OEE là gì: công thức A × P × Q, ví dụ tính từng bước một ca, sáu tổn thất lớn và các lỗi hay gặp

OEE (hiệu suất thiết bị tổng thể, overall equipment effectiveness) là tỉ lệ thời gian sản xuất theo kế hoạch mà máy hay dây chuyền thực sự làm ra sản phẩm tốt ở tốc độ lý tưởng. OEE tính bằng độ sẵn sàng × hiệu suất × chất lượng, và có thể kiểm lại bằng số sản phẩm tốt × chu kỳ lý tưởng ÷ thời gian sản xuất theo kế hoạch. Với ví dụ một ca tính chi tiết bên dưới, dừng 60 phút và loại 500 sản phẩm, dây chuyền đạt 74,0 %.

OEE đo cái gì

Theo Wikipedia, thuật ngữ này xuất hiện lần đầu trong cuốn TPM Tenkai (1982) của Seiichi Nakajima và là thước đo trung tâm của bảo trì năng suất toàn diện (total productive maintenance, TPM). OEE so sánh sản lượng dây chuyền đã làm với sản lượng lẽ ra làm được trong thời gian đã lên kế hoạch chạy. OEE 100 % nghĩa là chỉ ra sản phẩm tốt, chạy nhanh hết mức quá trình cho phép và không dừng lần nào; Vorne gọi phần thời gian đó là thời gian hữu ích (fully productive time).

OEE là tích của ba hệ số, mỗi hệ số tách riêng một loại tổn thất:

Thời gian chạy máy (run time) bằng thời gian sản xuất theo kế hoạch trừ thời gian dừng. Chu kỳ lý tưởng (ideal cycle time) là chu kỳ nhanh nhất quá trình đạt được trong điều kiện tốt nhất; tốc độ lý tưởng (ideal rate) là nghịch đảo của nó. Vorne coi chất lượng là tỉ lệ đạt ngay lần đầu (first pass yield): sản phẩm phải làm lại không tính là sản phẩm tốt.

Nhân ba hệ số với nhau, các số hạng triệt tiêu và còn lại một tỉ số: số sản phẩm tốt × chu kỳ lý tưởng ÷ thời gian sản xuất theo kế hoạch. Vorne gọi đây là cách tính đơn giản. Nó cho ra cùng một OEE nhưng không chỉ ra tổn thất nằm ở đâu, nên dùng để kiểm lại là hợp nhất.

Định nghĩa không thống nhất giữa các ngành. Wikipedia ghi rằng mỗi công ty tự điều chỉnh, và tiêu chuẩn ISO 22400-2:2014 về chỉ số hiệu quả (KPI) cho quản lý vận hành sản xuất đưa ra hai phiên bản OEE có vẻ không nhất quán với nhau.

Con số hay được nêu làm mục tiêu là 85 % (độ sẵn sàng 90 %, hiệu suất 95 %, chất lượng 99 %). Vorne cho biết con số này lấy từ cuốn Introduction to TPM (1984) của Nakajima, được đưa ra như mức tối thiểu cho sản xuất rời rạc, và phần lớn nhà máy hiện chỉ quanh 60 %. Wikipedia cho rằng coi 85 % là mục tiêu đẳng cấp thế giới (world class) trong nhiều trường hợp là sai. Nên xem nó là con số kinh nghiệm và so một dây chuyền với chính lịch sử của nó.

Thời gian sản xuất theo kế hoạch: bỏ ra những gì

Mẫu số quyết định điểm OEE, và mỗi nguồn vạch nó một kiểu.

• Vorne chỉ bỏ ra phần thời gian không định sản xuất, thường là giờ nghỉ. Chuyển đổi sản phẩm (changeover) tính là thời gian dừng, và phần hỏi đáp của Vorne cho rằng bảo trì phòng ngừa nhiều khả năng cũng vậy.
• Module OEE của Sepasoft tính độ sẵn sàng bằng thời gian chạy ÷ (thời gian trôi qua − thời gian dừng có kế hoạch), nên dừng có kế hoạch không làm giảm độ sẵn sàng. Các chế độ thiết bị như bảo trì, đào tạo hay chạy thử có thể chọn đưa vào OEE hoặc không.
• Thời gian hoàn toàn không xếp lịch nằm ngoài cả hai cách trên và được tính trong TEEP, ở phần sau.

OEE tính theo các quy tắc khác nhau thì không so được với nhau. Mỗi nhà máy nên ghi rõ sự kiện nào nằm ngoài thời gian sản xuất theo kế hoạch, áp cùng quy tắc cho mọi dây chuyền và mọi ca, và báo cáo riêng phần thời gian đã bỏ ra.

Ví dụ tính: một ca trên một dây chuyền

Ví dụ dùng đúng giá trị mặc định của máy tính OEE trên trang TDL. 480 phút là thời gian sản xuất theo kế hoạch, tức là đã trừ giờ nghỉ.

Bước 1, độ sẵn sàng. Thời gian chạy máy = 480 − 60 = 420 phút. Độ sẵn sàng = 420 ÷ 480 = 87,5 %.

Bước 2, hiệu suất. Ở tốc độ lý tưởng, 420 phút chạy máy lẽ ra làm được 420 × 100 = 42.000 sản phẩm. Dây chuyền làm được 36.000. Hiệu suất = 36.000 ÷ 42.000 = 85,7 %. Tính theo thời gian: 36.000 × 0,01 phút = 360 phút chạy thuần (net run time), và 360 ÷ 420 cũng ra 85,7 %.

Bước 3, chất lượng. Số sản phẩm tốt = 36.000 − 500 = 35.500. Chất lượng = 35.500 ÷ 36.000 = 98,6 %.

Bước 4, OEE. 0,8750 × 0,8571 × 0,9861 = 0,7396, tức OEE = 74,0 %. Nên giữ bốn chữ số thập phân khi nhân: nhân các phần trăm đã làm tròn (87,5 × 85,7 × 98,6) sẽ ra 73,9 %.

Kiểm lại. Số sản phẩm tốt × chu kỳ lý tưởng = 35.500 × 0,01 = 355 phút hữu ích, và 355 ÷ 480 = 74,0 %.

Cũng ca đó, tính ra số phút mất:

Thời gian mất do chạy chậm bằng đúng thời gian mất do dừng máy, nhưng nếu chỉ có sổ ghi dừng máy thì không thấy phần này. Đổi ra phút, ba loại tổn thất so được trực tiếp với nhau.

Sáu tổn thất lớn

Mỗi hệ số thường được chia thành hai tổn thất. Tên và ví dụ theo Vorne:

Wikipedia dùng tên khác cho cùng cấu trúc: chờ, hỏng, dừng ngắn, giảm tốc độ, phế phẩm và làm lại.

Ranh giới giữa dừng ngắn và dừng máy là do nhà máy tự đặt. Vorne gắn nó với quy định ghi lý do dừng: nếu mọi lần dừng quá hai phút đều phải ghi lý do thì những lần đó tính vào hỏng thiết bị, còn lần ngắn hơn rơi vào hiệu suất. Phần hỏi đáp của Vorne cũng cảnh báo đừng đặt ngưỡng ghi dừng máy thấp tới mức người vận hành mất thời gian ghi dữ liệu ngang thời gian chạy máy.

TEEP: tính cả thời gian không hề xếp lịch

TEEP (total effective equipment performance) là OEE nhân với mức sử dụng (utilization), mà Vorne định nghĩa là thời gian sản xuất theo kế hoạch ÷ toàn bộ thời gian; Wikipedia gọi hệ số này là loading. Nếu dây chuyền trong ví dụ chạy một ca 480 phút mỗi ngày, mức sử dụng là 480 ÷ 1.440 = 33,3 % và TEEP = 74,0 % × 33,3 %, tức 355 phút hữu ích ÷ 1.440 = 24,7 %. OEE cho biết thời gian đã xếp lịch được dùng tốt tới đâu; TEEP cho thấy thêm còn bao nhiêu năng lực chưa xếp lịch.

Những lỗi hay gặp

Chọn tốc độ lý tưởng. Vorne chấp nhận tốc độ trên nhãn máy (nameplate) của nhà chế tạo hoặc tốc độ nhanh nhất mà quá trình giữ được qua khảo sát thời gian, không hạ nó xuống vì máy cũ hay vật tư kém, và bác bỏ chu kỳ tiêu chuẩn (standard, budget) dùng để lập kế hoạch vì nó che tổn thất. PackML định nghĩa tốc độ thiết kế (MachDesignSpeed) cho máy như đã lắp đặt, không phải định mức tối đa của nhà chế tạo. Chọn một cơ sở, đặt cho từng sản phẩm và ghi lại.

Hiệu suất trên 100 %. Theo phần hỏi đáp của Vorne, khi một chỉ số OEE vượt 100 % thì gần như luôn là do hiệu suất, với chu kỳ lý tưởng đặt quá dài, tức tốc độ lý tưởng đặt quá thấp. Sửa lại tốc độ thay vì chặn kết quả ở 100 %.

Dời chuyển đổi sản phẩm sang dừng có kế hoạch. Vorne tính thời gian chuyển đổi vào độ sẵn sàng. Bỏ nó ra khỏi thời gian sản xuất theo kế hoạch thì OEE tăng mà dây chuyền không đổi gì, và tổn thất này biến mất khỏi báo cáo.

Lấy trung bình các phần trăm. Dây chuyền 1 chạy 480 phút, OEE 74,0 % (355 phút hữu ích); dây chuyền 2 chạy một đơn 120 phút, OEE 40,0 % (48 phút). Trung bình cộng là 57,0 %, nhưng hai dây chuyền làm được 403 phút hữu ích trong 600 phút kế hoạch, tức 67,2 %. Phần hỏi đáp của Vorne nêu đúng ý này cho trường hợp một máy chạy nhiều sản phẩm: trung bình cộng là không đủ, phải cộng thời gian chạy, thời gian kế hoạch và số đếm trước rồi mới chia. Với cả nhà máy, Vorne lấy trung bình OEE của từng thiết bị có trọng số theo thời gian sản xuất theo kế hoạch hoặc theo giá trị gia tăng; trọng số theo thời gian kế hoạch cho ra đúng 67,2 % như trên. Ngược lại, Wikipedia cho rằng không nên gộp OEE lên mức phân xưởng hay nhà máy.

Tính hàng làm lại là hàng tốt. Vorne tính sản phẩm phải làm lại là sản phẩm loại ở lần chạy đầu tiên.

Thu thập dữ liệu: ghi tay hay lấy từ PLC

Vorne khuyên bắt đầu bằng cách tính OEE thủ công để nắm phương pháp, rồi chuyển sang thu thập tự động để có dữ liệu dừng máy chính xác hơn, thấy được chu kỳ chậm và dừng ngắn, và có số liệu tức thời. Sepasoft cho rằng dữ liệu dừng máy ghi tay ra giấy rồi nhập lại sau thường thiếu chính xác, và tới lúc có số thì số đã cũ.

Trang OEE của TDL liệt kê dữ liệu lấy từ PLC dây chuyền: trạng thái máy (chạy, dừng, thiếu hàng, nghẽn, lỗi), số đếm sản phẩm tốt và sản phẩm loại từ máy chiết rót, camera kiểm tra, cân kiểm tra và trạm loại, cùng các word alarm cho biết nguyên nhân từng lần dừng. PackML, do OMAC soạn cùng ISA, định nghĩa bộ tag (PackTags) mà Wikipedia mô tả là được thiết kế để phục vụ tính OEE. Trong bản ánh xạ sang OPC UA (OPC 30050), nhóm tag admin có ProdProcessedCount (sản phẩm đã qua máy, cả tốt lẫn lỗi), ProdDefectiveCount, StopReason (sự kiện đầu tiên ghi được khi máy dừng, dùng cho báo lỗi first-out) và thời gian cộng dồn ở từng trạng thái.

PLC không phải lúc nào cũng biết vì sao máy dừng. Ví dụ của Sepasoft là người vận hành bấm nút dừng: hệ thống ghi được việc đó, còn người vận hành chọn nguyên nhân thật. Module OEE của Sepasoft cũng ghi các tag chế độ, trạng thái, số đếm, ca và tốc độ chuẩn, và cho phép tính nhiều trạng thái máy (ví dụ của Sepasoft: nạp liệu, gia nhiệt, ép khuôn) là đang chạy. Vorne khuyên đo ở điểm thắt (constraint) của dây chuyền, vì hiệu quả của điểm thắt chính là hiệu quả của cả dây chuyền.

Trên trang giám sát OEE và dừng máy của TDL: trạng thái, số đếm và word alarm đã có trong PLC thì đọc nguyên trạng; cái nào thiếu thì thêm bằng thay đổi nhỏ trong chương trình và chạy thử trên dây chuyền, thường bắt đầu từ dây chuyền nút cổ chai hoặc dây chuyền chuyển đổi nhiều. Với máy cũ, xem trang kết nối thiết bị hiện hữu. Cũng trang đó ghi màn hình OEE chạy trên Ignition, FactoryTalk View SE hoặc AVEVA System Platform kèm historian; phần historian có trong bài về historian.

OEE và MES

ISO 22400-2 bàn về các chỉ số hiệu quả cho quản lý vận hành sản xuất, trong đó chỉ số về thiết bị gắn với đơn vị làm việc (work unit) như định nghĩa trong IEC 62264; bài ISA-95 trên Wikipedia liệt kê các phần của ISA-95 là bản sửa đổi từ các phần tương ứng của IEC 62264. Quản lý vận hành sản xuất là cấp 3 trong mô hình ISA-95, lớp MES.

OEE cũng có thể là một module trong MES. Module OEE Downtime của Sepasoft chạy trong Ignition, cạnh các module Track & Trace, SPC và Settings & Changeover, với Business Connector để nối sang ERP. Trang OEE của TDL ghi rằng số đếm và dữ liệu dừng máy có thể gửi lên MES hoặc ERP qua giao diện database hoặc web service. Khi nào bảng tính là đủ và khi nào nên dùng nền tảng, xem bài MES là gì và ba cách có MES và trang MES trên Ignition.