大型實驗設(shè)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(xué) 資產(chǎn)管理處，廣東 廣州 510631）

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

當(dāng)前，我國高校對大型實驗設(shè)備使用效率測評，是以提高公共支出效果為最終目標(biāo)的，通過實驗設(shè)備對公共教育、科學(xué)研究、社會事業(yè)所提供服務(wù)的數(shù)量、質(zhì)量及設(shè)備利用效率等來考核公共支出績效目標(biāo)的實現(xiàn)程度。然而，實驗設(shè)備的產(chǎn)出具有公共產(chǎn)品的特殊屬性，實驗設(shè)備的產(chǎn)出既有可以用貨幣衡量的直接經(jīng)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(zhǔn)確、直觀地分析設(shè)備效能發(fā)揮狀況的方法，并構(gòu)建簡便、可靠、科學(xué)的評價體系，讓管理者借助此設(shè)備效率測評方法，獲得系統(tǒng)、客觀的設(shè)備運行狀況數(shù)據(jù)和設(shè)備效能發(fā)揮偏差原因。

1 實驗設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備使用效率的主要測評體系比較分析

無論是生產(chǎn)型設(shè)備還是實驗研究型設(shè)備，人們都希望對設(shè)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(biāo)達(dá)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(shè)備效率和投資效益。

1.1 實驗設(shè)備的測評體系

目前，我國高校實驗設(shè)備是根據(jù)教育部《高等學(xué)校儀器設(shè)備管理辦法》、《教育部關(guān)于印發(fā)〈高等學(xué)校貴重儀器設(shè)備年度效益評價表〉的通知》所規(guī)定的考核評價標(biāo)準(zhǔn)體系進行測評的［3］。測評指標(biāo)分解為五大類別：實驗設(shè)備的機時利用評價指標(biāo)、人才培養(yǎng)評價指標(biāo)、科研成果評價指標(biāo)、服務(wù)收入評價指標(biāo)、功能利用與功能開發(fā)評價指標(biāo)。該測評體系是一個涵蓋設(shè)備使用時間、產(chǎn)生的經(jīng)濟收入、社會影響效果、管理目標(biāo)引導(dǎo)結(jié)果等比較全面的綜合設(shè)備效益評價體系，是與實驗設(shè)備產(chǎn)出的公共產(chǎn)品、公共服務(wù)績效的考核相適應(yīng)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(biāo)（機時利用、服務(wù)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(yǎng)、科研成果、功能利用與功能開發(fā)）；（2）整個評價過程以設(shè)備負(fù)責(zé)人提供的自評數(shù)據(jù)和材料為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)和材料的核實須跨越多個業(yè)務(wù)部門，準(zhǔn)確測評的可操作性低、成本高；（3）對實驗研究型設(shè)備的測評側(cè)重于產(chǎn)出效益的評價，對于影響設(shè)備產(chǎn)出效益的因素則考慮不多，評價結(jié)果對于如何改善設(shè)備本身的產(chǎn)出效益沒有直接的參考意義［4］。

盡管近期有國內(nèi)學(xué)者、大學(xué)機構(gòu)對實驗設(shè)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(biāo)的權(quán)重、細(xì)分指標(biāo)的調(diào)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(chǎn)設(shè)備的主要測評體系

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

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

目前，OEE在世界級的生產(chǎn)型企業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)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(chǎn)管理工具；它不僅是一個分析工具，還是一個基準(zhǔn)設(shè)計工具。它重點關(guān)注一個生產(chǎn)設(shè)備是否有效地使用，更多地用于在不同產(chǎn)業(yè)之間比較同一類設(shè)備的使用情況。

TEEP將OEE進一步深入化，即把所有與設(shè)備有關(guān)和無關(guān)的因素都考慮在內(nèi)，全面反映企業(yè)設(shè)備效率。

OEE測評體系相對于現(xiàn)有的實驗設(shè)備測評體系而言，它涉及的3個主要指標(biāo)（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(xiàn)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(zhǔn)確、清楚地說明設(shè)備效率如何，在生產(chǎn)的哪個環(huán)節(jié)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(yè)可以輕松地找到影響生產(chǎn)效率的瓶頸并進行改進和跟蹤，提高生產(chǎn)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(huán)節(jié)，使管理部門的責(zé)任更細(xì)化和明確，防止推卸責(zé)任。這些優(yōu)勢是傳統(tǒng)實驗設(shè)備測評體系所無法比擬的。但是，由于在高等學(xué)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(xué)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(chǎn)企業(yè)中的應(yīng)用

2 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備使用效率測評方法

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

2.1 生產(chǎn)設(shè)備的OEE和TEEP公式

在制造業(yè)的應(yīng)用中，OEE和TEEP的計算公式和測評指標(biāo)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(fù)荷時間

其中：

負(fù)荷時間＝日歷工作時間－計劃停機維護保養(yǎng)時間－非設(shè)備因素停機時間

開動時間＝負(fù)荷時間－故障停機時間－設(shè)備調(diào)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(chǎn)品數(shù)量×平均實際加工周期÷開動時間

速度開動率＝標(biāo)準(zhǔn)理論加工周期÷平均實際加工周期

合格品率＝合格產(chǎn)品數(shù)量÷加工產(chǎn)品數(shù)量

（2）TEEP計算公式

TEEP＝設(shè)備利用率×OEE

其中，設(shè)備利用率＝負(fù)荷時間÷日歷工作時間

2.2 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備的使用效率分析模型

在社會生產(chǎn)活動過程中，實驗設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備的使用有很大區(qū)別，最主要的區(qū)別是：生產(chǎn)設(shè)備在啟動到生產(chǎn)結(jié)束的過程中是連續(xù)作業(yè)的，以相同的速度生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，平均實際加工周期和標(biāo)準(zhǔn)理論加工周期比較穩(wěn)定，連續(xù)進行相同工作的時間會較長，設(shè)備調(diào)整初始化時間對設(shè)備的使用時間影響不大；而實驗設(shè)備不是連續(xù)作業(yè)的，不會以相同的速度進行相同的實驗，實際實驗周期會因?qū)嶒灅悠?、實驗方案和人的因素而不斷變化，連續(xù)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(shè)備調(diào)整初始化時間對設(shè)備的使用時間影響很大。

若要將生產(chǎn)設(shè)備中所使用的OEE和TEEP模型應(yīng)用于實驗設(shè)備，必須依據(jù)實驗設(shè)備的運行規(guī)律，在OEE和TEEP通用算法及分析模型的基礎(chǔ)上，修正參數(shù)，構(gòu)建實驗設(shè)備的使用效率分析模型、測評指標(biāo)體系和計算方法［11］。

實驗設(shè)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(wù)對象之間的不可比性而導(dǎo)致無法權(quán)衡使用效率。而在眾多影響因素中，實驗設(shè)備的運行情況是考核使用效率的最為直觀的參數(shù)。根據(jù)OEE模型的建模原則，將運行情況分為三大類別指標(biāo)：實驗設(shè)備時間利用率、實驗設(shè)備功能利用率和實驗結(jié)果（質(zhì)量）合格率。將這3類指標(biāo)綜合歸納若干可行的評估參數(shù)，盡量做到可量化。

通過深入分析高等學(xué)校或科研院所使用大型實驗設(shè)備進行社會生產(chǎn)（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?；蚩蒲性核褂么笮蛯嶒炘O(shè)備進行社會生產(chǎn)活動的過程

依據(jù)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(gòu)建如圖1所示的高等學(xué)校實驗室大型貴重儀器設(shè)備的時間利用率分析模型和測評指標(biāo)體系，還可以構(gòu)建圖2、圖3所示的大型實驗設(shè)備功能利用率分析模型、實驗結(jié)果（質(zhì)量）合格率分析模型及其測評指標(biāo)［12］。

圖1 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備時間利用率分析模型

圖2 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備功能利用率分析模型

圖3 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備實驗結(jié)果（質(zhì)量）合格率分析模型

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

2.3 基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備的使用效率計算方法

依據(jù)OEE和TEEP的通用算法及分析模型，結(jié)合實驗設(shè)備的特殊性，修正原有三大核心參數(shù)后，建立起適應(yīng)實驗設(shè)備使用效率的三大關(guān)鍵參數(shù)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(shè)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(shè)備的使用效率測評方法應(yīng)用分析

借助基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備的使用效率分析模型和計算方法，人們能準(zhǔn)確地判斷設(shè)備效率如何，在生產(chǎn)的哪個環(huán)節(jié)有多少損失，可以進行哪些改善工作?，F(xiàn)結(jié)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(shè)備閑置率、設(shè)備共享狀態(tài)、設(shè)備使用價值、設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定性、設(shè)備維修維護狀況、實驗技術(shù)人員配置、實驗環(huán)境配套、實驗經(jīng)費配備、設(shè)備管理水平、實驗材料準(zhǔn)備情況的指標(biāo)。

時間開動率還可以細(xì)分為設(shè)備可用率、設(shè)備預(yù)約率和設(shè)備開動率3個小指標(biāo)。

設(shè)備可用率是反映設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定性、設(shè)備維修保養(yǎng)水平、實驗環(huán)境配套情況、實驗操作管理人員配置情況、設(shè)備維修經(jīng)費配備情況的指標(biāo)。

設(shè)備預(yù)約率是反映設(shè)備可使用價值、實驗管理水平、實驗經(jīng)費配備情況、設(shè)備共享程度、實驗材料準(zhǔn)備情況的指標(biāo)。

設(shè)備開動率是反映實驗前準(zhǔn)備情況、設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定性的指標(biāo)。

設(shè)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(jié)果數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的效率損失原因，可非常有效地抓住導(dǎo)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(shè)備功能利用情況、共享程度和購置論證工作質(zhì)量的指標(biāo)。設(shè)備性能開動率的損失來源于共享程度低、設(shè)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(zhì)量和實驗工具質(zhì)量情況的指標(biāo)。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(yōu)劣和實驗工具優(yōu)劣。

以O(shè)EE和TEEP為模型構(gòu)建的大型實驗設(shè)備使用效率測評方法，彌補了傳統(tǒng)實驗設(shè)備使用效率測評的缺點，從指標(biāo)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(biāo)體系以外，還衍生出“實際使用設(shè)備時間與日歷工作時間”、“使用功能部件數(shù)量與設(shè)備可用的功能部件配置數(shù)”、“有價值實驗結(jié)果數(shù)與總實驗次數(shù)”3個比率。通過這3個數(shù)據(jù)的變化可以分析設(shè)備、人和管理3方面的問題，能比較準(zhǔn)確地反映一切與設(shè)備使用相關(guān)的事務(wù)是否有效支持該實驗設(shè)備的效能發(fā)揮。測評結(jié)果甚至可以用來驗證購買該實驗設(shè)備的決策是否合理，可以作為評價一個學(xué)?；蚩蒲袉挝坏脑O(shè)備總體管理水平的指標(biāo)。

雖然OEE和TEEP模型涉及多個指標(biāo)體系，每個指標(biāo)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(shù)據(jù)。

第一類數(shù)據(jù)是4個時間數(shù)據(jù)，即設(shè)備可用并計劃實驗時間、計劃停機和設(shè)備不可用時間、預(yù)約實驗時間、實際使用設(shè)備時間。

第二類數(shù)據(jù)是4個非時間數(shù)據(jù)，即使用功能部件數(shù)量、實際使用設(shè)備時間內(nèi)設(shè)備可用的功能部件配置數(shù)、有價值實驗結(jié)果數(shù)、實際使用設(shè)備時間內(nèi)總實驗次數(shù)。

依據(jù)這8個數(shù)據(jù)就可以直接推算出測評所需的其他數(shù)據(jù)。

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

3 結(jié)束語

本文建立的基于OEE和TEEP的大型實驗設(shè)備使用效率測評方法，不僅可了解實驗設(shè)備的實際運行狀況，而且還能幫助管理者分析引起設(shè)備效能未充分發(fā)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(tǒng)、直觀地了解設(shè)備的運行狀態(tài)。該方法可普遍適用于高等學(xué)校實驗室大型貴重儀器設(shè)備的績效分析和評價，可作為反映人才培養(yǎng)質(zhì)量、設(shè)備對科研成果貢獻(xiàn)度、實驗室儀器設(shè)備綜合管理水平的一種測評方法。

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