隨著市場競爭日趨激烈，企業(yè)期望持續(xù)地獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，最大化和改善車間現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效能顯得越來越重要，它是提高生產(chǎn)效率，降低不合格產(chǎn)品數(shù)量，甚至成為企業(yè)是否可以贏利的決定性因素。然而實際情況下，企業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備并非是以最好的狀態(tài)運(yùn)行，設(shè)備、操作人員的效率存在很大的上升空間。企業(yè)需要一種行之有效的手段來改善生產(chǎn)過程，因此作為設(shè)備維護(hù)管理策略發(fā)展起來的全員生產(chǎn)維護(hù)(Total Productive Maintenance，TPM)提出了設(shè)備綜合效能的概念。設(shè)備綜合效能是一套衡量生產(chǎn)績效的關(guān)鍵指標(biāo)考核工具，包括可利用時間效率、設(shè)備性能效率和合格品率三個部分。OEE用于分析瓶頸因素，準(zhǔn)確清晰地展示設(shè)備效率的實際狀況，某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的損失情況以及相應(yīng)的改善措施等。
1 沈陽自動化研究所制造執(zhí)行系統(tǒng)總體平臺架構(gòu)
OEE是制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。OEE數(shù)據(jù)用于測量單位設(shè)備的性能，設(shè)備性能可以通過即時或計劃生產(chǎn)的綜合報告進(jìn)行實時測量。MES可以檢測機(jī)器或設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)行狀態(tài)，操作員實時掌握一個生產(chǎn)單元或整條生產(chǎn)線中的所有機(jī)器或設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)和生產(chǎn)效率。通過MES系統(tǒng)可以獲取未排程時間、非計劃停機(jī)時間和計劃停機(jī)時間并獲取工程時間、待機(jī)時間、加工的零件數(shù)量、返修數(shù)量、廢品數(shù)量等關(guān)鍵要素。生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備主要包括：(1)轉(zhuǎn)換輸入裝置，傳感器或者PLC設(shè)備；(2)獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)和分析的可視化顯示設(shè)備，如LED顯示屏。
本文提出的OEE關(guān)鍵績效指標(biāo)評價系統(tǒng)是沈陽自動化研究所制造執(zhí)行系統(tǒng)Shenyang Institute of Automation Manufacturing Execution System,SIA-MES)平臺中一個重要組成部分，SIA-MES通過將身纏過程數(shù)字化，展現(xiàn)一個詳盡透明的產(chǎn)品生產(chǎn)過程，以此建立完善、清晰的數(shù)據(jù)流、信息流。改軟件平臺通過生產(chǎn)現(xiàn)場的屋里設(shè)備中收集實時信息，建成一個可隨時隨地訪問的數(shù)字化“虛擬工廠”并根據(jù)關(guān)鍵指標(biāo)評價系統(tǒng)，實現(xiàn)對每個生產(chǎn)工序和每臺設(shè)備的檢測和追蹤、對整個生產(chǎn)流程的全面掌控和對生產(chǎn)效率的實時評估與產(chǎn)品質(zhì)量在線監(jiān)測。SIA-MES平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其目標(biāo)是通過構(gòu)建產(chǎn)品模型、工廠建模、事件模型和執(zhí)行模型等建立基本語義元的數(shù)字化描述。通過對生產(chǎn)事件、生產(chǎn)狀態(tài)的描述和控制來實現(xiàn)生產(chǎn)活動的序列轉(zhuǎn)換。最終利用計劃調(diào)度、維護(hù)集成系統(tǒng)、設(shè)備關(guān)鍵績效指標(biāo)OEE考核等功能完成生產(chǎn)車間的數(shù)字化管理。
圖1 SIA-MES平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2 設(shè)備綜合效能定義
1971年日本設(shè)備維護(hù)協(xié)會開始推廣全員生產(chǎn)維護(hù)TPM的生產(chǎn)管理方式，設(shè)備綜合效能作為衡量生產(chǎn)力的重要考核指標(biāo)之一。其定義如下：設(shè)備綜合效能作為一套衡量生產(chǎn)過程關(guān)鍵績效的工具，由三大部分結(jié)合而成，分別是可利用時間效率、設(shè)備性能效率和合格品率。關(guān)于設(shè)備綜合效能。由于不同行業(yè)的特點(diǎn)，使得出現(xiàn)了許多不同的計算方法。但是，都與確定設(shè)備綜合效能的這三個主要因素相關(guān)。其計算衡量結(jié)果以百分比方式表現(xiàn)為：設(shè)備綜合效能(％)=可利用時間效率(Equipment Availability)×設(shè)備性能效率(Performance Efficiency)×合格品率(Rate of Quality Products)。
設(shè)備綜合效能的古典定義是JIPM協(xié)會關(guān)于Overall Equipment Effectiveness的定義，并在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。JIPM協(xié)會給出的設(shè)備綜合效能計算方法如圖2所示。在設(shè)備綜合效能計算中，計算可利用時間效率時不包括計劃的非生產(chǎn)時間，也就是在設(shè)備綜合效能計算中沒有考慮這些計劃的非生產(chǎn)損失。
圖2 設(shè)備綜合效能定義
設(shè)備綜合效能關(guān)鍵要素定義：TTSD為班次工作總時間；TUC為未排程時間；TPP為計劃生產(chǎn)時間；TOP為操作時間；TiUSD為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品時，總非計劃停機(jī)時間；Tip為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品時，總生產(chǎn)時間；Si為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品時，每分鐘最大產(chǎn)能；Ni為第i種產(chǎn)品總產(chǎn)量；Fi為第i種產(chǎn)品的次品總量。
設(shè)備綜合效能的古典計算公式：
在以上設(shè)備綜合效能的定義中，分別從時間損失、性能損失和質(zhì)量損失等方面給出了六個最主要的效率損失來源。
(1)設(shè)備故障：由于設(shè)備故障停機(jī)造成的時間損失，故障停機(jī)減少合格產(chǎn)品產(chǎn)量。通常是指由于人機(jī)料法環(huán)等關(guān)鍵因素所造成的設(shè)備故障而引發(fā)的停機(jī)。
(2)換裝調(diào)試：在生產(chǎn)完某一型號產(chǎn)品后，生產(chǎn)另一類型產(chǎn)品時由于工藝參數(shù)的變化而引發(fā)的換裝和調(diào)試所產(chǎn)生的時間損失。換裝時間可以分為內(nèi)換裝時間(在機(jī)器停機(jī)后才能完成操作)和外換裝時間(在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時可以完成操作)。這里不必記錄外換裝時間。
(3)空閑與短暫停機(jī)：由于操作人員誤操作而造成的短暫停頓或設(shè)備本身發(fā)生的短暫停機(jī)時間損失。通常在5～10分鐘之間，主要包括小調(diào)整或潤滑保養(yǎng)活動造成的較小時間損失。
(4)減速損失：設(shè)計理論最大生產(chǎn)速度與實際運(yùn)行生產(chǎn)速度之間的差別，表征正常發(fā)揮設(shè)備效率的指標(biāo)。導(dǎo)致減速損失的原因包括原材料本身缺陷、設(shè)備長期生產(chǎn)的磨損損耗或生產(chǎn)的產(chǎn)品與設(shè)備設(shè)計不匹配等。
(5)加工缺陷：由于設(shè)備故障引起的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷而導(dǎo)致的返工時間損失，包括廢品和次品。通常，偶發(fā)性缺陷可以通過點(diǎn)檢和維護(hù)活動使得設(shè)備恢復(fù)至正常狀態(tài)來降低，而慢性缺陷的原因難于被發(fā)現(xiàn)，只能通過加強(qiáng)日常保養(yǎng)來降低損失。
(6)啟動損失：設(shè)備啟動到穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)期間產(chǎn)生的時間損失和產(chǎn)品損失。損失程度因工序狀態(tài)的穩(wěn)定性、設(shè)備、夾具和模具的維護(hù)水平，操作技能的熟練程度等的不同而異。
3 系統(tǒng)主要功能與實現(xiàn)
圖3 設(shè)備綜合效能系統(tǒng)主要功能
系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)配置靜態(tài)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)錄入動態(tài)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果展示三大部分，主要功能如下所示：
(1)班次配置：主要配置企業(yè)內(nèi)部的班次信息，包括班次名稱、班次工作時間。
(2)事件類別配置：主要配置企業(yè)內(nèi)部的主要停機(jī)事件類別，通常包括設(shè)備故障、換裝調(diào)式、空閑與短暫停機(jī)、減速損失等。
(3)事件原因配置：是對于停機(jī)事件類別的細(xì)化，通常根據(jù)該設(shè)備常見停機(jī)原因的描述。例如缺料、員工誤操作等。
(4)統(tǒng)計類別配置：是定義造成不合格品和次品的主要原因，通常包括加工缺陷、啟動損失。
(5)統(tǒng)計定義配置：是對統(tǒng)計類別的細(xì)化，通常根據(jù)該設(shè)備常見廢品的產(chǎn)生原因進(jìn)行配置。
(6)產(chǎn)品配置：主要配置該設(shè)備生產(chǎn)的主要成品或半成品的詳細(xì)描述。
(7)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)配置：主要配置該設(shè)備生產(chǎn)的主要成品或半成品的最大理論產(chǎn)量。
(8)計劃停機(jī)：主要配置每個班次所有的計劃停機(jī)的時間總和。
(9)產(chǎn)量：設(shè)備在該班次內(nèi)生產(chǎn)的所有產(chǎn)品的總數(shù)量，包括廢品和次品。
(10)產(chǎn)品實例：設(shè)備在該班次內(nèi)生產(chǎn)的每種產(chǎn)品的廢品和次品總數(shù)。
(11)非計劃停機(jī)：設(shè)備在該班次內(nèi)每次非計劃停機(jī)原因及停機(jī)時長。
(12)分析結(jié)果顯示：根據(jù)班次、單體設(shè)備名稱、時間段等信息，自動計算設(shè)備綜合效能統(tǒng)計結(jié)果，并以報表方式展現(xiàn)給決策人員。
表現(xiàn)層是設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)與用戶的交互界面，使用微軟WPF技術(shù)，通信層是分布式系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的機(jī)制，使用WCF數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)庫持久層是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲方式，選擇Oracle數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運(yùn)行于AIX 6操作系統(tǒng)，WCF服務(wù)器通過IIS宿主于Windows Server 2003操作系統(tǒng)。硬件方面，應(yīng)用服務(wù)器、報表服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用IBM X3650；整個設(shè)備綜合效能系統(tǒng)使用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA，Service Oriented Architecture)，所有應(yīng)用程序只能使用PDA、主機(jī)等設(shè)備，通過訪問WCF服務(wù)器來間接訪問數(shù)據(jù)庫中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，大大提高了企業(yè)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)的完整性和安全性。在SOA架構(gòu)應(yīng)用中，服務(wù)是最核心的抽象手段，業(yè)務(wù)被劃分為一系列粗粒度的業(yè)務(wù)服務(wù)和業(yè)務(wù)流程。業(yè)務(wù)眼務(wù)之間相對獨(dú)立、自包含、可重用，由一個或者多個分布的系統(tǒng)所實現(xiàn)，而業(yè)務(wù)流程由服務(wù)組裝而來。該系統(tǒng)封裝了設(shè)備建模、事件建模、停機(jī)原因上報、停機(jī)時間統(tǒng)計、OEE報表展示等服務(wù)，并通過這些服務(wù)的拼裝實現(xiàn)松耦合的應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)一方面具備適應(yīng)變化的靈活性；另一方面，各個服務(wù)之間相互獨(dú)立，當(dāng)系統(tǒng)中某個服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)發(fā)生改變時。不影響其他服務(wù)，大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和健壯性。
4 應(yīng)用實例
以某煙廠松散回潮機(jī)應(yīng)用OEE系統(tǒng)為例，介紹設(shè)備綜合效能指標(biāo)分析系統(tǒng)整體運(yùn)行過程。
(1)工廠建模：將企業(yè)現(xiàn)場的物理設(shè)備和物理布局?jǐn)?shù)字化，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)可視化，主要定義單體設(shè)備的主要信息。
(2)事件建模：定義企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場在生產(chǎn)過程中所發(fā)生的主要事件，這里主要是定義與設(shè)備綜合效能分析相關(guān)的啟停機(jī)事件。
(3)停機(jī)原因和停機(jī)時間上報：當(dāng)啟停機(jī)事件發(fā)生時，將該信息發(fā)送給相關(guān)的事件訂閱者，由相關(guān)操作人員配置停機(jī)原因和停機(jī)時長。
(4)OEE效率統(tǒng)計：系統(tǒng)根據(jù)上報的相關(guān)參數(shù)，自動統(tǒng)計生成設(shè)備的相關(guān)考核指標(biāo)及其趨勢圖，為決策者提供量化的考核指標(biāo)。
5 結(jié)束語
在實際生產(chǎn)過程和管理實踐中有效地利用OEE為生產(chǎn)效率改善服務(wù)是制造業(yè)企業(yè)運(yùn)營管理中的一個十分重要的問題。本文詳述了OEE古典算法，提出了以O(shè)EE為基礎(chǔ)的設(shè)備效率指標(biāo)系統(tǒng)和通過該指標(biāo)系統(tǒng)對企業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)線效率進(jìn)行系統(tǒng)化的診斷和改善方法。并將其應(yīng)用在香煙制造企業(yè)，在該廠松散回潮機(jī)上進(jìn)行實施，得到了良好的應(yīng)用效果。但是由于DEE方法僅可以用于對單個設(shè)備孤立的評價，因此具有較大的局限性。在許多工廠實際中，設(shè)備往往并不都是獨(dú)立存在的，設(shè)備之間存在著行為、工藝以及信息上的聯(lián)系，還應(yīng)該對OEE理論進(jìn)行進(jìn)—步研究和改進(jìn)。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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