Gestione impianti industriali

Impianto industriale

L’impianto industriale è la parte di un’organizzazione in cui, mediante opportuni mezzi tecnologici, risorse economiche e umane, si operano trasformazioni tecniche a carico di merci in ingresso per ottenere all’uscita beni di maggior valore per l’impresa. È quindi costituito da un insieme di mezzi ordinati al fine di sfruttare, trattare e trasformare risorse con processi utilizzati da un’impresa come strumenti per la produzione di beni a vantaggio dell’uomo. L’impianto può essere visto come l’insieme del processo produttivo e di tutti i sottosistemi gestionali che concorrono alla realizzazione delle trasformazioni.

Processo produttivo

Il processo produttivo è l’insieme di attività che trasformano i materiali in ingresso in prodotti finiti grazie a scambi di energia che comportano cambiamenti nelle caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali stessi. Impianti di produzione (attività di trasformazione) si distinguono in base a: natura delle trasformazioni, dimensioni, livello di integrazione, fattore produttivo rilevante, diagramma di processo tecnologico (mono linea, convergenti, divergenti, misti), caratteristiche progettuali e gestionali (tipo flusso produttivo, modalità risposta a domanda, modalità realizzazione prodotto).

Impianti di servizio

Trattamento di un servizio attraverso serie di macchine e attrezzature: entità servita, tipo (alimentazione/distribuzione “centrifughi”, scarico/raccolta “centripeti”), funzione svolta.

Sostenibilità

Sostenibilità (economica, ambientale, sociale) è la capacità di soddisfare le richieste del presente senza compromettere la possibilità delle future generazioni di soddisfare le proprie.

Facility management

Disciplina che coordina spazio lavorativo con risorse umane e l’attività propria dell’azienda. La visione integrata è il fattore distintivo: se dato in outsourcing è un global service (servizio di manutenzione e di gestione in modo imprenditoriale completo e con responsabilità totale, anche legislativa, del risultato contrattuale circa la produzione e conservazione dell’oggetto del contratto. Rapporto duraturo, fornitura del servizio completo, vuole migliorare la soddisfazione del cliente, garantire la giusta qualità al costo più competitivo, quindi deve conoscere e condividere obiettivi strategici. Organizzazione per processi, flessibilità, misura delle prestazioni, trasparenza).

Dimensionamento

Individuare i parametri che caratterizzano il sistema o il componente progettato e ne garantiscono il funzionamento, le prestazioni necessarie, affidabilità e sicurezza, rispettando le specifiche tecniche del progetto.

• Trovare il numero di risorse necessarie a soddisfare un certo fabbisogno complessivo (su arco temporale, di picco, medio), partendo dalla capacità della singola risorsa e considerando fattori esterni.
• Analisi di un parametro che caratterizza il funzionamento del sistema, il dimensionamento per soddisfare le richieste avviene dimensionando il parametro di interesse.

Dimensionamento di un accumulatore: determinare il numero di unità di copertura (parametro fisico approccio 2) in base a politica di utilizzo del generatore. Produzione cumulata e il consumo cumulato devono uguagliarsi alla fine del periodo.

Economia di scala

Fenomeno tecnico-economico per cui, al crescere delle potenzialità di un impianto, il costo fisso cresce ma in modo meno che proporzionale alla maggiore potenzialità (costo di acquisto dell’impianto e tutti i costi indiretti) e il costo variabile di produzione unitario decresce. Non confondere con riduzione del costo legato alla ripartizione su un volume maggiore.

Costi di impianto: mln(P/P0)lnC = K + costi di esercizio: manutenzione e lavoro

Si definiscono diseconomie di scala i maggiori costi che si generano al crescere della dimensione dell’impianto (perdite su rete di collegamento o distribuzione generatore-utenze, costo di esercizio).

Economia di scopo

Riduzione di costo che, a parità di livello di attività, si realizza grazie a impianto che possa essere sfruttato anche da altre produzioni in azienda.

Elasticità

Impianti di grandi dimensioni presentano elasticità inferiore, non frazionare con elevata correlazione tra i picchi di domanda può generare costi legati all’inelasticità di unico grande generatore centrale.

Economia nei costi di distribuzione

Criteri guida per la progettazione

• Se l’impianto di produzione manifesta delle forti economie di scala vi è una spinta a non frazionamento.
• Se la fase di distribuzione genera delle diseconomie vi è una spinta a frazionare e localizzare gli impianti vicino alle utenze.
• Al decrescere della correlazione tra i picchi di consumo delle varie utenze, il non frazionamento è preferibile, perché la potenzialità massima necessaria al generatore centrale è minore della somma delle potenzialità dei generatori decentrati, ciascuno tarato sulla richiesta max dell’utenza da esso servita.
• Al crescere dell’elasticità di un impianto, decresce la spinta a frazionare, poiché si riesce a “seguire” la variabilità della richiesta senza sostenere costi eccessivi.
• La dimensione di un accumulatore dipende dalla variabilità della richiesta rispetto alla sua media. Di conseguenza, al decrescere della correlazione delle richieste decresce anche la dimensione dell’accumulatore.
• Anche gli accumulatori beneficiano di economie di scala e quindi presentano potenzialmente un vantaggio a essere centralizzati e non frazionati.

Costo di impianto (somma dei mezzi monetari necessari perché l’impresa possa disporre dell’impianto pronto a produrre) sostenuto nell’istante iniziale.

Costo di esercizio (somma di tutti costi in un dato periodo (€ /anno) per far funzionare l’impianto) nel corso della vita dell’impianto.

Costo di inefficienza: l’onere che l’azienda sostiene per il fatto che gli impianti, per motivi di progettazione o conduzione, non rispondono agli standard di capacità produttiva per cui sono stati concepiti (es. fermi di guasto), costo figurativo. Riconducibile spesso al mancato reddito: MC (margine di contribuzione) = Ricavo (persi) - Cv (costi non sostenuti).

Dipende anche dal comportamento d’acquisto dei clienti a fronte di uno stock-out (mancate vendite attuali e future in base a switching cost), posso avere costi fisici (amministrativi, penali, duplicazione attività, outsourcing).

Vita fisica, possibile e utile

Vita fisica: Usura fisica.

Vita possibile: Cambiamento delle caratteristiche quantitative e qualitative del prodotto (inquinante).

Vita utile: Obsolescenza, l’impianto non produce più a costi competitivi rispetto a tecnologia aggiornata (impianti concorrenti più efficienti e perdita di resa per progressivo logorio).

Decisione di acquisto iniziale

La decisione di acquisto iniziale di un impianto è corretta se il costo di impianto è inferiore al valore della somma dei margini attualizzati (present value) che l’impianto dovrà fornire nel suo funzionamento. Riferimento ai flussi di cassa futuri, non vanno considerati i costi passati!

NPV: rappresenta l’incremento di valore economico dell’impresa associato all’investimento, in altri termini esso rappresenta il valore che ha per l’impresa la possibilità di realizzare l’investimento. Se flussi tutti uguali: Present Value Annual è valore attuale di pagamenti annuali per T anni e con costo del capitale K. NPV > 0 accetto l’investimento.

IRR: è il tasso di attualizzazione che rende uguale a zero NPV di un investimento, anche tasso massimo per realizzare investimento, affinché permanga la sua convenienza economica. Se IRR > K accetto l’investimento.

PBT: rappresenta il tempo necessario affinché i flussi di cassa generati eguaglino l’esborso iniziale.

Affidabilità e disponibilità

Affidabilità (R): probabilità che il componente funzioni correttamente senza guasti per un tempo assegnato, in predeterminate condizioni ambientali e di sollecitazione. R = funzione(C,A,t) condizioni di guasto e ambientali e tempo.

F(t) è funzione cumulata di probabilità che il tempo al guasto sia < t. f(t) è densità di probabilità, la probabilità che componente messo in prova al tempo t=0 si guasti nell’intervallo [t,t+dt]. Il tasso di guasto è misura del rischio immediato di guasto di un componente o sistema che ha già “vissuto” per un determinato tempo. Con l’ipotesi: z(t) = 𝜆 = cost - λt

Disponibilità (Availability, A): probabilità che un sistema svolga correttamente la sua funzione al momento della domanda d’uso, in determinate condizioni (d’uso e ambientali) supponendo che siano assicurati i servomezzi necessari. Il valore medio della disponibilità in un intervallo di tempo è calcolabile come il rapporto fra il tempo di funzionamento effettivo e il tempo di funzionamento richiesto. Si parla di disponibilità quando il SISTEMA è RIPARABILE (il costo medio delle riparazioni (in tempo e materiale) su un sistema rappresenta una piccola frazione del costo iniziale)

Indisponibilità: probabilità che un’entità non sia in grado di eseguire una funzione richiesta in determinate condizioni e ad un dato istante, assumendo che i mezzi esterni necessari siano assicurati Q(t) = 1 - A(t)

Manutenibilità

Manutenibilità (M o G): attitudine di un sistema al ripristino, entro un tempo predefinito, della sua capacità di fornire le prestazioni previste quando le attività di manutenzione sono eseguite in conformità alle procedure prescritte e con i mezzi indicati. Dipende da:

• Accessibilità: ogni parte del sistema permette ispezioni, riparazioni, revisioni e sostituzioni, tenendo anche conto delle attrezzature necessarie.
• Estraibilità: deve essere possibile sconnettere ed asportare ogni apparato.
• Manipolabilità: tutti gli apparati soggetti a smontaggio devono essere progettati in modo da essere facilmente trasportabili (peso, forma, tossicità…)
• Pulibilità: facilitare al massimo le operazioni di pulizia.
• Unificazione: già allo stadio di sviluppo, devono essere applicate soluzioni atte ad avere la minima diversificazione possibile tra le entità del sistema, ovvero si dovrà cercare di ottenere il massimo numero di parti intercambiabili, usando componenti standard ogni volta sia possibile.
• Intercambiabilità: un componente può essere sostituito da uno simile senza che le prestazioni di sistema ne risentano significativamente (“form, fit, function”).
• Testabilità: il grado di misurabilità di una parte deve essere considerato già dallo stadio di sviluppo con un bilanciamento tra i requisiti richiesti e i costi correlati.

Tasso di riparazione Zg(t): è la variazione istantanea del numero di unità guaste, a causa di quelle che vengono riparate. Se Zg(t) = cost → MTTF >> MTTR quindi 𝛼 << 𝜇 Q = λ / (𝜇 + λ) λ a denominatore trascurabile formula semplificata Q = λ / 𝜇.

Aumentare disponibilità:

• Aumento MTTF (+ affidabile)
• Aumento MTTR (+ manutenibile)

Componenti non riparabili (rimane nello stato di guasto fino a termine missione) → affidabilità. Componenti riparabili: Se è prevalente il costo del guasto in sé, affidabilità →. Se è prevalente il costo connesso con il guasto, cioè il costo di inefficienza, disponibilità →.

Sistema

Insieme di elementi interagenti realizzati per raggiungere determinati obiettivi, fornendo una determinata prestazione.

Sistemi non riparabili: componenti tutti non ripristinabili. Il primo passaggio dallo stato di funzionamento a quello di guasto del sistema è irreversibile. → affidabilità (R)

Sistemi riparabili: costituiti da componenti ripristinabili. Alternanza di intervalli rispettivamente nello stato di funzionamento e di guasto. → disponibilità (A)

Sistemi non ridondanti: risultano guasti non appena si guasta un componente

Sistema ridondanti: sono quelli che non si guastano se si guasta un componente.

Sistema serie

Tutti i componenti devono funzionare perché il sistema funzioni. L’affidabilità di un sistema serie è sempre minore della minima affidabilità dei suoi componenti, l’incremento maggiore di affidabilità si ottiene intervenendo sul componente meno affidabile.

Sistema parallelo

È sufficiente che un componente funzioni perché il sistema funzioni. L’affidabilità di un sistema parallelo è maggiore della massima affidabilità dei suoi componenti. L’incremento maggiore di affidabilità si ottiene intervenendo sul componente più affidabile.

Stand by freddo: componente di riserva disattivato quando il componente normale è operativo.

Stand by caldo: componente di riserva utilizzato, magari a regime ridotto, quando il componente normale è operativo. In questo modo il componente di riserva è subito pronto.