Měření výkonnosti údržby prostřednictvím ukazatelů efektivnosti Zdeněk Aleš, Václav Legát, Vladimír Jurča
1. Sledování efektivity ve výrobní organizaci S rozvojem vědy a techniky je spojena řada požadavků kladených na výrobní stroje a zařízení. Jedním z hlavních ukazatelů sledovaných při provozu výrobních zařízení je jejich efektivnost. Při sledování efektivnosti výrobních zařízení je pozornost věnována především jakosti produkce, výkonnosti a pohotovosti výrobních strojů a zařízení. Jakost produkce je ovlivňována celou řadou faktorů (základní materiál, výrobní zařízení, obsluha výrobního zařízení, použitá technologie, okolní prostředí, aj.). Pohotovost a do jisté míry výkonnost výrobního zařízení je ovlivňována prováděnou údržbou. Správně nastavený a zavedený systém údržby pozitivně ovlivňuje spolehlivost výrobního zařízení, čímž přispívá i k požadované výsledné jakosti výrobků z hlediska jejich včasného dodání. Pro číselné vyjádření efektivity ve výrobní organizaci existuje řada ukazatelů efektivnosti. Tyto ukazatele řadíme mezi klíčové ukazatele výkonnosti. Klíčové ukazatele výkonnosti představují soubor měřítek zaměřených na hlediska, která kriticky ovlivňují současný nebo budoucí úspěch organizace. [5] Klíčové ukazatele výkonosti jsou obvykle definovány následujícími charakteristikami: - Nefinanční měřítko – ukazatel se nevyjadřuje peněžně, - Opakované měření (např. denně, týdně, měsíčně, čtvrtletně,…), - Hodnota ukazatele slouží jako podklad pro rozhodování vrcholového vedení, - Pochopení ukazatele a případná následná opatření jsou vyžadována u všech pracovníků, - Ukazatel váže odpovědnost k jednotlivci nebo k týmu, - Ukazatel má značný dopad - ovlivňuje většinu kritických faktorů úspěchu organizace, - Ukazatel má pozitivní dopad – pozitivním způsobem ovlivňuje ostatní měřítka výkonnosti. Relativně obtížné může být stanovení vhodného ukazatele pro zjišťování efektivnosti údržby.
2. Ukazatele a měření efektivnosti údržby Jedním z důležitých kritérií pro hodnocení chodu podniku je průběžné zjišťování efektivnosti údržby, které může být založeno na dvou přístupech: - komplexní ukazatel efektivnosti údržby, - provozní ukazatele efektivnosti údržby. Měření efektivnosti údržby je základem pro vyhodnocování dopadů jakýchkoli změn v systému údržby a je také i rozhodující stimulací pro trvalé zlepšování, neboť teprve znalost výsledků umožňuje posoudit účinek přijatých opatření. Následující text je věnován problematice zjišťování komplexního ukazatele efektivnosti údržby. Efektivní údržba je taková údržba, která přináší maximální efekt, přičemž tímto efektem rozumíme prostoje blížící se k nule v důsledku údržby po poruše při udržení způsobilosti výrobního zařízení. Tomuto maximálnímu efektu se můžeme přiblížit pouze u přetržitých provozů (preventivní údržbu je možno vykonávat mimo směnu v pracovních přestávkách), zatím co v nepřetržitých provozech (i když se podaří zcela vyloučit poruchové 1
prostoje) dojde vždy k prostojům v důsledku vykonávání preventivní údržby (bez preventivní údržby nelze vyloučit respektive výrazně omezit poruchové prostoje). Z uvedených skutečností je zřejmé, že reálný efekt údržby se zpravidla pouze blíží k nulovým prostojům výrobního zařízení. Z tohoto pohledu je logičtější hovořit o optimálním efektu údržby, který je dán kompromisem mezi preventivní údržbou a údržbou po poruše, přičemž hledáme nejvýhodnější poměr mezi hrubým ziskem a náklady na údržbu vždy za určité časové období. Náklady na interní údržbu jsou tvořeny mzdovými, materiálovými a režijními položkami a náklady na externí údržbu její fakturační cenou. Stanovení ukazatele efektivnosti (produktivity) údržby není tak jednoduché, jako stanovení ukazatele produktivity práce dělníka, který dělá např. výkop pro uložení kabelu do země. Objem vykopané a přemístěné zeminy za jednotku času je jistě dostatečným a srozumitelným ukazatelem (měřítkem) produktivity práce tohoto dělníka. Samozřejmě lze v některých situacích i poměrně snadno hodnotit produktivitu práce jednotlivých údržbářů např. kolik za jednotku času ve srovnatelných podmínkách namaže strojů stejného typu, kolik za jednotku času udělá standardních oprav (opravy stejného rozsahu) např. čerpadel, převodovek, motorů apod. Velmi obtížně lze již vyjadřovat produktivitu práce např. ukazatelem počtu odstraněných poruch za jednotku času, počtu lokalizací poruch za jednotku času apod., protože výskyt poruch, jejich rozsah a pracnost lokalizace může být velmi proměnlivá a na údržbáři nezávislá. Máme-li stanovit ukazatel efektivnosti údržby jako výsledek řady procesů zabezpečovaných zpravidla větším počtem údržbářů, nemůžeme použít klasický ukazatel produktivity (množství práce/čas - údržbáři mohou pracovat velmi intenzivně, ale neúčinně či neúčelně a celkové prostoje zařízení se nezmenší a způsobilost výrobního zařízení bude nedostatečná), ale musíme vyjít jak z dílčích, tak i z výsledného efektu (účinku) údržby na provoz a způsobilost výrobního zařízení. Z tohoto pohledu je možno definovat vnitřní a vnější produktivitu údržby. Vnitřní produktivita údržby je dána především kompetentností a intenzitou práce údržbáře, logistickým zajištěním údržby a vyjadřuje výkon údržbáře za jednotku času a přímo ovlivňuje náklady na údržbu. Vnější produktivita údržby je dána především úrovní programu údržby a jeho důsledným dodržováním, správně stanoveným rozsahem údržby a poměrem mezi preventivní údržbou a údržbou po poruše a představuje dopad údržby na provozuschopnost a způsobilost výrobního zařízení. Celkovou produktivitu údržby lze vyjádřit efektivitou výrobního zařízení, tj. množstvím čisté produkce za jednotku času a dále pak ve finančním vyjádření poměrem hrubého zisku k nákladům na údržbu (samozřejmě vždy za určité časové období). Položme si otázku, jaké faktory ovlivňují stupeň využití výrobního zařízení, a tím i jeho výkonnost a dále, které z těchto faktorů (činitelů) ovlivňuje údržba? Půjde především o ztráty vztažené k určitému období (směna, den, týden, měsíc apod.).
Ztráty efektivnosti ve výrobní organizaci Předtím než se začne se samotnou konstrukcí ukazatelů efektivnosti, bude nezbytné definovat jednotlivé ztrátové doby, které potenciálně mohou nastat během provozu. Obecně lze rozlišovat následující ztrátové doby: - Nepožadovaná doba tnep – doba, kdy se od stroje nepožaduje jeho provoz. - Doba organizačního prostoje top - prostoj stroje způsobený organizačními příčinami (čas na osobní odpočinek, chybí pracovník, náběh, doběh linky).
2
Doba logistického prostoje tlp - prostoj stroje způsobený logistickými příčinami (chybí materiál, poškození materiálu, chybná objednávka, dodací lhůta, skladovací prostory, nedostatečná zásoba, aj.). - Doba preventivní údržby tpu - prostoj stroje v důsledku preventivní údržby, kterou nelze provádět za chodu. - Doba přestavování a seřizování tps - prostoj stroje v důsledku nutného přestavování a seřizování (výměna opotřebeného nástroje). - Doba údržby po poruše (poruchy nad 5 min) tpp5 (funkční porucha) - prostoj stroje v důsledku funkčních poruch a vyvolání dalších závislých ztrát (větší rozsah poškození, ohrožení bezpečnosti, nežádoucí environmentální dopady). - Doba údržby po poruše (poruchy do 5 min včetně) tpp0 (technologická porucha) prostoj stroje v důsledku technologických poruch (zablokování výrobku ve stroji). Problematika údržby po poruše je rozsáhlejší, než je naznačeno na obrázku 1. Obrázek 2 popisuje možné příčiny poruch strojů a zařízení, které mohou nastat během provozu. - Ztrátová doba způsobená nižší výkonností v důsledku horšího technického stavu tzv ztrátová doba způsobená nižší výkonností v důsledku horšího technického stavu (ztráta seřízení, opotřebení, koroze, otlačení, deformace, trhliny, aj.). - Doba výroby neshodných výrobků tnv a. v důsledku chybného výrobního procesu, který je způsoben špatným monitorováním, nevhodně provedenou údržbou (opravou) a nastavováním parametrů ovlivňujících způsobilost strojů a zařízení. b. v důsledku náběhu zpravidla procesní výroby do stabilního stavu. [3] Obdobně lze interpretovat ztráty efektivnosti výroby pomocí Ishikawova diagramu, jak je znázorněno na obrázku 1. -
Obr. 1 Ishikawův diagram - schématické zobrazení ztrát efektivnosti výroby
3. Konstrukce výpočtů ukazatelů efektivnosti výroby Vlastní konstrukci výpočtů ukazatelů efektivnosti je vhodné začít definováním disponibilní doby. Disponibilní dobu lze definovat jako kalendářní čas, který je možné potenciálně využít k výrobě. V krajním případě se může disponibilní doba rovnat čisté době výroby. V reálném
3
provozu je ovšem tato možnost téměř vyloučena a mimo čistou dobu výroby je pracovní směna tvořena řadou ztrátových dob.
Obr. 2 Možné příčiny poruch strojů a zařízení Pokud od disponibilní doby budeme odečítat jednotlivé ztrátové doby, dostaneme různé provozní nebo výrobní doby (Tabulka 1), které se následně používají pro konstrukci součinitelů, které slouží pro výpočet ukazatelů efektivnosti výroby. Tab. 1 Výpočty jednotlivých provozních a výrobních dob Druh doby Výpočet (slovně) Provozní doba tpro Celková disponibilní doba tdis – Nepožadovaná doba tnep Provozní doba bez organizačních a Provozní doba tpro – Organizační prostoje top – logistických prostojů tpol Logistické prostoje tlp Hrubá doba výroby thrv
Doba výroby tvyr
Využitelná doba výroby tvyv Čistá doba výroby tcdv
Provozní doba bez organizačních a logistických prostojů - Doba preventivní údržby tpu - Doba přestavování a seřizování tps Hrubá doba výroby thrv - doba údržby po poruše (poruchy nad 5 min) tpp5 - doba údržby po poruše (poruchy do 5 min včetně) tpp0 Doba výroby tvyr - ztrátová doba způsobená nižší výkonností v důsledku horšího technického stavu tzv Využitelná doba výroby tvyv – doba výroby neshodných výrobků tnv
4
Výpočet t pro = tdis −t nep t pol = t pro −t op −tlp
t hrv = t pol −t pu −t ps
tvyr = t hrv −t pp 5 −t pp 0
tvyv = tvyr −t zv tcdv = tvyv −t nv
Obrázek 3 popisuje rozklad celkové disponibilní doby na jednotlivé provozní a výrobní doby a jednotlivé ztrátové doby, které mohou během provozu vznikat.
Obr. 3 Rozklad celkové disponibilní doby Poměrovým vyjádřením jednotlivých produkčních dob získáme součinitele pro výpočet ukazatelů efektivnosti zařízení. Jedná se o následující součinitele: -
Součinitel nepožadovaného provozu, organizačních a logistických prostojů N vypočítá se jako podíl celkové disponibilní doby bez nepožadované doby, organizačních a logistických prostojů k celkové disponibilní době. (1) N=
-
t pol t dis
=
t dis − t nep − t op − t lp
(1)
t dis
Součinitel organizačních, logistických prostojů O - vypočítá se jako podíl provozní doby bez organizačních a logistických prostojů k provozní době. (2) O=
t pol t pro
=
t dis − t nep − t op − t lp t dis − t nep
(2)
-
Součinitel preventivní údržby, přestavování a seřizování M - vypočítá se jako podíl hrubé doby výroby k provozní době bez organizačních a logistických prostojů. (3) t dis −t nep − t op − tlp − t pu − t ps t M = hrv = (3) t pol t dis −t nep − t op − t lp
-
Součinitel poruchovosti F - vypočítá se jako podíl doby výroby k hrubé době výroby. (4)
5
F= -
tvyr thrv
=
t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps − t pp 5 − t pp 0 t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps
(4)
Součinitel pohotovosti A - vypočítá se jako součin součinitele preventivní údržby, přestavování a seřizování M a součinitele poruchovosti F. (5)
t −t − t − t − t − t t −t − t − t − t − t − t − t A = M × F = dis nep op lp pu ps × dis nep op lp pu ps pp 5 pp 0 = t dis −tnep − top − tlp t dis −t nep − top − tlp − t pu − t ps (5) t −t − t − t − t − t − t − t t = dis nep op lp pu ps pp 5 pp 0 = vyr t dis −tnep − top − tlp t pol -
Součinitel výkonnosti P - vypočítá se jako podíl využitelné doby výroby k době výroby. (6)
P=
-
tvyv tvyr
=
t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps − t pp 5 − t pp 0 − t zv t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps − t pp 5 − t pp 0
(6)
Součinitel kvality Q - vypočítá se jako podíl čisté doby výroby k využitelné době výroby. (7) Q=
tcdv t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps − t pp 5 − t pp 0 − t zv − tnv = (7) tvyv t dis −tnep − top − tlp − t pu − t ps − t pp 5 − t pp 0 − t zv
Ukazatele efektivnosti zařízení lze vypočítat kombinací různých součinů jednotlivých součinitelů. Nejznámější ukazatele včetně jejich výpočtů jsou zobrazeny v tabulce 2. Tab. 2 Výpočty jednotlivých ukazatelů efektivnosti zařízení Zkratka ukazatele Název ukazatele TEEP Celková efektivní produktivita zařízení Total Effective Equipment Productivity OEE
Celková efektivita zařízení Overall Equipment Effectiveness
NEE
Čistá efektivita zařízení Net Equipment Effectiveness
Výpočet ukazatele tcdv = N × A× P ×Q tdis tcdv = A× P ×Q t pol tcdv = F × P×Q thrv
Z tabulky 2 je patrné, že ukazatel TEEP zahrnuje všechny ztrátové doby. Naopak ukazatel NEE zahrnuje pouze součinitel poruchovosti F, součinitel výkonnosti P a součinitel kvality Q [1]. V praxi nejrozšířenější ukazatel je ukazatel celkové efektivity zařízení OEE. Ukazatel OEE zahrnuje součinitel pohotovosti A (součinitel preventivní údržby, přestavování a seřizování M, součinitel poruchovosti F), součinitel výkonnosti P a součinitel kvality Q.
6
4. Celková efektivita zařízení a organizace výroby Ukazatel TEEP v sobě zahrnuje i nepožadovanou dobu tnep, což může představovat nevýhodu pro určité provozy, kdy nepožadovaná doba provozu bývá legislativně nařízena zákonem (emise hluku a vibrací při provozu zařízení v nočních hodinách). Naopak ukazatel OEE v sobě nezohledňuje ztrátové doby způsobené organizačními prostoji top a logistickými prostoji tlp, které mohou významně ovlivňovat celkovou efektivitu provozu. Pro snadnější orientaci a přehlednost dostupných ukazatelů efektivnosti je na obrázku 4 zobrazen průnik součinitelů pro výpočet ukazatelů efektivnosti zařízení a samotných ukazatelů efektivnosti.
Obr. 3 Rozklad celkové disponibilní doby
5. Hlavní problémy praktického použití ukazatelů efektivnosti Při praktickém použití výše uvedených ukazatelů však v řadě podniků nastává problém se zjištěním všech potřebných údajů - buď z důvodu, že se v podniku neevidují (či evidují, ale nevěrohodně) nebo nejsou manažeru údržeb dostupné (či velmi nesnadno dostupné). Jedná se zejména o údaje, které nejsou evidovány v informačním systému údržby. Skutečnost, že by se přínos údržby snažil obhájit kdokoli jiný než manažer údržby, například někdo z vrcholového vedení podniku s přístupem ke všem potřebným informacím, je velmi nepravděpodobná. Mezi hlavní problémy se stanovením ukazatelů efektivnosti zařízení, ve vztahu k údržbě, lze zařadit následující oblasti:
7
1. Ukazatele poskytují hodnocení z hlediska technického, nezohledňují náklady na údržbu. Pokud by ukazatele měly být jediným ukazatelem úrovně údržby, mohl by pak požadavek na jejich neustálé zvyšování vést k nepřiměřeně vysokým nákladům na údržbu. 2. Nejsou v nich zahrnuty ani další podstatné faktory, které mají na úroveň údržby výrazný vliv, jako např. hodnota zásob náhradních dílů, hodnota hmotného a nehmotného majetku organizace, stáří výrobních prostředků atd. 3. Na výši jejich hodnoty nemá vliv jen jakost systému údržby, je v nich obsažena i jakost výrobního procesu, jakost logistiky náhradních dílů, kvalita obsluhy výrobního zařízení aj. Špatná organizace a plánování výroby, zbytečné čekání údržbáře před skladem na potřebný materiál, chybující obsluha zařízení apod. 4. Pracnost stanovení ukazatelů – většina manažerů údržby nemá k dispozici software, který ukazatele efektivnosti stanovuje automatizovaným algoritmem, výpočty jsou často prováděny v Excelové tabulce, kam je třeba nejprve všechna výchozí data obvykle ručně zadat. Hodnocení účinnosti údržby má však většinou smysl jen pro konkrétní výrobní prostředek či linku, kterých jsou v organizaci desítky, takže se musí zpracovat i stejný počet tabulek. 5. Někdy je problematický i přístup vrcholového vedení v okamžiku, kdy začnou ukazatele stagnovat. Útvar údržby zaváděním účinných opatření a nových metod do údržby několik let např. ukazatel OEE neustále zvyšoval, čímž vytvořil vysoce efektivní systém údržby, kde další zvyšování přírůstku OEE, již v podstatě není možné. 6. Problém se zjištěním všech potřebných údajů – buď se v podniku neevidují (či evidují, ale nevěrohodně) nebo nejsou manažeru údržeb dostupné. Jedná se zejména o údaje, které nejsou evidovány v informačním systému údržby.
6. Závěr Předložený text popisuje metodický návod jak vypočítat různé ukazatele efektivnosti výrobního zařízení. Je na samotném uživateli, jaký druh ukazatele bude sledovat, podle konkrétních podmínek provozu a daného typu výrobního zařízení. Je na místě zdůraznit i nevýhody těchto ukazatelů, spočívající v tom, že nezohledňují další podstatné faktory (hodnota zásob náhradních dílů, jakost výrobního procesu, stáří výrobních prostředků, aj.), problém se zjištěním všech potřebných vstupních údajů, jejich neustálé zvyšování může vést k nepřiměřeně vysokým nákladům na údržbu, přístup vrcholového vedení v okamžiku, kdy ukazatele začnou stagnovat, atd. V současné době se ukazatele efektivnosti implementují do tzv. OEE-DTM systémů (Overall Equipment Efficiency – Downtime Management), které umožňují v reálném čase sbírat informace z výrobního procesu a následně automaticky vyhodnocovat jeho efektivitu. Tímto způsobem lze identifikovat slabá místa ve výrobním procesu, která mohou být pomocí nápravných opatření eliminována. Použitá literatura: [1] HARTMANN, Edward. Successfully installing TPM in a non-Japanese plant: total productive maintenance. Pittsburgh, Pa.: TPM Press, 1992, 221 s. ISBN 18-822-5800-2. [2] JURČA, Vladimír; HLADÍK, Tomáš; ALEŠ, Zdeněk. Možnosti využití a zpracování dat z řízení údržby. Monografie, ČSJ, Praha, duben 2004, 74 s., ISBN 80-02-01595-9 [3] LEGÁT, Václav a kol. Systémy managementu jakosti a spolehlivosti v údržbě. Praha, Česká společnost pro jakost, 2007. 219 s. ISBN 978-80-02-01949-7. 8
[4] NAKAJIMA, Seiichi. Introduction to TPM: total productive maintenance. Cambridge, Mass.: Productivity Press, 1988, xx, 129 s. ISBN 09-152-9923-2. [5] PARMENTER, David. Klíčové ukazatele výkonnosti: rozvíjení, implementování a využívání vítězných klíčových ukazatelů výkonnosti (KPI). 1. vyd. Překlad Ivana Petrašová. Praha: Česká společnost pro jakost, 2008, xv, 242 s. ISBN 978-80-02-02083-7. [6] POŠTA, Josef. Provozuschopnost strojů. Česká zemědělská univerzita v Praze, 2. vydání, Praha, 2006, ISBN 80-213-0966-0. [7] STAMATIS, D. H. The OEE primer: understanding overall equipment effectiveness, reliability, and maintainability. Boca Raton, [FL]: CRC Press, 2010, xxxv, 466 s. ISBN 978-14398-1406-2. Kontaktní údaje: Ing. Zdeněk Aleš, Ph.D., prof. Ing. Václav Legát, DrSc., prof. Ing. Vladimír Jurča, CSc., Katedra jakosti a spolehlivosti strojů, Technická fakulta, ČZU v Praze Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol tel.: +420-22438 3254, e-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected]
9
