基于TOC理論的OEE的應(yīng)用
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1 引言
半導(dǎo)體制造投資巨大，尤其是設(shè)備成本極其昂貴，因此，有效利用設(shè)備一直是企業(yè)關(guān)注的焦點。由于
OEE(整體設(shè)備效率)考慮了設(shè)備所有的運行情況，計算方便準(zhǔn)確，且更加適合柔性生產(chǎn)設(shè)備，彌補了傳統(tǒng)計算效率方法的不足，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但由于OEE針對的是單臺設(shè)備，缺乏系統(tǒng)性，因此本文引入TOC理論，在對OEE與TOC進(jìn)行簡要介紹的基礎(chǔ)上，提出一基于TOC理論的OEE應(yīng)用模型，將定性與定量相結(jié)合，以期彌補OEE的不足，提高其應(yīng)用的效率。
2 OEE簡介
2.1 OEE概念及計算
OEE計量設(shè)備及其規(guī)定能力制造好零件的時間百分率，是全面生產(chǎn)維護(hù)的一部分，衡量著整個制造過程的績效。
OEE由三個基本元素構(gòu)成：用效率(AE)、性能效率(PE)、合格品率(RQ)。
2.2 OEE的分類
2.1中介紹的是標(biāo)準(zhǔn)OEE的計算。另外，根據(jù)計算與分析的需要，OEE又可分為：產(chǎn)品OEE、需求OEE及群設(shè)備OEE。
(1)產(chǎn)品OEE(OEEp)是在產(chǎn)品可獲得情況下，對設(shè)備效率衡量的一種方法，它是在標(biāo)準(zhǔn)OEE中去除設(shè)備可運行但缺料加工的情況。其計算如下
(2)需求OEE(OEEd)是衡量與產(chǎn)品計劃有關(guān)的設(shè)備效率。計算需要有工廠產(chǎn)能模型，以標(biāo)識設(shè)備計劃閑置時間或計劃無WIP時間。
OEEd從設(shè)備開動時間內(nèi)去除了計劃閑置時間，其計算公式如下
(3)群設(shè)備OEE目前SEMI(國際半導(dǎo)體設(shè)備與材料組織)還未對其明確定義，對其本身衡量指標(biāo)尚待進(jìn)一步研究。
2.3 OEE實質(zhì)
OEE實質(zhì)就是生產(chǎn)周期內(nèi)理論加工時間和負(fù)荷時間的百分比，它可以從標(biāo)準(zhǔn)OEE的計算公式中推導(dǎo)出來
即實際產(chǎn)量與負(fù)荷時間內(nèi)理論產(chǎn)量的比值。
2.4 利用OEE進(jìn)行損失分析
利用OEE可以進(jìn)行主要設(shè)備損失分析。首先，通過OEE模型各子項的分析，可以很容易地找出影響設(shè)備效率的原因，然后有針對性地解決問題，達(dá)到提高設(shè)備效率的目的。OEE根據(jù)其三類元素將設(shè)備效率的主要損失歸為六大類(表1)。
2.5 OEE的優(yōu)點與不足
與傳統(tǒng)計算設(shè)備利用率的方法相比，OEE具有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的方法僅專注于可用效率，OEE還考慮到效率及質(zhì)量因素，它使決策者能同時關(guān)注設(shè)備的多方面，便于采取相應(yīng)調(diào)整措施。但OEE也有其自身的局限性，它針對的是單臺設(shè)備，缺乏全局優(yōu)化觀點。計算OEE雖然方便，但要分析其相應(yīng)參數(shù)，卻需大量精確數(shù)據(jù)，而由于生產(chǎn)的動態(tài)性及環(huán)境的變化，這些數(shù)據(jù)不易獲得。要對OEE進(jìn)行改善，需大量的人力、物力，可能涉及到組織的每一方面，如生產(chǎn)、維護(hù)、工藝部門。
如果OEE僅僅被用作內(nèi)部效率指標(biāo)，則它對生產(chǎn)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)是微薄的。因此，OEE需要與系統(tǒng)化觀點結(jié)合，才能實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體改善。
3 TOC理論
3.1 TOC理論簡介
約束理論(Theory of Constraints)是以色列物理學(xué)家Goldratt提出的。
TOC理論認(rèn)為，對于任何一個由多階段構(gòu)成的系統(tǒng)來講，如果其中一個階段的產(chǎn)生取決于前面一個或幾個階段產(chǎn)出的話，那么，那個產(chǎn)出率最低的環(huán)節(jié)決定著整個的產(chǎn)出水平。換句話說，一個鏈條的強度是由它最薄弱的環(huán)節(jié)來決定的。
在企業(yè)的整個經(jīng)營業(yè)務(wù)流程中，任何一個阻礙企業(yè)去更大程度增加有效產(chǎn)出或減少庫存和運行費的環(huán)節(jié)，就是一個“約束”， 通常也稱作“瓶頸”。TOC的管理思想就是首先抓瓶頸，使最嚴(yán)重的制約因素凸現(xiàn)出來，從而從技術(shù)上消除了“避重就輕”、“一刀切”等管理弊病發(fā)生的可能。由此，短期的效果是“抓大放小”，長期的效果是大問題、小問題都沒忽略，從而使企業(yè)整體生產(chǎn)水平和管理水平日益提高。
3.2 TOC理論優(yōu)缺點
優(yōu)點：在生產(chǎn)系統(tǒng)中集中主要精力保證瓶頸設(shè)備的正常工作，同時保證持續(xù)改善。
缺點：在實際應(yīng)用中，TOC更多地強調(diào)
生產(chǎn)計劃與控制，而局限了TOC在持續(xù)改善方面的優(yōu)勢。另外，TOC的一些重要步驟仍以定性方法為基礎(chǔ)，缺乏定量化的分析方法，降低了可操作性。
4 基于TOC的OEE應(yīng)用
從以上對OEE與TOC的優(yōu)缺點的討論，可見這兩者之間可以取長補短、相互結(jié)合以提高系統(tǒng)的總體效率。具體而言，TOC為OEE提供系統(tǒng)化的觀點，使OEE成為面向流程的績效指標(biāo)；OEE為TOC提供定量化的分析方法，增強TOC的改善能力。基于TOC的OEE方法兼顧兩者優(yōu)點，符合生產(chǎn)系統(tǒng)改善的系統(tǒng)化和定量化要求。實施改善的具體步驟如圖1所示：
4.1 基于TOC的OEE方法于晶圓代工中的應(yīng)用
根據(jù)圖1，要成功進(jìn)行OEE管理，必須要有兩個層面的模型：微觀層與宏觀層。
4.1.1 微觀層模型
微觀層模型需要收集的數(shù)據(jù)與所做的工作包括：工作站工藝圖；任務(wù)分析；工作流分析；時間研究；維護(hù)信息研究。
由于OEE計算包括理論產(chǎn)出，而這一計算要求現(xiàn)場數(shù)據(jù)的精確性。為了達(dá)到這一目的，必須對每個工藝菜單進(jìn)行精確測量，在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行OEE計算并展開進(jìn)一步分析與改善，否則會造成計劃與實際現(xiàn)場情況不符，使改善工作無章可循。因此上述工作中時間研究對OEE的精確計算起著至關(guān)重要的作用，是OEE應(yīng)用的基礎(chǔ)。
4.1.2 宏觀層模型
宏觀部分主要是將每個工作站中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、統(tǒng)計處理，并與計劃相結(jié)合，進(jìn)行瓶頸識別與產(chǎn)能分析。兩者結(jié)合的工廠模型如圖2所示。
如何應(yīng)用微觀層的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的瓶頸識別呢？參考所謂“設(shè)備固有效率”概念進(jìn)行瓶頸機臺診斷。下面就對此概念進(jìn)行簡要介紹。
前文己知 OEE＝AE×PE×Q
從上述的公式推導(dǎo)中可知，IEE≥OEE(此處OEE指企業(yè)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)定出的計劃OEE值)，當(dāng)IEE的值越接近OEE值，則該設(shè)備就越有可能成為瓶頸機臺，因此，可以通過比較兩者的值進(jìn)行瓶頸識別。因此，企業(yè)可以在微層通過對設(shè)備維護(hù)信息、設(shè)備宕機信息、設(shè)備生產(chǎn)、空閑時間及工藝信息的及時收集計算出各設(shè)備的OEE及IEE的值，對兩者的偏差超出企業(yè)所訂上限的定為瓶頸，再從宏觀角度開展各類改善活動，如
TPM。
半導(dǎo)體行業(yè)是一自動化程度較高的行業(yè)，各企業(yè)幾乎都有自己的MIS系統(tǒng)及MES系統(tǒng)，但對國內(nèi)企業(yè)而言，企業(yè)內(nèi)部部門與部門之間的聯(lián)系、車間層與管理層之間的信息互動還存在很大的缺陷，最重要的一點就在于系統(tǒng)的實時性較差，部門間的系統(tǒng)相互獨立，使管理人員無法及時獲得FAB現(xiàn)場的信息。就這一點，圖3提出了一晶圓制造過程實時系統(tǒng)的工作流程，以供參考。
其中，MES系統(tǒng)主要用于實時數(shù)據(jù)采集，及時跟蹤現(xiàn)場的設(shè)備情況。數(shù)據(jù)處理模塊是將收集到的實時數(shù)據(jù)利用圖3模型中的方法進(jìn)行處理后，交由決策支持系統(tǒng)根據(jù)提交的設(shè)備信息(包括OEE構(gòu)成的各種元素)對瓶頸設(shè)備OEE的各因素進(jìn)行分析，提出問題的初步診斷，供決策者參考，后由相關(guān)部門根據(jù)需要進(jìn)行查詢，并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。
5 結(jié)束語
本文通過介紹OEE與TOC理論的特點，將兩者結(jié)合起來提出一基于TOC理論的OEE應(yīng)用模型，使企業(yè)能及時監(jiān)測到瓶頸機臺，將關(guān)注點放于重點機臺，減少了分析的數(shù)據(jù)量，提高了企業(yè)的整體效率。