Teoria Impianti industriali

LEZIONE 2 - Metodi per la progettazione integrata prodotto-processo-impianto.pdf

Fasi e tempistiche ‘tradizionali’ di progettazione e sviluppo nuovi prodotti-processi

1. Analisi mercato e/o clienti

2. Concezione

3. Pianificazione prodotto/sistema

4. Progettazione architetturale e di massima

5. Progettazione di dettaglio

6. Prototipazione

7. Produzione realizzazione

8. Distribuzione

9. Lancio sul mercato

10. Vendita

IL COSTO TOTALE NEL CICLO DI VITA

FASE DI IDEAZIONE: ricerca e sviluppo => progettazione => marketing => ecc…

FASE DI MERCATO: produzione => commercializzazione => assistenza post-vendita =>

dismissione e riciclo

IL CICLO DI VITA DEL COSTO DEL PRODOTTO - SERVIZIO

Costo Produzione

Ricerca e

sviluppo Marketing, vendite,

logistica, post-vendita

~

Lancio del prodotto/ Tempo

servizio sul mercato

I COSTI IMPEGNATI NEL CICLO DI VITA: IL PUNTO DI VISTA DELL’AZIENDA

100 % -

70-80 Costi impegnati

% I Costi sostenuti

COSTI Facilità

cambiamento

scelte/decisioni

TEMPO / FASI CICLO VITA

CONCURRENT ENGINEERING

È l’approccio sistematico alla progettazione integrata e concorrenziale dei prodotti e dei loro relativi

processi, inclusa la produzione.

Obbiettivi:

• Riduzione del lead-time di sviluppo del prodotto

• Aumento della profittabilità

• Maggiore controllo dei costi di progettazione e produzione

• Stretta integrazione tra le varie funzioni

• Miglioramento della qualità dei prodotti

LE METODOLOGIE DESIGN FOR X (DFX)

• Design for X è una famiglia di metodologie per la progettazione di prodotto

• Ciascuna propone un metodo, in cui figure professionali diverse sono chiamate a collaborare

nella progettazione iniziale, apportando i propri punti di vista

• Costituiscono un supporto decisionale durante lo sviluppo del prodotto, che considerano

contemporaneamente i prodotti, i processi e il contesto produttivo

• L’attività di DFX si basa sull’esperienza condivisa di progettisti, ingegneri di produzione, cost

estimator

• A seconda delle persone e del profilo temporale di indagine (punti di vista) è possibile trovare

miglioramenti nella progettazione di prodotto, atti a ridurre il costo impegnato

• DF-Assembly: ridurre il numero di parti in assemblaggio

• DF-Logistics: progettare il prodotto per ridurre gli ingombri di trasporto

• DF-Maintenance: progettare il prodotto per facilitare gli interventi manutentivi

• DF-Manufacturing: cambio processo produttivo e materie prime

• DF-Environment: scegliere materie prime a ridotto impatto ambientale

DESIGN FOR MANUFACTURING

Obbiettivi:

• Concepire prodotti che siano intrinsecamente facili da realizzare

• Cercare di progettare componenti che siano facili da fabbricare e da assemblare

• Integrare la progettazione del prodotto e del processo produttivo

Applicazioni:

• Progettare componenti di facile fabbricazione

• Utilizzare il minor numero di lavorazioni

• Ricorrere a processi realizzabili con macchinari esistenti o che possono essere facilmente affidati

in outsourcing

• Non utilizzare dimensioni non adeguate ai processi produttivi

• Progettare componenti multi-funzionali

• Minimizzare la varietà dei componenti (standardizzazione)

• Minimizzare il numero totale di componenti

DESIGN FOR ASSEMBLY

Obbiettivo:

• Migliorare la progettazione del prodotto in modo da rendere più semplice ed economico

l’assemblaggio

Applicazioni:

• Ridurre le decisioni o gli aggiustamenti dagli operatori

• Assicurare accessibilità e visibilità

• Ridurre le necessità di attrezzi (meglio parti ad incastro)

• Minimizzare il numero di parti

• Evitare o ridurre il numero di riposizionamenti delle parti durante l’assemblaggio (preferire parti

simmetriche)

• Preferire parti facilmente maneggiabili e che non interferiscano fra loro

DESIGN FOR SERVICE ABILITY

Obbiettivo:

• Migliorare l’efficienza delle attività di servizio (manutenzione, diagnosi malfunzionamento e

riparazione).

• Semplicità della struttura

• Sì è dimostrato che un assemblaggio efficiente facilita anche il riassemblaggio

L’IMPORTANZA DEL PACKAGING

• Solitamente visto come uno strumento del marketing o come competenza della funzione

logistica

• Raramente viene percepito come parte integrante del prodotto stesso

• Necessita di vederlo come parte del processo di sviluppo prodotto, ma fortemente collegato

all’organizzazione della logistica

Distinguiamo 3 differenti livelli di packaging:

• Imballo primario: imballaggio del prodotto base

• Imballo secondario: packaging per il trasporto

• Imballo terziario: unità che andrà disposta in un pallet

I METODI DI DETERMINAZIONE DEL COSTO OBBIETTIVO

CASO 1 - METODO PER DETRAZIONE

Target Cost (Allowable cost) = Prezzo - Profitto

CASO 2 - METODO PER ADDIZIONE

Determina il Target Cost con riferimento alle condizioni interne all’impresa (tecnologie, assetti

produttivi, politiche di consegna, volumi, strategia aziendale attuali)

I 6 PRINCIPI CHIAVE PER GESTIRE LA RELAZIONE VALORE - COSTO

• Il prezzo determina i costi

• Focus sul cliente

• Focus su fasi di progettazione / sviluppo di prodotto e processo: costi impegnati

• Team interfunzionali

• Diminuzione costi nel ciclo di vita

• Coinvolgimento di tutta la catena del valore

Lezione 3 - Dimensionamento sistemi di fabbricazione.pdf

FABBRICAZIONE

Sono possibili diverse tipologie a seconda di:

• Volumi unitari di produzione

• Valore unitario dei pezzi

• Ampiezza mix di produzione

Queste sono tutte variabili da considerare per la scelta del sistema di fabbricazione

PRODUZIONE PER REPARTI (JOB - SHOP)

Caratteristiche:

• Risorse di produzione disposte per processo (piegatrici, torni, ecc…)

• Ogni prodotto con un proprio ciclo tecnologico (routine) => ogni tipo di pezzo ha il suo ciclo di

lavorazione per essere realizzato

• Presenti spesso cicli alternativi => un pezzo può subire prima lavorazioni di foratura e poi

fresatura dei bordi e viceversa

• Flussi estremamente intrecciati (specialmente tra reparti)

• Macchinari e utensili tipicamente non specializzati

• Capacità tecnologica (capability) piuttosto che capacità produttiva (capacity)

CELLE DI FABBRICAZIONE

In una cella sono raggruppate tutte le macchine che servono per effettuare le lavorazioni necessarie

alla produzione di una famiglia di prodotti.

FMS (Flexible Manufacturing Systems)

• Sistema produttivo gestito da un calcolatore di controllo

• Composto da almeno 2 macchine CNC

• Collegate da un sistema automatico per la movimentazione dei pezzi e degli utensili

LINEE TRANSFER DI FABBRICAZIONE

Caratteristiche:

• Disposizione sequenziale delle risorse di produzione

• Realizzazione di un unico prodotto o, al più, prodotti molto simili tra loro

• Assenza di cicli alternativi

• Flussi produttivi estremamente lineari

• Produzione scandita da un ritmo (tempo di ciclo)

• Macchinari ed utensili ad elevata specializzazione

• Grado di automazione medio-alto

ESEMPIO DI TRANSFER ROTANTE

Lavorazione di ruote dentate per catene di biciclette ottenute da operazioni di tranciatura fine.

Transfer rotante con 5 stazioni di lavoro, in ogni stazione viene eseguito un diverso tipo di

lavorazione:

• Tornitura smusso dente con unità su 2 assi controllati

• Tornitura foro centrale con unità su 2 assi controllati

• Smerigliatura con nastro abrasivo

• Sbavatura con planetaria a spazzole

• Sbavatura con planetaria a spazzole

Produzione oraria di circa 300 pezzi

CONCLUSIONI - CAMPI TIPICI DI IMPIEGO

Mix *

(# parti div.) Reparti Cellule Linea D

Vol. produz.

IMPIEGO SOLUZIONI DI AUTOMAZIONE

• A.T.L. (Automatic Transfer Line) linea automatizzata

• N.C. (Numeric Control) macchine a controllo numerico stand alone (macchine non collegate fra

loro)

• F.M.S (Flexible Manufacturing System) cellule automatiche costituite da stazioni operative a

controllo numerico e sistema di trasporto programmabile

• F.M.L. (Flexible Manufacturing LIne) cellule automatiche con limitato numero di famiglie di pezzi

da produrre, che assumono una configurazione tipo linea.

• F.M.C. (Flexible Manufacturing Cell) cellule automatiche con ampia varietà di famiglie di pezzi da

produrre e con bassi volumi unitari

FATTORI CHE INFLUENZANO LA CAPACITÀ PRODUTTIVA DI UN JOB-SHOP

• Mix produttivo

• Efficacia del sistema di programmazione e controllo della produzione

• Dimensione dei lotti di produzione

• Cicli di lavorazione (rigidi o flessibili)

• Tempi di attrezzaggio (dipendenti o meno dalla sequenza)

DIMENSIONAMENTO TECNICO DI MASSIMA

1. Individuazione del mix produttivo di riferimento

2. Sviluppo dei cicli di lavorazione dei pezzi

3. Individuazione delle macchine necessarie

4. Somma dei carichi di lavoro per tipo-pezzo/macchina

5. Calcolo fabbisogno ore produttive (per ogni reparto)

6. Calcolo delle ore disponibili (per ogni reparto)

7. Calcolo del numero di macchine (per ogni turno)

8. Calcolo del numero di turni più conveniente

PASSI 1 E 2 - MIX E CICLI

Individuazione del mix produttivo di riferimento:

• Identificazione dei tipi-pezzo (pistoni per motori 1200cc, ecc…)

• Determinazione della domanda annua

• Calcolo del lotto di produzione

Sviluppo dei cicli di lavorazione:

• Per ogni tipo-pezzo si deve stendere il ciclo di lavorazione

• Se possibile, vanno individuate delle macchine alternative

PASSI 3 E 4 - MACCHINE E TEMPI

Individuazione delle macchine necessarie:

• sulla base dei cicli di lavorazione, è possibile identificare le tipologie di macchine necessarie per

realizzare il mix di riferimento

Somma, per ogni tipo-pezzo del mix, dei tempi delle operazioni che devono essere effettuate su uno

stesso tipo-macchina

PASSO 5 - FABBISOGNI

Calcolo del fabbisogno di ore produttive annue HNi per ogni tipo di macchina i:

Ej

HNi 1 1

TPMis

Tri Ne

Di

= = + . Ai Vi

(1-

3600 (5j) Pri

·

i = indice del tipo-macchina considerato

j = indice del tipo-pezzo

J = numero di tipi-pezzo diversi

TLij = tempo di lavorazione unitario [secondi/pezzo]

Qj = quantità da produrre del tipo-pezzo j [pezzi/anno]

CSj = coefficiente di scarto [0<= CSj <= 1]

TPMij = tempo di attrezzaggio [min/lotto]

Nlj = numero di lotti all’anno di petti di tipo j

Ai = disponibilità (0<Ai<=1)

Ui = coefficiente di rendimento della manodopera addetta alle macchine di tipo i (0<Ui<=1)

PRi = coefficiente per prove (0<PRi<=1)

PASSO 6 - ORE ANNUE

Calcolo delle ore annue HDi disponibili per la produzione per ogni tipo-macchina i:

Hilti)

(ti)

HD 5 c 4

= · .

:

HLi (ti) = ore lavorative all’anno (funzione del numero ti di turni al giorno e al netto delle pause)

PG = coefficiente efficienza di programmazione della produzione (0<PG<=1)

SC = coefficiente ore perse per scioperi/imprevisti

PASSO 7 - NUMERO MACCHINE

NMi(ti) HNi

= HDi(ti)

Il valore così ottenuto deve essere arrotondato all’intero superiore o inferiore, tenendo conto di:

• Costo del tipo-macchina

• Tasso di saturazione del tipo-macchina

• Possibilità di ricorrere alla subfornitura per alcuni tipi-pezzo

• Possibilità di impiegare dei cicli alternativi per alcuni tipi-pezzo

VALUTAZIONE NUMERO TURNI

Trade off tra:

• Ugual numero di turni per reparti: dimensionamento non ottimale delle macchine; minore

saturazione e sbilanciamenti tra reparti

• Diverso numero di turni per i reparti: necessità di magazzini di disaccoppiamento; maggiori

difficoltà organizzative; maggior costo di esercizio delle risorse condivise

CALCOLO DEL TASSO DI SATURAZIONE

Si definisce tasso di saturazione del tipo-macchina i il valore (compreso tra 0 e 1):

(ti) HIs

TSi = HLi(ti) Mi(ti) HMi

-

·

HIi = ore/anno di impegno del tipo-macchina i

HLi(ti) = ore/anno lavorative (corrisponde alle ore di apertura del reparto)

Mi(ti) = numero di macchine di tipo i (arrotondato all’intero)

HMi = ore/anno perse per manutenzione del tipo di macchina i

Una stima del tasso di saturazione, in sede di progetto, può essere effettuata nel modo seguente:

= TPMis

Thij Nel

Dj

. ↑ .

(1-

TSi(ti) 3600 (i)

·

= HLi(ti) (ti)

NMi Ai

· ·

CALCOLO DEL COSTO COMPLESSIVO

Per ciascun reparto i, i costi sono dati dall’espressione seguente:

(ti)

(Ei(ti)

Di(ti)

Wi Md 51 Si

+ +

= :

MdOi(ti) = costo annuo della manodopera necessaria per il funzionamento del reparto i su ti turni

CEi(ti) = costo annuo di esercizio (esclusa manodopera e tutti i costi che dipendono dal numero dei

pezzi e non dal tempo) del reparto i con un funzionamento su ti turni

SIi(ti) = costo di acquisizione dei servizi d’impianto necessari al reparto i che lavora su ti turni

si = coefficiente di riparazione, su base annua, del costo di acquisto dei servizi d’impianto del

reparto i

La soluzione economicamente più conveniente è quella che fornisce il costo complessivo inferiore:

Costo complessivo = Ei IWi

Z +

CELLE - PUNTI DI FORZA

• Semplificazione dei flussi di materiali

• Maggiore semplicità gestionale

• Riduzione dei tempi di set-up

• Riduzione dimensione lotti

• Riduzione tempi di attraversamento

• Riduzione WIP

• Riduzione occupazione spazio

• Riduzione variabilità tempi di consegna

• Allargamento delle mansioni

• Arricchimento delle mansioni

• Identificazione responsabilità di prodotto e responsabilità di processo

• Maggiore livello di conformità qualitativa del prodotto

CELLE - PUNTI DI DEBOLEZZA

• Difficoltà di bilanciamento carichi fra celle

• Maggiore rigidità a variazione di mix, di volume, e a introduzione di nuovi prodotti

• Impiego di un numero di macchine superiore rispetto all’organizzazione a reparti

• Presenza di operazioni fuori cella difficili da gestire

• Maggiore esposizione ai guasti

• Problemi di coesistenza con sistemi non organizzati in celle

PROGETTARE LE CELLE: LA GROUP TECHNOLOGY

È un approccio sistematico alla razionalizzazione dei flussi produttivi, con l’obbiettivo di:

tipi-pezzi

• Identificare, classificare e raggruppare caratterizzate da similitudini morfologiche e/o

tecnologiche sottoinsiemi di macchine (celle)

• Identificare e raggruppare dotati della capacità tecnologica

necessaria per processare le famiglie di prodotti

• Allocare le famiglie di prodotti alle celle

PASSI LOGICI DI UN PROGETTO DI GT

1. Raccolta dati sulle tipologie dei pezzi, sui cicli tecnologici e sulle quantità prodotte

2. Classificazione sistematica dei pezzi

3. Razionalizzazione e standardizzazione dei progetti (in particolare dei disegni costruttivi)

4. Razionalizzazione e standardizzazione dei cicli tecnologici

5. Raggruppamento dei pezzi simili in famiglie

6. Raggruppamento delle macchine in celle e assegnazione delle famiglie alle celle

7. Dimensionamento delle singole celle

8. Razionalizzazione del processo di fabbricazione e interventi riorganizzativi

CLASSIFICAZIONE A VISTA

• Si tratta di un metodo: economico; di rapida implementazione

• Per contro: soggettivo e impreciso; poco ripetibile; fattibile solo se il numero di pezzi è piccolo;

potrebbe non cogliere gli aspetti rilevanti

METODI DI CODIFICA

Adottano un sistema di codifica delle caratteristiche del pezzo, in modo che la classificazione possa

essere fatta in modo automatico, sulla base del codice assegnato.

Si tratta di metodi:

• Poco dipendenti dalla persona che codifica

• Ripetibili

• Accessibili su PC con chiavi di ricerca

• Pressoché illimitati nel numero di pezzi

Per contro sono metodi

• Più costosi

• Che richiedono maggiori tempi di implementazione

TIPOLOGIE DI SISTEMI DI CODIFICA

• Sistemi con codice gerarchico: struttura del codice ad albero, nel quale ogni cifra dettaglia le

informazioni contenute nella cifra precedente

Sistemi con codice parlante:

• il significato di ciascuna cifra dipende solo dalla posizione

all’intero del codice e non dal valore delle cifre precedenti (vantaggi: facili da imparare, da

utilizzare e modificare; adatti per memorizzare caratteristiche tecnologiche. Svantaggi: lunghezza

eccessiva in quanto non sintetici)

Sistemi con codice misto:

• presentano una parte gerarchica e una parte parlante

ESEMPIO DI UN SISTEMA CON CODICE MISTO: IL CODICE OPITZ

Caratteristiche:

• Non è un codice prioritario

• È ampiamente diffuso

• Può essere applicato a pezzi realizzati per asportazione di truciolo e non

• Prende in considerazione sia aspetti di design che di produzione

• Prevede 13 cifre: 5 gerarchiche per la parte morfologica; 4 parlanti per la parte tecnologica; 4

campi alfanumerici aggiuntivi

ALGORITMO ROC (Rank Order Clustering).

Passi dell’algoritmo:

1) Associare ad ogni riga un numero binario dove: bip = coefficiente riga i e colonna p; m = numero

totale tipi-pezzo; p = posizione del numero binario bip

bis Im

.

2) Ordinare le righe dall’alto in basso secondo valori decrescenti del numero binario associato

3) Associare ad ogni colonna un numero binario

4) Ordinare le colonne da sx a dx secondo valori decrescenti del numero binario associato