從表2-1中,可以了解六大指標項下尚有若干量化的指標,用以衡量企業的人、機、料、方法等投入的績效。以設備為例,可以使用設備綜合效率或故障損失金額,來衡量該企業設備的利用程度,甚至可作為企業推行TPM等改善活動成效的衡量數值,及目標擬定的量化值。
目前,多數業者大都熟悉五力分析在企業經營績效上的運用,經由財務比率分析來診斷企業經營狀況,進而調整企業本身素質和設定管理重點與目標。反觀在工廠管理方面,若問及設備管理部門,多數均不知設備的運轉率及制品的生產量是其管理的重點,因為他們認為設備的運轉率狀況是屬于制造部門的管理項目,但如果問制造部門,若不是不清楚,就是拿著報表讀取生產量的數據,這種現象豈能稱之為管理?
當然,設備運轉率會隨著生產計劃及負荷計劃而變動,因此設備技術部門與保養部門,均必須以提高設備的綜合效率為管理目標,并非只當作是制造部門的管理項目。所以,企業在擬定管理目標時,必須有一管理指標,以明確目標及部門間的責任劃分。以下單就設備的生產量(P)、質量(Q)、成本(C)、交期(D)、安全(S)、意識(M)等六大指標項目,分別介紹各項的重要衡量指標。
第1節 生產量指標的相關分析
在目前生產成本日高的情況下,對于現有設備使其具有最高效率的運用,以降低制造成本及減少無謂的投資是極值得研究的課題。而PM原本即為向設備綜合效率挑戰的手法,在設備尚未完全開動的狀態下,管理的焦點集中在防止因設備運轉所引起的質量不良,及設備能源的節省和維護費用的削減上。尤其在工廠生產手段由人力轉換到設備的今天,如何減少設備投資,且能完成生產需求的生產計劃,此即為設備的運轉計劃;換句話說,為了要使突發故障減至最低,或因設備不良所造成的產品質量不良降至最小程度,應該進行計劃保養,以使設備綜合效率提升。
引入TPM,首先必須面對的課題便是消滅故障。要使設備不發生故障,必須建立有組織、有系統的設備保養制度,進行示范線(Model Line)的選定、MTBF分析手法的教育、設備長時間故障的對策、管理系統的整備;而保養部門則籌劃以保養計劃為中心的活動效率化;制造部門則負責培育實施PM的人才,并以這些人為核心,使自主保養活動更活躍。
設備并非容易發生故障,但若不對生產過程中每一設備及工程設備群組的可靠性做綜合管理,則由于每一設備的壽命有差異,一旦發生故障,會使得工程整體的運轉率降低,因此對每部設備的最適整備周期應加以研究,以實現工程中不同壽命的設備群同時計劃整備的經濟性。此綜合管理,可以作為判定設備壽命的依據,使整備費用減少,并防止因突發故障所引起的停機損失。當然,由于設備的多樣化、臺數的增加,制定設備停運計劃亦日趨困難,也是促成設備實施計劃整備的重要原因。設定計劃整備時,必須具有能預測設備重點部位壽命的點檢技術;若點檢技術無法確定時,則須由過去故障統計的可靠性資料來預測壽命。這些基本資料的收集必須結合生產、保養、維修與設計等部門成一完整體系來完成。
(一)故陣、損失。
1.故障定義、分類與損失結構。
所謂故障,即對象(系統、機器、零件等)喪失其規定的機能。而規定的機能,系指對象應達到最高效率的能力。
一般而言,故障可分為突發型故障與劣化型故障兩大類。突發型故障可依故障停止時間長短,再細分為致命故障、長時間故障、一般故障、小停止等,只要依據設備故障的實際狀況加以考慮并制定對策,即可解決此類故障;劣化型故障則又可分為機能低下型故障及質量低下型故障,機能低下型是指設備雖可正常運作,但產出量卻逐漸下降;而未知是設備那個部位發生劣化,逐漸使所生產的產品發生質量不良,即形成質量低下型故障。由以上這些故障所造成的損失,有故障損失、小停止和空轉損失、調整損失、速度異常損失不良品損失、保養費用損失事故發生損失等,并以表2-2表示。
2.可靠度與故障對策。
減少故障、損失可以從人和設備兩方面共同努力。根據墨菲法則(Morphy Rule),機器設備可靠度和監督者的人數及重要性成反比,亦即通過設備可靠度的提升,可以減少監督人員的配置。所謂可靠度,指設備、機器、系統本來具有的條件,即在規定期間內適當達到要求機能的機率。通常機器設備的可靠度可分為五大類:
(1)設計可靠度——指材質、結構、強度等。
(2)制造可靠度——指零件加工、裝配的精密度等。
(3)安裝可靠度——指設備安裝、配線配管的配置、試車調整等。
(4)運轉操作可靠度——指操作條件、負載條件等。
(5)維護可靠度——指與維護質量、精密度等有關的可靠度。
為了維持這些可靠度,須針對設備基本條件加以整備及培訓機器設備使用的方法,并對設備及保養的流程做解析,如此才能維持制造良品的設備條件,使設備發揮生產最高效率。表2-3中,歸納故障對策的五大重點。讀者可依其內容自行檢視。
3.重點設備判定與故障損失衡量。
設備故障的時間長短會因生產特性、設備種類及大小而不同,機械組裝工業的設備突發故障大多在1小時左右,若能詳細分析故障內容,且有計劃地實施保養,實際上花費在保養上的時間可能只是突發故障處理時間的一半。
根據保養人員的午餐時差,可實行午休保養。若有必要,因出勤時差而實施傍晚3小時計劃保養,如此可防止因保養人員過分勞累,無法充分保養,并避免設備因連續運轉,導致連續運轉故障。
以午休時差進行午間小整備保養,或生產部門以自主保養的方式,全員參加日常保養,要使故障減半或減低1/5,1/10并非難事;不過,大部分公司的人事制度稍嫌僵化,以致時差出勤的狀況較難實現,這就是為何TPM須由全員參加的原因。即使是行政部門,其效率與彈性化,仍是實施TPM相當重要的課題。目前大多數的工廠還是不愿意停止重點設備運行來進行保養,非得等設備停擺才搶修,這是巫待突破的觀念。
為了使PM活動更有效率及成果,必須在現今工廠所處的生產環境及有限人員、費用中,定出重點設備或生產線。一般重點設備,是指在生產面、質量面或保養效果上有較高要求者;所謂生產面,指故障多的設備、因故障而造成生產減少的設備、多種少量生產的設備或接近最終工序的設備、生產時間有問題的設備、常因故障而導致生產延誤的設備等;而質量面,則為影響質量大的設備、質量變動大的設備等。另外,對于保養費用的多少亦有評價的必要。
表2-4是重點設備判定使用的表例,表內各區分、項目可依生產形態、工廠類別不同而有所變更,千萬不可原表照搬,以免造成每部機器設備都是重點設備,或是連一部機器設備都不是重點設備的后果。另外,故障停機或不良狀況損失的衡量標準,也會因景氣狀況而不同。例如某設備每月生產A產品13,000個,不良率0,制造成本如表2-5,產品單價1,000元(臺幣)。該設備每月運轉130小時,生產速度為100個/小時,某月該設備故障時間共計8小時,試問停機損失若干?
有關此類的損失,應采用“因故障而引發的利潤損失與未發生該故障時的利潤的差額”來分析。
若該設備處在有充分余裕的狀態下,雖發生故障,但可利用多余時間來補足生產量,因此所花費的僅為修理費用,其故障損失為零。
若該設備處在飽和生產狀態下,則故障引起的損失為生產量的減少(800個),但同時也省下800個材料費及變動費[800×(300+50)],真正損失為:(1000-350)×800=520,000(元)
類似此類的分析,在制作重點設備判定表時,應充分考慮,并定期修訂,以符合現狀需求。當然,由于設備故障、產量減少,所引發銷售減少的機會成人也不容忽視。
(二)設備綜合效率(OEE)
設備綜合效率系用來評估設備效率狀況,以及測知設備運轉損失,研究其對策的一種有效程式,由日本能率協會顧問公司所開發,簡稱為OEE。
1.設備綜合效率定義。
設備的綜合效率基本構成如表2-6。從這個構成要件,我們可以判斷設備是否充分發揮其性能?;旧?,綜合效率愈接近100%愈好,但受到各種因素影響,若設備的綜合率能維持在85%以上,已經算不錯了,當然這又會因業別、生產形態的不同而有所差異。以下我們就針對構成設備綜合效率的項目加以說明,表2-7為設備綜合效率的結構分析圖。
要分析設備綜合效率為何不高,可由現場記錄的設備停運轉時間表來分析。
通常交期異常是使設備停運轉的時間占最多,工序變換占第二位;因此,應朝交期異常及工序轉換方面著手改善,廣泛考慮相關原因,追根究底地改善。
2.設備綜合效率運算式。
設備綜合效率的運算式解析如下:
設備綜合效率=時間運轉率×性能運轉率×良品率
負荷時間-停機時間 理論C.T×投入數量
=──────────×──────────
負荷時間 運轉時間
投入數量-不良數量
×──────────
投入數量
其中:
時間運轉率=負荷時間與設備扣除停機后實際運轉時間的比率。
性能運轉率=速度運轉率及實際運轉率的乘積。
良品率=實際制成的良品數量與加工數量之比,其中不良品數包括不良廢品及返修品。
負荷時間=每天或每月設備必須運轉的總時間,即由設備的可操作時間中,扣除生產計劃的休息時間、保養時間、日常管理必要的晨會時間或其他休息時間等。
運轉時間=負荷時間扣除故障、準備、刀具更換及其他停機時間。
投入數量=良品數與不良品數的合計。
C.T.=Cycle time,為周期時間。
在此舉一個實例來說明設備綜合效率的運算方法。
3.設備綜合效率練習
Y公司生產機車,員工約2000人,有6個主力工廠,其中K廠主要負責引擎蓋的成型,以供應M廠的加工需求。
K廠內有員工30人,除正常斑外,更須采取小夜班及假日加班方式來完成M廠的需求量,但長久下來,造成員工體力不堪負荷,因而人員的流動性相對增加。為了減低成本,若不有效解決這個問題,勢必影響該廠的經營素質。
K廠的陳廠長聽說TPM對于設備效率化收益頗大,因此打算在K廠引進TPM,以便改善這種困境。
K廠的干部對于該廠的問題有下列看法:
陳廠長:“本廠生產的瓶頸在于800噸一號機,以目前M廠的需求,每周須加四天的小夜班外,尚須假日加班,才能按時交貨。K廠上班時間每天是505分鐘,其中包括用餐及休息合計1小時,而在實際勤務的445分鐘內,還包括晨會及檢查、清掃等20分鐘,因此生產線實際開動的負荷時間為425分鐘。且800噸一號機的理論周期時間為0.8分鐘,因此在正常開動時間內,每天應該有531個產出,但實際上卻只有310個,經實際測得周期時間為1.1分鐘,而每天變換工序及故障停機時間平均約70分鐘,其他尚有各種極短時間的設備停止運轉。每天約10次以上。”
品管課張課長:“還好,800噸一號機的制品質量水準都能維持在不良率2%,否則縱使全力生產,也只是徒費成本而已。”
根據以上資料,請回答下列問題:
(1)K廠的800噸一號機其設備綜合率為多少?
(2)為了提高設備綜合效率,應朝那些方面改善較具成效?
(3)如果M廠每日需求量為490個,設備綜合效率至少應提升至多少,才不必實施加班?
【設備綜合效率的計劃參考解答】
假設:
A:一班的實勤時間=505
B:一班的計劃休止時間=80
C:一班的負荷時間=A-B=(505-80)=425
D:一班的停止損失時間=70
E:一班的運轉時間=C-D=355
G:一班的生產量=310
H:良品率=98%
I:理論周期時間=0.8
J:實際周期時間=1.1
即:
F:實加工時間=JG=1.1×310=341
T:時間運轉率=E/C×100%=355/425×100%=83.5%
M:速度運轉率=I/J×100%=0.8/1.1×100%=72.7%
N:純運轉率=F/E×100%=341/355×100%=96.05%
L:=性能運轉率=M×N×100=72.7%×96.05%×100=69.8%
設備綜合效率=T×L×H×100=83.5%×69.8%×98%×100=57.1%
4.運用與分析
經計算出設備綜合效率后,即可依其計算值加以解析,以尋找出提高設備綜合效率最具成效的方法。有關問題(2)及問題(3),請讀者自行思考回答。不過由本例可知,若能提高設備性能運轉率(即L),對設備綜合效率的提高收益頗大,而提高設備性能運轉率,意味著避免設備故障,即追求設備零故障。
(三)零故障與保養工程
在防止設備故障方面,可分成三個方向來進行:(1)人員技術的提升;(2)設備的改善;(3)營運的系統化。對于故障防止的詳細實施方法,將在第四章第八步驟及第九步驟中再加說明。而設備零故障的實施方向整理如表2-8。
由設備零故障的具體實施方向,可知保養工作是一種投資,是為了實現設備零故障、降低不良率而必須投下的成本。在所有工業中,保養工程(Maintenance Engineering)可說是最基本的工作,也是生產管理的主要活動之一。為使保養工作的投資最具效益,一般采用保養記錄或最低保養成本模式分析等方式。
保養記錄的處理及其活用方法,可作為管理活動及設備技術者的能力水準評價,因為保養記錄及其利用狀況是管理設備的基本,也是工廠領導最想看到的。
有的工廠相當早即開始采用PM系統,將保養記錄及整備修理以傳票形式作為保養卡,整齊地收在保養單位的檔案內。但詳細翻閱記錄內容后,發現都是記錄一些不重要的情報,即使長期記錄,也不可能利用此卡作為管理或技術性活動的參考資料。保養技術者在實施管理或技術活動時,若不能依據事實的正確數據或情報,則與以經驗為基礎的熟練工來做判斷并無任何差異,實不能稱為保養工程(Maintenance Engineering)。保養技術活動必須以圖面或技術資料為媒體,當設備發生故障時,會依故障的現象、原因、結果加以分析,并明確找出其因果關系,且因果關系的歸納要根據科學手法及事實的資料來進行。
隨著設備投資的比例增加,設備保養業務的重要性也日益重要,因此,保養相關業務,必須在有限的人員下,作最有效率的處理。為提升設備生產效率,須使因設備引起的突發故障減至零,即通過各種角度作技術分析,切實執行計劃性的保養作業(檢查、注油、定期整備等)、延長設備壽命、突發故障作業處理時間的降低,這種活動稱為提升設備可靠性的設備研究。
另外,若無法經濟性的實施設備零故障保養作業時,應盡可能朝提高設備效率性能著手,此稱為設備保養性的研究;例如分析縮短修理時間的零件交換方式,及修理整備方式的改善等,選定改善設備信賴性的研究題目,正確把握保養作業,使改善問題明顯化,并作出改善著眼點一覽表,使改善事項更能明確的執行。
改善的基本信息就是保養記錄,改善目的是為減少經常因設備所引起的突發故障作業處理及故障發生后的作業處理。此外,保養記錄尚可應用在以設備為單位所發生的各種保養作業特性分析,如突發故障修理、計劃整備、改良保養、計劃點檢、換油、調整、掃除等,這些保養記錄的基本信息可稱為MTBF(Mean Time Between Failures的簡稱)分析,即設備或零件的平均故障間隔時間,也就是說,這種分析能幫助我們制定保養的周期,有助于提高設備效率性能及達到設備零故障。
(四)平均故障間隔與平均修復時間
1.MTBF (Mean Time Between Failure,平均故障間隔)。
(1)定義:指設備兩次故障間隔時間的平均值。
(2)目的:根據其平均值,判斷下次設備可能的故障時間,在該日期前,預先做點檢或更換,如此,可避免生產中故障引起的停工損失,屬于計劃保養中的預防保養。
MTBF=負荷時間/總故障件數
MTRF尚可作為預估某一期間的故障機率,以作為判斷保養或更換零件的參考依據,例如:
某設備的A零件,故障率為0.02次/時,則其MTBF為1/0.02=50小時,若欲了解未來4小時的故障機率,可用1-e-rt來計算(r是故障率,t是時間),所以未來4小時故障的機率=1-e-0.02×4=1-0.9231=0.0769=7.69%
2.MTTR (Mean Time To Repair,平均修復時間)
(1)定義:設備每次故障后至修復正常運作所需時間的平均值。
(2)目的:評估修理技術能力及修理機動性是否良好,是衡量保養部門績效的一項參考指標。
MTTR=故障停止總時間/總故障件數
假設某公司近兩年的故障總時間及故障件數平均資料如下試計算MTTR,并略作說明。
由以上MTrR的數值演變狀況,可以約略了解保養能力或保養的支持能力已有提升。