基于設備綜合效率的板式家具封邊機生產(chǎn)效率分析與評價

1、基于設備綜合效率的板式家具封邊機生產(chǎn)效率分析與評價板式定制家具因其生產(chǎn)周期短、用戶參與度高、庫存小等優(yōu)勢，成為家具市場的主力軍1。生產(chǎn)設備是板式定制家具企業(yè)的核心要素之一，其管理與維護的水平不僅關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，同時也直接影響生產(chǎn)成本。封邊機作為板式家具加工的關(guān)鍵設備之一，其結(jié)構(gòu)復雜、工序繁多，容易出現(xiàn)多種故障，如產(chǎn)品崩邊、脫膠、破角等質(zhì)量問題，從而導致板件二次返修甚至報廢等問題2-3。因此，對板式定制家具企業(yè)而言，提高封邊機性能、減少故障停機時間對于提升生產(chǎn)線整體生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量水平以及降低生產(chǎn)成本有重要意義。為了更好地對生產(chǎn)效率、設備狀態(tài)進行衡量，設備綜合效率（overall eq

2、uipment efficiency，OEE）4成為設備效率評價的指標之一。1984年Seiichi Nakajima最早提出OEE的概念，作為全員生產(chǎn)保全（total productive maintenance，TPM）的關(guān)鍵度量值被應用5。經(jīng)過小川久雄、Konopka等不斷深入研究，OEE的概念更加科學完善6。OEE方法在眾多設備依賴性強的企業(yè)中廣泛應用，表明OEE在降低設備損失、推動改善整個車間的生產(chǎn)效率效果明顯7-9。我國家具行業(yè)開展設備TPM管理的研究起步較晚，OEE在家具制造領域內(nèi)的應用研究相對較少?，F(xiàn)有研究表明，OEE不只局限于測量單臺設備的生產(chǎn)率，還可應用于整條生產(chǎn)線及生產(chǎn)工

3、序的生產(chǎn)效率測算，從而找出生產(chǎn)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。通過OEE方法對櫥柜家具制造企業(yè)生產(chǎn)線進行效率評估，確定了瓶頸工序為涂漆線；針對單臺設備故障進行分析，建立了相應的改善措施，將該產(chǎn)線故障率從32.16%下降為15.19%，不合格品率下降30%10。就實木家具配料環(huán)節(jié)而言，相關(guān)學者已對OEE數(shù)據(jù)采集方法進行了系統(tǒng)介紹，明確了設備各損失項目的定義及分類是數(shù)據(jù)采集準確性的關(guān)鍵11。同時，將OEE與精益管理思想相結(jié)合，通過OEE指標來識別和消除生產(chǎn)中的浪費，以達到提升瓶頸設備利用率、縮短交貨周期以及提高產(chǎn)量的目的12。鑒于此，本文基于OEE理論，以某企業(yè)柔性生產(chǎn)線的封邊機為研究對象，分析評價封邊機OEE

4、指標，理清設備效率損失因素，建立設備效率評估方法和體系，為提升相關(guān)家具企業(yè)設備綜合效率提供依據(jù)和參考。1 OEE的定義和計算方法OEE是一種用于分析設備使用效能的工具13，可表示設備的實際生產(chǎn)能力與理論產(chǎn)能的比率14。OEE主要由三項指標構(gòu)成，分別是監(jiān)控設備妥善程度的時間開動率（availability，AV）、了解設備運作績效的性能開動率（performance efficiency，PE）以及設備產(chǎn)出產(chǎn)品質(zhì)量狀況的合格品率（quality rate，QR）15，具體按公式（1）計算。OEE=AVPEQR100%（1）世界級優(yōu)秀制造業(yè)的生產(chǎn)設備OEE可以達到85%11。在TPM中，理想的設備

5、保全水平要達到以下目標：AV90%，PE95%，QR99%，OEE才不低于85%16，而國內(nèi)眾多擁有精密設備的企業(yè)難以達到這一水平17。OEE不僅考察其總體指標的高低，更關(guān)鍵在于明晰OEE的構(gòu)成因素及各因素的損失項目；通過OEE體系全面了解設備的使用狀況，找出造成OEE低下的瓶頸問題，以制定針對性的改善策略，提高設備整體的生產(chǎn)效率。OEE指標架構(gòu)以及各指標之間的計算關(guān)系，具體如圖1所示。圖1OEE指標架構(gòu)及計算方法Fig.1OEE indicator structure and calculation method2封邊機OEE指標與評價為保證產(chǎn)能，調(diào)研的某企業(yè)采用兩組雙機聯(lián)線封邊機串聯(lián)來完成

6、四邊封邊，生產(chǎn)現(xiàn)場布局及封邊設備編號如圖2所示。當其中一臺封邊機停機或效率降低，將會影響整條生產(chǎn)線。因此，本研究將整條封邊線看作一個整體，基于OEE理論對該封邊線進行數(shù)據(jù)收集、計算及問題診斷分析。圖2柔性生產(chǎn)線設備布局Fig.2Flexible production line equipment layout2.1封邊線生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方法數(shù)據(jù)采集的準確性是決定OEE分析方法能否取得良好成效的關(guān)鍵因素之一18。精確測量和統(tǒng)計設備停機損失、速度損失、加工廢品損失是實施OEE評估的關(guān)鍵。在這三項損失中，速度和廢品損失可根據(jù)理論產(chǎn)量、實際產(chǎn)量計算，測量和統(tǒng)計相對簡單。難點在于設備各種效率損失時間的測量和

7、統(tǒng)計，對效率損失的分類和內(nèi)涵界定不夠清晰，同樣影響OEE分析的準確性19。因此，在收集封邊機生產(chǎn)數(shù)據(jù)之前，按照OEE與六大損失的關(guān)系以及生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況對封邊機生產(chǎn)效率損失的內(nèi)容進行嚴格劃分（表1），為后續(xù)數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計提供支持20。數(shù)據(jù)收集分為兩部分：一部分為原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄，另一部分將原始數(shù)據(jù)表中收集的問題按表1進行分類整理，最終對應到OEE的計算公式中。表1OEE損失類別劃分Tab.1OEE loss categories損失類型項目內(nèi)容計劃停機各類事務（會議、消防檢查等）計劃內(nèi)的停機；設備定期維護；設備計劃內(nèi)的改造、調(diào)試；員工培訓；日常清潔保養(yǎng)；用餐；交接班。設備故障停機設備發(fā)生故障

8、后引起的停機；網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)問題引起的停機；前后工序不匹配導致的停機。換型調(diào)機設備臨時更換零部件；機器滿足不了質(zhì)量等要求需要停機調(diào)試；不同批次板件需更換物料；臨時清理機臺衛(wèi)生。短暫停機指設備停機時長在5 min以下的停機，包括：設備異常報警；線體上工件定位需重新調(diào)整；生產(chǎn)物流不通暢導致短暫性堵停?？者\轉(zhuǎn)待料引起的空運轉(zhuǎn)；調(diào)試程序引起的空運轉(zhuǎn)；交接班未停機導致的空運轉(zhuǎn)等。速度降低由于來料不足、工件間隔過大引起的封邊速度降低；傳送物料的線體速度降低等導致的速度降低；批次切換導致的速度降低等。質(zhì)量損失由生產(chǎn)出不良品所造成的損失。2.2封邊線OEE的計算結(jié)果根據(jù)OEE數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計方法，對封邊線一整月的O

9、EE指標進行計算，將時間開動率、性能開動率、合格品率以及OEE值進行整理，得到封邊線OEE指標變化數(shù)據(jù)，如圖3所示。圖3某月內(nèi)封邊線OEE指標變化Fig.3Changes in OEE indicators of edge banding line in one month經(jīng)計算，該企業(yè)封邊線OEE平均值低于60%，時間開動率、性能開動率及合格品率均未達到優(yōu)秀標準。從圖3可以看出，封邊線時間開動率整體浮動較大，反映了設備停機時長不穩(wěn)定的問題；性能開動率水平較低，平均值只有71.48%，設備性能存在明顯的改善空間。在進行封邊線OEE分析診斷時，可將研究重點放在時間開動率和性能開動率的損失上。3封

10、邊線OEE分析診斷建立OEE模型能將設備運行中的問題用更直觀的方式體現(xiàn)出來，把影響OEE的各項損失量化21-22。通過對封邊線生產(chǎn)現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，得到OEE模型瀑布圖（圖4）。OEE模型瀑布圖從時間上來衡量設備的利用效率。其中，“可用生產(chǎn)時間”到“有效生產(chǎn)時間”之間的每一格代表對應損失項目所占用的時間。圖4封邊線OEE模型瀑布圖Fig.4Waterfall chart of OEE model of edge banding process圖4顯示，設備故障停機、換型調(diào)機和設備短暫停機是影響封邊機設備綜合效率的主要原因，建議企業(yè)管理人員在研究分析設備生產(chǎn)效率損失時，可從以上三項展開深入的

11、調(diào)查和細分。3.1設備故障停機問題分析及改善建議從圖4可以看出，設備故障停機是影響封邊線生產(chǎn)效率的第一大原因。設備故障不僅會造成生產(chǎn)效率低下，還帶來維修過程財力、人力與物力的浪費；同時，搶修也是工傷事故易發(fā)和高發(fā)的環(huán)節(jié)23，對安全生產(chǎn)帶來極大危害。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，該企業(yè)封邊線故障停機的時長為2 692 min/月，停機的具體原因和時間分布見圖5，其中因封邊機故障停機的占比為71.88%。圖5封邊線故障停機原因及時間分布Fig.5Causes and time distribution of edge banding lines downtime調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，該企業(yè)車間某月封邊機共出現(xiàn)故障停機52

12、次，平均每天發(fā)生故障近2次；其中，停機時間超過一小時的故障共13次，約占總故障停機時間的63.87%。封邊線大部分故障停機是由小問題長期累積并未及時處理而導致的，如設備部件螺絲松動、漏油、異響等，若在設備點檢和保養(yǎng)中沒有及時發(fā)現(xiàn)并解決，容易演變成大停機故障或安全事故。通過生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研了解到，由于操作人員和機修人員設備點檢時的疏忽，封邊IMA4#機臺背反壓輪（規(guī)方系統(tǒng)）緩沖器松動未被及時發(fā)現(xiàn)，使板件因沖擊力過強撞壞了升降氣缸，導致多次停機事故。該企業(yè)封邊線屬于進口高端設備，機械復雜，企業(yè)應規(guī)范點檢制度和標準，明確不同部位的點檢方法、點檢頻次以及點檢要求。在日常設備清掃和保養(yǎng)中注重發(fā)現(xiàn)問題源頭，防

13、止因設備小問題惡化引起故障停機。另一部分故障為突發(fā)性故障，此類故障發(fā)生率較小，產(chǎn)生的原因也各不相同。故障反應和維修時間長也是封邊機時間開動率低的重要原因，因此可從縮短故障反應時間和維修時間的角度來降低生產(chǎn)損失。在故障發(fā)生時，生產(chǎn)人員常因不能及時判斷故障等級而耽誤報修時間，且機修缺乏快速反應、設備維修工具擺放混亂、備件不全等原因也拉長了故障維修時間。進出料系統(tǒng)是封邊線日常保養(yǎng)和計劃維修時容易被忽視的單元，調(diào)研車間進出料線體皮帶大多三年未更換，設備運行中皮帶斷裂且因備用皮帶不足而耽誤生產(chǎn)的情況時有發(fā)生。機修人員在進行設備檢修時，應多留意設備各單元的運行狀態(tài)，根據(jù)零部件磨損規(guī)律調(diào)整備件更換周期。3.

14、2換型調(diào)機問題分析及改善建議影響封邊線OEE的另一大因素是換型調(diào)機的損失，主要包含設備更換零件及物料、質(zhì)量問題調(diào)機、打掃機臺衛(wèi)生所消耗的時間。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)車間該損失項目中時間最長的影響因素為質(zhì)量問題調(diào)機（圖6）。圖6封邊機換型調(diào)機損失分布圖Fig.6Distribution diagram of edge banding machine replacement and adjustment loss封邊是板件加工過程中質(zhì)量問題最多的一個環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過程中，當質(zhì)檢人員發(fā)現(xiàn)板件封邊不合格時，需立即停機檢查，這種“事后檢查”費時費力，封邊設備機械結(jié)構(gòu)復雜、影響質(zhì)量因素眾多，操作人員很難根據(jù)經(jīng)驗快

15、速找出問題，從而進行調(diào)整。從調(diào)研車間某月的質(zhì)量問題報告來看（圖7），崩邊和開膠是封邊過程中的兩個主要質(zhì)量問題。圖7調(diào)研車間某月板件質(zhì)量問題報告Fig.7Investigation report on the moon plate quality in the workshop封邊機崩邊的問題多出現(xiàn)在預銑、開槽兩個加工環(huán)節(jié)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于該封邊線加工刀具未制定固定更換刃磨周期，預銑和開槽刀具因長期未更換，刀具磨損嚴重進而導致板件出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象。此外，刀具銑削過程產(chǎn)生的切屑未及時清理也會導致板件表面破損。封邊開膠的問題主要與膠溫、涂膠量和封邊條有關(guān)，調(diào)研車間封邊開膠問題出現(xiàn)在冬季的概率較高，原因在于

16、當室內(nèi)溫度低于15 時，PVC封邊條變硬，不利于膠合壓貼；且板件溫度過高易造成熱熔膠提前固化，進而影響膠合質(zhì)量。為保證膠合強度，應改善板件預熱單元的預熱效果。但若單純提高膠溫易造成膠過稀、膠層變薄，膠合強度下降等問題。板件與封邊條壓合過程中的壓輪壓力也會影響封邊質(zhì)量，應根據(jù)封邊條厚度、種類和基材等來調(diào)整壓力的大小。影響封邊質(zhì)量問題的因素復雜，操作人員技能經(jīng)驗不足也是導致調(diào)機時間長的主要原因之一。企業(yè)應注重對員工技能的培訓，制定可執(zhí)行的標準工藝指導文件；同時，在設備管理中還應提高預防保全的意識，記錄刀具使用頻率，建立定期更換制度，減少因質(zhì)量問題引起的停機次數(shù)。3.3短暫停機問題分析及改善建議短暫

17、停機是一種特殊的設備故障類型，指生產(chǎn)過程中由于某種異常情況經(jīng)常發(fā)生停機，其通過設備操作人員簡單操作就能暫時恢復生產(chǎn)，不需要專業(yè)維修處理。生產(chǎn)運輸中的堵停、板件定位錯誤、來料質(zhì)量不合格、物料自動切換失敗、感應裝置受阻或員工操作失誤等是造成短暫停機的主要原因。設備未得到合理保養(yǎng)，在達到一定使用年限后容易出現(xiàn)各種各樣的小停機現(xiàn)象，一般產(chǎn)生于某些固定的故障點，屬于常發(fā)生且比較難解決的問題24。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該企業(yè)車間某月封邊機發(fā)生小停機次數(shù)約1 130次，總時長約為2 000 min，對設備正常運轉(zhuǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量都產(chǎn)生了不良的影響。事實上，設備短暫停機大多是反復的小問題，有規(guī)律可尋，解決問題的可行性大。但是

18、，生產(chǎn)中操作人員由于短期目標而常常忽視運行中頻繁出現(xiàn)的問題，未及時總結(jié)記錄，導致機修人員對設備運行狀況不了解，沒有將此類問題納入到計劃維修中。另外，設備短暫停機的原因不僅僅和設備有關(guān)，操作人員的不當作業(yè)也會造成小停機。企業(yè)員工流動性較大，企業(yè)對新員工培訓時間短，未對培訓成效進行考核就上崗工作，導致常因員工操作不當而使設備出現(xiàn)小停機。由于前工序來料不足或不來料導致的封邊速度降低和空運轉(zhuǎn)，以及后工序堵停導致的小停機也是影響封邊機性能開動率的原因，生產(chǎn)中各工序的物料流量不平衡造成了等待、滯留等現(xiàn)象，反映出調(diào)研車間在各工序之間的緩存?zhèn)}配置、生產(chǎn)節(jié)拍設置或人員配置等方面也有一定的改進空間。針對短暫停機問題，企業(yè)可成立個別改善小組，利用“PM”分析工具：指找尋設備所產(chǎn)生的重復性故障及其相關(guān)原因的方法，其中“P”指phenomena(現(xiàn)象）和physical(物理的），“M”指mechanism(機理）和相關(guān)因素man（人）、machine（設備）、material（材料）24，對設備慢性故障及慢性不良現(xiàn)象及其原理進行分析，篩選故障現(xiàn)象出現(xiàn)條件，從根源上尋找原因。另外，設備操作人員日常需做好設備短暫停機的記錄，維修人員可以根據(jù)問題記錄制定相應的專項改善計劃。4結(jié)