基于TRIZ的新型動車組產品質量改進模式

賈偉男 付 琢 于海波 孔羽姝 祖瑀擎 畢凱喬

(1.中車長春軌道客車股份有限公司高速動車組制造中心， 130062， 長春；2.中車長春軌道客車股份有限公司國家軌道客車工程研究中心， 130062， 長春； 3.中車長春軌道客車股份有限公司工程技術中心， 130062， 長春∥第一作者， 高級工程師)

由于科學技術的限制，現階段動車組在生產過程中及上線運營后會產生大量的故障問題，因此，建立一種更加詳細且高效的動車組產品質量改進模式，具有重要的意義。該質量改進模式將用于故障信息的收集和分析工作，對動車組產品質量提升起到強力的推進作用；同時該模式的構建，可為后續動車組產品的“數字化轉型”提供有效的參考模板，可有效提升“數字化轉型”效率。

若采用原有拆分動車組產品質量問題管理模式，相關部門將耗費大量人力、物力且不具備現實意義。本文結合TRIZ(發明問題的解決理論)將原有質量問題改進方法進行創新改善，形成新的質量改進模式。

TRIZ有助于解決以技術矛盾和物理矛盾為特征的復雜發明問題,可通過一系列系統化解決問題的流程，幫助研發人員得到最有效的解決方案[1]。因此，TRIZ將是實現本文目標的有效輔助工具。

1 基于TRIZ的問題模型

當一個管理系統出現問題時，該系統的不足將在多方面體現。因此，對其進行改善及提升的手段亦是多種多樣的。解決問題的關鍵是要區分出系統的問題屬性和產生問題的根本原因，根據問題所表現出來的參數屬性、結構屬性和資源屬性等，可將一個待解決的實際問題轉化為問題模型；然后針對不同的問題模型，利用不同的TRIZ工具進行解決，最終得到應用。

1.1 功能模型分析

功能模型分析可以非常直觀地看出一個組件執行動作后對另一個組件的影響。依據現有的動車組產品質量管理體系構建功能模型(見圖1)，可反映出各質量問題的負責單位或機構對大部分質量問題所提出的解決方案仍停留在解決現車問題的層面上，并不有利于后期的創新和改善。

圖1 動車組產品質量管理體系改進模型Fig.1 Improved model of EMU product quality management system

1.2 因果鏈分析

企業內部質量管理問題通常涉及眾多因素，只有理順產生問題的根本原因，才能將現有管理模式進行改善提升，從而有效解決問題[1]。

以“動車組產品質量提升緩慢”為入手點，運用TRIZ的因果鏈分析法進行分析，得到3個問題關鍵點(見圖2中虛線圈內內容)。只有對質量問題提供可靠的數據支持，利用解決問題的最佳時機加強相關高技能人才培養，以及簡化問題反饋接口，才能從根本上對動車組產品質量管理體系進行改善和提升。

2 利用TRIZ工具解決實際問題

2.1 以質量問題缺乏數據支持為問題關鍵點

2.1.1 沖突矩陣

為保證生產正常有序進行，分析問題時間需較短，但因而會導致分析數據可靠性降低。由此得到了一組技術矛盾：改善了問題分析的時間損失，同時惡化了分析的可靠性。通過查找矛盾矩陣，得出增加不對稱性原理、預先作用原理及柔性殼體和薄膜原理。其中，柔性殼體和薄膜原理并不適用，故應舍棄。

圖2 動車組產品質量改進因果關系Fig.2 Causality of EMU product quality improvement

2.1.2 建立質量問題數據庫進行問題預處理(方案1)

2.1.2.1 建立質量問題數據庫

收集生產單位及售后部門的故障信息，按照數據庫要求錄入固定信息：車輛號，車廂號，問題所屬系統，故障現象，提報人，責任單位及負責人，以及處理措施等，售后問題須另行錄入車輛修程。如有需要，可附加說明文檔和分析報告等文件。

2.1.2.2 制定質量問題預處理分類統計模板

監理單位社會化、咨詢化是市場經濟發展的必然要求，也是監理單位確立其市場主體地位，適應市場經濟發展要求的必由之路。我國推行建設監理制度雖然走過了20多年，但總體上監理行業的市場主體地位還比較脆弱，監理工作的社會化、公正性和獨立性還沒有得到充分的尊重，需要認真總結經驗，深入分析面臨的問題和挑戰，建立政府引導、政策扶持的機制和體制，制定引導監理單位確立、鞏固和發展市場主導地位的政策措施，加快推進建立適應市場經濟發展要求的社會監理單位的步伐，促進監理工作的社會化、公正性和獨立性。

質量問題所涉及的原因很多，若要為其提供可靠的數據支持，需要對質量問題的根本原因進行歸類。經對已有質量問題進行分析，得出如表1所示的分類統計模板。

表1 質量問題預處理分類統計模板Tab.1 Statistics template of quality problem preprocessing classification

通過質量問題描述及處理措施，可判斷出質量問題出現的根本原因。將該原因依照表1的分類要求進行數據庫信息錄入，可完整分類全部質量問題。在信息錄入過程中，分析人員可通過組合模板內分類信息對應括號內的字符，簡化錄入內容，極大地縮短了信息錄入的時間。需要說明的是，在分析過程中對條目中料件的質量類問題進行分類時，需要統計發生質量問題的位置及詳細料件信息，其他分類條目只需要記錄發生問題的位置即可。

2.2 以錯過處理問題最佳時機為問題關鍵點

2.2.1 分離方法

物理矛盾的解決方法一直是TRIZ研究的重要內容，而解決物理矛盾的核心思想是實現矛盾雙方的分離[1]。在處理質量問題的過程中，經常會發生錯過處理問題最佳時機的現象。由此可發現，質量問題發生的時間節點為“早”，而質量問題的處理時間節點為“晚”，該問題關鍵的矛盾雙方在某一時段內僅出現一方，因此，應使用TRIZ工具從時間上對該問題進行分離，并通過預先反作用原理和事先防范原理得出方案2。

2.2.2 質量問題管理前移(方案2)

當前車間技術部門發現和收集質量問題，主要通過車輛調試試驗及售后部門反饋兩種途徑。通過以上兩種途徑，在車輛部件安裝完畢的情況下均能發現質量問題。在這種車輛狀態環境下，部分質量問題極難進行處理。通過對此類問題進行分析，得出在后道工序施工時，能更容易發現前道工序施工中所存在的問題。

結合TRIZ的時間分離工具，得出在動車組裝配和涂裝單元時建立質量記錄功能模型，以反饋前道工序施工中帶來的質量問題。通過后工序檢查前工序中存在的質量問題，再將問題匯總、分析及改善。通過質量記錄功能模型，將本該出現在調試單元及售后單元中的質量問題提前解決[2]，如圖3所示。

2.3 以缺乏質量管理高技能人才為問題關鍵點

2.3.1 物質-場模型

2.3.2 引入創新工作室(方案3)

創新工作室是傳統企業中的一個全新的概念，它通過人才、技術、管理等資源整合，為技術攻關、成果轉化、人才培養提供平臺。在提高管理效率、降低生產成本等方面發揮重要作用。

圖3 質量記錄功能模型Fig.3 Production quality record function model

圖4 物質-場模型示意圖Fig.4 Matter-field model

在動車組產品質量控制中引入創新工作室的概念，可使管理人員和操作者在大量的質量問題中不斷得到磨練和提升，通過建立創新思維能力并加以融會貫通，迅速成長為高級質量管理人才。培養高級質量管理人才目標的實現，可以更有效地利用質量問題解決方案，通過從中提取有效創新點完成成果轉化，以提高新技術、新工藝、新標準及新專利的輸出數量。

2.4 使用其他TRIZ工具對課題進行攻關

2.4.1 小人法

當系統內的部分組件不能完成其必要的功能，且相互之間存在典型矛盾沖突時，可以采用2組小人來代表這些部件，并通過第3組能動小人，協助原有小人實現預期的功能，然后根據小人模型對原功能結構進行重新設計。

2.4.2 建立質量經驗傳承機制(方案4)

動車組產品在短暫的發展歷史中，實現了多次產品革新。大量的技術創新使入職較晚的員工在處理質量問題時存在經驗壁壘，導致質量問題解決效率較低。小人法中的經驗傳承機制小人可以有效解決老員工與新員工之間存在的沖突。質量經驗傳承機制的具體措施如表2所示。

表2 質量經驗傳承機制的具體措施Tab.2 Quality experience inheritance mechanism program

2.4.3 精簡質量問題反饋接口(方案5)

將1個或1個以上的組件去掉，并將其所執行的有用功能利用系統或超系統中剩余的組件來進行功能替換。

在對部分方案試行過程中，總結出動車組產品質量問題收集時間較晚，解決時間較急的特性。該特性給問題解決方案的輸出、匯總及監管帶來困難，導致質量管理人員需要投入大量額外的工作時間。針對該矛盾，將原有反饋流程進行裁剪，移除原有的質量問題由車間技術部反饋給各負責人的流程，保留將質量問題反饋給主管領導的流程。裁剪后的流程增加了質量問題負責領導的工作內容，但簡化了反饋流程的復雜程度，同時提升了反饋效率和監管力度。

3 動車組產品質量改進模式的整合擴充及優化

3.1 原有質量改進模式功能擴充

為使動車組產品質量問題分析整改更加全面，確保改善后的體系運轉更加流暢高效，將原有改進模式進行整合優化，對現用質量問題改進方法進行功能擴充，如圖5所示。

結合方案1、方案2與方案5，在各個生產單元建立質量記錄監管模式，用于反饋前工序施工存在的缺陷；同時將質量記錄匯總至車間技術部門，錄入質量問題數據庫。在此基礎上新增“質量問題分析簡報”管理模塊，用于生成各類質量問題數據、圖表等信息，并輸出給各責任單位及新引入的創新工作室作為參考資料，以形成質量信息備忘錄?！顿|量問題分析簡報》管理模塊的擴充，可以有效對質量問題進行溯源，且從根源上解決質量問題；同時也對質量問題分析提供有效、可靠的數據支撐。

結合方案3與方案4，在加強“傳幫帶”實施的同時，引入創新工作室，通過各部門間相互配合，使得輸出質量問題的解決方案更具有可持續發展性，方案可執行率及可利用率更高。高質量的解決方案，可引起連環反應，即新技術、新工藝等創新成果輸出更多、更穩定，同時高級人才的鍛煉和培養速度也得到提升。

圖5 擴充后的動車組產品質量改進功能模型Fig.5 Extended functional model of EMU product quality improvement

3.2 本課題數字化轉型優化方案

現階段動車組產品質量的提升，仍采用紙質或電子文檔等低效載體，此類載體在管理上存在嚴重的時效和容量上的問題。零部件眾多、運行工況復雜導致產品質量問題的發生存在隨機性，使得質量管理人員難以通過傳統記錄媒介進行高效工作。

為了解決該問題，結合本課題“提升動車組產品方案的可發展性”的初心，建立動車組產品質量數字化管理平臺建設模型(見圖6)。通過部署統一的上傳數據節點，增加人機通信交互的次數，實現對產品全壽命周期的閉環把控，完成對“全部零件、全數成員、全體流程”的數字化統一管理，以達成“提升產品質量”和“增加生產效率”的目標，實現產品全壽命周期數據貫通。使得動車組產品技術狀態更加清晰，質量提升方案輪廓更加具體。

圖6 動車組產品質量數字化管理平臺建設模型Fig.6 Construction model of digital management platform for EMU product quality

4 結語

本文從整合優化后的質量改進模式的實際應用中得出，新質量改進模式極大地提升了質量問題信息的利用率。質量問題數據庫協同質量分析簡報管理模式能夠有針對性地解決錯過最佳時機的質量問題，同時為創新工作室提供數據支撐，使動車組制造工藝標準得到完善和提升，使專利輸出及高級人才培養也能夠持續進行。同時,本質量改進模式也為動車組產品“數字化轉型”提供有效參考，為動車組產品質量問題數字化平臺的搭建打下基礎。