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)備實際產(chǎn)出合格品數(shù)量與設(shè)備實際負(fù)荷時間內(nèi)理論產(chǎn)量的比值，是一項重要的生產(chǎn)管理評價指標(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)前市場競爭日益激烈，使得制造企業(yè)必須不斷提高自身的競爭能力，以實現(xiàn)更有效地為市場提供產(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。從精益生產(chǎn)角度來看，提高設(shè)備綜合效率，是提升企業(yè)競爭力的有效方法和途徑之一。

OEE理論與方法是評估生產(chǎn)環(huán)節(jié)、實現(xiàn)精益生產(chǎn)的核心工具之一，提高OEE可為保障生產(chǎn)線的運行穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)過程中的浪費提供有力保證[1]。通過運用OEE分析方法?？梢愿娴卣莆赵O(shè)備在時間、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)量問題的因素，實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。前期研究人員在對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)，以及通過指標(biāo)系統(tǒng)對企業(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)實踐中，較少針對性地對設(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)線的實際情況，針對其中關(guān)鍵焊接設(shè)備的綜合效率進(jìn)行分析與提升研究。主要對現(xiàn)場影響設(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，包括對工藝參數(shù)如焊接溫度與時間進(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)過程中設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障停機(jī)、維修時間長、機(jī)器待料、產(chǎn)品焊接返工數(shù)量較多等問題，導(dǎo)致該工序直通率較低，對全車間生產(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。考慮公司產(chǎn)線區(qū)域較多，在推行OEE方法時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?，F(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)計對象，對2016年12月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄表進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果分析計算出各損失時間及設(shè)備OEE。該設(shè)備12月份數(shù)據(jù)合計統(tǒng)計如表1。

表1中，該臺設(shè)備12月日歷工作時間為23天，共19 200 min。其中，計劃停機(jī)時間包含每班班前會議及班次間交接班時間，產(chǎn)線設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)時間，中午規(guī)定休息時間，下班前的崗位5S整理時間和其他臨時性計劃停機(jī)。由表1可知，各項損失中，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%。

針對該設(shè)備12月份的數(shù)據(jù)對各損失計算如下：

同理可以得到其他6臺焊接設(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)對于OEE水平的劃分，當(dāng)OEE水平在55%～75%時，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)備時間開動率因素

設(shè)備的時間開動率是以設(shè)備的時間利用情況反映設(shè)備的運行狀況，設(shè)備故障停機(jī)維修時間、換線停機(jī)時間及計劃停機(jī)時間過長成為影響設(shè)備時間開動率的主要因素。根據(jù)12月份數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計，得到焊接設(shè)備AB-01的各類故障停機(jī)損失時間及換線換料時間分布狀況如圖1和圖2所示。

從故障損失時間分布柱狀圖、換線換料損失時間分布圖結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查分析可知，造成故障損失時間長的主要原因為：設(shè)備日常維護(hù)管理不夠規(guī)范、故障發(fā)生時不能快速判別故障原因，對設(shè)備故障處理不當(dāng)，延誤處理時間，維修不及時等；而換線換料停機(jī)時間所占比例為2%，主要原因在于換線換料作業(yè)不規(guī)范。

表1 AB-01設(shè)備十二月數(shù)據(jù)匯總表

十二月總工作時間/min計劃停機(jī)總時間/min計劃運行時間/min凈生產(chǎn)時間/min質(zhì)量損失時間/min組織損失時間/min換線損失時間/min故障損失時間/minOEE/%合計1920022551694512109964338537031165715%

2.2 影響設(shè)備性能開動率和合格品率因素

由統(tǒng)計數(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，對不良品缺陷種類數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，得質(zhì)量缺陷分布狀況如圖3。影響設(shè)備性能開動率的主要因素是設(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)、計劃停機(jī)、換線停機(jī)、設(shè)備的調(diào)試待料、質(zhì)量損失等，同時設(shè)備運行過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，通過影響因素分析，為改善提供了方向。

3 改善方案設(shè)計

3.1 設(shè)備時間開動率改善

影響焊接設(shè)備時間開動率的主要因素包括換線時間和設(shè)備故障停機(jī)時間過長，對此分別提出改善措施。

(1)換線損失改善。經(jīng)過現(xiàn)場研究分析，得出導(dǎo)致?lián)Q線時間長的原因是由于操作人員換線過程基本按照個人操作習(xí)慣進(jìn)行換線，沒有建立一套完整標(biāo)準(zhǔn)的換線操作規(guī)范。為規(guī)范換線步驟及縮短換線時間，避免因換線的失誤導(dǎo)致故障發(fā)生，對換線順序及步驟進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改善，制定一套標(biāo)準(zhǔn)的換線順序及換線時間規(guī)范，通過對換線操作及換線時間的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，換線操作時只要嚴(yán)格對照換線步驟依次進(jìn)行，即可避免過程中的換線操作失誤及工序的遺漏[5]。

(2)設(shè)備故障停機(jī)損失時間改善。針對設(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)過一系列提問之后，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)時間，同時解決設(shè)備故障根源問題，避免故障再次發(fā)生。同時利用目視看板加強(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。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)備性能開動率改善

焊接設(shè)備性能開動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，對每種類型小停機(jī)進(jìn)行根源分析，尋找解決問題的對策。針對小停機(jī)的處理制定詳細(xì)改進(jìn)十六步驟，如圖5所示。

針對設(shè)備發(fā)生的每個小停機(jī)，通過改進(jìn)步驟進(jìn)行徹底剖析研究，實施問題解決對策，使小停機(jī)問題得到根本解決。

3.3 合格品率改善

根據(jù)圖3表明的各種不良缺陷，對焊接質(zhì)量缺陷原因進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研分析后，采用魚骨圖分析方法[9-10]，尋找問題產(chǎn)生原因，作出魚骨圖見圖6，進(jìn)而提出相應(yīng)解決對策，包括明確對人員崗位要求、規(guī)范設(shè)備操作方法、控制來料質(zhì)量等等。通過對圓鋸片刀頭焊接質(zhì)量缺陷的調(diào)查研究分析，焊接參數(shù)(焊接溫度、焊接時間)不穩(wěn)定、無標(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)化問題。

為此，采用試驗設(shè)計方法[11]對焊接時間及焊接溫度進(jìn)行試驗設(shè)計，獲取焊接溫度與焊接時間的最佳組合方案，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，本文試驗樣本個數(shù)選取為3 750齒，根據(jù)設(shè)備條件，焊接的試驗溫度范圍設(shè)定在790 ℃～810 ℃，試驗焊接時間為1～2 s，選用同一型號產(chǎn)品進(jìn)行試驗，記錄每組試驗的不良數(shù)，通過Minitab軟件進(jìn)行全因子試驗安排并在其中心點取兩次試驗[12]，試驗安排及結(jié)果如表3所示。

表3 全因子試驗結(jié)果表

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

對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行因子試驗分析，可得到不良率殘差對自變量“焊接溫度”及“焊接時間”的散點圖，結(jié)果如圖7所示。

從圖7不良率殘差對自變量焊接溫度和焊接時間的散點圖看，散點有明顯的U型彎曲，顯示響應(yīng)變量不良率呈明顯的彎曲趨勢。現(xiàn)對其進(jìn)行響應(yīng)曲面試驗設(shè)計，重新應(yīng)用Minitab獲得響應(yīng)曲面試驗設(shè)計的試驗安排[13-14]，進(jìn)行試驗后結(jié)果如表4所示。

對表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)曲面試驗設(shè)計實驗結(jié)果表

標(biāo)準(zhǔn)序運行序PtType區(qū)組焊接溫度T/℃焊接時間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，試驗數(shù)據(jù)點基本在一條直線上，說明該試驗殘差結(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；在殘差與觀測值順序圖中，殘差值隨機(jī)地在水平軸上下無規(guī)則波動，說明殘差值間相互獨立，以上綜合表明該模型有效可行。

結(jié)合設(shè)備技術(shù)條件，運用Minitab的響應(yīng)優(yōu)化器對焊接溫度與焊接時間進(jìn)行尋優(yōu)[15]，按照最優(yōu)試驗設(shè)計結(jié)果，設(shè)定焊接溫度為810 ℃，焊接時間為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)。

通過實施上述改善方案，對設(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

針對設(shè)備綜合效率偏低的實際問題，本文主要進(jìn)行了設(shè)備時間開動率、設(shè)備性能開動率及合格品率等3個方面的改善。對故障損失建立故障判斷處理規(guī)范，縮短故障停機(jī)處理時間，同時增加故障處理信息看板，提高故障處理效率，對換線時間損失的改善主要是嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化和制度化；針對設(shè)備的短暫停機(jī)和設(shè)備速度損失等，制定了改進(jìn)16步驟和對操作人員的管理改進(jìn)；采用魚骨圖分析法對合格品率進(jìn)行改善，主要運用了試驗設(shè)計方法對焊接時間及焊接溫度進(jìn)行了試驗設(shè)計，獲得了焊接溫度與焊接時間的最佳組合方案，降低了不良率。經(jīng)過近一年的持續(xù)實施，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計算及擴(kuò)展[J].中國農(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]賴冬.OEE系統(tǒng)開發(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)場管理的常用方法及其特點[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)備效能的評估與測度[J]. 中國機(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. 正交試驗設(shè)計和分析方法研究[J]. 實驗技術(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)試驗設(shè)計的優(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.