CIMS/PIMS中设备综合效能的度量

1 设备效能 

设备效能(Equipment Effectiveness)是指利用设备进行生产施工所产生的附加值(value-added)的一种测度。附加值是由全部收入减去全部资源成本(材料和劳动力等)而形成的，然后分解为利润、工资和税金。利润归属于投资者，工资归属于劳动者(包括经营者)，税金归属于政府，所以附加值体现了投资者、劳动者、政府三者之间的利益。

在实际工业生产中，由于浪费和与设备相关的六大损失，导致使用设备产生的附加值明显下降。只有当设备的有效性和生产率增加、在制品缺陷和返工件数减少时，附加值才会提高。

设备集成化管理体系(Plant Integrated Management System，PIMS)的重要目标之一，就是要提高设备的效能，减少各类损失和资源浪费，使每一台设备的潜力得到完全发挥，并保持较高的维护水平，使操作者和机器在优化的条件下(零缺陷和零故障)，稳定地发挥各自的职能和功能。

2 六大损失和设备效能的评估

2.1 故障/停机损失(Failure/Breakdown Losses)

因设备故障停机会造成时间损失，由于生产有缺陷的产品将导致数量损失。偶发故障造成突然的、显著的设备故障，通常是明显并易于纠正的；而频繁的、慢性的微小故障经常被忽略或遗漏，由于偶发性故障在整个损失中占较大比例，所以许多企业都投入了大量时间，努力寻求避免这种故障的办法，然而，要消除这些偶发性故障是十分困难的，因此，必须进行提高设备可靠度的研究，要使设备效能最大化，必须使故障减小到零，因此首先需要改变传统故障维修中认为故障是不可避免的观点。

2.2 换装和调试损失(Setup and Adjustment Losses)

因换装和调试而导致停机和废品的损失，发生在一个产品的生产完成后，因生产另一种产品而进行换装和调试时。为了达到单一时间内的换装(少于10分钟)，可以通过明确区分内换装时间(在机器停机后才能完成操作)和外换装时间(在机器运转时可以完成操作)，以及减少内换装时间，来减少整个换装时间损失。

2.3 空闲和暂停损失(Idling and Minor Stoppage Losses)

这种损失由于误操作而停顿或机器空闲时发生短暂停顿而产生。例如，有些工件阻塞了滑槽顶端，导致了设备空闲；因生产了有缺陷产品，传感器报警而关闭了设备。很明显，这种停顿有别于故障停工，因为除去阻塞的工件和重新启动设备就可以恢复生产。

在机器人、自动装配线和传送设备中，上述损失常会对设备的效能产生明显的影响，短暂的停顿或空闲尽管易于纠正，但因难于量化而易于被忽略。零微小停顿是非人工生产时的基本条件，若要减少微小停顿，则必须紧密地观察作业条件，消除全部微小缺陷。

2.4 减速损失(Reduced Speed Losses)

减速损失是指设计速度与实际速度的差别。速度损失对设备效能的发挥产生了较大障碍，应当仔细研究，以消除设计速度和实际速度二者之间的差别。

设备实际速度低于设计速度或理想速度的原因是多种多样的，如机械问题和质量缺陷，历史问题或者设备超负荷等。通常，通过揭示潜在的设备缺陷，谨慎地提高操作速度，有助于问题的解决。

2.5 质量缺陷和返工(Quality Defects and Rework)

质量损失是指由于设备故障引起的生产过程中的质量缺陷和返工。通常，偶然性缺陷很容易通过重调设备至正常状态来消除，这些缺陷包括缺陷数的突然增加或其它明显的现象。而慢性缺陷的原因难于发现，常被遗漏或忽略，需要返工的缺陷也属于慢性损失。

减少慢性缺陷如同减少慢性故障一样，需要充分地调查和革新，必须对导致缺陷的环境进行评估，并将其控制到最低程度。

2.6 启动损失(Startup Losses)

启动损失是在生产的初期阶段(从设备启动到稳定生产)产生的损失。这些损失的数量因工序状态的稳定性，设备、夹具和模具的维护水平，操作技能的熟练程度等的不同而异。这项损失较大，而且是潜在的，往往会被认为是不可避免的，因而忽视了这种损失的消除。

由于设备链中发生的一系列问题，造成很大的经济损失，可能会让一些企业付出每天几十至上百万元的巨大代价，而且这些损失可能远远超过故障设备的价值。同时，设备效能的损失对企业竞争力的影响越来越明显，所以要提高CIMS企业的效益和市场竞争力，设备管理的重点必须转移到设备综合效能管理方面来。表1列出了针对以上损失的改善目标［1］，表2概述了对设备效能水平的评估［2］。

nextpage

3 设备效能的度量

传统设备效能用设备完好率和故障率指标表示，设备管理也是围绕保证设备的完好和控制设备的故障展开的。而新的设备效能度量方法是用设备综合效能(Overall Equipment Effectiveness，OEE)指标，以提高设备的使用效率，开展设备管理，降低设备效能损失，为实施CIMS/PIMS提供了重要基础保障。

3.1 设备综合效能(OEE)的计算

设备综合效能=时间开动率×性能开动率×合格品率(1)

时间开动率=净开动时间/负荷时间 (2)

性能开动率=产量×实际周期时间/负荷时间-停机时间× 理论周期时间/实际周期时间=净开动率×速度开动率(3)

合格品率=合格品数/总投料数 (4)

设备利用率=负荷时间/制度工作时间 (5)

时间开动率、性能开动率、合格品率是由每一工作中心决定的，但每个因素的重要性因产品、设备和涉及生产系统的特征不同而异。例如，若机器故障率很高，那么时间开动率会很低；若设备的短暂停机很多，则性能开动率就会很低，只有三者数值都很大时，设备综合效能才会提高(计算实例如表5)。

3.2 时间开动率

时间开动率(operating rate/availability)是从时间方面来反映设备的运行状态。统计时间开动率主要是严格区分设备计划停机时间与设备计划外停机时间，并通过减少和控制设备计划停机时间来提高设备利用率，通过减少和控制设备计划外停机时间来提高时间开动率。

负荷时间=设备应开动时间-计划停机时间 (6)

计划停机时间= 日保时间+交接班时间+一保时间+换模试模时间 +计划维修时间+达产后停机时间+其它计划中规定的时间 (7)

净开动时间=负荷时间-计划外停机时间-小故障停机时间 (8)

计划外停机时间= 故障时间+工装及模具故障时间+工艺调试时间 +待料时间+其它计划外停机时间 (9)

计算负荷时间需要做大量的基础工作，应对所有时间做出明确的规定，并在MRPⅡ生产计划中有所安排。负荷时间确定后，计算净开动时间的关键是要求各种原始计划外停机时间和小故障停机时间的记录准确。计划外停机时间可分为五大类，主要是为了便于查找停机原因和考核部门工作(如表3)。

3.3 性能开动率

性能开动率(performance rate)是从设备的性能和速度两方面来反映设备的运行状况。净开动率低，说明设备小故障停机时间多，设备可靠性差；速度开动率低，或是操作工水平差，没能全面掌握设备的性能，发挥设备的潜力，或是设备经过较长时间的运行，性能劣化，不能满负荷工作。 统计性能开动率应准确确定设备的理论周期时间和设备的实际周期时间，理论周期时间是企业生产效率的一个重要标志。实际周期时间测算得准确，MRPⅡ生产计划安排才能准确，才有零库存的生产框架。缩小理论周期时间与实际周期时间的差距，才能提高设备性能开动率。

3.4 合格品率

合格品率(quality rate)是从设备的精度方面反映设备的运行状况。合格品率低，或是该设备不适合于该工序的生产，或是设备经过较长时间的运行，造成设备精度劣化。设备综合效率统计中的合格品率与质管部门统计的合格品率有些不同，这里对合格品数规定如下：

合格品数=投料数-(启动废品+过程废品+返修品+实验品) (10)

4 提高设备综合效能的策略

设备综合效能集成了设备有效性、设备性能和合格品率指标，反映了设备的全部生产能力，使设备管理的内涵和外延都有很大拓展(如表4)，能对生产设备利用情况和各类损失一目了然(如表5)，使MRPⅡ生产计划更加严密、合理。提高设备综合效能的策略如下：

(1)制定明确的目标和方向； (2)确定准确的度量方法； (3)建立强有力的考核机制和工作程序； (4)控制和减少设备的计划内/外停机时间； (5)提高实际周期时间； (6)提高产品合格率； (7)充分利用检修数据，以判定将来可能的检修点； (8)对维修保养进行投资，而不是简单支出； (9)建立柔性的设备维护体制； (10)全面加强培训。