Come calcolare l’OEE con i dati dei PLC: formula, esempio e raccolta automatica

Copertina SELDA sul calcolo dell'OEE con i dati dei PLC, con operatore industriale che utilizza un tablet

Quanto è realmente efficiente una linea di produzione? Per rispondere non basta conoscere il numero di pezzi prodotti o le ore di funzionamento di una macchina. Occorre capire quanto tempo è stato utilizzato per produrre, a quale velocità ha lavorato l’impianto e quanti pezzi hanno rispettato gli standard di qualità.

L’OEE permette di analizzare questi tre aspetti attraverso un unico indicatore. Il suo valore, però, dipende dalla correttezza delle informazioni utilizzate per calcolarlo.

Vediamo cos’è l’OEE, come si calcola con un esempio pratico e come i dati raccolti dai PLC possono alimentare un sistema di monitoraggio automatico, attraverso tecnologie di connettività industriale come Kepware® e piattaforme di Analytics come Qlik.

Cos’è l’OEE e cosa misura?

L’OEE (Overall Equipment Effectiveness) è un indicatore utilizzato per misurare l’efficacia complessiva di una macchina o di un processo produttivo rispetto al tempo pianificato per produrre.

Si calcola moltiplicando tre fattori:

  • Disponibilità (Availability): quanto tempo l’impianto è rimasto effettivamente in funzione rispetto al tempo pianificato.
  • Prestazioni (Performance): quanto velocemente ha prodotto rispetto al ciclo ideale.
  • Qualità (Quality): quale percentuale dei pezzi prodotti è risultata conforme al primo passaggio.

Formula OEE = Disponibilità × Prestazioni × Qualità

Il risultato viene espresso in percentuale.

L’OEE non misura soltanto se una macchina è accesa. Aiuta a distinguere le perdite dovute ai fermi, ai rallentamenti e ai prodotti non conformi.

Come si calcola l’OEE? Le tre formule

1. Disponibilità: quanto tempo la macchina ha prodotto

La disponibilità misura il rapporto tra tempo effettivo di funzionamento e tempo di produzione pianificato.

Disponibilità = Tempo di funzionamento / Tempo di produzione pianificato × 100

Il tempo di funzionamento si ottiene sottraendo dal tempo pianificato i fermi che devono essere conteggiati nell’OEE.

È fondamentale stabilire prima quali intervalli escludere dal tempo pianificato, ad esempio le pause durante le quali non è prevista alcuna produzione.

Un cambio formato che avviene durante il tempo destinato alla produzione, invece, può rappresentare una perdita di disponibilità anche se è stato programmato.

2. Prestazioni: quanto velocemente ha prodotto

Le prestazioni confrontano il tempo teoricamente necessario a realizzare tutti i pezzi con quello effettivamente trascorso in funzionamento.

Prestazioni = (Tempo ciclo ideale × Pezzi totali) / Tempo di funzionamento × 100

Il tempo ciclo ideale rappresenta il tempo minimo di riferimento per produrre un pezzo nelle condizioni previste.

Questa componente tiene conto delle perdite causate da velocità ridotta e microfermi, secondo le regole di rilevazione adottate.

Se il valore delle prestazioni supera il 100%, è opportuno verificare i parametri utilizzati, in particolare il tempo ciclo ideale e la coerenza delle unità di misura.

3. Qualità: quanti pezzi sono conformi

La qualità confronta il numero di pezzi conformi con il totale prodotto.

Qualità = Pezzi conformi / Pezzi totali × 100

Nel calcolo OEE i pezzi conformi sono generalmente quelli che superano il controllo al primo passaggio, senza necessità di rilavorazione.

Per questo motivo non basta sempre leggere un contapezzi dal PLC: può essere necessario integrare informazioni provenienti da sistemi di controllo qualità, MES o altre applicazioni aziendali.

Esempio pratico: calcolo dell’OEE di una linea produttiva

Consideriamo un esempio illustrativo di una linea automatizzata.

Durante il periodo analizzato sono stati rilevati questi dati:

ParametroValore
Tempo di produzione pianificato480 minuti
Tempo complessivo di fermo da conteggiare60 minuti
Tempo effettivo di funzionamento420 minuti
Tempo ciclo ideale1 minuto per pezzo
Pezzi totali prodotti378
Pezzi conformi370
Pezzi non conformi8

I 480 minuti rappresentano il tempo già destinato alla produzione, al netto degli eventuali intervalli esclusi secondo le regole aziendali.

Calcolo della disponibilità

420 / 480 × 100 = 87,50%

Calcolo delle prestazioni

(1 × 378) / 420 × 100 = 90,00%

Calcolo della qualità

370 / 378 × 100 = 97,88%

Moltiplicando i tre fattori espressi in forma decimale:

OEE = 0,875 × 0,90 × (370 / 378) = 77,08%

Risultato dell’esempio: OEE = 77,08%.

Questo significa che il tempo pienamente produttivo, equivalente alla produzione dei soli pezzi conformi alla velocità ideale, rappresenta circa il 77% del tempo pianificato.

Il restante tempo equivalente è associato alle perdite di disponibilità, prestazioni e qualità.

Il valore percentuale, preso da solo, non spiega però dove intervenire: per migliorare l’efficienza occorre analizzare separatamente le tre componenti e le relative cause.

L’OEE può essere verificato anche attraverso una formula equivalente: (Pezzi conformi × Tempo ciclo ideale) / Tempo di produzione pianificato. Nell’esempio: (370 × 1) / 480 × 100 = 77,08%.

Nota: i valori riportati costituiscono una simulazione didattica.

Quali dati servono per calcolare l’OEE dai PLC?

Per automatizzare il calcolo dell’OEE è necessario individuare le informazioni disponibili nei controllori industriali e quelle che devono essere recuperate da altri sistemi.

Una possibile mappatura è la seguente:

Dato necessarioPossibile origineUtilizzo
Stato macchina: marcia, fermo, guastoPLCRilevare il tempo di funzionamento
Eventi di arresto e ripartenzaPLC o sistema di raccoltaCalcolare la durata dei fermi
Contapezzi totalePLCCalcolare le prestazioni
Contapezzi pezzi conformi o scartiPLC, MES o controllo qualitàCalcolare la qualità
Tempo ciclo idealeAnagrafica tecnica, MES o ERPCalcolare le prestazioni
Calendario e tempo pianificatoMES, ERP o pianificazioneCalcolare la disponibilità
Ordine di produzione e prodottoMES o ERPContestualizzare le misure
Causale di fermoPLC, HMI o operatoreInterpretare le perdite

Non tutti questi segnali sono necessariamente disponibili in ogni PLC.

In alcuni impianti il controllore espone soltanto lo stato macchina e alcuni contatori. In altri, invece, sono già disponibili molte delle informazioni necessarie.

Il primo passo non è quindi costruire una dashboard, ma verificare quali dati esistono, come vengono aggiornati e quale significato operativo hanno.

Dal PLC al database: il ruolo di Kepware®

In uno stabilimento possono convivere macchine con PLC di costruttori e generazioni differenti. Questo rende complesso raccogliere le informazioni attraverso un unico sistema.

Una piattaforma di connettività industriale come Kepware® permette di acquisire i dati dai dispositivi compatibili attraverso driver dedicati e di renderli disponibili alle applicazioni esterne mediante interfacce standard.

Un possibile percorso di integrazione è il seguente:

PLC e macchine → Kepware → Database o piattaforma di raccolta → Qlik → Dashboard OEE

1. Connessione ai PLC

Kepware® viene configurato in funzione del dispositivo e del protocollo utilizzato.

All’interno della piattaforma si definiscono i canali di comunicazione, i dispositivi collegati e i tag da leggere.

Tra i tag di interesse per l’OEE possono esserci gli stati di funzionamento, i contatori di produzione e gli allarmi.

2. Acquisizione e storicizzazione

I valori acquisiti devono essere resi disponibili a un sistema che conservi le informazioni necessarie al calcolo.

Con componenti dedicati, come Kepware® DataLogger, è possibile registrare dati selezionati su database SQL compatibili.

A seconda dell’architettura, si possono utilizzare anche interfacce OPC UA o componenti di integrazione MQTT per alimentare ulteriori sistemi di raccolta.

La frequenza di acquisizione, la gestione dei timestamp e le condizioni di registrazione devono essere progettate in base al processo produttivo.

3. Contestualizzazione dei dati

I segnali provenienti dalle macchine devono essere collegati alle informazioni aziendali necessarie per interpretarli.

Ad esempio, il contapezzi di una linea acquista maggiore significato quando è associato a un prodotto, a un ordine di produzione, a un turno e al relativo tempo ciclo ideale.

La raccolta automatica è quindi soltanto uno dei passaggi di un progetto di monitoraggio OEE.

4. Analisi con Qlik

Una volta organizzati i dati, Qlik può integrarli con le informazioni provenienti da ERP, MES e altri sistemi aziendali.

È così possibile costruire dashboard dedicate alla disponibilità, alle prestazioni, alla qualità e all’OEE complessivo, con analisi per macchina, linea, periodo o prodotto.

La frequenza di aggiornamento dipende dall’architettura di integrazione e dalle esigenze operative.

Kepware® rende accessibili i dati industriali; l’architettura di raccolta li conserva e li organizza; Qlik li trasforma in informazioni consultabili e analizzabili.

Per approfondire il ruolo della connettività industriale puoi consultare la pagina Kepware: connettività industriale per PLC e dati OT.

Perché automatizzare la raccolta dei dati per l’OEE?

L’OEE può essere calcolato anche attraverso registrazioni manuali. Questo metodo, se ben organizzato, può produrre risultati attendibili.

La raccolta automatica diventa particolarmente interessante quando occorre monitorare più macchine, ridurre il lavoro di registrazione e analizzare in dettaglio ciò che accade durante la produzione.

Un sistema progettato correttamente può consentire di:

  • Ricostruire i fermi: registrare gli eventi e confrontarne frequenza e durata.
  • Distinguere le perdite: identificare se l’OEE è penalizzato soprattutto da disponibilità, prestazioni o qualità.
  • Confrontare periodi e impianti: utilizzare criteri di misurazione coerenti.
  • Ridurre le registrazioni manuali: acquisire automaticamente i segnali disponibili.
  • Analizzare lo storico: riconoscere ricorrenze e valutare l’effetto degli interventi di miglioramento.

Questi benefici dipendono dalla qualità dei dati e dalla corretta configurazione del sistema. L’automazione non garantisce, da sola, un indicatore affidabile.

Gli errori più comuni nel calcolo automatico dell’OEE

Confondere macchina accesa e macchina produttiva

Un PLC può risultare connesso e operativo anche quando la macchina è ferma o in attesa. Per misurare la disponibilità servono stati che rappresentino correttamente la produzione.

Non distinguere i fermi dai microfermi

La modalità con cui un evento viene classificato influenza le componenti dell’OEE. Occorre definire soglie, criteri e modalità di registrazione coerenti con il processo.

Utilizzare un tempo ciclo ideale non aggiornato

Prodotti e formati differenti possono avere velocità teoriche diverse. Utilizzare un unico tempo ciclo per tutte le lavorazioni può alterare le prestazioni calcolate.

Trascurare azzeramenti e anomalie dei contatori

Dopo un riavvio, un cambio produzione o una modifica del PLC, i contatori possono essere azzerati o ripartire da valori differenti. Il sistema di raccolta deve gestire correttamente queste situazioni.

Non verificare timestamp e qualità dei segnali

Interruzioni di comunicazione, campionamenti troppo distanziati e orologi non sincronizzati possono produrre ricostruzioni incomplete degli eventi.

Per questo è importante registrare, quando disponibile, anche la qualità del dato e definire regole per gestire valori mancanti o non attendibili.

Come passare dal monitoraggio OEE all’analisi dei processi

Il monitoraggio dell’OEE può rappresentare il punto di partenza di un progetto più ampio di integrazione tra mondo produttivo e sistemi informativi aziendali.

Incrociando i dati OT con quelli provenienti da ERP e MES, è possibile esaminare le perdite produttive nel contesto di ordini, prodotti, turni e attività operative.

SELDA affronta questa integrazione attraverso il proprio modello Inside AoT – Analytics of Things, che mette in relazione la raccolta dei dati industriali con la Business Intelligence e le analisi aziendali.

Per approfondire l’approccio puoi consultare Inside AoT – Analytics of Things e il caso di successo dedicato alla centralizzazione dei dati OT e IT.

Domande frequenti sul calcolo dell’OEE

Qual è la formula dell’OEE?

L’OEE si calcola moltiplicando disponibilità, prestazioni e qualità, espresse in forma decimale. La disponibilità confronta tempo di funzionamento e tempo pianificato; le prestazioni confrontano produzione effettiva e velocità ideale; la qualità misura la quota di pezzi conformi.

Si può calcolare l’OEE direttamente dai PLC?

In alcuni casi i PLC espongono gran parte dei dati necessari, come stati macchina e contapezzi. Il calcolo completo richiede spesso anche informazioni esterne, tra cui calendario produttivo, tempo ciclo ideale e dati sulla qualità.

Kepware® calcola automaticamente l’OEE?

Kepware® è principalmente una piattaforma di connettività industriale. Permette di acquisire e rendere disponibili i segnali necessari, ma il calcolo dell’OEE completo richiede una logica applicativa e informazioni contestuali che possono essere gestite da database, MES, piattaforme Analytics o altri componenti dell’architettura.

Qual è un buon valore di OEE?

Non esiste un unico valore ottimale valido per ogni impianto. L’OEE deve essere interpretato considerando tecnologia, processo, prodotto e regole di misurazione. Un confronto significativo parte da dati coerenti, da una situazione iniziale documentata e dall’analisi delle perdite.

Per calcolare l’OEE bisogna modificare il programma del PLC?

Non necessariamente. Se i segnali necessari sono già accessibili tramite protocolli supportati, è spesso possibile acquisirli in sola lettura. In altri casi possono essere richiesti interventi di configurazione, nuovi segnali o integrazioni con sistemi esterni.

Dall’efficienza della macchina alla conoscenza del processo

Calcolare l’OEE è utile, ma il vero obiettivo è comprendere perché una linea non raggiunge le prestazioni attese.

Dati di produzione affidabili, regole di calcolo condivise e strumenti di analisi permettono di distinguere i problemi di disponibilità, velocità e qualità e di valutare gli interventi nel tempo.

La connettività industriale rappresenta il punto di partenza: rende accessibili informazioni che, una volta contestualizzate, possono contribuire al miglioramento dei processi.

Approfondisci le tecnologie di raccolta e integrazione dei dati industriali nella pagina Kepware di SELDA.