Die Gesamtanlageneffektivität (oder ) ist eine betriebswirtschaftliche Kennzahl, mit welcher die Effektivität und etwaige Verluste von technischen Anlagen oder Produktions Maschinen gemessen werden kann. Die GAE gibt den Prozentsatz der Fertigungszeit an, der tatsächlich produktiv ist, sowie die Zeit, in der die Effektivität nachlässt. Eine GAE von 100 % bedeutet, dass nur gute Teile produziert werden (100 % Qualität), und zwar mit maximaler Geschwindigkeit (100 % Leistung) und ohne Unterbrechungen (100 % Verfügbarkeit).
Allgemeines Die Messung der GAE ist eine bewährte Praxis in der Fertigung. Durch die Messung der GAE und der zugrundeliegenden Verluste können wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie der Fertigungsprozess systematisch verbessert werden kann.
Technisch gesehen ist die GAE eine wirksame Kennzahl zur Identifizierung und Visualisierung von Verlusten und zur Steuerung der Verbesserung der Effektivität von Fertigungsanlagen durch die Beseitigung von „Verschwendung“.
In sozialer Hinsicht kann die GAE eine gemeinsame Sprache für Gruppen bieten, die unterschiedliche „Sprachen“ sprechen, wie z. B. die Fertigung (Einheiten), Manager (Geld) oder Planer (Zeit).
Historie Die Kennzahl ist im Rahmen der Total Productive Maintenance von Bedeutung und OEE wurde erstmals – als zentraler Bestandteil der TPM-Methodik – in Seiichi Nakajimas Buch „TPM tenkai“ (1982) erwähnt.
Grundlagen Eine GAE von 100 % gilt als theoretischer Referenzwert, bei dem eine Maschine permanent mit ihrer theoretischen Höchstgeschwindigkeit läuft und ausschließlich gute Produkte herstellt. Alles, was dies verhindert, wird als „Verlust“ betrachtet. Um einen Einblick in die Verluste an den Anlagen zu erhalten und die Bereiche zu ermitteln, in denen Verbesserungen zur Steigerung der wertschöpfenden Umwandlung (Effektivität) erforderlich sind, werden drei Fragen gestellt: Läuft die Maschine? Wenn nicht: Was hat sie daran gehindert? Wenn sie läuft: Läuft die Maschine mit der theoretischen Höchstgeschwindigkeit? Wenn nicht: Was hat sie verlangsamt? Entspricht die Ausgabe den Spezifikationen? Wenn nicht: Was ist tatsächlich herausgekommen? Die erste Frage führt zur „Verfügbarkeitsrate“ der Anlage, die zweite zur „Leistungsrate“ und die dritte zur „Qualitätsrate“.
Auf diese Weise entsteht eine Kaskade von Effektivitätsverlusten.
Verlust Kaskade Die Qualitätsrate bezieht sich auf einen TEIL der Leistung (den Teil, bei dem „Geschwindigkeit“ vorhanden war, der andere Teil geht in der Leistungsrate verloren). Die Leistungsrate bezieht sich auf einen Teil der Verfügbarkeit (die Zeit, in der Leistung erbracht wurde – der andere Teil geht in der Verfügbarkeitsrate verloren).
Drei 'Raten' Quelle: Verfügbarkeit: Prozentsatz der geplanten Zeit, in der die Anlage für den Betrieb verfügbar ist. Die Verfügbarkeitsrate ist ein reines Maß für die Betriebszeit, das die Auswirkungen von Qualität und Leistung ausschließen soll. Die Verluste aufgrund verschwendeter Verfügbarkeit (Zeit) werden als Verfügbarkeitsverluste bezeichnet. Leistung: Geschwindigkeit, mit der die Anlage läuft, in Prozent seiner theoretischen Höchstgeschwindigkeit. Die Verluste aufgrund verschwendeter Geschwindigkeit (Ausbringungsmenge) werden als Leistungsverluste bezeichnet. Die Leistungsrate ist so konzipiert, dass die Auswirkungen von Qualität und Verfügbarkeit nicht berücksichtigt werden. Sie gibt Auskunft über: Absichtlich verringerte Geschwindigkeit Abweichung von der eingestellten Geschwindigkeit aufgrund kleinerer Stopps (d. h. Ausfallzeiten, die unter einem Schwellenwert liegen und daher nicht in die Verfügbarkeit eingehen) Geschwindigkeitsschwankungen. Qualität: Prozentualer Anteil der produzierten guten Einheiten an den produzierten Gesamteinheiten. Sie wird üblicherweise als First Pass Yield (FPY) oder First Time Right (FTR) bezeichnet. Die Verluste aufgrund verschwendeter Qualität (einwandfreie Einheiten) werden als Qualitätsverluste bezeichnet. Jede der drei Komponenten der GAE weist auf einen Aspekt des Prozesses hin, der verbessert werden kann.
Die GAE kann auf jede einzelne Anlage oder Linie angewendet werden. Dieses Instrument ermöglicht auch eine detaillierte Analyse, beispielsweise für einen bestimmten Zeitraum, eine bestimmte Schicht, ein bestimmtes Team oder verschiedene andere Parameter.
Obwohl die Leistung eines bestimmten Produkts auf einer bestimmten Anlage anhand der GAE-Daten ermittelt werden kann, lässt sich die GAE für dieses Produkt nicht berechnen, da hierfür alle Ausfallzeiten (Verfügbarkeitsverluste) bestimmten Produkten zugeordnet werden müssten.
Six Big Losses GAE konzentriert sich auf das „Wenn nicht“ in den Gleichungen: Wo ging potenzielle Effektivität verloren? Diese „Verluste“ an Effektivität werden weiter unterteilt in die sogenannten 'Six Big Losses' („Sechs großen Verluste“) der GAE. Um dies allgemeiner anwendbar zu machen und auch die finanziellen Auswirkungen der Verluste besser widerzuspiegeln, wurden die ursprünglichen sechs großen Verluste später leicht angepasst. Verfügbarkeit Leistung QualitätWarten Kleine Stopps Ausschuss Störungen Reduzierte Geschwindigkeit Nacharbeit
Der Grund für die Identifizierung der Verluste in den einzelnen Kategorien besteht darin, dass spezifische Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, um den Verlust zu reduzieren und die Gesamt-OEE zu verbessern.
Berechnung mini|Darstellung der GAE-Berechnung Die Gesamtanlageneffektivität besteht aus den Faktoren Verfügbarkeit (; ), Leistungsgrad (;) und Qualitätsrate (;):
Die Multiplikation der drei untrennbar miteinander verbundenen Verhältniszahlen VxLxQ ergibt einen Prozentwert, der den Anteil der geplanten Maschinenlaufzeit angibt, während der die Produktion tatsächlich die Qualitätskriterien erfüllt hat.
Dieser Wert liegt immer deutlich unter 100 %, da 100 % ein theoretischer Wert ist. Selbst wenn eine Anlage kontinuierlich mit maximaler Geschwindigkeit läuft, ohne einen einzigen Fehler zu verursachen, muss sie beispielsweise irgendwann gewartet werden.
Die GAE wird mit der folgenden Formel berechnet:
GAE = Verfügbarkeit * Leistung * Qualität
Beispiel: (Verfügbarkeit=86,6 %)*(Leistung=93 %)*(Qualität=91,3 %)= (GAE=73,6 %)
Alternative Berechnung Alternativ könnte die GAE als Zahl berechnet werden, indem die Mindestzeit, die zur Herstellung der Teile unter optimalen Bedingungen benötigt wird, durch die tatsächlich benötigte Zeit zur Herstellung der Teile dividiert wird.
Auf diese Weise sind jedoch die Verluste nicht mehr bekannt, sodass der wichtigste Teil der OEE fehlt.
Wertebereich Der Wertebereich der Gesamtanlageneffektivität liegt zwischen 0 und 1 bzw. zwischen 0 % und 100 %. Wenn z. B. ein Leistungsgrad von mehr als 100 % angezeigt wird, deutet dies auf einen Fehler in der Definition hin. Eine verwendete „theoretische Höchstgeschwindigkeit“, die in der Realität überschritten wird, wurde daher falsch festgelegt.
100 % Zeit für GAE ist die Zeit, wo die Machine im Einsatz ist: In der Regel ist dies die „Schichtzeit“.
Verfügbarkeitsrate Der Verfügbarkeitsanteil der GAE-Kennzahl gibt den Prozentsatz der geplanten Zeit (auch als „Ladezeit“ bezeichnet) an, in der die Anlage tatsächlich in Betrieb ist.
Beispiel Eine bestimmte Maschine soll in einer 8-Stunden-Schicht (480 Minuten) mit einer 30-minütigen Pause, in der die Maschine stillsteht, betrieben werden, wobei eine Störung von 60 Minuten auftritt.
Während der geplanten Betriebszeit von 480 Minuten stand die Maschine 30 Minuten aufgrund der Pause und 60 Minuten aufgrund der Störung still.
Sie war tatsächlich 480 - 30 - 60 = 390 Minuten in Betrieb.
Berechnung Methode 1: Verfügbarkeit = Betriebszeit / Ladezeit Beispiel: Verfügbarkeit = 390 Minuten / 480 Minuten = 81,25 %. Methode 2: Verfügbarkeit = (Ladezeit - Stillstände) / Ladezeit Beispiel: Verfügbarkeit = (480 - 90 Minuten) / 480 Minuten = 81,25 % Methode 3: . Dabei ist der Durchschnittswert der Zeit zwischen Ausfällen und der Durchschnittswert der Wiederherstellungszeit. Mit der Normänderung DIN EN 13306:2017 kann die Verfügbarkeit eindeutig beschrieben werden. Für die Laufzeit der Einheit wurde jetzt die Kennzahl MOTBF () in die Norm aufgenommen. Diese Methode ist weniger gebräuchlich und führt zu einer für die Produktion komplexeren Berechnung.
Leistungsrate Die Leistungsrate stellt das Verhältnis zwischen der theoretischen Höchstgeschwindigkeit der Maschine und ihrer tatsächlichen Geschwindigkeit dar. Die Leistung kann nur bei vorhandener Ausgabe berechnet werden, also während der tatsächlichen Laufzeit.
Festlegung der Höchstgeschwindigkeit Quelle: Die tatsächliche Geschwindigkeit lässt sich in der Regel leicht bestimmen, da die meisten Maschinen die produzierte Menge zählen. Jedoch ist es in der betrieblichen Praxis oft schwierig, die theoretische Höchstgeschwindigkeit als Referenzwert zu ermitteln. Die vom Maschinenhersteller angegebenen technischen Daten entsprechen in der Regel nicht den theoretisch möglichen Höchstwerten, z. B. um Reklamationen zu vermeiden oder aus anderen Gründen.
Eine zu niedrig festgelegte Höchstgeschwindigkeit wird sichtbar, wenn die Leistung über 100 % steigt, was unerwünscht ist. Letztendlich ist es das Ziel der OEE, das gesamte Potenzial ('Verluste') aufzudecken.
Eine eindeutige Methode zur Bestimmung der maximalen Geschwindigkeit ist die Berechnung anhand der Grundlage physikalischer Grenzen, z. B. durch Berechnung der Wärmeübertragung, der Motorleistung oder der Fallgeschwindigkeit eines Produkts. Wenn dies nicht möglich ist, hat sich das Konzept der „besten nachgewiesenen Zykluszeit“ bewährt. Dabei werden die Produktionsgeschwindigkeiten von Produkten aus der Vergangenheit ermittelt und die höchste Produktionsgeschwindigkeit um 20 % erhöht. Die Definition dieser Wert als 100 % Leistung kann zu einer strukturell zu niedrigen GAE führen, visualisiert jedoch alle potenziellen Leistungsverluste.
Der Faktor 1 (100 %) stellt nun einen Spitzenwert dar, der selbst kurzzeitig nie überschritten wird. Bei Anlagen, die nur ein oder wenige Produkte herstellen, ist die Berechnung des Leistungsfaktors einfach. Wenn eine große Anzahl unterschiedlicher Produkte mit unterschiedlichen Höchstgeschwindigkeiten auf einer Anlage gefertigt wird (Mehrproduktunternehmen), kann der Aufwand zur Ermittlung der Höchstgeschwindigkeit etwas schwieriger sein. Die Leistung sollte dann anhand eines gewichteten Durchschnitts korrekt berechnet werden.
Berechnung Die Leistung wird nach folgender Formel berechnet:
Beispiel Eine bestimmte Anlage soll 8 Stunden (480 Minuten) lang laufen und hat 90 Minuten Ausfallzeit. Betriebszeit = 480 Minuten – 90 Minuten Ausfallzeit = 390 Minuten Die maximale Geschwindigkeit für das produzierte Teil beträgt 40 Einheiten/Stunde oder 1,5 Minuten/Einheit. Die Anlage produziert während der Schicht insgesamt 242 Einheiten. Hinweis: Die Grundlage sind die Gesamtzahl der Einheiten, nicht die Anzahl der fehlerfreien Einheiten. Die Leistungskennzahl berücksichtigt keine Qualitätsmängel. Zeit für die Produktion der Teile = 242 Einheiten * 1,5 Minuten/Einheit = 363 Minuten Leistung = 363 Minuten / 390 Minuten = 93,1 %
Qualitätsrate Die Qualitätsrate ist ein Maß für den Verlust aufgrund defekter und zu überarbeitender Teile. Die Qualitätsrate ist eine reine Messgröße für die Prozessausbeute, die die Auswirkungen von Verfügbarkeit und Leistung ausschließt. Die Verluste aufgrund von Fehlern und Nacharbeiten werden als Qualitätsverluste bezeichnet. Sie ist wie folgt definiert: . Dabei ist die Anzahl der produzierten Teile, die Anzahl der Nacharbeitsteile und die Anzahl der Ausschussteile.
Beispiel Es werden 242 Einheiten produziert. 21 sind defekt. (242 produzierte Einheiten – 21 defekte Einheiten) = 221 Einheiten
221 einwandfreie Einheiten / 242 insgesamt produzierte Einheiten = 91,32 %
Standards