Ingegnerizzazione di prodotto

Indice

Cap 1: Processo di sviluppo prodotto

• Tipologie di prodotto
• Ciclo vita di un prodotto
• Gestione del ciclo vita di un prodotto
• Ciclo vita
• Processo di sviluppo prodotto
• Introduzione
• 4 tipologie di processi di sviluppo prodotto
• Flusso di progettazione
• Team di progettazione
• Modello del cervello umano (modello di Herrmann)
• La dinamica del team
• Processo di sviluppo prodotto – Metodo
• Analisi di mercato (Needs and Market Analysis)
• Definizione dei requisiti di prodotto (Requirements)
  • Metodo MoSCoW
  • Albero degli obiettivi
• Analisi funzionale (Functions)
• Specifiche tecniche di un prodotto (Specifications)
• Quality Function Deployment
• KANO Model
• Progettazione concettuale (Conceptualization)
• Brainstorming
• Brainwriting
• Matrice morfologica
• Metodo TRIZ
• Valutazione delle alternative (Evaluating Alternatives)
• Matrice di valutazione di Pugh
• Matrice decisionale
• Progettazione preliminare (Embodiment Design)
• Progettazione dettagliata (Detailed Design)

Cap 2: Lean Product Development and Design

• Lean Design e Lean Development
• Lean thinking
• Lean Product Development
• Lean Design
• Concurrent Engineering
• Approccio sequenziale vs concorrente
• Progettazione di prodotti modulari
• Architettura modulare
• Architettura integrale
• Architettura modulare vs Architettura integrale
• Tipi di modularità
• Vantaggi della modularità
• Stabilire l'architettura
• Problemi di progettazione a livello di sistemi correlati
• Variety Reduction Program
• Robust Design

Cap 3: Scelta dei materiali e processi

• Metodologia per la scelta dei materiali
• Metodo intuitivo
• Metodi sistematici
• Metodologia per la scelta del processo produttivo
• Definizione
• Flusso di attività per la scelta del processo
• Screening processi

Cap 4: Prototipazione virtuale

• Prototipazione fisica e virtuale
• Prototipazione fisica
• Prototipazione virtuale
• Prototipazione fisica e virtuale
• Uso di un prototipo virtuale
• Sistemi Computer Aided Design
• Sistemi CAD 2D
• Sistemi CAD 3D
• Modellazione di superfici
• Modellazione di solidi
• Modellazione ibrida
• Modellazione geometrica
• Rappresentazione punti
• Rappresentazione curve
• Rappresentazione superfici
• Modellazione di superfici
• Strategie di modellazione di superfici
• Mesh
• Modellazione solida
• Rappresentazione

Cap 5: Cost Management

• Paradosso dei costi
• Cost Management
• Life Cycle Cost Analysis (step 1)
• Life Value Cost Analysis (step 1)
• Target Costing (step 2)
• Value Analysis (step 2)
• Design to Cost (step 3)
• Design to Value (step 3)
• Life Cycle Costing
• Vita utile
• Attualizzazione
• Total Cost of Ownership
• Regole per ridurre il Life Cycle cost
• Total Cost
• Costi fissi vs variabili
• Costi ricorrenti vs non ricorrenti
• Costi diretti vs indiretti
• Material Cost
• Labour Cost
• Expenses Cost
• Costo del prodotto
• Manufacturing cost
• Task statement
• Concept
• Shape
• Production quantity
• Influenza del materiale sul Manufacturing cost
• Make vs Buy
• Influenza del processo di produzione
• Cost estimation

Cap 6: Metodi e strumenti per la preventivazione costi

• Metodi e strumenti per la preventivazione costi
• Approccio analogico
• Approccio parametrico
• Approccio analitico
• Pro e contro dei diversi approcci per il Design to Cost
• Strumenti per la stima del costo

Cap 7: Value Analysis and Value Engineering

• Value Analysis e Value Engineering
• Fase di raccolta informazioni
• Analisi funzionale
• Fast Diagram
• Matrice funzioni – componente/prodotto
• Generazione di idee
• Fase di valutazione
• Fase di sviluppo

Cap 8: Design for X e Design for Manufacturing

• Design for X
• Design for Manufacturing
• Design for Manufacturing (lavorazioni meccaniche)
• Componenti singoli
• Lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo
• Tornitura
• Foratura
• Filettatura
• Alesatura e Barenatura
• Fresatura
• Rettifica interna
• Rettifica esterna
• Rettifica tangenziale
• Dentatura
• Brocciatura
• Design for Manufacturing (deformazione)
• Stampaggio lamiera
• Piegatura tubi
• Taglio ossiacetilenico
• Forgiatura
• Estrusione
• Finitura
• Lucidatura
• Burattatura
• Finitura galvanica
• Trattamenti termici
• Design for Manufacturing (fusione)
• Fusione in terra
• Fusione in conchiglia
• Pressofusione
• Iniezione plastica
• Termoformatura

Cap 9: Design for Assembly

• Design for Assembly – DfA
• Linee guida per minimizzare il numero di parti
• Linee guida per la manipolazione dei componenti (Handling)
• Linee guida per l'inserimento e il fissaggio
• Linee guida per migliorare l'assemblaggio
• Linee guida per migliorare lo smontaggio
• Linee guida rivetti
• Linee guida viti
• Linee guida saldatura

Cap 10: Design for Additive

• Design for Additive
• Linee guida generali per il DfAM
• Linee guida tecnologie AM per materiali polimerici
• Linee guida per l'Estrusione di materiale (FDM)
• Linee guida per tecnologie AM a letto di polvere (Powder Bed Fusion)
• Linee guida per la Vat photopolymerisation
• Linee guida tecnologie AM per materiali metallici
• Linee guida per la Laser Powder Bed Fusion (letto di polvere)
• Linee guida per l'Electron Beam Melting (costruzione tramite fascio di elettroni)
• Linee guida per il Metal Binder Jetting

Cap 11: AM design and production process

• AM design and production process
• Topology Optimization
• Topology Optimization in Siemens

Tipologie di prodotto

• Generic products (Market-Pull): dalle esigenze del consumatore si sviluppa il prodotto.
• Technology-Push Products: la tecnologia viene prima del prodotto; in base alla tecnologia vedo in che mercato immettermi.
• Platform Products: prodotti basati su piattaforme; non parto dal prodotto che il consumatore mi chiede ma da una piattaforma (sottosistema tecnologico prestabilito).
• Process-Intensive Products: le caratteristiche del prodotto sono strettamente correlate al processo produttivo.
• Customized Products: sono prodotti personalizzati in base alle esigenze del consumatore; si differenziano dal prodotto base per alcuni gadget o dettagli.
• High-Risk Products: prodotti ad alto rischio; quando un'azienda inizia lo sviluppo di un prodotto sapendo che ci saranno difficoltà (tecniche o di mercato) da affrontare.
• Quick-Build Products: la modellazione e la prototipazione rapida consentono molti cicli di test riguardanti la progettazione-costruzione.
• Complex Systems: Sistemi complessi (es: aerei, jet); il loro sviluppo deve essere gestito scomponendo il prodotto in più moduli.

Ciclo di vita di un prodotto

Gestione del ciclo vita di un prodotto

Il ciclo di vita di un prodotto può essere rappresentato come la successione delle seguenti fasi:

1. Ideazione: la prima fase è la definizione dei requisiti di prodotto in base ai punti di vista di clienti, mercato e organismi di regolamentazione. Da questa specifica, è possibile definire i principali parametri tecnici del prodotto. Parallelamente, viene eseguito il lavoro di progettazione iniziale che definisce l'estetica del prodotto insieme ai suoi principali aspetti funzionali.
2. Progettazione: in questa fase inizia la progettazione dettagliata e lo sviluppo del prodotto per poi passare ai test dei prototipi fino al lancio completo del prodotto. Può anche comportare una riprogettazione e il miglioramento dei prodotti esistenti, nonché l'obsolescenza pianificata. Lo strumento principale utilizzato per la progettazione e lo sviluppo è CAD. Insieme alla creazione effettiva della geometria c'è l'analisi dei componenti e assemblaggi di prodotti. Le attività di simulazione, convalida e ottimizzazione vengono eseguite utilizzando il software CAE (ingegneria assistita da computer) integrato nel pacchetto CAD o autonomo. Un altro compito svolto in questa fase è l'approvvigionamento di componenti acquistati, possibilmente con l'ausilio di sistemi di approvvigionamento.
3. Produzione: una volta completata la progettazione dei componenti del prodotto, viene definito il metodo di fabbricazione. Ciò include attività CAD, come la progettazione di utensili, e l'attività di creazione delle istruzioni di lavorazione CNC per le parti del prodotto. Questo comporterà l'utilizzo anche di strumenti di analisi per la simulazione di processi di operazioni (come, ad esempio, fusione, stampaggio e formatura di stampi). Una volta identificato il metodo di produzione, si stabilisce il layout di fabbrica, di impianti e di strutture e si eseguono simulazioni di produzione. Una volta fabbricati i componenti, è possibile verificarne la forma e le dimensioni geometriche rispetto ai dati presenti nei CAD originali con l'uso di apparecchiature e software di ispezione computerizzati. Parallelamente alle attività di ingegneria, si svolgono la configurazione dei prodotti di vendita e la documentazione di marketing.
4. Uso: terminata la fase di produzione del prodotto, ha inizio la sua distribuzione verso il consumatore finale. La fase d’uso può essere caratterizzata da attività di manutenzione del prodotto e dei suoi singoli componenti. I componenti usurati possono essere trattati per continuare ad utilizzarli, oppure terminare il loro ciclo di vita.
5. Fine vita: il prodotto raggiunge il suo fine vita quando non più in grado di assolvere le funzioni per il quale è stato progettato, oppure quando risulta obsoleto rispetto altri prodotti disponibili nel mercato. Il fine vita di diversi prodotti è disciplinato da specifiche normative: sulla base di queste e di altri criteri (economici e/o di sostenibilità ambientale), un prodotto può essere riutilizzato (allo stato attuale), ricondizionato (per poter essere riutilizzato oltre la sua vita naturale), riciclato (per poter recuperare il materiale), incenerito (per recuperare energia dai suoi materiali) oppure gettato in discarica (con un eventuale trattamento preliminare).

Ciclo vita

I costi e ricavi di un prodotto nel suo ciclo di vita possono essere rappresentati dall'immagine in questa slide. La vita del prodotto nel mercato è caratterizzata da quattro fasi: Il ciclo vita non viene visto come ciclo di un prodotto specifico ma viene inteso come ciclo vita del modello di un prodotto specifico.

1. Introduzione del prodotto nel mercato (Introduction): questa fase del ciclo potrebbe essere la più costosa per un'azienda che lancia un nuovo prodotto. Il costo di attività come ricerca e sviluppo, test dei consumatori e marketing necessario per lanciare il prodotto può essere molto elevato, soprattutto se si tratta di un settore competitivo. Quindi nella prima fase i costi sono sicuramente superiori ai ricavi; infatti, il flusso di cassa (cash flow) nella prima parte è negativo e rimarrà in parte negativo anche nella fase di crescita del prodotto (growth).
2. Crescita del prodotto nel mercato (growth): la fase di crescita è in genere caratterizzata da una forte crescita delle vendite e dei profitti. Ciò consente alle aziende di investire più denaro nell'attività promozionale per massimizzare il potenziale di questa fase di crescita. In particolare, in questa fase si raggiunge il punto di pareggio (punto dopo il quale inizio ad ottenere un utile); in sostanza, la curva del cash flow interseca l’asse delle ascisse e diventa positiva, il che significa che i ricavi saranno maggiori dei costi.
3. Maturità del prodotto nel mercato (Maturity): durante la fase di maturità il prodotto è all'apice per quanto riguarda il market share (momento più competitivo); da qui in poi può solo scendere. L'utile che viene generato adesso può essere speso in due modi: 1) per modificare il prodotto durante la sua fase di declino o per apportare miglioramenti al processo di produzione; 2) per sviluppare e ingegnerizzare un nuovo prodotto che possa sostituire quello attuale o quantomeno sostituire il mercato del prodotto attuale, ovvero il modo in cui l'azienda fa profitto.
4. Declino del prodotto nel mercato (Decline): alla fine, il mercato di un prodotto inizierà a ridursi, e questo è ciò che è noto come fase di declino. Questa contrazione di mercato è dovuta alla saturazione del mercato (ovvero tutti i clienti che compreranno il prodotto lo hanno già acquistato) o al fatto che i consumatori stanno passando a un diverso tipo di prodotto. Sebbene questo declino sia inevitabile, le aziende potrebbero trarre qualche profitto passando a metodi di produzione meno costosi e mercati più economici.

Processo di sviluppo prodotto

Introduzione

Ricerca: un'attenta indagine o studio, soprattutto di natura scientifica, che ha come obiettivo la generazione di nuova conoscenza.

Design o Progettazione: utilizza la ricerca per soddisfare i requisiti di uno o più utenti affinché si sviluppi un prodotto che generi benefit all'azienda.

• Esempio: un ricercatore (scienziato) può studiare la fusione nucleare, ma un ingegnere (progettista) deve essere coinvolto nella costruzione di una centrale nucleare.

4 tipologie di processi di sviluppo prodotto

1. Nuova piattaforma di prodotti: questo tipo di progetto comporta un grande sforzo di sviluppo per creare una nuova famiglia di prodotti basata su una nuova piattaforma comune. La nuova famiglia di prodotti si rivolge a mercati e categorie di prodotti familiari.
2. Prodotti derivati da una piattaforma esistente: questi progetti estendono una piattaforma di prodotti esistente per affrontare meglio i mercati familiari generando uno o più nuovi prodotti (customizzati).
3. Miglioramenti incrementali ai prodotti esistenti: questi progetti possono comportare solo l'aggiunta o la modifica di alcune caratteristiche dei prodotti esistenti al fine di mantenere la linea di prodotti attuale e competitiva. Una leggera modifica per rimediare a piccoli difetti in un prodotto esistente sarebbe un esempio di questo tipo di progetto.
4. Prodotti fondamentalmente nuovi: questi progetti coinvolgono prodotti o tecnologie di produzione radicalmente diversi e possono aiutare ad affrontare mercati nuovi e sconosciuti. Tali progetti implicano intrinsecamente più rischi; tuttavia, il successo a lungo termine dell'impresa può dipendere da ciò che viene appreso attraverso questi importanti progetti.

Flusso di progettazione

È possibile definire un processo che vada bene sempre; esistono diversi schemi (4) per quanto riguarda il flusso di progettazione; tuttavia, hanno tutti un obiettivo comune, ovvero quello di rendere sistematico il processo di sviluppo prodotto. Tra tutti, il metodo più utilizzato è il seguente:

Team di progettazione

In un mondo in cui il time-to-market è diventato un elemento fondamentale per la competitività delle aziende, lavorare con un team di persone garantirà un vantaggio in quanto sarà in grado di completare un progetto in un arco di tempo molto più breve di quanto richiederebbe una singola persona. Inoltre, in molti casi, le competenze e le conoscenze di una singola persona non sono sufficienti per conseguire un progetto.

Team di progettazione: raccolta di individui il cui lavoro è interdipendente e che sono collettivamente responsabili del raggiungimento di un risultato prestazionale.

Una squadra può essere paragonata ad un pasto. Entrambi hanno bisogno di "ingredienti" e di una "ricetta" per avere successo. Gli "ingredienti" sono i singoli membri del team, mentre la "ricetta" è la dinamica del team, ovvero come interagiscono tra loro e come si comportano. Senza entrambi questi elementi, una squadra, come un pasto, non avrà un risultato soddisfacente!

Modello del cervello umano (modello di Herrmann)

Come si fa a costruire un team di progettazione? Si può usare il modello di Hermann:

• A cui piace di più analizzare dati e problemi che fa più esperimenti
• A cui piace spiegare e interfacciarsi con altre persone

Il modello distingue quattro diverse categorie di persona che hanno quattro modi diversi di approcciarsi al problema. Ci sono persone più analitiche, quelle più pratiche, quelle più relazionali e quelle a cui piace sperimentare; il team dovrebbe essere composto da questi quattro tipi di persona.