質量管理的理論、方法、常用工具在港口機械產品設計中的應用

蘇希儉 郭 進 劉照容

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

0 引言

港口機械屬于重型機械產品類別，基本上是單件或小批量訂貨、生產。由于港口機械單品價值高，在全球范圍基本上處于買方市場。

世界各國采用的港口機械設計、制作標準多種多樣，港口機械的用戶所提要求多種多樣，故港口機械難以標準化設計、生產，再加上用戶的臨時整改要求，導致設計錯誤多、制作錯誤多。有數據顯示，整個修改費用占到產品總價值的5%以上，給制造商帶來重大損失。

在不能改變買方市場現狀的前提下，必須加強管理，讓管理出效益。尤其是質量管理，更應該將港口機械產品的訂貨、設計、制作、售后等各環節納入質量管理體系當中。本文嘗試將質量管理的理論、方法、常用工具應用到港口機械產品的設計當中，做一些有益的探討。

1 質量管理發展史上的重要階段

從工業化生產以來，縱觀質量管理的發展歷史，可以簡單地歸納為2個重要階段：結果質量階段和過程質量階段。

1）結果質量 通過設備檢查或技術檢驗等手段，檢查產品質量，確保產品的交付質量。檢查已生產出來的產品，事后把關；檢查成本高、廢品率高、錯誤糾正時間長。

2）過程質量 將關注重點從產品質量擴大到過程質量。通過識別可能存在的風險，在問題出現之前加以預防，確保質量。通過查找以前產品不合格的原因，應用高等數學、統計學、運籌學和計算機等科學理論、方法、工具進行預測和控制，防止或減少不合格品的產生。

對設計工作來說，質量管理有其特殊性：設計工作的質量是圖紙，不是實物，造成最大價值的損失是時間；設計過程可以多人檢查，發現錯誤。因此，設計工作的質量有2個階段：在沒有形成半成品或成品以前，所發現的設計錯誤都是過程質量階段，如自校圖紙、互校圖紙、審核圖紙、生產工藝設計階段所發現的設計問題；當按照圖紙制作成了半成品及成品后，所發現的設計錯誤就是結果質量階段。

在港口機械產品設計中應用質量管理的理論、方法、工具，其目的是：盡量將設計錯誤發現在設計階段、用戶或咨詢公司審查階段、自校階段、互校階段、審核階段、生產工藝設計階段。

2 質量管理的重要理論

質量管理中有2個重要理論：全面質量管理（Total Quality Management，簡稱TQM）和基于風險的思維。

TQM是以產品質量為核心，建立起一套科學、嚴密、高效的質量體系，以提供滿足用戶需要的產品或服務的全部活動。其包括：全過程的質量管理、全員的質量管理、全企業的質量管理。

基于風險的思維體現在質量管理體系GB/T 19001—2016《質量管理體系 要求》中，其將有關策劃、評審和改造等全過程，都納入風險意識中，作為預防。

產品設計部門作為企業的一分子，也必須執行TQM。為此，需要將投標、設計、圖紙內審、圖紙外審、內部技術交底等設計階段的全過程納入質量管理體系中；需要將機、電、液設計人員等設計階段的全員納入質量管理體系中；需要將外購配套件詢價時間節點、圖紙設計完工時間節點等工作，作為全企業的一環，納入質量管理體系中。

基于風險的思維，產品設計部門應制定設計圖紙的校、審制度及流程。流程中應設定閾值，超過臨界值則觸發警告，啟動相應的應急程序。

3 質量管理的重要方法

在質量管理體系（GB/T 19001—2016）中，PDCA循環是其重要的過程方法。PDCA循環是由策劃（Plan）、實施（Do）、檢查（Check）、處置（Act）4部分構成，形成閉環，在不斷地循環中提高質量。PDCA循環的方法能用于所有過程，港口機械產品設計過程也不例外。以港口機械岸邊集裝箱起重機為例，說明PDCA循環在減少設計錯誤數量方面的應用。

在初創時期，公司積極吸收一切先進技術。雖然采取了“兩校一審”制度，依然出現很多設計錯誤。為吸取經驗教訓，利用已有成果，設計部門制訂了岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）校對表。計算部分包括電機功率計算是否正確、輪壓穩定性計算是否正確、主機構零部件選型計算是否正確。整機部分包括主參數是否滿足標書要求、主要配套件是否全部滿足標書要求、整機質量是否在控制范圍內、內審、用戶審圖的意見是否全部落實、續購項目、先前修改是否全部落實。過程包括自校、校對、和審核3步。

形式上分為總體校對表、部件校對表，內容是對重大設計錯誤、有可能會重復犯的設計錯誤進行收集、歸納、總結，形成此表——此為策劃（Plan）。對于任何項目、任何部件，任何人在設計、校對、審核工作中，嚴格依據此表進行流程化操作——此為實施（Do）。在新項目的設計過程中，發現了新的錯誤，此錯誤類型不在校對表內。經分析后認為，其他人有可能再犯此錯誤——此為檢查（Check）。對岸橋校對表內容增補——此為處置（Act）。

多年來對此表進行了多次PDCA循環，持續改善，有力地防止了二過（重復的錯誤）設計錯誤的發生。

4 對設計錯誤產生原因的探討及應對措施

4.1 對設計錯誤產生原因的探討

在全面質量管理的理論中，影響產品質量的主要因素有人、機、料、法、環等。人是指制造產品的人員；機是指制造產品所用的設備；料是指制造產品所使用的原材料；法是指制造產品所使用的方法；環是指產品制造過程中所處的環境。具體到設計工作，采用排除法來確定產生設計錯誤的主要因素。

1）環境 設計人員的工作場所環境，都是良好的，基本不會對設計錯誤產生影響；

2）方法 設計工作中都是遵循相同的規章制度、流程，基本不會對設計錯誤產生影響；

3）原材料 設計工作中所涉及到原材料，可以理解為設計任務的來源，如合同、技術規格書，以及機械設備加工能力參數，信息、資料對每個人來說都是一樣的，基本不會對設計錯誤產生影響；

4）設備 設計人員使用同樣的電腦設備、同樣的設計軟件、同樣的設計標準進行設計工作，基本不會對設計錯誤產生影響。

5）人 人的素質主要包括3個方面：①身體素質包括健康、心智狀況；②文化科學技術素質 包括專業素養、技術水平、再學習能力；③思想道德素質 包括工作態度、工作作風、質量意識、心理素質等。

一般來說，在一個人的身體狀況良好的前提下，設計工作質量優、劣與其技術水平成正比，與其對工作的認真程度成正比。

以岸橋產品的部件為例，進行錯誤類型統計。某部件設計錯誤分類如圖1所示，其中，圖面質量錯誤占比76%，主要錯誤類型是圖面漏件號、焊縫標準不明確、焊縫標注錯誤、尺寸標注不到位、尺寸標注等錯誤；明細表錯誤占比15%，主要錯誤類型是尺寸標注、件數標注沒有按統一規定；對筋錯誤占比4%，主要錯誤類型是承受載荷的金屬結構的主要傳力板沒有對準機構的主要傳力板；干涉錯誤占比5%，主要錯誤類型是金屬結構形體與金屬結構形體相互重疊，或金屬結構形體與機構形體相互重疊。干涉錯誤發生的原因，既與自身設計水平低有關，也與自身粗心大意有。

圖1 某部件設計錯誤分類

綜合統計岸橋產品所有部件上發生的全部設計錯誤，因粗心引發的錯誤頻次占到80%以上，故人的因素，尤其人的粗心所產生的設計錯誤是主要原因的主要方面。

4.2 減少設計錯誤的應對措施

對于有規律的錯誤，解決辦法是將好的流程、好的規章制度、好的做法持續堅持，并逐步增加或完善；對于沒有規律的錯誤、完全是粗心引發的錯誤，解決辦法是制造適度的緊張情緒。

有心理學的研究表明，智力操作效率與情緒的緊張、松弛之間呈現一種倒U形曲線關系：當情緒在過分緊張，或過分松弛狀態時，智力操作效率最差；當情緒在中等強度的緊張狀態時，智力操作效率最好。受此實驗啟發，制造適度的緊張情緒，是防止粗心的有效方法。

1）績效考核(Key Performance Indicator簡稱KPI)。KPI為關鍵績效指標考核法。按管理主題分為激勵型和管控型等2種類型，都可用來提升企業的整體績效。

2）對越過質量底線的設計錯誤，設立處罰機制。有5個處罰等級：批評、通報批評、扣除獎金、調換崗位、末位淘汰。

5 信息化技術在機械產品設計質量管理工作中的應用

文獻[1]中提出：“數字化TQM是質量管理范式的一個最新階段”。數字化TQM只是采用了當前最先進的手段和工具，對過程質量階段賦予了更多的內涵。

機械產品設計質量管理全過程可以借助現代計算機、AI、5G技術，將其納入企業資源計劃系統（Enterprise Resource Planning，簡稱ERP）。

數字化TQM應用于ERP，對設計院內部而言，可實現事事有記錄，處處有痕跡，一切皆可量化，產生的大數據，為后續開發利用打下基礎；校對、審核過程發現的設計錯誤，可以實時呈現給原設計者、管理者和同事，及時吸取教訓，舉一反三，避免他人犯同樣錯誤，提高效率及質量；提高績效考核的準確性、及時性；基于數據的決策是基于事實的決策的升華，將復雜的問題簡單化，利于管理者找到、聚焦于真正的問題和解決方案。

對于在企業內部而言，工藝人員、制造基地即是設計部門的內部顧客，企業各部門可實時了解設計工作的進度、質量，便于安排工作，增加顧客滿意度。

對用戶及監理處而言，適當開放機械產品設計中間過程給用戶，類似餐飲業可視化的透明廚房，可以使用戶提升體驗，增加用戶對企業的信任感、認同感。

目前，在設計工作前端，企業內容管理ECM（Enterprise Content Management）上已實現了用戶線上設計審查；在設計工作后端，設計修改單管理系統上也實現了用戶對修改單內容、完成節點在線上動態跟蹤。

6 結語

在多數機械制造企業中，設計部門人員管理設計工作，QHSE（質量Quality、健康Health、安全Safety和環境Environmental）部門管理質量工作。雖然兩部門人員有交流或交叉工作，但是要真正認識、深刻理解對方工作內容的理論體系、運行規律，需要有長時間的積累。只有將質量管理工作和機械產品設計工作兩者有機結合，才是機械產品設計質量持久提高的正確方向。