智能制造管理 課件 第八章 基于KPI的智能制造管理系統(tǒng)案例

第八章基于KPI的智能制造管理系統(tǒng)案例1智能制造成熟度模型2基于“金字塔”成熟度模型的KPI控制2KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例第一節(jié)智能制造成熟度模型智能制造成熟度模型1.成熟度定義：成熟度是為了精煉的描述事物的發(fā)展過(guò)程而形成的一套管理方法論，通常將其描述為幾個(gè)有限的成熟級(jí)別，并且各個(gè)級(jí)別均具有明確的定義、相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)現(xiàn)其所必要的條件。成熟度模型定義軟件能力成熟度模型（SW-CMM）軟件組織在定義、實(shí)施、度量、控制和改善其軟件過(guò)程的各個(gè)發(fā)展階段的描述。此模型可以用來(lái)衡量軟件組織的現(xiàn)有過(guò)程能力，查找出軟件質(zhì)量及過(guò)程改進(jìn)方面的關(guān)鍵問(wèn)題，從而為選擇改進(jìn)軟件的策略提供指導(dǎo)制造成熟度模型（MRL）用于測(cè)試生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中制造技術(shù)是否成熟，技術(shù)轉(zhuǎn)化過(guò)程中是否存在風(fēng)險(xiǎn)，從而管理并控制產(chǎn)品生產(chǎn)，使其達(dá)到最佳生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量，為企業(yè)提高制造水平提供指導(dǎo)依據(jù)智能電網(wǎng)能力成熟度模型（SGMM）旨在組織了解當(dāng)前智能電網(wǎng)部署和電力基礎(chǔ)設(shè)施性能的框架，并為建立有關(guān)智能電網(wǎng)實(shí)施的戰(zhàn)略與工作計(jì)劃提供參考智能制造成熟度模型2.智能制造管理“金字塔”成熟度模型智能制造成熟度模型2.智能制造管理“金字塔”成熟度模型（1）標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)進(jìn)行清晰地定義，是實(shí)現(xiàn)智能制造管理的基礎(chǔ)。普適應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)包括生產(chǎn)能力指標(biāo)、質(zhì)量指標(biāo)、生產(chǎn)時(shí)間指標(biāo)以及準(zhǔn)時(shí)交付率指標(biāo)。（2）互聯(lián)互通如何將實(shí)時(shí)制造數(shù)據(jù)（人、機(jī)、料、法）、信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)等異構(gòu)數(shù)據(jù)源進(jìn)行互聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流在企業(yè)范圍內(nèi)的無(wú)縫運(yùn)轉(zhuǎn)、分析及應(yīng)用，使得異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)能相互“理解”，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互操作和集成，是智能互聯(lián)的目標(biāo)。（3）數(shù)據(jù)→信息從數(shù)據(jù)中推斷出對(duì)制造過(guò)程有用的信息才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的價(jià)值。工業(yè)云平臺(tái)及工業(yè)大數(shù)據(jù)分析是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到信息轉(zhuǎn)化的重要工具，工業(yè)云平臺(tái)是在傳統(tǒng)云平臺(tái)的基礎(chǔ)上疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚與建模分析、工業(yè)軟件模塊化、工業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用開發(fā)等，從而支撐生產(chǎn)智能決策、業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新、資源優(yōu)化配置和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育。（4）信息→知識(shí)在此級(jí)別上實(shí)施CPS可以全面了解受監(jiān)控系統(tǒng)，向?qū)＜矣脩粽_呈現(xiàn)所獲得的知識(shí)支持正確的決策。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)過(guò)往事件的分析，自動(dòng)形成專家知識(shí)庫(kù)，并在該事件再次發(fā)生時(shí)，專家知識(shí)庫(kù)知識(shí)可以被自動(dòng)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常事件的自反饋與自適應(yīng)。（5）預(yù)測(cè)以最短故障時(shí)間保持最佳的運(yùn)行效率，是企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理部門的目標(biāo)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對(duì)制造過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析并發(fā)現(xiàn)制造過(guò)程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定因素，提前預(yù)知到維護(hù)需求，提高對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)的影響速度，是該層級(jí)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。（6）自動(dòng)控制與決策以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，制造系統(tǒng)通過(guò)對(duì)事件發(fā)生時(shí)間的預(yù)知以及對(duì)周圍環(huán)境變化的認(rèn)知，對(duì)制造過(guò)程做出實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的決策。智能制造成熟度模型3.“金字塔”模型各層級(jí)發(fā)展階段第二節(jié)基于“金字塔”成熟度模型的KPI控制基于“金字塔”成熟度模型的KPI控制1.OEE控制系統(tǒng)OEE控制系統(tǒng)是將全局設(shè)備利用率相關(guān)理論借助計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)施作用于設(shè)備生產(chǎn)管理的應(yīng)用系統(tǒng)。OEE控制系統(tǒng)的主要是通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的損耗進(jìn)行監(jiān)督和反饋，并以可視化的生產(chǎn)報(bào)表呈現(xiàn)給管理者，給管理者提供改善OEE的方向和思路。

與傳統(tǒng)OEE制造管理方法相比，智能制造OEE控制方法通過(guò)對(duì)設(shè)備生產(chǎn)全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，發(fā)現(xiàn)和挖掘設(shè)備出現(xiàn)故障的規(guī)律，進(jìn)而制定維護(hù)設(shè)備的策略，減少設(shè)備異常的次數(shù)和降低維修設(shè)備的成本?；凇敖鹱炙背墒於饶Ｐ偷腒PI控制2.質(zhì)量控制系統(tǒng)傳統(tǒng)質(zhì)量管理是以紙為載體，員工通過(guò)記錄制造過(guò)程中的異常現(xiàn)象形成質(zhì)量管理文檔，其傳輸方式是與傳統(tǒng)的金字塔式管理體制相適應(yīng)的徑向溝通方式，這種方式層次多、效率低，極易因信息交流溝通失誤造成損失。在智能制造管理中，過(guò)程質(zhì)量控制系統(tǒng)以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，通過(guò)建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模型等，及時(shí)識(shí)別制造過(guò)程所產(chǎn)生的不穩(wěn)定因素，并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，避免了不穩(wěn)定因素負(fù)面影響的進(jìn)一步擴(kuò)大?；凇敖鹱炙背墒於饶Ｐ偷腒PI控制3.生產(chǎn)周期時(shí)間系統(tǒng)生產(chǎn)周期時(shí)間包括排隊(duì)時(shí)間以及生產(chǎn)時(shí)間，建立生產(chǎn)時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于維持制造過(guò)程穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品準(zhǔn)時(shí)交付率具有重要意義。在傳統(tǒng)制造管理模式下，生產(chǎn)時(shí)間績(jī)效指標(biāo)由員工記錄而生產(chǎn)，這種監(jiān)控方法準(zhǔn)確性低、對(duì)員工綜合素質(zhì)具有較高的要求。在智能制造管理模式下，先進(jìn)流程控制APC可以實(shí)時(shí)收集分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以及時(shí)識(shí)別制造過(guò)程中出現(xiàn)的影響生產(chǎn)周期時(shí)間的因素并施加控制，以保障生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，提高訂單準(zhǔn)時(shí)交付率?；凇敖鹱炙背墒於饶Ｐ偷腒PI控制4.準(zhǔn)時(shí)交付率控制系統(tǒng)準(zhǔn)時(shí)交付率是衡量企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃效果、產(chǎn)線運(yùn)行效率以及交付可靠性的重要指標(biāo)。衡量該指標(biāo)需要收集并分析以下數(shù)據(jù)：①每周的訂單量；②每周的交付量；③預(yù)交付量；④欠貨量。傳統(tǒng)制造管理模式中，由于缺乏實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集與分析，企業(yè)往往在生產(chǎn)結(jié)束或者將要結(jié)束的時(shí)候才能意識(shí)到訂單能否按時(shí)完成，導(dǎo)致企業(yè)的準(zhǔn)時(shí)交付率較低。在智能制造管理模式中，企業(yè)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集與分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)訂單生產(chǎn)過(guò)程中的異常，制造系統(tǒng)可以通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整，對(duì)設(shè)備、物料等進(jìn)行重調(diào)度，優(yōu)先處理優(yōu)先級(jí)綜合值較高的訂單。第三節(jié)KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例1.OEE控制系統(tǒng)六大損失損失類別損失原因指標(biāo)類別說(shuō)明啟動(dòng)損失機(jī)器開機(jī)后必須要達(dá)到一定的條件后才能開始生產(chǎn)，例如溫度，氣體，真空等時(shí)間開動(dòng)率各種生產(chǎn)條件達(dá)到穩(wěn)定后才能正常生產(chǎn)，需要調(diào)試和等待停機(jī)損失設(shè)備損壞，工料短缺，日常維護(hù)等時(shí)間開動(dòng)率計(jì)劃內(nèi)外的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)造成設(shè)置損失更換模具，更換材料，切換模式等時(shí)間開動(dòng)率不同產(chǎn)品之間的換型，換材料停頓損失設(shè)備5S，生產(chǎn)卡頓，異常處理等性能開動(dòng)率設(shè)備異常短時(shí)間的停機(jī)造成減速損失參數(shù)設(shè)置，設(shè)備老化性能開動(dòng)率生產(chǎn)速度低于正常設(shè)計(jì)速度造成次品損失產(chǎn)品報(bào)廢，殘次品加工等產(chǎn)品合格率對(duì)生產(chǎn)出的殘次品處理造成KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例1.OEE控制系統(tǒng)OEE系統(tǒng)功能分析：自動(dòng)化數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集功能；智能化數(shù)據(jù)過(guò)濾處理功能；數(shù)字化數(shù)據(jù)計(jì)算衍生功能。OEE系統(tǒng)性能分析：快速的計(jì)算反饋能力；良好的用戶使用界面；加密的用戶權(quán)限設(shè)置；良好的系統(tǒng)擴(kuò)展能力KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例1.OEE控制系統(tǒng)OEE系統(tǒng)的工作流程：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例1.OEE控制系統(tǒng)OEE系統(tǒng)的功能模塊：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例定義設(shè)備狀態(tài)：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失流程分析：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失追蹤案例：選取該半導(dǎo)體公司訂單量較大的產(chǎn)品SOT3X312UP作為案例研究對(duì)象，貼片（DieBond）是該產(chǎn)品工藝過(guò)程中的瓶頸工序，目前擁有10臺(tái)設(shè)備，整體OEE的目標(biāo)是86%，其中：SD:7%;UD:2%;SB:4%;SPL:1%，若OEE低于目標(biāo)值，則造成下游工序停機(jī)待料，最終造成訂單延期，損失巨大。因此，公司對(duì)該工序的OEE密切關(guān)注，每周進(jìn)行監(jiān)控分析，其中第九周（LW09）整體OEE為83.48%。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失追蹤案例：（1）首先，從時(shí)間維度對(duì)各項(xiàng)損失指標(biāo)進(jìn)行查看，六大損失情況如下：NDU和ENG為零損失；SD和SB有幾天出現(xiàn)損失超標(biāo)現(xiàn)象，但整體達(dá)標(biāo)（SD:5.25%;SB:3.68%）；UD和SPL整體均不達(dá)標(biāo)，是總體OEE失效的關(guān)鍵所在。對(duì)UD而言，周一和周二接近10%的比率，直接導(dǎo)致總體不達(dá)標(biāo)；對(duì)于SPL而言，則是每天都超過(guò)目標(biāo)值，從而整體SPL失效。（2）其次，從設(shè)備維度查看各臺(tái)設(shè)備的OEE情況，可以發(fā)現(xiàn)：DS.T136、DS.T137、DS.T169、DS.T170、DS.T171這五臺(tái)設(shè)備的OEE都略低于86%的目標(biāo)，而DS.T168的OEE僅為59.67%，嚴(yán)重低于目標(biāo)值，而且主要失效來(lái)源于UD（紅色）。每臺(tái)設(shè)備都有少量的SPL（紫色）出現(xiàn)，分布較為均勻。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失追蹤案例：（3）對(duì)于UD的損失鎖定DS.T168，觀察每天的表現(xiàn)情況，發(fā)現(xiàn)周一和周二OEE為0，基本均處于UD狀態(tài)，因此，DS.T168是第九周整體UD失效的最終原因。（4）繼續(xù)分析導(dǎo)致DS.T168在周一和周二出現(xiàn)嚴(yán)重的計(jì)劃外停機(jī)的原因，通過(guò)在線監(jiān)控平臺(tái)查看這兩天的設(shè)備狀態(tài)情況。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失追蹤案例：（5）UT較高原因：發(fā)現(xiàn)由于出現(xiàn)IT問(wèn)題導(dǎo)致設(shè)備故障停機(jī)，根據(jù)IT工程師出具的UD報(bào)告，由于設(shè)備系統(tǒng)更新，該臺(tái)設(shè)備沒(méi)有及時(shí)下載補(bǔ)丁，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)（EQSTATE系統(tǒng)）不能跳轉(zhuǎn)，工程師花費(fèi)了兩天的時(shí)間進(jìn)行修復(fù)。（6）SPL較高原因：該周所生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)均是客戶B公司訂單需求的，由于客戶對(duì)于產(chǎn)品的要求提高，設(shè)備工程師調(diào)整了設(shè)備參數(shù)，將生產(chǎn)速度降低了以滿足客戶的需求。而這一信息沒(méi)有及時(shí)反饋到IE工程師，未及時(shí)對(duì)計(jì)劃UPH進(jìn)行修改，導(dǎo)致設(shè)備速度損失很大，SPL沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.英飛凌實(shí)施OEE控制系統(tǒng)案例OEE損失追蹤案例：英飛凌公司解決方案：由于DS.T168設(shè)備故障和計(jì)劃UPH未及時(shí)更正導(dǎo)致第九周的SOT3X312UP貼片工序的整體OEE失效。雖然設(shè)備IT問(wèn)題已修復(fù)好，管理者根據(jù)報(bào)表分析要求采取防錯(cuò)措施，避免該類問(wèn)題的發(fā)生，并要求IE工程師及時(shí)測(cè)量更正計(jì)劃UPH。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)質(zhì)量波動(dòng)產(chǎn)生原因質(zhì)量波動(dòng)因素描述人（Man）員工質(zhì)量意識(shí)、技術(shù)水平、熟練程度、正確作業(yè)的差別等機(jī)（Machine）設(shè)備精度、工夾具的精度和維護(hù)保養(yǎng)狀況的差別等料（Material）材料的化學(xué)成分、物理性能及外觀質(zhì)量的差別等法(Method)生產(chǎn)工藝、操作規(guī)程以及工藝裝備選擇的差別等環(huán)（Environment）溫度、濕度、照明、噪聲以及清潔條件等KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)過(guò)程質(zhì)量控制方法KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)過(guò)程質(zhì)量控制系統(tǒng)功能分析KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)架構(gòu)KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例引線框架作為集成電路的芯片載體，是一種借助鍵合材料

（金絲、鋁絲、銅絲）實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，它起到了和外部導(dǎo)線連接的橋梁作用，絕大部分的半導(dǎo)體集成塊中都需要使用引線框架，是電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。引線框架（Leadframe）A0003-C863是適用于產(chǎn)品SOT23C8的引線框架，由于引腳尺寸的問(wèn)題，導(dǎo)致相應(yīng)制造過(guò)程（芯片鍵合，DieBond）的過(guò)程能力指數(shù)Cpk為0.87，說(shuō)明實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程與正常水平偏離過(guò)大。企業(yè)希望通過(guò)引入APC控制系統(tǒng)，將Cpk的值提升至1.33。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例首先，通過(guò)實(shí)地調(diào)研的方式，確定了該問(wèn)題產(chǎn)生原因的魚骨圖。其中，虛線圈內(nèi)的原因是最有可能導(dǎo)致上述問(wèn)題的原因。針對(duì)這些原因，做出假設(shè)，并假設(shè)原因進(jìn)行一一驗(yàn)證。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例①定位銷直徑的差異：使用選定的2個(gè)不同位置引腳組，建立2個(gè)樣品批次(一個(gè)批次的定位銷直徑為2.015，另一個(gè)為2.020)，每個(gè)批次樣品10000個(gè)。通過(guò)數(shù)據(jù)收集、整理以及分析得到如下分析結(jié)果。假設(shè)：Ho:μlowsetting=μhighsetting;HA:μlowsetting≠μhighsetting。

計(jì)算p值發(fā)現(xiàn)p>0.05，所以接受假設(shè)Ho，拒絕HA。即定位銷的直徑不會(huì)造成引線框架A0003-C863的Cpk值低。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例②定位銷強(qiáng)度設(shè)置差異。同樣地，建立兩個(gè)批次（現(xiàn)有強(qiáng)度和控制后強(qiáng)度），每個(gè)批次包括10000個(gè)樣品。假設(shè)：Ho:μlowspeed=μhighspeed;HA:μlowspeed≠μhighspeed。計(jì)算p值發(fā)現(xiàn)p<0.05，所以拒絕假設(shè)Ho，接受HA。即定位銷的強(qiáng)度會(huì)造成引線框架A0003-C863的Cpk值低。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例③進(jìn)料節(jié)距差異。同樣地，建立兩個(gè)批次（進(jìn)料節(jié)距分別為10.2和9.9），每個(gè)批次包括10000個(gè)樣品。假設(shè)：Ho:μlowspeed=μhighspeed;HA:μlowspeed≠μhighspeed。計(jì)算p值發(fā)現(xiàn)p>0.05，所以接受假設(shè)Ho，拒絕HA。即進(jìn)料節(jié)距不會(huì)造成引線框架A0003-C863的Cpk值低。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例根據(jù)以上分析可以得出結(jié)論：改變定位銷強(qiáng)度會(huì)給引線框架A0003-C863的生產(chǎn)過(guò)程偏差造成較大的影響。因此，確定通過(guò)優(yōu)化定位銷強(qiáng)度以提高引線框架A0003-C863制程Cpk的決策。在0~3kg的范圍內(nèi)調(diào)整定位銷強(qiáng)度以獲取最優(yōu)值，最終得到最優(yōu)定位銷強(qiáng)度應(yīng)該在1.5kg~3kg之間。KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例2.質(zhì)量控制系統(tǒng)英飛凌質(zhì)量控制系統(tǒng)案例改善結(jié)果：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例3.準(zhǔn)時(shí)交付率控制系統(tǒng)英飛凌公司準(zhǔn)時(shí)交付率系統(tǒng)流程：KPI控制系統(tǒng)實(shí)施案例3.準(zhǔn)時(shí)交付率控制系統(tǒng)英飛凌公司準(zhǔn)時(shí)交付率系統(tǒng)流程：選取該公司在某年度第26～31周（CW26-CW31）的CLIP指標(biāo)進(jìn)行智能制造管理系統(tǒng)實(shí)施效果分析。由于原始交付率(rawCLIP)和入庫(kù)后的實(shí)際交付率CLIP(DC-IN