TRIZ与6σ集成创新方法在钢铁行业的应用研究



TRIZ与6σ集成创新方法在钢铁行业的应用研究

屈天鹏1王德永1*孙涌1*邹长东2赵萍萍3

1.苏州大学沙钢钢铁学院江苏苏州2150212.沙钢钢铁研究院江苏张家港215625 3.江苏省生产力促进中心江苏南京210042

[摘要]坚持技术创新是确保企业占据行业优势地位的重要战略。本文对比分析了TRIZ创新方法与6σ管理创新方法的特点，提出了将TRIZ与6σ过程相融合的集成创新模式。依据此集成创新方法系统分析了硅钢生产过程中硫含量达标率低的原因和主要影响因素，并且针对具体问题创新性地解决了企业的生产难题，使硅钢硫含量达标率由原先的12％提高到35％以上，给企业创造了显著的经济效益。同时，据此验证了该集成创新方法的创新性和有效性，本研究对于创新方法理论研究和实践应用具有重要的指导意义。

[关键词]技术创新;TRIZ;6σ;集成创新;钢铁行业

1、我国钢铁工业发展现状

改革开放后，经过三十多年的快速发展，我国钢铁产量和质量均得到显著提高[1]。在过去20年间，中国粗钢产量由1995年的不足1亿吨迅速发展到2014年的8.23亿吨，我国粗钢产量占世界产量50％左右。近几年来随着产能过剩和下游产业发展速度减缓，钢铁市场出现产业发展低迷、价格连续下跌的发展“新常态”，钢铁价格相对于历史高点跌幅达到45％。国家已经将“避免钢铁企业同质化竞争，鼓励有实力的钢铁企业自主开发高品质钢产品”作为钢铁工业“十二五”发展规划的重要内容。对于国际竞争而言，随着我国钢铁工业的长足发展，与国际领先钢铁企业的差距也在不断缩小，但我国钢铁企业在知识产权管理方面却相对落后，影响了我国钢铁工业在国际领域中的竞争力。进入新世纪后，经过装备改造和多年的技术积累，许多钢企的技术装备接近或者达到国际水平，生产的产品类型和质量也越来越接近国际水平，与国际上其他企业生产的产品交叉度越来越高，竞争力和市场占有率越来越强。为了维护自身的市场利益，领先的国际钢铁企业通常会向我国钢铁企业提起知识产权诉讼，以保护自身技术及产品，进而保持市场地位。国内外经济宏观环境的深刻变化及钢铁行业发展现状，已倒逼我国钢铁业进入了产业转型升级这样一个重大变革时期[2]。然而，面对钢铁工业转型发展的历史必然要求，国内钢铁行业技术创新却依然存在如下问题：由于管理问题企业自主创新动力不足；企业人员掌握的创新方法有限，缺乏有效的创新方法保障技术创新的实现；对于创新方法的理解不够深入，运用过程中仍然依赖传统定势思维，未能充分发挥创新方法的功能，最终因为未能寻找到最优方法而对创新方法本身失去信心。高附加值钢铁制品的生产依托于从技术研发到生产过程控制整个流程上的技术创新，如图1所示。技术工艺创新方面，国有企业更有优势，民营企业略有欠缺。很多民营企业的技术创新体系不够健全，其技术改进基本上是模仿跟随。但是，由于其运行体制相对灵活，更容易尝试新技术和新方法来改善其生产工艺和技术产品性能，提升自身的经济效益。

为了进一步提升企业核心竞争力，国内钢铁企业鼓励员工开展技术创新，但是囿于传统思维的限制，一直以来收获甚微。近年来，国内钢铁企业先后引入了各种创新方法，帮助员工突破传统思维惯性，对于钢铁生产过程中的具体技术难题进行详细分析，形成数项切实可行的实施方案，改善生产操作。加强创新理论和方法在钢铁企业的广泛普及必然成为增强钢铁企业创新能力和效率的有效途径，更是当前市场环境下钢铁企业提升企业核心竞争力的现实选择。

2、TRIZ与6σ集成创新模式探讨

TRIZ的含义是发明问题解决理论[3-4]，是由俄文按照ISO/R9-1968E规定转换成拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的首字母缩写，其英文全称为Theory of Inventive Problem Solving，因此，TRIZ在欧美国家也缩写为TIPS。TRIZ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。TRIZ理论是由前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年创立的。1946年，阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作，并在以后数十年中，一直致力于TRIZ理论的研究和完善。在其领导下，前苏联的数十家研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，先后分析了全球近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化所遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立起一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。

TRIZ是从全世界200多万件高水平发明专利中总结提炼的一整套解决发明难题的分析方法、分析工具、发明原理、解题模型、标准解法等系统工具与方法，钢铁企业推行TRIZ具有重要的意义。TRIZ理论成功揭示了创造发明的内在规律和原理，使企业的科技发明变得有规律可循。钢铁企业应用TRIZ理论可以改变传统研发工作中靠无数次反复试验或专家灵感突发来解决问题的方式，是钢铁企业技术创新的有效工具[5-6]。国内知名钢铁公司，宝钢、首钢、武钢、太钢等均开展了创新方法普及工作，并且在应用过程中也起到了显著的成效，部分长期困扰企业的生产难题得到顺利解决。由于国内创新方法的推行较国外晚，目前国内钢铁企业尚未形成具有自身特点的融合的创新方法。

随着创新方法的进一步发展，越来越多的企业倾向于多种创新方法的融合[7-11]。国内钢铁企业在实施TRIZ过程中，也应将TRIZ方法与企业开展的6σ等现代化管理方法结合起来，以发挥各种管理方法间更大的协同效应，TRIZ与6σ方法的特点如表1所示。6σ主要管理模式DMAIC、DMADV能够很好的发现创新主体待解决的问题并准确描述。将TRIZ与六西格玛管理模式集成作为一种科学的创新方法来实现创新。在实施6σ项目时，通过将TRIZ与6σ管理模式的集成，可以提高6σ项目实施的效率。

表1　TRIZ与六西格玛方法比较

6σ解决问题过程可以分为定义问题阶段→测量阶段→问题分析阶段→改进阶段→控制阶段，传统6σ在分析问题之后形成的技术方案往往创新性不够，该阶段的方法有限，而TRIZ方法恰恰可以弥补6σ过程在这方面的不足，因此，通过在6σ过程中集成TRIZ方法往往可以获取突破性的解决方案，有助于有效解决技术问题，图2形象地显示了TRIZ融入6σ过程前后的问题解决效果。具体的TRIZ理论与6σ在各阶段的融合如图3所示。

在多方法融合方面研究和应用的成功先例为韩国三星公司，他们将经典TRIZ理论融入产品设计流程的六西格玛方法当中，如图4所示，创造了可观的经济效益。由此可见，随着创新方法在生产企业的广泛应用和深入研究，多种创新方法的融合达到方法协同创新的目标已经成为创新方法的发展趋势。

3、钢铁企业应用集成创新方法案例

国内某钢厂在生产冷轧硅钢过程中，发现钢中微细MnS析出物会对硅钢的磁性能产生严重影响，硫含量越高，铁损越大。为了改善硅钢产品的磁性能，需要显著提高生产过程中钢中硫含量的达标率。为此，企业专门组织技术人员利用TRIZ与6σ集成创新方法对硅钢生产过程中硫含量达标率进行了技术攻关。

3.1项目定义阶段(D)

主要开展的工作内容包括：(1)项目背景及问题描述；(2)项目风险及约束条件梳理；(3)确定顾客关键要求CTQ；(4)Y的定义与目标确定；(5)项目范围与流程价值分析；(6)预期项目收益分析；(7)组件项目团队；(8)项目实施计划；(9)项目授权书。

该阶段的主要任务是确定顾客CTQ，具体流程如下，

依据顾客CTQ，定义Y为超低硫硅钢硫含量合格率，其中数据来此生产系统L2系统和质量检测部门。

现阶段生产过程中硫含量控制水平如图5所示，Y平均水平为12％左右，历史最好水平为30％左右。通过对比同行业先进水平，确定项目攻关目标为50％，定义行业先进目标为70％。到此，完成了项目的问题定义阶段。

3.2项目测量阶段(M)

该阶段主要工作内容包括：(1)编制Y的数据收集计划；(2)测量系统分析；(3)过程稳定性分析；(4)过程能力分析；(5)变量IPO流程图分析；(6)C&E矩阵分析；(7)FEMA分析。

硅钢生产过程中脱硫和控硫是一个系统过程，具体包括炼铁之后的铁水预处理过程KR预脱硫硫含量可以降至0.002％以下；转炉冶炼阶段需要控制钢液回硫，需要将硫含量控制在0.005％以下；二次精炼阶段利用真空脱硫促使硫含量在0.003％以下；最终在连铸凝固成形过程中控制钢中回硫，达到控硫目标硫含量低于0.003％。

3.3项目分析阶段(A)

实施过程中通过IPO流程图、因果矩阵分析和失效模式分析，总结出影响生产过程中硫含量的主要因素包括：脱硫渣带入硫量、废钢带入硫量、转炉下渣量、钢水和炉渣氧势、RH脱硫剂量、脱硫剂加入方式和循环处理时间。

3.4项目改进阶段(I)

经过以上阶段的分析基本确定了钢中硫含量的变化过程以及主要影响因素，为了在生产中提高硫含量的命中率，需要针对现生产过程进行改造，在关键环节开展突破性创新研究。为此，在该阶段引入TRIZ方法，重点考虑解决二次精炼阶段的钢水回硫问题。据此，提出一项课题为通过降低钢水和炉渣氧势，即提高钢中非金属夹杂物去除率来控制钢中硫含量。利用TRIZ标准结题流程，项目描述→功能分析→三轴分析→矛盾分析→物场分析→方案评价，最终确定了数项可行方案，如图6所示，通过改变RH浸渍管内径形状，增加循环流动效率可以显著降低钢中硫含量，控制钢中回硫现象。

3.5项目控制阶段(C)

将以上用TRIZ方法获取的技术方案应用于工业生产，二次精炼RH终点全氧由原工艺15-35ppm，降至15ppm以下，经脱硫后，硫含量的达标率大幅度提高，如图7所示，[S]≤0.003％达标率升至35％。显著提高了产品合格率和客户满意度。

3、结论

针对钢铁行业面临的发展新常态，广大企业纷纷在寻求突破途径，经过几年的生产应用发现，在钢铁企业推广创新方法有助于提高科研人员的创新能力，帮助企业提高高附加值产品生产技术的开发效率。本文对比分析了TRIZ创新方法与6σ管理创新方法的特点，提出了将TRIZ与6σ过程相融合的集成创新模式。

采用集成创新方法系统分析了硅钢生产过程中硫含量达标率低的原因和主要影响因素，并且针对具体问题创新性地解决了企业的生产难题，使硅钢硫含量达标率由原先的12％提高到35％以上，给企业创造了显著的经济效益。同时，据此验证了该集成创新方法的创新性和有效性，本研究对于创新方法理论研究和实践应用具有重要的指导意义。

参考文献

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