Massimizza l'efficienza dello stabilimento con l'efficacia complessiva delle attrezzature (OEE)

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L'OEE è uno strumento molto efficace per misurare l'efficienza negli ambienti industriali. Identificando tutte le perdite di produzione, consente di prendere decisioni aziendali informate in grado di migliorare le prestazioni, la capacità e l'utilizzo delle risorse di un impianto.

Nell'attuale mercato competitivo, le aziende devono operare in modo efficiente per massimizzare la produttività e garantire prodotti sostenibili e di alta qualità. Per raggiungere questo obiettivo, i produttori devono garantire la disponibilità dei sistemi di produzione, migliorare la qualità e la produttività e ridurre i costi. Un approccio pratico è l'integrazione dell'efficacia complessiva delle attrezzature (OEE) nella produzione, che può migliorare l'efficienza e le prestazioni in modo significativo. Facendo leva sull'IIoT, sulla manutenzione predittiva, sull'edge e sul cloud computing, è possibile ottimizzare le iniziative OEE, aumentando la trasparenza, l'efficienza operativa e il ritorno sugli investimenti (ROI). Questo articolo illustra i concetti di base dell'OEE e i metodi per migliorarla e le strategie adottate per aumentare la produttività delle fabbriche. Inoltre, evidenzia in che modo il cloud e l'edge computing ottimizzano l'OEE.

Cos'è l'efficacia complessiva delle attrezzature (OEE)?

L'OEE è una metrica essenziale nel campo della produzione, che consente di valutare l'efficienza e la produttività delle macchine e della forza lavoro. Misura l'efficienza con cui un processo di fabbricazione sfrutta tutto il suo potenziale durante la produzione programmata. L'OEE include tre componenti essenziali, illustrati di seguito.

Disponibilità: questa metrica esamina la percentuale del tempo programmato in cui l'attrezzatura è operativa, evidenziando l'impatto dei tempi di inattività. Tiene conto dei tempi attivi, i tempi di configurazione, i tempi di inattività non pianificati e i guasti alle apparecchiature. La disponibilità viene calcolata confrontando il tempo di funzionamento di una macchina con il tempo di produzione pianificato.
Se, ad esempio, una macchina deve essere utilizzata per 8 ore ma, a causa di un guasto, è stata utilizzata per 6 ore, la disponibilità è del 75%.
Prestazioni: questa metrica misura l'efficienza operativa di una macchina, tenendo conto delle perdite di velocità e delle interruzioni di entità minore. Viene determinata confrontando il tempo di ciclo ideale con il tempo di ciclo effettivo.
Se, ad esempio, una macchina produce 1.600 unità in un'ora a fronte di una capacità massima di 2.500 unità, le prestazioni sono del 64%.
Qualità: questa metrica misura la percentuale delle merci prodotte senza difetti, che soddisfano o superano gli standard di qualità.
Se, ad esempio, vengono prodotte 180 unità valide su 200 unità totali, la qualità è del 90%.
La metrica dell'OEE viene calcolata moltiplicando tre componenti. OEE: qualità x prestazioni x disponibilità
In questo esempio, con una disponibilità del 75%, prestazioni del 64% e una qualità del 90%, il punteggio OEE è del 43,2% (0,75 x 0,64 x 0,9).
Calcolando e monitorando regolarmente l'OEE, i produttori possono identificare i problemi più critici che influiscono sulle prestazioni delle apparecchiature e intraprendere azioni mirate per migliorare l'efficienza della produzione.

Figura 1: metodo di calcolo per l'OEE (autogenerato)

Interpretare i risultati in ambito OEE è fondamentale per individuare le aree che necessitano di miglioramenti. Analizzando questi risultati, i produttori possono infatti dirigere i propri sforzi nella giusta direzione. Un punteggio OEE superiore al 85% indica un'efficienza ottimale delle attrezzature, mentre un punteggio medio di circa il 40% indica la necessità di un miglioramento continuo. Un punteggio del 100% è estremamente impegnativo, poiché prevede solo la produzione di parti perfette alla massima velocità e senza tempi di inattività. I valori di riferimento in ambito OEE variano a seconda del settore e dei metodi di produzione. Non esiste un punteggio OEE universale, poiché ogni settore presenta standard diversi. Ad esempio, i produttori di componenti discreti generano spesso punteggi OEE inferiori a causa della complessità dei processi di produzione.

Importanza dell'OEE nella produzione

L'OEE è una metrica essenziale per le aziende manifatturiere, poiché offre numerosi vantaggi per le attività svolte nelle fabbriche. Di seguito vengono descritti i principali vantaggi.

Aumento della produttività: l'OEE aiuta a identificare le apparecchiature o i processi poco efficienti, consentendo di apportare miglioramenti mirati. Monitorando i tempi di inattività, ottimizza l'uso delle apparecchiature, migliora la programmazione e la manutenzione e aumenta la disponibilità e la produttività. Aumenta inoltre la produttività della forza lavoro, aiutando i manager a identificare le aree in cui gli operatori necessitano di ulteriore formazione o supporto.
Aumento della qualità: l'OEE consente di monitorare i difetti e le rielaborazioni, fornendo dati preziosi per identificare le cause principali dei problemi di qualità. Questa analisi facilita il miglioramento continuo. Facendo leva sui dati utili in ambito OEE, le fabbriche possono ridurre al minimo gli scarti e le rilavorazioni, con conseguenti risparmi sui costi e prodotti di qualità superiore.
Miglioramento della manutenzione: i dati OEE supportano i programmi di manutenzione predittiva, riducendo i tempi di inattività non pianificati e prolungando la durata delle apparecchiature. Pianificando la manutenzione in periodi di bassa domanda, i produttori possono ridurre al minimo le interruzioni e massimizzare la disponibilità delle attrezzature.
Riduzione dei costi e miglioramento del ROI: il miglioramento dell'OEE riduce i costi di esercizio, i consumi energetici, le spese di manodopera e gli sprechi di materiali. Un punteggio OEE elevato consente ai produttori di raggiungere i propri obiettivi in modo più efficace, contribuendo all'aumento del ROI, alla riduzione al minimo dei tempi di fermo delle macchine e alla fabbricazione di prodotti di qualità.
Utilizzo più efficiente delle risorse: l'OEE evidenzia le macchine sottoutilizzate, consentendo un'assegnazione più efficace delle risorse e riducendo la necessità di ricorrere a ulteriori investimenti di capitale. La formazione pratica mirata migliora le competenze dei lavoratori, l'utilizzo delle risorse e le prestazioni complessive.
Processo decisionale basato sui dati: l'OEE fornisce dati di produzione in tempo reale, che possono essere analizzati per risolvere i problemi e prendere decisioni informate in modo rapido. Questi dati supportano anche iniziative di miglioramento continuo, migliorando la produttività e la qualità nel tempo.
Aumento della competitività: l'OEE consente ai produttori di confrontare le proprie prestazioni con gli standard di settore o con i risultati della concorrenza. Un punteggio OEE elevato si traduce in una produzione più coerente, in prodotti di migliore qualità e in consegne puntuali, aspetti in grado di migliorare la soddisfazione dei clienti.

Soluzioni OEE per raggiungere l'eccellenza nella produzione

La manutenzione predittiva è un aspetto essenziale per migliorare i punteggi OEE grazie al monitoraggio costante dello stato delle apparecchiature. L'individuazione precoce di anomalie o usura evita che problemi di minore entità si trasformino in guasti significativi. Questo approccio proattivo consente ai team della manutenzione di pianificare le riparazioni durante i tempi di inattività pianificati, riducendo al minimo i guasti imprevisti e garantendo la disponibilità delle attrezzature al momento del bisogno. L'integrazione di sensori, PLC e dispositivi IIoT fornisce dati in tempo reale su apparecchiature e processi, aiutando ad automatizzare le attività ripetitive o complesse. Questo approccio migliora l'output, la velocità e la precisione, riducendo allo stesso tempo gli errori umani. Gli investimenti strategici negli aggiornamenti delle apparecchiature aumentano ulteriormente l'efficienza, riducendo le risorse utilizzate, i tempi e gli sprechi. Il coinvolgimento dei dipendenti è essenziale per un processo di produzione efficiente. Motivando e potenziando i lavoratori, le organizzazioni possono migliorare continuamente le attività di produzione e le prestazioni in ambito OEE. La condivisione regolare dei risultati OEE in tempo reale con gli operatori genera dati molti utili sulle aree che necessitano di miglioramenti. L'adozione di best practice e standard di settore, come QFD, Kaizen, Zero Defect, PDCA, TQM, metodi Taguchi, circoli di qualità e Six Sigma sono essenziali per ottimizzare i processi di produzione e migliorare le prestazioni in ambito OEE. Queste tecniche consentono alle organizzazioni di confrontare le proprie prestazioni con gli standard del settore e di migliorare la soddisfazione dei clienti in modo significativo.

Ruolo dell'edge computing industriale nel miglioramento dell'OEE

L'OEE valuta l'efficienza della produzione in base a metriche sulle prestazioni, sulla disponibilità e sulla qualità. Utilizzando dispositivi edge negli impianti di produzione, le aziende possono attingere all'analisi diagnostica prescrittiva per ottimizzare le risorse in modo intelligente. Questo approccio consente di ridurre al minimo i tempi di inattività non pianificati, migliorare la qualità dei prodotti e ottimizzare l'utilizzo delle risorse. Con il miglioramento delle prestazioni, della qualità e della disponibilità delle risorse, le fabbriche possono avvicinarsi al raggiungimento del 100% di OEE. Le piattaforme basate sull'edge forniscono flussi di dati in tempo reale senza interruzioni, consentendo di eseguire analisi avanzate della salute delle risorse, delle prestazioni e del flusso dei prodotti. Queste informazioni supportano la manutenzione predittiva e l'ottimizzazione del rendimento, analizzando volumi crescenti di dati in tempo reale.

Un esempio chiave è rappresentato dalla piattaforma di digitalizzazione offerta dall'edge computing industriale, che elabora i dati a livello di macchine. Questa piattaforma edge pronta all'uso integra applicazioni, connettività OT e IT, dispositivi e un sistema di gestione centrale, rendendo la gestione dei dati scalabile, sicura e facile da utilizzare nelle fabbriche. L'edge computing industriale semplifica la raccolta dei dati, l'analisi e l'identificazione dei colli di bottiglia, migliorando l'OEE e attivando un monitoraggio più efficace delle risorse e del consumo di queste ultime.

Esempi reali di produttori che sono riusciti a migliorare l'OEE ricorrendo con l'aiuto dell'edge computing industriale

Miglioramento delle prestazioni in una linea di produzione automobilistica:
Volkswagen ha sfruttato l'edge computing industriale per ottimizzare la propria linea di produzione automobilistica, in cui diversi tipi di carrozzerie vengono prodotti sulla stessa linea. Ogni modello introduceva carichi di lavoro variabili, comportando spesso ritardi nella produzione durante il lancio dei nuovi modelli. Volkswagen non era in grado di individuare la causa principale del problema ed era alla ricerca di una soluzione che le consentisse di identificare le stazioni e le sequenze problematiche all'interno del suo programma PLC basato su VASS proprietario, senza modificare il codice PLC.
A tal fine, Volkswagen ha implementato un'app di monitoraggio delle prestazioni che analizzava i tempi di ciclo nelle stazioni delle macchine. Questa app generava automaticamente dei pannelli di controllo in grado di fornire informazioni come "visualizzazioni per prodotto", "sguardo al passato", "analisi What If" e feedback in tempo reale dopo le ottimizzazioni. Il sistema, creato utilizzando dispositivi Siemens Edge, ha consentito all'azienda di raccogliere, armonizzare e archiviare i dati indipendentemente dai PLC. Una piattaforma centrale attivava gli aggiornamenti software per le applicazioni e i dispositivi periferici nelle fabbriche sparse in diversi paesi.
La soluzione ha consentito di migliorare la produttività in modo significativo, senza interrompere la produzione o riprogrammare i PLC. L'installazione plug-and-play e le funzionalità di visualizzazione low-code hanno ridotto gli sforzi di assistenza e progettazione, aumentando l'efficienza e riducendo al minimo le interruzioni.
Figura 2: miglioramento dell'OEE nella linea di produzione automobilistica con il ricorso all'edge computing (fonte)

Ottimizzazione della produttività delle attrezzature di un'azienda globale nel campo delle scienze naturali

Un produttore globale del settore delle scienze naturali ha dovuto affrontare le sfide legate alla raccolta di dati critici da PLC meno recenti che non disponevano di connettività Ethernet, essenziale per il controllo dei processi e l'OEE. Si trattava di PLC di 15 anni di età, che erano stati convalidati dalla Food and Drug Administration (FDA) e, pertanto, non potevano essere aggiornati o modificati, aspetto che ostacolava la raccolta dei dati necessari per ottimizzare la produzione e migliorare la produttività delle apparecchiature.

Per risolvere il problema, l'azienda ha adottato NX1P, il controller di automazione delle macchine di Omron, che le ha consentito di raccogliere i dati dalle apparecchiature esistenti senza modificare lo stato operativo. NX1P offre funzionalità avanzate di gestione dei movimenti, della rete e I/O, supportando allo stesso tempo le soluzioni IIoT. Collegando NX1P al PLC esistente tramite FINS (Factory Interface Network Service (FINS), l'azienda è riuscita a raccogliere i dati necessari senza apportare modifiche al PLC e alle macchine. Inoltre, la soluzione ha consentito di monitorare le posizioni e le prestazioni delle macchine, anche nei casi in cui le attrezzature sono state trasferite in diversi impianti globali.

Conclusione

L'ottimizzazione della produttività e dei profitti è una priorità assoluta per qualsiasi azienda. Il calcolo e l'analisi dei punteggi OEE aiutano i produttori a migliorare le prestazioni e l'efficienza delle operazioni. L'OEE fornisce una visione chiara delle prestazioni della fabbrica, evidenziando le aree che possono essere migliorate. La manutenzione predittiva svolge un ruolo cruciale nel miglioramento dell'OEE, aumentando la disponibilità delle apparecchiature, ottimizzando le prestazioni e garantendo la qualità dei prodotti.

L'integrazione di tecnologie avanzate come il cloud computing e l'edge computing consente ai produttori di monitorare in tempo reale la salute delle attrezzature, prevedere i guasti e ottimizzare le attività di manutenzione. Farnell supporta questi processi offrendo una gamma completa di prodotti per l'automazione industriale, inclusi PLC, sensori e altri dispositivi associati.