Appunti Optimization and innovation of production processes (parte 3)

Inoltre, i robot richiedono una programmazione e pianificazione fatta a priori per essere

utilizzati, non possono essere spostati da una mansione all’altra in modo istantaneo, ma

devono essere riprogrammati per farlo. Quindi in aziende che non hanno una struttura solida

non sono facilmente utilizzabili.

A seconda di come avviene l’assemblaggio si parla di:

1. Assemblaggio manuale: L’assemblaggio manuale è utilizzato per prodotti da

complessità bassa ad elevata per produzione solitamente in lotti. Inoltre,

semplificando in modo opportuno il ciclo di assemblaggio, il vantaggio di avere una

soluzione automatizzata diminuisce molto. Quindi è più conveniente reingegnerizzare

il prodotto per semplificare l’assemblaggio, ad esempio attraverso l’integrazione di

parti, che investire in soluzioni automatizzate.

Una delle di6erenze fondamentali nelle varie strategie di assemblaggio manuale è

nella gestione della componentistica. L’approccio Lean Manufacturing sta “spingendo”

molto sulla organizzazione della componentistica.

Maggiore organizzazione minori errori e tempi maggiore profitto

à à

Si possono distinguere all’interno dell’assemblaggio manuale sono le seguenti

categorie:

1.1. Assemblaggio manuale a posto fisso: in questo caso è previsto che l’assieme

non si muova e che i componenti siano recapitati verso di esso; spesso i

prodotti sono troppo pesanti e ingombranti per essere trasportati ed è per

questo che si sceglie l’assemblaggio a posto fisso. L’elemento umano

garantisce alta flessibilità. Ogni postazione realizza la totalità delle operazioni

di assemblaggio.

1.2. Assemblaggio manuale in linea: prevede la disposizione di numerosi operatori

in stazioni di montaggio lungo un sistema di trasporto che fa a6luire un assieme

in corso di produzione da una stazione all’altra; il trasferimento può essere con

o senza bu6er oppure continuo nel caso in cui gli operatori si muovono

contemporaneamente al prodotto montando componenti diversi.

1.3. Assembly shop: è costituito da numerose aree di assemblaggio ciascuna delle

quali può montare un certo numero di componenti (sotto assemblaggi).

2. Assemblaggio automatico: Le stazioni automatiche sono state utilizzate dagli anni

’50 per l’automazione di particolari di piccole dimensioni in lotti molto numerosi. Un

supporto per cuscinetti viene assemblato in circa 2.5 secondi. può essere sia rigido

che flessibile.

2.1. Assemblaggio automatico rigido: ciascuna macchina di assemblaggio

realizza una sola parte del ciclo di un prodotto. Le macchine flessibili, dette

robot, possono realizzare diverse operazioni eventualmente cambiando il

sistema di presa. Tali sistemi possono avere una configurazione in linea oppure

una configurazione a tavola rotante. Le prime sono ad elevata automazione e ad

altissima rigidezza (si può assemblare solo un tipo di prodotto per ciascuna

linea). Sono usate per prodotti a media/alta complessità per lotti numerosi.

Hanno spazi e ingombri importanti, interrompono il flusso di materiale e

personale aziendale. Sono anch’esse alimentate da feeder, e devono avere

un’a6idabilità enorme (99,9999…9%) in quanto se un componente viene

assemblato male devo fermare tutta la linea e quindi la produzione. Le stazioni

automatiche sono usate a partire dagli anni ’50 per l’automazione di particolari

di piccola dimensione in lotti numerosi. Solitamente sono a giostra (cerchio),

poco ingombranti e poco costose. Gli svantaggi principali sono che non sono

adattabili e sono molto specifiche per il componente che assemblano. Preferite

in alcuni casi alle linee in quanto non interrompono il flusso di materiale e di

personale nell’azienda. I feeder sono parti vibranti che fanno scorrere i

componenti solo se organizzati in un certo modo, sono oggetti molto

personalizzati e di artigianato, costano molto.

Un problema nevralgico consiste nella gestione dell’alimentazione dei

componenti dal momento che queste macchine sono molto sensibili alle

di6erenze dimensionali che possono derivare da un non su6iciente livello di

qualità interna.

2.2. Assemblaggio automatico e flessibile: sono costituiti da robot che mediante

opportuni sistemi di presa permettono di manipolare oggetti di6erenti ed

e6ettuare sia l’assemblaggio che l’alimentazione dei componenti. Possono

essere organizzati in linea, con una sequenza di diverse stazioni connesse

tramite un sistema di movimentazione, oppure in celle in cui più robot

realizzano in modo coordinato il montaggio.

La scelta economica del sistema si basa principalmente su tre fattori:

- La quantità di prodotti da produrre;

- In quanto tempo voglio ammortare i costi (payback period);

- Complessità dell’oggetto da assemblare.

KC- Key Characteristics

Negli ultimi anni le aziende hanno cercato di ridurre le variazioni possibili nei vari processi

produttivi perché queste portano a costi elevati per via di riparazioni, lavorazioni aggiuntive e

in’ ultima analisi all’insoddisfazione dei clienti. Solitamente la riduzione delle variazioni viene

fatta in due fasi: durante la fase di progettazione e durante la fase produttiva.

Durante la fase di progetto vengono utilizzati metodi come il robust design che cercano di

limitare l’influenza delle inevitabili variazioni che si hanno nei processi produttivi o

nell’ambiente di impiego del prodotto. una volta che il pezzo è in produzione le variazioni

possono essere ridotte migliorando il processo produttivo come avviene ad esempio con

l’approccio six sigma. Nonostante il controllo delle variazioni durante la produzione si renda

necessario al fine di ridurre i costi, prevenire e limitare il modo in cui si ripercuotono sul

prodotto lo è ancora di più e porta ad un maggiore risparmio. Numerosi metodi hanno come

obiettivo una riduzione della variabilità delle parti; tuttavia, spesso la di6icoltà sta nell’

individuare quelle features del prodotto che hanno una maggior influenza sul suo

comportamento.

Per risolvere la questione di quali caratteristiche devono essere controllate, il metodo delle

key characteristics (KC) sta acquisendo sempre maggiore popolarità. Le KCs sono quelle

features che hanno un impatto significativo sulla qualità del prodotto. Per pianificare un

processo di assemblaggio è necessario mettere in evidenza i KC, cioè i requisiti chiave, e sulla

base di questi pensare un assemblaggio che garantisca queste caratteristiche fondamentali

che deve avere il prodotto. Dopo aver trovato le KC, si trova dal progetto le quote chiave da

controllare a6inché si garantisca questa tolleranza. Esiste la possibilità di avere dei KC

contrastanti tra di loro, quando un assieme deve garantire più KC possono sorgere dei

conflitti. Alcuni approcci sono focalizzati sulla riduzione di tali conflitti tramite

riprogettazione.

Più in generale è necessario considerare catene di misura distinte per ogni KC e trovare il

miglior compromesso tramite un’analisi mirata.

Uno dei più frequenti errori che si possono commettere nell’assemblaggio è quello di imporre

un numero di vincoli troppo basso o alto. Se il numero (e tipo) di vincoli non è su6iciente a

“bloccare” tutti i gradi di libertà del componente questo è sottovincolato, ovvero ha la

possibilità di avere un moto relativo rispetto al prodotto. Si ha il caso opposto quando più

vincoli bloccano uno stesso grado di libertà. In questo caso si la nascita di tensioni residue

e/o di deformazioni.

In generale la portiera di una auto è costituita da due pezzi indipendenti ribattuti ed incollati

insieme

KC in conflitto: quando un assieme deve garantire più KC possono sorgere dei conflitti.

Alcuni approcci sono focalizzati sulla riduzione di tali conflitti tramite riprogettazione. Più in

generale è necessario considerare catene di misura distinte per ogni KC e trovare il miglior

compromesso tramite una analisi mirata.

I pannelli esterni ed interni non possono essere movimentati indipendentemente, tali KC sono

quindi associati. Per la loro movimentazione è necessario ricorrere ai cardini.

Per calcolare il KC “gioco valvole” è necessario calcolare la catena delle tolleranze che

comprende 5 elementi:

- Testa cilindro

- Albero a camme

- Camma

- Piede valvola

- Valvola

Vincoli assemblaggio: uno dei più frequenti errori che si possono commettere

nell’assemblaggio è quello di imporre un numero di vincoli troppo basso o troppo alto. Se il

numero (e tipo) di vincoli non è su6iciente a “bloccare” tutti i gradi di libertà del componente

questo è sottovincolato, ovvero ha la possibilità di avere un moto relativo rispetto al prodotto

(es: la portiera di una macchina è volutamente sottovincolata).

Si ha il caso opposto quando più i vincoli bloccano uno stesso grado di libertà. In questo caso

si ha la nascita di tensioni residue e/o deformazione.

Assemblaggio cinematico

L’assemblaggio cinematico tiene conto del cinematismo relativo fra i vari componenti per

predire il comportamento dell’assieme. In particolare, è necessario prima definire i gradi di

libertà del sistema e comprendere quando tale sistema è propriamente vincolato, sovra

vincolato o sotto vincolato.

Ogni corpo nello spazio ha 6 gradi di libertà. Tali gradi di libertà sono bloccati da vincoli e

giunzioni. Per valutare la mobilità di un sistema è possibile calcolare il valore M

Vincoli di assemblaggio: quando invece ogni grado di libertà è bloccato da soltanto un vincolo

si ha un assemblaggio “cinematico” che garantisce la stabilità del componente senza

produrne delle deformazioni.

Assemblaggio sovravincolato: un numero eccessivo di vincoli provoca solitamente delle

tensioni residue nel componente e, spesso, delle deformazioni. Un caso comune è quello

delle lamiere per autotelai, vincolate fra loro da punti di saldatura multipli. Questo

sovravincolare i componenti non è comunque sempre negativo. In alcuni casi tensionare un

componente è un obiettivo dell’assemblaggio. Ad esempio, le placche di armatura dei mezzi

militari sono assemblate (con vincoli ridondanti) in modo da avere uno stato tensionale

interno di compressione, tale da garantire che l’urto dato da un proiettile non generi una

cricca capace di rompere l’armatura stessa.

Anche i posizionamenti sovravincolati sono utilizzati per ottenere una migliore redistribuzione

dei carichi (es: giunto chiodato) fra i vari componenti. Nel caso di un rotismo epicicloidale la

posizione della corona esterna dipende dal