龔高陽

東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司,四川 成都 610000

0 引言

預熱器是布置在電站鍋爐尾部煙道上利用排煙預熱將空氣預熱到所需溫度的熱交換器,是電站鍋爐的重要節(jié)能裝置,預熱器質量好壞直接影響鍋爐的經濟性和安全性。要保證預熱器產品質量,就必須了解影響產品質量的因素。據報道,70%～80%的產品質量問題來源于設計質量問題[1],設計質量的控制是產品質量控制的“瓶頸”,因而需要重點把握產品設計階段各個環(huán)節(jié)的質量控制[2-3]。

基于目前行業(yè)內預熱器設計存在的普遍問題,本文結合ISO 9001質量管理體系和預熱器設計實踐經驗,分析了目前預熱器的設計質量現(xiàn)狀,并提出了針對預熱器設計儲備、設計產生、設計輸入、設計策劃、設計輸出、設計更改、設計評價7個環(huán)節(jié)進行設計的全過程質量控制方法。該方法以ISO 9001質量管理體系為基礎,是落實到實際設計過程中的可操作性強的質量控制方法,該方法已在筆者單位實際運用,并取得了良好的效果。

1 預熱器設計質量要求

產品設計過程中的質量主要包括2個方面:一是設計出來的產品質量;二是設計過程中產生的產品(設計圖紙和技術文件等)的質量[4]。具體到預熱器設計而言,一是設計出來的預熱器產品是否符合質量要求,二是預熱器設計施工圖和技術文件(接口圖、安裝說明書和運行說明書等)是否滿足加工制造、安裝調整和運行維護的要求。回轉式預熱器布置位置及結構如圖1所示。

圖1 回轉式預熱器布置位置及結構

2 預熱器設計質量現(xiàn)狀及影響設計質量的因素

預熱器是電站鍋爐的重要組成部分,并且是唯一的大型運動部件,是最容易出現(xiàn)故障的設備之一,預熱器的特殊地位決定了預熱器安全穩(wěn)定運行是預熱器產品的首要目標。但是,目前預熱器故障導致鍋爐“非停”的情況還是時有發(fā)生。上述質量問題屬于預熱器產品質量問題。

設計施工圖是產品零件制造的基礎,筆者作為預熱器設計人員,經常會收到關于施工圖設計錯誤的反饋,根據統(tǒng)計,施工圖設計錯誤率甚至會高達部件數(shù)的10%。此外,安裝說明書、運行說明書等技術文件同樣經常出現(xiàn)與現(xiàn)場不符的情況。以上質量問題屬于預熱器設計過程中產生的產品質量問題。

無論是預熱器產品質量問題,還是預熱器設計過程中產生的產品質量問題,都不完全是設計過程中某些單一過程的質量控制不到位導致的,設計過程中的各個階段均需要做好質量控制。例如某些項目需要預熱器采用圓殼體和中心支撐預熱器,但是有些預熱器提供商未能提供,一方面可能是由于管理者決策失誤,未在圓殼體和中心支撐預熱器方面進行設計儲備;另一方面也可能是由于設計人員業(yè)務素質不足,無法提出設計方案或者提出的方案根本無法加工制造,還有可能加工制造商沒有承擔加工任務的設備和能力。

此外,設計人員缺少與各個相關方的有效溝通也是設計質量出現(xiàn)的重要原因之一。例如設計產生階段,由于設計人員缺少與投資方的溝通,導致未能充分理解投資方的目標,預熱器選型偏大或偏小;設計策劃階段,由于設計人員缺少與采購人員的溝通,導致設計成本過高或原材料采購周期過長;設計變更階段,由于設計人員缺少與加工制造商的溝通,導致未能了解加工制造商的加工能力,設計的方案無法順利制造;設計評價階段,由于設計人員缺少與運營商的溝通,導致未能了解運營商的需求,預熱器不便于管理、運行和維護。

3 提高預熱器設計質量的方法

預熱器設計需要經歷從需求的產生到設計選型再到產品制造最后到產品使用的過程,任何一個過程出現(xiàn)質量問題都會影響最終的設計質量,因此,建立設計全過程的質量控制才能保證設計成果符合質量預期?；贗SO 9001質量管理體系和筆者自身的預熱器設計經驗,從預熱器產品設計的各個階段出發(fā),對設計儲備、設計產生、設計輸入、設計策劃、設計輸出、設計更改、設計評價7個環(huán)節(jié)進行設計全過程質量控制方法的論述,探討了如何加強質量控制,通過高質量設計制造出高質量產品的方法。

3.1 設計儲備階段

設計儲備階段往往是很容易被企業(yè)忽視的階段,設計能力決定了產品的現(xiàn)在,而設計儲備往往決定了產品的未來。隨著社會需求的變化,需要在有限的研發(fā)時間內充分調研市場,準確判斷市場的走向,確定設計儲備的方向,才能在之后的市場競爭中不被市場淘汰。

預熱器起初只是作為鍋爐附屬的換熱設備,300、600和1 000 MW的鍋爐對應的預熱器型號只有29#、32#、34.5#三種型號。隨著市場競爭的日趨白熱化和各性能指標要求的提升,原有的型號已經無法滿足市場的需求,這就需要管理者能夠提前做出預判,將預熱器的型號細化成諸如28#、29#、30#、32#、33#、34.5#等多種型號,以求在滿足投資方需求的同時,盡量降低制造成本。同時,需要對預熱器其他應用領域進行調研,逐步擴大預熱器的市場應用領域,并提前做好設計儲備。例如鋼鐵、水泥行業(yè)所需要的GGH和電站鍋爐預熱器原理和結構大致相同,只需要進行簡單的技術改進即可運用于該行業(yè)。

管理者和設計人員需要積極參與行業(yè)標準的制定。行業(yè)標準的制定往往是在行業(yè)發(fā)展初期由技術儲備豐富的企業(yè)來制定,他們以自身企業(yè)的標準為范本上升為行業(yè)標準,后來的競爭者就需要根據行業(yè)標準規(guī)范自身的設計、生產、制造,這無疑對提高產品的競爭力有著巨大的幫助。

3.2 設計產生階段

投標配合往往是預熱器的設計產生階段,投資方與設備提供商的配合選型是預熱器產生的源頭,對整個設計的有無起決定性作用。在投標階段,設計人員需要詳細了解投資方的目標,包括費用目標、進度目標和質量目標,目標了解得越全面,預熱器選型就越符合投資方需求。投標階段的選型需要嚴格執(zhí)行設校審制度,確保選型的準確性。若出現(xiàn)差錯,后續(xù)大多無法做出更改。通過設校審流程,不斷地對選型進行修正,這樣提交給投資方的才是既滿足投資方需求又能使產品利潤最大化的選型。

投標配合階段的設計不僅僅只是設計人員的工作,它是一項系統(tǒng)性工程,為了能夠為投資方提供高質量的產品,需要營銷、設計、采購和項目執(zhí)行等部門人員的參與和配合。例如設計人員針對某項目預熱器某部件材料選用5 mm厚的ND鋼,但是材料采購部門了解到該厚度的ND鋼市場上不容易采購到,只能通過定制的方式向鋼廠采購,但是定制該厚度的鋼板需要足夠的起購量,而該項目僅需要少量的ND鋼,綜合核算下來,設計人員決定采用5 mm厚的316L材質替換ND鋼,雖然316L的采購單價更高,但是鋼材供應充足,整體材料成本反而更低。

3.3 設計輸入階段

設計輸入階段面臨大量的信息:前期投標配合階段投資方的意見、設計院總包方的意見、預熱器自身結構和工藝方面專家的意見、配套件廠家的配合意見等,因此預熱器的設計需要集成這些不同的信息,設計人員需要有效地管理這些信息,對其進行及時的傳達、修正和存儲,方能周密而完整地規(guī)劃設計過程,系統(tǒng)而細致地實施設計,使整個設計全面而井井有條。設計過程中若出現(xiàn)對各方意見的錯誤判斷以致產生技術缺陷,將導致產品質量從一開始就存在質量隱患,之后將會導致圖紙反復修改、生產返工和售后服務,給企業(yè)造成巨大的經濟損失。

設計輸入需要執(zhí)行嚴格的評審制度,評審內容需要包括合同/技術協(xié)議完整性、國家/行業(yè)標準的符合性、項目特殊要求和類似設計項目變化等內容,評審需由經驗豐富的設計人員擔任評審組長,評審通過后方能進行下一步的設計工作。

3.4 設計策劃階段

設計策劃階段,在很大程度上決定了產品的生產成本,因此設計策劃階段要考慮安裝工作量、零件標準化和簡化制造工藝等因素[5]。評審是這一階段的重中之重,評審需要集合設計、制造、采購等各方面的專家進行,對設計策劃的各個方面進行綜合考慮,設計人員根據評審結果對設計方案進行修改。

從大多數(shù)企業(yè)的做法中看出,這一階段是企業(yè)最容易挖掘利潤的階段?，F(xiàn)代質量管理講究精益管理,高于其價值的投入都屬于浪費,并非使用盡可能好的材料就能為客戶創(chuàng)造價值,有時對于自身產品而言反而是一種極大的浪費,將嚴重影響產品的利潤。例如根據投資方的要求,預熱器的設計使用壽命是5年,那么設計人員就應該按照滿足5年使用期限來選擇合適的材料,預熱器元件使用碳鋼即可滿足5年的使用時間,使用不銹鋼將極大地增加產品的制造成本。另外,現(xiàn)有一批鍛件庫存,只需要對設計方案稍作改動就能夠利用,這樣不僅節(jié)約了采購成本,還能大大縮短鍛件的采購時間。

3.5 設計輸出階段

設計輸出階段是把設計方案變成了一個個零件圖的階段,其實也是對設計策劃階段的一種校對。對于管理者而言,根據每個設計人員的能力水平和擅長的領域合理安排設計任務才能高質量地完成設計計劃。同時,在任務的進行過程中還需要根據實際項目的情況,對部件的完成時間或者部件的設計人員做出調整。

對于設計人員而言,知識水平、技術水平、決策能力、管理能力、組織協(xié)調能力、團隊協(xié)作精神以及職業(yè)道德等都會對設計過程的質量產生直接或者間接的影響。例如預熱器的中心筒部件通常只需要將圖紙長度拉長或者縮短即可,而三維設計非常適合該部件的設計,通過三維參數(shù)化設計可以大大節(jié)約設計時間,設計人員如果能夠熟練地掌握三維設計軟件,就能大大地提升設計效率。

3.6 設計變更階段

設計變更階段是設計輸出階段的延續(xù),絕大部分的設計質量問題都體現(xiàn)在這一階段。設計變更越少代表該項目設計質量越高。

預熱器的部件設計較復雜,施工圖中通常都會出現(xiàn)一些錯誤需要修改,而其中大部分的錯誤都是由加工制造商發(fā)現(xiàn)并反饋的。施工圖中的產品在實際制造過程中往往會有不一致的地方,有可能是因為制造廠的條件無法滿足制造需求,也有可能是設計錯誤或者制造工藝不合理,這都需要加工制造商能夠及時進行反饋,設計人員根據現(xiàn)有制造水平做出設計變更。設計人員加強與加工制造商的溝通,充分了解其加工能力、人員水平和制造工藝,有利于設計問題的快速解決和設計質量的提升。

在這一階段,管理者需要對設計變更進行完整的統(tǒng)計和分析,如果某次設計變更只是設計人員的偶發(fā)性錯誤,那只需要做簡單的修改即可,但是如果是經常性錯誤,那就需要引起格外注意,明確其原因是存在設計缺陷,還是設計人員在某方面的知識儲備存在不足。

3.7 設計評價階段

設計評價階段是設計的最后階段,也是檢驗產品質量好壞的階段[6]。運營商作為預熱器產品的最終用戶是最有發(fā)言權的。設計人員需要加強與運營商的溝通,及時了解運營商的使用體驗,比如預熱器阻力和漏風率等性能指標是否達標、運行維護是否方便可靠、產品質量是否過硬等,這些評價可以讓設計人員清楚地了解產品交付到用戶手中的狀態(tài),能夠反映出用戶所期待的與設計人員所理解的客戶需求有多大的差距,也能夠為產品的技術改進提供方向。

管理者需要對收集到的評價進行整理,建立評價數(shù)據庫,將無序的評價進行系統(tǒng)性管理,使之成為可以借鑒和共享的資源。通過分析數(shù)據庫內容,總結設計過程中的共性問題,提高整體設計水平,同時可以從評價中挖掘用戶的痛點,發(fā)掘技術發(fā)展趨勢。

4 結束語

設計質量控制作為整個產品質量控制成效比最高的階段[7],需要企業(yè)針對性地建立設計質量控制方法。筆者通過分析設計質量現(xiàn)狀和影響設計質量的因素,提出了設計全過程質量控制方法,以期為企業(yè)控制產品設計質量提供保障。

當然,設計只是整個產品的一部分,除了做好設計質量的控制,制造、售后服務等過程同樣需要完備的質量控制。只有各個部分共同努力,產品的競爭力才能脫穎而出。