Primo Parziale Tecnologia meccanica

TECNOLOGIA MECCANICA

INTRODUZIONE GENERALE

Manufacturing system: termine con cui si vuole descrivere e introdurre i vari processi che

permettono di produrre qualsiasi cosa a livello industriale.

Fin dall’antichità l’uomo ha disposto di alcune tecnologie, più o meno evolute, che però lo hanno

sempre contraddistinto dagli altri animali.

Il materiale e processi produttivi che li caratterizzano hanno dettato le capacità della nostra specie

tanto che è il nome del materiale più utilizzato durante un periodo a dare il nome alla specifica

età, ad esempio età del bronzo, dell’oro, dell’acciaio….

Ovviamente con lo sviluppo del materiale l’uomo ha anche introdotto via via tecniche di

lavorazione più complesse. Gli uomini primitivi erano in grado già di praticare piccole fusioni anche

se questa abilità la appresero con efficienza greci e romani che ne fecero un punto di forza, per poi

passare però nel tempo alla deformazione plastica dei metalli che prese campo nel Medioevo e poi

tecnologie sempre più complesse e ad alta produttività che portarono poi nella seconda metà del

700 alla prima rivoluzione industriale.

Oggi il progresso è tale che siamo giunti all’industria 4.0 o quarta rivoluzione industriale.

La prima industrializzazione riguardava principalmente la meccanizzazione del processo

produttivo, ovviamente questa fu possibile grazie all’introduzione del motore prima a vapore e poi

a scoppio che portarono alla prima rivoluzione; la seconda rivoluzione si basò sull’introduzione

della produzione in serie effettuata da Ford che sviluppo un modello di industria ad altra

produttività mentre nella seconda metà del 900 si ebbe una progressiva introduzione dei

computer nell’ambito produttivo, che automatizzò gran parte dei processi di fabbrica dando il via

all’industria 3.0, fino ad arrivare ad oggi, con la quarta rivoluzione industriale caratterizzata dalla

connessione delle macchine.

Per connesse si intende lo sviluppo di un’intelligenza distribuita tale da permettere la decisione

autonoma, anche se in parte al macchinario stesso. Quest’ultimo è infatti in grado di trovare

processi alternativi e ha piccole proprietà di problem solving.

L’ingegneria di produzione è una disciplina dell’ingegneria che si occupata delle diverse pratiche di

produzione e della ricerca e dello sviluppo di sistemi, processi, strumenti e attrezzature.

La tecnologia di produzione fornisce gli strumenti che consentono la produzione di tutti i beni di

produzione.

PROCESSI PRODUTTIVI

Per processo produttivo si

intende l’insieme delle fasi di

produzione, composto in

genere da più stadi, in cui a

partire da un semilavorato o

un materiale grezzo prende

forma il prodotto finito

Operazioni di trasformazione

(processing operations) :

trasformano un materiale dallo stato grezzo a uno stato finito

Attività di montaggio (assembly operations / joining processes): unione di due o più componenti

per creare un nuovo prodotto Processo di modellatura (shaping process):

trasformazione della forma di un materiale da

uno stato di completamento grezzo ad uno stato

più avanzato o finito

Aspetti tecnologici: applicazione di processi fisici o chimici con il

fine di modificare la geometria, le proprietà, e/o l’aspetto di un

materiale grezzo per produrre componenti o prodotti finiti

Aspetti economici: trasformazione di un materiale grezzo in

elementi dal valore economico superiore tramite uno o più

processi e/o operazioni di assemblaggio

L’industria è l’insieme delle imprese e delle organizzazioni che

producono o forniscono beni e servizi

Materiali

Alcuni prodotti sono formati da un solo materiale, mentre altri da più di uno

I materiali a loro volta si dividono in:

- Metalli

- Ceramici

- Polimeri

- Loro unioni (compositi)

I ceramici sono fragili ma resistenti, i polimeri sono elastici, mentre i metalli sono una via di mezzo

tradi essi.

Con il passare del tempo, si vengono ad utilizzare materiali compositi che sono formati a partire da

coppie di materiali di diverse categorie viene introdotto un nuovo elemento di progettazione,



ossia la progettazione del materiale stesso.

Lo svantaggio dei materiali compositi è che sono più difficili da riciclare, poiché il riciclaggio di tali

materiali risulta più costoso.

Negli ultimi anni si stanno sviluppando dei materiali intelligenti, ossia materiali dotati di una o più

proprietà che possono essere modificate e controllate con stimoli esterni.

Capacità produttiva (volume produttivo): massima

quantità di prodotti che un impianto può produrre in un

dato periodo di tempo (generalmente un anno) nelle

condizioni operative assunte

Capacità di processazione tecnologia: processi di

produzione sono adatti a determinati materiali quindi,

specializzandosi in determinati processi, l’impianto è

anche “specializzato in certi materiali”

DISPOSIZIONE DEGLI IMPIANTI (FACILITIES LAYOUT)

Project Shop

Prevede che l’azienda operi per PROGETTI, quindi si lavora ad

un solo prodotto per volta e sono i processi ad alternarsi

intorno al prodotto. E’ presente una forte customizzazione e

flessibilità dei processi e il personale è molto qualificato.

L’efficienza non è molto alta e i tempi di produzione sono

lunghi.

Il prodotto viene quindi direttamente realizzato per intero e

sono i macchinari e il personale a spostarsi intorno ad esso.

Nel metodo project work, il prodotto rimane “fermo” al centro del sistema produttivo e le persone

vanno ad operare sul prodotto muovendosi intorno all’oggetto.

Usata solitamente per oggetti molto grandi come aerei, navi, treni etc. questa forma di processo

produttivo permette una fortissima customizzazione del prodotto finale in funzione dell’esigenza

dei compratori.

L’azienda produce bene e in maniera estremamente efficace in termini di qualità, ma in questo

sistema ci sono delle pecche: per eseguire infatti alcune operazioni occorre personale qualificato

che ha costi elevati in termini di mano d’opera ed estremamente difficile da sostituire talvolta per

cui non abbiamo un elevata resilienza.

Oltretutto questo metodo rallenta molto il ritmo produttivo (poco efficiente) in quanto, non

permette a più operai di lavorare allo stesso oggetto ma questi si devono fare piano piano avanti

seguendo una serie di step.

La miglior nota positiva di questa metodologia produttiva però resta l’alta flessibilità dove con

flessibilità si intende la capacità di convertire la tipologia della produzione. Questa tecnica

produttiva è ancora la più vicina esistente all’artigianato e resta poi anche la migliore in termini di

aggiornamento in quanto non è necessario acquistare quasi mai nuovi macchinari, ma

semplicemente istruire gli operai.

Flow Line and Transfer Line

È quella che viene chiamata in gergo “catena di montaggio”,

ovvero l’opposto del project shop. Le macchine e il personale

sono organizzati solo per fare una specifica lavorazione; i

prodotti in produzione seguono dei percorsi prefissati, spesso

con elevata automazione e si cerca di eliminare i tempi morti.

Non è caratterizzata dalla flessibilità ma c’è un’elevatissima

produzione.

È caratterizzato da un flusso di materiale unidirezionale, in cui i

lavori sono definiti da una serie e una sequenza di lavorazioni uguali predeterminata

È un metodo di lavoro molto efficiente ma estremamente rigido, quindi un minimo problema nel

flusso può arrestare l’intera produzione.

La metodologia flow line invece prevede che il prodotto entri su un nastro scorrevole e che

attraverso una serie di macchinari in serie ne esca completo.

Il problema di tale metodo produttivo è la bassa customizzazione per cui non è molto flessibile alle

esigenze del singolo compratore. Rinunciando a questo però, tale sistema raggiunge la massima

produttività.

Il problema fondamentale si ribadisce, resta comunque la scarsa variabilità per cui solitamente

queste catene di produzione dette linee di produzione non sono riutilizzabili e pertanto nascono e

muoiono con un unico scopo senza la possibilità di poter essere riorganizzate.

L’esempio più grande sono le linee di produzione di un’auto, ad esempio, che non sono

assolutamente convertibili.

Le linee di produzione sono in sostanza estremamente inflessibili. Si hanno in questa maniera però

bassi costi di produzione a fronte di un investimento inziale, talvolta anche molto grande.

Questo sistema produttivo diventa inutilizzabile quando la complessità o la dimensione del

prodotto diventa troppo elevata per cui non siamo più in grado di creare una catena produttiva

efficiente.

Job Shop

È una soluzione a metà strada tra la flow line e il project shop

Le macchine sono organizzate per tipologie e si creano quindi dei

percorsi (non prefissati e fissi) per produrre oggetti di elevata

variabilità, ossia ogni tipo di prodotto segue il suo “percorso” da

una macchina all’altra.

C’è una perdita di efficienza rispetto alla catena di montaggio ma

si guadagna notevolmente in termini di flessibilità

Si hanno tuttavia 2 problematiche:

- Problema logistico è più complesso



gestire un’azienda del genere e si creano

tempi di attesa più lunghi

- Problema efficienza c’è una minore



efficienza perché le singole macchine non

sono fatte per seguire una sola tipologia di

lavorazione, tuttavia sono strategie molto

resilienti, poiché se una macchina può

essere sostituita velocemente con un’altra e

posso modificare il numero e la disposizione delle varie macchine senza particolare fatica e

impedimenti

La tracciabilità del prodotto risulta difficile.

A metà strada tra le due metodologie precedenti si colloca il Job Shop.

In tale modello organizzativo, i settori industriali sono separati in reparti in funzione della

lavorazione che eseguano (ad esempio potremmo avere il reparto tornitura, il reparto fresatura, il

reparto brocciatura etc.) e per ogni reparto sono presenti un numero consistente di macchine,

strettamente relazionato alle esigenze produttive dell’azienda.

Nel Job Shop si creano dunque dei percorsi che permettano di produrre quasi in serie, ma con

maggior flessibilità.

I problemi in questo caso diventano dunque di tipo logistico e non solo inteso come organizzazione

dello spazio aziendale: il problema maggiore risiede nel fatto che l’oggetto deve seguire un certo

processo e per farlo deve spostarsi da un reparto ad un altro, questo non solo rallenta la produzione,

ma crea, se gestito nella maniera scorretta, confusione in azienda.

Un altro problema considerevole è cosa avviene nel caso di aumento della domanda di produzione,

per avere maggiore flessibilità produttiva un’azienda Job shop sacrifica parte della sua efficienza in

termini di tempo di produzione.

Questo significa anche essere meno flessibili sugli ordinativi, in quanto se si ha un aumento della

richiesta di produzione i vari prodotti a ogni lavorazione in ogni reparto dovranno mettersi in coda

rallentando la produzione o alzando i costi (in quanto si dovranno pagare turni straordinari alla

mano d’opera).

Al contrario però di una flow line, il job shop è una strategia molto resiliente per cui se una macchina

si rompe altre la sostituiscano, rallentando sì, ma senza mai fermare la produzione.

Questo vantaggio non è presente nella flow line dove, se ci troviamo ad avere a che fare con la

rottura di un macchinario della serie siamo costretti a interrompere quella linea produttiva.

Altro vantaggio rispetto al modello più sequenziale della flow line è che queste tipologie di

produzione si aggiornano più facilmente: in una line transfer non ha senso aggiornare i macchinari

per due motivi, primo perché una linea produttiva non è riutilizzabile una volta che avremo

terminato di produrre quel modello e secondo perché dovrei aggiornare non uno ma tutti i

macchinari della serie per avere un effetto gradito.

Nella azienda job shop aggiornare i macchinari mi aiuta invece a ridurre a mano a mano i carichi di

lavoro.

Cellular system

È caratterizzato da piccole linee di produzione per gruppi e

famiglie di prodotti.

Si usa quando si vogliono raggruppare sequenze di

lavorazione che sono comuni a più prodotti.

Risulta essere quindi un ibrido tra il job shop e la transfer

line.

Non ci sono flussi tra una cella e un’altra, sono indipendenti

In questa tipologia invece di sistema produttivo è il lavoro per processi ad essere raggruppato e

non i macchinari. Se una oggetto deve essere per esempio brocciato, fresato e forato posso creare

un piccolo reparto (massimo 6 macchine nei sistemi più complessi) riservato a tale processo per

poi trasferire il prodotto in altri parti dell’azienda. Ancora una volta qui resta il problema della

logistica della sequenza produttiva. Il sistema in questione è dunque un misto tra un job shop e

una line transfer, che sacrifica un po’ di flessibilità rispetto al primo per guadagnare efficienza

produttiva sul secondo. Rispetto al job shop ovviamente perde anche in capacità di aggiornamento

e resilienza.

ASPETTO DEI COSTI

Nelle aziende si fa solitamente distinzione su due tipologie di costi, i così detti costi fissi e i costi

variabili:

Il costo fisso è quella parte di investimento iniziale da fare per avviare la produzione; non vi

rientrano in questi costi però la mano d’opera la quale solitamente è già presente in azienda e

pagata ad ore piuttosto che a lavoro svolto e neanche il materiale per la produzione dal cui

successivo trattamento andiamo ad ottenere il guadagno.

Dobbiamo andare a considerare piuttosto nei costi fissi gli acquisti dei macchinari necessari

all’implementazione della linea produttiva.

Il costo fisso è indipendente poi dal numero di pezzi che voglio produrre, mentre il costo variabile

ne dipende fortemente.

Un nuovo prodotto viene ideato in base alla richiesta del mercato. Qualunque prodotto avrà un

suo ciclo di vita. Questo parte dall’idea del prodotto sulla base di una ricerca di mercato.

Tale idea, dopo un’analisi approfondita e affinamenti successivi, viene tradotta in un progetto

preliminare basato su una specifica tecnica.

Il progetto preliminare viene trasformato in un progetto esecutivo, eliminando e selezionando le

soluzioni per tutti gli aspetti del prodotto.

Al progetto segue la preparazione dei disegni, dai quali si procede con la decisione dei cicli di

fabbricazione nonché alla definizione del fabbisogno dei materiali.

Successivamente si passa alla pianificazione del prodotto, ossia la definizione della miglior

gestione delle risorse produttive disponibili al fine di produrre la quantità di prodotto stabilito in

base alle previsioni di vendita o ai termini di consegna concordati.

In sostanza possiamo dire che, più una linea è automatizzata più è costosa in termini di

investimento iniziale.

Il sistema meno costoso quindi, in termini di costi fissi, è il project work che ha come investimento

fisso solo la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie più moderne per invogliare i compratori a

sostituire o aggiornare i loro prodotti.

I costi variabili invece sono inversi per cui per poche unità da produrre un project work va bene,

ma all’aumentare del numero la cosa degenera e piano piano i costi vanno ad aumentare.

Quando i costi in funzione del numero di pezzi aumentano e superano il costo dell’investimento

inziale del sistema più automatizzato allora conviene o conveniva supportare la spesa iniziale.

CICLO DI VITA DI UN PRODOTTO

Il ciclo di vita di un prodotto, essenzialmente meccanico, ma generalmente valido per ogni altra

tipologia di produzione, comincia sempre con un’analisi del mercato da parte della azienda che

successivamente commissiona dunque la progettazione dell’oggetto in questione.

Questa fase viene chiamata anche engineering design e termina con la realizzazione su CAD del

progetto con un disegno in 3D che ci permette di pianificare poi il ciclo produttivo, la scelta del

materiale il processo ed eventualmente definire quindi un prezzo di lancio.

Successivamente da progetto preliminare si passa a progetto esecutivo per cui si comincia l’attività

di ricerca e sviluppo a fini sia qualitativi, che di sicurezza che estetici per cercare di rendere il

prodotto il più competitivo possibile sul mercato.

In questo processo vengono costruiti diversi prototipi per studiare e testare il prodotto finale 

una volta raggiunta questa condizione si comincia a studiare i processi produttivi per la

costruzione e fabbricazione dei componenti scegliendo anche quali acquistare da terzi e quali

produrre in autonomia.

Tale fase è chiamata design for manufacturing, durante il quale si cerca di analizzare le difficoltà

tecnologiche cercando di abbattere i costi e produrre al meglio l’oggetto.

Successivamente si passa allo studio del design for assembly che si occupa di definire il sistema

produttivo migliore per la produzione o assemblaggio delle componenti del prodotto finale.

Si prosegue poi in realtà con una serie di studi diversi che ci devono fornire le indicazioni di

utilizzo, smaltimento, smontaggio e quant’altro di un prodotto.

Uno studio che prende sempre più importanza negli ultimi anni è il design for sustainability che

indica l’impatto ambientale dell’oggetto ed eventualmente come riciclarlo e riutilizzarlo.

Una volta raggiunto l’immissione sul mercato il prodotto viene sottoposto ai clienti che a