基于約束理論提高螺栓零件瓶頸設備綜合利用率

孫捷夫 楊巍

摘要：本文以航空制造領域螺栓零件生產線為研究對象，將約束理論、設備綜合利用率和現場改進三個方法進行融合，基于約束理論鎖定生產線中的瓶頸設備，通過對瓶頸設備的9個因素量化分析，確定主要原因;通過現場改進方法對主要原因逐項解決，使螺栓零件生產線的瓶頸設備綜合利用率由51%提升至78%，滿足預期標準，具有較強的實際應用價值。

關鍵詞：約束理論;螺栓零件;瓶頸設備;設備綜合利用率;

引言

隨著國際市場對航空制造領域的需求越來越多樣化、定制化，以顧客為中心的“多品種，小批量”生產模式已成為航空制造領域的主流發展方向，這種生產模式引起的換型節奏加快、產品交期縮短、生產節拍不均衡等問題對傳統生產現場帶來極大的沖擊。在行業內，普遍使用設備綜合利用率（Overall Equipment Efficiency，簡稱OEE）[1]作為衡量生產能力、產品質量、加工效率和管理水平高低的重要指標。通過對設備綜合利用率的分析和改善，還可以提升生產現場的整體生產能力，保證生產流程均衡順暢。目前制造業平均設備綜合利用率僅為60%，而行業內設備總利用率平均期望為75%[2]，而對于典型離散型生產模式的航空制造領域的設備綜合利用率普遍偏低，因此對航空制造領域的設備綜合利用率的研究與改善具有重要的現實意義。

本文以航空制造領域某零件生產廠螺栓零件生產線為研究試點，該生產線的生產模式為典型的“多品種，小批量”，其實際設備綜合利用率嚴重低于行業標準，該生產廠迫切需要通過對設備綜合利用率的分析和有針對性的改善，實現整體生產能力的提升。

1.基于約束理論鎖定瓶頸設備

約束理論（Theory of Constraints）簡稱為TOC，約束理論認為，在一個由多階段構成的系統里，約束資源，即限制了系統運行效率的資源，也稱為“瓶頸”，是產出最慢的工序，它決定著整個系統的產出水平。對于實際生產問題，找到生產線的“瓶頸”設備，就是找到生產流程中最薄弱的環節，通過采用相應方法對該設備的利用率進行改進和提升，可有效提升整體生產能力。

本文在原有約束理論的基礎上加以完善，以生產節拍作為識別瓶頸因素。在生產流程理論中，生產節拍為加工單件產品所用的時間多少，但傳統算法沒有考慮到可完成某工序任務具有多臺同種設備，也沒有考慮到各工種的實際加工能力，引入可用設備數量（臺）/可用鉗工人數（人）N和產能修正系數Y，生產節拍計算公式如下：

B=X*Y/N

X=X1+X2

其中：B—生產節拍（min/個）

X—額定總工時（min）

X1—額定準備工時（min）

X2—額定加工工時（min）

N—可用設備數量（臺）/可用鉗工人數（人）

Y—產能修正系數

本文以功能附件典型零件螺栓為代表，該零件的生產流程為：檢驗—標識—粗車—精車—銑工—鉗工—熱處理—無損檢測—磨工—車工—磨工—包裝—入庫。依據上文公式，計算螺栓零件生產線典型零件螺栓各工序生產節拍，25工序車工的生產節拍明顯高于其他各工序，因此可判定螺栓零件25工序的數控車床為瓶頸設備。

2.對瓶頸設備進行設備綜合利用率分析

本文依據國際標準對設備綜合利用率的定義，并結合實際生產情況，對設備綜合利用率的組成和計算公式進行分解如下：設備綜合利用率OEE=設備時間利用率AE×設備性能利用率OE×產品合格率QE

設備時間利用率AE=實際工作時間TS/計劃工作時間TJ。反映停工給設備綜合利用率OEE帶來的損失。

設備性能利用率OE=理論加工周期CT/實際加工周期CR。反映設備的性能發揮情況，包括任何導致設備在低于設計產能狀況下工作的因素。

產品合格率QE=一次交檢合格產品數量QG/產品總數量QT。反映設備的有效工作情況，主要指由于質量問題導致的生產損失率。

本文通過對瓶頸設備的將9大因素和3大指標對螺栓零件瓶頸設備的設備綜合利用率的影響進行統計，繪制瀑布圖，螺栓零件生產線平均設備綜合利用率OEE僅為51%，與行業標準值75%存在較大差距。

3.改進及效果驗證

針對圖2所鎖定的主要原因進行逐項改進，由于篇幅有限不再說明。經過本文的分析與改進下，對螺栓零件生產線的生產節拍進行計算，相比改進前，整體設備綜合利用率由51%，提升至78%，超過行業內標準75%。

4.結論

本文以螺栓零件生產線為研究對象，基于約束理論通過生產節拍計算鎖定生產流程中的瓶頸設備，再對設備綜合利用率進行量化分析確定主要因素，經過現場改進和技術攻關層層突破，全面提升設備綜合利用率，確保生產流程管理科學順暢。

參考文獻

[1]Hansen R C. Overall equipment effectiveness[M].New York：Industrial Press，2002，35-36.

[2] 李葆文.企業OEE計算問題的解決[J].廣州大學學報：自然科學版，2008（1）：91-96.