基于約束理論的OEE設(shè)備綜合效率方法研究
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在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，顧客對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此造成產(chǎn)品的生命周期不斷縮短、每批訂單的產(chǎn)品數(shù)量不斷下降。出于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的考慮，這些變化使得企業(yè)不敢輕易添置或更新昂貴的生產(chǎn)資源，因而在產(chǎn)品的成長(zhǎng)期和成熟期時(shí)常出現(xiàn)生產(chǎn)能力短缺問(wèn)題。生產(chǎn)能力短缺將直接導(dǎo)致交貨期延長(zhǎng)，影響顧客的滿(mǎn)意度，降低產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
持續(xù)改善是解決上述問(wèn)題的有效途徑。首先，持續(xù)改善不要求大量的投資，而是在原有技術(shù)條件下，采用科學(xué)的管理方法和技術(shù)，充分挖掘生產(chǎn)系統(tǒng)的潛力。因此，持續(xù)改善具有成本低、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。其次，持續(xù)改善對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的組織結(jié)構(gòu)沖擊較小，在實(shí)施過(guò)程中更容易獲得不同部門(mén)的支持。從長(zhǎng)期看，持續(xù)改善有助于為企業(yè)奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。
工業(yè)革命以來(lái)，涌現(xiàn)出不少持續(xù)改善方法。設(shè)備綜合效率（Overall Equipment Effectiveness，
OEE）和約束理論（Theory of Constraints，TOC）是其中兩種較為突出的理論。OEE是全面生產(chǎn)維護(hù)（Total Productive Maintenance，
TPM）的重要組成部分，它能夠全面地反映單臺(tái)設(shè)備的有效利用率，并通過(guò)時(shí)間損失的分析，為改善提供必要的信息；然而，OEE追求的是局部最優(yōu)，其本身不能用來(lái)直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施改善，而需要與系統(tǒng)的觀點(diǎn)相結(jié)合。相比之下，TOC是一種系統(tǒng)化的制造管理哲理，它可以抓住重點(diǎn)，通過(guò)識(shí)別和改善瓶頸設(shè)備，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)銷(xiāo)率、減少庫(kù)存、并降低運(yùn)行成本；然而，TOC的一些重要步驟仍然以定性方法為基礎(chǔ)，要提高其可操作性，還需要結(jié)合定量方法。將OEE應(yīng)用于TOC，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)彼此的不足，從而提供一種更加高效的改善方法，解決生產(chǎn)能力短缺問(wèn)題。
1 設(shè)備綜合效率
全面生產(chǎn)維護(hù)（TPM）的概念是中島清一在1988年提出的，包括三個(gè)部分：設(shè)備有效利用率的最大化、操作者的自主維護(hù)和小組活動(dòng)。OEE作為設(shè)備有效利用率的衡量指標(biāo)，是實(shí)施TPM的基礎(chǔ)。OEE不是被動(dòng)的控制工具，而是改善的驅(qū)動(dòng)力。
1.1 六大時(shí)間損失
庫(kù)存和質(zhì)量缺陷被認(rèn)為是生產(chǎn)中的浪費(fèi)；與設(shè)備的操作、閑置和維修等相關(guān)的時(shí)間浪費(fèi)也受到了越來(lái)越多的重視。OEE將時(shí)間浪費(fèi)劃分為六大時(shí)間損失：①因生產(chǎn)準(zhǔn)備與調(diào)整而造成的停機(jī)損失；②因設(shè)備故障而造成的停機(jī)損失；③空轉(zhuǎn)和短暫停機(jī)時(shí)間；④加工速度的下降；⑤返工和廢品等產(chǎn)品質(zhì)量缺陷；⑥試生產(chǎn)造成的產(chǎn)量損失。
1.2 OEE計(jì)算公式的推導(dǎo)
基于六大時(shí)間損失，OEE計(jì)算公式的推導(dǎo)如下：
（1）時(shí)間開(kāi)動(dòng)率（Availability，A）
其中，計(jì)劃工作時(shí)間＝（可用生產(chǎn)時(shí)間－計(jì)劃停機(jī)時(shí)間）；計(jì)劃停機(jī)時(shí)間指的是計(jì)劃內(nèi)的非工作時(shí)間，比如用餐、休息、培訓(xùn)、開(kāi)會(huì)等。實(shí)際工作時(shí)間＝（計(jì)劃工作時(shí)間－非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間）；非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間指的是因生產(chǎn)準(zhǔn)備和設(shè)備故障而造成的停機(jī)時(shí)間。
（2）性能開(kāi)動(dòng)率（Performance Efficiency，PE）
性能開(kāi)動(dòng)率包含兩個(gè)因素：節(jié)奏開(kāi)動(dòng)率（Rate Efficiency，RE）和速度開(kāi)動(dòng)率（Speed Efficiency，SE）。
（3）質(zhì)量合格率（Quality，Q）
1.3 OEE的實(shí)施過(guò)程
從OEE計(jì)算公式可見(jiàn)，OEE是針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的操作、維護(hù)和管理的組合。它涉及了人員、設(shè)備、工具和技術(shù)等不同的要素，并且包含了各要素之間的復(fù)雜關(guān)系。由于設(shè)備并非孤立存在，從流程的角度看，存在著上下游生產(chǎn)單元的約束；從職能的角度看，存在著不同部門(mén)的影響。
一般來(lái)說(shuō)，OEE的實(shí)施過(guò)程可以分為八個(gè)步驟：①熟悉改善對(duì)象（設(shè)備、人員、工具、工件、工作場(chǎng)所和生產(chǎn)工藝等）；②設(shè)計(jì)記錄表格；③向人員解釋記錄的原因，消除人員的疑慮，贏得積極的合作；④實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)記錄；⑤及時(shí)統(tǒng)計(jì)和整理數(shù)據(jù)；⑥分析時(shí)間損失的原因；⑦選擇改善措施并執(zhí)行；⑧尋求反饋意見(jiàn)，比較改善前后的效果。
1.4 設(shè)備綜合效率的優(yōu)點(diǎn)與不足
OEE支持改善，具有簡(jiǎn)單性和綜合性的優(yōu)點(diǎn)。它利用標(biāo)準(zhǔn)化的公式和操作性強(qiáng)的實(shí)施過(guò)程，迅速找到時(shí)間損失的原因，采取相應(yīng)措施，改善生產(chǎn)設(shè)備的有效利用率。
OEE也存在不足之處：它針對(duì)的是單獨(dú)的設(shè)備，沒(méi)有面向整個(gè)流程，缺乏全局優(yōu)化的觀點(diǎn)。如果OEE僅僅被用作是內(nèi)部效率的指標(biāo)，那么它對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)是微薄的。因此，OEE需要與系統(tǒng)化的觀點(diǎn)相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體改善。
2 約束理論
約束理論（TOC）的思想是由以色列物理學(xué)家Goldratt在1984年提出的，并逐漸擴(kuò)充形成一種系統(tǒng)化的制造管理哲理。目前，TOC的應(yīng)用遍布眾多產(chǎn)業(yè)，比如汽車(chē)、電子和服裝等。在對(duì)100多家實(shí)施了TOC的企業(yè)進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，這些企業(yè)的庫(kù)存降低了49%，生產(chǎn)周期縮短了60%，財(cái)務(wù)狀況提高了60%。
2.1 TOC的績(jī)效指標(biāo)
TOC以一種全局的、系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)考察每個(gè)具體的管理決策對(duì)企業(yè)財(cái)政的實(shí)際影響。將制造全過(guò)程概括為三類(lèi)基本活動(dòng)，即制成品的銷(xiāo)售、原材料和零配件的購(gòu)進(jìn)、以及變物料為制成品的轉(zhuǎn)換?；谶@三類(lèi)活動(dòng)，TOC定義了一組可操作的績(jī)效指標(biāo)：（1）產(chǎn)銷(xiāo)率在一定時(shí)期內(nèi)，企業(yè)獲得的銷(xiāo)售資金；（2）庫(kù)存購(gòu)買(mǎi)準(zhǔn)備賣(mài)出的物料所投入的資金；（3）運(yùn)行成本一定時(shí)期內(nèi)，企業(yè)花費(fèi)在將庫(kù)存轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)出的資金。
2.2 制造管理原則
在上述績(jī)效指標(biāo)的基礎(chǔ)上，TOC提出了一套制造管理原則：①追求物流的平衡，而不是生產(chǎn)能力的平衡；②非瓶頸資源的利用程度不由其本身決定，而是由瓶頸資源決定；③資源的“ 利用”和“ 活力”不是同義詞；④瓶頸資源上一個(gè)小時(shí)的損失則是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)小時(shí)的損失；⑤非瓶頸資源節(jié)省一個(gè)小時(shí)無(wú)法增加系統(tǒng)產(chǎn)銷(xiāo)率；⑥瓶頸資源控制了產(chǎn)銷(xiāo)率和庫(kù)存。
這些原則充分體現(xiàn)了TOC的核心思想，即在每個(gè)系統(tǒng)中都有一處或者幾處約束環(huán)節(jié)，而整個(gè)系統(tǒng)的績(jī)效是由其中最薄弱環(huán)節(jié)決定的。
2.3 基于TOC的管理過(guò)程
TOC是通過(guò)降低瓶頸資源對(duì)產(chǎn)銷(xiāo)率的約束來(lái)改善生產(chǎn)系統(tǒng)。Goldratt提出了相應(yīng)的管理過(guò)程：①識(shí)別系統(tǒng)中的瓶頸資源；②確定如何最大限度地使用瓶頸資源；③調(diào)動(dòng)系統(tǒng)中的其他資源配合上述決策；④采取必要的措施改善瓶頸資源；⑤如果消除了瓶頸資源，那么就返回第1步，繼續(xù)識(shí)別系統(tǒng)中的瓶頸資源。
TOC通常使用V-A-T分析法、DBR調(diào)度系統(tǒng)和緩沖管理，分別進(jìn)行流程分析與描述、瓶頸資源的生產(chǎn)調(diào)度以及緩沖庫(kù)存的管理。
2.4 約束理論的優(yōu)點(diǎn)與不足
TOC抓住重點(diǎn)，避免了“一刀切”的管理弊病。在生產(chǎn)系統(tǒng)中，集中主要精力保證瓶頸設(shè)備的正常工作，從而縮短交貨期，降低在制品的數(shù)量。同時(shí)，TOC保證了改善的持續(xù)性，因?yàn)槠款i設(shè)備并不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)變化的。
在實(shí)際應(yīng)用中，TOC更多地強(qiáng)調(diào)
生產(chǎn)計(jì)劃與控制，而局限了TOC在持續(xù)改善方面的優(yōu)勢(shì)。此外，TOC中的一些重要步驟仍然以定性方法為基礎(chǔ)，缺乏定量化的分析方法，降低了可操作性。
3 基于約束理論的設(shè)備綜合效率方法
從OEE與TOC的優(yōu)缺點(diǎn)可見(jiàn)，它們彼此之間可以取長(zhǎng)補(bǔ)短：TOC為OEE提供系統(tǒng)化的觀點(diǎn)，使OEE成為面向流程的績(jī)效指標(biāo)；OEE為T(mén)OC提供定量化的分析方法，增強(qiáng)TOC的改善能力?；赥OC的OEE方法符合生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)改善的系統(tǒng)化和定量化的要求（如圖2所示）。
考慮到OEE與TOC的各自特點(diǎn)，將OEE與TOC結(jié)合后，實(shí)施改善的具體步驟如圖3所示。
4 應(yīng)用實(shí)例
我國(guó)湖北省某大型機(jī)械制造廠根據(jù)定單要求，負(fù)責(zé)汽車(chē)零件的加工及整車(chē)裝配。近年來(lái)，該企業(yè)的訂單數(shù)量明顯增加，超出當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力的兩倍。因此，企業(yè)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，希望增加生產(chǎn)能力。然而，企業(yè)的生產(chǎn)能力并未因此而增加，訂單的交貨期仍然難以保證，影響了客戶(hù)的滿(mǎn)意度和企業(yè)的聲譽(yù)。因此，企業(yè)尋求一種改善方法，解決生產(chǎn)能力短缺問(wèn)題。
由研究小組與企業(yè)組成效率改善聯(lián)合項(xiàng)目小組，經(jīng)過(guò)對(duì)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的初步調(diào)研與數(shù)據(jù)分析，該廠生產(chǎn)能力短缺的關(guān)鍵問(wèn)題在于落后的生產(chǎn)管理水平，造成了先進(jìn)的關(guān)鍵設(shè)備低效運(yùn)行。據(jù)此，將基于TOC的OEE方法應(yīng)用于該廠的核心生產(chǎn)流程。
經(jīng)過(guò)聯(lián)合項(xiàng)目小組調(diào)研，確定該企業(yè)核心生產(chǎn)流程包括8道工序，并涉及8臺(tái)關(guān)鍵加工設(shè)備。按照基于TOC的OEE方法的實(shí)施步驟，對(duì)此流程進(jìn)行了效率改善的研究和應(yīng)用。具體步驟為：（1）面向核心生產(chǎn)流程進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理，其中調(diào)研中關(guān)鍵數(shù)據(jù)類(lèi)包括關(guān)鍵加工設(shè)備參數(shù)、特定工序要求參數(shù)、實(shí)際設(shè)備加工速率和核心流程實(shí)際產(chǎn)出率等；（2）面向確定對(duì)象數(shù)據(jù)類(lèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；（3）通過(guò)自主開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)進(jìn)行瓶頸設(shè)備的識(shí)別，并分析實(shí)際采集數(shù)據(jù)；（4）面向瓶頸設(shè)備計(jì)算得到OEE和相應(yīng)的時(shí)間損失；（5）面向重大時(shí)間損失（設(shè)備調(diào)整、生產(chǎn)準(zhǔn)備和質(zhì)量檢驗(yàn)），提出相應(yīng)的改善措施。
改善措施執(zhí)行之后，瓶頸設(shè)備的OEE和相應(yīng)的時(shí)間損失都得到了明顯改善（如表1、表2所示），實(shí)際生產(chǎn)流程的生產(chǎn)能力也得到了提升，整個(gè)生產(chǎn)流程的產(chǎn)出率增加近100%，基本滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)交貨期的要求。