屈天鵬 王德永 孫涌 鄒長東 趙萍萍

[摘要]堅持技術(shù)創(chuàng)新是確保企業(yè)占據(jù)行業(yè)優(yōu)勢地位的重要戰(zhàn)略。本文對比分析了TRIZ創(chuàng)新方法與6σ管理創(chuàng)新方法的特點，提出了將TRIZ與6σ過程相融合的集成創(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，并且針對具體問題創(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，據(jù)此驗證了該集成創(chuàng)新方法的創(chuàng)新性和有效性，本研究對于創(chuàng)新方法理論研究和實踐應(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、我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

改革開放后，經(jīng)過三十多年的快速發(fā)展，我國鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量均得到顯著提高[1]。在過去20年間，中國粗鋼產(chǎn)量由1995年的不足1億噸迅速發(fā)展到2014年的8.23億噸，我國粗鋼產(chǎn)量占世界產(chǎn)量50%左右。近幾年來隨著產(chǎn)能過剩和下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度減緩，鋼鐵市場出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展低迷、價格連續(xù)下跌的發(fā)展“新常態(tài)”，鋼鐵價格相對于歷史高點跌幅達(dá)到45%。國家已經(jīng)將“避免鋼鐵企業(yè)同質(zhì)化競爭，鼓勵有實力的鋼鐵企業(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。對于國際競爭而言，隨著我國鋼鐵工業(yè)的長足發(fā)展，與國際領(lǐng)先鋼鐵企業(yè)的差距也在不斷縮小，但我國鋼鐵企業(yè)在知識產(chǎn)權(quán)管理方面卻相對落后，影響了我國鋼鐵工業(yè)在國際領(lǐng)域中的競爭力。進(jìn)入新世紀(jì)后，經(jīng)過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)到國際水平，生產(chǎn)的產(chǎn)品類型和質(zhì)量也越來越接近國際水平，與國際上其他企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品交叉度越來越高，競爭力和市場占有率越來越強(qiáng)。為了維護(hù)自身的市場利益，領(lǐng)先的國際鋼鐵企業(yè)通常會向我國鋼鐵企業(yè)提起知識產(chǎn)權(quán)訴訟，以保護(hù)自身技術(shù)及產(chǎn)品，進(jìn)而保持市場地位。國內(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，已倒逼我國鋼鐵業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級這樣一個重大變革時期[2]。然而，面對鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的歷史必然要求，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新卻依然存在如下問題：由于管理問題企業(yè)自主創(chuàng)新動力不足；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)新的實現(xiàn)；對于創(chuàng)新方法的理解不夠深入，運用過程中仍然依賴傳統(tǒng)定勢思維，未能充分發(fā)揮創(chuàng)新方法的功能，最終因為未能尋找到最優(yōu)方法而對創(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)過程控制整個流程上的技術(shù)創(chuàng)新，如圖1所示。技術(shù)工藝創(chuàng)新方面，國有企業(yè)更有優(yōu)勢，民營企業(yè)略有欠缺。很多民營企業(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，由于其運行體制相對靈活，更容易嘗試新技術(shù)和新方法來改善其生產(chǎn)工藝和技術(shù)產(chǎn)品性能，提升自身的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 鋼鐵生產(chǎn)流程

為了進(jìn)一步提升企業(yè)核心競爭力，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)鼓勵員工開展技術(shù)創(chuàng)新，但是囿于傳統(tǒng)思維的限制，一直以來收獲甚微。近年來，國內(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，對于鋼鐵生產(chǎn)過程中的具體技術(shù)難題進(jìn)行詳細(xì)分析，形成數(shù)項切實可行的實施方案，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)前市場環(huán)境下鋼鐵企業(yè)提升企業(yè)核心競爭力的現(xiàn)實選擇。

2、TRIZ與6σ集成創(chuàng)新模式探討

TRIZ的含義是發(fā)明問題解決理論[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在歐美國家也縮寫為TIPS。TRIZ是基于知識的、面向人的發(fā)明問題解決系統(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，建立起一個由解決技術(shù)問題，實現(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)工作中靠無數(shù)次反復(fù)試驗或?qū)＜异`感突發(fā)來解決問題的方式，是鋼鐵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的有效工具[5-6]。國內(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)用過程中也起到了顯著的成效，部分長期困擾企業(yè)的生產(chǎn)難題得到順利解決。由于國內(nèi)創(chuàng)新方法的推行較國外晚，目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)尚未形成具有自身特點的融合的創(chuàng)新方法。

隨著創(chuàng)新方法的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的企業(yè)傾向于多種創(chuàng)新方法的融合[7-11]。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在實施TRIZ過程中，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，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)新方法來實現(xiàn)創(chuàng)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。

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(jìn)階段→控制階段，傳統(tǒng)6σ在分析問題之后形成的技術(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(shù)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。

圖2 TRIZ融入6σ過程前后的效果比較

圖3 經(jīng)典TRIZ理論與六西格瑪過程的融合

在多方法融合方面研究和應(yīng)用的成功先例為韓國三星公司，他們將經(jīng)典TRIZ理論融入產(chǎn)品設(shè)計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。

圖4 韓國三星電子創(chuàng)新設(shè)計模式

3、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用集成創(chuàng)新方法案例

國內(nèi)某鋼廠在生產(chǎn)冷軋硅鋼過程中，發(fā)現(xiàn)鋼中微細(xì)MnS析出物會對硅鋼的磁性能產(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)新方法對硅鋼生產(chǎn)過程中硫含量達(dá)標(biāo)率進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)。

3.1項目定義階段（D）

主要開展的工作內(nèi)容包括：（1）項目背景及問題描述；（2）項目風(fēng)險及約束條件梳理；（3）確定顧客關(guān)鍵要求CTQ；（4）Y的定義與目標(biāo)確定；（5）項目范圍與流程價值分析；（6）預(yù)期項目收益分析；（7）組件項目團(tuán)隊；（8）項目實施計劃；（9）項目授權(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)來此生產(chǎn)系統(tǒng)L2系統(tǒng)和質(zhì)量檢測部門。

現(xiàn)階段生產(chǎn)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(yè)先進(jìn)水平，確定項目攻關(guān)目標(biāo)為50%，定義行業(yè)先進(jìn)目標(biāo)為70%。到此，完成了項目的問題定義階段。

圖5 硅鋼生產(chǎn)過程中硫含量控制現(xiàn)狀

3.2項目測量階段（M）

該階段主要工作內(nèi)容包括：（1）編制Y的數(shù)據(jù)收集計劃；（2）測量系統(tǒng)分析；（3）過程穩(wěn)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(chǎn)過程中脫硫和控硫是一個系統(tǒng)過程，具體包括煉鐵之后的鐵水預(yù)處理過程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(jié)出影響生產(chǎn)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(zhuǎn)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(huán)處理時間。

3.4項目改進(jìn)階段（I）

經(jīng)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(chǎn)中提高硫含量的命中率，需要針對現(xiàn)生產(chǎn)過程進(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，重點考慮解決二次精煉階段的鋼水回硫問題。據(jù)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(biāo)準(zhǔn)結(jié)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(shù)項可行方案，如圖6所示，通過改變RH浸漬管內(nèi)徑形狀，增加循環(huán)流動效率可以顯著降低鋼中硫含量，控制鋼中回硫現(xiàn)象。

圖6 改變RH浸漬管形狀提高處理效率方案

3.5項目控制階段（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。本文對比分析了TRIZ創(chuàng)新方法與6σ管理創(chuàng)新方法的特點，提出了將TRIZ與6σ過程相融合的集成創(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，并且針對具體問題創(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，據(jù)此驗證了該集成創(chuàng)新方法的創(chuàng)新性和有效性，本研究對于創(chuàng)新方法理論研究和實踐應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

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