设备利用率OEE计算
如何计算工厂的整体设备效能
日本工厂设备维修保养协会的Seiichi Nakajima曾表示，对于分散式生产的制造商来说，工厂整体设备效能（以下简称OEE）如果能达到85%，就可以被公认为世界一流的。然而实际上目前并没有一个通用的工厂整体设备效能的计算方法。在进行车间的OEE 的数据处理计算时，应考虑多种因素。下面介绍的方法包含了一种计算生产线或生产流程的OEE，它也可推广用于计算整个工厂的OEE。
计算生产线或生产流程上的OEE
如果所有的机器相对于生产率和生产能力来说其贡献是相同的，那么计算生产线的OEE就简单了。但是完全均衡的生产线几乎没有，并且它也不能代表大多数工厂的真实情况。另外，大多数工厂并非都是一条笔直的生产线，其生产的产品部件能从一台机器非常和谐的传到另一台机器而且设备之间也非常谐调。实际上，一个生产流程往往是非常复杂的，生产线上的机器有些是串联关系，有些是并行工作，而且它们常常还有旁路流程。因此直接计算生产线或生产流程的OEE而不计算各单个机器的OEE是不可能的。
生产线或生产流程的OEE计算，在理论上认为整个生产线或生产流程是一个单独的机器，它理论上的生产周期等于生产流程中瓶颈机器的生产周期。例如，如果一条生产线上有三个机器，它们的生产周期分别为：3秒，2秒和4秒，则总的生产流程周期为4秒，即为瓶颈机器的生产周期。生产线作为一个整体，在4秒钟之内它只能生产一个产品。一个生产流程的关键是它要在瓶颈机器这一环节上保持一个高的可用度、生产率和优质率。
在典型的生产流程中各台机器的加工生产之间都有一定的时间冗余，如果这个时间冗余能够控制或允许一些机器短暂时间的停机，而不影响整个的生产流程，则它并不影响整个生产线或生产流程上的生产率。如果这个时间冗余不能弥补其它机器的短暂停机时间，瓶颈机器就会由于没有原料而停机或阻塞下面的流程，而不能生产出额外的资料。在所有的情形下，监控瓶颈机器的可用度和生产率，可提供一个非常好的整个生产线的生产剖面。
关于优质率，这里有两个关于生产缺陷的理论。第一个理论主张，在瓶颈机器之前，生产线上生产出了有质量缺陷的产品，只有当因这些质量缺陷导致瓶颈机器停顿（即由于缺少原料而使瓶颈机器停机）时，才称这些质量缺陷会影响到生产线和整个生产流程的产品产量。而在瓶颈机器这一环节上或它之后出现有质量缺陷的产品则肯定会影响到生产线和整个生产流程的产量。它也因此会影响优质率。
质量专家和“零概率”观念都认为，任何的质量问题都是不能接受的，并且我们应该尽力让我们的指示器显示出所有的质量缺陷，不管它们是出现在瓶颈机器这一环节之前还是之后。这种观点是正确的，但有些质量缺陷确实比另一些重要。在资源有限的情况下，应该把更加重要的质量问题放在第一位。在瓶颈机器这一环之后的质量问题要比在它之前的质量问题更严重，所以，要把瓶颈机器这一环节之后出现的质量问题放在第一位。
下面的步骤提供了一种计算生产线或生产流程的OEE的方法。它已经被用于计算一个具有57个机器之多的生产线，并具有多个旁路流程和两个同时作业瓶颈设备的生产流程的OEE计算。它们能够适用于任何的车间。
1．仔细绘制所有制造过程的步骤流程图。标出所有的机器，转换点，材料传递过程。有时这个过程已经以工艺流程图的形式做过了。
2．确定在何部位将产品进行分解，由于存在产品的组装或半成品的存储问题，可以将整个生产过程分割成许多子过程。车间的情况不同，划分的标准也不尽相同。典型的情况下，可以根据机器组（它们组成一个生产区域）进行划分、或根据连接的紧密程度划分、或根据构成产品的子部件划分。例如，经常将最后的装配过程分割成许多子装配过程，尤其是在子部件储藏在库房中、单独出售或没有现货时。
3．分别为每一个单独的生产线或生产流程绘制一张流程图。标出每一个生产机床的生产能力（或理论的周期时间），和转换（资料的处理或调运）操作。定位出瓶颈操作项目。要考虑到多台机器可能执行同一个操作或最终产品可能需要多个正在被加工的部件。
4．把整个运行过程看成是一个单独的机器，利用计算单独机器OEE的公式计算，并按下述步骤的进行修改。
5．生产线或生产流程的可用度等于整个过程中瓶颈机器的可用度。如果有多个机器均为瓶颈，那么生产线或生产流程的可用度就等于这些机器可用度的加权平均值。每一台机器的权值与其生产能力成正比例。
6．生产线或生产流程的生产率等于瓶颈机器的生产率。同样，如果瓶颈机器有多个，生产线或生产流程的生产率等于各台瓶颈机器生产率的加权平均值，生产线或生产流程上所有部件的运行等同于所有被视为瓶颈机器的运行。
7．生产线或生产流程的优质率按下面的方法计算：运行中的总部件数等于总的运行于瓶颈操作过程中的部件数。，只有当质量缺陷和劣质产品出现在瓶颈机器这一环之上或之后时，它们才被视为影响优质率的因素。如果它们出现在瓶颈机器之前，并造成瓶颈机器因缺少原料而停机，则它们才会降低瓶颈机器的可用度。如果质量缺陷和劣质产品并没有造成瓶颈机器因缺少原料而使瓶颈机器停机，虽然它们确实影响到了单元的平均生产成本，但它并不影响整个的生产流程生产线的生产率。
生产线或生产流程的OEE的计算，为将所有固定资产看作为一个整体提供了一个很好的提示。相应的图表“工艺流程图例”显示了如何计算生产线或生产流程的OEE。下面的一些事件可以通过上述例子来确定。
?在磨床上，满足生产一件产品的平均生产率为1.6秒。这个数字反映了两个磨床平均生产率，为了生产一个最终产品它们必须生产两个件。
?在车床上，2.5秒可以生产4个件。由于生产一个最终产品车床必须生产两个件，所以每2.5秒钟车床可以提供两个产品，或每1.5秒钟车床可以提供一个产品。
?钻床可以每0.75秒的速度为最终产品提供部件。
?装配操作可以每秒钟装配一个产品。
对于这一生产流程，磨床的生产周期最长，因此它是瓶颈操作环节。这个生产操作过程作为一个整体，即使其它的机器的生产效率再高，在每1.6秒钟它只能生产一个产品。这种生产力不平衡的生产类型在北美的离散型生产制造厂中是非常普遍的。
为了计算这个生产流程的OEE，应特别注意下面的这些信息：
?时间周期为一个工作班或8小时；
?设备停机时间。磨床Ⅰ需30分钟进行维修，磨床Ⅱ需45分钟进行维修和20分钟进行预防性维修。所有的车床需10分钟进行预防性维修并且车床Ⅱ需30分钟进行维修；钻床不需停机维修，装配线需1小时停机维修；
?每一个工作班的产品数量显示在相应的图表中。
该生产线的OEE的计算：
可用度等于瓶颈机器的可用度或等于磨床的可用度。
磨床1的可用度＝（8小时工作班-0.5小时停机时间）/8小时＝93.7%
磨床2的可用度＝（8小时工作班-0.75小时停机时间-0.33小时预防性维修时间）/（8小时工作班时间－0.33小时预防性维修时间）＝90.0%
磨床的加权平均可用度：
磨床1的理论工作周期为1.5秒钟每件或每分钟40件，其可用度为93.7%。
磨床2的理论工作周期为1.7秒钟每件或每分钟35.3件，其可用度为90%。
·加权平均可用度＝（93.7%*40+90%*35.3）/（40+35.3）＝92.0%
生产线生产率：
磨床1的生产率＝1.5秒/件*15600件/7.5小时*3600秒/小时＝86.7%
磨床2的生产率＝1.7秒/件*12600件/6.92小时*3600秒/小时＝86.0%
磨床的加权平均生产率＝（86.7%*40+86.0%*35.3）/（40+35.3）＝84.4%
优质率
生产流程的优质率等于瓶颈操作过程中所有生产部件数减去发生在瓶颈机器这一环之上或它之后的所有质量缺陷和劣质产品数量，并除以瓶颈操作过程中生产的所有部件数。
磨削加工过程中生产的所有部件数＝28200个部件/2台机器每一装配线＝14100。
磨削加工过程中或它之后生产的所有质量缺陷或劣质产品数量＝（磨床1生产的44件+磨床2生产的32件）/2台机器每一装配线＝38。
车床生产的质量缺陷＝48件/2台机器每一装配线＝24。
有三个装配产生的质量缺陷。
钻床产生的质量缺陷不计算在内，因为如果没有足够的因钻床产生的质量缺陷而使瓶颈机器挨饿，那么它们并不影响整个的生产流程或生产线的生产率。
因此，总共的生产缺陷或劣质产品数量为＝38+24+35＝65。
整个生产流程或生产线的优质率＝（14200-65）/14200＝99.5%
整个生产流程或生产线的OEE等于可用度乘以生产率乘以优质率，或
92.0%*86.4%*99.5%＝79.1%。
这个例子描述了一个简单的生产流程。许多车间的生产流程并不都这样简单。建立起一个对于所有过程都有意义的OEE计算方法的关键，是准确的绘制每一个加工流程的理论的运行周期，使它能与流程中的瓶颈操作相一致。瓶颈操作可能会随着流程的改进而变化。
在例子流程中，磨床可以被改进（或安装新的设备）。这个程序能够提高磨床的效率，并提高流程的生产率。
如果磨床的效率可以被提高多于96件/分钟（磨床的生产率），车床就会变成瓶颈机器，并且整个生产流程或生产线的OEE的计算就会改变。
Charlie Robinson是Robinson顾问委员会的负责人，7060 Boyd Ave, Suit 1,Eden Prairie,MN55346;(612)949-0024.
二
企业OEE计算问题的解决
摘要：本文引入非设备因素停机概念，使计算得的OEE更能真实反映设备维护的实际状况，让设备完全利用的情况由完全有效生产率的指标来反映。同时介绍不同情况下如何分析设备损失的PM分析流程。
OEE(Overall Equipment Effectiveness), 即设备综合效率，其本质就是设备负荷时间内实际产量与理论产量的比值。企业在进行OEE计算时常常遇到很多迷惑的问题，如工厂停水、停电、停气、停汽使设备不能工作，等待定单、等待排产计划、等待检查、等待上一道工序造成的停机，不知如何计算。本文引入非设备因素停机的概念，修改了OEE的算法，使计算得到的OEE更能够真实反映设备维护的实际状况，让设备完全利用的情况由完全有效生产率这个指标来反映。同时介绍了在不同情况下如何分析设备损失的PM分析流程。
一、OEE表述和计算实例
OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率[1],[4]
其中，时间开动率= 开动时间/负荷时间
而，负荷时间= 日历工作时间-计划停机时间
开动时间= 负荷时间–故障停机时间–设备调整初始化时间（包括更换产品规格、更换工装模具、更换刀具等活动所用时间）
性能开动率= 净开动率×速度开动率
而，净开动率= 加工数量×实际加工周期/开动时间
速度开动率= 理论加工周期/实际加工周期
合格品率= 合格品数量/ 加工数量
在OEE公式里，时间开动率反映了设备的时间利用情况；性能开动率反映了设备的性能发挥情况；而合格品率则反映了设备的有效工作情况。反过来，时间开动率度量了设备的故障、调整等项停机损失，性能开动率度量了设备短暂停机、空转、速度降低等项性能损失；合格品率度量了设备加工废品损失。
例1: 设某设备1天工作时间为8h, 班前计划停机20min, 故障停机20min, 更换产品型号设备调整40min, 产品的理论加工
周期为0.5min/件, 实际加工周期为0.8min/件, 一天共加工产品400件, 有8件废品, 求这台设备的OEE。
计算：负荷时间= 480-20 = 460 min
开动时间= 460 – 20 – 40 = 400 min
时间开动率= 400/460 = 87%
速度开动率= 0.5/0.8 = 62.5%
净开动率= 400×0.8/400 = 80%
性能开动率= 62.5%×80% = 50%
合格品率= (400-8)/400 = 98%
于是得到OEE = 87%×50%×98% = 42.6%。有些企业还可以根据生产的实际, 用便于统计的数据来推算TPM[2]。
例2．设备负荷时间a = 100h，非计划停机10h，则实际开动时间为b = 90h；在开动时间内，计划生产c = 1000个单元产品，但实际生产了d = 900个单元；在生产的e = 900个单元中，仅有f = 800个一次合格的单元。
计算：可以简化为
OEE = （b/a）×（d/c）×（f/e）= （90/100）×（900/1000）×（800/900）= 72%
OEE还有另一种表述方法，更适用于流动生产线的评估, 即OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率
而时间开动率= 开动时间/计划利用时间而，计划利用时间= 日历工作时间-计划停机时间
开动时间= 计划利用时间–非计划停机时间
性能开动率= 完成的节拍数/计划节拍数
其中计划节拍数= 开动时间/标准节拍时间
合格品率= 合格品数量/加工数量
这与前述的OEE公式实际上是同一的。
例3：设某企业一个工作日的生产数据如表1。
表1 某企业一个工作日的生产数据
(The productive data of a working day from a factory)
注：标准节拍时间为3min
计算：停机时间= 115+12 = 127 min
计划开动时间= 910 – 127 = 783 min
时间开动率= 783/910 = 86%
计划节拍数= 开动时间/标准节拍时间= 783/3 = 261
性能开动率= 203/261 = 77.7%
合格品率= 一次合格品数/完成产品数= 152/203 = 74.9%
于是得到OEE = 86% ×77.7%×74.9% = 50%
二、OEE的实质
如果追究OEE的本质内涵，其实就是计算周期内用于加工的理论时间和负荷时间的百分比。请注意，当展开OEE公式，有OEE = 时间开动率×性能开动率×合格品率
= （开动时间/负荷时间）×（加工数量×实际加工周期/开动时间）×（理论加工周期/实际加工周期）×（合格产量/加工数量）= （开动时间×加工数量×实际加工周期×理论加工周期×合格产量）/（负荷时间×开动时间×实际加工周期×加工数量）
约去分子、分母的公因子，
OEE = （理论加工周期×合格产量）/负荷时间= 合格产品的理论加工总时间/负荷时间
这也就是实际产量与负荷时间内理论产量的比值。
三、利用OEE进行损失分析
既然上述的计算方法可以如此简单，那么为什么要用这么复杂的公式呢？主要是为了分析问题。计算OEE值不是目的，而是为了分析六大损失[1]。设备的OEE水平不高，是由多种原因造成的，而每一种原因对OEE的影响又可能是大小不同。在分别计算OEE的不同―率‖的过程中，可以分别反映出不同类型的损失，如图1所示。
各类企业设备不同，损失也可能不同。我们当然可以灵活构造不同的损失分析图。图2显示了某一特定企业的8大损失状况。
进一步，我们还可以结合运用PM分析方法（即通过物理现象寻求人、机、料、法、环等原因的分析方法），对OEE不高的原因进行分析。例如，当设备的OEE水平不高，从OEE计算看出是时间开动率低下，于是将时间开动率用方框框起来，再问为什么时间开动率不高，发现是设备故障引起，再继续往下分析，直到找出根本原因为止。如图3所示[2]。
企业还可以利用鱼骨分析方法从OEE的水平追溯各种损失和原因，例如图4所示。
四、OEE 计算中遇到的困难和解决方案
我们在计算OEE时，遇到计划停机以外的外部因素，如无订单、停水、电、气、汽、停工待料等因素造成停机损失，常不知把这部分损失放到哪部分去计算。有人把它们列入计划停机，但它们又不是真正意义上的计划停机。如果算做故障停机，但又不是设备本身故障引起的停机。各个企业的计算五花八门，失去相互的可比性。当我们把OEE的计算作一扩展，给出―设备完全有效生产率（TEEP）‖[3]这一新概念和新算法，上述的问题可以迎刃而解。TEEP的结构及特征时间，损失与各项效率的关系，如图5所示。
图5 TEEP计算及时间——损失——效率关系图(Relationship among time,losses and effectiveness over the calcultion of TEEP) 注：图中黑虚线框以内部分为OEE计算的结构，全图为TEEP的计算。图中符号意义如下: ①：计划及外因停机损失②：故障及调机损失③：降速及空转损失④：试产及运行废品损失
从图5 可见，影响设备管理完全有效生产率的是由影响OEE的六大损失加上计划停机和外部因素停机这八大损失构成的。企业同样可以依据实际生产情况灵活构造TEEP关系图。设某企业一个月的设备运行情况如图6所示。
图6 某企业一个月的TEEP 计算及时间－损失－效率关系图
图6所反映的企业设备效率里，反映设备因素的指标OEE为59.8, 而反映整体设备效率的指标TEEP为58.3，一般低于OEE 水平。
五、在引入TEEP条件下OEE公式的修正
在引入TEEP条件下, 因为我们已经把非设备因素（即设备外部因素）1引起的停机损失分离出来，作为利用率的损失来度量，故在计算OEE时，设备的时间开动率就要做相应调整。
在TEEP计算中
设备利用率=（日历工作时间—计划停机时间—设备外部因素停机时间）/日历工作时间
正确的OEE计算，应该有
设备时间开动率= 开动时间/负荷时间
其中，负荷时间= 日历工作时间—计划停机时间—设备外部因素停机时间
开动时间= 负荷时间—设备调整初始化时间（包括更换产品规格、更换工装模具、更换刀具等活动所用时间）
其他公式的算法和项目内容不变。
这样计算得到的OEE可以准确反映设备本身的问题，能够客观评价企业的设备管理水平，同时也不会使企业之间的OEE因理解与算法不同而不可比。如果要全面反映企业设备效率，即把所有与设备有关和无关的因素都考虑在内，则可以通过TEEP 来反映。