全员生产性维护

全员生产性维护

全员生产性维护（TPM）被看作精益不可分割的一部分。如果机器频繁发生故障，肯定没有精益实施可以获得成功。通过更恰当地使用并延长设备的寿命，TPM的意义远远超过故障停机问题，它还包括可用性、绩效和质量，以及安全和资本投资。TPM和图6-2所示的浴盆曲线有关。

并非所有的机器都具有全部的浴盆曲线失效特征，它有三种类型。

类型I：如航空发动机，很多的冗余被设计进产品。如果小部分失效，整体将没有大碍，它可以保持继续飞行。经典的电子产品也属于此类型，在一开始的“调试期”故障率较高，此后进入稳定的运行期。

类型II：汽车是此类型的典型代表。新产品工作正常，随着磨损的产生，故障率提高。大部分的发动机和马达也是如此。

类型III：这是传统的“浴盆曲线”。许多产品的失效模式就是这样，从灯泡到复杂的机器。以灯泡为例：刚插入灯座的时候有可能立即产生故障，如果此时没有出现故障，那么大部分的灯泡都在一定时期以后陆续出现故障。

如果有以可靠性为中心的维修保养，可以根据故障模式对维修的类型进行调整。

TPM和全面质量管理（total quality management，TQM）有很多共同点。每个人都要参与其中，行使特定职责，并非仅仅依靠专家。在全面质量管理中,有一个“质量链”的概念；同样，TPM有设备寿命周期的概念，两者都可以预防为目的。两者都将范围扩大到操作者、产品、流程和环境。两者都以分摊工作量为目标，通过让一线人员承担尽可能多的责任，可以让管理者抽身到她可以发挥最有效作用的地方，通过把专家从琐事中释放出来，可以让它们去从事更复杂的工作，（这样可以形成一个积极的反馈回路）。两者都使用“基于事实的管理”。TPM被看作和上述的“浴盆曲线”相关。TPM对曲线中的每一个部门都加以关注。它通过早期的设备维护和提高对设备使用的理解来减少调试期的故障。它通过自主维护和9步法来减少稳定期的故障。9步法还可以延长设备的寿命。它也通过预见性维护和计划性维护来关注上升拐点，使磨损期的故障也相应减少，如图6-3所示。

总体上说，TPM活动要么是基于事件的，要么是基于时间的。请想想自己的汽车。你是不是在每次洗车的时候也检查一下车况，或者是每个星期天？通常，这两种情况下都要进行检查。

1. 6大损失和综合设备效率

6大损失和综合设备效率（OEE）的概念在TPM中广泛应用。6大损失可以划分为三个范畴：可用性、性能和质量，这三个范畴是OEE的基础，如图6-4所示。

可用性：需要修理时的非计划停机导致的故障损失。任何超过10分钟的非计划停机通常被认为是故障。它们可能是电气的、机械的、液压的、气动的等。当在产品之间换型时，会发生换型和调整损失。换型时间通常定义为从上一批的最后一个产品完成到下一批的第一个合格产品完成的时间。不过，要注意，让设备全速生产可能需要很长的时间，在这期间需要频繁地调整，相应的调整时间也要记录。

性能：如果停机时间少于10分钟，则定义它们为小停机和空转或闲置。有一系列原因可以导致此类损失，比如崩刃、添加冷却水、卡料、去除碎屑、小的调整等。数据收集以后，可能会发现小停机是最大的损失。因为小停机很频繁，持续时间短，记录困难，所以经常被忽略。活动抽样法对此大有帮助。另一个方法是让操作员在靠近工作场所方便的地方用“正”字记录小停机发生的次数，随机抽样20个实际小停机样本进行分析，就可获得小停机时间的平均状况。

机器没有按照设计速度运转则产生（降低的）速度损失。典型的原因是流量限制、CNC设备的程序错误、工具磨损、喂料机构和传送带问题等。

质量：零件缺陷会导致报废或者返工，任何导致机器不能按照产品规格生产的问题都可以导致损失。在换型的时候，机器启动和停止也会产生报废或者返工。这些损失按照数量来计量。注意，有些系统中将机器从启动到达到全速运行的时间也归纳并到这个类别，而不是作为换型损失的一部分。

2. 综合设备效率

OEE=时间开动率×性能开动率×合格品率，最终结果用百分比的形式表示。

举例：一个班次9小时。工作时间是8小时—因为计划性维护和会议时间占用1个小时。故障停机20分钟，换型时间40分钟，标准的机器加工周期是1分钟。最终该班生产了350个产品，其中50件需要报废，这其中的30件是在调整期间产生的。

时间开动率：（8×60-20-40）/480=420/≈88%

性能开动率：420分钟内的实际产出比率，即（350×1）/420≈83%

合格品率：300/350≈86%

OEE=88%×83%×86%≈63%

在非流程性工业中，世界级的OEE水平在85%～92%。而然，普遍适用的世界级OEE数据并不存在。注意，20世纪90年代的数据可能表明，换型导致时间利用率低下，因此企业倾向于大批量生产。和总的OEE数据一样，每一个单独的OEE成分也应该用图表的方式来跟踪，并放到生产现场。同时，在每张图表的下方用鱼骨图对可能的原因进行分析是一个很好的做法。使用CEDAC则更为有效(CEDAC带卡片的因果分析，cause and effect diagram with addition of cards)，用各种颜色的卡片来记录进展情况（红色表示未事项，黄色表示完毕事项，卡片的背面记录详细的备注信息）。

使用OEE的注意事项：

OEE和计划达成率无关。如果所做的产品是错误的，即使OEE很高也毫无用处。

可以通过“好”和“坏”两种方式来改善OEE。好的方式是减少小停机次数，降低换型时间。也可以用坏的方式，即通过简单地降低换型次数来达到。OEE不应该单独使用，而应该和计划达成率一起使用，即应跟踪检查批次是否按照预期进行。因此，不要把OEE自身作为目标。

还有一个成本因素要考虑—因为减少换型而大幅度增加成本可能对生产率不利。

不要衡量全工厂的OEE水平。将多台设备的绩效综合起来看OEE没有意义。仅仅将目标对准关键设备。帕累托！

还有其他“伪造数据”的方法—简单而言，不要制造大量有质量缺陷的产品，也不要让机器的调整很复杂。

对于“我们已经将OEE提高了20%”的自夸，在表示欢迎的同时也要非常谨慎：是否是过量生产？是否是瓶颈？是否适当？是否仅仅因为增加了每批次的数量？

是否应该按照每个班次来衡量OEE？是的，原则就是，仅仅衡量那些可以对其采取行动的东西？

OEE方法有一个严重瑕疵，就是标准的OEE计算中没有包括变异的测量。换句话说，两台机器可能在（比如）一周的时间跨度内具有相似的OEE，但是变异差别很大。要考虑的是，两台具有相同的80%OEE的机器可能对你的制造系统产生差别很大的影响，如果一台在20%~100%变动，而另外一台的变动能够保持在78%~82%的话！就其对系统的影响而言，结果将截然不同。在工厂物理学章节中讨论的金曼（Kingman）方程告诉我们，产能利用率是如何关键，不要过度使用资源是如何重要，保留少许产能的必要性，波动对产出的影响。我们也要警惕对于产能的狭隘看法。丰田公司的组长和主管，据知，都有少许的富余的控制幅度。这肯定不精益！然而，控制幅度和因而产生的快速响应肯定对产能有影响。就像一台性能良好的机器，可能也不会有好的产出，除非它拥有足够的维护等支持。这个现象可以在端到端的OEE中看到，而彼得.威尔莫特（Peter Willmott）称之为门到门的OEE，不过在单台机器的OEE中看不到。

3. 聚焦TPM活动

聚焦TPM活动的卓越方式就是按照下列方式制作绩效图。

从工作日开始。确定工作日的计划性维护、停机和计划的闲置时间。将剩余的时间按照6大损失和实际的有效工作时间分开。再将它们除以代表性产品的产量。结果就是如图6-5所示的堆积柱状图。

现在来分析图示中的3台机器：第一台机器的OEE最差，第二台最接近节拍时间，第三台机器周期充裕，不过损失很大，整体工作周期超过节拍时间。我们应该把哪一台机器作为改善的目标呢？将OEE最差的机器作为工作的目标可能不得要领。问题是，它严重吗？只要总时间低于节拍时间，聚焦于机器周期时间也是没有意义的（而更多的价值流分析出版物则建议这样做）。在这里，第三台机器应该是聚焦的对象，尽管它的OEE不是最低，机器周期时间也比较宽裕。那么，聚焦与第三台机器的哪方面呢？分析6大损失。深入分析，对一周中的每一天都做重复的分析，并画出走势图。而且用SPC原则来监控OEE。

4. 威尔莫特的9步模型

测量循环

（1）收集设备的历史和绩效分析数据。这个步骤聚焦在项目整体上，以及设定测量的目标（例如，成本、OEE、人员、材料、节约等）。通常它们都只是一台机器或者一个生产单元的数据，而不是一个工厂的数据—工厂数据简直太大了。要组建一个小型的团队。在车间现场设立一块TPM展示板，来显示9个步骤的进展。收集操作手册和机械、液压、电气、气动等系统的图纸。汇集任何可以收集到的历史数据：安装、工作方式、绩效水平、零件更换记录，以及计划性维护记录。同时，也要识别机器上的任何存在安全隐患的位置，用黑点表示严重安全隐患，棕点表示一般安全隐患。

（2）定义并计算OEE。在团队成员之间阐明OEE的定义，并在车间现场的OEE展示板上展出。用小组头脑风暴法想出可能的原因，在展示板上画出图形。这个步骤可能要用数天甚至数周时间来收集数据，清楚地识别不同情形时的6大损失分布。和工厂管理人员讨论并对进展、方法和数字取得一致意见。图6-4所示的鱼骨图常常用于此处。

（3）评估6大损失，设定预先顺序。这个步骤包括了一章所讨论的分析。获取管理层对优先顺序的认同和批准。

状态循环

（4）关键性评估。这一步骤和第三步可能存在重叠。列出所涉及机器的所有部件的清单。不是表面上地，而是具体深入地讨论并理解各部门的功能以及它们的相关性。为什么它刚好被设计成这样？识别关键部件：为什么它是关键的？讨论每一个关键部件的最佳运行条件（例如温度、润滑、清洁和锋利度等）。将各关键部件的最佳运行条件标在它们的图纸上。然后确定总体的运行条件。最后讨论各部件加速磨损的原因，以设备为基础，以操作人员为基础，以环境为基础。这个阶段费时很长而没有立即的影响—不过从长远来看影响巨大。坚持下去！注意，虽然改善团队或许已经经历了数天或者数周时间，但直到现在才可以采取一些具体的行动进行改善。

（5）初始清洁和状态鉴定。对要清洁的位置达成一致意见。获取所有需要的特定的清洁工具。将现状进行拍照。系统、详细地检查机器的每一个零件。清洁并检查，记录每一个发现的问题。清洁结束时，对机械、液压、电气、气动等部件一一填写鉴定表。制定一个清洁和检查计划（“清洁就是检查”）。找出污物的源头（内部和外部），制定消除、隔离、预防计划，需要时也制定清洁计划。和工厂管理层进行讨论。

 鉴定的类别有S（safety，安全），A（availability，可用性），P（performance，性能），Q（quality，质量），R（reliability，可靠性），M（maintainability，可维护性），E（environment，环境），和C（cost，成本）。鉴定的结果用1、2、3表示：1表示没有影响，2表示有部分影响，3表示有重大影响。

（6）计划修复。制定周期性的修复计划，包含修复内容、人工、计划的完成时间，以及PDCA周期的划分等。和工厂管理层进行讨论。计划设备的停机维修时间。进行清除污物行动。研究防错措施并尽可能运用。检查快速换型的需求，并在需要的地方实施。

（7）建立资产维保系统。清楚地明确操作人员的职责和角色。制定一个清洁和检查清单，频次要适当。建立现场可视化信息板，包括定期的和日常的维修、安全、质量、操作者检查等活动。识别并用颜色标记所有的计量表、管道、润滑点、油位和监视孔、螺栓紧固位置等。

 给所有的部件和工具制作并使用标签，并建立和操作手册的相互对照引用索引。标明介质的流动方向和发动机的转动方向。安装检查窗。

问题预防循环

（8）设定最佳实践例行活动和标准。将前述步骤中学习到的知识汇集在一起形成最佳实践手册。在需要的地方制定“一点课”。见可视化管理章节中的单独的描述。评估标注操作规程（SOP）—需要时做出修订，使用照片并咨询操作者，并放置在作业现场。评估维修指导书。

 评估设备备件—需要准备哪些备品备件，放在何处，制备多少。编制备品备件的索引清单，并和操作手册以及SOP相互参考。为每一台设备制定一本备件目录。把这些文件放在适当的地方—肯定不是办公室！

 很多优秀的例行活动可以通过“常识”制定出来。同样的，可以想想你的汽车。在没有任何机械知识的情况下可以进行至少30项的检查。它们对你的车起作用，或许对你的生活起作用。

（9）问题预防。这是一个改善循环。OEE项目发现特定损失，由损失识别问题，通过询问五次“为什么”的方法来处理问题就可以得到解决方案。方法是P-M分析—类似于由变异、错误和复杂组成的质量矩阵，以及6M（参见质量章节）。优先考虑的是低成本/零成本解决方案，同时也考虑引入技术性解决方案，以及支持性服务解决方案。将所有这些反馈到之前的步骤，一个循环就完成了。

5. TPM的重要特征

最新即最差。这一刺激性的陈述是TPM的核心。为什么一台设备在新的时候是最差的状态？因为，它或许还不能生产合格产品，标准操作规程还没有制定，防错装置（Pokayoke）还没有添加，操作和故障模式还未知，6大损失也没有获得测量或者理解，重要的内部元器件不可见（通过透明窥视窗）或者还没有用状态监控装置加以监测。

可视性。和其他精益工具一样，TPM致力于让所有人对发生的一切一目了然。这意味着维修记录需要放在机器的旁边，识别出的问题也放在机器的近旁，按照5S的做法，将金属盖板更换成透明的塑料或者玻璃盖，让重要零部件可以从外面看见。同样，按照5S的做法，任何的滴、漏都可以更加轻易地发现。

红牌。红牌可视化TPM的通用形式。维修“申请单”被写在红牌上，悬挂在车间显眼位置的展示板上。采取行动后则取下相应的红牌。通常红牌上面的问题是操作人员无法处理的问题。

故障模式和计划性维护。在经典的预防性维护中，经常有“浴盆曲线”的假设，即在使用初期故障率很高，然后降低并维持在一个较低的水平，最后在磨损期又上升了。因此要在故障风险即将要增加的时候安排日常维护。现在，我们知道并非所有的设备故障服从此模型。有些没有高故障率的磨合调试期，有些没有故障率突然升高的磨损期，有些则呈现出持续的下降，等等。重点是你需要知道故障模式，以便安排更好的计划性维护。因此，要记录数据，最好是自动记录，比如，冲压模具的使用次数。操作工一般对故障模式有精准深入的知识，要咨询他们。要制定维护保养周期，就和盘点类似，对重要设备给予更多的关注，分配责任，目的是改进，而不仅仅是维护。

条件监控。条件监控是TPM中的专家职能，不过在某些环境下（例如，重型的旋转型机械装置）它是重要的降低成本的方法。方法有：振动检测、温度监测、轴承监测、排放检测、油液分析等。现在，很多手持的连接计算机的装置可以对此提供帮助。

信息系统。信息系统一直是PM（预防性维护）的重要部分，同时也是TPM的重要部分。然而，它们的范围已经从机器扩展到操作者、安全、能源问题，甚至可以记录工作场所的数据。

设计、行政管理和标杆学习。如今，在行政性和白领工作领域也可以看到TPM实践。计算机、复印机和传真机是办公室必然要有的设备，不过也不要忘记保持办公桌、文件柜和茶水间的整洁。

不断追求进步的公司已经开始在产品设计中纳入TPM的要求。

6 .处理停产损失

当一条新的生产线开始投入使用的时候，停产损失可能是可观的。让生产线尽快可靠地投入运营，意味着直接给公司带来财务贡献。因此需要获得更高的优先级。此时使用的9步原则基本上和威尔莫特的模型一模一样。

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