TRIZ在產(chǎn)品質(zhì)量改進中的應(yīng)用
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21世紀(jì)產(chǎn)品競爭日益激烈，其競爭的焦點在于產(chǎn)品質(zhì)量，為了迎接市場激烈的競爭，更好地滿足顧客的需求，各大公司紛紛尋求更有效、更簡單的質(zhì)量工具來實現(xiàn)質(zhì)量的持續(xù)改進。持續(xù)質(zhì)量改進(Continuous Quality Improvement，CQI)是指不斷地向現(xiàn)有績效水平發(fā)起挑戰(zhàn)并尋找更好的解決辦法的過程。這個源自質(zhì)量大師戴明提出的PDCA循環(huán)的理論，已經(jīng)成為實施全面質(zhì)量管理的一個重要技術(shù)和不可或缺的組成部分[1-2]。為了更好地開展持續(xù)質(zhì)量改進，本文通過把發(fā)明問題解決理論
TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)和CQI集成應(yīng)用于質(zhì)量改進活動。
1 TRIZ分析理論
TRIZ原理是以前蘇聯(lián)G．S．Ahshuller為主的一批研究人員，花費了50年的時間閱讀和研究分析了世界各國近250萬件發(fā)明專利，總結(jié)出的一套解決復(fù)雜技術(shù)問題的系統(tǒng)方法，主要目的是研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理和法則。TRIZ理論是基于知識、面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)化方法學(xué)，其主要內(nèi)容包括：產(chǎn)品進化理論、40條發(fā)明原理、39項工程參數(shù)、物理矛盾矩陣、物質(zhì)-場分析、76個發(fā)明問題標(biāo)準(zhǔn)解決方法、發(fā)明問題解決算法以及科學(xué)技術(shù)成果數(shù)據(jù)庫等[3-4]。
TRIZ作為一種創(chuàng)新性解決問題的方法，其主要流程如圖1所示。應(yīng)用TRIZ的第1步是明確問題，對給定的問題進行分析，把實際問題轉(zhuǎn)化為TRIZ問題，并應(yīng)用矛盾矩陣和發(fā)明原理去解決，或者應(yīng)用物質(zhì)-場分析法尋找標(biāo)準(zhǔn)解；第2步是通過標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為實際解決方案；第3步是方案的實施。
1.1 矛盾解決矩陣的建立
在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中，矛盾是最難解決的一類問題，而創(chuàng)新是通過消除矛盾來解決問題。矛盾解決理論是TRIZ的主要工具之一。TRIZ認(rèn)為工程矛盾有技術(shù)矛盾與物理矛盾2種。其中技術(shù)矛盾是指系統(tǒng)一個方面得到改進時，削弱了另一方面的期望。消除技術(shù)矛盾的過程不僅改善矛盾的一個方面，同時又不降低另一方面。TRIZ提供一套基于知識的技術(shù)解決矛盾的方法。TRIZ工具中用39個通用工程參數(shù)描述矛盾，任何一個技術(shù)矛盾都可用其中的一對參數(shù)來描述；同時提供40條解決矛盾的發(fā)明原理，如分離法、提取法、組合法等。將39個通用工程參數(shù)之間存在的所有矛盾與40條發(fā)明原理建立對應(yīng)關(guān)系，以構(gòu)建矛盾解決矩陣，見表1。
矛盾解決矩陣為40行40列的一個矩陣，其中第1行和第1列為39個通用工程參數(shù)序列；其余39行和39列形成一個矩陣，其元素為數(shù)字或空，這些數(shù)字表示40條發(fā)明原理中推薦采用的原理序號。矩陣中行描述的工程參數(shù)為矛盾中改善特性，列代表惡化特性。
TRIZ理論提出4種分離原理來解決物理矛盾，即空間分離、時間分離、條件分離以及整體與部分分離。TRIZ理論提出了解決物理矛盾的分離原理和解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理之間存在關(guān)系，對于每一條分離原理，可以有多條發(fā)明原理與之對應(yīng)，見表2。
1.2 物質(zhì)-場分析
“物質(zhì)-場”分析是TRIZ的重要工具之一，它是一種用符號語言表示技術(shù)系統(tǒng)的建模技術(shù)。TRIZ理論認(rèn)為：功能的必要條件具備3個元素，少于3個就不能形成功能。所有技術(shù)和工程系統(tǒng)(產(chǎn)品或過程)都是為滿足某項特定的功能，技術(shù)系統(tǒng)的元件和功能之間有密切的關(guān)系，這種關(guān)系用3個相互作用2種物質(zhì)和一個場組成的單元來表示。場使得2種物質(zhì)以正確的方式作用在一起。這種由2種物質(zhì)和場的正確組合的分析方法稱作“物質(zhì)-場”分析。其模型如圖2所示。物質(zhì)S1可以是被控物體或過程，物質(zhì)S2是控制S1的工具或物體，場F是用于S1與S2之間相互作用的能量，如機械能、液壓能等。依據(jù)該模型，Altshuller提出了76種標(biāo)準(zhǔn)解，并分為如下5類：不改變或僅少量改變已有系統(tǒng)，13種標(biāo)準(zhǔn)解；改變已有系統(tǒng)，23種標(biāo)準(zhǔn)解；系統(tǒng)傳遞，6種標(biāo)準(zhǔn)解；檢查與測量，17種標(biāo)準(zhǔn)解；簡化與改善策略，17種標(biāo)準(zhǔn)解[5]。
2 TRIZ技術(shù)與持續(xù)質(zhì)量改進的集成
持續(xù)質(zhì)量改進是組織永恒的目標(biāo)，其基本過程是PDCA循環(huán)，它按Plan(策劃)-Do(實施)-Check(檢查)-Action(處理)4個階段順序來進行質(zhì)量管理工作。PDCA循環(huán)不僅是一種質(zhì)量管理方法，也是一套科學(xué)的、合乎認(rèn)識論的通用工作程序。質(zhì)量改進的步驟本身就是一個PDCA循環(huán)，可分為7個步驟完成。明確問題；把握現(xiàn)狀；分析問題原因；擬定對策并實施；效果的確認(rèn)；防止再發(fā)生并標(biāo)準(zhǔn)化；總結(jié)[6]。
盡管質(zhì)量改進和TRIZ理論的研究已有一段時間，很多成果廣泛應(yīng)用在工業(yè)界[7-8]，但當(dāng)前TRIZ理論主要應(yīng)用于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，主要是解決設(shè)計中如何做的問題，對設(shè)計中做什么的問題未能給出合適的工具。大量的工程實例表明，TRIZ的出發(fā)點是借助于經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的矛盾，矛盾發(fā)現(xiàn)的過程也是通過對問題的定性描述來實現(xiàn)的。通過TRIZ技術(shù)與質(zhì)量改進相結(jié)合，能夠很好地進行產(chǎn)品質(zhì)量改進，提高產(chǎn)品的競爭力。利用TRIZ方法與PDCA循環(huán)相結(jié)合進行質(zhì)量改進，其解決問題的具體過程是：1)質(zhì)量問題描述。利用相關(guān)的質(zhì)量工具，分析質(zhì)量現(xiàn)狀，找出問題，輸入質(zhì)量現(xiàn)狀信息和項目目標(biāo)。2)建立矛盾解決矩陣／物質(zhì)一場模型分析。3)根據(jù)TRIZ發(fā)明原理和標(biāo)準(zhǔn)解得出解決方案。4)對方案進行評價決策，制定措施執(zhí)行。5)檢查措施執(zhí)行情況。根據(jù)計劃與目標(biāo)，檢查計劃執(zhí)行和實施的效果。6)對檢查結(jié)果進行處理，并予以標(biāo)準(zhǔn)化。7)進入下一個PDCA循環(huán)。
3 TRIZ在質(zhì)量改進中的應(yīng)用實例
A產(chǎn)品是某電子公司的一種新型產(chǎn)品，其加工工藝流程為成型_鉆孔→挑修→燒結(jié)→整形→粗磨→研磨→終檢。因是新產(chǎn)品，加工過程中出現(xiàn)產(chǎn)品加工效率低、質(zhì)量合格率低等問題，表3是不同加工階段質(zhì)量合格率。從表3可以看出燒結(jié)和研磨工序是影響整個產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，造成整個流程后產(chǎn)品總合格率僅為59％，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。加之客戶定單時間緊、數(shù)量大，給生產(chǎn)線造成了巨大的壓力，因此提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本刻不容緩。本文通過TRIZ方法與CQI相結(jié)合，對產(chǎn)品加工中的質(zhì)量問題進行改進。
3.1 燒結(jié)工序質(zhì)量問題描述
對于燒結(jié)工序，主要通過手工一次把多個產(chǎn)品放置擺盤上，然后放人爐中進行燒結(jié)，由于是人工擺盤，擺盤不整齊，產(chǎn)品相互有接觸的可能，導(dǎo)致產(chǎn)品工序質(zhì)量差，而且影響擺盤效率。
3.1.1 矛盾解決矩陣的建立
在現(xiàn)有作業(yè)條件下要使擺盤整齊，可以通過增加作業(yè)步驟和人力來改善實現(xiàn)，但生產(chǎn)效率比較低。產(chǎn)品既要保證質(zhì)量同時也要保證生產(chǎn)效率，因而產(chǎn)生了矛盾，因此，可采用TRIZ創(chuàng)新理論中的矛盾矩陣進行改善。在本工序質(zhì)量問題中的主要矛盾是：改善參數(shù)為29制造精度(使擺盤整齊，產(chǎn)品不產(chǎn)生接觸)；惡化參數(shù)為23可操作性(增加作業(yè)步驟和人力投入)，39生產(chǎn)率(生產(chǎn)效率的下降)。建立矛盾矩陣見表4。
3.1.2 發(fā)明原理篩選及方案的確定
從矛盾矩陣可知發(fā)明原理有：①分割，⑩預(yù)先作用，23反饋，18機械振動，23改變顏色，35參數(shù)變化，39惰性環(huán)境。綜合各條原理，最后選擇⑩預(yù)先作用和32改變顏色。
根據(jù)“預(yù)先作用”的設(shè)計思路：預(yù)先作用→預(yù)先確定擺放位置→設(shè)計夾具，如圖3。根據(jù)“改變顏色”的設(shè)計思路：改變顏色→改變環(huán)境顏色→顏色標(biāo)識位置
3.1.3 方案評價與實施
對以上2種設(shè)計思路進行評價，可以明顯地看出，方案“設(shè)計夾具”為最優(yōu)方案。首先，“設(shè)計夾具”方案比“顏色標(biāo)識位置”方案在實施過程中的生產(chǎn)效率更高；其次，“設(shè)計夾具”方案只需要制作2～3個套夾具，而“顏色標(biāo)識位置”方案則需要在每1塊擺盤上用醒目的顏色標(biāo)識出產(chǎn)品應(yīng)占有的位置，且使用一段時間后顏色脫落難以達到理想的效果。因此，最終選擇了“設(shè)計夾具”方案進行實施。
3.1.4 實施效果
通過實施夾具方案，操作者可以實現(xiàn)雙手作業(yè)，使擺盤工時由改善前的70 s/盤降低到30 s/盤，工序質(zhì)量由改善前的92.8％升高到99.0％。
3.2 研磨工序質(zhì)量問題描述
根據(jù)2個月的統(tǒng)計資料，研磨的一次合格率僅為67.26％，主要問題是劃傷、粗糙度、毛刺、尺寸偏差、碰／壓傷等，見圖5。由圖5可以看出，劃傷和粗糙度是研磨質(zhì)量的主要問題。通過對研磨的進一步觀察發(fā)現(xiàn)：磨削液中含有雜質(zhì)，這是導(dǎo)致劃傷的主要因素；磨削參數(shù)是憑經(jīng)驗確定的，它對研磨的質(zhì)量提高起到重要的作用，因此有比較大的優(yōu)化空間。
3.2.1 物-場分析
運用TRIZ創(chuàng)新理論的“物一場模型”分析技術(shù)對研磨涉及到的“場”進行優(yōu)化。在本工序中組成的元素有：S1為研磨機；S2為M產(chǎn)品；S3為磨削液。通過S1和S2相互作用形成機械場F1，以及通過S3和S2相互作用形成理化場F2，見圖6。
由2個模型可以看出，2個模型都是效應(yīng)不足的完整模型，即組成模型的元素足夠了，但元素之間的效應(yīng)沒有達到要求：研磨機參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致磨出的產(chǎn)品質(zhì)量不能完全達到要求；磨削液含有雜質(zhì)，其理化場也未能起到很好的作用(潤滑、冷卻)，使得加工的產(chǎn)品質(zhì)量低下。
3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)解及方案的確定
根據(jù)“物-場模型”的標(biāo)準(zhǔn)解法，從中可得到創(chuàng)新啟示。
1)“插進一個物質(zhì)來強化有用效應(yīng)。”根據(jù)磨削液中的物質(zhì)能對磨削起到關(guān)鍵作用，如果能夠改善磨削液的配方，那么產(chǎn)品質(zhì)量就會得到改善。最后，通過和磨削液供應(yīng)商的溝通，使其配方得到優(yōu)化。
2)“使用更加容易控制的場。”磨削液是循環(huán)利用的，其中鐵屑過濾是通過一個網(wǎng)紗來完成，其效果很差，所以決定在過濾口加一個磁鐵，這樣磁鐵和鐵屑之間的“磁場作用”比鐵屑和網(wǎng)紗之間的“機械場作用”更加有效，可使磨削液中的鐵屑得到很好控制。
3)機械場模型涉及到機臺，其磨削參數(shù)很多如研磨時間、研磨速度、壓塊重量、清洗次數(shù)等，運用“物-場模型標(biāo)準(zhǔn)解法”不能勝任，可以運用“實驗設(shè)計”對其進行優(yōu)化。
3.2.3 實施效果
通過實施上面方案，研磨工序質(zhì)量由改善前的67.26％升高到8.5％。
4 結(jié)論
持續(xù)質(zhì)量改進可借鑒TRIZ中的有關(guān)理論，根據(jù)矛盾解決矩陣，找出質(zhì)量控制與改進的主要途徑。TRIZ是一種基于知識的、面向人的系統(tǒng)化分析方法，它能給出解決問題的普適解，指出改進的方向。通過TRIZ技術(shù)與質(zhì)量改進工具相結(jié)合，能得到滿意的質(zhì)量改進方案。