基于Visual Object Net++的制造系統(tǒng)性能分析

繆高峰　郝社華

摘要：該文討論了在現(xiàn)在制造系統(tǒng)中設(shè)備利用率的評(píng)估和計(jì)算，在此基礎(chǔ)上對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算，這樣清楚的展示了制造系統(tǒng)中設(shè)備和系統(tǒng)的利用率問題，從而對(duì)設(shè)備的優(yōu)化和瓶頸崗位優(yōu)化與再造有重要意義。

關(guān)鍵詞：設(shè)備利用率；OEE；排隊(duì)論；Visual Object Net

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）01-0189-02

在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中為了研究生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備之間的關(guān)系，探討系統(tǒng)運(yùn)行性能效率等，需要對(duì)制造設(shè)備進(jìn)行定性分析從而了解其對(duì)制造系統(tǒng)的性能影響，從而尋找系統(tǒng)的瓶頸設(shè)備，2003 年科研人員在OEE（Overall Equipment Effectiveness） 的基礎(chǔ)上提出了產(chǎn)出綜合效能OTE（Overall Throughput Effectiveness）。根據(jù)對(duì)OTE 計(jì)算公式的分析，其中的某個(gè)式子能作為瓶頸的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而可以識(shí)別生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸或瓶頸設(shè)備。利用TOC（Theory of Constraints），可以完成對(duì)瓶頸的解決和生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷改進(jìn)。而結(jié)合OTE 和TOC，可以彌補(bǔ)兩者單方面應(yīng)用上的不足，OTE 為TOC 提供績效指標(biāo)和瓶頸識(shí)別指標(biāo)，而TOC 為OTE 提供解決瓶頸和平衡生產(chǎn)系統(tǒng)的思路，兩者的結(jié)合能達(dá)到增加系統(tǒng)合格產(chǎn)出，提高系統(tǒng)的產(chǎn)能的目的。該文主要討論了現(xiàn)代制造系統(tǒng)中制造設(shè)備的性能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，從而找尋生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸，然后解決此瓶頸，如此不斷地重復(fù)瓶頸的識(shí)別和解決，以達(dá)到不斷完善生產(chǎn)系統(tǒng)的效果。

1 全局設(shè)備效率（OEE）

一般，每一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備都有自己的最大理論產(chǎn)能，要實(shí)現(xiàn)這一產(chǎn)能必須保證沒有任何干擾和質(zhì)量損耗。當(dāng)然，實(shí)際生產(chǎn)中是不可能達(dá)到這一要求，由于許許多多的因素，車間設(shè)備存在著大量的失效： 例如除過設(shè)備的故障，調(diào)整以及設(shè)備的完全更換之外，當(dāng)設(shè)備的表現(xiàn)非常低時(shí)，可能會(huì)影響生產(chǎn)率，產(chǎn)生次品，返工等。OEE是一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量工具，它用來表現(xiàn)實(shí)際的生產(chǎn)能力相對(duì)于理論產(chǎn)能的比率。國際上對(duì)OEE的定義為：OEE是Overall Equipment Effectiveness（全局設(shè)備效率）的縮寫，它由可用率，表現(xiàn)性以及質(zhì)量指數(shù)三個(gè)關(guān)鍵要素組成，即：

OEE=可用率[×]表現(xiàn)性[×]質(zhì)量指數(shù)

其中：

可用率=[操作時(shí)間計(jì)劃工作時(shí)間]

它是用來考慮停工所帶來的損失，包括引起計(jì)劃生產(chǎn)發(fā)生停工的任何事件，例如設(shè)備故障，原料短缺以及生產(chǎn)方法的改變等。

表現(xiàn)性=[理想周期時(shí)間操作時(shí)間×總產(chǎn)量]=[總產(chǎn)量操作時(shí)間×生產(chǎn)速率]

表現(xiàn)性考慮生產(chǎn)速度上的損失。包括任何導(dǎo)致生產(chǎn)不能以最大速度運(yùn)行的因素，例如設(shè)備的磨損，材料的不合格以及操作人員的失誤等。

質(zhì)量指數(shù)=[良品總產(chǎn)量]

質(zhì)量指數(shù)考慮質(zhì)量的損失，它用來反映沒有滿足質(zhì)量要求的產(chǎn)品（包括返工的產(chǎn)品）。

2 OEE性能評(píng)估

利用OEE的一個(gè)最重要目的就是減少一般制造業(yè)所存在的六大損失：停機(jī)損失、換裝調(diào)試損失、暫停機(jī)損失、減速損失、啟動(dòng)過程次品損失和生產(chǎn)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的次品損失。實(shí)踐證明OEE是一個(gè)極好的基準(zhǔn)工具，通過OEE模型的各子項(xiàng)分析，它準(zhǔn)確清楚地告訴你設(shè)備效率如何，在生產(chǎn)的哪個(gè)環(huán)節(jié)有多少損失，以及你可以進(jìn)行那些改善工作。長期的使用OEE工具，企業(yè)可以輕松的找到影響生產(chǎn)效率的瓶頸，并進(jìn)行改進(jìn)和跟蹤。達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的，同時(shí)使公司避免不必要的耗費(fèi)。

3 基于排隊(duì)理論的系統(tǒng)性能評(píng)估

基于排隊(duì)理論的分析方法是一種在建立制造系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，利用排隊(duì)論的有關(guān)理論和方法求解模型的有關(guān)參數(shù)，揭示制造系統(tǒng)性能的一種分析方法。主要分單機(jī)但隊(duì)列系統(tǒng)分析和多機(jī)多隊(duì)列系統(tǒng)分析，該文只討論單機(jī)單隊(duì)列系統(tǒng)。

單機(jī)單隊(duì)列系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

[-λp0]+[μp1]=0，n=0

[λpn-1]-（[λ]+[μ]）p[n]+[μpn+1]=0，n[≥1]

[n=0pn=1，pn][≥0]，

穩(wěn)態(tài)概率的模型為：[pn=ρn（1-ρ），ρ=λμ<1]

對(duì)于M/M/1系統(tǒng)，可以將到達(dá)率看作系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的設(shè)計(jì)輸入/輸出速度，而將服務(wù)率u看作系統(tǒng)的最大輸入/輸出速度，系統(tǒng)地設(shè)備利用率U為：

[U=ρ=λμ]

4 流水生產(chǎn)線的建模與分析

下圖是利用Visual Object Net++軟件建立的某一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)流程圖，其中包括一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備，幾個(gè)暫存區(qū)；P1，P2，P3是暫存區(qū)，T1是待加工產(chǎn)品到加工暫存區(qū)所用的時(shí)間60s，T2為設(shè)備的加工時(shí)間為300s，T4是設(shè)備出故障的時(shí)間為144000s，T5是設(shè)備出故障后維修時(shí)間為3600s，T3為加工好的零件包裝的時(shí)間。

圖1

根據(jù)排隊(duì)理論可以算出系統(tǒng)的效率為：2536/（2536+56+1）=97.8%，這是在理想的情況下，即設(shè)備的OEE=100%；而在實(shí)際生產(chǎn)過程中卻并非如此，實(shí)際統(tǒng)計(jì)中該設(shè)備每天天工作時(shí)間為8h， 班前計(jì)劃停機(jī)15min， 故障停機(jī)30min，設(shè)備調(diào)整25min， 產(chǎn)品的理論加工周期為6 min/件， 統(tǒng)計(jì)加工的產(chǎn)品45件， 有2件廢品。

根據(jù)上面可知：

計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間=8x60-15=465 （min）

實(shí)際運(yùn)行時(shí)間=465-30-25=410 （min）

有效率=410/465=0.881（88.1%）

生產(chǎn)總量=410（件）

理想速度x實(shí)際運(yùn)行時(shí)間=1/0.6 x 410=68.3

表現(xiàn)性=45/68.3=0.658（65.8%）

質(zhì)量指數(shù)=（45-2）/45=0.955（95.5%）

OEE=有效率x表現(xiàn)性x質(zhì)量指數(shù)=55.4%

因此系統(tǒng)的效率為55.4%*97.8%=54.18%，要想提高系統(tǒng)的效率必須從質(zhì)量指數(shù)，表現(xiàn)性，設(shè)備的有效率方面提高系統(tǒng)的效率。

5 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

實(shí)踐證明在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中運(yùn)用軟件仿真的同時(shí)結(jié)合設(shè)備的OEE可以有效真實(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況以此為基礎(chǔ)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化和改造是接近事實(shí)的，可以彌補(bǔ)仿真軟件的缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1] Mohamed A，Hassane A.Modeling and simulation of an electronic component manufacturing system using hybrid Petri nets [J].IEEE Tram on semiconductor Manufacturing，1998，11（3）：374-383.

[2] Drath R Visual Object Net++ 2.0[EB/OL].http：//www.system technik tu-ilmenau de/.

[3] 韓贊東，張勇智.大批量制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力和設(shè)備利用率分析[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，44（2）：145-148.

[4] 馮鐵軍，霍兆義，尹洪超.多周期多種設(shè)備公用工程系統(tǒng)優(yōu)化模型的改進(jìn)及應(yīng)用[J].運(yùn)籌與管理，2012，21（3）：71-71.

[5] 邵志芳，錢省三，劉仲英.基于Petrinet的半導(dǎo)體代工系統(tǒng)建模及案例分析[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2006，31（11）：813-814.

[6] 馬俊，孫小明.基于Petri網(wǎng)的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真研究[J].機(jī)械，2004，31（4）：7-7.