失效分析案例管理系统的设计与实现

兰 晶，张 兵

(1.中信二十一世纪科技有限公司，北京 100016;2.北京航空材料研究院中航工业失效分析中心，北京 100095）

0 引言

失效分析是判断产品的失效模式，查找产品失效机理和原因，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动［1-2］。失效案例是失效分析及相关领域的宝贵财富，蕴含着失效分析专家丰富的知识和经验，它可以帮助技术人员在进行失效分析时展开类比推理而准确找到失效的原因，还可以让设计和维护人员在从事相关工作时得到警示和借鉴。更为重要的是，质量管理部门可以通过这些故障信息及时掌握产品的质量状况，做出正确决策。因此，失效案例的收集整理、大型故障案例库的建设，特别是故障信息的统计分析以及根据统计分析结果得到产品故障发生的规律、造成产品故障发生的深层次原因等就显得尤为重要［3］;但长期以来，失效案例的收集和有效利用在技术和管理上一直是一个难题。产品品种多样，生产和研制单位分散，失效问题复杂，所涉及的专业面广。采用人工方法对失效案例进行整理和归类，工作任务繁重、效率低下，而且查询和利用困难。

随着计算机网络和数据库技术的发展，为失效案例的收集、整理和充分利用提供了新的途径［4-7］。建立失效案例库，可以把大量散落在各处的失效案例收集起来统一管理，有利于资源的充分利用，同时也可更好地对失效分析知识进行继承和管理。本研究系统收集整理大量典型的失效案例，设计和开发一种基于客户端服务器(C/S)模式的失效分析案例管理系统，为质量管理人员和工程技术人员及时掌握产品的失效规律和质量状况提供参考。

1 系统结构设计

系统结构如图1所示，整个系统分为3层:表现层、应用层和数据层。其中表现层为用户所见的客户端应用程序，用户通过其进行案例检索和故障信息统计分析等功能;应用层为服务器端运行的服务程序，其有机地将系统和用户动态地联系在一起，用户在表现层提出请求，应用层进行验证运行，然后反馈信息给用户;数据层指的是在服务器端运行的SQL Server数据库系统，其存放的是用户信息、字典库数据、失效分析案例全文以及本单位或本部门的故障信息。系统有效地将这3层隔离开来，可以保证数据的安全性和有效性，并且让不同部门的用户都可以同时访问数据库中的数据。

图1 系统结构图Fig.1 Schematic illustration of the system structure

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用户信息;字典库主要是为了实现故障信息输入的标准化和统一化，便于故障信息的统计和检索，字典库中存储故障信息各关键字段的标准化知识，比如，“故障模式”的标准化知识包括疲劳、腐蚀、应力腐蚀等;案例全文库中存储国内外各种典型失效分析案例全文，便于工程技术人员进行检索;故障信息库用于存储本单位或本部门所发生的故障信息，实现故障信息的分析和统计，便于质量管理部门和工程技术人员及时了解产品的质量状况。

2 系统功能设计

失效分析案例管理系统主要由4大功能模块组成:用户管理模块、案例管理模块、故障信息统计分析模块以及案例检索模块(图2)。

用户管理模块主要实现对系统用户的管理，包括添加用户、删除用户、用户信息更新以及用户权限管理。系统用户分为3类:管理员、高级用户和普通用户，各类用户拥有不同的权限。管理员拥有包含用户管理、案例管理、故障信息统计分析以及案例全文检索在内的所有功能。高级用户拥有故障信息统计分析和案例全文检索等权限。普通用户只有案例全文检索权限。

案例管理模块主要实现对字典库、失效案例全文库以及失效故障信息库的维护与管理，包括添加案例、删除案例、故障信息更新、以及字典库信息维护等功能。

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，为质量管理部门和工程技术人员及时掌握产品失效规律和质量状况提供数据支持。

案例检索模块是系统的主要功能之一，通过该功能，工程技术人员可以快速、全面地检索到相关失效案例全文。为了提高系统的检索效率，方便用户检索，系统提供了2种检索方式:快速检索和高级检索。快速检索时，用户只需输入一个查询信息，系统会自动和数据库中的所有关键词字段进行匹配，按模糊查询的方式检索出符合条件的失效案例;高级检索时，用户可以选择一种或两种查询条件(包括案例名称、失效原因、失效模式、零件名称、材料牌号等)，按“与”、“或”、“非”的方式进行组合后，按模糊查询的方式在数据库中检索出符合条件的失效案例。

3 系统软件实现

本系统的客户端和服务器程序均采用VC++作为开发工具。客户端程序和应用服务器程序之间通过基于TCP(面向连接)的Socket进行数据传输。本系统以SQL Server 2000作为后台数据库管理系统，用于存储和管理用户信息、字典库数据、失效案例全文以及本单位或本部门故障信息。VC++提供了多种数据库访问技术，包括ODBC、DAO、OLE DB、ADO 等［6］，其中 ADO 技术应用层次高，易用性最好，因此本系统采用ADO技术实现应用服务器程序对后台数据库的访问。

图2 系统功能模块示意图Fig.2 Illustration of the functions of the management system

4 系统技术特点

1)实现了技术、质量管理功能的有效统一。

系统提供了案例全文检索功能，通过该功能，工程技术人员可以快速、全面地检索到相关失效案例全文。此外，系统还提供了故障信息统计分析功能，通过该功能，质量管理人员和工程技术人员可以及时掌握产品失效规律和质量状况。

2)利用字典库对故障信息进行统一化和标准化。

系统收集了国内外各种典型的失效分析案例。由于这些案例来源不同，它们对失效模式、失效原因等关键知识的描述各不相同。为便于检索和分析的准确性和方便性，系统建立了字典库来对故障信息中的失效模式、失效原因、材料牌号、零件名称等关键知识进行统一化和标准化。

3)系统运行稳定、数据安全、操作方便。

系统采用3层C/S架构，为系统的稳定运行及数据安全提供了前提条件，系统可以在大量案例数据及大量用户同时访问的情况下稳定运行。此外，系统客户端开发过程中充分考虑了界面的友好性和操作的方便性。

5 结束语

本研究所建立的失效分析案例管理系统是在广泛收集国内外大量典型失效案例的基础上建立起来的，这些案例对于相关领域的技术人员来说是一笔宝贵的财富。系统提供的故障信息统计分析功能和案例全文检索功能，可以为质量管理部门提供详尽、全面的故障信息统计分析数据，为及时掌握产品质量状况、做出正确质量决策提供强大的数据支持。并且，可为相关领域技术人员提供参考和借鉴，对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，科学有效提出预防与改进措施，防止同类事故的再次发生也有着重要的意义。

［1］张栋，钟培道，陶春虎，等.失效分析［M］.北京:国防工业出版社，2004:6－7.

［2］陶春虎，杜楠，张卫方，等.失效分析发展问题的思考［J］.失效分析与预防，2006，1(1):1 －5.

［3］刘高航，刘光明.工程材料与结构的失效及失效分析［J］.失效分析与预防，2006，1(1):6 －9.

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［5］王彦波，吴明，王卫强，等.基于网络的材料腐蚀失效案例库的设计与实现［J］.腐蚀与防护，2009，30(1):72－74.

［6］曹辉，宋光雄，张峥.基于INTERNET的压力管道容器腐蚀失效案例库［J］.中国腐蚀与防护学报，2002，22(5):274－277.

［7］张兵，刘昌奎，姜涛，等.基于客户机/服务器模式的航空产品失效案例共享系统［J］.理化检验:物理分册，2011，47(1):33－35.

［8］孙鑫，余安萍.VC++深入详解［M］.北京:电子工业出版社，2006:20－22.