Appunti Prototipazione Virtuale

Il processo di sviluppo prodotto

Il processo di sviluppo prodotto è la sequenza di passi (attività) che un'azienda intraprende per ideare, progettare, realizzare e commercializzare un prodotto. L'azienda è un insieme di attività che ha l'obiettivo di creare valore. Il concetto di valore è cambiato negli anni, e sul suo concetto si basa la competitività.

Il cambiamento del concetto di valore

Anni ’80: attraverso l’automazione e globalizzazione si è puntato sulla riduzione dei costi.

Anni ’90: per ridurre i costi c’è stata delocalizzazione, ma data la scarsità di manodopera questo non basta più; quindi, il focus è cambiato su time to market e personalizzazione.

Anni ’00: aumento della riduzione dei tempi di consegna (lead time) e riduzione dei costi di qualità, magazzino (costi di immobilizzo).

Oggi: smart service e dematerializzazione del prodotto stesso (fatturato più sui servizi che sul prodotto).

Tendenze che hanno influenzato il cambiamento

Trend nella domanda: numero di consumatori, globalizzazione e cambiamento in aspettative e esigenze (salute e benessere).

Trend nel contesto esterno: regimi fiscali esteri e politiche.

Trend nei fattori produttivi: volatilità dei costi di produzione, carenze di manodopera e mercati emergenti con bassi costi.

Priorità tecnologiche attuali

• Disponibilità del dato (sensoristica, sistemi di analisi dati ecc.)
• Collaborazione (l’azienda non lavora più da sola ma in collaborazioni con altre aziende)
• Tempestività (informazioni in tempo reale) e presenza di servizi rapidi

Tendenze nelle tecnologie: qualità, produzione flessibile, gestione della domanda, della forza lavoro e dei dati aziendali.

• Edge AI (intelligenza artificiale)
• Virtual and Augmented Reality

Trend nell’organizzazione aziendale

Assistiamo a una progressiva traslazione delle prime fasi di sviluppo prodotto. Mentre prima l’obiettivo dell’innovazione erano le efficienze di processo, ora l’innovazione si sta spostando verso le fasi successive alla vendita del prodotto.

Questi cambiamenti si riflettono nel modo di lavorare. Ora si adottano strategie di smart working e di lavoro agile. Per questo diventano importanti il team building, gli sprint (ovvero momenti in cui ci si confronta e si fa revisione) e il planning (sia settimanale che giornaliero).

Agile è un mindset basato su principi quali:

• Flessibilità
• Collaborazione
• Individui sopra i processi
• Software funzionanti piuttosto che documentazione esaustiva

Scrum è il metodo Agile più diffuso che gestisce l’insieme di attività in Sprint.

Obiettivi

• Relativi al processo (ridurre i costi di immobilizzazione, ridurre il time to market)
• Relativi al prodotto (elevate prestazioni, qualità percepita, usabilità del prodotto, smart service)

Per ottenere questi obiettivi si adottano strategie agili e flessibili, lean agile, creazione dell’azienda estesa (quindi coinvolgere maggiormente i fornitori di prodotti e servizi) e maggiore know-how (migliorare il processo di progettazione e produzione).

Tutte queste strategie possono essere aiutate dalla prototipazione virtuale.

Processo

Un processo è una sequenza di passi che trasforma un insieme di informazioni in ingresso in un insieme di informazioni in uscita. Il processo di creazione valore può dividersi in base alla tipologia di azienda:

• Impresa manifatturiera: gestire la maggior parte delle fasi del ciclo di vita di un prodotto:
  • Processo sviluppo nuovi prodotti
  • Processo logistico – produttivo
• Impresa engineering/contracting: sono aziende che si occupano di gestire i processi di tipo logistico, della progettazione e preventivazione (stima di un certo costo al cliente) di un prodotto:
  • Processo preventivazione/progettazione
  • Processo gestione logistica/approvvigionamento
• Impresa di servizi: processo di progettazione/erogazione/manutenzione del servizio
• Industria di processo ed ibrida: industrie che si occupano della trasformazione della materia prima in semilavorati, ecc.:
  • Processo di trasformazione primaria e secondaria di materie prime (energia, acqua, cellulosa, ecc.)

Il ciclo di vita del prodotto

Tutte le tipologie di aziende viste sopra, possono interagire in varia misura in quello che viene chiamato ciclo di vita di un prodotto. Il ciclo di vita di un prodotto sono tutte quelle fasi che si susseguono (in maniera iterativa o sequenziale) che vanno dall’ideazione fino al fine vita di un prodotto.

Queste fasi non necessariamente vengono gestite dalla medesima azienda, ad esempio l’impresa manifatturiera si occuperà nella gran parte dei casi fino alla vendita del prodotto (e non sempre); le altre fasi di manutenzione, assistenza e fine vita possono essere gestite da altre imprese.

Fasi del ciclo di vita del prodotto

1. Ideazione, ovvero il momento in cui inizio a pensare allo sviluppo di un sistema che sia in grado di intercettare un bisogno del mercato. La fase di ideazione è fortemente caratterizzata da analisi di mercato, analisi di feedback dei clienti, quindi tutte quelle attività volte a concepire in maniera concettuale e astratta l’idea di un nuovo prodotto.
2. Su questa idea si va a pianificare tutto il processo successivo, le tempistiche, le risorse necessarie, i fornitori, l’identificazione di un team di progetto (interni o esterni) con i vari ruoli e la valutazione dei rischi.
3. Altra fase è quella dello sviluppo che si divide in due macrofasi:
   • Progettazione
   • Produzione
4. La fase di prototipazione è quella fase in cui si costruiscono dei modelli del prodotto sia fisici che virtuali; quindi, modelli che mi supportano nel processo progettuale.
5. Una volta prodotto il sistema si passa al lancio, ovvero immettere il prodotto nel mercato, avviare la produzione della serie e contestualmente fare un’analisi continua del mercato per sapere come questo risponde al prodotto.
6. Manutenzione e aggiornamenti per mantenere nel tempo funzionalità e prestazioni del prodotto.
7. Fine vita, ovvero pianificare cosa succede a quel prodotto una volta che viene dismesso (smontaggio delle parti, stoccaggio, riutilizzo, riciclaggio e rifiuto).

I modelli di sviluppo prodotto

Un processo di sviluppo prodotto è la sequenza di passi o attività che un’azienda compie per ideare, progettare, produrre e commercializzare un prodotto. Queste fasi possono avvenire in maniera sequenziale o anche con approcci simultanei.

Modello Stage-Gate

Il modello Stage-Gate è dove tutto avviene in maniera sequenziale, ma con dei gate, ovvero dei momenti di decisione, in cui verifico che l’attività precedente è stata conclusa e che sono stati raggiunti gli obiettivi attesi; se l’esito della verifica è positivo passo alla fase successiva, altrimenti, si ritorna in maniera iterativa a ripetere l’attività.

• Sviluppo sequenziale con dei gate di controllo
• Più controllo ma meno rapidità
• Organizzazione verticale

Concurrent Engineering

Nel Concurrent Engineering, le varie fasi vengono leggermente sovrapposte. Questo significa che posso condurre la progettazione del prodotto, quasi parallelamente alla progettazione delle attrezzature di produzione. Anche in questo caso aggiungo dei gate, che servono per verificare quali attività sono state svolte e decidere se rifare qualche attività o passare alle successive.

• Fasi leggermente sovrapposte
• Più rapidità ma meno controllo (permette di ridurre il time to market)
• Organizzazione orizzontale
• Costi elevati di strutture e team (perché bisogna permettere di lavorare bene insieme ed in maniera coordinata)

Questi due tipi di processi hanno ricaduta nell’organizzazione delle aziende.

• Organizzazione verticale – i reparti non sono interfunzionali e si occupano di uno specifico obiettivo.
• Organizzazione orizzontale – è necessario avere delle figure interfunzionali, ovvero figure che possono partecipare contemporaneamente a più fasi. Quindi ci sono dei gruppi interdisciplinari molto più trasversali.

Un approccio concorrente si focalizza sulla gestione per processi interfunzionali. È necessario avere una struttura tecnologica molto avanzata, in quanto l’approccio concorrente mira a:

1. Garantire processi agili e flessibili;
2. Anticipare la fase di pianificazione del processo di produzione durante la progettazione;
3. Integrare tutte le competenze intra ed interaziendali;
4. Promuovere l’innovazione;
5. Applicare strategie di Design For Manufacturing/Production, Testing, Assembly, Eco-sustainability, Maintenance, Reliability in modo da prevedere in fase di progettazione tutte le possibili problematiche relative al ciclo di vita del prodotto;
6. Favorire la valorizzazione e capitalizzazione delle conoscenze.

Il 70% del tempo di sviluppo prodotto deriva dalle modifiche tecniche da apportare al progetto. La correzione di un errore da 100 € in fase di progettazione costerà 1 M€ una volta che il prodotto avrà raggiunto il mercato.

La riduzione dei costi è supportata da un miglioramento del processo di sviluppo prodotto e dalla capacità dell’azienda di prevenire eventuali problemi in fase di produzione, vendita e manutenzione in fase di progettazione.

Sostanzialmente le vere problematiche del ciclo di vita del prodotto sono:

• Gestione delle risorse
• Gestione della conoscenza di processo e di prodotto
• Ottimizzazione dei tempi e riduzione delle iterazioni di processo
• Anticipazione delle problematiche di produzione (pianificazione, controllo, manutenzione, riconfigurazione)

Sono aspetti estremamente importanti che poi influiranno nel successo del prodotto.

Principali metodi di progettazione industriale

Il processo di sviluppo prodotto è l’insieme delle attività richieste per trasformare un nuovo concept fino a uno stato per essere venduto sul mercato. Questo insieme di attività va dall’ispirazione iniziale fino allo studio dei canali di distribuzione.

Abbiamo già detto che quando parliamo di sviluppo prodotto parliamo essenzialmente di due fasi strettamente interconnesse l’una con l’altra che sono progettazione e produzione.

• Il processo di progettazione è l’insieme delle attività tecniche all’interno che trasformano la vision di un nuovo prodotto o di uno esistente prima in specifiche tecniche poi in soluzioni tecnico-pratiche, che siano fattibili da un punto di vista tecnico e che siano economicamente convenienti. È un processo iterativo, è un processo di decision-making (a qualsiasi livello e fase della progettazione bisogna prendere decisioni basate su conoscenza ed esperienza) ed è un processo di problem solving (quando si progetta si ha lo scopo di risolvere un problema noto).
• Il processo produttivo è stato per anni visto staccato dal processo di progettazione del prodotto. È quel processo che ha l’obiettivo di trasformare un progetto e una documentazione di processo in manufatti fisici che possano poi essere venduti e quindi utilizzati dal cliente finale.

Attività collaterali

• Ricerca e sviluppo
• Strategie aziendali

Classificazione metodi di progettazione

Secondo il focus del progetto quindi dello scopo:

• Product design (riferito al prodotto)
• Industrial design (riferito a più prodotti e servizi su larga scala)

Secondo la tipologia di progetto:

• Original design – progettazione di innovazione (molto rischioso ma di elevato guadagno)
• Adaptive design – progettazione adattativa (i principi solutivi sono già noti ma si vanno delle variazioni)
• Variant design – progettazione di variante (stessi principi solutivi, al massimo variazioni di dimensioni, forma e disposizione delle parti)

Task del progetto ovvero il compito del progettista:

• Styling design – chi svolge attività di progettazione orientate verso lo stile
• Engineering design – attività di progettazione volte verso l’industrializzazione di un progetto

Focus del processo riguarda a quello che è il perno intorno al cui ruota il processo di progettazione:

• User-centered design – l’intero processo di progettazione ha al centro l’utente. Nell’ambito dell’user-centered design troviamo delle progettazioni sempre incentrate sull’utente ma dove l’utente ha delle sue specificità, ad esempio come delle particolari caratteristiche fisiche-cognitive e in questo caso si parla di inclusive design, universal design, design for all, dove l’obiettivo è quello di sviluppare prodotti e sistemi in grado di adattarsi ad esempio a disabilità (universal design) o di soddisfare un bambino, un adulto e un anziano (inclusive design).
• Systematic design – il centro del processo di progettazione sono le funzioni che quel prodotto deve svolgere per poter soddisfare una serie di bisogni dell’utilizzatore finale. L’utilizzatore è il fine ultimo dell’attività di progettazione, ma l’attività viene centrata sulle funzioni che il prodotto deve svolgere.
• Participatory design – la progettazione partecipativa è un approccio in cui tutte le parti interessate, ovvero dipendenti, clienti, utenti finali, partner, progettisti e ricercatori, sono attivamente coinvolti nel processo di progettazione.

Approccio sistematico alla progettazione

Non possiamo fare affidamento a nient’altro che non siano le capacità del singolo, il che non è fattibile, poiché se queste capacità si riducessero a seguito di difficoltà il processo rimarrebbe fermo. Considerata l’importanza commerciale di presentare un prodotto in tempi stretti è fondamentale avere una procedura di progettazione per trovare soluzioni ottimali. Questa procedura deve essere:

• Flessibile
• Pianificata
• Ottimizzata
• Verificata

I progettisti devono possedere il dominio della conoscenza e lavorare in modo sistematico, quindi avere quelle conoscenze per sviluppare un prodotto fattibile tecnicamente e conveniente a livello economico.

Una metodologia di design quale è l’approccio sistematico deve:

• Permettere un approccio diretto al problema senza distinzione di campo applicativo
• Facilitare la ricerca della soluzione ottimale (ovvero sia chi ha tanta inventiva, sia chi ne ha poca può usare questo approccio)
• Essere compatibile con i metodi ed i concetti delle altre discipline coinvolte (meccanica, disegno, informatica, psicologia cognitiva, management science ecc.)
• Non affidarsi all’intuizione per trovare la soluzione – poiché non sempre si ha l’intuizione e di conseguenza non posso perdere tempo
• Facilitare l’applicazione di soluzioni note ai problemi progettuali proposti
• Essere facilmente apprendibile
• Ridurre il carico di lavoro umano facendo risparmiare tempo, minimizzando la possibilità di errori ed aiutare a mantenere alta l’attenzione al problema affrontato
• Facilitare la pianificazione e la gestione del teamwork in un processo di sviluppo del prodotto integrato ed interdisciplinare
• Fornire un metodo per guidare i product development teams.

L’approccio sistematico si è evoluto nel tempo. Wögerbauer [1943] – definizione dell’overall task, ovvero un compito principale che deve svolgere un sistema, e definizione dei subsidiary task, ovvero task ausiliari che abilitano ad altri tipi di funzione, come quello di navigare su internet.

Kesselring [1951] – nello sviluppare dei compiti il progettista deve tener conto di 5 principi cardine per la valutazione di varianti di forma in accordo a criteri tecnici ed economici:

1. Principio del minimo costo di produzione
2. Principio del minimo ingombro
3. Principio del minimo peso
4. Principio delle minime perdite di carico e energia
5. Principio dell’ottima manovrabilità

Tschochner [1954] – 4 fattori fondamentali del progetto in un approccio sistematico, che sono:

• The working principle (principio di lavoro, ovvero il principio con cui un determinato sistema opera per svolgere un determinato compito)
• The material
• The form
• The size

I progettisti partono, nel suo metodo, dal principio solutivo di un problema progettuale (solution principle), poi determinano gli altri fattori fondamentali (materiali e forme). Infine, dettagliano la soluzione attraverso le dimensioni.

Niemann [da metà anni ’50 fino agli anni ’60] mette a punto un metodo in cui si parte da un layout di massima del prodotto/progetto globale.

Matousek [fine anni ’50] secondo lui, è il costo il criterio con cui valutare diverse potenziali soluzioni ad un progetto.

Leyer (metà degli anni ’60) sviluppa fondamentali linee guida e principi di progettazione. Egli distingue 3 fasi principali di progettazione nell’approccio sistematico:

1. Nella prima fase il working principle è scelto con l’aiuto di un’idea, dell’inventiva o dell’esperienza.
2. Nella seconda fase si sgrossa il progetto (si definisce per la prima volta l’embodiment design ossia il layout del prodotto).