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机械加工的精实化与智慧化

机器加工厂的客户,对于精密机械零件的要求,依序为QDC,质量(Quality)一直都是最重要、最优先,其次是交期(Delivery)短比价格(Price)低更重要。大量客制化的趋势下,质量不打折、交期最短,已经是机械加工业为顾客提升价值的关键要素。

智慧机械推动办公室网站SMB专区数据显示,从2018年2月2日到2020年12月31日止,经济部工业局智慧机顶盒(Smart Machine Box,SMB)辅导计划,已经有5301台设备安装并完成验收。从案例分享的成果整理发现,顾客在意的成本、交期、售价提升、良率这四项占比合计约10%。现阶段SMB成果,90%聚焦在设备观点价值,如稼动率、减少纪录作业报表时间、数据收集时间、实时监控、生产履历、建立标准工时、自动报工、异常通知与停机等信息。

把加工制程连起来,减少在途量(WorkIn Process,WIP)和等待的浪费,是加工厂落实精实管理,消除浪费、交期最短的流程价值。SMB实时收集加工运转中的设备信息,让设备运作实态、加工信息可视化并分析改善,是智能化创造的数据价值。

智能结合精实管理的流程技术,可以从加工价值链大幅提升顾客价值。精实和智慧是相辅相成的,本文将以精实加工流程的观点,说明机械加工业应用智能化,在加工设备点与线,创造的顾客价值。

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OEE是评量设备运作价值的指针

整体设备效率(Overall Equipment Effectiveness,OEE)是评量生产设施有效运作的指标,它是良品率(Quality Efficiency)、性能效率(Operational Efficiency)、稼动率(Availability Efficiency)相乘的结果。用精实管理的浪费观点,影响OEE的主要因素为不良品浪费(QualityLoss)、产效浪费(Performance Loss)、可用浪费(Availability Loss)和排程浪费(Schedule Loss)。

排程浪费和可用浪费是事先就知道的,透过SMB可以更精确的知道计划与实际的差异。排程浪费是经营管理的议题,如休假日、工作量不足无法满足设备可以安排的整体时间(AllTime)、例行性会议、定期保养检修、产线调整等。可用浪费是生产计划的停机,如计划变更停机、缺料停工、换线停机、设备热机时间、设备故障维修等。

产效浪费和不良品浪费是设备加值异常的情况,事件发生才有的信息,譬如设备故障停机、预警停机、换料工时异常、换线工时异常、不合格的材料、不良品等设备运作异常事件、起讫时间、次数等信息。在设备上安装传感器(sensor)和SMB,就可实时撷取以上的实际信息。

拜IoT(Internetof Things)信息科技发展之赐,透过智慧机顶盒收集设备运转正常与异常的实际状态,每台设备的每个事件都自动实时的撷取并纪录到数据库,成为及时正确的加工日志数据库。将数据库内的纪录,以设备为主体筛选数据,经过正确的归纳、合并、计算后,得到OEE运算需要的分子良品数、实际效率、运转时间,和生产数、计划效率、排程时间等分母数据。OEE内的良品率、性能效率、稼动率是衡量设备效率的指标,故OEE是评价设备在加工工序创造价值的点指标。

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加工LT是评量流程价值的指针

加工LT(Lead Time)是零件从素材投料,经过复数个加工工序到完工合格的加工流程时间总和,包括各个工序的搬运、取放、加工时间,和工序间等待时间。

以零件加工制程为主体,每个工序的开始加工时间、加工完工时间、完工数量等信息,可以从加工日志数据库筛选出来,再依据零件制程的工序顺序,将以上信息组合起来,可以得到零件加工LT时间,以及零件工序相关的信息。如图1加工流程图,零件在工序1和工序2的(换模换料时间),工序1或2的开始加工和加工完成的期间就是(加工时间),工序1的加工完成和工序2的开始加工就是(制程等待时间),工序1完工移转到工序2尚未完工的数量就是(WIP(WorkInProcess)数量),工序1零件安装开始时间到工序2加工完成时间的总和就是这个零件的(加工LT)时间。

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图1 加工流程图

精实加工追求的目标是加工流程化,也就是说零件的每个工序,一个接一个产出,没有等待时间、没有WIP、最短的换模换料时间。作者2020年5月及6月,从数家在改善效益良好的加工厂,取得SMB收集的加工日志案例数据,以零件加工流程架构分析,发现三个主要问题:①制程间等待的时间很长、②批量开工与移转工序间的WIP数量起起落落、③开工后被插单造成后续工序等待时间变长。以上问题若被改善可以缩短加工LT的时间,故加工LT是评价零件加工流程的产线指标。
精实智慧加工、缩短加工LT提高顾客价值

精实化源自TPS两根支柱的稳定(自动化)与配套(JIT)观念,透过标准作业(SOP)的建立与改善,用流程分析技术创造价值。智慧化则是运用演算逻辑,透过数据的收集与分析,进行实时监控与持续检讨,用数据分析技术创造价值。

精实智慧加工(LeanSmartMachining)是以加工流程的标准作业为基础,根据加工流程分析的需要,实时撷取每个工序的数据,并被自动纪录存到数据库。读取并运用数据库的内容做数据分析,用设备观点将每个工序的设备OEE可视化,用产线视角看零件的加工流程,可以及时呈现换模换料时间、制程等待时间、WIP数量、加工LT等的浪费或变异,经检讨与改善,让下次流动的更稳定、更快速。

精实化是追求单件流,工序间没有等待时间、没有WIP,加工连起来,让产线流动的应有之姿。智慧化除了立即呈现加工点与产线实态的问题,搭配标准作业,在上线计划开工前,模拟工序间的浪费、WIP,事前排程优化,事中的动态派工微调,落实加工连起来,让制程间的等待时间与WIP的变异最小化。

精实与智慧结合的精实智慧加工,实时采集流程上的数据并分析,可以强化并改善精实流程,缩短加工LT,创造加工价值链更高的价值。

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