Appunti di impianti industriali elettrici/termici

Impianti industriali

Definizione impianto industriale

L’impianto industriale è un complesso di macchine, apparecchiature e servizi atti a permettere la trasformazione di materie prime in prodotti finiti. Esso si inserisce in un sistema più complesso denominato impresa (azienda) che persegue obiettivi economici. L’obiettivo principale è quello di ottenere quindi in uscita prodotti o servizi che abbiano valore maggiore delle materie prime in ingresso.

In ogni impianto industriale si possono distinguere impianti di produzione (tecnologici) ed impianti complementari (di servizio). I secondi rappresentano tutti quei sistemi atti a garantire il funzionamento e soddisfare determinate esigenze dell’intero stabilimento (impianto idraulico, elettrico, di aria compressa).

Realizzazione degli impianti industriali

La realizzazione si articola in 3 fasi principali:

La progettazione si divide in

• Scelta dell’ubicazione
• Studio della planimetria dell’impianto
• Progetto del layout dettagliato
• Progettazione delle parti costituenti

Scelta dell'ubicazione

La scelta preliminare avviene in base ad alcuni fattori chiave:

• Costi di costruzione (materiali, acquisto terreno, tributi)
• Caratteristiche del mercato: il mercato per i prodotti può essere di due tipi: Concentrato o Distribuito. Nel primo caso lo stabilimento dovrà trovarsi nelle vicinanze per favorire i trasporti, ad esempio, nel secondo la scelta ubicazione avverrà secondo un criterio (ad esempio quello baricentrico)
• Disponibilità di materie prime per la costruzione e per i prodotti futuri (anche in base alla loro natura)
• Energie
• Manodopera
• Trasporti

Ci sono tre metodi che permettono di scegliere l’ubicazione di un impianto:

• Metodo del punteggio
• Metodo in base ai costi (somma di tutti i costi di costruzione e comparazione di varie località)
• Metodo dei costi di trasporto (stesso criterio dei costi generali ma applicato alle voci di trasporto)

Un esempio di terreno ideale potrebbe essere quello con un rapporto tra i lati di 2 a 1 con uno spazio calcolato per ogni operaio variabile in base al tipo di stabilimento.

Prodotto e mercato

Il ciclo di vita di un prodotto dovrebbe avere questo andamento. Si parte in primis dall’introduzione del prodotto sul mercato, dopo il suo sviluppo e la sua produzione, e successivamente, in ordine di posizionamento sul diagramma, avremo: Crescita, Maturità, Declino (seguito eventualmente da Rivitalizzazione/Restyling).

Potenzialità di un impianto

Produttività: Rapporto tra la produzione e uno dei suoi fattori (es: Tempo, Lavoro, Energia).

Rendimento: Rapporto tra il tempo di effettivo funzionamento (produzione) ed il tempo lavorativo totale (Tempo di Apertura impianto).

Sfrido: Porzione di materiale avanzato da un passaggio produttivo (es: truciolo o contorno dopo stampaggio), è riutilizzabile nella maggioranza dei casi.

Scarto: Pezzo "difettoso" al fine di un passaggio produttivo, viene scartato e possibilmente riciclato.

La potenzialità di un impianto è il termine che racchiude in sé tutte le caratteristiche di una linea di produzione appena elencate: Scarto, Sfrido, Rendimento e Produttività.

Ci sono vari fattori che possono influenzare in maniera diretta i singoli contribuenti alla potenzialità di un impianto:

• Massimo sfruttamento della manodopera disponibile
• Massimo sfruttamento degli spazi disponibili —> Realizzazione di un layout efficace sulla base di una corretta analisi dei dati di partenza (pesi, cicli di lavorazione, metodi di trasporto, manodopera necessaria, fabbisogno energetico ecc.)

Studio del plant layout

Definizione: Si tratta del progetto della disposizione plano-altimetrica ottimale di macchinari, impianti, addetti e materiali (magazzini).

È importante sapere che lo studio del layout non avviene necessariamente solo con la nascita dello stabilimento, ma può essere attuato anche spesso in seguito a svariate necessità (ad esempio la messa in linea di un nuovo prodotto). Gli obiettivi da raggiungere riguardano nella maggior parte dei casi il soddisfacimento delle esigenze tecnico-economiche dell’azienda.

Per la realizzazione di un layout occorre prima di tutto analizzare i dati di partenza:

• Articoli da produrre e quantità
• Successione delle operazioni: La successione delle operazioni viene indicata in un diagramma detto di lavorazione (Flowchart di lavorazione) e rappresenta un fondamentale dato di partenza per lo sviluppo di un efficace layout delle strutture. Riassume tramite dei simboli tutte le principali attività di un processo produttivo.
• Volumi, pesi e caratteristiche dei materiali da trasportare durante la lavorazione
• Fabbisogno di impianti complementari (aria compressa, acqua ecc.)

La catena produttiva ("di montaggio") può essere catalogata principalmente in tre tipologie: "In Serie", "In parallelo", "Mista". Si parla poi anche di sistemi di lavorazione per reparti, intesi come compartimenti fisici dell’azienda delegati singolarmente ad un tipo di lavorazione specifica (ma anche facilmente riconfigurabili) e collegati da una logistica In-Plant (interna).

Le due tipologie di layout possono anche coesistere in base alle esigenze produttive (layout a celle). Le configurazioni di layout devono anche essere pensate nell’ottica di possibili aumenti della produzione futuri. Il metodo più comune ed utilizzato maggiormente in passato a tal fine è quello dell’ampliamento dello stabilimento nelle aree più convenienti (es. lati lunghi del rettangolo). Oggi si cerca invece di aumentare sempre di più l’efficienza degli impianti, ottimizzando quindi quello che già c’è ed evitando di provvedere a dispendiosi allargamenti.

Per lo studio delle varie disposizioni è importante conoscere bene gli ingombri e le caratteristiche dei macchinari da posizionare, in modo da permettere il corretto funzionamento ma anche la rispettiva manutenzione in modo agevole per gli operatori.

Principali configurazioni di layout

• Conf. ad "U"
• Conf ad "L"
• Conf Lineare
• Conf a ZIG-ZAG

Larghezze minime passaggi

• Accesso alle macchine: 60/80 cm
• Passaggi di 2 persone: 100/120 cm
• Corridoi di reparto: 2/4 m
• Corridoi Principali: 3/5 m

Passaggi aerei tra un fabbricato all’altro —> Pipe Rack

Passaggio coperto tra un fabbricato e l’altro —> Manica di collegamento

Anche le postazioni degli operatori devono essere pensate secondo precisi criteri costruttivi. Devono in primo luogo essere il più ergonomiche possibile, con tutta una serie di accorgimenti per migliorare la vita di chi ci lavora (es. pedana per i piedi, condizioni di luce e lettura sui monitor ottimali ecc.).

Esempio postazione di lavoro —> Rifornimento con "Supermarket" (piccolo magazzino mobile)

OGNI COSA HA IL SUO POSTO = UN POSTO PER OGNI COSA (Carlin citeneva)

Elementi di scelta del plant-layout

Una volta analizzati i dati di partenza sopra descritti, la scelta della più conveniente configurazione plano-altimetrica dello stabilimento è dettata da tre elementi fondamentali:

• Tipi di lavorazioni (per commesse convengono i reparti, per grandi serie convengono le linee)
• Possibili sistemi di trasporto interno: Una volta definiti i volumi di produzione ed i macchinari occorrenti, occorre iniziare a varare ipotesi per quanto riguarda il loro trasporto (mezzi di contenimento e sistemi di trasporto). In base a questo poi si potrà definire la disposizione degli impianti, dei magazzini e dei macchinari. Deve essere tutto in perfetta armonia.
• Posti di lavoro (studio delle singole postazioni di lavoro seguendo precisi criteri di ergonomia)

Inoltre, bisogna tenere conto di possibili ampliamenti futuri dell’impianto; quindi, prevedere ove possibile una certa flessibilità di ridisposizione, aggiunta di macchinari, operatori ecc.

Il criterio generale, unendo tutti questi fattori, è sempre quello di avvicinare il più possibile macchinari, linee, isole (in base al tipo di lavorazione scelto) caratterizzati da alto numero di collegamenti e trasporti. (Minimizzazione dei costi e ottimizzazione dei tempi).

Il metodo utilizzato per valutare il traffico di merci tra varie postazioni/macchinari è quello dell’intensità di traffico. In definitiva si valuta il numero totale di collegamenti tra le varie postazioni e si pianifica il layout in modo da avvicinare quelle con il numero più alto.

Definizione

UTC —> Unità tecnologica di carico

Un altro metodo efficace di studio del layout è quello dei momenti. Si procede per ogni macchinario a fare una media pesata del numero di pezzi tramite la posizione nel processo produttivo. (Posizione media). Si ordinano poi i macchinari/postazioni in ordine crescente secondo quest’ultima.

C’è poi un ulteriore metodo definito GRAFICO. Si prendono in esame le distanze e le entità dei materiali movimentati. Si disegnano in scala provando a trovare la configurazione più conveniente.

Piano regolatore dello stabilimento

Lo schema d’insieme di un sito industriale viene denominato Piano Regolatore Generale (P.R.G.). Ogni studio di sistemazione dell’azienda va presentato sotto forma di un documento/relazione che costituisca lo schema e la guida per ogni successivo intervento per il miglioramento della produttività, la riduzione dei costi e l’elevazione del livello tecnico dello stabilimento.

Questo documento deve inoltre contenere al suo interno:

• Piano logico e razionale degli interventi (suddiviso in periodi di tempo e di programma di spesa)
• Definizione delle possibilità di miglioramento sotto vari termini (tecnici, economici, qualitativi ecc.)

Il piano regolatore deve contenere anche tutte le informazioni e la mappa di tutti gli edifici/aree che lo stabilimento deve prevedere:

• Uffici
• Aree ristoro
• Aree di assistenza medica (0,10 mq per persona contemporaneamente presente in azienda, max 50 mq)
• Impianti igienici/spogliatoi
• Magazzini

Metodi di trasporto

• UDC (unità di carico) / SKU (Stock Keeping Unit) —> scatole impilate su pallet (di solito 800x1200) movimentati tramite carrelli operatori a forche frontali (Carrelli elevatori)
• Tugger Train (Convogli automatici su binario o su gomma guidati da un operatore)

Magazzino inter-operazionale

Contiene quei prodotti in una configurazione intermedia, in modo da essere poi all’occorrenza processati per le varie declinazioni/configurazioni/sfumature finali. Un magazzino deve garantire:

• Riserva dei materiali
• Conservazione
• Razionale disposizione dei materiali —> Facilità di prelievo e localizzazione dei beni stoccati

L’efficienza di tali strutture è legata a:

• Peso economico (Gestione)
• Massimo sfruttamento degli spazi

Tipologie principali:

• Depositi centrali
• Depositi Periferici
• Centri di distribuzione (CE.DI) —> Smistamento ai supermercati
• Transit point (cross docking) —> Compattazione delle spedizioni provenienti ad esempio da luoghi diversi e rispedizione delle stesse verso un punto comune di convergenza

In uno stabilimento, nella maggioranza dei casi, devono essere previsti almeno due magazzini: Uno di ingresso merci/materie prime (in) ed uno di uscita prodotti finiti (out). Un magazzino può essere principalmente di due categorie, definite in origine dalla funzione e dal modo di impiego: STATICO / DINAMICO.

Es magazzino statico —> Catasta, Scaffalatura tradizionale

Es magazzino dinamico —> Mag. a scaffali mobili o a rulli

Definizioni

Gli impianti di stoccaggio automatici prevedono la movimentazione delle UDC in modo completamente automatizzato con appositi macchinari.

• Intensivi —> Elevato coefficiente di sfruttamento degli spazi
• Autoportanti —> Hanno la doppia funzione, oltre al sostentamento del carico, di sorreggere alcuni elementi strutturali di quell’area