质量管理的理论、方法、常用工具在港口机械产品设计中的应用

苏希俭 郭 进 刘照容

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125

0 引言

港口机械属于重型机械产品类别，基本上是单件或小批量订货、生产。由于港口机械单品价值高，在全球范围基本上处于买方市场。

世界各国采用的港口机械设计、制作标准多种多样，港口机械的用户所提要求多种多样，故港口机械难以标准化设计、生产，再加上用户的临时整改要求，导致设计错误多、制作错误多。有数据显示，整个修改费用占到产品总价值的5%以上，给制造商带来重大损失。

在不能改变买方市场现状的前提下，必须加强管理，让管理出效益。尤其是质量管理，更应该将港口机械产品的订货、设计、制作、售后等各环节纳入质量管理体系当中。本文尝试将质量管理的理论、方法、常用工具应用到港口机械产品的设计当中，做一些有益的探讨。

1 质量管理发展史上的重要阶段

从工业化生产以来，纵观质量管理的发展历史，可以简单地归纳为2个重要阶段：结果质量阶段和过程质量阶段。

1）结果质量 通过设备检查或技术检验等手段，检查产品质量，确保产品的交付质量。检查已生产出来的产品，事后把关；检查成本高、废品率高、错误纠正时间长。

2）过程质量 将关注重点从产品质量扩大到过程质量。通过识别可能存在的风险，在问题出现之前加以预防，确保质量。通过查找以前产品不合格的原因，应用高等数学、统计学、运筹学和计算机等科学理论、方法、工具进行预测和控制，防止或减少不合格品的产生。

对设计工作来说，质量管理有其特殊性：设计工作的质量是图纸，不是实物，造成最大价值的损失是时间；设计过程可以多人检查，发现错误。因此，设计工作的质量有2个阶段：在没有形成半成品或成品以前，所发现的设计错误都是过程质量阶段，如自校图纸、互校图纸、审核图纸、生产工艺设计阶段所发现的设计问题；当按照图纸制作成了半成品及成品后，所发现的设计错误就是结果质量阶段。

在港口机械产品设计中应用质量管理的理论、方法、工具，其目的是：尽量将设计错误发现在设计阶段、用户或咨询公司审查阶段、自校阶段、互校阶段、审核阶段、生产工艺设计阶段。

2 质量管理的重要理论

质量管理中有2个重要理论：全面质量管理（Total Quality Management，简称TQM）和基于风险的思维。

TQM是以产品质量为核心，建立起一套科学、严密、高效的质量体系，以提供满足用户需要的产品或服务的全部活动。其包括：全过程的质量管理、全员的质量管理、全企业的质量管理。

基于风险的思维体现在质量管理体系GB/T 19001—2016《质量管理体系 要求》中，其将有关策划、评审和改造等全过程，都纳入风险意识中，作为预防。

产品设计部门作为企业的一分子，也必须执行TQM。为此，需要将投标、设计、图纸内审、图纸外审、内部技术交底等设计阶段的全过程纳入质量管理体系中；需要将机、电、液设计人员等设计阶段的全员纳入质量管理体系中；需要将外购配套件询价时间节点、图纸设计完工时间节点等工作，作为全企业的一环，纳入质量管理体系中。

基于风险的思维，产品设计部门应制定设计图纸的校、审制度及流程。流程中应设定阈值，超过临界值则触发警告，启动相应的应急程序。

3 质量管理的重要方法

在质量管理体系（GB/T 19001—2016）中，PDCA循环是其重要的过程方法。PDCA循环是由策划（Plan）、实施（Do）、检查（Check）、处置（Act）4部分构成，形成闭环，在不断地循环中提高质量。PDCA循环的方法能用于所有过程，港口机械产品设计过程也不例外。以港口机械岸边集装箱起重机为例，说明PDCA循环在减少设计错误数量方面的应用。

在初创时期，公司积极吸收一切先进技术。虽然采取了“两校一审”制度，依然出现很多设计错误。为吸取经验教训，利用已有成果，设计部门制订了岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）校对表。计算部分包括电机功率计算是否正确、轮压稳定性计算是否正确、主机构零部件选型计算是否正确。整机部分包括主参数是否满足标书要求、主要配套件是否全部满足标书要求、整机质量是否在控制范围内、内审、用户审图的意见是否全部落实、续购项目、先前修改是否全部落实。过程包括自校、校对、和审核3步。

形式上分为总体校对表、部件校对表，内容是对重大设计错误、有可能会重复犯的设计错误进行收集、归纳、总结，形成此表——此为策划（Plan）。对于任何项目、任何部件，任何人在设计、校对、审核工作中，严格依据此表进行流程化操作——此为实施（Do）。在新项目的设计过程中，发现了新的错误，此错误类型不在校对表内。经分析后认为，其他人有可能再犯此错误——此为检查（Check）。对岸桥校对表内容增补——此为处置（Act）。

多年来对此表进行了多次PDCA循环，持续改善，有力地防止了二过（重复的错误）设计错误的发生。

4 对设计错误产生原因的探讨及应对措施

4.1 对设计错误产生原因的探讨

在全面质量管理的理论中，影响产品质量的主要因素有人、机、料、法、环等。人是指制造产品的人员；机是指制造产品所用的设备；料是指制造产品所使用的原材料；法是指制造产品所使用的方法；环是指产品制造过程中所处的环境。具体到设计工作，采用排除法来确定产生设计错误的主要因素。

1）环境 设计人员的工作场所环境，都是良好的，基本不会对设计错误产生影响；

2）方法 设计工作中都是遵循相同的规章制度、流程，基本不会对设计错误产生影响；

3）原材料 设计工作中所涉及到原材料，可以理解为设计任务的来源，如合同、技术规格书，以及机械设备加工能力参数，信息、资料对每个人来说都是一样的，基本不会对设计错误产生影响；

4）设备 设计人员使用同样的电脑设备、同样的设计软件、同样的设计标准进行设计工作，基本不会对设计错误产生影响。

5）人 人的素质主要包括3个方面：①身体素质包括健康、心智状况；②文化科学技术素质 包括专业素养、技术水平、再学习能力；③思想道德素质 包括工作态度、工作作风、质量意识、心理素质等。

一般来说，在一个人的身体状况良好的前提下，设计工作质量优、劣与其技术水平成正比，与其对工作的认真程度成正比。

以岸桥产品的部件为例，进行错误类型统计。某部件设计错误分类如图1所示，其中，图面质量错误占比76%，主要错误类型是图面漏件号、焊缝标准不明确、焊缝标注错误、尺寸标注不到位、尺寸标注等错误；明细表错误占比15%，主要错误类型是尺寸标注、件数标注没有按统一规定；对筋错误占比4%，主要错误类型是承受载荷的金属结构的主要传力板没有对准机构的主要传力板；干涉错误占比5%，主要错误类型是金属结构形体与金属结构形体相互重叠，或金属结构形体与机构形体相互重叠。干涉错误发生的原因，既与自身设计水平低有关，也与自身粗心大意有。

图1 某部件设计错误分类

综合统计岸桥产品所有部件上发生的全部设计错误，因粗心引发的错误频次占到80%以上，故人的因素，尤其人的粗心所产生的设计错误是主要原因的主要方面。

4.2 减少设计错误的应对措施

对于有规律的错误，解决办法是将好的流程、好的规章制度、好的做法持续坚持，并逐步增加或完善；对于没有规律的错误、完全是粗心引发的错误，解决办法是制造适度的紧张情绪。

有心理学的研究表明，智力操作效率与情绪的紧张、松弛之间呈现一种倒U形曲线关系：当情绪在过分紧张，或过分松弛状态时，智力操作效率最差；当情绪在中等强度的紧张状态时，智力操作效率最好。受此实验启发，制造适度的紧张情绪，是防止粗心的有效方法。

1）绩效考核(Key Performance Indicator简称KPI)。KPI为关键绩效指标考核法。按管理主题分为激励型和管控型等2种类型，都可用来提升企业的整体绩效。

2）对越过质量底线的设计错误，设立处罚机制。有5个处罚等级：批评、通报批评、扣除奖金、调换岗位、末位淘汰。

5 信息化技术在机械产品设计质量管理工作中的应用

文献[1]中提出：“数字化TQM是质量管理范式的一个最新阶段”。数字化TQM只是采用了当前最先进的手段和工具，对过程质量阶段赋予了更多的内涵。

机械产品设计质量管理全过程可以借助现代计算机、AI、5G技术，将其纳入企业资源计划系统（Enterprise Resource Planning，简称ERP）。

数字化TQM应用于ERP，对设计院内部而言，可实现事事有记录，处处有痕迹，一切皆可量化，产生的大数据，为后续开发利用打下基础；校对、审核过程发现的设计错误，可以实时呈现给原设计者、管理者和同事，及时吸取教训，举一反三，避免他人犯同样错误，提高效率及质量；提高绩效考核的准确性、及时性；基于数据的决策是基于事实的决策的升华，将复杂的问题简单化，利于管理者找到、聚焦于真正的问题和解决方案。

对于在企业内部而言，工艺人员、制造基地即是设计部门的内部顾客，企业各部门可实时了解设计工作的进度、质量，便于安排工作，增加顾客满意度。

对用户及监理处而言，适当开放机械产品设计中间过程给用户，类似餐饮业可视化的透明厨房，可以使用户提升体验，增加用户对企业的信任感、认同感。

目前，在设计工作前端，企业内容管理ECM（Enterprise Content Management）上已实现了用户线上设计审查；在设计工作后端，设计修改单管理系统上也实现了用户对修改单内容、完成节点在线上动态跟踪。

6 结语

在多数机械制造企业中，设计部门人员管理设计工作，QHSE（质量Quality、健康Health、安全Safety和环境Environmental）部门管理质量工作。虽然两部门人员有交流或交叉工作，但是要真正认识、深刻理解对方工作内容的理论体系、运行规律，需要有长时间的积累。只有将质量管理工作和机械产品设计工作两者有机结合，才是机械产品设计质量持久提高的正确方向。