TRIZ與6σ集成創新方法在鋼鐵行業的應用研究

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TRIZ與6σ集成創新方法在鋼鐵行業的應用研究

屈天鵬1王德永1*孫涌1*鄒長東2趙萍萍3

1.蘇州大學沙鋼鋼鐵學院江蘇蘇州2150212.沙鋼鋼鐵研究院江蘇張家港215625 3.江蘇省生產力促進中心江蘇南京210042

[摘要]堅持技術創新是確保企業占據行業優勢地位的重要戰略。本文對比分析了TRIZ創新方法與6σ管理創新方法的特點，提出了將TRIZ與6σ過程相融合的集成創新模式。依據此集成創新方法系統分析了硅鋼生產過程中硫含量達標率低的原因和主要影響因素，并且針對具體問題創新性地解決了企業的生產難題，使硅鋼硫含量達標率由原先的12％提高到35％以上，給企業創造了顯著的經濟效益。同時，據此驗證了該集成創新方法的創新性和有效性，本研究對于創新方法理論研究和實踐應用具有重要的指導意義。

[關鍵詞]技術創新;TRIZ;6σ;集成創新;鋼鐵行業

1、我國鋼鐵工業發展現狀

改革開放后，經過三十多年的快速發展，我國鋼鐵產量和質量均得到顯著提高[1]。在過去20年間，中國粗鋼產量由1995年的不足1億噸迅速發展到2014年的8.23億噸，我國粗鋼產量占世界產量50％左右。近幾年來隨著產能過剩和下游產業發展速度減緩，鋼鐵市場出現產業發展低迷、價格連續下跌的發展“新常態”，鋼鐵價格相對于歷史高點跌幅達到45％。國家已經將“避免鋼鐵企業同質化競爭，鼓勵有實力的鋼鐵企業自主開發高品質鋼產品”作為鋼鐵工業“十二五”發展規劃的重要內容。對于國際競爭而言，隨著我國鋼鐵工業的長足發展，與國際領先鋼鐵企業的差距也在不斷縮小，但我國鋼鐵企業在知識產權管理方面卻相對落后，影響了我國鋼鐵工業在國際領域中的競爭力。進入新世紀后，經過裝備改造和多年的技術積累，許多鋼企的技術裝備接近或者達到國際水平，生產的產品類型和質量也越來越接近國際水平，與國際上其他企業生產的產品交叉度越來越高，競爭力和市場占有率越來越強。為了維護自身的市場利益，領先的國際鋼鐵企業通常會向我國鋼鐵企業提起知識產權訴訟，以保護自身技術及產品，進而保持市場地位。國內外經濟宏觀環境的深刻變化及鋼鐵行業發展現狀，已倒逼我國鋼鐵業進入了產業轉型升級這樣一個重大變革時期[2]。然而，面對鋼鐵工業轉型發展的歷史必然要求，國內鋼鐵行業技術創新卻依然存在如下問題：由于管理問題企業自主創新動力不足；企業人員掌握的創新方法有限，缺乏有效的創新方法保障技術創新的實現；對于創新方法的理解不夠深入，運用過程中仍然依賴傳統定勢思維，未能充分發揮創新方法的功能，最終因為未能尋找到最優方法而對創新方法本身失去信心。高附加值鋼鐵制品的生產依托于從技術研發到生產過程控制整個流程上的技術創新，如圖1所示。技術工藝創新方面，國有企業更有優勢，民營企業略有欠缺。很多民營企業的技術創新體系不夠健全，其技術改進基本上是模仿跟隨。但是，由于其運行體制相對靈活，更容易嘗試新技術和新方法來改善其生產工藝和技術產品性能，提升自身的經濟效益。

為了進一步提升企業核心競爭力，國內鋼鐵企業鼓勵員工開展技術創新，但是囿于傳統思維的限制，一直以來收獲甚微。近年來，國內鋼鐵企業先后引入了各種創新方法，幫助員工突破傳統思維慣性，對于鋼鐵生產過程中的具體技術難題進行詳細分析，形成數項切實可行的實施方案，改善生產操作。加強創新理論和方法在鋼鐵企業的廣泛普及必然成為增強鋼鐵企業創新能力和效率的有效途徑，更是當前市場環境下鋼鐵企業提升企業核心競爭力的現實選擇。

2、TRIZ與6σ集成創新模式探討

TRIZ的含義是發明問題解決理論[3-4]，是由俄文按照ISO/R9-1968E規定轉換成拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的首字母縮寫，其英文全稱為Theory of Inventive Problem Solving，因此，TRIZ在歐美國家也縮寫為TIPS。TRIZ是基于知識的、面向人的發明問題解決系統化方法學。TRIZ理論是由前蘇聯發明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年創立的。1946年，阿奇舒勒開始了發明問題解決理論的研究工作，并在以后數十年中，一直致力于TRIZ理論的研究和完善。在其領導下，前蘇聯的數十家研究機構、大學、企業組成了TRIZ的研究團體，先后分析了全球近250萬份高水平的發明專利，總結出各種技術發展進化所遵循的規律模式，以及解決各種技術矛盾和物理矛盾的創新原理和法則，建立起一個由解決技術問題，實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系，并綜合多學科領域的原理和法則，建立起TRIZ理論體系。

TRIZ是從全世界200多萬件高水平發明專利中總結提煉的一整套解決發明難題的分析方法、分析工具、發明原理、解題模型、標準解法等系統工具與方法，鋼鐵企業推行TRIZ具有重要的意義。TRIZ理論成功揭示了創造發明的內在規律和原理，使企業的科技發明變得有規律可循。鋼鐵企業應用TRIZ理論可以改變傳統研發工作中靠無數次反復試驗或專家靈感突發來解決問題的方式，是鋼鐵企業技術創新的有效工具[5-6]。國內知名鋼鐵公司，寶鋼、首鋼、武鋼、太鋼等均開展了創新方法普及工作，并且在應用過程中也起到了顯著的成效，部分長期困擾企業的生產難題得到順利解決。由于國內創新方法的推行較國外晚，目前國內鋼鐵企業尚未形成具有自身特點的融合的創新方法。

隨著創新方法的進一步發展，越來越多的企業傾向于多種創新方法的融合[7-11]。國內鋼鐵企業在實施TRIZ過程中，也應將TRIZ方法與企業開展的6σ等現代化管理方法結合起來，以發揮各種管理方法間更大的協同效應，TRIZ與6σ方法的特點如表1所示。6σ主要管理模式DMAIC、DMADV能夠很好的發現創新主體待解決的問題并準確描述。將TRIZ與六西格瑪管理模式集成作為一種科學的創新方法來實現創新。在實施6σ項目時，通過將TRIZ與6σ管理模式的集成，可以提高6σ項目實施的效率。

表1　TRIZ與六西格瑪方法比較

6σ解決問題過程可以分為定義問題階段→測量階段→問題分析階段→改進階段→控制階段，傳統6σ在分析問題之后形成的技術方案往往創新性不夠，該階段的方法有限，而TRIZ方法恰恰可以彌補6σ過程在這方面的不足，因此，通過在6σ過程中集成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問題，圖2形象地顯示了TRIZ融入6σ過程前后的問題解決效果。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用的成功先例為韓國三星公司，他們將經典TRIZ理論融入產品設計流程的六西格瑪方法當中，如圖4所示，創造了可觀的經濟效益。由此可見，隨著創新方法在生產企業的廣泛應用和深入研究，多種創新方法的融合達到方法協同創新的目標已經成為創新方法的發展趨勢。

3、鋼鐵企業應用集成創新方法案例

國內某鋼廠在生產冷軋硅鋼過程中，發現鋼中微細MnS析出物會對硅鋼的磁性能產生嚴重影響，硫含量越高，鐵損越大。為了改善硅鋼產品的磁性能，需要顯著提高生產過程中鋼中硫含量的達標率。為此，企業專門組織技術人員利用TRIZ與6σ集成創新方法對硅鋼生產過程中硫含量達標率進行了技術攻關。

3.1項目定義階段(D)

主要開展的工作內容包括：(1)項目背景及問題描述；(2)項目風險及約束條件梳理；(3)確定顧客關鍵要求CTQ；(4)Y的定義與目標確定；(5)項目范圍與流程價值分析；(6)預期項目收益分析；(7)組件項目團隊；(8)項目實施計劃；(9)項目授權書。

該階段的主要任務是確定顧客CTQ，具體流程如下，

依據顧客CTQ，定義Y為超低硫硅鋼硫含量合格率，其中數據來此生產系統L2系統和質量檢測部門。

現階段生產過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。通過對比同行業先進水平，確定項目攻關目標為50％，定義行業先進目標為70％。到此，完成了項目的問題定義階段。

3.2項目測量階段(M)

該階段主要工作內容包括：(1)編制Y的數據收集計劃；(2)測量系統分析；(3)過程穩定性分析；(4)過程能力分析；(5)變量IPO流程圖分析；(6)C&E矩陣分析；(7)FEMA分析。

硅鋼生產過程中脫硫和控硫是一個系統過程，具體包括煉鐵之后的鐵水預處理過程KR預脫硫硫含量可以降至0.002％以下；轉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程中控制鋼中回硫，達到控硫目標硫含量低于0.003％。

3.3項目分析階段(A)

實施過程中通過IPO流程圖、因果矩陣分析和失效模式分析，總結出影響生產過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、轉爐下渣量、鋼水和爐渣氧勢、RH脫硫劑量、脫硫劑加入方式和循環處理時間。

3.4項目改進階段(I)

經過以上階段的分析基本確定了鋼中硫含量的變化過程以及主要影響因素，為了在生產中提高硫含量的命中率，需要針對現生產過程進行改造，在關鍵環節開展突破性創新研究。為此，在該階段引入TRIZ方法，重點考慮解決二次精煉階段的鋼水回硫問題。據此，提出一項課題為通過降低鋼水和爐渣氧勢，即提高鋼中非金屬夾雜物去除率來控制鋼中硫含量。利用TRIZ標準結題流程，項目描述→功能分析→三軸分析→矛盾分析→物場分析→方案評價，最終確定了數項可行方案，如圖6所示，通過改變RH浸漬管內徑形狀，增加循環流動效率可以顯著降低鋼中硫含量，控制鋼中回硫現象。

3.5項目控制階段(C)

將以上用TRIZ方法獲取的技術方案應用于工業生產，二次精煉RH終點全氧由原工藝15-35ppm，降至15ppm以下，經脫硫后，硫含量的達標率大幅度提高，如圖7所示，[S]≤0.003％達標率升至35％。顯著提高了產品合格率和客戶滿意度。

3、結論

針對鋼鐵行業面臨的發展新常態，廣大企業紛紛在尋求突破途徑，經過幾年的生產應用發現，在鋼鐵企業推廣創新方法有助于提高科研人員的創新能力，幫助企業提高高附加值產品生產技術的開發效率。本文對比分析了TRIZ創新方法與6σ管理創新方法的特點，提出了將TRIZ與6σ過程相融合的集成創新模式。

采用集成創新方法系統分析了硅鋼生產過程中硫含量達標率低的原因和主要影響因素，并且針對具體問題創新性地解決了企業的生產難題，使硅鋼硫含量達標率由原先的12％提高到35％以上，給企業創造了顯著的經濟效益。同時，據此驗證了該集成創新方法的創新性和有效性，本研究對于創新方法理論研究和實踐應用具有重要的指導意義。

參考文獻

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