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東海專欄
機械加工的精實化與智慧化
2021.03.12∣瀏覽數:271

機械加工的
精實化與智慧化



機器加工廠的客戶,對於精密機械零件的要求,依序為QDC,品質(Quality)一直都是最重要、最優先,其次是交期(Delivery)短比價格(Price)低更重要。大量客製化的趨勢下,品質不打折、交期最短,已經是機械加工業為顧客提升價值的關鍵要素。

智慧機械推動辦公室網站SMB專區資料顯示,從2018年2月2日到2020年12月31日止,經濟部工業局智慧機上盒(SmartMachine Box,SMB)輔導計畫,已經有5,301台設備安裝並完成驗收。從案例分享的成果整理發現,顧客在意的成本、交期、售 價提升、良率這四項佔比合計約10%。現階段SMB 成果,90%聚焦在設備觀點價值,如稼動率、減少紀錄作業報表時間、數據收集時間、即時監控、生產履歷、建立標準工時、自動報工、異常通知與停機等資訊。

把加工製程連起來,減少在途量(Work In Process,WIP)和等待的浪費,是加工廠落實精實管理,消除浪費、交期最短的流程價值。SMB即時收集加工運轉中的設備訊息,讓設備運作實態、加工資訊可視化並分析改善,是智慧化創造的數據價值。

智慧結合精實管理的流程技術,可以從加工價值鏈大幅提升顧客價值。精實和智慧是相輔相成的,本文將以精實加工流程的觀點,說明機械加工業應用智慧化,在加工設備點與線,創造的顧客價值。


OEE是評量設備運作價值的指標

整體設備效率(Overall Equipment Effectiveness,OEE)是評量生產設施有效運作的指標,它是良品率(Quality Efficiency)、性能效率(Operational Efficiency)、稼動率(Av a i l a b i l i t yEfficiency)相乘的結果。用精實管理的浪費觀點,影響OEE的主要因素為不良品浪費(Quality Loss)、產效浪費(PerformanceLoss)、可用浪費(Availability Loss)和排程浪費(Schedule Loss)。

排程浪費和可用浪費是事先就知道的,透過SMB可以更精確的知道計劃與實際的差異。排程浪費是經營管理的議題,如休假日、工作量不足無法滿足設備可以安排的整體時間(All Time)、例行性會議、定期保養檢修、產線調整等。可用浪費是生產計畫的停機,如計畫變更停機、缺料停工、換線停機、設備熱機時間、設備故障維修等。


產效浪費和不良品浪費是設備加值異常的情況,事件發生才有的訊息,譬如設備故障停機、預警停機、換料工時異常、換線工時異常、不合格的材料、不良品等設備運作異常事件、起訖時間、次數等訊息。在設備上安裝感測器(sensor)和SMB,就可即時擷取以上的實際資訊。

拜IoT(Internet of Things)資訊科技發展之賜,透過智慧機上盒收集設備運轉正常與異常的實際狀態,每台設備的每個事件都自動即時的擷取並紀錄到資料庫,成為及時正確的加工日誌資料庫。將資料庫內的紀錄,以設備為主體篩選資料,經過正確的歸納、合併、計算後,得到OEE運算(運算式請參閱本專欄2019年8月、113期)需要的分子良品數、實際效率、運轉時間,和生產數、計畫效率、排程時間等分母數據。OEE內的良品率、性能效率、稼動率是衡量設備效率的指標,故OEE是評價設備在加工工序創造價值的點指標。


加工LT是評量流程價值的指標

加工LT(Lead Time)是零件從素材投料,經過複數個加工工序到完工合格的加工流程時間總和,包括各個工序的搬運、取放、加工時間,和工序間等待時間。

以零件加工製程為主體,每個工序的開始加工時間、加工完工時間、完工數量等訊息,可以從加工日誌資料庫篩選出來,再依據零件製程的工序順序,將以上訊息組合起來,可以得到零件加工LT時間,以及零件工序相關的資訊。如圖1加工流程圖,零件在工序1和工序2的「換模換料時間」,工序1或2的開始加工和加工完成的期間就是「加工時間」,工序1的加工完成和工序2 的開始加工就是「製程等待時間」,工序1完工移轉到工序2尚未完工的數量就是「WIP(Work In Process)數量」,工序1零件安裝開始時間到工序2加工完成時間的總和就是這個零件的「加工LT」時間。

精實加工追求的目標是加工流程化,也就是說零件的每個工序,一個接一個產出,沒有等待時間、沒有WIP、最短的換模換料時間。作者2020年5月及6月,從數家在改善效益良好的加工廠,取得SMB收集的加工日誌案例資料,以零件加工流程架構分析,發現三個主要問題:(1)製程間等待的時間很長、(2)批量開工與移轉工序間的WIP數量起起落落、(3)開工後被插單造成後續工序等待時間變長。以上問題若被改善可以縮短加工LT的時間,故加工LT是評價零件加工流程的產線指標。


精實智慧加工、縮短加工LT
提高顧客價值


精實化源自TPS兩根支柱的穩定(自働化)與配套(JIT)觀念,透過標準作業(SOP)的建立與改善,用流程分析技術創造價值。智慧化則是運用演算邏輯,透過數據的收集與分析,進行即時監控與持續檢討,用數據分析技術創造價值。

精實智慧加工(Lean Smart Machining)是以加工流程的標準作業為基礎,根據加工流程分析的需要,即時擷取每個工序的數據,並被自動紀錄存到資料庫。讀取並運用資料庫的內容做數據分析,用設備觀點將每個工序的設備OEE可視化,用產線視角看零件 的加工流程,可以及時呈現換模換料時間、製程等待時間、WIP數量、加工LT等的浪費或變異,經檢討與改善,讓下次流動的更穩定、更快速。

精實化是追求單件流,工序間沒有等待時間、沒有WIP,加工連起來,讓產線流動的應有之姿。智慧化除了立即呈現加工點與產線實態的問題,搭配標準作業,在上線計劃開工前,模擬工序間的浪費、WIP,事前排程優化,事中的動態派工微調,落實加工連起來,讓製程間的等待時間與WIP的變異最小化。

精實與智慧結合的精實智慧加工,即時採集流程上的數據並分析,可以強化並改善精實流程,縮短加工LT,創造加工價值鏈更高的價值。


* 本刊第127期東海專欄,誤植劉仁傑作者經歷,茲更正:劉仁傑作者為「日本神戶大學經營學博士,現任東海大學工業工程與經營資訊學系暨研究所教授、東海大學精實系 統團隊核心成員。曾任日本大阪市立大學商學部客座教授、美國賓州大學華頓商學院訪問學者。中文及外文著作十分豐富,著書五度獲得經濟部金書獎,包括《日本企業的 兩岸投資策略》(聯經)、《重建台灣產業競爭力》(遠流)、《企業改造》(中衛)、《共創》(主編,遠流)、《世界工廠大移轉》(共著,大寫)、《面對未來智造者》(共著,大 寫)。長期致力於精實系統推動、台灣製造產業體系變革暨台日商策略聯盟研究,經常應邀到國內外大學、大型企業,講授追求物質文明與精神文明的製造管理理論與實務洞 察心得。」特此更正。謹向劉仁傑作者及所有讀者致上最高歉意。