facebook LinkedIN LinkedIN - follow
Tematické sekce
 
Branžové sekce
Přihlášení SystemNEWSPřehledy
 
Tematické seriály

Jak uřídit IT projekt a nezbláznit se

Užitečné tipy a nástroje pro řešení problémů řízení inovací a vývoje produktů...

články >>

 

Industry 4.0

Průmysl 4.0

Jaký vliv bude mít čtvrtá průmyslová revoluce na výrobu a výrobní firmy?

články >>

 
Nové!

RPA - automatizace procesů

Softwaroví roboti automatizují obchodní procesy.

články >>

 
Nové!

IoT – internet věcí

Internet věcí a jeho uplatnění napříč obory.

články >>

 
Nové!

VR – virtuální realita

Praktické využití virtuální reality ve službách i podnikových aplikacích.

články >>

 
Nové!

Bankovní identita (BankID)

K službám eGovernmentu přímo z internetového bankovnictví.

články >>

 

Příručka úspěšného IT manažera

Dnes je řada IT manažerů opomíjena. Úspěšní bývají brouci Pytlíci a Ferdové...

články >>

 
 
Partneři webu
IT SYSTEM 10/2003

Sledování a řízení efektivity výroby

Automatizace výpočtu OEE (koeficientu celkové efektivity zařízení)

Ing. Vladimír Světlík


Výrobní podniky jsou pod stále větším tlakem na snížení výrobních nákladů. Jsou nuceny více optimalizovat své výrobní procesy a zvyšovat produktivitu výrobních procesů a využití strojů, lidí a materiálů. To s sebou nese vysoké nároky na výrobní management z hlediska řízení a plánování výroby. Pro správné rozhodování je nutné mít informace o kritických místech ve výrobě. Znát skutečné možné výrobní kapacity, vznik úzkých hrdel, různé prostoje a ztráty, které vznikají za konkrétních podmínek a kombinací různých variant. Podívejme se, jak měřit celkovou efektivitu výrobních zařízení a odkrýt vznikající ztráty ve výrobě.


Ztráty ve výrobě
V každé výrobě vznikají ztráty, které neumožňují dosáhnout maximálního teoretického výkonu výroby. Záleží jenom na tom, jak se odpovědným pracovníkům, kterými jsou hlavně manažeři výroby, ale také obsluha a operátoři na linkách, podaří snížit jejich výskyt a velikost. Ztráty ve výrobě lze rozdělit do čtyř základních oblastí:
· Plánované ztráty: víkendy, dovolená, preventivní údržba, úklid, vývoj, testy, zkoušky aj.,
· Operační ztráty: nastavování strojů, změna produkce, nedostatek materiálu a lidí, špatná obsluha,
výpadky, zařízení, úzká hrdla, chyby aj.,
· Výkonové ztráty: špatné nastavení strojů, úmyslné zpomalení, selhání, prodloužení výrobního
cyklu,
· Nekvalita výroby: vada materiálu, nepřesnost výroby, opravy aj.

Je zřejmé, že některé ztráty ve výrobě nejdou odstranit úplně, ale většinu ztrát významně omezit nebo zcela eliminovat lze. Skutečný výkon výroby závisí na tom, jak se podaří zamezit nebo podstatně redukovat vznik výše uvedených ztrát. I bez velkých studií je zřejmé, že úspora 1 Kč přímo ve výrobě zvýší zisk firmy více než zvýšení konečné obchodní ceny o 1 Kč.
I když se to na první pohled nezdá pravděpodobné, mnoho výrobních provozů pracuje s celkovou efektivitou využítí výrobních zařízení menší než 50 %. Často se stává, že pro splnění objemu výroby je rozhodnuto přidat další výrobní linku nebo stroj. Znatelně se tím zvyšují výrobní náklady, přičemž ani tímto opatřením nemusí být splněn očekávaný nárůst výkonu výroby, pokud není dobrá organizace práce. Důkladnou analýzou by se ve většině případů zjistila skrytá kapacita výroby a příčiny nekvality výroby a bylo by možné provést cílené změny vedoucí k lepšímu využití stávajících strojů a zvýšení kvality výroby. Zvýšení kvalitně vyrobené produkce je tak možné dosáhnout rychleji, a hlavně ekonomičtěji, tj. bez investice na nákup dalších strojů. Aby bylo možné optimalizovat výrobu v oblasti zvyšování využití zařízení (linka, stroj), materiálu, lidí a dalších zdrojů, je potřeba najít příčiny vzniku ztrát ve výrobě. K tomu je nutné získávat správné, úplné a aktuální informace o událostech ve výrobě.

Koeficient celkové efektivity zařízení (OEE)
Ke sledování a k vyhodnocení efektivního využití strojů, včetně toho, jak kvalitně pracují, se používá koeficient Celkové efektivity zařízení (Overall Equipment Effectiveness, OEE). Při jeho výpočtu jsou zohledněny tři základní ukazatele – dostupnost zařízení pro výrobu (Availability), výkon zařízení (Performance) a kvalita výroby na zařízení (Quality). Při výpočtu těchto ukazatelů se zohledňují časové a výkonnostní ztráty (prostoje, odstávky, zpomalení výroby apod.) a ztráty způsobené nekvalitou výroby (obr. 1).


Obr. 1: Výpočet OEE a vliv ztrát na celkovou efektivitu zařízení

Mnoho firem věří, že jejich výrobní procesy pracují s OEE 85 % a vyšším. Skutečnost ale bývá jiná. OEE 85 % dosahují pouze ty nejlepší světové podniky. Skutečné OEE je u většiny firem nižší. Jak a proč dochází k takovým rozdílům ve výsledcích? Tato otázka by měla zajímat hlavně vrcholový management, protože efektivita výroby je úzce spjata s náklady na výrobu a se ziskem firmy.
Management podniku potřebuje znát co nejpřesnější hodnotu skutečného OEE. Přesnost výpočtu OEE a tím i následné analýzy a kvalita optimalizace výroby závisí na správné metodologii výpočtu a na přesnosti získaných údajů z výrobního procesu. Nikdo nemůže zlepšit ten proces, ve kterém nevidí ztráty a není je schopen změřit.

Co ovlivňuje správnost výpočtu OEE?
Správná metodologie výpočtu
I když na první pohled vypadá výpočet jednoduše a jasně, ne vždy jsou všechna data přiřazena do správné položky ve výpočtu. Jednoznačně lze určit kvalitu výroby. Počet vyrobených kusů i počet špatných kusů vyrobených na daném zařízení (stroj, linka) je exaktně dán čítačem počtu kusů. Nesprávná metodologie je však někdy používána u časových ztrát (neplánovaná výroba, prostoje, ztráty výkonu). Podívejme se na významy jednotlivých časových ztrát a na jejich správné rozčlenění pro výpočet OEE.
Neplánovaná výroba je čas, kdy zařízení nepracuje z důvodu nenaplánování výroby. Například není využita druhá nebo třetí směna. Tento čas se normálně nezahrnuje do výpočtu OEE. Pro analýzu využití kapacity zařízení je však potřeba mít tyto časy k dispozici.
Dostupnost zařízení je dána prostoji, ve kterých výrobní zařízení není dostupné pro výrobu. Běžně jsou uvažovány prostoje, které trvají řádově minuty a déle a významně ovlivňují dostupnost stroje pro výrobu. Takovými prostoji jsou změna produkce, přestávka, sanitace, čištění, preventivní údržba, oprava zařízení, školení, rozjezd a dojezd zařízení, nedostatek surovin, výpadek napájení, ztráta tlaku vzduchu apod. Tyto prostoje jsou ale někdy špatně klasifikovány jako neplánovaná výroba, čímž se snižuje skutečný čas výroby a uměle se zvyšuje hodnota koeficientu OEE, který je díky tomu zkreslen a neodpovídá skutečnosti.
Ztráty výkonu jsou různá zdržení, které způsobují snížení výkonnosti zařízení. Zařízení je dostupné (v chodu), má vyrábět, ale z nějakého důvodu se to neděje nebo výroba probíhá pomaleji. To se projeví ve vyrobení menšího množství produkce, než by bylo teoreticky možné za daný čas. Snížení výkonu je způsobeno krátkými prostoji, které trvají řádově sekundy až minuty, vyskytují se však často a opakovaně, čímž celková ztráta za směnu tvoří desítky minut a má významný dopad na výkonnost zařízení. Většinou se tyto prostoje nikde nezaznamenávají.
Pro správný výpočet ztrát výkonu je nutné i správně stanovit teoretický výkon zařízení (vyrobená produkce za čas), který je umožněn konstrukcí stroje. U složitějších zařízení (několik strojů, linka apod.) však nemusí být snadné stanovit správně teoretický výkon, a tak přesné změření krátkých prostojů umožní zjistit celkový teoretický maximální výkon zařízení a odhalit skrytou kapacitu výroby.

Lidský faktor
Prostoje jsou většinou zaznamenávány ručně operátory ve výrobě. Tato činnost je zdržuje od jejich hlavních pracovních úkolů, čímž je sama o sobě zdrojem ztrát a snížení efektivity.
Operátoři také často nezaznamenají všechny prostoje kvůli časovému vytížení nebo proto, že nechtějí přiznat problémy vzniklé na jejich pracovišti. Poctivost a svědomitost operátorů tedy významně ovlivňuje přesnost výpočtu.
Výpočty OEE jsou typicky prováděny ručně nejčastěji v programu MS Excel. Tím se zvyšují náklady na další úřednický personál, který přepisuje záznamy pořízené ve výrobě a připravuje denní, týdenní a měsíční výkazy (reporty), a tím se vytváří další místo možného vzniku chyb a odchylek.

Ruční sběr dat
Ruční záznamy o vzniklých prostojích zatěžují operátory ve výrobě, a proto většina firem zavedla různá zjednodušení. Ty spočívají v zanedbání krátkých prostojů, zavedení stanovených průměrných časů pro konkrétní prostoj apod.
Jak již bylo uvedeno, zanedbané krátké prostoje mají vliv na výkon (Performance) stroje, který se vypočítává ze skutečně vyrobeného množství a maximálně vyrobitelného množství za daný časový úsek na daném stroji. To může vést k mylnému názoru, že krátké prostoje pro samotný výpočet OEE nejsou potřeba. Ale cílem není výpočet OEE, ale vyšší efektivita výroby. Jak je ale možné zvýšit efektivitu, když nejsou známé skutečné příčiny, které vedou ke snížení výkonu? Správnou příčinu lze zjistit jenom přesným měřením krátkých prostojů, které trvají řádově sekundy až několik minut a mohou být způsobeny pozdní dodávkou surovin nebo materiálu, vytvářením úzkého hrdla, špatným kapacitním sestavením linky, výpadky dodávky energií například regulací čtvrthodinového maxima, nešikovností obsluhy apod.
Stanovení průměrných časů pro konkrétní prostoj zase znamená, že operátor zaznamená existenci, ale ne už délku trvání prostoje. Jsou tedy k dispozici informace, které typy prostojů se nejčastěji vyskytují, ale není možné stanovit jejich přesnou délku a vliv na výkon stroje a přesně kvantifikovat jednotlivé typy prostojů a tak identifikovat pravou příčinu vzniku ztrát.
Kombinací výše uvedených zanedbání může být obraz o dění ve výrobě velice zkreslen, a není tedy možné provést zlepšení, protože nelze přesně určit, co je vlastně potřeba zlepšit.

Automatizace přesného výpočtu OEE
Nejoptimálnější je automaticky sbírat a vyhodnocovat údaje o přesném chování výrobních zařízení a určovat, zda nastal prostoj a z jaké příčiny. Tímto způsobem lze zaznamenat všechny prostoje, jejich přesnou délku a typ.
Operátoři nejsou obtěžováni nadbytečnými činnostmi, a navíc mohou být automaticky upozorněni na vznik prostoje, aby mohli včas a správně zareagovat.
Automatický sběr dat umožňuje sbírat i další informace z výroby, jako jsou procesní veličiny (teplota, tlak), stavy surovin a dalších strojů apod., které mohou pomoci identifikovat přesné příčiny ztrát ve výrobě.
Automatický sběr informací není určen pouze pro plně automatickou výrobu, ale hodí se i pro operace prováděné manuálně. I při automatickém sběru informací je zachována možnost pro operátory kdykoliv doplnit komentář k prostoji nebo ručně zadat všechny informace o prostoji.
Elektronické zpracování získaných dat usnadňuje analýzu příčin a různých souvislostí, statistickou analýzu skutečných příčin ztrát apod. Data a potřebné informace mohou být okamžitě dostupné všem zainteresovaným lidem v podniku prostřednictvím názorných tabulek, grafů a reportů.

Přínosy automatického sběru dat a výpočtu OEE
Zvýšení efektivity výroby
Zavedení automatického sběru dat a systému pro zefektivnění výroby pomocí přesných výpočtů OEE není zadarmo a stojí určité úsilí a finanční prostředky. V porovnání se zavedením typického informačního podnikového systému (ERP), jehož přínosy na zefektivnění vlastní výroby lze velice těžko kvantifikovat a často jsou velmi sporadické, je však cena těchto řešení zlomkem ceny ERP a jejich a návratnost je velice krátká a jednoznačně průkazná kvantifikovatelným zvýšením efektivity výroby.
Podniky, které aplikovaly automatické sledování skutečného OEE a příčin nízké výkonnosti, dosáhly zvýšení efektivity o několik procent. Ilustrativním příkladem může být podnik, jehož produkce je 500 kusů za minutu. Identifikací ztrát se podařilo zvýšit OEE z 66,5 % na 72,5 %, což znamená možnost zvýšení produkce o 9 %, nebo možnost vyrobit stejné množství za kratší čas a za jeden rok tak ušetřit až 95 směn.

Snížení nákladů na sběr dat o prostojích
Automatický sběr a vyhodnocení dat ulehčuje práci operátorům ve výrobě a zajišťuje, že se na nic nezapomene. Vznik prostoje, jeho typ a příčina jsou automaticky rozpoznány a operátoři jsou automaticky vyrozuměni o jeho vzniku. Základní údaje o prostoji (začátek, konec, délka, typ) jsou získány a zaznamenány automaticky a jsou okamžitě dostupné všem zainteresovaným pracovníkům v podniku.

Sledování efektivity v reálném čase
Pokud jsou k dispozici potřebná data, je možné v reálném čase vidět okamžité využití, výkon a kvalitu práce konkrétního stroje a také automaticky provádět výpočet OEE. V reálném čase lze vidět i efektivitu práce pro aktuální směnu, den, zakázku.

Přesné určení skutečné příčiny prostojů
Ve výrobním prostředí je někdy opravdu velmi obtížné přesně nalézt skutečné příčiny prostojů. Monitorování v reálném čase umožňuje zaznamenat příčiny různého typu, které mohou vzniknout i s nepatrným časovým odstupem v různých výrobních technologiích a oblastech výrobního podniku, čímž jsou umožněny přesné analýzy jednotlivých dějů a jejich souvislostí.

Odhalení skryté kapacity výroby
Přidání nového výrobního zařízení nebo zvýšení směnnosti výroby je velmi nákladné. Méně nákladnou cestou je optimalizovat stávající výrobní procesy a využít zdánlivě nedostupné výrobní kapacity závodu tím, že se sníží prostoje, náběhové časy, problémy s údržbou a s pohybem výrobků v rámci výrobního procesu. Pokud výrobní zařízení nedosahuje předepsaného výkonu, lze identifikovat, kde jsou rezervy.

Optimalizace intervalů údržby
Informace o skutečném chodu výrobních zařízení mohou být použity ke stanovení spolehlivosti a skutečné doby provozu každého kusu sledovaného výrobního zařízení. Tím se umožní zpřesnit intervaly údržby dle skutečné potřeby a neprovádět ji mechanicky jen na základě předem stanovených periodických časových intervalů. Sledování efektivity výroby pomocí OEE je součástí programu TPM (Total Productive Maintenance – údržba zaměřená na komplexní produktivitu).

Důkazy pro jednání s dodavateli výrobních zařízení a surovin
Pokud prostoje vznikají vinou poruchovosti výrobního zařízení nebo špatnými surovinami, mohou záznamy v databázi sloužit i jako důkazní materiál pro reklamaci u dodavatelů nespolehlivého výrobního zařízení nebo materiálů nevyhovujících specifikacím.

Softwarové řešení na sledování prostojů a efektivity výroby
Stejně jako v jiných oblastech informačních technologií i v tomto případě je z hlediska doby implementace, služeb, spolehlivosti, kvality a celkových nákladů na vlastnictví výhodné použít standardní osvědčené řešení.
Informační systém splňující výše uvedené požadavky na moderní řešení problematiky přesného výpočtu OEE nabízí například firma Wonderware ve svém produktu DT Analyst, který je součástí integrované softwarové rodiny pro průmyslovou automatizaci Wonderware FactorySuite. DT Analyst je uživatelsky přívětivý softwarový systém, který sbírá automaticky data z výrobních procesů (PLC, čidla apod.), vyhodnocuje je, informuje o vzniklých problémech a poskytuje analytické nástroje pro vyhodnocení efektivity výroby.

Pozn. red.: Autor článku, Ing. Vladimír Světlík, pracuje ve firmě Pantek (CS), s. r. o., Hradec Králové.

Chcete získat časopis IT Systems s tímto a mnoha dalšími články z oblasti informačních systémů a řízení podnikové informatiky? Objednejte si předplatné nebo konkrétní vydání časopisu IT Systems z našeho archivu.


Inzerce

Digitalizace výroby teoreticky i prakticky

IT Systems 9/2022Aktuální vydání IT Systems je věnováno především automatizaci a digitalizaci průmyslu. Daniel Bičík ze SAPu popisuje, jak nejefektivněji využít AI ve výrobě od designu až po servis. Kristin Poulton z QAD se věnuje problematice plánování kapacitních požadavků a jeho využití ve výrobě. Jan Hofman z QI GROUP ukazuje, že cestou k optimalizaci výroby je dobře sladěný tandem systémů MES a ERP.