大型實驗設備綜合使用效率測評方法研究

廖江南，曹 潔，汪錫鑫，陳江霞

（華南師范大學 資產管理處，廣東 廣州 510631）

近10年來，我國高等教育事業發展取得了舉世矚目的成績。如何最大限度地發揮大型實驗設備在高校教學、科研中的重要作用和資源優勢，提高大型實驗設備的使用效率，已成為各高校和科研院所領導、職能部門以及使用單位面臨的難題。

當前，我國高校對大型實驗設備使用效率測評，是以提高公共支出效果為最終目標的，通過實驗設備對公共教育、科學研究、社會事業所提供服務的數量、質量及設備利用效率等來考核公共支出績效目標的實現程度。然而，實驗設備的產出具有公共產品的特殊屬性，實驗設備的產出既有可以用貨幣衡量的直接經濟效益，還有更大的無法量化的間接社會效益［1－2］。

本文力求探索一套能準確、直觀地分析設備效能發揮狀況的方法，并構建簡便、可靠、科學的評價體系，讓管理者借助此設備效率測評方法，獲得系統、客觀的設備運行狀況數據和設備效能發揮偏差原因。

1 實驗設備和生產設備使用效率的主要測評體系比較分析

無論是生產型設備還是實驗研究型設備，人們都希望對設備的使用效率有一個全面的測評，以檢驗投資計劃或管理目標達到的程度，并從中找到效率低下的原因，有針對性地改善條件，提高設備效率和投資效益。

1.1 實驗設備的測評體系

目前，我國高校實驗設備是根據教育部《高等學校儀器設備管理辦法》、《教育部關于印發〈高等學校貴重儀器設備年度效益評價表〉的通知》所規定的考核評價標準體系進行測評的［3］。測評指標分解為五大類別：實驗設備的機時利用評價指標、人才培養評價指標、科研成果評價指標、服務收入評價指標、功能利用與功能開發評價指標。該測評體系是一個涵蓋設備使用時間、產生的經濟收入、社會影響效果、管理目標引導結果等比較全面的綜合設備效益評價體系，是與實驗設備產出的公共產品、公共服務績效的考核相適應的大而全的測評方法。

然而，該測評體系存在3點主要的不足之處：（1）除了部分可以直觀量化、明確衡量的評價指標（機時利用、服務收入）外，還有更多的無法量化、難以界定的間接社會效益（人才培養、科研成果、功能利用與功能開發）；（2）整個評價過程以設備負責人提供的自評數據和材料為基礎，數據和材料的核實須跨越多個業務部門，準確測評的可操作性低、成本高；（3）對實驗研究型設備的測評側重于產出效益的評價，對于影響設備產出效益的因素則考慮不多，評價結果對于如何改善設備本身的產出效益沒有直接的參考意義［4］。

盡管近期有國內學者、大學機構對實驗設備的使用效益測評體系進行了不少改進研究與實踐，但是注重在評價指標的權重、細分指標的調整等微觀方面，而對于宏觀方面的評價體系研究較少［5］。

1.2 生產設備的主要測評體系

目前，對于生產型設備的測評，國際上通用的做法是 采 用 設 備 綜 合 效 率 （overall equipment effectiveness，OEE）和設備完全有效生產率（total effective equipment performance，TEEP）來全面衡量設備的效率發揮情況，從設備的時間利用、能力利用、產品合格率3方面綜合分析設備的效率［6］。

OEE已成為很多制造企業衡量和提高設備綜合管理水平的一個非常重要的指標和工具，是制造業中提高競爭力的主要改善措施指標之一，也是國際通用的質量管理體系QS9000持續改進的有效指標之一，是科學分析和評價企業生產型設備使用效率的指標和基準［7］。

目前，OEE在世界級的生產型企業內已經得到廣泛應用（見表1）。它既是一種有效的分析方法，也是一種簡單實用的生產管理工具；它不僅是一個分析工具，還是一個基準設計工具。它重點關注一個生產設備是否有效地使用，更多地用于在不同產業之間比較同一類設備的使用情況。

TEEP將OEE進一步深入化，即把所有與設備有關和無關的因素都考慮在內，全面反映企業設備效率。

OEE測評體系相對于現有的實驗設備測評體系而言，它涉及的3個主要指標（時間開動率、性能開動率和合格品率）均可量化，在實際操作中體現了簡便、可靠等特點。實踐證明：OEE是一個很好的工具，通過OEE模型的各子項分析，可以準確、清楚地說明設備效率如何，在生產的哪個環節有多少損失，以及可以進行那些改善工作。長期使用OEE工具，企業可以輕松地找到影響生產效率的瓶頸并進行改進和跟蹤，提高生產效率，并使公司避免不必要的耗費［8］。

OEE分析的另一個作用是找出管理薄弱環節，使管理部門的責任更細化和明確，防止推卸責任。這些優勢是傳統實驗設備測評體系所無法比擬的。但是，由于在高等學校、研究所等公共部門里了解OEE基本原理的管理人員極少，目前在高等學校、研究所等公共部門仍沒有得到有效的使用。

表1 OEE在生產企業中的應用

2 基于OEE和TEEP的大型實驗設備使用效率測評方法

OEE既可用于單臺設備的效率測評，也可以用于整條生產線的設備效率測評，還可以用于整個生產企業設備的總體效率測評。為了彌補實驗設備測評方法的不足，可以借生產設備的測評方法來構建適合實驗研究型設備的效率測評體系。

2.1 生產設備的OEE和TEEP公式

在制造業的應用中，OEE和TEEP的計算公式和測評指標通常定義如下［9－10］。

（1）OEE計算公式

OEE＝時間開動率×性能開動率×合格品率

時間開動率＝開動時間÷負荷時間

其中：

負荷時間＝日歷工作時間－計劃停機維護保養時間－非設備因素停機時間

開動時間＝負荷時間－故障停機時間－設備調整初始化時間

日歷工作時間即法定工作日的工作時間。

性能開動率＝凈開動率×速度開動率

其中：

凈開動率＝加工產品數量×平均實際加工周期÷開動時間

速度開動率＝標準理論加工周期÷平均實際加工周期

合格品率＝合格產品數量÷加工產品數量

（2）TEEP計算公式

TEEP＝設備利用率×OEE

其中，設備利用率＝負荷時間÷日歷工作時間

2.2 基于OEE和TEEP的大型實驗設備的使用效率分析模型

在社會生產活動過程中，實驗設備與生產設備的使用有很大區別，最主要的區別是：生產設備在啟動到生產結束的過程中是連續作業的，以相同的速度生產相同的產品，平均實際加工周期和標準理論加工周期比較穩定，連續進行相同工作的時間會較長，設備調整初始化時間對設備的使用時間影響不大；而實驗設備不是連續作業的，不會以相同的速度進行相同的實驗，實際實驗周期會因實驗樣品、實驗方案和人的因素而不斷變化，連續進行相同工作的時間相對較短，在每一次完整的實驗活動周期中，設備調整初始化時間對設備的使用時間影響很大。

若要將生產設備中所使用的OEE和TEEP模型應用于實驗設備，必須依據實驗設備的運行規律，在OEE和TEEP通用算法及分析模型的基礎上，修正參數，構建實驗設備的使用效率分析模型、測評指標體系和計算方法［11］。

實驗設備使用效率測評體系受到多種因素的影響。如果將這些影響因素一一予以評估分析，將非常繁瑣，并會因為服務對象之間的不可比性而導致無法權衡使用效率。而在眾多影響因素中，實驗設備的運行情況是考核使用效率的最為直觀的參數。根據OEE模型的建模原則，將運行情況分為三大類別指標：實驗設備時間利用率、實驗設備功能利用率和實驗結果（質量）合格率。將這3類指標綜合歸納若干可行的評估參數，盡量做到可量化。

通過深入分析高等學校或科研院所使用大型實驗設備進行社會生產（實驗活動）的每一次完整實驗活動周期，可以得到如表2所示的一個實驗活動周期的模型［6］。

表2 高校或科研院所使用大型實驗設備進行社會生產活動的過程

依據表2所示的一個實驗活動周期模型，按照OEE和TEEP通用算法及分析模型，可以構建如圖1所示的高等學校實驗室大型貴重儀器設備的時間利用率分析模型和測評指標體系，還可以構建圖2、圖3所示的大型實驗設備功能利用率分析模型、實驗結果（質量）合格率分析模型及其測評指標［12］。

圖1 基于OEE和TEEP的大型實驗設備時間利用率分析模型

圖2 基于OEE和TEEP的大型實驗設備功能利用率分析模型

圖3 基于OEE和TEEP的大型實驗設備實驗結果（質量）合格率分析模型

對于具有并行處理能力的設備，其時間利用率已經可以反映并行用戶的負荷情況了，若還有可以并行使用的余地，則還可以增加預約的時間。因此，預約的時間安排應考慮設備并行處理的能力。例如，超級計算機的應用就有多用戶同時預約的情況。

2.3 基于OEE和TEEP的大型實驗設備的使用效率計算方法

依據OEE和TEEP的通用算法及分析模型，結合實驗設備的特殊性，修正原有三大核心參數后，建立起適應實驗設備使用效率的三大關鍵參數的具體因子（見圖1、圖2、圖3），由此得到基于OEE和TEEP的大型實驗設備使用效率測評分析模型的計算公式如下：

其中：

2.4 基于OEE和TEEP的大型實驗設備的使用效率測評方法應用分析

借助基于OEE和TEEP的大型實驗設備的使用效率分析模型和計算方法，人們能準確地判斷設備效率如何，在生產的哪個環節有多少損失，可以進行哪些改善工作。現結合圖1、圖2、圖3和公式（1）—公式（4）進行分析如下。

首先，時間開動率是反映設備閑置率、設備共享狀態、設備使用價值、設備質量穩定性、設備維修維護狀況、實驗技術人員配置、實驗環境配套、實驗經費配備、設備管理水平、實驗材料準備情況的指標。

時間開動率還可以細分為設備可用率、設備預約率和設備開動率3個小指標。

設備可用率是反映設備質量穩定性、設備維修保養水平、實驗環境配套情況、實驗操作管理人員配置情況、設備維修經費配備情況的指標。

設備預約率是反映設備可使用價值、實驗管理水平、實驗經費配備情況、設備共享程度、實驗材料準備情況的指標。

設備開動率是反映實驗前準備情況、設備質量穩定性的指標。

設備時間開動率的損失來源詳見圖1的“效率損失原因”。通過對比測評結果數據及其對應的效率損失原因，可非常有效地抓住導致效率損失的潛在因素，然后有針對性地分析和解決問題。

其次，性能開動率是反映實驗設備功能利用情況、共享程度和購置論證工作質量的指標。設備性能開動率的損失來源于共享程度低、設備功能差和購置論證不充分。

最后，實驗合格率是反映實驗操作人員的實驗技能水平、實驗樣品質量和實驗工具質量情況的指標。實驗合格率的損失來源于實驗操作人員對實驗技能的掌握情況、實驗樣品優劣和實驗工具優劣。

以OEE和TEEP為模型構建的大型實驗設備使用效率測評方法，彌補了傳統實驗設備使用效率測評的缺點，從指標的選擇上克服了原有模型難以量化的缺點。除了運行情況的三大類別指標體系以外，還衍生出“實際使用設備時間與日歷工作時間”、“使用功能部件數量與設備可用的功能部件配置數”、“有價值實驗結果數與總實驗次數”3個比率。通過這3個數據的變化可以分析設備、人和管理3方面的問題，能比較準確地反映一切與設備使用相關的事務是否有效支持該實驗設備的效能發揮。測評結果甚至可以用來驗證購買該實驗設備的決策是否合理，可以作為評價一個學校或科研單位的設備總體管理水平的指標。

雖然OEE和TEEP模型涉及多個指標體系，每個指標體系有眾多影響因子，但是在實際操作中，測評者只需登記2類8個數據。

第一類數據是4個時間數據，即設備可用并計劃實驗時間、計劃停機和設備不可用時間、預約實驗時間、實際使用設備時間。

第二類數據是4個非時間數據，即使用功能部件數量、實際使用設備時間內設備可用的功能部件配置數、有價值實驗結果數、實際使用設備時間內總實驗次數。

依據這8個數據就可以直接推算出測評所需的其他數據。

可見，相對于目前國內高校、科研院所廣泛使用的五大評價指標（機時利用、人才培養、科研成果、服務收入、功能利用與功能開發）的測評方法［13］，基于OEE和TEEP的大型實驗設備使用效率的測評方法更有效、更可靠，不但能準確定位和分析問題，而且測評方法簡單易行、數據來源客觀穩定、成本低廉。

3 結束語

本文建立的基于OEE和TEEP的大型實驗設備使用效率測評方法，不僅可了解實驗設備的實際運行狀況，而且還能幫助管理者分析引起設備效能未充分發揮的主要原因；不僅測評簡單易行而且有效可靠，而且能讓管理者全面、系統、直觀地了解設備的運行狀態。該方法可普遍適用于高等學校實驗室大型貴重儀器設備的績效分析和評價，可作為反映人才培養質量、設備對科研成果貢獻度、實驗室儀器設備綜合管理水平的一種測評方法。

（

）

［1］呂煒，王偉同.中國公共教育支出績效：指標體系構建與經驗研究［J］.世界經濟，2007（12）：54－63.

［2］虞漢良.高等學校貴重儀器設備效益評價標準研究［J］.實驗技術與管理，1998，15（5）：7－13.

［3］郝亞清.北京地區高校貴重儀器設備效益評價現狀及引起的思考［J］.北京高等教育，2001（4）：38－39.

［4］姜愛民，李明弟，王少華，等.大型儀器設備使用效益評估、檢查的實踐與探索［J］.實驗技術與管理，2012，29（1）：195－197.

［5］黃曉靜.高校貴重儀器設備使用效益評價方法的探討［J］.實驗室科學，2005（3）：104－106.

［6］沈昕，嚴新民.設備使用效率測評方法研究［J］.中國設備工程，2007（7）：5－9.

［7］設備綜合效率（OEE）理論運用解析［EB／OL］.（2012－02－27）［2013－09－15 ］. http：／／www. iinews. com／ca／＿ 01－ABC00000000000199433.shtml.

［8］林琳，馬濤.單機設備OEE數據分析模型的建立［J］.工業工程，2008，11（3）：109－122.

［9］李葆文.現代設備資產管理［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［10］崔南方，張安.現代企業資產管理：EAM系統的原理與應用［M］.北京：電子工業出版社，2008.

［11］李葆文.企業OEE計算問題的解決［J］.廣州大學學報：自然科學版，2002，1（1）：91－96.

［12］李金熱，繆正余.設備綜合效率OEE的計算［J］.南京工業職業技術學院學報，2002，2（4）：10－12.

［13］畢建杰，高軍，常安瑛.提高貴重儀器設備效益的對策與效益評價體系的研究［J］.實驗技術與管理，1998，15（5）：18－21.