Appunti Studio del prodotto e del processo

Iniziamo ad analizzare ogni singolo pezzo custom, per stimarne il costo, inserendo via via i risultati

ottenuti in tabella:

• Clip: Realizzate in acciaio armonico che ha un prezzo di 1 $/kg. Pesandole abbiamo stimato

un peso di 10 g per la clip cintura e 5 g per la clip chiusura. Perciò avrò un costo di 0,01 $

per la clip cintura e di 0,005 $ per la clip chiusura (non si considerano scarti perché le

realizzo per piegatura e tranciatura che non necessitano di sovra materiale. L’unica cosa

che posso considerare sono eventuali errori, 1% di in più che è trascurabile).

Dato che le clip si realizzano per piegatura, si usa una macchina piegatrice, che ha un costo

orario di 15 $/h (basso perché la macchina è semplice e molto automatica, quindi un

operatore può gestire facilmente 3/4 macchine contemporaneamente). Il tempo

necessario per produrre il componente potrebbe essere dedotto dal numero di pieghe

(driver): ipotizziamo per ogni piega un secondo e quindi per la clip cintura che ha 7 pieghe

più 1 taglio, la macchina impiega 8 s, e aggiungendo l’avanzamento del filo diventano 10 s,

per una produzione oraria di 360 pezzi/h. Per la clip cintura invece ho 2 pieghe e 1 taglio, la

macchina impiega, considerando anche l’avanzamento, 5 s, per una produzione oraria di

720 pezzi/h. Perciò il costo di produzione variabile della clip cintura è di 0,042 $, mentre

per la clip chiusura ho 0,021 $.

Per quanto riguarda i costi di processo fissi non ne ho, perché non devo creare stampi o

utensili speciali (in realtà uno piccolissimo c’è ed è la programmazione della macchina).

• Carter: Realizzati in PVC (che ha scadenti proprietà ottiche, e stato usato anche per il carter

superiore) che ha un prezzo di 1 $/kg. Pesandole abbiamo stimato un peso di 20 g per il

carter inferiore e 10 g per il carter superiore. Perciò avrò un costo di 0,02 $ per la clip

cintura e di 0,01 $ per la clip chiusura. In questo caso ho degli scarti dovuti al processo di

iniezione con cui sono realizzati, perciò devo aumentare il peso effettivo dell’oggetto di un

20%. Di conseguenza avrò un costo al kg di 0,024 $ per il carter superiore e 0,012 $.

Dato che vengono realizzati per iniezione, il costo orario di una macchina da iniezione è di

circa 150 $/h. Il tempo necessario per fare una stampata è di circa 30 s, considerando che

in uno stampo si hanno 10 pezzi per il carter inferiore, si ha una produzione oraria di 1200

pezzi/h, mentre per il carter superiore posso avere anche 12 pezzi, che comporta una

produzione oraria di 1440 pezzi/h. Di conseguenza avrò dei costi di processo variabili di

0,13 $ per il carter inferiore e di 0,10 $ per il carter superiore.

In questo caso si hanno anche i costi fissi dovuti allo stampo, sapendo che lo stampo costa

20 k$, e che produrremo 100 k unità, il costo fisso che ho sui due carter sarà di 0,20 $.

In conclusione, il costo diretto totale (quindi al netto dei costi generali) sarà di 1,694 $.

Analizziamo ora l’assemblaggio, partendo dai tempi necessari ad inserire ciascun pezzo:

Componenti Tempo di assemblaggio

O-ring 6 s

Batterie 5 s

Clip cintura 20 s

Clip chiusura 5 s

Elettronica 3 s

Carter superiore 3 s 17

Una volta ottenuti i tempi, mi concentro su quei componenti che hanno richiesto tempi di

assemblaggi maggiori:

• Batterie: Il tempo di inserzione è elevato a causa della polarità con cui inserirle. Tuttavia,

nonostante tutte e tre le domande da porsi per stabilire se possano essere integrate,

abbiano risposta negativa, non è conveniente farlo perché le batterie sono i componenti

standard per eccellenza.

• Carter superiore: Posso integrarlo con il carter inferiore? I movimenti relativi esistono, ma

posso inventarmi altre strategie, il materiale è lo stesso del carter inferiore (sempre PVC) e

non funziona da fusibile meccanico, quindi in teoria si, posso integrarli. In realtà no, perché

deve essere apribile per poter inserire le batterie.

• Clip cintura: Posso integrarla con il carter inferiore? I movimenti relativi sono compatibili

con l’elasticità, posso realizzarlo dello stesso materiale e non funziona da fusibile

meccanico. Si può fare l’integrazione, realizzando una clip direttamente sul carter dello

stesso materiale; così facendo il costo non cambia praticamente nulla, poiché non devo

complicare troppo lo stampo, in quanto non aggiungo anime o tasselli mobili né aggiungo

area.

• O-ring: Posso integralo con il carter inferiore? I movimenti relativi non sono presenti, posso

realizzarlo dello stesso materiale (realizzando un carter inferiore in gomma) e non funziona

da fusibile meccanico. Non si fa perché la gomma costa molto di più del PVC usato in

precedenza.

• Clip chiusura: : Posso integrarla nel carter inferiore? I movimenti relativi sono compatibili

con l’elasticità, posso realizzarlo dello stesso materiale e non funziona da fusibile

meccanico. La posso integrare, con l’unico svantaggio che diminuisce l’affidabilità del

componente, perché dopo qualche ciclo di vita si può rompere, ma tanto non sono

fondamentali tanti cicli per questo pezzo e quindi posso passare alla plastica. 18

2-Introduzione al DFM

I progetti DFM solitamente sono approcci correttivi per prodotti già esistenti, col fine di ridurre i

costi. Il DFM in sé

nasce dal Concurrent

Engineering , ovvero

un modo di

collaborare per tutto il

percorso che porta

alla nascita del

prodotto. Oltre a

costare poco però il

prodotto deve anche

soddisfare il cliente, e

lo scopo del

concurrent engineering è proprio quello di trasformare in numeri ciò che il cliente desidera.

Si parte dall’idea che i progettisti debbano conoscere al meglio le esigenze dei clienti. Così facendo

la soddisfazione del cliente è il più importante indicatore del prodotto.

Le 10 regole del Concurrent Engineering:

1. Capire il cliente: Usando una serie di indicatori.

2. Usare un team di sviluppo prodotto: Che deve essere multidisciplinare per poter analizzare

il prodotto in modo bilanciato .

3. Integrare il processo di sviluppo prodotto: Descrivere delle linee guida per mostrare le

soluzioni indicabili. Tali linee guida definiscono la memoria storica dell’azienda, che

acquisisce competenze su scelte fatte in passato.

4. Coinvolgere gli esterni: Come i fornitori per definire le funzionalità che deve garantire il

prodotto.

5. Modelli digitali: Che permette di condividere facilmente le informazioni

6. Integrare CAD, CAE e CAM.

7. Simulare.

8. Qualità e affidabilità.

9. Approccio sviluppo efficiente: Riducendo al minimo il numero di team di sviluppo e fornirli

di competenze, strumenti e poteri adeguati.

10. Migliorare continuamente.

Mentre queste sono le regole del DFM:

• Semplicità: Un prodotto con meno parti, forma più semplice e ciclo di lavoro più semplice

sarà la soluzione più economica, più affidabile e più semplice da manutenere. Infatti, se

riduco i pezzi, riduco anche la probabilità di avere errori.

• Materiali e componenti standard: L’utilizzo di materiali e componenti standard permette

di ottenere i benefici della produzione di massa anche per piccoli lotti. Questo permette di

semplificare il magazzino, evita l’acquisto di macchine e velocizza l’assemblaggio. 19

• Progettazione standard: Ovvero usare un approccio standard. È anche fondamentale

creare delle produzioni modulari in modo da standardizzare le operazioni ed avere dei lotti

produttivi sempre più grandi.

• Ampliare le tolleranze: Allargare il più

possibile le tolleranze perché hanno un

rapporto esponenziale con il costo. Non

sempre quelle imposte dal progettista sono

necessarie, inoltre una riduzione del campo

di tolleranze significa anche la misura ed il

controllo di molti pezzi quando il processo

produttivo si trova vicino al suo limite

tecnologico. In generale il tecnologo è in

grado di capire quali tolleranze sono utili e

quali no.

• Materiali facilmente lavorabili: Usare

materiali esplicitamente realizzati per una

facile lavorazione possono essere usati al

posto dei materiali tradizionali se non impatta sulla funzionalità del prodotto.

• Riduzione seconde operazioni: Puntare sempre al Net-Shape o Near Net-Shape, riducendo

al minimo tutte quelle operazioni secondarie che risultano molto costose (asportazione di

truciolo).

• Adeguatezza del lotto produttivo: I prodotti devono essere progettati tenendo conto del

lotto produttivo per sviluppare i processi adeguati MAI PRESCINDERE DAL NUMERO DI

PARTI.

• Sfruttare le caratteristiche dei processi: Permette di ridurre i componenti del prodotto.

• Evitare vincoli produttivi: Specificare solo le caratteristiche necessarie al prodotto, non il

processo, che sarà scelto dai tecnologi.

L’approccio del Design for Quality è integrato con il DFM in quanto si pone l’obiettivo di ridurre i

costi di qualità (scarti) del prodotto rendendolo più stabile, ovvero con ridotta variabilità, e più

conforme alle specifiche. Per fare ciò si possono usare strumenti come il benchmarking, ovvero

copiare soluzioni dai best in class di altre aziende, ovvero chi vende di più, QFD (Quality Function

Deployment) e il Robust Design (o metodo Taguchi). 20

Il robust design si pone come obiettivo quello di definire come posso progettare alcuni aspetti del

componente in modo da garantire la migliore robustezza, ovvero la capacità di un prodotto o di un

processo di funzionare al variare delle condizioni al contorno. È necessario conoscere il processo,

in particolare conoscere

quali sono i fattori che lo

influenzano, impostando i

fattori che il progettista può

controllare, o control

factors, e minimizzando

l’influenza delle sorgenti di

variazione, o noise factors,

che in generale non posso

controllare. Più un sistema

è robusto e meno è

sensibile alle variabilità

esterne.

Le fasi di lavoro sono 3:

• Concept Design: Concetto intrinsecamente robusto, ovvero definisco un’architettura che

sia intrinsecamente insensibile alla variabilità dei fattori di rumore e controllo. In questa

fase sono necessari l’esperienze e l’inventiva del progettista, che deve capire a fondo gli

obiettivi e la missione del prodotto. Un’esempio di ciò può essere il sistema di ritenzione

delle batteria (pile nei giocattoli); infatti, le batterie sono tenute in posizione o da una

molla, solitamente filo di alluminio avvolto, oppure da una lamella (trave a sbalzo). La

prima soluzione è più robusta perché la batteria sarà caratterizzata da una incertezza sulla

tolleranza e la molla ha la capacità di adattarsi meglio alla posizione, con una curva di

risposta abbastanza piatta, a differenza della trave a sblazo che ha una curva più ripida.

Segue che quest’ultima costa di più perché ho bisogno di tolleranze migliori.

• Parameter Design: Si determinano i

valori ottimali dei fattori di controllo

cercando di ottenere la minima

dipendenza della risposta del sistema

dai fattori di rumore, ciò mi permette di

migliorare la qualità del prodotto senza

aumentarne il costo.

Ovviamente è necessario conoscere

come i fattori influenzano la risposta

del sistema ed i campi di variazione di

questi. 21

Se queste relazioni non sono note si

usano dei piani sperimentali:

Supponiamo di avere un certo fattore di

input e un modello di risposta, ciò mi

provoca una certa risposta del sistema

che dovrà stare all’interno del range di

specifica. Nelle figure a fianco si ha una

curva di risposta lineare; nel primo caso

siamo in presenza del progetto originale,

che per certi casi non risponde agli

output richiesti, mentre il secondo è il

progetto centrato, ovvero il cui output

sta sempre nel range di specifica.

Non sempre ho curve di risposta lineari, ma è

possibile che questa sia caratterizzata da un

andamento diverso (non lineare), in cui risulta

più conveniente lavorare in un range piuttosto

che un altro.

Ad esempio nel caso di curva in figura, che

presenta una parte asintoticamente orizzontale,

è meglio lavorare in quel range, dato che un

cambiamento delle condizioni in ingresso non

comporta un grande cambiamento delle consizioni in uscita.

Come si è potuto notare dalle immagini, quando si produce qualcosa le prestazioni sono