OEE : la clé pour augmenter la capacité de la ligne

Les entreprises manufacturières cherchent souvent à utiliser les équipements déjà en place pour créer de nouveaux produits. Elles mélangent et assortissent les équipements pour développer de nouvelles capacités et économiser de l'argent. Par conséquent, les lignes de production à grande vitesse ne sont pas toujours conçues selon les meilleurs principes de la maintenance productive totale (en anglais, TPM pour Total Productove Maintenance). 

Même les lignes actuelles qui étaient initialement bien conçues peuvent s'éloigner avec le temps d'une bonne conception et d'un fonctionnement optimal, car elles ne parviennent pas à suivre le rythme des changements dans la nomenclature du produit final (en anglais, BOM, Bill of Materials) ou dans les schémas de production.

Ce document explique comment identifier les causes fondamentales (en anglais, RCA Root Cause Analysis) des problèmes de ligne, puis comment les réduire ou les éliminer. Il décrit une approche DMAIC continue étape par étape, pour aider à :

1. Définir et Mesurer la performance deleurs lignes
2. Analyser les données :
   1. Reconnaître les symptômes d'une mauvaise performance de la ligne en suivant les états, les événements et les comptages
   2. Identifier où les problèmes se produisent sur leurs lignes
3. Innover et Contrôler :
   1. Concentrer leurs efforts pour améliorer l'efficacité aux bons endroits.
   2. Réduire les équipements, les produits et les déchets.

Qu'est-ce que l'OEE ?

L'OEE (en anglais, Overall Equipment Effectiveness), ou taux de rendement global, est une mesure qui calcule le pourcentage du temps de production prévu qui est réellement productif. Un score OEE parfait (100 %) signifierait que vous fonctionnez à pleine capacité, sans interruption, et que vous ne produisez que des produits de qualité qui ne s'écartent pas de vos normes. 

En mesurant le taux OEE et en comprenant vos pertes, vous comprendrez en profondeur vos activités de production. C'est le meilleur moyen de vous aider à identifier les pertes, à évaluer les progrès et à améliorer la productivité de vos équipements et de vos lignes.

Comment calculer le taux OEE

Comme nous le verrons plus en détail plus loin, l'OEE prend en compte toutes les pertes, qu'il s'agisse de perte de temps d'arrêt, de perte de vitesse ou de perte de qualité, de sorte qu'il ne mesure que le temps de fabrication réellement productif. Le calcul de l'OEE est simple. Tout ce dont vous avez besoin, ce sont les trois valeurs suivantes :

1. Disponibilité - Le processus fonctionne-t-il toujours pendant le temps de production prévu ?
2. Performance - Le processus fonctionne-t-il à pleine capacité ?
3. Qualité - Y a-t-il des défauts ?

Une fois que vous avez déterminé ces trois valeurs, vous pourrez calculer l'OEE à l'aide de la formule suivante :

Un bon score OEE dépend de nombreux facteurs, notamment du type et du nombre de produits traités par votre ligne - mais nous y reviendrons plus tard.

Principes d'une ligne de production typique

Une ligne de production typique est composée de différentes pièces d'équipement qui effectuent des tâches spécifiques pour livrer le produit final emballé ou unité de gestion des stocks (en anglais, SKU Stock Keeping Unit).

Ces équipements sont reliés entre eux par des lignes de convoyeurs et des processus de manutention manuelle et sont généralement contrôlés par des capteurs et des automates programmables (en anglais, PLC Programmable Logic Controllers). Une ligne de production est plus que la somme de ses parties. Les machines individuelles doivent être correctement spécifiées afin qu'elles puissent fonctionner ensemble dans le cadre d'une conception globale efficace.

Le graphique ci-dessous illustre les considérations vitales d'une ligne de production typique :

1. L'équipement ou l'actif « goulot d'étranglement » (Actif 2)
2. La nature de la production en forme de V
3. La capacité tampon, ou TEC (travaux en cours), fournie par les accumulateurs et les convoyeurs

Comme indiqué ci-dessus, sur des périodes prolongées, la vitesse de la ligne (Production) ne peut pas dépasser celle de l'équipement le plus lent de l'actif. Cet équipement est appelé le goulot d'étranglement. Chaque équipement d'une ligne est conçu pour fonctionner à un taux de production ou à une capacité particulière. 

La première étape d'une bonne conception de ligne de production consiste à décider quelle machine doit être le goulot d'étranglement. Il est important de maximiser le retour sur investissement. Le goulot d'étranglement doit être considéré en fonction de la vitesse de production, de la qualité, du coût, etc. Il est vital de la faire fonctionner aussi près que possible de sa capacité maximale.  

Pour s'assurer que la machine souhaitée est le goulot d'étranglement, toutes les autres machines doivent avoir une vitesse nominale plus élevée. Le reste de la ligne doit être conçu pour desservir la machine goulot et la faire fonctionner aussi constamment que possible. Cela signifie que l'équipement du goulot d'étranglement devrait idéalement :

1. Ne jamais être privé de matière première, c'est-à-dire qu'il devrait toujours y avoir des matières premières en attente de traitement à l'entrée de la machine
2. Ne jamais être bloqué en raison d'une accumulation, c'est-à-dire que le produit traité par l'équipement doit être évacué assez rapidement pour éviter que le produit ne s'accumule et ne bloque la sortie de la machine du goulot ;
3. Ne jamais être arrêté ou défaillant en raison d'une panne ou d'un temps d'arrêt inattendu.

Cela signifie qu'il faut spécifier les vitesses nominales de chaque équipement de la ligne de production pour former un V et prévoir une capacité tampon appropriée. La vitesse nominale de la machine goulot d'étranglement détermine la vitesse globale de la ligne, fixant ainsi la vitesse nominale de la ligne.

Si tous les équipements fonctionnent sans problème, le débit moyen de chaque machine correspondra au débit de l'équipement goulot. Avec une forme en V, cela signifie que les équipements en aval et en amont sont parfois inactifs.  

Chaque système de commande d'équipement fera en sorte que les équipements en amont et en aval tournent au ralenti ou soient bloqués (soient éteints) en attendant que l'équipement immédiatement après dégage (en amont) ou remplisse (en aval) le convoyeur qui les sépare.

La forme en V signifie donc que les machines en amont sont conçues pour avoir un temps d'accumulation et les machines en aval pour avoir un temps de famine. L'objectif principal des opérateurs de ligne doit être d'augmenter la cadence nette réelle de la machine la plus lente (Actif 2) car elle contient la production de la ligne.

Méthodologie OEE et DMAIC

Définir

Une ligne de production typique est décomposée en plusieurs équipements, comme illustré ci-dessous. La cartographie du processus permet de structurer les informations afin de les transformer en informations exploitables. La cartographie des informations est nécessaire mais pas suffisante.

La définition doit inclure la normalisation de la structure des données afin de comprendre, d'identifier les causes profondes et de développer les dépannages sur tous les équipements de la ligne. Cela relève également du principe 5S, « standardiser ». De nombreux points de données et paramètres doivent être configurés pour générer des rapports et des alarmes. 

Les exigences en matière de points de données vont des états de l'équipement, tels que marche, arrêt et inactivité, aux codes de temps d’arrêt et codes d'anomalie de l'équipement, à l'unité de mesure du paquet (en anglais, UoM Unit of Measurement), etc. L'image suivante est notre exemple d'équipement d'emballage typique.

La normalisation des informations apporte plusieurs avantages supplémentaires, allant de l'efficacité de la formation des opérateurs, des techniciens et des agents de maintenance à l'efficacité de l'automatisation, de la mise en service et de l'intégration des fournisseurs d'équipements. Les événements liés à l'équipement d'une chaîne de production respectent généralement la distribution des données suivante. Les données structurées sur les équipements facilitent l'analyse des causes profondes, comme le système 5M. Comme le montre cette image, chaque pièce d'équipement devrait utiliser le même modèle d'état et regrouper les codes de défaillance en conséquence.

Les événements de ligne regroupent tous les équipements individuels et suivent un modèle d'état similaire à celui décrit ci-dessus pour les équipements composant la ligne. L'image ci-dessous renvoie des informations aux planificateurs de production, aux superviseurs de production et aux équipes de maintenance et de nettoyage. .  

Rappelez-vous que les horaires de production sont généralement planifiés mensuellement lors des réunions de planification des ventes et des opérations et qu'ils fournissent une visibilité départementale de ce qui sera produit, où et quand. La visibilité de l'état de la ligne est un excellent moyen d'optimiser l'utilisation des ressources.

Comme nous l'avons indiqué précédemment, les informations standardisées aident à identifier la cause première du problème. Lors d'une réunion de type Kaizen, les parties prenantes chercheront à rattacher les problèmes à l'une des cinq catégories des 5-M RCA :

1. Man-Personnes
2. Machine-Equipement
3. Method-Procédure
4. Material-Produit
5. Measurement-Outil.    

Sur la base de ce qui précède, la ligne et les équipements associés peuvent être configurés, les données mesurées et les informations structurées pour identifier les pertes de fabrication.

Mesurer

Cette section traite des facteurs qui réduisent l'efficacité d'une ligne de production et montre comment effectuer quelques mesures simples de la performance à l'aide de l'OEE. Ces mesures permettront de signaler les problèmes et d'identifier les possibilités d'amélioration. La performance globale d'une ligne à grande vitesse se détériore en raison d'un ou d'une combinaison de facteurs suivants :

1. Temps perdu
2. Réduction de la vitesse
3. Mauvaise qualité du produit

Le taux OEE nous permet également de quantifier ces effets en calculant des indicateurs clés de performance (taux de disponibilité, de performance ou de qualité). Ces indicateurs peuvent constituer un historique lors du suivi des changements dans le cadre d'un processus d'amélioration continue. Les mesures comprennent, sans s'y limiter, les éléments suivants. 

1- Temps par état ded'équipement dans un état

La définition de l'état des équipements est basée sur les normes industrielles. Les équipements ont des états prédéfinis, les plus courants étant les états de marche, d'arrêt et de repos. Dans un monde où les performances de l'équipement peuvent être affectées par le temps perdu (hors fonctionnement), il est logique que ces mesures d'état soient nécessaires pour comprendre combien de temps est perdu. 

2 - Disponibilité de l'équipement et taux de défaillance

Lorsque du temps est perdu parce que l'équipement est à l'état d'arrêt, les opérateurs, les équipes de maintenance et d'amélioration continue devront trouver pourquoi l'équipement a été arrêté. Cette information est généralement fournie par l'automatisation de l'équipement (ou automate programmable). 

Le temps perdu par l'équipement peut être affecté par des défaillances de l'équipement ou des raisons opérationnelles. Il est très important de séparer les temps d'arrêt des équipements pour effectuer une analyse des causes profondes. C'est à ce moment-là que le mappage et la normalisation des données, comme nous l'avons indiqué ci-dessus, s'avèrent très utiles.

Le temps perdu aura un impact sur la composante disponibilité et/ou taux de performance de l'OEE. 

3 - Compteurs de production pour la ligne et l'équipement

Les compteurs sont nécessaires pour mesurer le nombre d'unités produites par la ligne et l'équipement. Lorsque l'équipement est conçu pour fonctionner à un rythme prédéterminé, il est assez simple de compter combien d'unités doivent être produites par période. Les compteurs sont donc nécessaires pour mesurer le rendement réel de l'OEE et les composantes du taux de qualité.   

Sans compteurs, la deuxième mesure de performance ou la vitesse réduite ne peut être mesurée. De plus, des SKU différents signifient des réglages différents pour la ligne et les équipements qui la composent. Ainsi, lorsqu'un compteur détecte une unité nouvellement produite, il doit savoir quel SKU l'équipement fabrique pour se conformer aux normes de production pour tout SKU donné composant les programmes de production quotidiens.

 La troisième mesure de détérioration des performances, ou qualité médiocre des produits, nécessite que les compteurs apportent le contexte du SKU approprié à la mesure. Pour établir le SKU de production approprié, il doit y avoir un processus qui identifie le début et la fin de l'ordre de travail.

Les compteurs d'unités doivent également savoir quelle unité de mesure (UOM) un comptage d'unités représente. Enfin, pour mesurer le taux de qualité de l'OEE, il faut aussi compter les unités pour déterminer si elles sont bonnes ou défectueuses.  

4 -État de la ligne

La gestion de l'état de la ligne est plus délicate que la simple observation d'un équipement de ligne spécifique. Cela est dû en partie au fait que les lignes de production à grande vitesse peuvent parfois exécuter le produit SKU B à un bout de la ligne tout en exécutant le produit SKU A à l'autre bout de la ligne.  

Il est donc essentiel de savoir quelle est la production de chaque équipement composant une ligne de production. Cela est également vrai lorsque deux lignes partagent un équipement commun qui empile des caisses de produits sur deux palettes différentes.

L'état de la ligne peut être différent dans la mesure où il se peut que la production ne soit pas programmée, ou que l'équipe de nettoyage n'ait pas fini de préparer la ligne pour la production. En d'autres termes, les états de la ligne peuvent également subir une perte de temps, et cette perte doit être attribuée à la bonne raison.

En fin de compte, la performance quotidienne des opérations (plan de respect, ordre parfait, etc.) n'est pas mesurée par l'équipement mais au niveau de la ligne, il est donc important de comprendre le taux de rendement de la ligne. 

5 - Tendances de la ligne

L'image suivante est un outil standard utilisé pour comprendre les performances réelles de la ligne par rapport aux normes. Il s'agit d'une représentation temporelle multi-scénarios de la performance de la ligne de production. Les tendances de la ligne peuvent aider à déterminer rapidement si la ligne produit selon les normes et terminera ses commandes de production à temps ou si elle aura besoin de plus de temps (l'axe X montrant le temps) et/ou de ressources pour répondre aux commandes de production planifiées (l'axe Y montrant le nombre d'unités).

 Les tendances de la ligne montrent généralement:

1. Vert : Ininterrompu à un taux de performance de 100% (taux de ligne nominalconfiguré)
2. Noir : Prévu en fonction des changements de ligne et du taux de goulot d'étranglement (taux de ligne basé sur l'équipement de goulot d'étranglement configuré).
3. Bleu : Taux de performance réel (taux de ligne réel, bon et mauvais, mesuré au dernier équipement)

6 - Taux réel de l’équipement et de la ligne

Les taux standard de l'OEE sont basés sur le produit ou les SKU que l'équipement traite. La mesure composite de l'OEE est basée sur la multiplication des trois taux suivants :

1. Taux de disponibilité - le temps pendant lequel l'équipement fonctionne par rapport au temps total disponible.
2. Taux de performance - le nombre d'unités produites par rapport au nombre d'unités qui auraient dû être produites à la vitesse nominale.
3. Taux de qualité - le nombre d'unités réellement appropriées produites par rapport au nombre total d'unités produites. 

7 - Gestion des bons de travail et autres données contextuelles

L'OEE mesure le taux de rendement de l'équipement des actifs. La performance réelle de l'équipement est basée sur les produits qui seront fabriqués. Le programme de production provient généralement du programme de production hebdomadaire remis aux opérations.

Pour fournir un contexte supplémentaire à l'analyse des performances de la ligne et de l'équipement, des variables telles que l'équipe actuelle et la certification des travailleurs constituent d'excellents points de référence. Elles indiquent la conformité des travailleurs aux normes. La corrélation entre la conformité aux normes et les performances est fondamentale pour la fabrication de classe mondiale, les initiatives d'amélioration continue et l'analyse comparative des installations de production.

Analyser

Les pertes en ligne peuvent provenir de nombreux domaines. Chaque domaine doit être mesuré afin d'en déterminer la cause profonde pour une amélioration continue. 

Perte externe

Cet indicateur de perte de planification et de chaîne d'approvisionnement n'est pas directement lié à la ligne. Par exemple, une ligne s'arrête de fonctionner pendant 1,25 heure en raison de facteurs externes tels que l'absence de demande, des réunions, des pauses déjeuner et des défaillances d'approvisionnement en dehors de la ligne dues à des problèmes de fabrication.

La prise en compte du temps perdu causé par des facteurs extérieurs à la ligne permet de s'assurer que les autres indicateurs de performance montrent les performances de la ligne. L'indicateur de temps perdu externe montre la proportion de la journée de travail, comme les heures d'ouverture du site, que la ligne aurait pu effectuer après avoir soustrait le temps perdu externe. 

Temps d'arrêt ou perte de disponibilité

Il s'agit d'un indicateur de perte d'exploitation, de maintenance et d'ingénierie qui peut être attribué à un équipement spécifique sur une ligne. Il y a une différence entre le temps d'arrêt et le taux de disponibilité des équipements.

Dans l'exemple du remplisseur précédent (Actif 2), l'équipement a fonctionné pendant 1 heure 54 minutes, le temps restant étant réparti entre les événements Arrêt (1 heure 44) et Temps d'arrêt (21 minutes). Les temps d'arrêt se répartissent comme suit :