Che cos'è l'efficacia complessiva delle apparecchiature?

L'efficacia complessiva delle apparecchiature (OEE) è una metrica di produzione che misura le prestazioni di un processo o di un singolo macchinario. Invece di concentrarsi esclusivamente sui tempi di inattività, il punteggio OEE mostra ai progettisti e al management l'insieme di disponibilità, prestazioni e qualità di un processo produttivo o di un impianto. Un punteggio OEE perfetto del 100% significa che il sistema in fase di misurazione sta producendo pezzi conformi il più rapidamente possibile, senza tempi di arresto.

Sviluppato negli anni '60 da Seiichi Nakajima come parte della manutenzione produttiva totale (TPM), l'OEE si è evoluta come strumento che le parti interessate possono utilizzare per identificare i problemi e quindi tenere traccia dell'efficacia delle soluzioni. Originariamente una metrica calcolata dai responsabili di linea su base mensile o trimestrale, il calcolo OEE può ora essere calcolato istantaneamente utilizzando il monitoraggio in tempo reale dell'IoT industriale.

Alcuni dei vantaggi più comuni derivanti dall'integrazione di OEE nei processi di gestione della qualità di uno stabilimento includono:

• Maggiore efficienza: OEE rappresenta un utile strumento per individuare le inefficienze e, contemporaneamente, un obiettivo di ottimizzazione efficace.
• Riduzione dei costi: La riduzione al minimo di tempi di fermo, rilavorazioni e scarti riduce le spese.
• Maggiore produttività: I punteggi OEE più elevati indicano un miglioramento della qualità, del tempo di attività e della produzione, tutti parametri di produttività.
• Processo decisionale informato: Gli input per il punteggio OEE e il punteggio stesso forniscono informazioni utili per ingegneri, planner e manager.
• Maggiore durata e affidabilità delle apparecchiature: Poiché i tempi di attività sono un componente chiave dell'efficacia complessiva delle attrezzature, i team sono in grado di migliorare la durata e l'affidabilità delle attrezzature attraverso pratiche di manutenzione proattive. 

Il punteggio OEE per le attrezzature viene calcolato moltiplicando i punteggi per disponibilità, prestazioni e qualità. La formula OEE è definita di seguito.

OEE = disponibilità * prestazioni * qualità

Dove i componenti di OEE sono definiti come segue.

Punteggio di disponibilità

La disponibilità è una misura del modo in cui il tempo di produzione effettivo viene confrontato con la disponibilità prevista delle attrezzature. Le perdite di disponibilità comprendono guasti alle apparecchiature, carenze di materiale e arresti programmati.

Disponibilità = tempo di esecuzione / tempo di produzione programmato

Punteggio delle prestazioni

Le prestazioni sono una misura della velocità di funzionamento dell'apparecchiatura rispetto alla velocità massima possibile o al tempo di ciclo ideale. Il tempo di ciclo ideale è il tempo necessario per fare una parte senza rallentamenti o arresti minori. Un punteggio di prestazioni basso può derivare da una velocità di funzionamento inferiore a causa di impostazioni della macchina, problemi di materiale, usura degli utensili o operatori inattenti. Anche i microfermi davuti a arresti dei sensori, errori di alimentazione o inceppamenti possono ridurre il punteggio delle prestazioni. Il conteggio totale rappresenta il numero complessivo di pezzi prodotti durante il periodo di misurazione.

Prestazioni = (tempo di ciclo ideale * conteggio totale) / tempo di esecuzione

Punteggio di qualità

Misura la qualità di quanti pezzi fabbricati sono conformi , oltre ai pezzi che non vengono rilavorati o rottamati.

            Qualità = conteggio dei pezzi conformi/ conteggio totale

Con un po' di algebra, la misurazione OEE ripresenta le seguenti caratteristiche:

OEE = (conteggio dei pezzi conformi* tempo di ciclo ideale) / tempo di produzione pianificato

Esempio di calcolo

Un buon modo per comprendere meglio il valore OEE è esaminare gli esempi di produzione e seguire i calcoli. Prendiamo in essere i seguenti input:

Calcolo dell'input:

Tempo di produzione pianificato = durata spostamento - tempo di inattività pianificato

Tempo di produzione previsto = 600 - 36 = 564

Tempo di esecuzione = tempo di produzione pianificato - tempo di inattività imprevisto

Tempo di esecuzione = 564 - 74 = 490

Conteggio dei pezzi conformi= conteggio totale - conteggio pezzi rifiutati

Conteggio dei pezzi conformi = 7324 - 314 = 7010

Calcoli dei componenti OEE:

Disponibilità = tempo di esecuzione / tempo di produzione programmato

Disponibilità = 490 / 564 = 86,9%

Prestazioni = (tempo di ciclo ideale * conteggio totale) / tempo di esecuzione

Tempo di esecuzione in secondi = 490 * 60 = 29400

Prestazioni = (3,2 * 7324) / (29400) = 23436,8 / 29400 = 79,7%

Qualità = conteggio dei pezzi conformi/ conteggio totale

Qualità = 7010 / 7324 = 95,7%

Calcolo OEE

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

È importante notare che il punteggio OEE non è una media, ma il risultato della moltiplicazione di tre valori. Pertanto, un punteggio del 90% in tutte e tre le aree non produce un'OEE del 90%, ma piuttosto un valore del 72,9%. 

Gli ingegneri addetti alla produzione e alla qualità esaminano più a fondo i punteggi OEE per individuare le cause principali dei valori OEE bassi. Nel corso del tempo, il settore ha classificato queste fonti nelle seguenti "sei grandi perdite" in tre ambiti.

• Perdite di disponibilità: Situazioni che riducono la disponibilità prevista ed effettiva.
  • Arresti non pianificati: In genere a causa di guasti alle apparecchiature, carenze di materiali o problemi di infrastruttura.
  • Arresti pianificati: Generati da configurazioni, regolazioni, pulizia, tempo di riscaldamento e manutenzione preventiva del dispositivo.
• Perdite di prestazioni: Situazioni che riducono il numero di pezzi prodotti durante il tempo misurato.
  • Piccoli arresti: Chiamati anche tempi di inattività e microfermi, sono di breve durata, inferiore a cinque minuti.
  • Cicli lenti: I cicli che richiedono più tempo del ciclo ideale sono definiti cicli lenti e sono causati da lubrificazione insufficiente, attrezzatura usurata o sporca, problemi di materiale, condizioni ambientali avverse e parametri operativi non ottimali.
• Perdita di qualità: Situazioni che aumentano il numero di pezzi scartate
  • Scarti di produzione: Pezzi scartati durante la produzione stazionaria (i pezzi rilavorati e rottamati sono entrambi considerate scarti di produzione).
  • Scarti di avviamento Poiché le cause all'origine degli scarti possono differire durante la fase di avvio di un turno, questi vengono trattati come un tipo distinto di perdita. 

Molte aziende utilizzano il punteggio OEE come indicatore chiave di prestazione (KPI), stabilendo un valore di riferimento per poi lavorare, attraverso il miglioramento continuo, per incrementare tale punteggio nel tempo. Tuttavia, le aziende desiderano anche confrontare il proprio punteggio OEE con i parametri di riferimento standard del settore. I benchmark comunemente utilizzati in tutti i settori sono:

• 100% - Perfetto: Un punteggio perfetto indica che la produzione è impeccabile, ovvero che il sistema realizza solo pezzi conformi, al tempo di ciclo ideale e senza alcun tempo di fermo. In alcuni casi, un punteggio perfetto o quasi perfetto evidenzia che il tempo di ciclo ideale e il tempo di produzione pianificato possono essere ulteriormente ottimizzati.
• 85% - Livello mondiale: Questo è l'obiettivo a cui punta la maggior parte delle aziende, sebbene venga raggiunto raramente. Uno studio condotto da un'azienda di software che fornisce il monitoraggio OEE ha rilevato che a livello globale solo il 6% delle organizzazioni di produzione ha riportato un punteggio pari o superiore all'85%.
• 60% - Tipico: Un obiettivo realistico ed efficace; un valore intorno al 60% è considerato accettabile, ma indica ampi margini di miglioramento nel processo produttivo.
• 40% - Basso: Un valore pari o inferiore al 40% è comune per le aziende che hanno appena iniziato a raccogliere i dati relativi all'OEE per la prima volta. Rappresenta il punto di partenza per comprendere le prestazioni degli impianti e capire dove è necessario intervenire per migliorare la produttività industriale.

Sebbene questi benchmark siano importanti, i responsabili del controllo qualità e gli ingegneri di produzione analizzano anche le singole componenti che determinano il punteggio e il modo in cui queste migliorano nel tempo. Un ottimo esempio è rappresentato dal fatto che molte aziende puntano a raggiungere un OEE di livello mondiale dell'85%, che include un punteggio di qualità del 99,9%. 

La maggior parte dei team inizia i propri sforzi per migliorare la produttività manifatturiera implementando un sistema robusto di raccolta dati, che spesso include software per il calcolo dell'OEE, al fine di acquisire le informazioni necessarie per determinare il punteggio OEE e gli altri KPI utilizzati nel TPM (Total Productive Maintenance) e nella lean manufacturing. Una volta ottenute le informazioni necessarie a guidarli, i team possono apportare i seguenti miglioramenti:

• Valutare ciascuna delle "Sei grandi perdite" e individuare i problemi da affrontare in ogni categoria.
• Implementare l'analisi delle cause radice (RCA) per trovare i problemi di fondo.
• Utilizzare un processo decisionale basato sui dati in tutta l'organizzazione.
• Applicare l'automazione, laddove possibile, per la manutenzione, il cambio utensile, l'ispezione e la movimentazione dei materiali.
• Adottare le migliori pratiche standard del settore, come la lean manufacturing, il miglioramento continuo, il TPM e le metodologie Six Sigma.
• Valutare i turni e gli operatori, progettando percorsi di formazione e procedure di lavoro standardizzate per cogliere le opportunità di miglioramento dell'efficienza produttiva legate agli aspetti umani dei processi. 

Tutti i metodi di miglioramento delle apparecchiature OEE riportati sopra possono trarre vantaggio dalla corretta applicazione della simulazione a livello di componente e sistema. Gli ingegneri dividono la maggior parte delle applicazioni in due categorie: la modellazione fisica delle macchine e delle operazioni di produzione, o la modellazione a livello di sistema delle attrezzature o dei processi. La simulazione viene utilizzata perché:

• Evita costosi aggiornamenti ed esperimenti reali che comportano la messa in standby delle apparecchiature.
• Consente iterazioni rapide e studi di tipo "what-if" per comprendere il motivo alla base dei problemi di produttività.
• Guarda all'interno del sistema, fornendo i dati nelle posizioni in cui non sono presenti sensori o non è possibile montare i sensori.
• Fornisce dati relativi a diversi casi d'uso, non solo a situazioni storiche.
• Fornisce dati utili ai responsabili delle decisioni.

Gli ingegneri eseguono la simulazione a livello di componente utilizzando strumenti basati sulla fisica che modellano il comportamento strutturale, termico, chimico, fluido o elettromagnetico di un'apparecchiatura, ottimizzandola per aumentare la velocità di produzione o riducendo i tempi di inattività pianificati e non. Un buon esempio consiste nell'utilizzare una simulazione delle vibrazioni in uno strumento come il software di analisi degli elementi finiti strutturali Ansys Mechanical per rafforzare i componenti strutturali e rimuovere le vibrazioni a velocità operative più elevate. In alternativa, gli ingegneri utilizzano strumenti non lineari come il software di simulazione strutturale dinamica non lineare Ansys LS-DYNA per ottimizzare la velocità e il tempo di stazionamento riducendo al contempo l'usura dell'utensile di formatura; in questo modo si riducono i tempi di lavorazione e si aumenta la vita utile dell'utensile stesso.

Gli strumenti di simulazione sono stati migliorati per gestire situazioni molto complesse, come la movimentazione di grandi quantità di materiali, che è un aspetto comune in molti processi di produzione. Il software di simulazione dinamica delle particelle Ansys Rocky è un potente esempio di utilizzo della modellazione avanzata degli elementi discreti (DEM) per ottimizzare la produzione di compresse e capsule in una linea di produzione farmaceutica, migliorando la produttività, riducendo i tempi di fermo non pianificati e aumentando il numero di parti buone.

Dal lato della simulazione a livello di sistema, gli ingegneri implementano un'ampia gamma di strumenti di modellazione dei sistemi, come Ansys Partner Flownex per sistemi fluido-termici oppure la piattaforma Ansys System Architecture Modeler per riunire diverse discipline di simulazione e parti interessate per valutare il sistema di produzione nel suo complesso. 

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