黃鵬鵬 羅 佳 蔡芷榕 黃尚仁

(江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

設(shè)備綜合效率(OEE)是設(shè)備實(shí)際產(chǎn)出合格品數(shù)量與設(shè)備實(shí)際負(fù)荷時(shí)間內(nèi)理論產(chǎn)量的比值，是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)管理評(píng)價(jià)指標(biāo)。較高的設(shè)備OEE意味著設(shè)備的利用率和合格品率較高，也意味著產(chǎn)品成本的降低。當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，使得制造企業(yè)必須不斷提高自身的競(jìng)爭(zhēng)能力，以實(shí)現(xiàn)更有效地為市場(chǎng)提供產(chǎn)品或服務(wù)的目標(biāo)。為此，效率、成本及質(zhì)量成為企業(yè)關(guān)切的熱點(diǎn)。從精益生產(chǎn)角度來(lái)看，提高設(shè)備綜合效率，是提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法和途徑之一。

OEE理論與方法是評(píng)估生產(chǎn)環(huán)節(jié)、實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的核心工具之一，提高OEE可為保障生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)行穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)過(guò)程中的浪費(fèi)提供有力保證[1]。通過(guò)運(yùn)用OEE分析方法?？梢愿娴卣莆赵O(shè)備在時(shí)間、性能方面的使用狀況，并從設(shè)備根源上分析影響產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。前期研究人員在對(duì)OEE算法改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出了以O(shè)EE為基礎(chǔ)的設(shè)備效率指標(biāo)系統(tǒng)，以及通過(guò)指標(biāo)系統(tǒng)對(duì)企業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)效率進(jìn)行診斷和改善[2-4]的基本方法，但在企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，較少針對(duì)性地對(duì)設(shè)備綜合效率進(jìn)行提升研究。本文結(jié)合某企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際情況，針對(duì)其中關(guān)鍵焊接設(shè)備的綜合效率進(jìn)行分析與提升研究。主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)影響設(shè)備OEE損失的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和損失分析，進(jìn)行OEE提升方案設(shè)計(jì)，包括對(duì)工藝參數(shù)如焊接溫度與時(shí)間進(jìn)行改善研究。

1 現(xiàn)狀分析

某企業(yè)的主要業(yè)務(wù)是生產(chǎn)電動(dòng)工具的附件產(chǎn)品，以及進(jìn)行核心裝配工作。焊接工序作為生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵工序，在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障停機(jī)、維修時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)器待料、產(chǎn)品焊接返工數(shù)量較多等問(wèn)題，導(dǎo)致該工序直通率較低，對(duì)全車(chē)間生產(chǎn)造成不利影響。為改善這一現(xiàn)狀，將OEE分析技術(shù)引入生產(chǎn)管理?？紤]公司產(chǎn)線(xiàn)區(qū)域較多，在推行OEE方法時(shí)首先選擇最具代表性的區(qū)域試行，待試行成功取得改善效果后再進(jìn)行廠內(nèi)推廣。現(xiàn)取焊接設(shè)備中編碼為AB-01的設(shè)備數(shù)據(jù)為本文OEE的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)對(duì)象，對(duì)2016年12月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果分析計(jì)算出各損失時(shí)間及設(shè)備OEE。該設(shè)備12月份數(shù)據(jù)合計(jì)統(tǒng)計(jì)如表1。

表1中，該臺(tái)設(shè)備12月日歷工作時(shí)間為23天，共19 200 min。其中，計(jì)劃停機(jī)時(shí)間包含每班班前會(huì)議及班次間交接班時(shí)間，產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，中午規(guī)定休息時(shí)間，下班前的崗位5S整理時(shí)間和其他臨時(shí)性計(jì)劃停機(jī)。由表1可知，各項(xiàng)損失中，故障損失所占比例最高，占比18.4%，其次為質(zhì)量損失，占比5.7%。

針對(duì)該設(shè)備12月份的數(shù)據(jù)對(duì)各損失計(jì)算如下：

同理可以得到其他6臺(tái)焊接設(shè)備十二月份的OEE數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 其他設(shè)備十二月份OEE指標(biāo)

設(shè)備AB-02AB-03AB-04AB-05AB-06AB-07OOE/(%)6953%7338%7168%6879%7246%7012%

從計(jì)算結(jié)果可知，各設(shè)備OEE均低于75%。根據(jù)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)對(duì)于OEE水平的劃分，當(dāng)OEE水平在55%～75%時(shí)，設(shè)備性能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，不利于企業(yè)生產(chǎn)效益的提升，管理層必須關(guān)注設(shè)備綜合效率，因此，提升設(shè)備OEE具有必要性和緊迫性。

2 焊接設(shè)備綜合效率影響因素分析

2.1 影響設(shè)備時(shí)間開(kāi)動(dòng)率因素

設(shè)備的時(shí)間開(kāi)動(dòng)率是以設(shè)備的時(shí)間利用情況反映設(shè)備的運(yùn)行狀況，設(shè)備故障停機(jī)維修時(shí)間、換線(xiàn)停機(jī)時(shí)間及計(jì)劃停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)成為影響設(shè)備時(shí)間開(kāi)動(dòng)率的主要因素。根據(jù)12月份數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)，得到焊接設(shè)備AB-01的各類(lèi)故障停機(jī)損失時(shí)間及換線(xiàn)換料時(shí)間分布狀況如圖1和圖2所示。

從故障損失時(shí)間分布柱狀圖、換線(xiàn)換料損失時(shí)間分布圖結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析可知，造成故障損失時(shí)間長(zhǎng)的主要原因?yàn)椋涸O(shè)備日常維護(hù)管理不夠規(guī)范、故障發(fā)生時(shí)不能快速判別故障原因，對(duì)設(shè)備故障處理不當(dāng)，延誤處理時(shí)間，維修不及時(shí)等；而換線(xiàn)換料停機(jī)時(shí)間所占比例為2%，主要原因在于換線(xiàn)換料作業(yè)不規(guī)范。

表1 AB-01設(shè)備十二月數(shù)據(jù)匯總表

十二月總工作時(shí)間/min計(jì)劃停機(jī)總時(shí)間/min計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間/min凈生產(chǎn)時(shí)間/min質(zhì)量損失時(shí)間/min組織損失時(shí)間/min換線(xiàn)損失時(shí)間/min故障損失時(shí)間/minOEE/%合計(jì)1920022551694512109964338537031165715%

2.2 影響設(shè)備性能開(kāi)動(dòng)率和合格品率因素

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，影響設(shè)備合格品率的主要因素是產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，對(duì)不良品缺陷種類(lèi)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得質(zhì)量缺陷分布狀況如圖3。影響設(shè)備性能開(kāi)動(dòng)率的主要因素是設(shè)備的待料和等待調(diào)機(jī)、收刀頭、空轉(zhuǎn)、短暫停機(jī)(微小停機(jī))、啟動(dòng)損失及速度下降等，其組織損失分布如圖4。

由上述分析可知，影響該設(shè)備OEE的主要因素不僅有設(shè)備本身的故障停機(jī)、計(jì)劃停機(jī)、換線(xiàn)停機(jī)、設(shè)備的調(diào)試待料、質(zhì)量損失等，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中還存在其他影響設(shè)備OEE的因素，如設(shè)備工裝夾具的不合理、設(shè)備焊接參數(shù)不合理、設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)不到位等。所以，設(shè)備OEE存在較大提升空間，需進(jìn)一步提升，通過(guò)影響因素分析，為改善提供了方向。

3 改善方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備時(shí)間開(kāi)動(dòng)率改善

影響焊接設(shè)備時(shí)間開(kāi)動(dòng)率的主要因素包括換線(xiàn)時(shí)間和設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)此分別提出改善措施。

(1)換線(xiàn)損失改善。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究分析，得出導(dǎo)致?lián)Q線(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)的原因是由于操作人員換線(xiàn)過(guò)程基本按照個(gè)人操作習(xí)慣進(jìn)行換線(xiàn)，沒(méi)有建立一套完整標(biāo)準(zhǔn)的換線(xiàn)操作規(guī)范。為規(guī)范換線(xiàn)步驟及縮短換線(xiàn)時(shí)間，避免因換線(xiàn)的失誤導(dǎo)致故障發(fā)生，對(duì)換線(xiàn)順序及步驟進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改善，制定一套標(biāo)準(zhǔn)的換線(xiàn)順序及換線(xiàn)時(shí)間規(guī)范，通過(guò)對(duì)換線(xiàn)操作及換線(xiàn)時(shí)間的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，換線(xiàn)操作時(shí)只要嚴(yán)格對(duì)照換線(xiàn)步驟依次進(jìn)行，即可避免過(guò)程中的換線(xiàn)操作失誤及工序的遺漏[5]。

(2)設(shè)備故障停機(jī)損失時(shí)間改善。針對(duì)設(shè)備故障停機(jī)損失，采用5W1H分析[6]方法，找出焊接設(shè)備損失的主要原因。經(jīng)過(guò)一系列提問(wèn)之后，制定設(shè)備故障判定與維修步驟，依照步驟可以更快地找出設(shè)備故障問(wèn)題及根本原因，提高設(shè)備維修進(jìn)度，縮短設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，同時(shí)解決設(shè)備故障根源問(wèn)題，避免故障再次發(fā)生。同時(shí)利用目視看板加強(qiáng)焊接設(shè)備TPM管理，全體人員參與基礎(chǔ)焊接設(shè)備保養(yǎng)的維修管理體系活動(dòng)。目視看板與維修管理流程的結(jié)合，為焊接設(shè)備停機(jī)故障快速處理提供支持[7-8]。

3.2 設(shè)備性能開(kāi)動(dòng)率改善

焊接設(shè)備性能開(kāi)動(dòng)率的主要影響因素有設(shè)備停機(jī)待料、設(shè)備短暫停機(jī)、設(shè)備速度損失，由于設(shè)備保養(yǎng)等導(dǎo)致的設(shè)備精度偏移、性能下降等。為避免小停機(jī)頻繁發(fā)生，對(duì)每種類(lèi)型小停機(jī)進(jìn)行根源分析，尋找解決問(wèn)題的對(duì)策。針對(duì)小停機(jī)的處理制定詳細(xì)改進(jìn)十六步驟，如圖5所示。

針對(duì)設(shè)備發(fā)生的每個(gè)小停機(jī)，通過(guò)改進(jìn)步驟進(jìn)行徹底剖析研究，實(shí)施問(wèn)題解決對(duì)策，使小停機(jī)問(wèn)題得到根本解決。

3.3 合格品率改善

根據(jù)圖3表明的各種不良缺陷，對(duì)焊接質(zhì)量缺陷原因進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析后，采用魚(yú)骨圖分析方法[9-10]，尋找問(wèn)題產(chǎn)生原因，作出魚(yú)骨圖見(jiàn)圖6，進(jìn)而提出相應(yīng)解決對(duì)策，包括明確對(duì)人員崗位要求、規(guī)范設(shè)備操作方法、控制來(lái)料質(zhì)量等等。通過(guò)對(duì)圓鋸片刀頭焊接質(zhì)量缺陷的調(diào)查研究分析，焊接參數(shù)(焊接溫度、焊接時(shí)間)不穩(wěn)定、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)是引起不良率高的主要原因，故本文著重探討焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。

為此，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[11]對(duì)焊接時(shí)間及焊接溫度進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲取焊接溫度與焊接時(shí)間的最佳組合方案，以達(dá)到提高產(chǎn)品合格率的目標(biāo)。

目前圓鋸片焊接質(zhì)量不良率在4%～12%之間，為降低產(chǎn)品不良率，本文試驗(yàn)樣本個(gè)數(shù)選取為3 750齒，根據(jù)設(shè)備條件，焊接的試驗(yàn)溫度范圍設(shè)定在790 ℃～810 ℃，試驗(yàn)焊接時(shí)間為1～2 s，選用同一型號(hào)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，記錄每組試驗(yàn)的不良數(shù)，通過(guò)Minitab軟件進(jìn)行全因子試驗(yàn)安排并在其中心點(diǎn)取兩次試驗(yàn)[12]，試驗(yàn)安排及結(jié)果如表3所示。

表3 全因子試驗(yàn)結(jié)果表

標(biāo)準(zhǔn)序運(yùn)行序中心點(diǎn)區(qū)組焊接溫度T/℃焊接時(shí)間t/s不良率R/(%)111179010739%221181010810%331179020876%440180015844%551181020953%660180015843%

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行因子試驗(yàn)分析，可得到不良率殘差對(duì)自變量“焊接溫度”及“焊接時(shí)間”的散點(diǎn)圖，結(jié)果如圖7所示。

從圖7不良率殘差對(duì)自變量焊接溫度和焊接時(shí)間的散點(diǎn)圖看，散點(diǎn)有明顯的U型彎曲，顯示響應(yīng)變量不良率呈明顯的彎曲趨勢(shì)?，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重新應(yīng)用Minitab獲得響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)安排[13-14]，進(jìn)行試驗(yàn)后結(jié)果如表4所示。

對(duì)表4數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，可得到不良率二次回歸模型如下：R=2926.27 - 6.70288×T- 303.241×t+379.031×10-5×T2- 4.48281×t2+0.403019×T×t

表4 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

標(biāo)準(zhǔn)序運(yùn)行序PtType區(qū)組焊接溫度T/℃焊接時(shí)間t/s不良率R/(%)131018001584%72-1180010471%1130180015843%1240180015844%85-1180020914%3611792191070%57-1179015807%181179211769%69-1181015880%9100180015843%2111180711469%10120180015842%41311807191120%

由Minitab計(jì)算獲得回歸殘差分析如圖8。

在圖8中，由正態(tài)概率圖可以看出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在一條直線(xiàn)上，說(shuō)明該試驗(yàn)殘差結(jié)果服從正態(tài)分布，殘差直方圖也顯示了殘差的正態(tài)性；在擬合值圖中殘差未出現(xiàn)喇叭口樣的發(fā)散狀況；在殘差與觀測(cè)值順序圖中，殘差值隨機(jī)地在水平軸上下無(wú)規(guī)則波動(dòng)，說(shuō)明殘差值間相互獨(dú)立，以上綜合表明該模型有效可行。

結(jié)合設(shè)備技術(shù)條件，運(yùn)用Minitab的響應(yīng)優(yōu)化器對(duì)焊接溫度與焊接時(shí)間進(jìn)行尋優(yōu)[15]，按照最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)定焊接溫度為810 ℃，焊接時(shí)間為1 s，按此設(shè)定值進(jìn)行生產(chǎn)后，平均不良率降至2.4784%，達(dá)到提升產(chǎn)品合格率的目標(biāo)。

通過(guò)實(shí)施上述改善方案，對(duì)設(shè)備AB-01的OEE進(jìn)行跟蹤記錄，OEE由71%提升至86%，OEE年平均值達(dá)到83.1%，其他焊接設(shè)備OEE也均得到顯著提升。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)設(shè)備綜合效率偏低的實(shí)際問(wèn)題，本文主要進(jìn)行了設(shè)備時(shí)間開(kāi)動(dòng)率、設(shè)備性能開(kāi)動(dòng)率及合格品率等3個(gè)方面的改善。對(duì)故障損失建立故障判斷處理規(guī)范，縮短故障停機(jī)處理時(shí)間，同時(shí)增加故障處理信息看板，提高故障處理效率，對(duì)換線(xiàn)時(shí)間損失的改善主要是嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化和制度化；針對(duì)設(shè)備的短暫停機(jī)和設(shè)備速度損失等，制定了改進(jìn)16步驟和對(duì)操作人員的管理改進(jìn)；采用魚(yú)骨圖分析法對(duì)合格品率進(jìn)行改善，主要運(yùn)用了試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)焊接時(shí)間及焊接溫度進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得了焊接溫度與焊接時(shí)間的最佳組合方案，降低了不良率。經(jīng)過(guò)近一年的持續(xù)實(shí)施，設(shè)備綜合效率得到明顯提高，取得了良好的改善效果。

[1]Konopka,J.Overall equipment effectiveness(OEE) and cost measurement[C].Electronics Manufacturing Technology Symposium,1996, Nineteenth IEEE/CPMT.

[2]李金熱,楊新春.設(shè)備綜合效率OEE計(jì)算及擴(kuò)展[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2008.(3):94-97.

[3]胡朝暉, 劉大成, 劉穗宏,等. 基于OEE的企業(yè)設(shè)備效率診斷與改善[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2006(1):81-84.

[4]賴(lài)冬.OEE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其在企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程師, 2012(2):103-105.

[5]O'Kell S.How education can work to improve care standa-rds.[J]. Nurs Times, 1996, 92(31):38-39.

[6]Son J, Kim J D, Na H S, et al. CBDAC: Context-Based Dynamic Access Control Model Using Intuitive 5W1H for Ubiquitous Sensor Network[J]. International Journal of Distributed Sensor Networks,2015(4):1-12.

[7]Qudrat-Ullah H, Seong B S, Mills B L. Improving highvariable-low volume operations: an exploration into the lean product development[J]. International Journal of Technology Management, 2012, 57(1-3):49-70.

[8]楊宏強(qiáng).現(xiàn)場(chǎng)管理的常用方法及其特點(diǎn)[J]. 管理工程師, 2012(3):4-11.

[9]趙濤,戈猛,趙息. 設(shè)備維護(hù)與管理中設(shè)備效能的評(píng)估與測(cè)度[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2001, 12(12):1436-1439.

[10]肖智軍,黨新民.JIT與精益改善[M].北京：中華工商聯(lián)合出版社, 2016.

[11]劉瑞江, 張業(yè)旺, 聞崇煒,等. 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法研究[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2010, 27(9):52-55.

[12]Barto S, Mach P. Analysis of the Curing Process of Electrically Conductive Adhesives Using Taguchi Approach and Full Factorial Experiments Approach[J]. Arabian Journal for Science & Engineering, 2014, 39(6):4935-4944.

[13]楊銘. Minitab用于中心復(fù)合設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[J]. 藥學(xué)服務(wù)與研究, 2007, 7(3):231-234.

[14]何楨, 張于軒. 多響應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法研究[J]. 工業(yè)工程, 2003, 6(4):35-38.

[15]Khuri A I, Conlon M. Simultaneous Optimization of Multiple Responses Represented by Polynomial Regression Functions[J]. Technometrics, 1981, 23(4):363-375.