امروزه در زمینه روش محاسبه شاخص نت بهره­ور جامع، از شاخص اثربخشی کلی تجهیزات 1OEE به عنوان شاخصی جهانی و مورد قبول در اغلب فرایندهای تولیدی، استفاده می­شود. اما واقعیت این است که این شاخص برای محاسبات اثربخشی یک تجهیز منفرد بویژه در فرایندهای تولیدی پیوسته و نزدیک به اتوماسیون در دهه 1980 توسط ناکاجیما در پی مفهوم TPM ارائه شده است. درحالی که امروزه در اغلب کارخانه­ها به عنوان یک شاخص کارخانه، میانگینی از وضعیت تمامی تجهیزات خط تولید و یا کارخانه مورد استفاده قرار می­گیرد. آنچه در این مقاله از نظر خوانندگان خواهد گذشت، نتیجه مطالعات انجام شده در زمینه روش­ها و الگوریتم­های عرضه شده در ارتباط با محاسبه شاخص OEE در خطوط تولید است. امید که این مقایسه در جهت تغییر روش رایج فعلی مؤثر افتاده و جایگزینی مناسب و منطقی را معرفی کند.

تلاش برای بهبود بهره‌وری در محیط رقابتی صنایع و استفاده از مفاهیم و نگرش‌های سازمان‌گرا منجر به توجه فراوان و کاربردی به زوایای چندگانه تکنیک‌های مدیریتی اعم از مدیریت کیفیت جامع، تولید بهنگام، مشارکت کارکنان، نت بهره‌ور و جامع و ... در دهه‌های گذشته شده است (شکل 1). در این مقوله، گسترش مفاهیم نت بهره‌ور جامع نیز با گرایش تولیدات به نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک، مشخصاً مورد عنایت و توجه بیشتری قرار گرفته است به صورتی که در حمایت از اجرای آن، بهره‌مندی از مزایای نت (شکل 2) برای صاحبان صنایع مهیا می‌شود. لذا پایش مهم‌ترین شاخص اندازه‌گیری که نشان‌دهنده پیاده‌سازی و دستیابی به هدف‌گذاری دوره‌ای TPM باشد از اهمیت خاص برخوردار شده است. این شاخص و روش مرجع محاسبه که براساس استانداردهای مؤسسه JIPM ژاپن، معرفی شده، مربوط به محاسبه و حاصل‌ضرب 3 المان ارزیابی: OEE=A*P*Q برای یک تجهیز مستقل از یک فرایند پیوسته، ارائه شده است که در جدول 1 عوامل مؤثر آن به تفکیک قابل ملاحظه است.

شکل 1

شکل 2

از این روش، بعضاً با روش‌های زیر برای خطوط تولید و یا چندین تجهیز کنار هم نیز استفاده می‌شود.
یکی از این روش‌ها که در اغلب منابع درخصوص شاخص OEE در خطوط تولید، فارغ از روش چیدمان ماشین‌آلات به چشم می‌خورد، استفاده از روش میانگین متوسط و یا میانگین است که معمولاً وزن برگرفته از زمان عملیات تجهیز یا رکورد تولید در زمان مشابه برای تجهیزات و یا درصد اهمیت از نظر تولید، در محاسبات شرکت داده می‌شود (شکل 3).
اشکال مهم قابل ذکر در این روش، با توجه به عدم وجود تجهیزات مشابه و یا فرایند مشابه، صرفاً یک میانگین‌گیری جبری بوده به صورتی‌که در این روش، میانگین شاخص‌ها محاسبه شده و سنجش آن فاقد ارزش‌هایی است که اصولاً تفکر TPM از ژاپن به امریکا با شکست مواجه شد، استفاده ابزاری از شاخص اثربخشی برای مقایسه ماشین‌آلات خطوط با یکدیگر و یا مقایسه شاخص کل کارخانه با نسبت کلاس جهانی، بدون توجه لازم به بینش و رسالت این تفکر مدیریتی، بوده است.

جدول 1

شکل 3

در این راستا، تلاش‌های زیادی در ارتباط با ارائه روش و الگوریتم مناسب، همواره پیش روی صاحب‌نظران مدیریت و مهندسی بوده که به نوبه خود به ارائه شاخص‌هایی نظیر TEEP و OAE و PEE و OTF و OPE و OFE در سال‌های اخیر منتج شده است، اما محاسبه شاخص OEE در خطوط تولیدی برای پاسخگویی به نیاز مطرح شده در محاسبه شاخص کل واحد تولیدی، کماکان نیازمند الگوریتمی مناسب است که در ادامه به معرفی و ارائه روش استفاده از آن خواهیم پرداخت.

الگوریتم محاسبه شاخص OEE در خطوط تولید
وجود فرایندی واقعی و بالانس شده و نیز دسترسی به تصویر واقعی تولید، ندرتاً در واحدهای صنعتی یافت می‌شود. اغلب کارخانه‌ها دارای خطوط فرعی زیر تولید و همین طور دستگاه‌های موازی و سری در واحدهای تولیدی فرعی بوده و به ندرت یک خط فرایند تولید، با هماهنگی کامل انتقال مواد و تولید مطابق تعاریف خطوط تولید روبه‌رو هستند و در عمل، فرایندها همواره به اشکال پیچیده‌تری نیز مشاهده می‌شود. بنابراین، الگوریتمی که بدون نیاز به محاسبه مستقل تک‌تک تمامی تجهیزات مستقر در یک واحد تولید، قادر به محاسبه شاخص OEE را فراهم سازد، بسیار ارزشمند خواهد بود.
در تئوری، رفتار یک خط تولید بسیار مشابه یک ماشین منفرد است، به صورتی که زمان تولید هر محصول (قطعه) در خط تولید برابر با زمان تولید ایستگاهی است که محدودیت برای کل خط تولید را ایجاد کرده است به این محدودیت، اصطلاحاً گلوگاه نیز گفته می‌شود. به عنوان نمونه، بزرگ‌ترین زمان برای سه تجهیز سری در یک خط تولید با زمان‌های تولید هر قطعه 3 ، 2 و 4 ثانیه زمان حاکم تولید هر محصول (قطعه) برابر با 4 خواهد بود. در این صورت، پرواضح است که این ایستگاه کل خط را تحت محدودیت قرار داده است. در این صورت هرگونه بهبود در ارتباط با سطح دسترسی، کارایی عملکرد و کیفیت در این ایستگاه، اولویت و قابلیت بهبود را پیشتر از سایر ایستگاه‌ها به خود معطوف و محدود می‌کند.
در فرایندها، معمولاً جریان‌هایی غیرعادی میان تجهیزات وجوددارد. اگر این جریان‌ها باعث ایجاد توقفات جزیی در مورد تجهیزات غیرمحدود کننده باشند، نرخ کلی تولید خط را متأثر نمی‌سازند.
اگر جریان‌های غیرعادی توسط توقف سایر تجهیزات جبران نشوند، تجهیز مورد نظر در گلوگاه به علت کمبود مواد باعث توقف ادامه مسیر بعد از خود خواهد شد. لذا در تمامی موارد و حالات ذکر شده می‌توان مطالعه و توجه به تجهیز ایجادکننده محدودیت را به عنوان نمایی مناسب از کل تولید در زمینه محاسبه سطح دسترسی و میزان عملکرد در نظر گرفت. در مورد محاسبه نرخ کیفیت نیز موارد تولید معیوب را می‌توان از دو منظر به حساب آورد. اول اینکه موارد معیوب قبل از تجهیز محدودکننده، فقط در صورت ایجاد کمبود در این ایستگاه بر روی خروجی‌های ایستگاه دارای محدودیت و همچنین خط تولید مؤثر است.
همچنین معیوب‌های کیفی ایجاد شده در ایستگاه دارای محدودیت و سایر ایستگاه‌های بعد از آن، باید در موارد معیوب خط تولید محسوب شوند.
متخصصین کیفیت نیز بر این عقیده‌اند که کل موارد معیوب در کل خط تولید (قبل ـ بعد و یا در ایستگاه محدودکننده) باید در محاسبات لحاظ شوند، اما گرچه این مفهوم معتبر و قابل پذیرش است باید توجه داشت که هزینه‌های موارد مختلف عیوب کیفی، لزوماً یکسان نبوده و برای سازمان‌ها نیز منطقی‌تر است که منابع خود را به اندازه‌گیری موارد حادتر معطوف کنند. بنابراین، در مورد ایستگاه دارای محدودیت می‌توان چنین بیان داشت که بویژهً با توجه به مشکلات موجود درجمع‌آوری اطلاعات و پردازش، موارد حادتر (با هزینه بالاتر کیفی) در ایستگاه گلوگاه و بعد از آن اتفاق می‌افتند که باید از سایر موارد مجزا شده و با اولویتی بالاتر مورد بررسی قرار گیرند.
گفتنی است در مواردی که قطعات معیوب ایستگاه‌های قبلی (قبل از تجهیز محدودکننده) باعث کمبود در ایستگاه گلوگاه شوند، این نقصان در شاخص میزان دسترسی تأثیرات خود را نشان خواهد داد. همچنین، در مواردی که قطعات معیوب باعث کمبود در ایستگاه گلوگاه نشوند نیز اثرات خود را در هزینه هر واحد تولیدی نشان خواهند داد. بنابراین، ایستگاه دارای محدودیت، شایستگی مطالعه را ایجاد می‌کند.
پیش‌نیاز‌های اجرای الگوریتم، در چهار گام ذیل، قابل بررسی هستند:
1. نقشه جریان تولید: تصویر تمامی ‏ مراحل فرایند تولید با مشخص کردن ‏‏ تجهیزات ـ مناطق حمل و نقل و عملیات انتقال مواد با دقت به صورت گرافیکی تهیه شود، معمولاً این گام در برگه‌های مراحل جریان تولید2 در کارخانه‌های تولیدی، تهیه شده و موجود است.
2. زیرفرایندسازی: جداسازی و تفکیک فرایندهایی که منجر به مونتاژهای اولیه و انبارهای موقت می‌شوند . این زیرفرایندسازی بر حسب گروه ماشین‌آلات استقرار یافته در محلی مشخص، ماشین‌آلات تشکیل‌دهنده مونتاژهای اولیه و بنا به تشخیص‌های کارشناسی صورت می‌گیرد که در نهایت خط مونتاژ نهایی را متشکل از چند خط مونتاژ فرعی و یا خطوط تأمین خارجی حاصل (ساختاربندی) می‌شود.
3. تهیه نقشه‌های مجزای هر خط و فرایند با تعیین میزان ظرفیت (زمان تولید یک قطعه) هر تجهیز: تعیین ظرفیت انتقال مواد و تعیین عملیات محدودکننده با توجه به این واقعیت که چند تجهیز می‌توانند یک قطعه را تولید و یا اینکه محصول نهایی می‌تواند از چندین قطعه جزء، تولید شده باشد.
4. محاسبه شاخص OEE: مطابق ملاحظات خاص زیر برای خط تولید مشابه تجهیز منفردی محاسبه شود که عملیات تجهیز محدودکننده آن، کل خط را تحت‌الشعاع قرارداده است.
ملاحظات محاسبه شاخص OEE در خط تولید از لحاظ عملیات محدودکننده
1. محاسبه سطح دسترسی: سطح دسترسی خط تولید همان سطح دسترسی تجهیز عملیات محدودکننده خواهد بود و در صورت وجود چندین تجهیز در ایستگاه گلوگاه، از میانگین وزنی بر
اساس ظرفیت تولید تجهیزات بهره‌گرفته می‌شود.
2. محاسبه میزان عملکرد: مشابه میزان عملکرد خط تولید، همان میزان عملکرد تجهیز عملیات محدودکننده خواهد بود و در صورت وجود چندین تجهیز در ایستگاه گلوگاه، از میانگین وزنی براساس ظرفیت تولید تجهیزات بهره گرفته می‌شود.
3. محاسبه نرخ کیفیت: در محاسبه نرخ کیفیت خط تولید تعداد کل موارد معیوب برابر با تعداد موارد معیوب تجهیز عملیات محدودکننده بعلاوه موارد معیوب ایستگاه‌های قبلی (قبل از تجهیز محدودکننده) باعث کمبود ایستگاه گلوگاه گردد این نقصان در شاخص میزان دسترسی تأثیرات خود را نشان خواهد داد و همچنین در مواردی که این قطعات معیوب باعث کمبود در ایستگاه گلوگاه نشود ‏‏‏ نیز اثرات خود را در هزینه هر واحد تولیدی نشان خواهد داد.

شکل 4

طرح نمونه‌ای از محاسبات شاخص OEE در خط تولید
توالی عملیات در فرایند تولید به‌گونه‌ ذیل است (شکل 4):
مرحله اول: سنگ‌زنی با دو ماشین سنگ g1 و زمان عملیات 1.5 قطعه در ثانیه و g2 1.7 قطعه در ثانیه به صورت میانگین 1.6 قطعه در ثانیه است و برای تکمیل محصول نهایی 2 قطعه مورد نیاز است.
مرحله دوم: تراش با زمان عملیات 4 قطعه در مدت زمان 2.5 ثانیه می‌تواند هر قطعه را در مدت زمان 1.25 ثانیه تولید کند و برای تکمیل محصول نهایی 2 قطعه مورد نیاز است.
مرحله سوم: سوراخکاری با زمان عملیات 0.75 ثانیه برای هر قطعه
مرحله چهارم: مونتاژ با زمان عملیات 1 ثانیه برای هر محصول
بنابراین، در این خط تولید، عملیات سنگ‌زنی بیشترین زمان عملیات تولید (Sec1.6) را داشته و به عنوان عملیات محدودکننده در این مثال تعیین می‌شود‏‏‏. سایر اطلاعات مربوطه در یک نوبت‌کاری 8 ساعته در جدول 2 ارائه شده است.

جدول 2: اطلاعات مربوط به یک نوبت‌کاری 8 ساعته

محاسبه OEE برای این خط تولید با توجه به عملیات محدودکننده سنگ‌زنی به شرح زیر است:
1. محاسبه سطح دسترسی سنگ‌زنی:
Availability of Grinder 1= (8 hour shift- 0.5 hour of downtime)/8hours=93.7 percent
Availability of Grinder 2= (8 hour shift – 0.75 hour downtime – 0.33 hour PM)(8 hour shift – 0.33 hour PM)= 90.0 percent
میانگین وزنی براساس زمان عملیات:
Ideal cycle time for Grinder 1 id 1.5 sec or (60/1.5)=40 pieces /min with availability of 93.7 percent
Ideal cycle for Grinder 2 is 1.7 sec or (60/1.7)=35.3 pieces/min with availability of 90 percent
Weighted average average availability= (93.7 percent Z 40)+ (90 percent 35.3)) (40+35.3)) / (40+35.3)= 92.0 percent
و نیازی به محاسبه سطح دسترسی سایر تجهیزات وجود نداشته و این مقدار (92 درصد) به عنوان سطح دسترسی خط تولید تلقی می‌شود‏‏‏‏‏‏.
2. محاسبه میزان عملکرد سنگ‌زنی:
Performance efficiency efficiency for Grinder 1= 1.5 sec/piece 15.600 pieces/ 7.5 hours* 3600 sec/hours= 86.7 percent.
Performance efficiency efficiency for Grinder 2=1.7 sec/piece + 12.600 pieces / 6.92 hours* 3600 sec/hours= 86.0 percent.
میانگین وزنی براساس زمان عملیات:
Weighted average (weighted by capacity)= (86.7 percent * 40 + 86.0 percent * 35.3) / (40+35.3)= 86.3 percent
و نیازی به محاسبه میزان عملکرد سایر تجهیزات وجود نداشته و این مقدار (86.4 درصد) به عنوان میزان عملکرد خط تولید تلقی می‌شود‏‏‏‏‏‏.
3. محاسبه نرخ کیفیت خط تولید از ایستگاه سنگ‌زنی و ایستگاه‌های بعد از آن:
نرخ کیفیت بر مبنای تعداد قطعات تولیدی ایستگاه دارای محدودیت و لحاظ کردن ‏‏ تمامی ‏ موارد معیوب این ایستگاه و ایستگاه‌های بعد از آن محاسبه می‌شود.‏‏‏‏‏‏ لذا با توجه به مونتاژ و نیاز به هم‌واحد کردن ‏‏تعداد قطعات از مرحله سنگ‌زنی و بعد از آن و با توجه به نیاز محصول نهایی به دو قطعه سنگ‌زنی شده و تراش محاسبات زیر انجام می‌شود.
ایستگاه سنگ‌زنی:
Total parts through the grinding operation= 28.200 parts per assembly= 14.100
Total defects and reruns at or downstream of the grinders= (44 from Grinder 1+32 from Grinder 2)/2 pieces per assembly= 38
ایستگاه تراش:
Lathe defects= 48 pieces per assembly= 24.
در ایستگاه مونتاژ تعداد 3 مورد معیوب گزارش شده است. بنابراین داریم:
Therefore, total defects=38 + 24 +3=65.
The quality rate for the process= (14.200 – 65) / 14.100= 99.5 percent
پس بنابراین مقدار حاصل ضرب سه عامل فوق نشان‌دهنده شاخص کارایی کلی تجهیزات خط تولید خواهد بود:
Process OEE= 92.0 percent * 86.4 percent* 99.5 percent= 79.1 percent

نتیجه‌گیری
استفاده از این الگوریتم در توجه به تجهیز محدودکننده در خطوط تولید، علاوه بر ایجاد سهولت در جمع‌آوری اطلاعات خاص ایستگاه گلوگاه، باعث به‌حداقل رساندن ‏‏ محاسبات می‌شود که مطابق اهداف TPM ، فعالیت‌ها در این مرحله، معطوف به افزایش شاخص OEE با استفاده از مکانیزم‌های پیشنهادی و فعالیت‌های بهبود مستمر می‌شود‏‏‏‏‏‏، پس از اجرای این مرحله و کسب توفیقات در کاهش موانع ایستگاه محدودکننده می‌توان انتظار داشت که با بهبود فرایند و زمان تولید ایستگاه گلوگاه تغییر کرده و تجهیزات دیگری در سایر ایستگاه‌های خط تولید به عنوان ایستگاه گلوگاه و دارای محدودیت شناخته می‌شوند و این محاسبات مطابق الگوریتم مجدداً برای ایستگاه‌های جدید، تکرار شده و فرایندها بهبود می‌یابند. بنابراین، الگوریتم علاوه بر مطلوبیت‌های مطرح شده، به‌عنوان سیستمی بهبوددهنده گام به گام نیز قابل پیشنهاد به سازمان‌های تولیدی است.

پانوشت:
1 . Overall Equipment Effectiveness

منابع:
1. The Profit Potential – Taking High Performance To The Bottom Line- C.j.mcnair 2007
2. نقد و بررسی مشتقات شاخص اثربخشی کلی تجهیزات همراه با رویکردی جدید ـ م جهان. علی جهان. ف موحدی سازمان فنی و حرفه‌ایی 1387.
3. The Fast Guide To OEE Presented by Vorn Industry 2008