L ESTRUSIONE SECONDO IL METODO OEE

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1 attualità CURRENT AFFAIRS L ESTRUSIONE SECONDO IL METODO OEE OEE FOR EXTRUSION PLANTS Parte seconda: Performance Second part: Performance Questo è il secondo di tre articoli riguardanti l applicazione del metodo OEE (Overall Extrusion Equipment Effectiveness) in estrusione, nel quale saranno approfondite le performance di produzione. L obiettivo è di superare la semplice analisi del KPI generico Performance per creare e gestire dei KPI più specifici che permettano un immediata individuazione della causa di eventuali basse performance e le possibili soluzioni: definire dei KPI specifici è necessario in quanto un KPI generico rappresenta una semplice media, anche se ponderata. Progettare e analizzare KPI più specifici permette di conoscere e migliorare situazioni che un KPI generico può evidenziare come buone, ma che nella realtà hanno grandi possibilità di miglioramento. Per raggiungere questo risultato, come specificato anche nell articolo precedente, è necessario definire un percorso di analisi che, partendo da dati aggregati legati alla produttività, permetta di arrivare al singolo dettaglio. Come misurare le Performance di produzione? Nella fig. 1 è visualizzato il KPI generico Performance = D/C ( netti reali/ netti teorici) che misura i cali di produttività causati dalla riduzione della velocità di estrusione, da mancate ottimizzazioni della billetta, degli This is the second article of a series of three concerning the application of OEE (Overall Extrusion Equipment Effectiveness) method in extrusion, wherein the production performances will be deepened. The goal is to go beyond the basic analysis of a generic KPI Performance, to create and manage more specific KPIs that allow an immediate identification of any lack of performances and the related causes and possible solutions: define more specific KPIs is needed as a generic one is just a simple average, although a weighted one. Design and analyze more specific KPIs allows to know and improve situations that a generic KPI can highlight as good ones but that actually have vast room for improvement. To reach this goal, as specified in the previous article, it must be defined an analysis path that, starting from aggregated data related to the productivity, allows to analyze the single specific detail. How to measure production Performances? The pic. 1 shows the generic KPI Performance = D/C (Real net / Theoretical net ) which measures the lack of performances due to extrusion speed decreas- di: M. Bertoletti - massimo.bertoletti@unoi.it M. Bosisio - marco.bosisio@unoi.it F. Bovo - fabrizio.bovo@gastaldellosistemi.it F. Gennari - franco.gennari@altairengineering.it A&L - 26

2 scarti tecnici e da una cattiva pianificazione. In questo documento analizzeremo l aumento delle performance in funzione della riduzione degli scarti tecnici e definiremo i KPI fondamentali necessari per il loro controllo. Controllare e analizzare i KPI legati alla produzione è infatti indispensabile per raggiungere l obiettivo del miglioramento continuo. Nell analisi delle performance non sono invece considerati i tempi di fermo durante la produzione in quanto già considerati nel primo articolo (KPI Availability ). es, missing billet optimizations, technical scraps and a bad planning. This document will analyze the performances increase function of technical scraps decrease and define the basic KPIs needed to check them. Check and analyze the KPIs related to the production is mandatory to apply the continuous improvement philosophy. The performances analysis does not consider the downtimes occurred during the production process as they were already considered in the first article ( Availability KPI ). Fig. 1 Nei grafici seguenti è rappresentata la logica di funzionamento dei KPI Availability e Performance. La base del KPI Perfomance è il tempo reale di utilizzo dell impianto ( Operating time ) e il KPI Net, senza considerare i tempi di fermo, così da separare i KPI legati ai tempi di fermo dai KPI legati alle velocità (Velocità Puller) e all ottimizzazione della billetta (scarti tecnici). Tale analisi viene effettuata basandosi sui dati di un impianto che utilizza un sistema di ottimizzazione della billetta, la cui lunghezza viene calcolata in funzione dell ordine e delle caratteristiche della lega. Ciò comporta che la percentuale di scarto tecnico sia sempre calcolata sulla lunghezza ottimale della billetta. KPI Availability Il KPI Availability viene calcolato con la seguente formula: B/A= Availability (Operating Time / Planned production time) The following chart shows the logical operation of Availability and Performance. The base of the KPI Performance is the real operating time and the KPI Net KGs/h, without considering the downtimes, to separate the KPIs related to downtime from the ones related to the puller speed and the billet optimization (technical scraps). Such analysis is made basing on the data of a company using a billet optimization system, whose length is calculated basing on the order and characteristics of the alloy. Because of this the technical scrap percentage is calculated all the time basing on the optimal length of the billet. KPI Availability The KPI Availability is calculated with the following formula: B/A= Availability (Operating Time / Planned production time).com - 27

3 KPI Performance Il KPI Performance viene calcolato con la seguente formula: D/C= Performance (Real net / Theoretical net kg/h) C= Theoretical net kg/h = kg netti Teorici producibili nel Planned Production Time D= Real net kg/h = kg netti reali prodotti nell Operating Time Nella figura 2 sono riportati i KPI che si consiglia di tenere sotto controllo per ottenere una buona gestione degli scarti tecnici; in rosso sono evidenziati i KPI analizzati in questo documento. KPI Performance The KPI Performance is calculated with the following formula: D/C= Performance (Real net / Theoretical net kg/h) C= Theoretical net kg/h = theoretical net KGs deliverable on Planned Production Time D= Real net kg/h = real net KGs produced on Operating Time The figure 2 shows the KPIs recommended to be kept under control to have a good management of the technical scraps; red-highlighted the ones analyzed in this document. Fig. 2 Descrizione/Description Produzione kg lordi (Messa in Lavoro, MIL ) Production (Gross KGs) Produzione Kg netti Production (Net KGs) Scarto tot Kg Total scrap (KGs) netti teorici (tempo di lavoro) Theoretical net KGs/h (operating time) netti reali (senza 1 a billetta) Real net KGs/h (without considering the first billet) netti reali (con 1 a billetta) Real net KGs/h (considering the first billet) netti reali(con 1 a billetta lunga) Real net KGs/h (considering a longer first billet) scarto Scrap (KGs/h) Scarto tecnico tot % Total technical scrap (%) Scarto tecnico senza 1 a billetta% Technical scrap (%; without considering the first billet) Scarto tecnico con 1 a billetta% Technical scrap (%;considering the first billet) Lunghezza media ponderata billetta Billet length weighted average Lunghezza media ponderata banco Handling table length weighted average Quantità media ponderata per lotto Lot size weighted average UM/U.M. Kg Kg Kg % % % mm mm kg A&L - 28 Scarti tecnici Per scarti tecnici si intendono gli scarti di testa, di coda, le giunte e i fondelli, le billette necessarie per la formazione del profilo e gli scarti alla Technical scraps Technical scraps means head & tail scraps, joints & butt-ends, the billets required to form the profile and the scraps generated at the

4 cesoia, cioè tutti quegli scarti non eliminabili, ma che, se ottimizzati, permettono di effettuare un estrusione di qualità maggiore. Quanto vale ridurre di un punto percentuale (1%) gli scarti tecnici? Nella fig. 3 sono visualizzati i differenti risultati ottenuti considerando produzioni effettuate in impianti europei, con lega 6060, con billette comprese tra 7 e 10 pollici e ipotizzando un recupero medio di un punto percentuale (1%). shear, that is any scrap which cannot be eliminated but that can let you make a better production run if optimized. What s the value of a one percent (1%) decrease of the technical scraps? The figure 3 shows the different results obtained considering different production runs on european plants, with 6060 alloy, billet between 7 and 10 and assuming a one percent average decrease. Fig. 3 Diametro billetta Billet diameter pollici inches Produzione attuale Current Production mm Riduzione scarti % % scraps decrease t/anno t/year Aumento produzione t/anno Production increase t/year % % % % % L analisi si baserà su dati raccolti da un impianto di tre presse e un KPI di scarto tecnico teorico pari al 10%. Nella fig. 4 è rappresentata la produzione giornaliera progressiva, evidenziando kg lordi, kg netti e percentuale di scarto. La media ponderata dello scarto reale delle tre presse restituisce un KPI con valore 10,9%. Il grafico evidenzia un trend in ascesa ma con un andamento sostanzialmente positivo in quanto si ha uno scostamento dal KPI teorico pari a 0,9%. Partendo da questo dato si ha la possibilità di verificare se esistono margini per la riduzione degli scarti tecnici; occorre quindi capire da cosa è generato questo dato e soprattutto valorizzare i vantaggi economici derivanti da una sua riduzione. È possibile inoltre fare una simulazione che, ipotizzando di ridurre al valore del KPI teorico (10%) gli scarti di tutte le matrici che l hanno superato, restituirà i vantaggi teorici di una loro riduzione. La fig. 5 mostra l interfaccia utente dove si definisce la percentuale di scarto sulla quale basare la simulazione (in questo caso 10%) mentre l immagine successiva mostra i risultati ottenuti. La simulazione ricalcola tutte le produzioni del periodo in esame (2 mesi e mezzo su 3 linee) e restituisce dei risultati interessanti: risulta infatti The analysis will be based on data collected on a three-presses facility and a theoretical technical scrap KPI equal to 10%. The figure 4 shows the daily production progress, highlighting gross KGs, net KGs and scrap percentage. The weighted average of the real scrap, for the three presses, is equal to 10,9%; the graph shows a growing trend but basically a positive situation with a 0,9% deviation from the theoretical KPI. Starting from this data the user can check if there is room for improvement, so the causes of this scrap must be understood and, above all, the economic advantages due to its decrease must be valued. Besides a what-if analysis that, assuming to decrease to the theoretical KPI value (10%) any die exceeding it, can be done: such analysis calculates the theoretical advantages due to this decrease. The figure 5 shows the user interface where the user defines the scrap percentage which will be the base of the what-if analysis (10% in this situation) while the following image shows the results obtained. The simulation calculates all the production runs made during the time range set (two and a half months on three production lines), with interesting results: to make the same net.com - 29

5 Fig. 4-5 Fig. 6 A&L - 30 che per effettuare la stessa produzione netta di tonnellate è possibile utilizzare una quantità di materia prima inferiore del 2,15% (circa 87t per il periodo in esame; circa 400t su base annua). Se invece si ipotizza di mantenere costante la materia prima utilizzata (4.077t) si ottiene un aumento di produzione netta pari a 78t (87t 10% scarto tecnico), equivalente al 2,17% (circa 370t su base annua). La fig. 6 (grafico risultante dalla simulazione) production of 3.631t the raw material used is decreased by 2,15% (about 87t for the time range analyzed; 400t an annual basis). Assuming to keep constant the raw material used (4.077t) the net production is increased by 78t (87t 10% technical scrap), equal to 2,17% (about 370t on annual basis). Figure 6, a graph generated by the simulation, shows the difference between real values and simulated ones, for each press: it s evident that there is a vast room for improvement, in particular on presses 1 and 3. Press 3 analysis With a drill-down on the daily production progress graph (figure 4) a new graph, including the alloys used during the time range analyzed, is shown (figure 7). A new drill down let you analyze in detail the data about 6082 alloy, with a 17,9% average technical scrap. The analysis consists in the research of all the dies with a technical scrap higher than 10% and understand if it s possible to decrease them to 10%. The drill down shows the dies with the highest incidence and shows clearly that there is vast room for improvement (pic. G shows the 10 dies with the highest incidence). Obviously the dies can be shown as sorted lists in addition to the graphic visualization, according to the user choice.

6 mostra per ogni pressa la differenza tra i valori reali e quelli simulati, da cui risulta in modo evidente quali siano i margini di miglioramento, in particolare per la pressa 1 e la pressa 3. Analisi della pressa 3 Con un drill down sul grafico della produzione progressiva (fig. 4) viene visualizzato un nuovo grafico che mostra le leghe utilizzate durante il periodo in esame (fig. 7). Effettuando un nuovo drill down si analizzano nel dettaglio i dati relativi alla lega 6082, dove c è uno scarto tecnico medio del 17,9%. L analisi consiste nel cercare tutte le matrici con uno scarto tecnico superiore al 10% e capire se è possibile mantenere il 10% come soglia massima per ognuna di esse. Il drill down mostra le matrici che hanno concorso maggiormente alla formazione di questo scarto e rivela con chiarezza che sono possibili considerevoli miglioramenti (la fig. 8 riporta le 10 matrici con più alta incidenza). Naturalmente le matrici possono essere visualizzate non solo graficamente, ma anche in liste ordinate in base alla scelta dell utente. Questo esempio di analisi evidenzia che, pur partendo da un risultato medio complessivamente buono (10,9% di scarto medio rispetto al 10% teorico), analizzando i dati correttamente si possono individuare matrici con scarti tecnici percentuali tali da giustificare un intervento migliorativo. Scarti tecnici e prima billetta Uno scarto tecnico normalmente è espresso con un valore percentuale legato unicamente a scattivazioni di testa, centro, coda, spessore del fondello e alla prima billetta necessaria per la formazione profilo. Ciò che molte volte sfugge è la dimensione del lotto da produrre, mentre è evidente che l incidenza della prima billetta varia in base alla dimensione del lotto; pertanto nella definizione dei KPI degli scarti tecnici sono separati gli scarti tecnici definiti come scattivazioni dagli scarti tecnici legati alla dimensione del lotto. La fig. 9 mostra questa situazione (scarti tecnici in funzione della dimensione del lotto e della lunghezza della prima billetta). This analysis example shows that, even starting from an average value generally good (10,9% average scrap compared with the theoretical 10%), a proper analysis of the data can let you identify dies with technical scraps values which justifies an intervention to improve them. Technical scraps and first billet A technical scrap usually is valued with a percentage related just to head, center and tail scraps, butt-end thickness and first billet required for profile formation. What is not considered many times is the size of the production lot, while it s clear that the incidence of the first billet varies according to the lot size; therefore, defining the technical scraps KPIs, the head, center and tail scraps and butt-end thickness are separated from the scraps caused by the lot size. The figure 9 shows this situation (technical scraps according to lot size and first billet length). The calculations have been done basing Fig. 7 Fig. 8.com - 31

7 Fig I calcoli sono stati effettuati basandosi sui seguenti dati: pressa 1650t, doppio banco, peso profilo 1600g, lunghezza barra 6500mm, scarti totali 2550mm, fondello 20mm, velocità 20 m/min. Le linee del grafico rappresentano: - linea Marrone, 1a billetta di scarto (400mm) - linea Marrone chiaro, 1a billetta di scarto (250mm) - linea Arancione, no 1a billetta - linea viola, 1a billetta lunga Sia nella situazione con una prima billetta da 250mm che nella situazione con una prima billetta lunga (400mm) è stata fatta un ottimizzazione per raggiungere l aggancio del puller: in questo secondo caso l ottimizzazione prevede un allungamento della prima billetta e lo scarto è quindi rappresentato da un solo fondello. È evidente che l estrusione di lotti molto piccoli è molto spesso la causa principale di elevati scarti on the following data: press 1650t, double handling table, profile weight 1600gr, bar length 6500mm, total scraps 2550mm, buttend 20mm, speed 20 m/min. The lines on the graph represent: - Brown line, scrapped first billet (400mm) - Light brown line, scrapped first billet (250mm) - Orange line, without first billet - Purple line, longer first billet Both in the situation with a first billet length equal to 250mm and in the one with a longer one (400mm) it has been done an optimization to reach the puller coupling: in this second situation the optimization set an elongation of the first billet, so the scrap will be just a single butt-end. It s clear that production runs of very small lots are often the cause of high technical scraps while a good planning which groups many orders to a single, bigger, production one is the best possible solution to reduce these scraps. The figure 10 shows the productivity (KGs/h) basing on production lot size. Using a longer first billet, when possible, allows to increase considerably the productivity as almost all the first billet cycle time is eliminated. An example of an optimal check is shown in the figure 11, a user interface including the following indicators, monitoring three events kind: net KGs/h % scraps Setting speed The KPIs included in the figure 11 (user interface of press performances control) are represented with colored vertical bars: - blue (theoretical values) - orange (real values without considering the first billet) - brown (real values considering the first billet) A&L - 32 Theoretical values are real-time calculated, billet by billet, basing on the referred parameters stored in

8 tecnici mentre, invece, una buona pianificazione, che permetta di accorpare più ordini in un singolo ordine di produzione più grande, è la migliore soluzione possibile per ridurre questi scarti. La fig. 10 mostra la produttività () in funzione della dimensione del lotto di produzione. L utilizzo, quando possibile, di una prima billetta lunga permette di incrementare notevolmente la produttività, perché viene eliminato quasi tutto il tempo di ciclo della prima billetta. Un esempio di controllo ottimale è rappresentato nella fig. 11 in cui è riportata una videata nella quale sono gestiti i seguenti indicatori che monitorano 3 tipologie di evento: evento: netti, Scarti % e velocità. a technological database; these calculations are done without considering the first billet as the incidence of its cycle time and the scraps may vary considerably according to the lot size (real data are collected automatically from the press). The KPIs included are: - theoretical net KGs/h (blue bar) - real net KGs/h without considering the first billet (orange bar) - real net KGs/h considering the first billet (brown bar) - theoretical scrap % (blue bar) Fig. 11 Fig. 12 Velocità di setting I KPI inclusi nella fig. 11 (interfaccia di controllo performance della pressa) sono rappresentati con barre verticali colorate: - blu (valori teorici) - arancioni (valori reali senza considerare la prima billetta) - marroni (valori reali considerando la prima billetta). I valori teorici sono calcolati, billetta per billetta, in tempo reale, basandosi sui parametri di riferimento memorizzati in un database tecnologico; questi calcoli sono effettuati senza considerare la prima billetta in quanto l incidenza.com - 33

9 del suo tempo di ciclo e degli scarti può variare considerevolmente in base alla dimensione del lotto (i dati reali sono raccolti automaticamente dalla pressa). I KPI inclusi sono: - kg/h netti teorici (barra blu) - kg/h netti reali senza considerare la prima billetta (barra arancione) - kg/h netti reali considerando la prima billetta (barra marrone) - scarti teorici % (barra blu) - scarti % reali senza considerare la prima billetta (barra arancione) - scarti % reali considerando la prima billetta (barra marrone) - velocità di setting teorica (barra blu) - velocità di setting reale (barra arancione) L area di sinistra include i dati raggruppati per turno mentre quella di destra include i dati della matrice selezionata. Le barre orizzontali sono indicatori che rappresentano la differenza tra valori teorici e reali: - indicatori kg/h evidenziano una situazione positiva se >=1, negativa se <1 - indicatori di scarto evidenziano una situazione positiva se <=0, negativa se >0 Tutti questi dati provano l elevata incidenza della prima billetta, quindi la necessità di una sua ottimizzazione e di una buona pianificazione. - real scrap % without considering the first billet (orange bar). - real scrap % considering the first billet (brown bar) - theoretical speed set (blue bar) - real speed set (orange bar) The left area includes the data grouped by shift while the right one includes the data of the die selected. The horizontal bars are indicators representing the difference between theoretical values and real ones: - KGs/h ones Highlights a positive situation if >=1; a negative one if <1 - scraps ones Highlights a positive situation if <=0; a negative one if >0 All these data proves the high incidence of the first billet, so the need to optimize it and a good planning. The figures 12 and 13 represent the procedural method used to improve the performances. The phases Extrusion Intelligence and Data Update are the most important ones as, to obtain significant results, it is required a deepened analysis of production data and the application of the continuous improvement philosophy. The base of this philosophy is that, phase by phase, the results reached are the starting point for new targets, so the KPIs shall be edited and analyzed, in each phase, with fast and reliable tools; and the data collection systems as well must have the same high reliability. Le fig. 12 e 13 rappresentano il metodo procedurale utilizzato per il miglioramento delle performance. Le fasi Extrusion Intelligence e Data Update sono le fasi di maggior importanza strategica in quanto, per ottenere risultati significativi, è necessario effettuare un analisi approfondita dei dati di produzione e applicare la filosofia del miglioramento continuo. Questa filosofia prevede che, fase dopo fase, i risultati raggiunti siano la base di partenza per nuovi obiettivi e quindi i KPI dovranno essere modificati e analizzati, in ogni fase, con strumenti rapidi e affidabili; e altrettanto affidabili dovranno essere i sistemi di raccolta dati. Fig. 13 A&L - 34