预热器设计质量现状及提高设计质量的方法

龚高阳

东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川 成都 610000

0 引言

预热器是布置在电站锅炉尾部烟道上利用排烟预热将空气预热到所需温度的热交换器,是电站锅炉的重要节能装置,预热器质量好坏直接影响锅炉的经济性和安全性。要保证预热器产品质量,就必须了解影响产品质量的因素。据报道,70%～80%的产品质量问题来源于设计质量问题[1],设计质量的控制是产品质量控制的“瓶颈”,因而需要重点把握产品设计阶段各个环节的质量控制[2-3]。

基于目前行业内预热器设计存在的普遍问题,本文结合ISO 9001质量管理体系和预热器设计实践经验,分析了目前预热器的设计质量现状,并提出了针对预热器设计储备、设计产生、设计输入、设计策划、设计输出、设计更改、设计评价7个环节进行设计的全过程质量控制方法。该方法以ISO 9001质量管理体系为基础,是落实到实际设计过程中的可操作性强的质量控制方法,该方法已在笔者单位实际运用,并取得了良好的效果。

1 预热器设计质量要求

产品设计过程中的质量主要包括2个方面:一是设计出来的产品质量;二是设计过程中产生的产品(设计图纸和技术文件等)的质量[4]。具体到预热器设计而言,一是设计出来的预热器产品是否符合质量要求,二是预热器设计施工图和技术文件(接口图、安装说明书和运行说明书等)是否满足加工制造、安装调整和运行维护的要求。回转式预热器布置位置及结构如图1所示。

图1 回转式预热器布置位置及结构

2 预热器设计质量现状及影响设计质量的因素

预热器是电站锅炉的重要组成部分,并且是唯一的大型运动部件,是最容易出现故障的设备之一,预热器的特殊地位决定了预热器安全稳定运行是预热器产品的首要目标。但是,目前预热器故障导致锅炉“非停”的情况还是时有发生。上述质量问题属于预热器产品质量问题。

设计施工图是产品零件制造的基础,笔者作为预热器设计人员,经常会收到关于施工图设计错误的反馈,根据统计,施工图设计错误率甚至会高达部件数的10%。此外,安装说明书、运行说明书等技术文件同样经常出现与现场不符的情况。以上质量问题属于预热器设计过程中产生的产品质量问题。

无论是预热器产品质量问题,还是预热器设计过程中产生的产品质量问题,都不完全是设计过程中某些单一过程的质量控制不到位导致的,设计过程中的各个阶段均需要做好质量控制。例如某些项目需要预热器采用圆壳体和中心支撑预热器,但是有些预热器提供商未能提供,一方面可能是由于管理者决策失误,未在圆壳体和中心支撑预热器方面进行设计储备;另一方面也可能是由于设计人员业务素质不足,无法提出设计方案或者提出的方案根本无法加工制造,还有可能加工制造商没有承担加工任务的设备和能力。

此外,设计人员缺少与各个相关方的有效沟通也是设计质量出现的重要原因之一。例如设计产生阶段,由于设计人员缺少与投资方的沟通,导致未能充分理解投资方的目标,预热器选型偏大或偏小;设计策划阶段,由于设计人员缺少与采购人员的沟通,导致设计成本过高或原材料采购周期过长;设计变更阶段,由于设计人员缺少与加工制造商的沟通,导致未能了解加工制造商的加工能力,设计的方案无法顺利制造;设计评价阶段,由于设计人员缺少与运营商的沟通,导致未能了解运营商的需求,预热器不便于管理、运行和维护。

3 提高预热器设计质量的方法

预热器设计需要经历从需求的产生到设计选型再到产品制造最后到产品使用的过程,任何一个过程出现质量问题都会影响最终的设计质量,因此,建立设计全过程的质量控制才能保证设计成果符合质量预期。基于ISO 9001质量管理体系和笔者自身的预热器设计经验,从预热器产品设计的各个阶段出发,对设计储备、设计产生、设计输入、设计策划、设计输出、设计更改、设计评价7个环节进行设计全过程质量控制方法的论述,探讨了如何加强质量控制,通过高质量设计制造出高质量产品的方法。

3.1 设计储备阶段

设计储备阶段往往是很容易被企业忽视的阶段,设计能力决定了产品的现在,而设计储备往往决定了产品的未来。随着社会需求的变化,需要在有限的研发时间内充分调研市场,准确判断市场的走向,确定设计储备的方向,才能在之后的市场竞争中不被市场淘汰。

预热器起初只是作为锅炉附属的换热设备,300、600和1 000 MW的锅炉对应的预热器型号只有29#、32#、34.5#三种型号。随着市场竞争的日趋白热化和各性能指标要求的提升,原有的型号已经无法满足市场的需求,这就需要管理者能够提前做出预判,将预热器的型号细化成诸如28#、29#、30#、32#、33#、34.5#等多种型号,以求在满足投资方需求的同时,尽量降低制造成本。同时,需要对预热器其他应用领域进行调研,逐步扩大预热器的市场应用领域,并提前做好设计储备。例如钢铁、水泥行业所需要的GGH和电站锅炉预热器原理和结构大致相同,只需要进行简单的技术改进即可运用于该行业。

管理者和设计人员需要积极参与行业标准的制定。行业标准的制定往往是在行业发展初期由技术储备丰富的企业来制定,他们以自身企业的标准为范本上升为行业标准,后来的竞争者就需要根据行业标准规范自身的设计、生产、制造,这无疑对提高产品的竞争力有着巨大的帮助。

3.2 设计产生阶段

投标配合往往是预热器的设计产生阶段,投资方与设备提供商的配合选型是预热器产生的源头,对整个设计的有无起决定性作用。在投标阶段,设计人员需要详细了解投资方的目标,包括费用目标、进度目标和质量目标,目标了解得越全面,预热器选型就越符合投资方需求。投标阶段的选型需要严格执行设校审制度,确保选型的准确性。若出现差错,后续大多无法做出更改。通过设校审流程,不断地对选型进行修正,这样提交给投资方的才是既满足投资方需求又能使产品利润最大化的选型。

投标配合阶段的设计不仅仅只是设计人员的工作,它是一项系统性工程,为了能够为投资方提供高质量的产品,需要营销、设计、采购和项目执行等部门人员的参与和配合。例如设计人员针对某项目预热器某部件材料选用5 mm厚的ND钢,但是材料采购部门了解到该厚度的ND钢市场上不容易采购到,只能通过定制的方式向钢厂采购,但是定制该厚度的钢板需要足够的起购量,而该项目仅需要少量的ND钢,综合核算下来,设计人员决定采用5 mm厚的316L材质替换ND钢,虽然316L的采购单价更高,但是钢材供应充足,整体材料成本反而更低。

3.3 设计输入阶段

设计输入阶段面临大量的信息:前期投标配合阶段投资方的意见、设计院总包方的意见、预热器自身结构和工艺方面专家的意见、配套件厂家的配合意见等,因此预热器的设计需要集成这些不同的信息,设计人员需要有效地管理这些信息,对其进行及时的传达、修正和存储,方能周密而完整地规划设计过程,系统而细致地实施设计,使整个设计全面而井井有条。设计过程中若出现对各方意见的错误判断以致产生技术缺陷,将导致产品质量从一开始就存在质量隐患,之后将会导致图纸反复修改、生产返工和售后服务,给企业造成巨大的经济损失。

设计输入需要执行严格的评审制度,评审内容需要包括合同/技术协议完整性、国家/行业标准的符合性、项目特殊要求和类似设计项目变化等内容,评审需由经验丰富的设计人员担任评审组长,评审通过后方能进行下一步的设计工作。

3.4 设计策划阶段

设计策划阶段,在很大程度上决定了产品的生产成本,因此设计策划阶段要考虑安装工作量、零件标准化和简化制造工艺等因素[5]。评审是这一阶段的重中之重,评审需要集合设计、制造、采购等各方面的专家进行,对设计策划的各个方面进行综合考虑,设计人员根据评审结果对设计方案进行修改。

从大多数企业的做法中看出,这一阶段是企业最容易挖掘利润的阶段。现代质量管理讲究精益管理,高于其价值的投入都属于浪费,并非使用尽可能好的材料就能为客户创造价值,有时对于自身产品而言反而是一种极大的浪费,将严重影响产品的利润。例如根据投资方的要求,预热器的设计使用寿命是5年,那么设计人员就应该按照满足5年使用期限来选择合适的材料,预热器元件使用碳钢即可满足5年的使用时间,使用不锈钢将极大地增加产品的制造成本。另外,现有一批锻件库存,只需要对设计方案稍作改动就能够利用,这样不仅节约了采购成本,还能大大缩短锻件的采购时间。

3.5 设计输出阶段

设计输出阶段是把设计方案变成了一个个零件图的阶段,其实也是对设计策划阶段的一种校对。对于管理者而言,根据每个设计人员的能力水平和擅长的领域合理安排设计任务才能高质量地完成设计计划。同时,在任务的进行过程中还需要根据实际项目的情况,对部件的完成时间或者部件的设计人员做出调整。

对于设计人员而言,知识水平、技术水平、决策能力、管理能力、组织协调能力、团队协作精神以及职业道德等都会对设计过程的质量产生直接或者间接的影响。例如预热器的中心筒部件通常只需要将图纸长度拉长或者缩短即可,而三维设计非常适合该部件的设计,通过三维参数化设计可以大大节约设计时间,设计人员如果能够熟练地掌握三维设计软件,就能大大地提升设计效率。

3.6 设计变更阶段

设计变更阶段是设计输出阶段的延续,绝大部分的设计质量问题都体现在这一阶段。设计变更越少代表该项目设计质量越高。

预热器的部件设计较复杂,施工图中通常都会出现一些错误需要修改,而其中大部分的错误都是由加工制造商发现并反馈的。施工图中的产品在实际制造过程中往往会有不一致的地方,有可能是因为制造厂的条件无法满足制造需求,也有可能是设计错误或者制造工艺不合理,这都需要加工制造商能够及时进行反馈,设计人员根据现有制造水平做出设计变更。设计人员加强与加工制造商的沟通,充分了解其加工能力、人员水平和制造工艺,有利于设计问题的快速解决和设计质量的提升。

在这一阶段,管理者需要对设计变更进行完整的统计和分析,如果某次设计变更只是设计人员的偶发性错误,那只需要做简单的修改即可,但是如果是经常性错误,那就需要引起格外注意,明确其原因是存在设计缺陷,还是设计人员在某方面的知识储备存在不足。

3.7 设计评价阶段

设计评价阶段是设计的最后阶段,也是检验产品质量好坏的阶段[6]。运营商作为预热器产品的最终用户是最有发言权的。设计人员需要加强与运营商的沟通,及时了解运营商的使用体验,比如预热器阻力和漏风率等性能指标是否达标、运行维护是否方便可靠、产品质量是否过硬等,这些评价可以让设计人员清楚地了解产品交付到用户手中的状态,能够反映出用户所期待的与设计人员所理解的客户需求有多大的差距,也能够为产品的技术改进提供方向。

管理者需要对收集到的评价进行整理,建立评价数据库,将无序的评价进行系统性管理,使之成为可以借鉴和共享的资源。通过分析数据库内容,总结设计过程中的共性问题,提高整体设计水平,同时可以从评价中挖掘用户的痛点,发掘技术发展趋势。

4 结束语

设计质量控制作为整个产品质量控制成效比最高的阶段[7],需要企业针对性地建立设计质量控制方法。笔者通过分析设计质量现状和影响设计质量的因素,提出了设计全过程质量控制方法,以期为企业控制产品设计质量提供保障。

当然,设计只是整个产品的一部分,除了做好设计质量的控制,制造、售后服务等过程同样需要完备的质量控制。只有各个部分共同努力,产品的竞争力才能脱颖而出。