Appunti per l'orale di Ingegnerizzazione di prodotto

Ingegnerizzazione di prodotto

Sviluppo prodotto

Definizione di prodotto

Diverse tipologie di prodotto vengono differenziate dal tipo di processo con cui sono sviluppate:

• Prodotti generici (market-pull): partendo dalle opportunità di mercato, vengono definite le tecnologie per soddisfare i bisogni del cliente; la pianificazione comprende design su più livelli di concetto e sviluppo e fase di lancio del prodotto (es. materiali sportivi, utensili, mobili).
• Prodotti di sviluppo tecnologico: partendo da una tecnologia innovativa si cerca il mercato appropriato; pianificazione per l’accostamento tecnologia e mercato e lo sviluppo di concetto parte da una tecnologia fornita.
• Prodotti piattaforma: i prodotti sono costruiti concettualmente attorno a subsistemi di tecnologia stabiliti, considerando alla base per lo sviluppo di un campo di prodotti (es. computer).
• Prodotti di processo intensivo: prodotti legati strettamente al processo produttivo, il quale deve essere specificato dall’inizio o sviluppato insieme alla progettazione del prodotto (es. prodotti chimici).
• Prodotti custom: leggere variazioni a prodotti già esistenti; progettati per similitudine e sviluppati con processi strutturati.
• Prodotti ad alto rischio: specifiche o mercati incerti portano ad un alto rischio di fallimento; il rischio viene identificato all’inizio della fase progettuale, test ed analisi vengono svolti il prima possibile nelle varie fasi (es. sistemi spaziali).
• Prodotti a rapido sviluppo: permettono lo svolgimento di più cicli di costruzione che vengono svolti fino al completamento del prodotto o all’esaurimento di tempo e budget (es. software).
• Sistemi complessi: sistemi divisi in più sottosistemi e molti componenti; per ognuno di essi ci sono più gruppi per lo sviluppo in parallelo, integrazione e validazione.

Ciclo vita prodotto

• Ideazione: definizione di requisiti di prodotto in base al mercato, ai clienti e alle regolazioni; definizione dei parametri tecnici e inizio della definizione dei parametri estetici; investimento nella ricerca e nell'analisi delle alternative (situazione iterativa).
• Progettazione: progettazione dettagliata e sviluppo del prodotto, anche per riprogettazione o miglioramento, comprende anche la prototipazione; uso di strumenti CAD e di tecniche di reverse engineering; comprende anche il coinvolgimento di più discipline ingegneristiche e l’uso di software di progettazione e analisi agli elementi finiti, ecc.
• Produzione: viene definito il metodo di fabbricazione dal progetto, quindi attività di software per la definizione del processo.
• Uso: fase dopo la distribuzione del prodotto e il raggiungimento dell’utente; comprende anche attività di manutenzione.
• Fine vita: quando il prodotto non può più assolvere le funzioni o risulta obsoleto rispetto al mercato viene attuato il fine vita, disciplinato da normative con cui si va a definire se il prodotto viene riutilizzato, o ricondizionato, riciclato, incenerito o gettato in discarica.

Il ciclo vita è caratterizzato da quattro fasi rappresentanti la propria vita nel mercato, considerando costi e ricavi del prodotto.

• Introduzione: fase di lancio con flussi di cassa negativi e costi legati allo sviluppo e alla produzione.
• Crescita: vi è una crescita dei profitti legati alla vendita e l’azienda inizia ad avere flussi di cassa positivi grazie ai profitti; in questa fase viene utilizzato budget per attività promozionale.
• Maturità: obiettivo di mantenere la quota di mercato accumulata considerando marketing e modifiche al prodotto per mantenere un vantaggio competitivo.
• Declino: riduzione di mercato, fase inevitabile a causa di svariati elementi; si cerca di trarre profitto passando a metodi di produzione meno costosi e a mercati più economici.

Processi di sviluppo del prodotto

Ci sono diverse metodologie di partenza per lo sviluppo di un prodotto: sviluppando una nuova piattaforma per una nuova famiglia di prodotti; progettando prodotti da una piattaforma già esistente; migliorando prodotti già esistenti; progettare prodotti completamente nuovi, con rischi legati alla non conoscenza di mercati o di processi. Il flusso di progettazione può essere svolto in diversi metodi sulla base del tipo di progettazione che si svolge.

Team di progettazione

L’utilizzo di più individui con competenze in più aree al fine di ridurre il time-to-market viene preferito. Tematiche al fine di creare un team di progettazione dinamico e interdipendente per il raggiungimento di un risultato prestazionale adeguato. I componenti del team dovrebbero rappresentare tutte le aree del cervello umano (modello di Herrmann). Al fine del successo i team devono essere dinamici, aperti al confronto tra componenti, mantenendo il rispetto e il focus sull’obiettivo. Le attività devono essere coordinate da un leader e vengono strutturate secondo la propria area di competenza.

Il rapporto tecnico deve essere più diretto e chiaro possibile, con figure e tabelle, spiegazioni chiare e precise sull’analisi tecnica del prodotto e i suoi dettagli, sui metodi di produzione e assemblaggio e installazione, riportando conclusioni e riferimenti. La presentazione deve essere chiara e concisa, leggibile chiaramente e indirizzata al pubblico di riferimento, deve essere interessante e deve mantenere l’attenzione del pubblico; riportando esempi concreti e tangibili e svolta chiaramente e professionalmente.

Processo di sviluppo prodotto

L’analisi di sviluppo prodotto nella sua prima fase va a capire che genere di prodotto si andrà a produrre, dall’analisi di mercato, in questa fase che avviene prima della progettazione partendo dai bisogni del cliente vengono definiti i requisiti e a seguire le funzioni che dovrà avere il prodotto andando poi a definire le specifiche del prodotto per poi iniziare la fase di progettazione.

Analisi di mercato

Identificazione delle esigenze dei clienti effettuata in vari metodi, o partendo da un problema specifico o identificando un’opportunità sul mercato da necessità. L’analisi avviene in tre fasi:

• Definizione del problema: usando riunioni, colloqui, interviste e questionari.
• Sviluppare una strategia: identificazione dei termini chiave e scrittura di un piano, il processo non è lineare e le informazioni vanno contestualizzate conoscendo il quadro di lavoro.
• Organizzare e controllare le informazioni raccolte: dividendo informazioni su prodotti, aziende, industrie, informazioni di mercato, tendenze dei consumatori ecc.

Va analizzato anche il cliente del prodotto identificando gruppi di popolazione con bisogni simili. Si svolge un processo critico per la scrematura dei dati e delle idee raccolte. Oltre al cliente va analizzato anche il mercato per comprenderne dimensioni e dinamiche, definendo quale parte andare a mirare e la presenza di competitori; vanno analizzate le competenze chiave e posizione nel mercato; viene svolta anche un’analisi di questo tipo per i competitori e gli altri attori esterni come fornitori. Si completa così la definizione del prodotto, cioè, trovando ciò che si adatta ai piani aziendali di sviluppo, con coerenza in termini temporali, economici e tecnologici andando a definire un nuovo prodotto che si differenzia dagli altri.

Definizione dei requisiti di prodotto

Le esigenze e le necessità vanno tradotte in una serie di specifiche funzionali dal punto di vista tecnico, per una trasformazione accurata viene svolto un passaggio intermedio identificando i Requisiti che interpretano le esigenze del prodotto. I Requisiti definiscono cosa il prodotto dovrebbe fare senza ancora fornire soluzioni. (es. riscaldare quantità d’acqua, velocità di riscaldamento, basso consumo, manipolazione facile)

Definito l’elenco di requisiti va organizzato e definito un ordine di priorità per i vari requisiti, questo per evitare conflitti della scelta poi delle caratteristiche che dovrà avere il prodotto finito (es. in un bollitore la capacità è importante ma contenere 10 litri d’acqua è meno importante di altri requisiti). Un metodo per l’ordinamento dei requisiti è svolto tramite il metodo MoSCoW.

Albero degli obbiettivi

In questo caso i requisiti sono rappresentati in una forma schematica e vengono rappresentate i modi in cui sono collegati tra loro. In questo caso viene svolta una procedura diversa per cui vengono definiti gli obiettivi di progettazione (brief di progettazione team e cliente), vengono poi raggruppati i livelli gerarchici definendo sotto-obbiettivi collegati ad obiettivi, infine viene rappresentato in modo schematico mostrando le interconnessioni gerarchiche, i rami dell’albero rappresentano le relazioni che definiscono i mezzi per raggiungere gli obiettivi.

I requisiti non rappresentano specifiche quindi possono individuare sia sviluppi lunghi che brevi per il raggiungimento delle funzionalità, perciò, è possibile ridurre la quantità di requisiti desiderati in modo da abbassare la durata dell’intero processo di sviluppo; il progettista deve comunque specificare tutti i requisiti necessari allo svolgimento delle funzionalità predisposte. È necessario anche che i requisiti vengano affinati con definizioni di caratteristiche precise (es da “lunga durata” a “durata di 10 ore”), i requisiti devono anche definire solamente ciò che deve essere fatto, senza esprimere il come, in modo da non limitare lo spazio di progettazione in questa fase iniziale.

Concept di prodotto

In questa fase si parte dai requisiti trovati nella fase precedente e si inizia a definirli in azioni ingegneristiche andando a definire il “cosa” con le funzioni e il come con le specifiche che andranno a dare le basi per la parte progettuale.

Definizione di funzioni

La Funzione di un prodotto rappresenta una relazione (a black box) tra input e output del sistema il cui obbiettivo è lo svolgimento di un compito; la funzione espressa in una formulazione astratta del compito da svolgere (solitamente verbo + nome) ed è indipendente da soluzioni specifiche. Determinata la funzione, la progettazione mira ad individuare quale soluzione andrà a soddisfare la funzione nel migliore dei modi (Embodiment design). Viene quindi svolta un’analisi funzionale al fine di analizzare e definire le funzioni da racchiudere nel design:

• Va definita la funzione generale in termini di conversione di input e output
• Vanno suddivise le funzioni in una serie di funzioni secondarie, e queste in altre sotto-funzioni
• Disegnare lo schema a blocchi che mostri le interazioni tra le sotto-funzioni e funzioni secondarie.

Gli eventi fisici delle funzioni sono descritti tramite un sistema di scambio di energia, materiale ed informazioni e quindi l’analisi del sistema può essere svolta anche in modo da definire come i cui questi flussi vengono scambiati e convertiti. Il sistema tecnico svolge il compito generale (overall task) che viene diviso in sotto-funzioni (corrispondenti a sub-task), collegando le varie (sia principali che ausiliarie) si può raggiungere alla rappresentazione della Struttura Funzionale.

Definizione delle specifiche

La Specifica è composta da una metrica con un valore e permette di quantificare e limitare i valori delle funzioni e degli obiettivi. Ci sono diversi tipi di specifiche: geometrica, cinematica, energetica, produttiva, ergonomica, sicurezza, ecc. Le Specifiche sono il primo passo nella trasformazione dell’idee in uno sviluppo di prodotto adeguato.

I requisiti di prodotto sono raccolti in un documento (PRD), con il quale si può capire cosa il prodotto dovrebbe fare, ma si preferisce far interfacciare gli ingegneri per poter fornire con le loro competenze una soluzione ottimale. Viene utilizzato il metodo Quality Function Deployment (QFD) per creare un collegamento tra Requisiti e Specifiche di Progettazione, andando a identificare i requisiti critici per i clienti. Le informazioni vengono organizzate sotto forma di matrice per andare a definire le specifiche più importatati per soddisfare i requisiti dei clienti e quali sono gli obiettivi delle specifiche di design per il prodotto (quadro organizzativo chiamato “casa della qualità”).

Questo metodo consente di misurare quantitativamente ogni fase del processo di progettazione in base a quanto sta andando bene la fase precedente. Questo metodo “a cascata” consente di seguire l’intero processo di progettazione in questo modo. Le specifiche possono avere relazioni tra loro, vengono usati gli stessi valori delle correlazioni, nel caso di conflitti tra specifiche si usa -Le specifiche sono elencate nelle colonne della matrice. Ciascuna specifica è valutata come correlazione a ciascun requisito, definisce in che modo ogni specifica soddisfa ogni requisito. Se non c’è correlazione rimane vuoto, leggera 1, media 3 forte 9 (solo questi sono i valori accettabili).

• Raffigura i valori obiettivo delle specifiche (possibili limiti di mercato, necessaria analisi).
• Valori di riferimento di ciascun requisito rispetto ai concorrenti di mercato, cioè come il cliente percepisce la capacità della concorrenza di soddisfare i propri requisiti.
• Valutazioni di importanza assoluta delle specifiche misurate rispetto ai requisiti prioritari (valutazione correlazione * indice di importanza e somma di ogni colonna).
• Valutazione importanza relativa, cioè i valori assoluti ponderati rispetto le altre specifiche nel tempo portando ad essere caratteristiche attrattive come prestazionali o indispensabili.

Modello KANO

Questo modello determina la relazione tra soddisfazione e dei clienti in base alle caratteristiche del prodotto, si può dividere in quattro categorie di caratteristiche:

• Prestazionali: più sono fornite più la soddisfazione aumenta (linearmente).
• Indispensabili: sono date per scontate e il prodotto è considerato incompleto senza di esse.
• Attrattive: la loro assenza è neutrale ma la loro presenza fa aumentare la soddisfazione.
• Indifferenti: gli utenti sono indifferenti a loro riguardo e sono le caratteristiche da togliere visto che non implicano differenze.

Processo di progettazione

Progettazione concettuale del prodotto

In questo step del processo, avendo già analizzato le specifiche per il raggiungimento degli obiettivi del prodotto, si va a pensare al manufatto in grado di soddisfare le esigenze dei clienti tenendo conto di desideri e delle specifiche. La struttura funzionale facilita l’ideazione di soluzioni poiché attraverso la scomposizione gerarchica fino alle sotto-funzioni si vanno ad elaborare i processi fisici e chimici che vanno a svolgere le funzioni. Lo sviluppo Concettuale del prodotto viene svolto attraverso diverse metodologie con sia metodi classici basati su dati sia con metodi logici.

Metodi di sviluppo concettuale

Brainstorming: processo per la generazione di idee attraverso più partecipanti, questi sono preparati ad offrire quante più idee possibili; vengono inclusi anche persone non esperte in campo ingegneristico. Un metodo di brainstorming particolare è quello del Brainwriting 6-3-5 in cui 6 partecipanti scrivono 3 idee in 5 minuti, questo per diversi round permettendo di scrivere un gran numero di idee; questa tipologia è vantaggiosa poiché è possibile scrivere direttamente le idee e c’è una parte attiva per tutti i membri, ma possono esserci problemi in chiarezza, in idee simili e causati dal vincolo temporale.

Matrice morfologica: questo metodo si basa su più step. Il primo è di trovare quanti più concept possibili per ciascuna funzione, il Concetto indica “Come Fare” l’attività espressa nella funzione; per una funzione c’è sempre più di una soluzione concettuale; in questa fase va mantenuto un livello di astrazione che permette di confrontare i vari concetti. I principi di funzionamento devono essere basati sull’effetto fisico desiderato per l’ottenimento del risultato.

Il secondo passaggio consiste nell’elaborare il grafico delle opzioni e sviluppare la Matrice Morfologica: nella colonna di sinistra sono elencate le funzioni da svolgere e sulle varie righe ad esse corrispondenti troviamo i mezzi alternativi per raggiungere il completamento della funzione (sono possibili anche meno soluzioni per riga); la tabella morfologica va a raccogliere tutte le forme di soluzione per il prodotto.

Il terzo passaggio consiste nell’identificare le combinazioni possibili, andando a selezionare per ogni funzione un solo design; la scelta si basa su di una combinazione di termini di paragone (es. economicità, convenienza, tecnologia), andato a definire un concetto utile nel momento di inizio degli schizzi di progetto per il prodotto. Questo metodo potrebbe generare troppe idee e implica che ogni funzione sia indipendente da un’altra; perciò, potrebbe generare soluzioni senza alcun senso.

Metodo TRIZ: questa metodologia si basa sulla Logica, i principi di base sono che qualcuno, da qualche parte, ha già risolto un problema simile al nostro; quindi, bisogna solamente trovare quelle soluzioni e adattarle al problema e che eventuali contraddizioni vanno risolte. La metodologia TRIZ fornisce una procedura passo-passo per il raggiungimento della soluzione.