Qu'est-ce que l'efficacité globale des équipements (OEE) ?

L'efficacité globale des équipements (OEE) est un indicateur de performance industrielle qui mesure les performances d'un procédé ou d'un équipement. Plutôt que de se limiter aux temps d'arrêt, le score OEE fournit aux ingénieurs et aux responsables une vision combinée de la disponibilité, des performances et de la qualité d'un procédé de fabrication ou d'une machine. Un score OEE de 100 % signifie que le système évalué produit des pièces conformes à la cadence maximale, sans aucun arrêt.

Développé dans les années 1960 par Seiichi Nakajima dans le cadre de la maintenance productive totale (TPM), l'OEE est devenu un outil permettant aux parties prenantes d'identifier les problèmes, puis de mesurer l'efficacité des solutions mises en œuvre. À l'origine calculé chaque mois ou chaque trimestre par les responsables de production, l'OEE peut désormais être calculé instantanément grâce à la surveillance en temps réel assurée par l'Internet industriel des objets (IIoT).

Parmi les principaux avantages de l'intégration de l'OEE dans les processus de gestion de la qualité d'une usine figurent :

• Efficacité accrue : l'OEE permet d'identifier les sources d'inefficacité tout en constituant un objectif pertinent pour les démarches d'optimisation.
• Réduction des coûts : la réduction des temps d'arrêt, des retouches et des rebuts permet de diminuer les coûts.
• Productivité améliorée : un score OEE élevé traduit une amélioration de la qualité, du temps de fonctionnement et du niveau de production, autant d'indicateurs de productivité.
• Prise de décision éclairée : les données utilisées pour calculer le score OEE, ainsi que le score lui-même, fournissent des informations exploitables aux ingénieurs, planificateurs et responsables.
• Fiabilité et durée de vie accrues des équipements : la disponibilité étant un élément essentiel de l'OEE, cet indicateur encourage les équipes à améliorer la durée de vie et la fiabilité des équipements grâce à une maintenance proactive. 

Le score OEE d'un équipement est obtenu en multipliant les scores de disponibilité, de performance et de qualité. La formule de calcul de l'OEE est la suivante :

OEE = Disponibilité × Performance × Qualité

Les composantes de l'OEE sont définies comme suit.

Score de disponibilité

La disponibilité mesure le rapport entre le temps de production effectif et le temps de production planifié de l'équipement. Les pertes de disponibilité comprennent les pannes d'équipement, les pénuries de matières premières et les arrêts planifiés.

Disponibilité = Temps de fonctionnement / Temps de production planifié

Score de performance

La performance mesure la vitesse de fonctionnement de l'équipement par rapport à sa vitesse maximale théorique, définie par le temps de cycle idéal. Le temps de cycle idéal est le temps nécessaire pour fabriquer une pièce sans ralentissement ni arrêt mineur. Un faible score de performance peut résulter d'une vitesse de fonctionnement réduite en raison des réglages de la machine, de problèmes liés aux matériaux, de l'usure des outils ou d'un manque d'attention des opérateurs. Des arrêts mineurs dus à des défauts de détection, des défauts d'alimentation ou des bourrages peuvent également faire baisser le score de performance. Le nombre total correspond au nombre de pièces produites pendant la période de mesure.

Performance = (Temps de cycle idéal × Nombre total) / Temps de fonctionnement

Score de qualité

La qualité mesure la proportion de pièces conformes, c'est-à-dire les pièces qui ne nécessitent ni retouche ni mise au rebut.

            Qualité = Nombre de pièces conformes / Nombre total de pièces

Après simplification de la formule, l'OEE peut également s'exprimer comme suit :

OEE = (Nombre de pièces conformes × Temps de cycle idéal) / Temps de production planifié

Exemple de calcul

Une bonne façon de mieux comprendre la valeur OEE est de regarder des exemples de production et de calcul. Supposons les données suivantes :

Calcul des données de base :

Temps de production planifié = Durée du poste - Temps d'arrêt planifié

Temps de production planifié = 600 - 36 = 564

Temps de fonctionnement = Temps de production planifié - Temps d'arrêt imprévu

Temps de fonctionnement = 564 - 74 = 490

Nombre de pièces conformes = Nombre total - Nombre de pièces rejetées

Nombre de pièces conformes = 7 324 - 314 = 7 010

Calcul des composants OEE :

Disponibilité = Temps de fonctionnement / Temps de production planifié

Disponibilité = 490 / 564 = 86 %

Performance = (Temps de cycle idéal × Nombre total) / Temps de fonctionnement

Temps de fonctionnement en secondes = 490 × 60 = 29 400

Performance = (3,2 × 7 324) / 29 400 = 23 436,8 / 29 400 = 79,7 %

Qualité = Nombre de pièces conformes / Nombre total de pièces

Qualité = 7 010 / 7 324 = 95,7 %

Calcul de l'OEE

            86,9 % × 79,7 % × 95,7 % = 66,3 %

Il est important de noter que le score OEE n'est pas une moyenne, mais le produit de trois valeurs. Ainsi, un score de 90 % pour chacun des trois critères ne donne pas un OEE de 90 %, mais de 72,9 %. 

Les ingénieurs de production et qualité analysent les scores OEE en recherchant les causes profondes des faibles performances. Au fil du temps, ces causes ont été regroupées dans l'industrie en six grandes pertes, réparties selon les trois composantes de l'OEE.

• Pertes de disponibilité : situations qui réduisent la disponibilité prévue ou réelle.
  • Arrêts imprévus : généralement dus à des pannes d'équipement, à des pénuries de matières premières ou à des problèmes d'infrastructure.
  • Arrêts planifiés : liés aux opérations de réglage, de changement, de nettoyage, de mise en température ou de maintenance préventive.
• Pertes de performance : situations qui réduisent le nombre de pièces produites pendant la période mesurée.
  • Arrêts mineurs : également appelés ralentissements ou arrêts mineurs, il s'agit d'arrêts de courte durée, généralement inférieurs à cinq minutes.
  • Cycles lents : les cycles dont la durée dépasse le temps de cycle idéal sont appelés cycles lents. Ils peuvent être dus à une lubrification insuffisante, à des équipements usés ou encrassés, à des problèmes de matières premières, à des conditions environnementales défavorables ou à des paramètres de fonctionnement non optimaux.
• Pertes de qualité : situations qui augmentent le nombre de pièces non conformes.
  • Rebuts en production : pièces rejetées pendant la production en régime établi (les pièces retouchées comme les pièces mises au rebut sont toutes considérées comme des rebuts en production).
  • Rebuts au démarrage : les causes de rejet pouvant être différentes lors de la phase de démarrage d'un poste, ces rebuts sont considérés comme une catégorie de pertes distincte. 

De nombreuses entreprises utilisent le score OEE comme indicateur clé de performance (KPI). Elles établissent une valeur de référence, puis cherchent à l'améliorer progressivement dans le cadre d'une démarche d'amélioration continue. Elles souhaitent également comparer leur score OEE aux valeurs de référence du secteur. Les valeurs de référence les plus couramment utilisées sont les suivantes :

• 100 % - Parfait : Un score parfait signifie que le système produit exclusivement des pièces conformes, au temps de cycle idéal et sans aucun arrêt. Dans certains cas, un score parfait ou presque parfait peut également indiquer que le temps de cycle idéal ou le temps de production planifié méritent d'être réévalués.
• 85 % - Niveau mondial : C'est l'objectif visé par la plupart des entreprises, même s'il est rarement atteint. Une étude réalisée par un éditeur de logiciels spécialisé dans le suivi de l'OEE a montré que, dans le monde, seulement 6 % des entreprises manufacturières obtiennent un score de 85 % ou plus.
• 60 % – Type : Il s'agit d'un objectif réaliste ; un score d'environ 60 % est généralement considéré comme acceptable, tout en indiquant qu'il existe encore un potentiel d'amélioration du processus de production.
• 40 % - Faible : un score inférieur ou égal à 40 % est fréquent dans les entreprises qui commencent à mettre en place un suivi de l'OEE. Il constitue un point de départ pour comprendre les performances des équipements et identifier les améliorations nécessaires afin d'accroître la productivité.

Si ces valeurs de référence sont importantes, les ingénieurs qualité et production analysent également chacune des composantes du score et leur évolution. Par exemple, de nombreuses entreprises visent un score OEE de niveau mondial (85 %), avec un taux de qualité de 99,9 %. 

La plupart des équipes commencent par mettre en place un système robuste de collecte des données, souvent associé à un logiciel de suivi de l'OEE, afin de recueillir les informations nécessaires au calcul de l'OEE et d'autres KPI utilisés dans les démarches TPM et de production au plus juste. Une fois ces données disponibles, elles peuvent mettre en œuvre les actions suivantes :

• Évaluer chacune des six grandes pertes et identifier les problèmes à traiter dans chaque catégorie.
• Mettre en œuvre une analyse des causes profondes (RCA) afin d'identifier les causes sous-jacentes.
• Généraliser la prise de décision fondée sur les données à l'ensemble de l'organisation.
• Automatiser, lorsque cela est possible, les opérations de maintenance, de changement d'outils, d'inspection et de manutention.
• Mettre en œuvre les bonnes pratiques reconnues, telles que la production au plus juste, l'amélioration continue, la TPM et les méthodes Six Sigma.
• Évaluer les différents postes de travail et les opérateurs, puis définir des formations et des procédures de travail standardisées afin d'améliorer les performances liées au facteur humain. 

Toutes les méthodes d'amélioration de l'OEE présentées ci-dessus peuvent être renforcées par une utilisation appropriée de la simulation, tant au niveau des composants qu'à celui du système complet. Les ingénieurs distinguent généralement deux approches : la modélisation physique des machines et des opérations de fabrication, et la modélisation des équipements ou des procédés à l'échelle du système. La simulation est utilisée car elle permet de :

• Éviter des modifications coûteuses sur les équipements réels et les essais nécessitant leur immobilisation.
• Réaliser rapidement des itérations et des analyses de type « que se passerait-il si » afin de comprendre les causes des pertes de productivité.
• Fournir des données sur des zones du système où aucun capteur n'est installé ou ne peut être installé.
• Fournir des données couvrant différents scénarios d'utilisation, et pas uniquement des situations déjà observées.
• Mettre à disposition des décideurs des informations exploitables.

Les ingénieurs réalisent des simulations au niveau des composants à l'aide d'outils fondés sur la physique qui modélisent le comportement structurel, thermique, chimique, hydrodynamique ou électromagnétique d'un équipement, afin d'en augmenter la cadence de production ou de réduire les temps d'arrêt, qu'ils soient planifiés ou imprévus. Un bon exemple consiste à utiliser une simulation vibratoire avec un logiciel d'analyse structurelle par éléments finis tel qu' Ansys Mechanical pour rigidifier certains composants et d'éliminer les vibrations à des vitesses de fonctionnement plus élevées. Les ingénieurs peuvent également utiliser des outils non linéaires, tels qu' Ansys LS-DYNA pour optimiser la vitesse et le temps de maintien tout en réduisant l'usure des outils de formage, ce qui diminue le temps de fabrication et prolonge leur durée de vie.

Les outils de simulation sont désormais capables de traiter des situations très complexes, comme la manutention de matériaux en vrac, fréquente dans de nombreux procédés de fabrication. Le logiciel de simulation de dynamique des particules Ansys Rocky illustre parfaitement l'utilisation de la méthode des éléments discrets (DEM) pour optimiser la fabrication de comprimés et de gélules sur une ligne de production pharmaceutique, en augmentant le débit de production, en réduisant les arrêts imprévus et en accroissant le nombre de pièces conformes.

Au niveau de la simulation système, les ingénieurs utilisent un large éventail d'outils de modélisation, tels qu'Ansys Partner Flownex pour les systèmes thermofluidique, ou la plateforme Ansys System Architecture Modeler, afin de réunir différentes disciplines de simulation et les parties prenantes pour évaluer le système de fabrication dans son ensemble. 

Ressources connexes