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MES支持制造管理KPI

xiaozq2022-05-04智能制造

简介制造管理必须有KPI来发现问题、明确改进方向和监控改进过程,否则只是大海捞针、盲人摸象,很难达成卓越制造的目标。

01

管理需要KPI
李鸿章在上任江苏巡抚之前向老师曾国藩讨教署理一方的经验。曾国藩给出的至理名言是“四事三端”。即管理四类事情:兵、饷、吏、文。所谓三端:剖析、简要、综核。就是任何事物不管多么复杂,总可以一分为二、二分为四,分到不可拆分为止;任何事情都有一个发展的脉络,就是实际指标曲线;一旦设定目标指标值,必须进行考核,以便发现问题。

同理,对于生产管理,就是首先要抓住生产力三要素:劳动者、劳动对象和劳动工具。而对这三个基本要素的信息呈现完全是遵循念:实时信息监控 – 简要;历史数据统计 – 综核;原因分析 – 剖析。
很多制造企业的管理层清楚:已经无法依靠传统的管理方法确保制造过程中复杂的信息处理,如符合客户的愿望、服务、质量、产品种类、交付服务等。他们渴望通过信息技术来解决制造过程中的各种问题。这时一个常用的术语“痛点”被管理层提及。
在实践活动中,我们往往没有系统化去描述“痛点”而导致系统的实施结果不尽如人意。管理层可能会说目前的产能利用不平衡、在制品库存高等“痛点”,但若没有精确去度量这些“痛点”就很难发现导致这些“痛点”的根本原因,所采取的措施通常事倍功半。

好与不好是相对的,需要在一定的时间和空间范围内进行系统化度量:

◉ 如果不能用数字表达某事,说明我们对其知之甚少;

◉ 如果对其知之甚少,我们就不能控制它;

◉ 如果不能控制它, 我们就只能靠运气。

衡量一家企业是否成功有三个主要的风向标,即雇员、营业额和利润增加;衡量一家企业制造管理是否成功也有三个主要的风向标,即制造周期、资源效率和过程稳定。

制造企业需要基于这三个风向标对工单、设备、人员、质量设定绩效指标,以衡量企业的制造过程是否卓越。如果我们不能正确定义制造KPI,就无法用信息技术系统支持我们考核6个制造业务流程(生产控制、生产准备、计划与排产、质量控制、设备维护和信息管理)是否有优化的空间。
02
 制造管理KPI

VDMA德国机械和设备工程协会工业企业中对制造KPI实现统一的理解,颁布了66412-1标准:
◉ 为制造执行系统(MES)提供一套结构化的关键绩效指标(KPI)。
◉ 从关键绩效指标中开发出一个关系信息模型
◉ 定义数据收集的过程
 
VDMA 66412-1包含了行业内已知的制造管理KPI的集合,并应用MES支持基于模型的持续改进过程,例如,用于基准、比较、目标或/和制造过程的评估。每个公司都应单独确定其关键绩效指标的目标值。

                                                           表1:VDMA 66412-1制造KPI
关于表1中KPI的计算以及应用说明,可参考VDMA 66412标准,本文不做详述。有必要简单提一下其中三个比较重要的指标:

◉ 精益生产比 = 工序增值生产时间 / 工单制造周期。精益生产比是最核心的制造KPI,是一个经济和生产效率的指标,帮助管理层发现制造增值链上存在的各种损耗。这个指标越大越好,在工单结束后统计。这个指标低,说明仍有相当多的时间(如空闲时间)没有为订单增加价值。增值时间短,说明物料和设备大部分时间是在睡觉!提高精益生产比,或者增值时间。如增加增值时间,可以增加主动维保来降低非计划停机率。
◉ 工序周转率 = 工序时间之和 / 工单制造周期。这个指标适用于多工序生产时衡量工序之间流转效率。这个指标越大越好,如果小于100%,说明一定存在在制品库存。可以设定前工序提前交货量和优化工序物料转交来提高工序周转率,从而降低在制品库存。
◉ 工人生产率 = 工人生产工单时间 / 工人出勤时间。工人生产率表示工人与生产工单有关的工作时间与工人的总出勤时间的关系。它显示了劳动力的有效使用程度。管理层可以根据这个指标来决策是否给工人安排合适的工作量,如一个人安排到多个工位等。

03
KPI的基础模型

与传统生产管理相比,企业引入MES是为了支持管理层在"正确的地点 "获得 "正确的时间"、"正确的数量 "和信息处理及应用。

当我们回顾VDMA 66412中KPI的计算公式,我们会发现其实就是“时间”与“数量”的加减乘除运算。

以“时间”为例,采集正确的时间的根本是需要合适的时间模型描述人员、设备和工单的时间账户,才能在实制造产执行过程中将实际数据记录到对应的时间账户。因此,MES支持制造KPI的第一个任务就是“时间”和“数量”建模。

                                                               图1:制造KPI中的工单时间模型

图1描述了工单时间模型,由此我们可以知晓:只有定义工序周期,才能在工单排产时计算设备的产能占用时间;而一旦定义了工单生产所需的设置时间,且定义不同工单之间的设置时间矩阵,才能优化生产换线。在实际生产过程中能够将重要的停机时间过账到正确的时间账户中,才能分析导致OEE中设备可用性不高的主要原因,如出现最多的停机事件或总停机时间最长的异常事件分别是什么,在做哪些产品时发生,发生在哪些工序、班次或设备上。

当MES已经将时间和数量过账到对应的人员、设备和工单模型中,MES支持制造KPI的第二个任务就是数据处理,即“计算KPI”。

                                                      图2:制造KPI的计算模型

以工序周转率为例,当管理层想降低工序之间的在制品库存,需要以这个KPI来度量当前水平、分析物料的睡眠时间,采取措施后又使用这个KPI来衡量措施是否有效。为正确获得这个KPI,在MES的功能中,必须包括以下几点:

◉ 采集每个工序的开始和结束时间,并计算工序制造周期

◉ 计算工单的制造周期(最后一道工序的结束时间 – 第一道工序的开始时间)

◉ 计算工单中所有工序制造周期的总和,并除以工单制造周期,获得工序周转率

此处,需要特别指出MES与使用传统纸张统计时间方式相比的优点。MES在过账时间或数量时,会同步过账到相关的工单、人员和设备。比如早上9点到12点是A工单3工序在5号设备上生产,其中从9点到10点是张三在做设备设置,10点到11点张三和李四一起操作设备,11点到12点是李四一个人操作设备。MES中的处理结果是:工序周期3小时(其中设置1小时,增值生产2小时);设备生产时间3小时(其中设置1小时,增值生产2小时);工序工时4小时(其中设置工时1小时,增值生产工时3小时);张三工时2小时,李四工时3小时。

在计算出工序周转率的同时,MES也计算出精益生产比(因为已经有了增值生产时间和工单周期);MES中若采集了工人的出勤时间,则马上可以计算出天的工人生产率;若过账了数量(良品、不良品、返工品),则设备OEE也可以呈现给管理层。

企业应该从三大风向标出发,选择符合企业生产管理模式的制造KPI,从设定时间和数量模型开始确定何时采集什么时间和数量。关于KPI标准值的设定,一开始很有可能无法找到合适的值,一方面可以取决于企业过往的管理经验,另一方面也可以参考MESA协会关于MES收益分析中描述的KPI范围。我们在后续的系列讲座中会谈及。

总之,制造管理必须有KPI来发现问题、明确改进方向和监控改进过程,否则只是大海捞针、盲人摸象,很难达成卓越制造的目标。

 

 

 

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