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TRIZ與6σ集成創(chuàng)新方法在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用研究

屈天鵬1王德永1*孫涌1*鄒長(zhǎng)東2趙萍萍3

1.蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院江蘇蘇州2150212.沙鋼鋼鐵研究院江蘇張家港215625 3.江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心江蘇南京210042

[摘要]堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新是確保企業(yè)占據(jù)行業(yè)優(yōu)勢(shì)地位的重要戰(zhàn)略。本文對(duì)比分析了TRIZ創(chuàng)新方法與6σ管理創(chuàng)新方法的特點(diǎn)，提出了將TRIZ與6σ過(guò)程相融合的集成創(chuàng)新模式。依據(jù)此集成創(chuàng)新方法系統(tǒng)分析了硅鋼生產(chǎn)過(guò)程中硫含量達(dá)標(biāo)率低的原因和主要影響因素，并且針對(duì)具體問(wèn)題創(chuàng)新性地解決了企業(yè)的生產(chǎn)難題，使硅鋼硫含量達(dá)標(biāo)率由原先的12％提高到35％以上，給企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，據(jù)此驗(yàn)證了該集成創(chuàng)新方法的創(chuàng)新性和有效性，本研究對(duì)于創(chuàng)新方法理論研究和實(shí)踐應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]技術(shù)創(chuàng)新;TRIZ;6σ;集成創(chuàng)新;鋼鐵行業(yè)

1、我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

改革開放后，經(jīng)過(guò)三十多年的快速發(fā)展，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量均得到顯著提高[1]。在過(guò)去20年間，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量由1995年的不足1億噸迅速發(fā)展到2014年的8.23億噸，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量占世界產(chǎn)量50％左右。近幾年來(lái)隨著產(chǎn)能過(guò)剩和下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度減緩，鋼鐵市場(chǎng)出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展低迷、價(jià)格連續(xù)下跌的發(fā)展“新常態(tài)”，鋼鐵價(jià)格相對(duì)于歷史高點(diǎn)跌幅達(dá)到45％。國(guó)家已經(jīng)將“避免鋼鐵企業(yè)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，鼓勵(lì)有實(shí)力的鋼鐵企業(yè)自主開發(fā)高品質(zhì)鋼產(chǎn)品”作為鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容。對(duì)于國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)而言，隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，與國(guó)際領(lǐng)先鋼鐵企業(yè)的差距也在不斷縮小，但我國(guó)鋼鐵企業(yè)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理方面卻相對(duì)落后，影響了我國(guó)鋼鐵工業(yè)在國(guó)際領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)力。進(jìn)入新世紀(jì)后，經(jīng)過(guò)裝備改造和多年的技術(shù)積累，許多鋼企的技術(shù)裝備接近或者達(dá)到國(guó)際水平，生產(chǎn)的產(chǎn)品類型和質(zhì)量也越來(lái)越接近國(guó)際水平，與國(guó)際上其他企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品交叉度越來(lái)越高，競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率越來(lái)越強(qiáng)。為了維護(hù)自身的市場(chǎng)利益，領(lǐng)先的國(guó)際鋼鐵企業(yè)通常會(huì)向我國(guó)鋼鐵企業(yè)提起知識(shí)產(chǎn)權(quán)訴訟，以保護(hù)自身技術(shù)及產(chǎn)品，進(jìn)而保持市場(chǎng)地位。國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)宏觀環(huán)境的深刻變化及鋼鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，已倒逼我國(guó)鋼鐵業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)這樣一個(gè)重大變革時(shí)期[2]。然而，面對(duì)鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的歷史必然要求，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新卻依然存在如下問(wèn)題：由于管理問(wèn)題企業(yè)自主創(chuàng)新動(dòng)力不足；企業(yè)人員掌握的創(chuàng)新方法有限，缺乏有效的創(chuàng)新方法保障技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)；對(duì)于創(chuàng)新方法的理解不夠深入，運(yùn)用過(guò)程中仍然依賴傳統(tǒng)定勢(shì)思維，未能充分發(fā)揮創(chuàng)新方法的功能，最終因?yàn)槲茨軐ふ业阶顑?yōu)方法而對(duì)創(chuàng)新方法本身失去信心。高附加值鋼鐵制品的生產(chǎn)依托于從技術(shù)研發(fā)到生產(chǎn)過(guò)程控制整個(gè)流程上的技術(shù)創(chuàng)新，如圖1所示。技術(shù)工藝創(chuàng)新方面，國(guó)有企業(yè)更有優(yōu)勢(shì)，民營(yíng)企業(yè)略有欠缺。很多民營(yíng)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新體系不夠健全，其技術(shù)改進(jìn)基本上是模仿跟隨。但是，由于其運(yùn)行體制相對(duì)靈活，更容易嘗試新技術(shù)和新方法來(lái)改善其生產(chǎn)工藝和技術(shù)產(chǎn)品性能，提升自身的經(jīng)濟(jì)效益。

為了進(jìn)一步提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)鼓勵(lì)員工開展技術(shù)創(chuàng)新，但是囿于傳統(tǒng)思維的限制，一直以來(lái)收獲甚微。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)先后引入了各種創(chuàng)新方法，幫助員工突破傳統(tǒng)思維慣性，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的具體技術(shù)難題進(jìn)行詳細(xì)分析，形成數(shù)項(xiàng)切實(shí)可行的實(shí)施方案，改善生產(chǎn)操作。加強(qiáng)創(chuàng)新理論和方法在鋼鐵企業(yè)的廣泛普及必然成為增強(qiáng)鋼鐵企業(yè)創(chuàng)新能力和效率的有效途徑，更是當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下鋼鐵企業(yè)提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)實(shí)選擇。

2、TRIZ與6σ集成創(chuàng)新模式探討

TRIZ的含義是發(fā)明問(wèn)題解決理論[3-4]，是由俄文按照ISO/R9-1968E規(guī)定轉(zhuǎn)換成拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的首字母縮寫，其英文全稱為Theory of Inventive Problem Solving，因此，TRIZ在歐美國(guó)家也縮寫為TIPS。TRIZ是基于知識(shí)的、面向人的發(fā)明問(wèn)題解決系統(tǒng)化方法學(xué)。TRIZ理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年創(chuàng)立的。1946年，阿奇舒勒開始了發(fā)明問(wèn)題解決理論的研究工作，并在以后數(shù)十年中，一直致力于TRIZ理論的研究和完善。在其領(lǐng)導(dǎo)下，前蘇聯(lián)的數(shù)十家研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)組成了TRIZ的研究團(tuán)體，先后分析了全球近250萬(wàn)份高水平的發(fā)明專利，總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化所遵循的規(guī)律模式，以及解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新原理和法則，建立起一個(gè)由解決技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則，建立起TRIZ理論體系。

TRIZ是從全世界200多萬(wàn)件高水平發(fā)明專利中總結(jié)提煉的一整套解決發(fā)明難題的分析方法、分析工具、發(fā)明原理、解題模型、標(biāo)準(zhǔn)解法等系統(tǒng)工具與方法，鋼鐵企業(yè)推行TRIZ具有重要的意義。TRIZ理論成功揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，使企業(yè)的科技發(fā)明變得有規(guī)律可循。鋼鐵企業(yè)應(yīng)用TRIZ理論可以改變傳統(tǒng)研發(fā)工作中靠無(wú)數(shù)次反復(fù)試驗(yàn)或?qū)＜异`感突發(fā)來(lái)解決問(wèn)題的方式，是鋼鐵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的有效工具[5-6]。國(guó)內(nèi)知名鋼鐵公司，寶鋼、首鋼、武鋼、太鋼等均開展了創(chuàng)新方法普及工作，并且在應(yīng)用過(guò)程中也起到了顯著的成效，部分長(zhǎng)期困擾企業(yè)的生產(chǎn)難題得到順利解決。由于國(guó)內(nèi)創(chuàng)新方法的推行較國(guó)外晚，目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)尚未形成具有自身特點(diǎn)的融合的創(chuàng)新方法。

隨著創(chuàng)新方法的進(jìn)一步發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)傾向于多種創(chuàng)新方法的融合[7-11]。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)在實(shí)施TRIZ過(guò)程中，也應(yīng)將TRIZ方法與企業(yè)開展的6σ等現(xiàn)代化管理方法結(jié)合起來(lái)，以發(fā)揮各種管理方法間更大的協(xié)同效應(yīng)，TRIZ與6σ方法的特點(diǎn)如表1所示。6σ主要管理模式DMAIC、DMADV能夠很好的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新主體待解決的問(wèn)題并準(zhǔn)確描述。將TRIZ與六西格瑪管理模式集成作為一種科學(xué)的創(chuàng)新方法來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。在實(shí)施6σ項(xiàng)目時(shí)，通過(guò)將TRIZ與6σ管理模式的集成，可以提高6σ項(xiàng)目實(shí)施的效率。

表1　TRIZ與六西格瑪方法比較

6σ解決問(wèn)題過(guò)程可以分為定義問(wèn)題階段→測(cè)量階段→問(wèn)題分析階段→改進(jìn)階段→控制階段，傳統(tǒng)6σ在分析問(wèn)題之后形成的技術(shù)方案往往創(chuàng)新性不夠，該階段的方法有限，而TRIZ方法恰恰可以彌補(bǔ)6σ過(guò)程在這方面的不足，因此，通過(guò)在6σ過(guò)程中集成TRIZ方法往往可以獲取突破性的解決方案，有助于有效解決技術(shù)問(wèn)題，圖2形象地顯示了TRIZ融入6σ過(guò)程前后的問(wèn)題解決效果。具體的TRIZ理論與6σ在各階段的融合如圖3所示。

在多方法融合方面研究和應(yīng)用的成功先例為韓國(guó)三星公司，他們將經(jīng)典TRIZ理論融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的六西格瑪方法當(dāng)中，如圖4所示，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，隨著創(chuàng)新方法在生產(chǎn)企業(yè)的廣泛應(yīng)用和深入研究，多種創(chuàng)新方法的融合達(dá)到方法協(xié)同創(chuàng)新的目標(biāo)已經(jīng)成為創(chuàng)新方法的發(fā)展趨勢(shì)。

3、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用集成創(chuàng)新方法案例

國(guó)內(nèi)某鋼廠在生產(chǎn)冷軋硅鋼過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鋼中微細(xì)MnS析出物會(huì)對(duì)硅鋼的磁性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，硫含量越高，鐵損越大。為了改善硅鋼產(chǎn)品的磁性能，需要顯著提高生產(chǎn)過(guò)程中鋼中硫含量的達(dá)標(biāo)率。為此，企業(yè)專門組織技術(shù)人員利用TRIZ與6σ集成創(chuàng)新方法對(duì)硅鋼生產(chǎn)過(guò)程中硫含量達(dá)標(biāo)率進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

3.1項(xiàng)目定義階段(D)

主要開展的工作內(nèi)容包括：(1)項(xiàng)目背景及問(wèn)題描述；(2)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)及約束條件梳理；(3)確定顧客關(guān)鍵要求CTQ；(4)Y的定義與目標(biāo)確定；(5)項(xiàng)目范圍與流程價(jià)值分析；(6)預(yù)期項(xiàng)目收益分析；(7)組件項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)；(8)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃；(9)項(xiàng)目授權(quán)書。

該階段的主要任務(wù)是確定顧客CTQ，具體流程如下，

依據(jù)顧客CTQ，定義Y為超低硫硅鋼硫含量合格率，其中數(shù)據(jù)來(lái)此生產(chǎn)系統(tǒng)L2系統(tǒng)和質(zhì)量檢測(cè)部門。

現(xiàn)階段生產(chǎn)過(guò)程中硫含量控制水平如圖5所示，Y平均水平為12％左右，歷史最好水平為30％左右。通過(guò)對(duì)比同行業(yè)先進(jìn)水平，確定項(xiàng)目攻關(guān)目標(biāo)為50％，定義行業(yè)先進(jìn)目標(biāo)為70％。到此，完成了項(xiàng)目的問(wèn)題定義階段。

3.2項(xiàng)目測(cè)量階段(M)

該階段主要工作內(nèi)容包括：(1)編制Y的數(shù)據(jù)收集計(jì)劃；(2)測(cè)量系統(tǒng)分析；(3)過(guò)程穩(wěn)定性分析；(4)過(guò)程能力分析；(5)變量IPO流程圖分析；(6)C&E矩陣分析；(7)FEMA分析。

硅鋼生產(chǎn)過(guò)程中脫硫和控硫是一個(gè)系統(tǒng)過(guò)程，具體包括煉鐵之后的鐵水預(yù)處理過(guò)程KR預(yù)脫硫硫含量可以降至0.002％以下；轉(zhuǎn)爐冶煉階段需要控制鋼液回硫，需要將硫含量控制在0.005％以下；二次精煉階段利用真空脫硫促使硫含量在0.003％以下；最終在連鑄凝固成形過(guò)程中控制鋼中回硫，達(dá)到控硫目標(biāo)硫含量低于0.003％。

3.3項(xiàng)目分析階段(A)

實(shí)施過(guò)程中通過(guò)IPO流程圖、因果矩陣分析和失效模式分析，總結(jié)出影響生產(chǎn)過(guò)程中硫含量的主要因素包括：脫硫渣帶入硫量、廢鋼帶入硫量、轉(zhuǎn)爐下渣量、鋼水和爐渣氧勢(shì)、RH脫硫劑量、脫硫劑加入方式和循環(huán)處理時(shí)間。

3.4項(xiàng)目改進(jìn)階段(I)

經(jīng)過(guò)以上階段的分析基本確定了鋼中硫含量的變化過(guò)程以及主要影響因素，為了在生產(chǎn)中提高硫含量的命中率，需要針對(duì)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行改造，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展突破性創(chuàng)新研究。為此，在該階段引入TRIZ方法，重點(diǎn)考慮解決二次精煉階段的鋼水回硫問(wèn)題。據(jù)此，提出一項(xiàng)課題為通過(guò)降低鋼水和爐渣氧勢(shì)，即提高鋼中非金屬夾雜物去除率來(lái)控制鋼中硫含量。利用TRIZ標(biāo)準(zhǔn)結(jié)題流程，項(xiàng)目描述→功能分析→三軸分析→矛盾分析→物場(chǎng)分析→方案評(píng)價(jià)，最終確定了數(shù)項(xiàng)可行方案，如圖6所示，通過(guò)改變RH浸漬管內(nèi)徑形狀，增加循環(huán)流動(dòng)效率可以顯著降低鋼中硫含量，控制鋼中回硫現(xiàn)象。

3.5項(xiàng)目控制階段(C)

將以上用TRIZ方法獲取的技術(shù)方案應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，二次精煉RH終點(diǎn)全氧由原工藝15-35ppm，降至15ppm以下，經(jīng)脫硫后，硫含量的達(dá)標(biāo)率大幅度提高，如圖7所示，[S]≤0.003％達(dá)標(biāo)率升至35％。顯著提高了產(chǎn)品合格率和客戶滿意度。

3、結(jié)論

針對(duì)鋼鐵行業(yè)面臨的發(fā)展新常態(tài)，廣大企業(yè)紛紛在尋求突破途徑，經(jīng)過(guò)幾年的生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在鋼鐵企業(yè)推廣創(chuàng)新方法有助于提高科研人員的創(chuàng)新能力，幫助企業(yè)提高高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)效率。本文對(duì)比分析了TRIZ創(chuàng)新方法與6σ管理創(chuàng)新方法的特點(diǎn)，提出了將TRIZ與6σ過(guò)程相融合的集成創(chuàng)新模式。

采用集成創(chuàng)新方法系統(tǒng)分析了硅鋼生產(chǎn)過(guò)程中硫含量達(dá)標(biāo)率低的原因和主要影響因素，并且針對(duì)具體問(wèn)題創(chuàng)新性地解決了企業(yè)的生產(chǎn)難題，使硅鋼硫含量達(dá)標(biāo)率由原先的12％提高到35％以上，給企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，據(jù)此驗(yàn)證了該集成創(chuàng)新方法的創(chuàng)新性和有效性，本研究對(duì)于創(chuàng)新方法理論研究和實(shí)踐應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

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