Appunti Impianti meccanici

Generalità sugli impianti industriali

Argomenti trattati

• Impianto industriale processo di trasformazione
  • Classificazione degli impianti di produzione
• Realizzazione di un impianto di produzione
  • Lo studio di fattibilità
  • Progettazione completa
  • Realizzazione del progetto
  • Manutenzione dell’impianto

Impianto industriale processo di trasformazione

Per realizzare un processo di trasformazione necessitiamo di persone con le loro competenze, capitale iniziale per l’acquisto del necessario, energia per muovere gli impianti produttivi e di servizio, materiali (poiché nessuna azienda produce autonomamente tutto ciò cui ha bisogno), tecnologia e competenze necessarie per la trasformazione dei materiali e infine la rete di vendita. L’output possono essere beni o servizi, ovviamente tenendo in considerazione di scarti e sostanze inquinanti.

Possiamo vedere i termini spiegati precedentemente in termini monetari: Gli output (ricavi) possono essere interpretati come quantità di denaro da ridistribuire fra i fattori produttivi che la hanno generata. Ogni input ha un costo, che può essere ripagato dalla vendita o dal capitale. Ogni input non è gratuito, ma deve essere ripagato, tramite il capitale proprio dell’imprenditore o il capitale che si genera grazie ai ricavi che vengono realizzati dalla vendita dei prodotti e dei servizi. Il capitale può essere espresso in senso materiale, quindi facendo riferimento al costo delle materie prime, degli immobili e degli impianti produttivi. Allo stesso tempo il capitale può essere visto in senso finanziario; in particolare l’investitore andando a investire del capitale proprio desidera avere un ritorno che chiamiamo utile U, oppure possiamo avere capitale che eventualmente andiamo a chiedere a terzi (es: mutuo) – il capitale che mi serve per realizzare l’impianto industriale, sia che sia capitale proprio o che sia capitale di terzi deve essere remunerato, se il capitale fosse proprio l’imprenditore riceverà una remunerazione dagli utili dell’attività, mentre se il capitale è preso in prestito da terzi deve essere ripagato. Infine, uno degli input più importanti, come voce, è il costo del lavoro, quindi operai, impiegati e dirigenti.

Un impianto industriale è un processo di trasformazione che trasforma degli input, che possono essere interni o esterni, in particolare ciò che acquistiamo esternamente, che sono le materie prime, vengono lavorate e nel processo di trasformazione di queste materie prime noi aggiungiamo valore a queste materie per poi rivenderle e ottenere un certo ricavo dalla vendita. Il valore che noi aggiungiamo prende il nome di valore aggiunto ovvero la somma dei costi.

VALORE AGGIUNTO (VA): rappresenta il valore aggiunto ai beni di provenienza esterna grazie al contributo fornito dai fattori produttivi interni. (ricavi meno costi della materia prima o somma delle 4 voci citate precedentemente)

Il parametro maggiormente utilizzato come misura di efficienza economica del sistema è rappresentato dall’UTILE (U), ovvero la remunerazione del capitale proprio investito dall’investitore.

Classificazione degli impianti di produzione

Processi produttivi monolinea (produzione di cemento, ghisa): l’output di un processo diventa l’input di un altro processo.

Processi produttivi sintetici o convergenti (elettrodomestici, automobili, elettronica, etc.): nella maggior parte delle aziende manifatturiere si fanno processi sintetici o convergenti; partendo da tante materie prime diverse, si assemblano o lavorano queste materie per ottenere il prodotto finito. (le materie di partenza possono essere materie prime o già semilavorate ecc.)

Processi produttivi analitici o divergenti (petrolchimica, mobili, farmaceutici, etc.): partendo da una materia prima, andiamo a lavorare questa per ottenere diversi prodotti finali. Per ora abbiamo visto una classificazione simile alla “Classificazione secondo il modo di realizzare il prodotto”.

Classificazione secondo il modo di realizzare il volume di produzione

Possiamo realizzare i nostri prodotti secondo:

• Una produzione unitaria (es: nave)
• Oppure come nelle aziende manifatturiere, intermittente a lotti (per pacchetti di quantità, per una stessa linea possiamo realizzare a pacchetti prodotti differenti)
• Produzione continua (es: ghisa), non vi è un momento in cui interrompo la linea produttiva per realizzare un altro prodotto

Classificazione secondo il modo di rispondere alla domanda

Abbiamo due tipologie:

• Produzione per il magazzino: l’attività produttiva viene effettuata prima di avere ricevuto gli ordini dei clienti e quindi sono necessari magazzini per collocare i prodotti finiti – si necessita quindi di una previsione sulla domanda futura; rischi di mercato per l’impresa (es: viti, bulloni, dadi ecc.).
• Produzione su commessa: l’attività produttiva viene intrapresa sulla base degli ordini dei clienti; rischi di esercizio per l’impresa (es: navi).

La produzione su commessa a sua volta può essere di parti:

• Singole: quando le specifiche del prodotto vengono conosciute solo all’atto di acquisizione dell’ordine (es: navi da crociera).
• Ripetitive: le specifiche del prodotto sono note in anticipo rispetto all’inizio del processo produttivo, quindi le aziende si possono anticipare sull’acquisto delle materie prime (pur non sapendo quando arriverà l’ordine). Subfornitori di componenti per le industrie di grande serie o fornitori degli enti di stato (es: scarponi per esercito).

Ciclo di vita di un impianto industriale

Parliamo della progettazione dell’impianto industriale, quindi la progettazione del prodotto avviene prima della progettazione dell’impianto industriale. Si parte dallo studio di fattibilità, dalla progettazione completa e se queste due fasi hanno dato esito positivo si andrà a realizzare il progetto che infine andrà gestito e mantenuto.

Studio di fattibilità

Lo studio della fattibilità di una nuova unità produttiva è un insieme organico di valutazioni tecniche ed economiche, dirette a verificare la convenienza dell’investimento. Da un punto di vista ingegneristico possiamo dividere questo studio di fattibilità in 4 fasi:

• Fase α: Ricerche di mercato e studio di nuovi prodotti (product design) o servizi (di solito non viene assegnata all’ingegnere meccanico).
• Fase β: Ciclo produttivo (process design), e definizione qualitativa del diagramma di lavorazione.
• Fase γ: Definizione dei servizi (o impianti ausiliari) necessari al funzionamento dell’impianto di produzione (ad esempio, una linea produttiva spesso per funzionare necessita di acqua, vapore, aria compressa ecc. – ovviamente questi sistemi di pompaggio, rete idrauliche, serbatoi ecc. andranno dimensionati).
• Fase δ: Scelta della potenzialità produttiva ottimale e valutazione della redditività economica o dell’investimento impiantistico. Fase in cui andiamo a capire se da questo impianto industriale possiamo guadagnarci oppure no, e quanto possiamo guadagnarci o meno.

Le fasi descritte le troviamo scomposte in questa rappresentazione:

Studio del prodotto o del servizio

Si parte dall’analisi di mercato e tramite uno studio otterremo il tipo di prodotto e il prezzo di vendita. Le tipologie di prodotti saranno l’input della fase tecnologica, e tramite lo studio del processo tecnologico definirò il ciclo di lavorazione. A questo punto partendo dalle tipologie di prodotti, e dal ciclo di lavorazione posso capire tramite lo studio dei servizi il complesso dei servizi necessari alla produzione.

Analisi economica dell'iniziativa

Infine, lo studio di fattibilità termina con l’analisi economica, tutti gli output delle varie fasi diventano l’input dello studio economico dell’iniziativa per definire la potenzialità produttiva del nuovo impianto e valutazione economica. Dove Q sono le quantità ottimali da produrre e VAN è il valore attuale netto, un indicatore di redditività dell’impianto industriale.

• Tipo di prodotto
• Prezzo di vendita
• Ciclo di lavorazione
• Complesso dei servizi necessari alla lavorazione
• Potenzialità produttiva del nuovo impianto e valutazione economica (Q sono le quantità ottimali da produrre e VAN è il valore attuale netto ovvero un indicatore della redditività dell’impianto industriale).

Una volta completato lo studio di fattibilità, si passa alla progettazione.

Progettazione completa

• Scelta dell’ubicazione
• Studio del lay-out generale:
  • Definizione del ciclo di lavoro, con stesura dei diagrammi tecnologici quantitativi e dei diagrammi di flusso dei materiali.
  • Analisi dei rapporti tra le attività di servizio.
  • Scelta del tipo e del numero di risorse produttive (personale, impianti ed attrezzature).
  • Definizione delle esigenze di spazio e confronto con le disponibilità.
  • Stesura ed analisi del diagramma delle relazioni tra gli spazi.
  • Considerazioni pratiche di modifica e formulazione di alternative di lay-out.
• Progettazione esecutiva. Es: layout azienda che produce motori elettrici.
• Esempio progettazione reti e impianti di servizio. Una volta effettuato lo studio di fattibilità ecc.

Realizzazione del progetto

• Determinazione dei tempi e metodi di realizzazione dell’impianto con applicazione di tecniche reticolari.
• Sviluppo e controllo delle varie fasi di realizzazione. Successivamente rappresentiamo uno schema di esecuzione e di controllo dei lavori, per vedere se ciò che è stato programmato è stato effettivamente eseguito e se con i costi previsti.

Manutenzione dell’impianto e fine vita

Obiettivi:

• Evitare la fermata degli impianti
• Definire gli intervalli di sostituzione delle parti dell’impianto in modo da massimizzare l’efficienza del sistema (es: utilizzare sensori, modelli di intelligenza artificiale)
• Calcolare la vita media di un impianto
• Programmare il magazzino ricambi tipica scheda di manutenzione

Studio di fattibilità - Fasi dello studio

Argomenti trattati

• Introduzione
• Fase 1
• Fase 2
• Fasi 3 e 4
• Fase 5
• Classificazione dei costi di produzione
• Analisi dei costi di produzione
• Diagrammi di redditività

Introduzione

Per parlare dello studio di fattibilità di un qualsiasi impianto è necessario capire le fasi di vita di un prodotto, la letteratura ci dice che un qualsiasi prodotto ha un ciclo di vita composto da 4 fasi:

• Introduzione – fase in cui si va a pubblicizzare il nuovo prodotto, ed è una fase in cui solitamente abbiamo un utile negativo
• Crescita – in questo periodo il prodotto è ormai conosciuto e distribuito in maniera nota, venduto tramite canali noti e di conseguenza si ha una forte crescita del fatturato e dell’utile
• Maturità – fase in cui raggiungiamo il target massimo di clienti che sono interessati all’acquisto del prodotto, dall’altro lato c’è una maturità dal punto di vista tecnologico del prodotto che andiamo a fornire (molti concorrenti che forniscono prodotti simili, nuove tecnologie ecc.) (vi è una riduzione dell’utile poiché spesso stabilizzazione del fatturato e inizio decrescita dell’utile si dovrà abbassare il prezzo data l’obsolescenza)
• Declino – per riuscire a vendere il prodotto dovremmo fare offerte ai clienti al limite del guadagno che l’azienda può ottenere dalla vendita. Nel grafico vediamo le dimensioni temporali equispaziate, ma nella realtà non è necessariamente vero dipende dal tipo di prodotto e dalle politiche aziendali.

La prima fase dello studio di fattibilità è l’idea innovativa necessaria per un nuovo prodotto o nuovo impianto produttivo. Quindi noi facciamo lo studio di fattibilità su un’idea nuova o innovativa che si vuole sperimentare. Le idee di innovazione possono essere di prodotto (es: nuova autovettura) o di processo (nuova linea produttiva).

In tabella vediamo le sorgenti delle idee per nuovi prodotti: spesso queste nuove idee possono venire direttamente dal mercato e dalle esigenze dei clienti, da ricerche di mercato, da idee date dalla dirigenza, dall’ufficio tecnico, enti normativi che cambiano ecc. Attraverso uno Studio di Fattibilità (tecnico ed economico) o di Business Plan si giunge alla verifica dei risultati attesi dall’implementazione di un’idea di business.

• Lo studio di fattibilità sarà destinato all’imprenditore, ai soci ecc. poiché dovremo convincere loro per la produzione di questa nuova linea produttiva (o prodotto).
• Molto spesso può essere rivolto ai dipendenti stessi (ad esempio nuova programmazione della lavorazione)
• Altri destinatari dello studio possono essere banche e mercati finanziari, ad esempio qualora debba richiedere dei soldi in prestito tramite un mutuo.
• Altrimenti può essere spesso diretto ai clienti, fornitori o alle istituzioni pubbliche (es: quando utilizzo capannone regionale)

* Quando l’attività economica è stata già avviata, tale studio (opportunamente integrato con un sistema di consuntivazione) è uno strumento per il monitoraggio e la gestione.

Fasi dello studio di fattibilità

Fase α: Fase preliminare di ogni studio di fattibilità è la raccolta, l’elaborazione e l’analisi di dati e informazioni al fine di acquisire conoscenze.

• Conoscere (o conoscere meglio) il settore in cui opererà la nuova azienda: tecnologie attuali e le possibili evoluzioni, fonti di approvvigionamento, caratteristiche della domanda e dell’offerta, principali concorrenti, modalità distributive, tempi di pagamento e riscossione, lead time, ecc… (solitamente si partecipa alle fiere di settore)
• Individuare i fattori critici di successo del settore/mercato (es: negli ultimi tempi il fatto che le persone escono poco di casa, può essere un fattore di insuccesso per il settore dell’abbigliamento ma di successo per le piattaforme streaming)
• Individuare i punti di forza e di debolezza propri e dei concorrenti, valutare i rischi e le opportunità dell’ambiente esterno (chi produce spesso si innamora del suo prodotto e perde focalizzazione sui punti di debolezza, va fatta un’attenta e distaccata valutazione – per quanto riguarda le opportunità ad esempio bisogna sfruttare le agevolazioni fiscali di quel periodo, in questo periodo ad esempio prodotti con temi attenti all’ambiente).

Otterremo un documento di svariate pagine in cui andremo a rispondere a tutte le domande e valutazioni precedenti. Su 100 idee iniziali circa il 40/50% viene eliminato quasi subito ponendosi semplici domande: È davvero una business idea? Quante idee in una? A chi venderete il prodotto/servizio? Quanto è grande il target a cui vi rivolgete? Quali sono le modalità di acquisto? Chi soddisfa lo stesso bisogno? In cosa ci possiamo distinguere? (nel grafico vediamo come all’aumentare del tempo e quindi con il passare delle fasi il numero di idee diminuiscono) Solitamente la fase alpha non compete all’ingegnere meccanico, al contrario la fase beta è proprio un suo compito.

Fase β: Definizione del ciclo produttivo (Process design) e del diagramma di lavorazione

Domande da porsi:

• Come funzionerà esattamente?
• Esiste una scelta di make or buy? (cosa compriamo e cosa produciamo)
• Come verrà fornito il servizio?
• Cosa serve per partire?
• Ci sono alternative tecnologiche?
• Di cosa si può fare a meno?

* In genere il ciclo più adatto è quello tecnologicamente più avanzato, in grado di garantire la produzione Q, ai minori costi, nonché nelle migliori condizioni di sicurezza e di funzionamento, una vita economica sufficientemente lunga. Quando andiamo a scegliere la tecnologia produttiva ci sono altri due aspetti cui porre attenzione:

• La flessibilità produttiva indica la capacità di quella linea di realizzare un numero di prodotti diversi, in particolare all’aumentare della flessibilità io riesco a produrre un maggior numero di prodotti differenti (variazione possibile di tipologia di prodotto).
• Elasticità fa riferimento ai volumi produttivi, ovvero una soluzione tecnologica elastica significa che riesce a realizzare piccoli volumi o grandi volumi produttivi a costi contenuti (variazione possibile di volumi produttivi).

Grado di flessibilità ed elasticità del processo

Misura con la quale si ritiene che il processo produttivo debba tener conto, e prontamente rispondere, sia alle variazioni qualitative, che a quelle quantitative del prodotto:

• A – soluzione produttiva artigianale, va bene quando dobbiamo produrre pochi pezzi
• B – aumenta il numero di prodotti da realizzare, una soluzione artigianale non è più conveniente in termini di costo (dovremmo passare ad una soluzione tecnologicamente più avanzata)
• C – superati certi valori di produzione all’anno, anche la soluzione B non è più efficiente, e dovremmo passare ad una soluzione completamente automatizzata, per rispettare un determinato costo unitario