隨著市場競爭日趨激烈，企業期望持續地獲得較高的經濟效益，最大化和改善車間現場生產過程中的生產效能顯得越來越重要，它是提高生產效率，降低不合格產品數量，甚至成為企業是否可以贏利的決定性因素。然而實際情況下，企業生產過程中，設備并非是以最好的狀態運行，設備、操作人員的效率存在很大的上升空間。企業需要一種行之有效的手段來改善生產過程，因此作為設備維護管理策略發展起來的全員生產維護(Total Productive Maintenance，TPM)提出了設備綜合效能的概念。設備綜合效能是一套衡量生產績效的關鍵指標考核工具，包括可利用時間效率、設備性能效率和合格品率三個部分。OEE用于分析瓶頸因素，準確清晰地展示設備效率的實際狀況，某些生產環節中的損失情況以及相應的改善措施等。
1 沈陽自動化研究所制造執行系統總體平臺架構
OEE是制造執行系統(Manufacturing Execution System,MES)設計的重要內容之一。OEE數據用于測量單位設備的性能，設備性能可以通過即時或計劃生產的綜合報告進行實時測量。MES可以檢測機器或設備的生產和運行狀態，操作員實時掌握一個生產單元或整條生產線中的所有機器或設備的生產狀態和生產效率。通過MES系統可以獲取未排程時間、非計劃停機時間和計劃停機時間并獲取工程時間、待機時間、加工的零件數量、返修數量、廢品數量等關鍵要素。生產現場設備主要包括：(1)轉換輸入裝置，傳感器或者PLC設備；(2)獲得現場數據和分析的可視化顯示設備，如LED顯示屏。
本文提出的OEE關鍵績效指標評價系統是沈陽自動化研究所制造執行系統Shenyang Institute of Automation Manufacturing Execution System,SIA-MES)平臺中一個重要組成部分，SIA-MES通過將身纏過程數字化，展現一個詳盡透明的產品生產過程，以此建立完善、清晰的數據流、信息流。改軟件平臺通過生產現場的屋里設備中收集實時信息，建成一個可隨時隨地訪問的數字化“虛擬工廠”并根據關鍵指標評價系統，實現對每個生產工序和每臺設備的檢測和追蹤、對整個生產流程的全面掌控和對生產效率的實時評估與產品質量在線監測。SIA-MES平臺系統結構如圖1所示，其目標是通過構建產品模型、工廠建模、事件模型和執行模型等建立基本語義元的數字化描述。通過對生產事件、生產狀態的描述和控制來實現生產活動的序列轉換。最終利用計劃調度、維護集成系統、設備關鍵績效指標OEE考核等功能完成生產車間的數字化管理。
圖1 SIA-MES平臺系統結構圖
2 設備綜合效能定義
1971年日本設備維護協會開始推廣全員生產維護TPM的生產管理方式，設備綜合效能作為衡量生產力的重要考核指標之一。其定義如下：設備綜合效能作為一套衡量生產過程關鍵績效的工具，由三大部分結合而成，分別是可利用時間效率、設備性能效率和合格品率。關于設備綜合效能。由于不同行業的特點，使得出現了許多不同的計算方法。但是，都與確定設備綜合效能的這三個主要因素相關。其計算衡量結果以百分比方式表現為：設備綜合效能(％)=可利用時間效率(Equipment Availability)×設備性能效率(Performance Efficiency)×合格品率(Rate of Quality Products)。
設備綜合效能的古典定義是JIPM協會關于Overall Equipment Effectiveness的定義，并在許多行業中得到了廣泛的應用。JIPM協會給出的設備綜合效能計算方法如圖2所示。在設備綜合效能計算中，計算可利用時間效率時不包括計劃的非生產時間，也就是在設備綜合效能計算中沒有考慮這些計劃的非生產損失。
圖2 設備綜合效能定義
設備綜合效能關鍵要素定義：TTSD為班次工作總時間；TUC為未排程時間；TPP為計劃生產時間；TOP為操作時間；TiUSD為生產第i種產品時，總非計劃停機時間；Tip為生產第i種產品時，總生產時間；Si為生產第i種產品時，每分鐘最大產能；Ni為第i種產品總產量；Fi為第i種產品的次品總量。
設備綜合效能的古典計算公式：
在以上設備綜合效能的定義中，分別從時間損失、性能損失和質量損失等方面給出了六個最主要的效率損失來源。
(1)設備故障：由于設備故障停機造成的時間損失，故障停機減少合格產品產量。通常是指由于人機料法環等關鍵因素所造成的設備故障而引發的停機。
(2)換裝調試：在生產完某一型號產品后，生產另一類型產品時由于工藝參數的變化而引發的換裝和調試所產生的時間損失。換裝時間可以分為內換裝時間(在機器停機后才能完成操作)和外換裝時間(在機器運轉時可以完成操作)。這里不必記錄外換裝時間。
(3)空閑與短暫停機：由于操作人員誤操作而造成的短暫停頓或設備本身發生的短暫停機時間損失。通常在5～10分鐘之間，主要包括小調整或潤滑保養活動造成的較小時間損失。
(4)減速損失：設計理論最大生產速度與實際運行生產速度之間的差別，表征正常發揮設備效率的指標。導致減速損失的原因包括原材料本身缺陷、設備長期生產的磨損損耗或生產的產品與設備設計不匹配等。
(5)加工缺陷：由于設備故障引起的產品質量缺陷而導致的返工時間損失，包括廢品和次品。通常，偶發性缺陷可以通過點檢和維護活動使得設備恢復至正常狀態來降低，而慢性缺陷的原因難于被發現，只能通過加強日常保養來降低損失。
(6)啟動損失：設備啟動到穩定運行生產期間產生的時間損失和產品損失。損失程度因工序狀態的穩定性、設備、夾具和模具的維護水平，操作技能的熟練程度等的不同而異。
3 系統主要功能與實現
圖3 設備綜合效能系統主要功能
系統主要包括系統配置靜態數據、數據錄入動態數據和分析結果展示三大部分，主要功能如下所示：
(1)班次配置：主要配置企業內部的班次信息，包括班次名稱、班次工作時間。
(2)事件類別配置：主要配置企業內部的主要停機事件類別，通常包括設備故障、換裝調式、空閑與短暫停機、減速損失等。
(3)事件原因配置：是對于停機事件類別的細化，通常根據該設備常見停機原因的描述。例如缺料、員工誤操作等。
(4)統計類別配置：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)統計定義配置：是對統計類別的細化，通常根據該設備常見廢品的產生原因進行配置。
(6)產品配置：主要配置該設備生產的主要成品或半成品的詳細描述。
(7)產品標準配置：主要配置該設備生產的主要成品或半成品的最大理論產量。
(8)計劃停機：主要配置每個班次所有的計劃停機的時間總和。
(9)產量：設備在該班次內生產的所有產品的總數量，包括廢品和次品。
(10)產品實例：設備在該班次內生產的每種產品的廢品和次品總數。
(11)非計劃停機：設備在該班次內每次非計劃停機原因及停機時長。
(12)分析結果顯示：根據班次、單體設備名稱、時間段等信息，自動計算設備綜合效能統計結果，并以報表方式展現給決策人員。
表現層是設備維護系統與用戶的交互界面，使用微軟WPF技術，通信層是分布式系統內部數據交換的機制，使用WCF數據傳輸技術，數據庫持久層是業務數據的存儲方式，選擇Oracle數據庫。數據庫服務器運行于AIX 6操作系統，WCF服務器通過IIS宿主于Windows Server 2003操作系統。硬件方面，應用服務器、報表服務器、數據庫服務器使用IBM X3650；整個設備綜合效能系統使用面向服務的軟件架構(SOA，Service Oriented Architecture)，所有應用程序只能使用PDA、主機等設備，通過訪問WCF服務器來間接訪問數據庫中的業務數據，大大提高了企業內部重要數據的完整性和安全性。在SOA架構應用中，服務是最核心的抽象手段，業務被劃分為一系列粗粒度的業務服務和業務流程。業務眼務之間相對獨立、自包含、可重用，由一個或者多個分布的系統所實現，而業務流程由服務組裝而來。該系統封裝了設備建模、事件建模、停機原因上報、停機時間統計、OEE報表展示等服務，并通過這些服務的拼裝實現松耦合的應用系統，該系統架構一方面具備適應變化的靈活性；另一方面，各個服務之間相互獨立，當系統中某個服務的內部結構和實現發生改變時。不影響其他服務，大大加強了系統的擴展性和健壯性。
4 應用實例
以某煙廠松散回潮機應用OEE系統為例，介紹設備綜合效能指標分析系統整體運行過程。
(1)工廠建模：將企業現場的物理設備和物理布局數字化，實現企業生產可視化，主要定義單體設備的主要信息。
(2)事件建模：定義企業生產現場在生產過程中所發生的主要事件，這里主要是定義與設備綜合效能分析相關的啟停機事件。
(3)停機原因和停機時間上報：當啟停機事件發生時，將該信息發送給相關的事件訂閱者，由相關操作人員配置停機原因和停機時長。
(4)OEE效率統計：系統根據上報的相關參數，自動統計生成設備的相關考核指標及其趨勢圖，為決策者提供量化的考核指標。
5 結束語
在實際生產過程和管理實踐中有效地利用OEE為生產效率改善服務是制造業企業運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OEE為基礎的設備效率指標系統和通過該指標系統對企業設備或生產線效率進行系統化的診斷和改善方法。并將其應用在香煙制造企業，在該廠松散回潮機上進行實施，得到了良好的應用效果。但是由于DEE方法僅可以用于對單個設備孤立的評價，因此具有較大的局限性。在許多工廠實際中，設備往往并不都是獨立存在的，設備之間存在著行為、工藝以及信息上的聯系，還應該對OEE理論進行進—步研究和改進。
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本文標題：設備綜合效能關鍵績效指標系統設計與實現
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