基于Visual Object Net++的制造系统性能分析

缪高峰　郝社华

摘要：该文讨论了在现在制造系统中设备利用率的评估和计算，在此基础上对制造系统进行评估和计算，这样清楚的展示了制造系统中设备和系统的利用率问题，从而对设备的优化和瓶颈岗位优化与再造有重要意义。

关键词：设备利用率；OEE；排队论；Visual Object Net

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0189-02

在现代制造系统中为了研究生产系统设备之间的关系，探讨系统运行性能效率等，需要对制造设备进行定性分析从而了解其对制造系统的性能影响，从而寻找系统的瓶颈设备，2003 年科研人员在OEE（Overall Equipment Effectiveness） 的基础上提出了产出综合效能OTE（Overall Throughput Effectiveness）。根据对OTE 计算公式的分析，其中的某个式子能作为瓶颈的评价指标，从而可以识别生产系统的瓶颈或瓶颈设备。利用TOC（Theory of Constraints），可以完成对瓶颈的解决和生产系统的不断改进。而结合OTE 和TOC，可以弥补两者单方面应用上的不足，OTE 为TOC 提供绩效指标和瓶颈识别指标，而TOC 为OTE 提供解决瓶颈和平衡生产系统的思路，两者的结合能达到增加系统合格产出，提高系统的产能的目的。该文主要讨论了现代制造系统中制造设备的性能，对整个系统的影响，从而找寻生产系统的瓶颈，然后解决此瓶颈，如此不断地重复瓶颈的识别和解决，以达到不断完善生产系统的效果。

1 全局设备效率（OEE）

一般，每一个生产设备都有自己的最大理论产能，要实现这一产能必须保证没有任何干扰和质量损耗。当然，实际生产中是不可能达到这一要求，由于许许多多的因素，车间设备存在着大量的失效： 例如除过设备的故障，调整以及设备的完全更换之外，当设备的表现非常低时，可能会影响生产率，产生次品，返工等。OEE是一个独立的测量工具，它用来表现实际的生产能力相对于理论产能的比率。国际上对OEE的定义为：OEE是Overall Equipment Effectiveness（全局设备效率）的缩写，它由可用率，表现性以及质量指数三个关键要素组成，即：

OEE=可用率[×]表现性[×]质量指数

其中：

可用率=[操作时间计划工作时间]

它是用来考虑停工所带来的损失，包括引起计划生产发生停工的任何事件，例如设备故障，原料短缺以及生产方法的改变等。

表现性=[理想周期时间操作时间×总产量]=[总产量操作时间×生产速率]

表现性考虑生产速度上的损失。包括任何导致生产不能以最大速度运行的因素，例如设备的磨损，材料的不合格以及操作人员的失误等。

质量指数=[良品总产量]

质量指数考虑质量的损失，它用来反映没有满足质量要求的产品（包括返工的产品）。

2 OEE性能评估

利用OEE的一个最重要目的就是减少一般制造业所存在的六大损失：停机损失、换装调试损失、暂停机损失、减速损失、启动过程次品损失和生产正常运行时产生的次品损失。实践证明OEE是一个极好的基准工具，通过OEE模型的各子项分析，它准确清楚地告诉你设备效率如何，在生产的哪个环节有多少损失，以及你可以进行那些改善工作。长期的使用OEE工具，企业可以轻松的找到影响生产效率的瓶颈，并进行改进和跟踪。达到提高生产效率的目的，同时使公司避免不必要的耗费。

3 基于排队理论的系统性能评估

基于排队理论的分析方法是一种在建立制造系统模型的基础上，利用排队论的有关理论和方法求解模型的有关参数，揭示制造系统性能的一种分析方法。主要分单机但队列系统分析和多机多队列系统分析，该文只讨论单机单队列系统。

单机单队列系统的状态方程为：

[-λp0]+[μp1]=0，n=0

[λpn-1]-（[λ]+[μ]）p[n]+[μpn+1]=0，n[≥1]

[n=0pn=1，pn][≥0]，

稳态概率的模型为：[pn=ρn（1-ρ），ρ=λμ<1]

对于M/M/1系统，可以将到达率看作系统稳态运行时的设计输入/输出速度，而将服务率u看作系统的最大输入/输出速度，系统地设备利用率U为：

[U=ρ=λμ]

4 流水生产线的建模与分析

下图是利用Visual Object Net++软件建立的某一个生产系统的生产流程图，其中包括一台生产设备，几个暂存区；P1，P2，P3是暂存区，T1是待加工产品到加工暂存区所用的时间60s，T2为设备的加工时间为300s，T4是设备出故障的时间为144000s，T5是设备出故障后维修时间为3600s，T3为加工好的零件包装的时间。

图1

根据排队理论可以算出系统的效率为：2536/（2536+56+1）=97.8%，这是在理想的情况下，即设备的OEE=100%；而在实际生产过程中却并非如此，实际统计中该设备每天天工作时间为8h， 班前计划停机15min， 故障停机30min，设备调整25min， 产品的理论加工周期为6 min/件， 统计加工的产品45件， 有2件废品。

根据上面可知：

计划运行时间=8x60-15=465 （min）

实际运行时间=465-30-25=410 （min）

有效率=410/465=0.881（88.1%）

生产总量=410（件）

理想速度x实际运行时间=1/0.6 x 410=68.3

表现性=45/68.3=0.658（65.8%）

质量指数=（45-2）/45=0.955（95.5%）

OEE=有效率x表现性x质量指数=55.4%

因此系统的效率为55.4%*97.8%=54.18%，要想提高系统的效率必须从质量指数，表现性，设备的有效率方面提高系统的效率。

5 实验与结论

实践证明在现代制造系统中运用软件仿真的同时结合设备的OEE可以有效真实的反应系统的真实运行情况以此为基础对生产系统优化和改造是接近事实的，可以弥补仿真软件的缺陷。

参考文献：

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