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【經(jīng)典文章】如何優(yōu)化設(shè)備負(fù)荷均衡并提高設(shè)備利用率?
2021-02-25

設(shè)備做為工廠的主要資源,主要體現(xiàn)在工序的工作中心、生產(chǎn)裝備線,成組單元與精益單元流水線。它涉及到財務(wù)方面的資產(chǎn)管理,設(shè)備管理上全面維修,生產(chǎn)方面的狀態(tài)監(jiān)控與質(zhì)量控制,計劃方面的資源利用率即OEE綜合效率。

 

     但單純的追求效率是無意義的,應(yīng)該在滿足生產(chǎn)周期縮短、客戶快速交期與提升交貨準(zhǔn)確率的前題下,綜合設(shè)備效率才有價值。所以,在精益生產(chǎn)里,設(shè)備的可動率才是關(guān)鍵。

 

     我們對設(shè)備資源的產(chǎn)能計劃的目的是在滿足交期的前提下,對各設(shè)備資源進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、模塊化管理;按照設(shè)備的功能,以及設(shè)備與產(chǎn)品之間的優(yōu)先級關(guān)系,為任務(wù)訂單中的每個工序選擇具體執(zhí)行的設(shè)備;

 

     根據(jù)設(shè)備的可用時間模型,以及所有任務(wù)訂單的相互關(guān)系,為每個工序指定工序作業(yè)計劃開始時間;根據(jù)工序的工藝節(jié)拍,工作訂單的產(chǎn)品數(shù)量,以及設(shè)備的可用時間模型,計算各工序?qū)嶋H要延續(xù)的時間;給出每臺設(shè)備資源在作業(yè)計劃期間內(nèi)的工作任務(wù)列表即待加工工序列表;在作業(yè)計劃完成后,統(tǒng)計各臺設(shè)備以及各種設(shè)備組的計劃產(chǎn)能占用率。

 

    還要考慮資源的占用,換模時間,前后準(zhǔn)備時間,上下料時間,工件的平行移動流轉(zhuǎn)方式,故障停機(jī),非故障停機(jī),維修停機(jī)等因素,合理配置資源安排生產(chǎn)計劃排程,滿足客戶并優(yōu)化客戶交期及滿意度。

 

 

 

1、設(shè)定任務(wù)訂單和資源優(yōu)先級

 

(1)訂單和產(chǎn)品優(yōu)先級

 

      可設(shè)定各訂單或產(chǎn)品的優(yōu)先級別,在無法全部按時交貨的情況優(yōu)先保障優(yōu)先級高的訂單和產(chǎn)品。

 

(2)設(shè)備資源和物料優(yōu)先級

 

     任務(wù)訂單和資源或物料和資源相關(guān)的優(yōu)先級是不同的,可根據(jù)實際偏好設(shè)定相應(yīng)的優(yōu)先級。也可以設(shè)置優(yōu)先的工藝路線規(guī)劃或多個虛擬單元線。

 

(3)設(shè)備資源與班次的優(yōu)先級

 

     需要考慮預(yù)先多個設(shè)備資源如何分配班次,如是三個資源選擇開一班,還是一個資源開三班等。

 

(4) 設(shè)備資源與模具的優(yōu)先級

 

     需要考慮多個模具和組合模具與設(shè)備資源的優(yōu)先關(guān)系

 

(5)設(shè)備資源與員工技能的優(yōu)先級

 

      需要考慮設(shè)備資源與員工或班組的優(yōu)先關(guān)系,有些員工可以是多技能,也可同時操作多臺設(shè)備。

 

(6)設(shè)備資源多元能力、多重能力

 

      資源的能力有可能是多元的,比如某臺多功能機(jī)器就可以同時執(zhí)行多個操作。另外,實際生產(chǎn)中通常把執(zhí)行同一個任務(wù)的同一種生產(chǎn)資源編為一個工作組/工作中心,這個工作組就可以看作是一個多元能力資源,如果其中的單個資源成員在同一時間里只能執(zhí)行一個任務(wù),那么該資源的能力數(shù)值就是成員數(shù)。能力單位就是可以用數(shù)值來表示該資源是多元能力的。

 

2、設(shè)備資源優(yōu)化排產(chǎn)

 

     設(shè)備資源和產(chǎn)品之間,存在著優(yōu)先級的問題。即每一個產(chǎn)品,都有最適合使用的一臺或者一組設(shè)備。這樣做的原因有三個:

 

(1)設(shè)備在生產(chǎn)不同產(chǎn)品時具有性能上的差異,對于一個指定的產(chǎn)品,使用最適合它的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn),能夠更好的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

 

(2)通過產(chǎn)品劃分可用設(shè)備能夠平衡對不同品種的產(chǎn)能。

 

(3)通過相對固定的設(shè)備分配,能夠減少由于在設(shè)備上更換產(chǎn)品時而帶來的換模次數(shù)。

 

    在生產(chǎn)訂單能夠按時完成交期的前提下,產(chǎn)品與設(shè)備間的優(yōu)先級關(guān)系應(yīng)該盡量得到滿足。

 

3、設(shè)備資源能力排產(chǎn)具體步驟

 

(1)設(shè)備的定義:機(jī)器、產(chǎn)線、工位、外加工等。

 

(2)設(shè)備的功能:設(shè)備劃分功能組來表示不同設(shè)備間功能上的異同,將設(shè)備盡可能準(zhǔn)確地進(jìn)行分組,將產(chǎn)品分配到分組之上,可以自動對設(shè)備產(chǎn)能排產(chǎn)。如果有訂單由于分組的原因延誤或者被分配到了不合適的設(shè)備之上,可以由排程規(guī)則自動調(diào)度或計劃員手工進(jìn)行調(diào)度。

 

(3)設(shè)備的組織結(jié)構(gòu):為了管理上的需要,以及權(quán)限管理的需要,進(jìn)一步對設(shè)備劃分組織單位。資源組、班組、車間、工廠、集團(tuán)等。

 

(4)設(shè)備與任務(wù)訂單的關(guān)聯(lián):通過為工序指派設(shè)備功能組來實現(xiàn)。

 

(5)設(shè)備的可用時間:設(shè)備的可以工作日歷,設(shè)備可運轉(zhuǎn)的班次、班次例外,設(shè)備的維修計劃與保養(yǎng)等。

 

(6)可以設(shè)定設(shè)備的分配:在設(shè)備能力計劃上的幾個原則:

 

-僅從工序相關(guān)聯(lián)的設(shè)備功能組中挑選設(shè)備。

 

-盡可能早的開始工序。

 

-在功能組中序號越小的設(shè)備,擁有的優(yōu)先級越高等。

 

(7)設(shè)備能力計劃排程的結(jié)果,通過甘特圖顯示設(shè)備能力負(fù)荷的詳細(xì)情況,包括每臺設(shè)備上被分派的工序以及各工序的開始與結(jié)束時間,每臺設(shè)備的計劃能力占用率。

 

(8)設(shè)備能力計劃排程的調(diào)度

 

-更改設(shè)備在指定日期的可用時間

 

-將指定的工序固定在指定的設(shè)備之上

 

-將指定的工序固定在指定的設(shè)備上,并且強(qiáng)制指定工序的開始時間

 

-通過人機(jī)交互拖拽的方式來實現(xiàn)

 

(9)產(chǎn)品與設(shè)備匹配的優(yōu)先級:設(shè)備與產(chǎn)品之間存在匹配的優(yōu)先級關(guān)系。在訂單不會被延誤的情況下,產(chǎn)品應(yīng)該總在其最優(yōu)先的設(shè)備上進(jìn)行生產(chǎn).

 

(10)切換時間優(yōu)化:由于換模的時間需要較長,應(yīng)該盡量避免換模,以最小換模時間的規(guī)則排定設(shè)備上的多品種的順序。

 

    在切換時間的設(shè)置上,依賴于計劃排程的結(jié)果,即如果一臺設(shè)備上前后兩道工序產(chǎn)品相同,則不用再進(jìn)行換模操作。

 

    盡量將產(chǎn)品固定在優(yōu)先級高的設(shè)備上進(jìn)行操作,只有當(dāng)不能滿足交貨期的時候,才考慮換到其它設(shè)備生產(chǎn)。對設(shè)備進(jìn)行比較精細(xì)的功能分組,使得產(chǎn)品僅在其常用的設(shè)備組中生產(chǎn);在對工序進(jìn)行計劃排程時,盡量將其分派到已經(jīng)生產(chǎn)該產(chǎn)品的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn),以避免換模;如果計劃結(jié)果不能滿足實際的需要,則通過手工的調(diào)整。

 

4、提高設(shè)備資源的效率的方法

 

(1)準(zhǔn)確監(jiān)控設(shè)備的真實狀態(tài)消除一切非增值活動,提高設(shè)備利用率和可動率。

 

     設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)控如運行、空閑、報警、關(guān)機(jī)。設(shè)備的增值活動與效能及零件詳細(xì)加工信息等數(shù)據(jù),可以用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實時自動采集,也可以人工輔助采集條碼、RFID、觸摸屏等。通過生產(chǎn)設(shè)備透明化,對效率低的原因分析、對生產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)格的周期、質(zhì)量、成本等控制來提高設(shè)備的效率和可動率。

 

(2)利用TOC瓶頸原理

 

     如果能改善瓶頸,效率就會提高。做為排產(chǎn)順序,首先分派瓶頸設(shè)備資源,將瓶頸設(shè)備資源前工序進(jìn)行逆向分派,將瓶頸設(shè)備資源的后工序進(jìn)行正向分派。通過這個方法,可以達(dá)到三種效果:

 

-最大化提高瓶頸資源的工作率,將工廠整體的效率達(dá)到最大。

 

-將先頭工序開始與瓶頸資源同步,其結(jié)果為了盡快開始,所以在瓶頸資源前操作可以防止中間庫存過剩。

 

-瓶頸工序的后工序順利流動,削減半成品庫存。

 

(3)通過改善換模的方法

 

     可以把“內(nèi)設(shè)置”變?yōu)?ldquo;外設(shè)置”即可提高設(shè)備的效率。實施新鄉(xiāng)重夫的精益快速換模法SMED。可以設(shè)置多個產(chǎn)品的換模時間矩陣按照換模時間最小化來安排設(shè)備資源排產(chǎn)順序。

 

(4)實行單件流或平行移動方法

 

       大批量雖然給本設(shè)備帶來效率,但會給離散工藝的下個設(shè)備帶來等待、排隊,造成整個工藝節(jié)拍不均衡。平衡工藝的節(jié)拍,實現(xiàn)單元線單件流,實現(xiàn)單元的效率的提高。

      

      小批量的平行移動可以提高整個工藝的效率。如圖:

 

 

 

(5)通過規(guī)則及高級優(yōu)化算法來提高設(shè)備效率。

 

    通過訂單下達(dá)規(guī)則到設(shè)備資源的順序規(guī)則,再通過資源設(shè)備資源的優(yōu)先選擇規(guī)則和資源組的分配規(guī)則來滿足交貨期最短、設(shè)備效率最高、成本最低的設(shè)備資源計劃與排程。

 

-生產(chǎn)訂單下達(dá)規(guī)則:解決哪個訂單先下達(dá),如按交貨期,優(yōu)先級等

 

-順序規(guī)則:當(dāng)資源不夠用時, 生產(chǎn)訂單和負(fù)荷在排隊,解決排隊的順序,如最小加工時間,最小工序數(shù)等。

 

-選擇規(guī)則:當(dāng)資源需要動態(tài)選擇加工時,也就是對順序規(guī)則從新選擇時,如最小準(zhǔn)備時間規(guī)則等。

 

-資源組成員分配規(guī)則:當(dāng)須選擇多個資源,替代資源時,如最小資源利用率資源等。

 

五、基于規(guī)則高級算法的智能排程與調(diào)度

 

-自動的替換設(shè)備

 

-自動的替換工藝路線

 

-自動合理安排班次

 

- 自動跟蹤訂單完成情況,以避免訂單延遲

 

-自動調(diào)度設(shè)備、人員滿負(fù)荷,滿足資源利用率

 

-自動調(diào)度模具、夾具的準(zhǔn)備

 

-自動調(diào)度分配材料,避免短缺與積壓

 

-自動對車間意外狀況進(jìn)行處理。如設(shè)備故障、缺料、員工病事假等

 

........

             以上也可以半自動和人機(jī)交互拖拽的方式來實現(xiàn)調(diào)整調(diào)度。     

 

     總之,單純的追求提高設(shè)備效率滿負(fù)荷是無意義的,精益生產(chǎn)對設(shè)備的評價是設(shè)備可動率,一旦滿足客戶訂單到達(dá)和變化、插單等所需要的負(fù)荷,設(shè)備應(yīng)可以快速的啟動,并能最大效率的滿足交期、高可靠性質(zhì)量、最小化庫存、最低化成本。

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