Sistemi di produzione avanzati

Sistemi di produzione avanzata

Argomenti del corso

• Introduzione alla lean manufacturing e alla lean supply chain

Lean manufacturing Systems e Cell Design

Nascita e evoluzione della Lean manufacturing; il cambiamento culturale. Toyota Production System (TPS). Strumenti della Lean production; dieci steps della Lean production:

• Re-engineer the manufacturing system
• Setup reduction
• Integrate the quality control into the system
• Integrate preventive maintenance
• Level, balance, sequence, synchronize
• Production control
• Reduce WIP
• Integrated suppliers
• Autonomation
• CIM

Il World Class Manufacturing; il Gemba Kaizen (miglioramento continuo).

• Progettazione di un sistema produttivo avanzato in ottica lean

Lo sviluppo completo della progettazione di un sistema di produzione: dallo studio di fattibilità al progetto esecutivo: analisi di un caso aziendale articolato in diverse fasi:

• Cellular manufacturing: sistemi di ausilio al CM (Cellular manufacturing) nella progettazione dei sistemi di produzione avanzati. Metodi di clustering per la Group Technology e il CM. Matrice di incidenza. Diagonalizzazione matrice di incidenza: flussi intercellulari, flussi intracellulari ed eccezioni. Indici di similarità per il clustering: Relative Matching, Yule, Hamman, Baroni Urbani, Sorenson, Rogers and Tanimoto. Coefficienti di similarità tipo Problem Oriented: indice di Gupta-Seifoddini. Algoritmi gerarchici per il CM: UPGMA. Il dendrogramma. Valore di taglio; taglio in base al percentile del numero di aggregazioni. Raggruppamento di parti/prodotti. Indici di performance per il cell formation problem: problem density, inside cells density, grouping efficiency, etc. Esemplificazioni numeriche e applicazione al caso. Modello di cellular manufacturing con ridondanza delle macchine. Piattaforma software per il cellular manufacturing (Cluster Calculator). La riconfigurabilità delle celle in ottica 4.0: caratteristiche generali; approccio per la formazione di famiglie di prodotti nei sistemi produttivi riconfigurabili; modello di Galan: modularity, commonality, reusability, product demand. Le piattaforme modulari.
• Progettazione delle risorse: Calcolo statico del fabbisogno di risorse produttive per le differenti tipologie di attrezzature: esemplificazioni e applicazione al caso. Calcolo del numero di operatori con e senza attività di clustering delle risorse: esemplificazioni e applicazione al caso.
• Cenni alla progettazione del layout aziendale con l'ausilio di strumenti informatici: il software LRP. Strategie di inserimento dei reparti nel layout. Metodi di definizione della sequenza di inserimento dei reparti (metodo del rapporto pesato, metodo del massimo flusso totale, metodo del massimo flusso puntuale). Esempi applicativi.
• Analisi dei flussi di materiale e progettazione dei sistemi di trasporto interni: flotta di carrelli, il software LFAS. Definizione degli input e degli output di un sistema di material handling (dal punto di vista del prodotto e del veicolo); indice di saturazione delle aree; indice di flusso; indice di traffico. Esemplificazioni e applicazione al caso.
• Progettazione degli impianti di servizio: cogenerazione energia termica e elettrica e applicazione al caso.
• Valutazione economica del progetto e incidenza sul prezzo del prodotto finito

• Lean supply chain: sistemi logistici avanzati per la gestione delle scorte

Strategie per la gestione integrata delle scorte nella catena logistica. Il modello del lotto economico congiunto: confronto con il modello classico del lotto disgiunto (make or buy), impostazione e definizioni delle voci di costo da considerare. Caso delle spedizioni (o trasferimenti) a qualità costante (modello di Lu). Caso delle spedizioni (o trasferimenti) a quantità variabile (modello di Goyal e modello di Hill). Esemplificazioni. Cenni ad altre forme di collaborazione tra venditore e fornitore e relative potenzialità (collaborative planning, Supplier Managed Inventory – SMI). Il modello del conto deposito o "consignment stock": modalità, condizioni applicative e principali vantaggi rispetto al caso del lotto economico congiunto. Impostazione e definizioni delle voci di costo da considerare. Esemplificazioni. Valutazione di costi aggiuntivi di stockout e di giacenza nel caso di domanda stocastica. Analisi della saturazione dei mezzi a valle dell'applicazione dei modelli.

• Logistica distributiva: la distribuzione snella per il pull

Definizione e gestione di una rete logistica. Decisioni di lungo termine, di medio termine, di breve termine. Modello decisionale e strumenti di supporto. Strategie di distribuzione e classificazione delle reti distributive: caratteristiche, vantaggi e svantaggi delle configurazioni principali (consegna diretta al cliente, consegna effettuata da azienda di trasporto, distribuzione tramite magazzino intermedio, pick-up point). Modelli di progettazione e gestione di un network distributivo multilivello. Impostazione del Location Allocation Problem (LAP): definizione dei parametri e delle variabili, della funzione obiettivo, dei vincoli del problema. Criticità dei modelli LAP. Modello consegna diretta monoprodotto-monoperiodo con domanda frazionata e non frazionata. Modello monoprodotto-monoperiodo multilivello. Esemplificazioni ed esercitazione sulla modellizzazione di una rete logistica. Il risolutore Excel.

• L'evoluzione da logica push a logica pull nella riprogettazione di un sistema produttivo AS-IS

I 5 principi della Lean manufacturing. I concetti di Total Flow Management: Il livellamento della produzione (Livellamento di mix produttivo e di volume); Mizusumashi e sincronizzazione; Milk Run Systems per la gestione dei flussi logistici esterni. La mappatura del flusso del valore (VALUE STREAM MAPPING) come strumenti di riprogettazione e di implementazione del Total Flow Management: le linee guida per la realizzazione; lo stato corrente (AS IS) e lo stato futuro (TO BE); il takt time, la produzione a flusso, il supermarket pull system, la FIFO lane (CONWIP), il pacemaker, il load leveling box: livellamento di mix e di volume, il pitch. Esempi applicativi.

Esame prova scritta in presenza di 2 h, 4 domande teoriche, 6 esercizi numerici (orale per prove online).

Introduzione alla Lean manufacturing e alla Lean Supply Chain

"It's not spectacular concepts that distinguish world class companies. It's the uncompromising way of applying already know tools and methods."

La lean manufacturing nasce in Giappone in Toyota, in un momento storico in cui era impossibile adattare i metodi di lavorazione precedentemente utilizzati, ovvero catena di montaggio e Taylorismo, e questo ha fatto scattare negli ingegneri che lavoravano in Toyota la necessità di individuare un nuovo modo di produrre, non inventando nulla di nuovo ma applicando concetti abbastanza noti in modi diversi.

Lean Manufacturing System è un sistema integrato di attività progettato per realizzare ampi mix produttivi, usando scorte minime di materie prime, WIP e di prodotti finiti. La sfida è di mantenere ampi mix produttivi, soprattutto nel nostro mercato attuale, a cui corrisponde ad un aumento dei costi, mantenendo scorte minime, ovvero abbassare i costi di magazzino; il trade off non è banale ma negli anni la linea di riferimento è diventata sempre più quella di riuscire ad organizzare la produzione ma mantenendo bassi i costi, riducendo i costi laddove è possibile fare a meno di qualcosa. Toyota già nel 1950 doveva garantire ampi mix produttivi mantenendo bassi i costi, in un momento storico caratterizzato da basse risorse per il Giappone (fine seconda guerra mondiale); sono riusciti a trovare un modo nuovo, intelligente e snello per realizzare questa produzione.

È una filosofia che abbraccia tutti i settori industriali (produzione, logistica, manutenzione, gestione qualità, gestione del personale, progettazione del prodotto).

Scopo: conseguire il miglioramento continuo (kaizen) in termini di qualità e produttività.

Produrre solo gli articoli effettivamente voluti dal cliente, nelle quantità e nei momenti necessari JIT (just in time).

La metafora della lean è un iceberg il mare è la giacenza di prodotti, quindi vediamo solo la punta dell'iceberg, che rappresenta il problema; abbassando il mare l'iceberg emerge nella sua totalità in questo modo le problematiche emergono chiaramente ed è possibile agire su di esse. Si eliminano i motivi di mantenimento di scorte che sono considerate negative per due motivi:

• Rappresentano un immobilizzo di capitale
• Nascono i reali motivi di inefficienza del sistema produttivo

Le inefficienze (iceberg) del sistema produttivo sono spesso dovute a:

• Lead time inaffidabile del fornitore, non sappiamo quando arriverà il materiale per iniziare la produzione (sincronizzazione dei tempi: problema esterno)
• Variabilità dei lead time di produzione (il problema si ripercuote a valle nella consegna al cliente), le cause possono essere: risorse non sufficienti, organizzazione delle risorse errate, etc.
• Tempi di setup dei centri di lavoro eccessivamente lunghi: il setup è l'elemento fondamentale della produzione, prima della lavorazione vera e propria la macchina va attrezzata (tempo non a valore aggiunto, che va ridotto)
• Sistema di produzione non affidabile per qualità dei prodotti e per guasti dei macchinari
• Assenza di bilanciamento dei carichi di lavoro tra le linee
• Saturazione delle macchine collo di bottiglia

Nelle aziende, queste inefficienze vengono rilevate con analisi AS-IS.

Nascita della Lean Manufacturing

Nel 1935 nasce la Toyota Motor Company, negli anni precedenti la stessa famiglia aveva un'impresa di produzione dei telai; gli anni della guerra hanno portato il Giappone a vivere una situazione estremamente critica, nel 1950 colui che doveva guidare l'azienda ha capito che bisognava trovare altre soluzioni di produzione: Eiji Toyoda intraprese un pellegrinaggio di 3 mesi a Detroit, nello stabilimento di Rouge di Ford, caratterizzato dalla più grande ed efficiente struttura produttiva del mondo (produzione di massa, 700 auto/gg). Toyota non ha portato a casa la soluzione, perché in Giappone non era applicabile la stessa produzione di massa per una serie di motivi:

• I numeri erano completamente diversi: non c'era la stessa domanda di macchine in America e in Giappone
• Il mercato giapponese era molto limitato ma la gamma di veicoli era molto elevata
• I lavoratori non volevano essere considerati come un costo variabile o pezzi intercambiabili
• L'economia giapponese devastata dalla guerra soffriva per la mancanza di capitali e non poteva acquistare tecnologie occidentali
• L'estero traboccava di colossi automobilistici ansiosi di entrare in Giappone per difendere i propri mercati

Tutto ciò ha portato Toyoda e Ohno a scegliere una strada diversa: andarono contro le indicazioni del ministro giapponese, la Nissan e altre fabbriche e decisero di produrre gamme complete di automobili con una varietà di prodotti diversi. Ovviamente non lo fecero con la cultura della produzione di massa ma attuando nuove metodologie: numero limitato di presse (perché la pressa richiede un numero di ore di setup molto elevato) per produrre l'intero veicolo, e nelle altre risorse implementarono la tecnica dei cambi rapidi (SMED), si passa da 1 giorno a 3 minuti di setup. Mentre la produzione di massa si basava sul fatto che il costo unitario veniva ridotto perché era spalmato su tanti lotti di produzione, oltre ad ammortizzare il setup, il problema è che questo approccio considera solo il costo di produzione, non tiene conto del fatto che se produco lotti grandi che non vengono smaltiti dal mercato, i lotti invenduti devono essere stoccati, quindi si generano immensi stock di prodotti finiti, inoltre applicando il controllo qualità a valle della produzione, il difetto della produzione può essere rilevato solo alla fine dopo aver prodotto un numero elevato di pezzi (generazione degli scarti), che implica in casi estremi la riproduzione intera del lotto. Quindi Toyota capì che producendo quantitativi ridotti di pezzi comportava vantaggi:

• Eliminazione di spese di immobilizzo degli immensi stock di pezzi finiti
• Rilevamento degli errori di stampaggio prima che fosse assemblata l'auto

Applicarono alla casa automobilistica gli stessi principi già nell'industria tessile della famiglia Toyoda (Toyoda Loom Works):

• Autonomation o Jidoka: gli aspetti fondamentali sono la riduzione degli scarti e dei difetti e la riduzione dei costi di dimensionamento delle risorse. Un operatore può gestire più macchine contemporaneamente, in quanto non deve supervisionare costantemente la qualità del prodotto. La macchina diventa garante della propria qualità perché si blocca autonomamente quando ci sono problemi legati alla qualità.
• Just in time: i vantaggi sono la riduzione dei viaggi esterni (milk run), riduzione dei viaggi interni (Mizusumashi carrelli AGVs), riduzione scorte.

Caratteristiche del Toyota Production System (1970)

• Lean production: riguarda a tutta una serie di funzioni aziendali
• Produzione (pull – systems)
• Progettazione (ingegnerizzazione del prodotto)

Integrando la produzione con la progettazione nascono dei configuratori di prodotto (software che permettono questa integrazione in ottica lean)

• Logistica: gestione dei materiali – Mizusumashi e milk run supply chain management

Anche in questo caso, parliamo di co-design, ovvero di integrazione tra progettazione del prodotto e le caratteristiche della logistica

• Sicurezza: si può dimostrare che la lean production configura sistemi produttivi ergonomici e sicuri, riducendo i rischi del lavoratore (Testo Unico 81/2008 in Italia, OSHAS 18001 internazionale)
• Qualità: bisogna rispettare i sistemi che ci permettono di avere maggiore qualità, per ridurre gli sprechi (Total Quality Management – TQM; ISO 9000).
• Manutenzione: CBM, TPM (Total Productive Maintenance), CMMS
• Ambiente (ISO – 14000 EMAS)

Strumenti utilizzati nella Lean Production: tutti questi strumenti consentono di ridurre gli sprechi. Lo spreco è qualunque cosa diversa dal quantitativo minimo di attrezzature materiali, parti e addetti che sono essenziali alla produzione. Un ulteriore elemento del sistema Toyota è il rispetto per le persone: evita di considerare le persone come cose intercambiabili, ma dar loro la giusta dignità che meritano. I migliori ingegneri in Toyota erano messi in produzione, in prima linea. Il concetto di spreco in giapponese è definito MUDA.

La classificazione degli sprechi

Il sistema Pull fa in modo che l'ordine di produzione parta solo quando c'è l'effettivo prelievo di un prodotto a valle. Il sistema push invece spalma ordini di produzione tramite schedulazione (MRP), per anticipare la produzione, è il metodo tradizionale che comporta scorte e costi maggiori.

• Attività esterne: attività che possono essere svolte a macchina in funzione
• Attività interne: attività che devono essere svolte a macchina ferma, quelle che posso fare a macchina funzionante devono essere convertite il più possibile in attività esterne (set up)

La nascita del TPS si colloca all'interno della terza rivoluzione industriale. Bisogna avere una struttura produttiva che mi permetta di tenere traccia della performance del mio sistema produttivo KPI, sistemi che permettono di monitorare questi KPI. Tutto questo è possibile passando attraverso un cambiamento culturale importante, i giapponesi educano la loro forza lavoro e inseriscono i migliori ingegneri in produzione e non in progettazione: invece di creare un nuovo prodotto i giapponesi sviluppano un modo migliore per realizzare lo stesso prodotto con migliore qualità, minore costo e minori variazioni. Nel mercato attuale è il cliente che definisce il prezzo, quindi il guadagno dell'azienda è la differenza che rimane con il costo per realizzare un determinato prodotto, per questo il parametro di costo deve essere costantemente tenuto sotto controllo: IL PROFITTO DERIVA DALLA RIDUZIONE DEGLI SPRECHI.

Spreco

Spreco è qualunque attività svolta sul prodotto che NON aggiunge VALORE e QUALITÀ.

Classificazione delle attività

Chi produce deve separare tutte le attività che svolge in 3 categorie:

• Attività che creano valore: trasformazione da materia prima a prodotto finito, comprende tutte quelle attività il cui costo può essere trasferito al cliente (VALORE AGGIUNTO)
• Attività che non creano valore ma necessarie: non sono eliminabili con gli attuali sistemi di sviluppo del prodotto, gestione ordine e produzione, movimentazione da una macchina all'altra, setup (SPRECO RIDUCIBILE)
• Attività che non creano valore e non necessarie: possono essere eliminate da subito (attesa e immagazzinaggio del prodotto) (SPRECO ELIMINABILE)

La tendenza è quella di creare un flusso continuo, per eliminare il più possibile gli sprechi non necessari e ridurre al minimo le attività che non creano valore.

Il 5% del throughput time sono attività sulla macchina (valore al prodotto), il 95% sono movimentazioni e attese: dal punto di vista economico significa che la maggior parte dei costi vengono impiegati nella movimentazione e nell'attesa, ovvero in quelle attività che non creano valore e non sono necessarie; quindi non ci devono essere scorte, WIP e non ci devono essere movimentazioni lunghe. Del 5% non tutto è produttivo (run time):

• 14% set up
• 17% carico/scarico pezzi
• 17% cambio strumenti
• 16% ispezione parti
• 36% attività di truciolo a valore aggiunto