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【經典文章】如何優化設備負荷均衡并提高設備利用率?
2021-02-25

設備做為工廠的主要資源,主要體現在工序的工作中心、生產裝備線,成組單元與精益單元流水線。它涉及到財務方面的資產管理,設備管理上全面維修,生產方面的狀態監控與質量控制,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,應該在滿足生產周期縮短、客戶快速交期與提升交貨準確率的前題下,綜合設備效率才有價值。所以,在精益生產里,設備的可動率才是關鍵。

 

     我們對設備資源的產能計劃的目的是在滿足交期的前提下,對各設備資源進行結構化、模塊化管理;按照設備的功能,以及設備與產品之間的優先級關系,為任務訂單中的每個工序選擇具體執行的設備;

 

     根據設備的可用時間模型,以及所有任務訂單的相互關系,為每個工序指定工序作業計劃開始時間;根據工序的工藝節拍,工作訂單的產品數量,以及設備的可用時間模型,計算各工序實際要延續的時間;給出每臺設備資源在作業計劃期間內的工作任務列表即待加工工序列表;在作業計劃完成后,統計各臺設備以及各種設備組的計劃產能占用率。

 

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

 

 

 

1、設定任務訂單和資源優先級

 

(1)訂單和產品優先級

 

      可設定各訂單或產品的優先級別,在無法全部按時交貨的情況優先保障優先級高的訂單和產品。

 

(2)設備資源和物料優先級

 

     任務訂單和資源或物料和資源相關的優先級是不同的,可根據實際偏好設定相應的優先級。也可以設置優先的工藝路線規劃或多個虛擬單元線。

 

(3)設備資源與班次的優先級

 

     需要考慮預先多個設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) 設備資源與模具的優先級

 

     需要考慮多個模具和組合模具與設備資源的優先關系

 

(5)設備資源與員工技能的優先級

 

      需要考慮設備資源與員工或班組的優先關系,有些員工可以是多技能,也可同時操作多臺設備。

 

(6)設備資源多元能力、多重能力

 

      資源的能力有可能是多元的,比如某臺多功能機器就可以同時執行多個操作。另外,實際生產中通常把執行同一個任務的同一種生產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行一個任務,那么該資源的能力數值就是成員數。能力單位就是可以用數值來表示該資源是多元能力的。

 

2、設備資源優化排產

 

     設備資源和產品之間,存在著優先級的問題。即每一個產品,都有最適合使用的一臺或者一組設備。這樣做的原因有三個:

 

(1)設備在生產不同產品時具有性能上的差異,對于一個指定的產品,使用最適合它的設備進行生產,能夠更好的保證產品的質量。

 

(2)通過產品劃分可用設備能夠平衡對不同品種的產能。

 

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

 

    在生產訂單能夠按時完成交期的前提下,產品與設備間的優先級關系應該盡量得到滿足。

 

3、設備資源能力排產具體步驟

 

(1)設備的定義:機器、產線、工位、外加工等。

 

(2)設備的功能:設備劃分功能組來表示不同設備間功能上的異同,將設備盡可能準確地進行分組,將產品分配到分組之上,可以自動對設備產能排產。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備之上,可以由排程規則自動調度或計劃員手工進行調度。

 

(3)設備的組織結構:為了管理上的需要,以及權限管理的需要,進一步對設備劃分組織單位。資源組、班組、車間、工廠、集團等。

 

(4)設備與任務訂單的關聯:通過為工序指派設備功能組來實現。

 

(5)設備的可用時間:設備的可以工作日歷,設備可運轉的班次、班次例外,設備的維修計劃與保養等。

 

(6)可以設定設備的分配:在設備能力計劃上的幾個原則:

 

-僅從工序相關聯的設備功能組中挑選設備。

 

-盡可能早的開始工序。

 

-在功能組中序號越小的設備,擁有的優先級越高等。

 

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

 

(8)設備能力計劃排程的調度

 

-更改設備在指定日期的可用時間

 

-將指定的工序固定在指定的設備之上

 

-將指定的工序固定在指定的設備上,并且強制指定工序的開始時間

 

-通過人機交互拖拽的方式來實現

 

(9)產品與設備匹配的優先級:設備與產品之間存在匹配的優先級關系。在訂單不會被延誤的情況下,產品應該總在其最優先的設備上進行生產.

 

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

 

    在切換時間的設置上,依賴于計劃排程的結果,即如果一臺設備上前后兩道工序產品相同,則不用再進行換模操作。

 

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

 

4、提高設備資源的效率的方法

 

(1)準確監控設備的真實狀態消除一切非增值活動,提高設備利用率和可動率。

 

     設備的實時狀態監控如運行、空閑、報警、關機。設備的增值活動與效能及零件詳細加工信息等數據,可以用設備聯網實時自動采集,也可以人工輔助采集條碼、RFID、觸摸屏等。通過生產設備透明化,對效率低的原因分析、對生產設備嚴格的周期、質量、成本等控制來提高設備的效率和可動率。

 

(2)利用TOC瓶頸原理

 

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

 

-最大化提高瓶頸資源的工作率,將工廠整體的效率達到最大。

 

-將先頭工序開始與瓶頸資源同步,其結果為了盡快開始,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“內設置”變為“外設置”即可提高設備的效率。實施新鄉重夫的精益快速換模法SMED。可以設置多個產品的換模時間矩陣按照換模時間最小化來安排設備資源排產順序。

 

(4)實行單件流或平行移動方法

 

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

      

      小批量的平行移動可以提高整個工藝的效率。如圖:

 

 

 

(5)通過規則及高級優化算法來提高設備效率。

 

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

 

-生產訂單下達規則:解決哪個訂單先下達,如按交貨期,優先級等

 

-順序規則:當資源不夠用時, 生產訂單和負荷在排隊,解決排隊的順序,如最小加工時間,最小工序數等。

 

-選擇規則:當資源需要動態選擇加工時,也就是對順序規則從新選擇時,如最小準備時間規則等。

 

-資源組成員分配規則:當須選擇多個資源,替代資源時,如最小資源利用率資源等。

 

五、基于規則高級算法的智能排程與調度

 

-自動的替換設備

 

-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

 

-自動調度設備、人員滿負荷,滿足資源利用率

 

-自動調度模具、夾具的準備

 

-自動調度分配材料,避免短缺與積壓

 

-自動對車間意外狀況進行處理。如設備故障、缺料、員工病事假等

 

........

             以上也可以半自動和人機交互拖拽的方式來實現調整調度。     

 

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

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