楊瑞朋，王翠芝，南朋濤，張興舜，解家奎

（1.文山通用機(jī)械制造有限責(zé)任公司，云南 文山 663000；2.云南省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院、云南省機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、云南省先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，云南 昆明 650031）

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是面向車間的管理信息系統(tǒng)，其中關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控管理是實(shí)施MES系統(tǒng)的重要內(nèi)容，也是企業(yè)十分關(guān)注的功能。近年來，由于傳感與檢測等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，在制造型企業(yè)中，獲取分析數(shù)據(jù)的能力比以往獲得了大幅提升。以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)事件描述為數(shù)據(jù)來源，能夠反映出設(shè)備的運(yùn)行效率。在實(shí)際情況中，大多數(shù)制造設(shè)備在MES實(shí)施的系統(tǒng)管理中，往往不能保障以最佳狀態(tài)運(yùn)行，在人、設(shè)備、系統(tǒng)管理方面仍然存在很大效率上的提升空間。如何來評價(jià)設(shè)備的運(yùn)行性能，需要一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)，本文探討了MES系統(tǒng)設(shè)備效率的實(shí)現(xiàn)方式。

1 設(shè)備綜合效率分析

設(shè)備綜合效率（Overall Equipment Effectiveness，OEE）是衡量企業(yè)生產(chǎn)效率的重要標(biāo)準(zhǔn)，其最早應(yīng)用于全員生產(chǎn)維修TPM（Total Productive Maintenance）的度量，通過調(diào)動(dòng)員工的積極性、自主性來提升效率、改善制造工藝水平。相比設(shè)備利用率，設(shè)備綜合效率的計(jì)算更全面。更可靠，不會(huì)因?yàn)橥C(jī)事件上報(bào)不及時(shí)而產(chǎn)生錯(cuò)誤，它真實(shí)的反映出理論輸出值與實(shí)際值的差距，是屬于全過程的衡量準(zhǔn)繩。設(shè)備綜合效率因行業(yè)不同，計(jì)算方式也不同，其中主要的3個(gè)因素為可利用時(shí)間效率、設(shè)備性能效率和合格品率，其計(jì)算公式如下：

設(shè)備綜合效率=設(shè)備時(shí)間開動(dòng)率×性能開動(dòng)率×合格品率，各參數(shù)的計(jì)算方式如下。

設(shè)備時(shí)間開動(dòng)率=實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間/計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間。

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間和計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間分別是：

計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間=總時(shí)間－外部因素停機(jī)時(shí)間－計(jì)劃停機(jī)時(shí)間。

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間=計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間－延誤時(shí)間－檢修時(shí)間。

性能開動(dòng)率、合格品率的計(jì)算公式分別為：

性能開動(dòng)率=生產(chǎn)數(shù)量×理論加工周期/實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間。

合格品率=合格品數(shù)量/生產(chǎn)數(shù)量。

對設(shè)備綜合效率的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查，存在一定難度。參照Richard Hedman等人的相關(guān)研究數(shù)據(jù)，可以從中獲得啟示。Richard Hedman、Mukund Subramaniyan等人通過在23家不同類型的制造企業(yè)，涵蓋了食品、機(jī)械加工、橡膠塑料等領(lǐng)域，對總計(jì)884臺機(jī)器，進(jìn)行了為期6個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)平均設(shè)備綜合效率OEE預(yù)測值為65%。如表1所示，在損失的35%設(shè)備綜合效率中，由于缺乏分類或描述，占據(jù)所有生產(chǎn)時(shí)間的19%，即損失比例中超過一半的OEE的損失不能夠被歸類用于設(shè)備效率分析。

另外研究表明，在未利用的35%設(shè)備綜合效率中，90%的停機(jī)時(shí)間是與人工參與的輔助工作有關(guān)，9%的停機(jī)可能與人工操作有關(guān)，只有1%的停機(jī)不是由人來決定?？梢娫O(shè)備綜合效率分析數(shù)據(jù)的欠缺，絕大部分體現(xiàn)在人工輔助工作的狀態(tài)描述上，而非由制造系統(tǒng)本身造成。

表1 所有參與調(diào)查的設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間分布

2 設(shè)備綜合效率在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用

設(shè)備綜合效率OEE在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用，在國內(nèi)已有相關(guān)產(chǎn)品對此進(jìn)行了實(shí)踐，中科院、沈陽自動(dòng)化研究所里鵬、史海波等人通過工廠建模、事件建模、停機(jī)上報(bào)、OEE效率統(tǒng)計(jì)的方式，為生產(chǎn)管理者提供量化的參考標(biāo)準(zhǔn)。廣東工業(yè)大學(xué)的陳宇等人提出了一個(gè)基于改進(jìn)型設(shè)備綜合效率(OEE)計(jì)算和設(shè)備功能區(qū)塊圖的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)4層結(jié)構(gòu)框架，該框架分為設(shè)備信息采集層、實(shí)時(shí)監(jiān)控管理層、效能分析層和設(shè)備調(diào)度管理層。

設(shè)備綜合效率在MES中的應(yīng)用模型，通常情況下包括3層基本結(jié)構(gòu)框架：設(shè)備信息采集層、數(shù)據(jù)處理層、人機(jī)交互界面。

設(shè)備信息采集是計(jì)算設(shè)備綜合效率的數(shù)據(jù)來源，屬于制造執(zhí)行系統(tǒng)底端的數(shù)據(jù)采集層。設(shè)備到數(shù)據(jù)傳輸之間的聯(lián)系，可分為OPC客戶端設(shè)備通過以太網(wǎng)連接，非OPC設(shè)備如PLC、DCS類設(shè)備等，通過I/O驅(qū)動(dòng)、總線、擴(kuò)展接口進(jìn)行連接。

數(shù)據(jù)處理層，包括數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、讀取數(shù)據(jù)，OEE事件的數(shù)據(jù)分析，以及上下游間的通信。通過工廠建模、事件建模的方式，為數(shù)據(jù)分析確定基礎(chǔ)。接續(xù)上述對影響設(shè)備綜合效率因素的分析可知，設(shè)備狀態(tài)分類描述的完整性是影響設(shè)備綜合效率計(jì)算的主要原因。因此在對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行事件建模時(shí)，應(yīng)滿足設(shè)備綜合效率OEE計(jì)算的數(shù)據(jù)要求，同時(shí)結(jié)合實(shí)際對設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行盡可能詳細(xì)的分類描述。

在MES系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，具有相關(guān)操作權(quán)限的人員可根據(jù)存在的空轉(zhuǎn)、停機(jī)、故障等事件，配置事件原因及時(shí)長，將事件信息反饋給MES的調(diào)度管理層。MES根據(jù)上報(bào)的相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備綜合效率OEE統(tǒng)計(jì)計(jì)算，決策人員可結(jié)合人員、設(shè)備等信息，完善生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

制造執(zhí)行系統(tǒng)有關(guān)自動(dòng)獲取、處理數(shù)據(jù)的能力毋庸置疑，但是系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源的全面性和準(zhǔn)確度，需要進(jìn)一步衡量。設(shè)備綜合效率提供了一種更全面、有效的計(jì)算方式，通過完善設(shè)備運(yùn)行事件的描述，結(jié)合實(shí)際情況與制造執(zhí)行系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步展開研究，能夠從實(shí)際的角度提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

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