律和质量状况。

（2）使用字典库来标准化和规范故障信息。该系统收集了国内外典型的故障分析案例。由于这些案例的来源不同，他们对关键知识的描述如故障模式和故障原因是不同的。为了便于检索和分析的准确性和便利性，建立了字典库，对失效模式，失效原因，材料品牌和部件名称等关键知识进行标准化和规范化。

（3）系统稳定运行数据安全易于操作。系统采用3层C/S架构，为系统的稳定运行和数据的安全性提供了先决条件。在大量病例数据和大量用户的情况下，系统可以稳定运行。另外，在系统客户端的开发过程中充分考虑了友好的界面和操作的方便性。

5、失效分析与科学技术之间的联系

失效分析是推动科学技术发展，推动科学发展的重要动力，基础学科与机械失效学相结合，形成不少边缘学科，如建立铁路车辆和车轴断裂引起的“疲劳”问题。超过1000个“自由轮”的脆性断裂事故使人们发现了脆性转变温度，超音速飞机的解体使人们知道“音障”。它促进了超音速动力学的发展；一位重要人物因皇家空军的一次飞机失事而死亡，导致金属氢脆理论的出现；电厂设备的崩溃导致了基本电炉和真空冶炼技术的发展，导弹高强度钢的低应力脆性是的著名的边缘学科——断裂力学建立；不锈钢断裂失效导致应力腐蚀理论的建立；此外，摩擦学、腐蚀学、材料强度学、冶金学、表面科学以及电子断裂科学等学科的建立和发展与机械产品的失效分析密切相关。

可以认为，机械失效学是70年代在其他学科基础上形成和发展起来的一门新兴应用学科，其发展对其他学科具有反馈的作用。可以说，在现代材料科学和工程力学中研究了断裂、腐蚀、磨损及其复合类型的失效模式和失效机理，为失效研究奠定了理论基础。现代仪器仪表和断裂分析为失效研究奠定了技术基础。量化统计学、模糊数学、可靠性工程和电子计算机科学的广泛应用为失败研究提供了新的途径。上述三方面的融合使机械故障学习逐渐形成一个相对独立和非常活跃的课题。

6、结语

本研究所建立的失效分析案例管理系统建立在广泛收集国内外典型失败案例的基础上。这些案例对于相关领域的技术人员来说是宝贵的财富。系统提供的故障信息统计分析功能和全文检索功能，可以为质量管理部门提供详细，全面的故障信息统计分析数据，为及时掌握故障信息的质量提供有力的数据支持。产品并做出正确的质量决定。此外，它还可以为相关领域的技术人员提供参考和参考。快速准确地分析机械产品的失效模式，客观公正地判断失效原因，科学有效地提出防范和改进措施，防止类似事故再次发生，具有重要的意义。