基于约束理论的OEE设备综合效率方法研究
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在日益激烈的市场竞争中，顾客对产品多样性的需求呈持续增长趋势，因此造成产品的生命周期不断缩短、每批订单的产品数量不断下降。出于规避风险的考虑，这些变化使得企业不敢轻易添置或更新昂贵的生产资源，因而在产品的成长期和成熟期时常出现生产能力短缺问题。生产能力短缺将直接导致交货期延长，影响顾客的满意度，降低产品的市场竞争力。
持续改善是解决上述问题的有效途径。首先，持续改善不要求大量的投资，而是在原有技术条件下，采用科学的管理方法和技术，充分挖掘生产系统的潜力。因此，持续改善具有成本低、见效快的特点。其次，持续改善对企业现有的组织结构冲击较小，在实施过程中更容易获得不同部门的支持。从长期看，持续改善有助于为企业奠定稳固的基础。
工业革命以来，涌现出不少持续改善方法。设备综合效率（Overall Equipment Effectiveness，
OEE）和约束理论（Theory of Constraints，TOC）是其中两种较为突出的理论。OEE是全面生产维护（Total Productive Maintenance，
TPM）的重要组成部分，它能够全面地反映单台设备的有效利用率，并通过时间损失的分析，为改善提供必要的信息；然而，OEE追求的是局部最优，其本身不能用来直接对整个系统实施改善，而需要与系统的观点相结合。相比之下，TOC是一种系统化的制造管理哲理，它可以抓住重点，通过识别和改善瓶颈设备，提高生产系统的产销率、减少库存、并降低运行成本；然而，TOC的一些重要步骤仍然以定性方法为基础，要提高其可操作性，还需要结合定量方法。将OEE应用于TOC，充分发挥各自的优势，弥补彼此的不足，从而提供一种更加高效的改善方法，解决生产能力短缺问题。
1 设备综合效率
全面生产维护（TPM）的概念是中岛清一在1988年提出的，包括三个部分：设备有效利用率的最大化、操作者的自主维护和小组活动。OEE作为设备有效利用率的衡量指标，是实施TPM的基础。OEE不是被动的控制工具，而是改善的驱动力。
1.1 六大时间损失
库存和质量缺陷被认为是生产中的浪费；与设备的操作、闲置和维修等相关的时间浪费也受到了越来越多的重视。OEE将时间浪费划分为六大时间损失：①因生产准备与调整而造成的停机损失；②因设备故障而造成的停机损失；③空转和短暂停机时间；④加工速度的下降；⑤返工和废品等产品质量缺陷；⑥试生产造成的产量损失。
1.2 OEE计算公式的推导
基于六大时间损失，OEE计算公式的推导如下：
（1）时间开动率（Availability，A）
其中，计划工作时间＝（可用生产时间－计划停机时间）；计划停机时间指的是计划内的非工作时间，比如用餐、休息、培训、开会等。实际工作时间＝（计划工作时间－非计划停机时间）；非计划停机时间指的是因生产准备和设备故障而造成的停机时间。
（2）性能开动率（Performance Efficiency，PE）
性能开动率包含两个因素：节奏开动率（Rate Efficiency，RE）和速度开动率（Speed Efficiency，SE）。
（3）质量合格率（Quality，Q）
1.3 OEE的实施过程
从OEE计算公式可见，OEE是针对生产设备的操作、维护和管理的组合。它涉及了人员、设备、工具和技术等不同的要素，并且包含了各要素之间的复杂关系。由于设备并非孤立存在，从流程的角度看，存在着上下游生产单元的约束；从职能的角度看，存在着不同部门的影响。
一般来说，OEE的实施过程可以分为八个步骤：①熟悉改善对象（设备、人员、工具、工件、工作场所和生产工艺等）；②设计记录表格；③向人员解释记录的原因，消除人员的疑虑，赢得积极的合作；④实施现场记录；⑤及时统计和整理数据；⑥分析时间损失的原因；⑦选择改善措施并执行；⑧寻求反馈意见，比较改善前后的效果。
1.4 设备综合效率的优点与不足
OEE支持改善，具有简单性和综合性的优点。它利用标准化的公式和操作性强的实施过程，迅速找到时间损失的原因，采取相应措施，改善生产设备的有效利用率。
OEE也存在不足之处：它针对的是单独的设备，没有面向整个流程，缺乏全局优化的观点。如果OEE仅仅被用作是内部效率的指标，那么它对生产系统的贡献是微薄的。因此，OEE需要与系统化的观点相结合，才能实现生产系统的整体改善。
2 约束理论
约束理论（TOC）的思想是由以色列物理学家Goldratt在1984年提出的，并逐渐扩充形成一种系统化的制造管理哲理。目前，TOC的应用遍布众多产业，比如汽车、电子和服装等。在对100多家实施了TOC的企业进行调研后发现，这些企业的库存降低了49%，生产周期缩短了60%，财务状况提高了60%。
2.1 TOC的绩效指标
TOC以一种全局的、系统的观点来考察每个具体的管理决策对企业财政的实际影响。将制造全过程概括为三类基本活动，即制成品的销售、原材料和零配件的购进、以及变物料为制成品的转换。基于这三类活动，TOC定义了一组可操作的绩效指标：（1）产销率在一定时期内，企业获得的销售资金；（2）库存购买准备卖出的物料所投入的资金；（3）运行成本一定时期内，企业花费在将库存转变为产出的资金。
2.2 制造管理原则
在上述绩效指标的基础上，TOC提出了一套制造管理原则：①追求物流的平衡，而不是生产能力的平衡；②非瓶颈资源的利用程度不由其本身决定，而是由瓶颈资源决定；③资源的“ 利用”和“ 活力”不是同义词；④瓶颈资源上一个小时的损失则是整个系统的一个小时的损失；⑤非瓶颈资源节省一个小时无法增加系统产销率；⑥瓶颈资源控制了产销率和库存。
这些原则充分体现了TOC的核心思想，即在每个系统中都有一处或者几处约束环节，而整个系统的绩效是由其中最薄弱环节决定的。
2.3 基于TOC的管理过程
TOC是通过降低瓶颈资源对产销率的约束来改善生产系统。Goldratt提出了相应的管理过程：①识别系统中的瓶颈资源；②确定如何最大限度地使用瓶颈资源；③调动系统中的其他资源配合上述决策；④采取必要的措施改善瓶颈资源；⑤如果消除了瓶颈资源，那么就返回第1步，继续识别系统中的瓶颈资源。
TOC通常使用V-A-T分析法、DBR调度系统和缓冲管理，分别进行流程分析与描述、瓶颈资源的生产调度以及缓冲库存的管理。
2.4 约束理论的优点与不足
TOC抓住重点，避免了“一刀切”的管理弊病。在生产系统中，集中主要精力保证瓶颈设备的正常工作，从而缩短交货期，降低在制品的数量。同时，TOC保证了改善的持续性，因为瓶颈设备并不是静止的，而是动态变化的。
在实际应用中，TOC更多地强调
生产计划与控制，而局限了TOC在持续改善方面的优势。此外，TOC中的一些重要步骤仍然以定性方法为基础，缺乏定量化的分析方法，降低了可操作性。
3 基于约束理论的设备综合效率方法
从OEE与TOC的优缺点可见，它们彼此之间可以取长补短：TOC为OEE提供系统化的观点，使OEE成为面向流程的绩效指标；OEE为TOC提供定量化的分析方法，增强TOC的改善能力。基于TOC的OEE方法符合生产系统对改善的系统化和定量化的要求（如图2所示）。
考虑到OEE与TOC的各自特点，将OEE与TOC结合后，实施改善的具体步骤如图3所示。
4 应用实例
我国湖北省某大型机械制造厂根据定单要求，负责汽车零件的加工及整车装配。近年来，该企业的订单数量明显增加，超出当时生产能力的两倍。因此，企业引进了国外先进设备，希望增加生产能力。然而，企业的生产能力并未因此而增加，订单的交货期仍然难以保证，影响了客户的满意度和企业的声誉。因此，企业寻求一种改善方法，解决生产能力短缺问题。
由研究小组与企业组成效率改善联合项目小组，经过对企业现场的初步调研与数据分析，该厂生产能力短缺的关键问题在于落后的生产管理水平，造成了先进的关键设备低效运行。据此，将基于TOC的OEE方法应用于该厂的核心生产流程。
经过联合项目小组调研，确定该企业核心生产流程包括8道工序，并涉及8台关键加工设备。按照基于TOC的OEE方法的实施步骤，对此流程进行了效率改善的研究和应用。具体步骤为：（1）面向核心生产流程进行相关数据统计和整理，其中调研中关键数据类包括关键加工设备参数、特定工序要求参数、实际设备加工速率和核心流程实际产出率等；（2）面向确定对象数据类进行数据采集；（3）通过自主开发软件系统进行瓶颈设备的识别，并分析实际采集数据；（4）面向瓶颈设备计算得到OEE和相应的时间损失；（5）面向重大时间损失（设备调整、生产准备和质量检验），提出相应的改善措施。
改善措施执行之后，瓶颈设备的OEE和相应的时间损失都得到了明显改善（如表1、表2所示），实际生产流程的生产能力也得到了提升，整个生产流程的产出率增加近100%，基本满足客户对交货期的要求。