Appunti Studio del prodotto e del processo

STUDIO DEL PROCESSO E DEL PRODOTTO

Durante le ultime fasi di sviluppo di un prodotto è difficile collegare tra loro bisogni e specifiche di un problema. Si ricorre quindi al DFX (Design for X) che permette di focalizzare il lavoro verso obiettivi ben definiti, stabilendo come unico limite il peggioramento delle caratteristiche funzionali del progetto.

Uno degli aspetti più importanti è la produzione stessa, da diversi anni ha preso sempre più importanza il DFM (Design for manufacturing) dove il focus viene fatto sulla facilità di assemblaggio e utilizzo del prodotto, superando la vecchia metodologia di Design over the wall.

Il DFM richiede una squadra multifunzionale con le seguenti competenze:

• Comprendere il progetto e le sue esigenze funzionali
• Saper sviluppare delle alternative progettuali
• Conoscere i processi di fabbricazione ed assemblaggio
• Saper stimare tempi e costi della produzione

Nel grafico è indicato in che ordine di tempo e che settori dell’azienda vengono coinvolti lavorando in simbiosi ai fini di sviluppare il prodotto.

Nel passato invece si lasciava campo libero al progettista che molto spesso quindi caricava di lavoro il tecnologo che era costretto a ricorrere a processi molto costosi per soddisfare le richieste. Questo perché si puntava solo alla funzionalità del prodotto e non alla sua realizzazione.

Il DFM ha permesso una netta riduzione dei costi di produzione, del numero delle parti, l’uso di nuovi materiali, introduzione di parti standardizzate e procedure di assemblaggio più semplici e veloci.

Il DFM è eseguito durante tutto lo sviluppo del prodotto e parte dalla lista dei materiali BOM (Bill of materials). I passi del DFM sono:

1. Stima dei costi di produzione
2. Riduzione dei costi dei componenti
3. Riduzione dei costi di assemblaggio
4. Riduzione dei costi di supporto alla produzione
5. Valutazione effetti azioni DFM su altri fattori (funzionalità, design, etc..)

Il processo di riduzione dei costi totali è iterativo in quanto con ognuno di questi passaggi si vuole ridurre il costo complessivo del prodotto.

Fase 1 – Costi di produzione

Una prima classificazione dei costi può essere fatta come segue:

• COSTI DEI COMPONENTI: dati sia da parti standardizzate che da parti customizzate
• COSTO DELL’ASSEMBLAGGIO: legato al numero di pezzi ed alla complessità del montaggio
• SPESE GENERALI: racchiude tutti gli altri costi e si divide in Costi di supporto (movimentazione, controllo qualità, etc…) e Allocazioni indirette (non legati al singolo prodotto ma ai costi fissi dell’azienda come costo spazio e guardia)

I costi sono anche classificabili in fissi e variabili:

• COSTI FISSI: indipendenti dal numero di unità prodotte (acquisto stampo, riorganizzazione linea, etc…)
• COSTI VARIABILI: dipendenti dal numero di unità prodotte (materiale, elettricità)

La Manodopera è a volte costo fisso e a volte variabile a seconda della capacità dell’azienda di riallocare velocemente il personale al momento inutilizzato o poco utilizzato. Costo manodopera ≈ 15-20 €/h

Per la stima dei costi dei componenti standard si fa riferimento a componenti simili già utilizzati oppure a cataloghi di riferimento delle aziende fornitrici.

La stima dei costi dei componenti custom è molto più complessa:

1. Stima della materia prima necessaria (scarto dal 5% al 50% per stampaggi e fino al 70% per asportazione)
2. Costi di inutilizzo della macchina
3. Costi di primo impianto
4. Costo di ispezione

Per grossi volumi produttivi esiste la tentazione di avere un componente standard personalizzato. Il costo del componente non è differente dagli altri ma una simile scelta porta a maggiori costi di assistenza e magazzino.

I costi di assemblaggio vengono valutati in base al tempo necessario all’operazione: si suddivide il prodotto in componenti e si valuta quanto tempo sia necessario al loro assemblaggio (i tempi vanno anche concordati con i sindacati).

La stima dei costi generali è fondamentale in quanto è sulla base di questi valore che deve essere progettata la dimensione dell’azienda, in generale rientra nei costi generali tutto ciò che non è direttamente collegato alla produzione.

Il problema dei costi generali è l’attribuzione di tali costi ai singoli prodotti, a tale scopo si utilizzano gli attivatori di costo (usualmente materiali e manodopera) la cui scelta è in genere fatta in base all’esperienza.

Gli attivatori sono dei coefficienti moltiplicativi che si aggiungono alle singole voci di spesa scelte, ad esempio:

Per un generico prodotto si sceglie come attivatori il 50% della manodopera e il 30% dei materiali per cui sei costi di manodopera sono 30 Euro e i materiali sono 9 Euro i costi generali varranno:

General costs = 30*0,5 + 9*0,3 = 18 Euro

● METODO BOOTHROYD

Il metodo proposto da Boothroyd prevede l’analisi di ogni singola parte dell’assemblato e delle operazioni di montaggio richieste.Per quanto riguarda le sole caratteristiche dei componenti, l’approccio raccomanda di assegnare a ciascuna parte un codice di due cifre in base a proprietà quali le dimensioni, il peso, la necessità di utilizzare una o due mani per il posizionamento e l’esigenza di ricorrere ad appositi strumenti per l’afferraggio e l’assemblaggio.

Il codice parte da 00 a 42 ed identifica quanto tempo occorre per l’assemblaggio del componente.

Ci sono inoltre due angoli:

• α → l’angolo di rotazione attorno ad un asse normale alla direzione di inserzione per avere la stessa geometria.
• β → lo stesso con rotazione attorno ad asse di inserzione.

Assegnato ad ogni parte un codice e un valore degli angoli è possibile tramite apposite tabelle stimare il tempo necessario per gli assemblaggi e permette di capire la complessità del problema.

● METODO HITACHI

Il metodo sviluppato dalla Hitachi prevede che ad ogni operazione sia dato un punteggio da 0 a 100, più è complessa l’operazione maggiore sarà il punteggio associato.La somma dei punteggi identifica quanto è complesso l’assemblaggio di tutto il prodotto.Sono state definite 20 classi di operazioni.

L’obiettivo di questo metodo è quello di avere un indicatore quantitativo della complessità dell’assemblaggio in modo da poter pianificare e ottimizzare il processo.

● METODO WESTINGHOUSE

Un approccio multifattore (tipologia operazione assemblaggio e dimensione) sono stati considerati dalla Westinghouse per creare uno strumento unico per prevedere i tempi di assemblaggio.

Robust Design:

La soluzione migliore è sempre quella che assicura la minor variazione dell’output.

I fattori del Parameter Design possono essere di varie tipologie:

• Levelling → influenzano il sistema in modo lineare cambiando solo il valore medio (μ) ma senza toccare la deviazione standard (σ)
• Scaling → influenzano sia la media (μ) che la deviazione standard (σ)
• Control Factors → influenzano solo la deviazione standard (σ)
• Fattori influenti → non influenzano né la media né la deviazione standard

If presente un fattore levelling o scaling si ottimizzano tutti gli altri fattori in modo da rendere minima la variabilità a questo scopo il fattore scelto che influenza il sistema viene modificato cercando di massimizzare gli effetti:

η = -10 log₁₀ ^Signal/_NoiseFactor [dB]

Esempio – Ottimizzare una tenuta di una lavastoviglie

Uno dei parametri è sicuramente lo schiacciamento della tenuta che ne aumenta la pressione e di conseguenza il serraggio stesso. Lo schiacciamento della tenuta a sua volta viene determinato dalla rigidità per cui, tanto è maggiore la rigidità, tanto maggiore con l’aumento di spessore sarà la pressione.

Partendo dalla linea blu la cui pendenza indica la rigidità della tenuta, nota la pressione obiettivo si osserva come la tenuta sia molto schiacciata e pertanto troppo piccola.

1. Possiamo quindi optare per una guarnizione con rigidità inferiore (Scaling Factor) che riduce sia la variabilità (σ) sia il valore medio dell’output (μ).
2. Da qui aumento lo spessore (Levelling Factor) della guarnizione fino a quando non ottengo la pressione richiesta in output (μ) senza influire sulla variabilità (σ).