产品发生失效后，一旦达到不可接受的程度，就要开展失效分析。什么是不可接受的程度？两个标准，一是产品失效的后果很严重，比如产品失效直接造成人身安全、重大财产损、严重环境污染等重大事故，不用说必须要进行失效分析，查明原因，明确责任，针对原因进行改进；二是产品失效的数量比较多，影响了企业利润，对那些多发的失效就要开展失效分析，查明原因，进行改进。所以失效分析其实是一个从失效模式到失效原因再到失效机理的诊断过程。

失效分析方法的熟练运用高度依赖特定领域知识，如电子产品依赖电子学知识、机械产品依赖机械学知识。如果与医学进行类比的话，失效分析方法的细分可以类似于医院按照疾病种类划分科室的情况，比如内科（疾病）、外科（疾病）、肿瘤科等等。失效分析的机构相当于医院，失效分析的专家相当于医生。想要治好病（失效），必须先根据病症（失效模式）查明病因（失效原因），再弄清病理（失效机理），才能对症下药（设计、工艺、使用、维修等方面的改进）。

失效分析或失效诊断既依赖各专业学科领域的知识积累，更依赖失效分析机构、失效分析专家的经验积累。如果在一家各方面条件都非常优秀的失效分析机构里，长期从事某一领域的失效分析工作，熬成专家，那就是这个领域失效分析的牛人了，牛人再进阶，就是神人了。这种情景与“在最好的医院、最好的科室成为最好的医生”是相通的。

虽然失效分析主要靠领域知识、领域机构和领域专家，但其也具有共性的方法论基础。

钟群鹏院士在《机电装备失效分析预测预防进展——失效学体系的形成和发展》一文中，以机电装备失效为例，说明了失效分析从失效模式诊断到失效原因诊断再到失效机理诊断主的逐层深入的链条关系，试图给出失效分析的共性方法论。嗯，钟群鹏院士就是机械装备失效分析的神人。

1.失效模式诊断

失效模式是指失效的表现形式，一般可理解为失效的类型。失效模式诊断是失效分析中首当其冲的重要问题，它对整个失效分析和预防决策来说，具有“定向”的作用。失效模式常可分为一级失效模式、二级失效模式、三级失效模式等。

表1以机械装备的断裂失效和非断裂失效为例，逐层展开，介绍了不同种类失效的三级失效模式。表1仅仅是示意，实际情形要复杂的多。

失效模式的诊断一般要求诊断到二级失效模式，甚至要求诊断到三级失效模式。一般情况下，二、三级的失效模式的诊断比一级失效模式的诊断要难得多，但它们对失效原因的诊断以及失效机理的诊断是不可缺少的。

特别需要指出的是，不同的失效模式，进行失效诊断的依据并不相同，如开展断裂失效模式诊断的依据有：

（1）失效残骸 根据残骸的轨迹、断口的宏观性质、断口的变形顺序等首先寻找破坏件（肇事件），然后对首先破坏件的断口性质、裂纹走向、变形情况、痕迹来源、力学性能、显微组织、工艺过程、热处理状态等进行单项和综合的分析，对失效模式进行判断。

（2）应力分析 包括应力的来源、性质和大小的估算，特别是对首先破坏件的结构和受力的分析和估算、工况和环境分析，并与断口的定性和定量分析相对照，以及与仍在服役件的调查相结合进行综合分析，对失效模式进行判断。

（3）失效模拟 对主要的失效模式和主要的控制或影响参量在实验室或现场进行模拟试验，并对模拟失效的断口与实际（肇事件）断口进行对比分析，对其失效模式进行判断。

表1 机电装备断裂失效和非断裂失效对应的三级失效模式

要准确、清晰地开展失效模式诊断大多数情况下是一件十分困难又不得不做的艰苦工作。以磨损失效和腐蚀失效的诊断为例进行说明。磨损失效模式的诊断一般是依据：

①被磨损表面的形貌和亚表面层组织与性能的变化；

②磨屑形貌、磨屑成分组织结构的变化；

③磨损系统中各参量的关系和变化等。

但由于磨损本身是一种伴随着摩擦的存在而存在的摩擦面材料的逐步损失、迁移或变形的过程，虽然一般认为有摩擦就有磨损，但磨损并不等于磨损失效。由磨损到磨损失效实际存在一个由量变到质变的转化，对于不同的机械、这种转化的分界点是不一样的。因此，磨损失效的失效点的判定问题，是磨损失效模式的诊断与断裂失效模式的诊断之间一个明显的不同，也是磨损失效模式诊断的难题之一。这是磨损失效模式诊断中首先需要解决的问题之一。

腐蚀失效过程的影响因素很多、随机性较强、实验室研究结果又与工程实际有较大差距。至今，对于腐蚀失效模式、原因和机理的诊断，基本上仍是唯象和定性的、经验的和统计的方法占支配地位，失效模式的诊断可分为定性诊断和定量诊断。

定性诊断是模式诊断的基础和前提，定量诊断则是模式诊断的深入和发展。定性诊断的技术和方法主要用于一级失效模式的诊断，而定量诊断技术和方法则主要用于二级或三级失效模式的诊断。

定性诊断的技术和方法主要是依据失效残骸的分析，特别是肇事件的宏观断口分析的结果，进行判断。而定量诊断的技术和方法则需要根据应力分析和失效模拟的结果进行判断。只有根据失效事故的具体情况，合理地选用定性和定量的技术和方法，才能根据单一的和综合的判据，对失效的一、二级甚至三级模式进行正确的、适时诊断。

2.失效原因诊断

失效原因是指酿成失效事件的直接关键因素。失效原因也可分为一级、二级、甚至三级失效原因。

一级失效原因，一般指酿成该失效事件的首先失效件（肇事件）失效的直接关键因素。按照其处于投付使用过程中的阶段或工序，可分为设计原因、制造原因、使用原因、环境原因、老化原因等。

二级失效原因是指一级失效原因中的直接关键环节，如设计原因中又可分为设计原则、设计思路和方案、结构形状和受力计算、选材和力学性能等次级原因。失效原因的诊断是失效分析和预防的核心和关键，它不仅是失效预防的针对性和有效性的重要前提和基础，而且它常与酿成失效事件的责任部门和人员相联系。因此，对失效原因诊断应该特别强调其科学性和公正性。

失效原因诊断的思路和方法有不同的分类方法。按诊断采用的方法可以分为理化诊断方法和系统工程诊断方法。理化诊断方法又可分为以失效件（肇事件）的强度、生产工艺、服役条件和设备类别为主的诊断方法等。

3.失效机理诊断

失效机理的诊断是指对失效的内在本质、必然性和规律性的研究，它是人们对失效性质认识的理论升华和提高。一个失效事件是外因和内因共同作用的结果。常把应力、温度、气氛介质等作为影响失效的外因；而把材料的成分、组织、缺陷、性能和它们的表现当作影响失效的内因。

失效的机理学就是内因和外因共同作用而最终导致失效事件发生的热力学、动力学和机构学，即研究失效内在的必然性和固有的规律性的学问。拿疾病来作比喻，失效模式相当于病症，失效原因是生病的原因，而失效机理则相当于病理。

一个失效事件，在失效机理尚未揭示的情况下就得出失效模式和原因的诊断结论意见，很可能是不牢靠的，或者是不科学的，并有可能造成误判，因此，失效机理的诊断或研究是十分重要的，而且，只有揭示失效的必然性和规律性，才能真正做到对同类失效事件的有效预防，做到“举一反三”和“亡羊补牢”。

失效机理诊断的基础是对失效机理的研究。失效机理的研究可分为宏观失效机理的研究（即失效的热力学和动力学研究）和微观失效机理的研究（即失效的微观机制理论和模型的研究）。按照研究尺度的大小，微观失效机理的研究又可分为细观尺度、分子尺度和原子尺度的研究。

失效机理研究采用的方法可分为定性的方法和定量的方法。定量的方法又可分为确定型方法和概率型（或模糊型）方法。失效机理研究所采用的模型按所属学科分为理化模型和物理数学模型，并可进一步细分为力学模型、物理模型、化学模型、材料学模型、数学模型以及它们联合作用的复合模型，具体的有：界限模型与耐久模型、应力强度干涉模型、反应论模型、失效率模型、最弱环模型与串联模型、绳子模型与并联模型、比例效应模型、退化模型或损伤积累模型等，可以看出，失效机理的定量研究的内容和范围十分广泛和充实。