Studi di fabbricazione

Lezione 1 del 2/03/2021

COS’È LO STUDIO DI FABBRICAZIONE?

Insieme delle attività che permette di trasformare il progetto di dettaglio, che individua

le caratteristiche di funzionamento e le prestazioni richieste al prodotto, in progetto di

fabbricazione, che definisce le caratteristiche di realizzazione e le modalità con cui il

prodotto sarà ottenuto.

In particolare, il progetto di dettaglio è l’output del lavoro di progettazione e cioè

l’output del lavoro del Progettista Meccanico.

Cosa fa il Tecnologo, cioè colui che affronta lo studio di fabbricazione? Trasforma

l’output che viene fornito dal Progettista del prodotto (quindi il progetto di dettaglio) in

quello che chiamiamo progetto di fabbricazione.

AMBITO DELLO STUDIO DI FABBRICAZIONE

Ambito di riferimento: produzione manifatturiera (per parti). Il processo produttivo

suddiviso in due fasi:

· fabbricazione dei componenti (parti)

· assemblaggio dei componenti per ottenete il prodotto finale

#NOTA: l’Italia è il secondo paese in Europa (la prima è la Germania) per quanto riguarda

la produzione manifatturiera!

A COSA SERVE LO STUDIO DI FABBRICAZIONE

Consente di generare il piano di processo (process plan) per la realizzazione di un

prodotto, ovvero:

· i piani dettagliati descriventi le operazioni necessarie per fabbricare i singoli

componenti

· i piani dettagliati descriventi le operazioni necessarie per assemblare i

componenti e/o i sottoassemblati per ottenere il prodotto finito

Piano di processo: rappresentazione univoca della modalità di realizzazione del prodotto

a ciascun piano corrisponde la realizzazione di una sola tipologia di prodotto.

à

#NOTA: E’ un’attività fondamentale, in quanto la competitività di un’azienda è

criticamente legata alla capacità dell’azienda di generare progetti innovativi (Progettista

Meccanico) ma anche alla capacità di trasformare questi progetti in prodotti

(Tecnologo).

Contribuisce anche:

· alla definizione del costo del prodotto

· alla valutazione delle inefficienze di produzione

· alla scelta o progettazione del sistema di produzione

DEFINIZIONE DEL COSTO DEL PRODOTTO

Uno degli aspetti fondamentali di un’azienda è quello di riuscire a definire il costo di un

prodotto, che ovviamente è fortemente influenzato dalle modalità di realizzazione del

prodotto; quindi, il piano di processo rappresenta la base per:

· preparare il preventivo per l’acquisizione dell’ordine (produzione su commessa)

· definire il prezzo di vendita del prodotto (produzione a magazzino)

Errori nella valutazione del costo possono comportare:

· il mancato ottenimento dell’ordine (in caso di “sovrastima”)

· la riduzione dei ricavi o perdite nella realizzazione del prodotto (in caso di

“sottostima”)

VALUTAZIONE DELLE INEFFICIENZE DI PRODUZIONE

E’ la fase di analisi delle eventuali difformità tra i risultati ottenuti e quelli attesi; Piano

di processo utile, in sede consuntiva (cioè dopo che abbiamo realizzato la produzione),

anche per stabilire i motivi che hanno portato a:

· tempi di realizzazione del prodotto maggiori rispetto a quelli previsti perdite di

à

produttività non mi consente di rispettare un importante vincolo che ho

à

quando produco: la domanda attesa

· costi di realizzazione maggiori rispetto a quelli preventivati riduzione dei ricavi

à

o perdite il minore costo della manodopera che si ha nei Paesi in via di sviluppo

à

rende meno competitivi, sotto questo punto di vista, i Paesi più industrializzati

come il nostro, che ha costi di manodopera decisamente maggiori. Allora, come

possiamo competere con i Paesi in via di sviluppo? Soltanto agendo sulla qualità

del prodotto che viene realizzato

· livelli qualitativi del prodotto minori rispetto a quelli previsti perdite di qualità

à

Dopo aver svolto questo tipo di valutazione si ha la possibilità di pianificare azioni tese

a eliminare/ridurre le inefficienze.

SCELTA O PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI PRODUZIONE

Che cos’è il sistema di produzione?

È l’insieme di macchine, di operatori, di sistemi di movimentazione, di sistemi di

immagazzinamento, di sistemi di controllo computerizzati, ecc… che servono per

mandare avanti la produzione e per controllarla. Insomma, è il luogo fisico dove si

realizzano i processi produttivi.

Quindi, le informazioni contenute nel piano di processo sono utili anche per scegliere

e/o progettare: le macchine per realizzare i processi, i sistemi per i controlli di qualità, il

sistema di movimentazione e di immagazzinamento, il layout del sistema di produzione.

Perché si parla di SCELTA o PROGETTAZIONE?

Perché a volte possiamo realizzare una parte semplicemente scegliendo tra le macchine

che abbiamo a disposizione quelle più adatte per realizzare quella parte; se le quantità

da produrre non sono elevate non abbiamo convenienza economica nello sviluppare un

sistema di produzione ad hoc per realizzare questo prodotto perché l'investimento che

facciamo sarebbe troppo alto rispetto ai ricavi che otteniamo realizzando le parti. Allora,

quando sono piccole le quantità di realizzare facciamo riferimento a macchine che

abbiamo già a disposizione e quindi dobbiamo scegliere quelle più adatte al nostro caso.

Se invece abbiamo grandi volumi di produzione come per la produzione in serie, quindi

grandi quantità della stessa tipologia di prodotto o di una gamma molto limitata di

prodotti molto simili tra loro, potrebbe essere conveniente invece sviluppare e

realizzare un sistema di produzione specifico per quel determinato prodotto. Quindi, il

piano di processo, a volte ci aiuta a scegliere la macchina più adatta per realizzare una

determinata parte, altre volte ci aiuta a progettare il sistema di produzione.

COMPLESSITÀ DELLO STUDIO DI FABBRICAZIONE

Perché lo studio di fabbricazione può essere complesso?

· Il singolo componente viene spesso realizzato attraverso una combinazione di

processi, quindi potrei aver bisogno di pianificare tanti processi diversi per

ottenere un singolo componente

· La possibilità di assiemare i componenti in sottoinsiemi (sottoassemblati) che a

loro volta saranno assemblati tra loro per ottenere il prodotto finito può rendere

la fase di assemblaggio lunga e complessa

· La complessità dello studio di fabbricazione aumenta con il numero:

- dei processi necessari per realizzare un singolo componente

- dei componenti che costituiscono il prodotto

AUMENTO DELLA COMPLESSITÀ CON IL NUMERO DEI PROCESSI

· Le caratteristiche di una parte spesso non ottenibili con un unico processo; quindi,

si ha la necessità di eseguire processi diversi su macchine differenti.

· All’aumentare del numero di processi necessari aumenta anche il numero di

vincoli tecnologici nella redazione del piano di processo la sequenza delle

à

operazioni che vanno a costituire il piano di processo è spesso obbligata.

· Di conseguenza si ha una maggiore difficoltà nel preparare il piano di processo à

si ha un aumento dei tempi e dei costi di pianificazione e un aumento dei tempi

di realizzazione della parte e dei costi di fabbricazione

Esempio:

Immaginiamo che la forma fondamentale di una parte sia realizzata mediante processo

di fonderia in terra; le caratteristiche desiderate di precisione e finitura di alcune

superfici non sono ottenibili attraverso la fonderia. Dunque, c’è la necessità di eseguire

lavorazioni per asportazione di truciolo su tali superfici prevedendo la presenza di

sovrametallo aumento dei tempi e dei costi di lavorazione

à

· All’aumentare del numero dei componenti aumenta anche la complessità dello

studio di fabbricazione, perchè:

- Aumenta il numero dei piani di processo necessari per fabbricarli

- Aumenta la necessità di realizzare sottoassemblati

- Aumenta la complessità del ciclo di assemblaggio per via dell’elevato numero

delle operazioni necessarie e dei numerosi vincoli presenti

Si ha, di conseguenza, una maggiore difficoltà nell’affrontare lo studio.

Esempi:

· graffetta fermacarte caso più semplice essendo costituita da un solo

à

componente

· molletta per bucato molto semplice poiché costituita da tre componenti

à

· bicicletta media complessità essendo costituita da centinaia di componenti

à

· automobile elevata complessità poiché richiede l’assemblaggio di circa 18 mila

à

componenti

· aereo estrema complessità essendo costituito da circa tre milioni di

à

componenti

In conclusione, mi aspetto che lo studio di fabbricazione diventi sempre più difficile al

crescere del numero dei componenti e al crescere del numero dei processi necessari per

realizzare ciascun componente.

INPUT/OUTPUT DELLO STUDIO DI FABBRICAZIONE

Lo studio di fabbricazione viene realizzato a valle della progettazione quindi sicuramente

gli input dello studio di fabbricazione sono gli output del lavoro di progettazione.

Input:

· disegni funzionali di componenti, sottoassemblati e prodotto finito

· distinta dei materiali

· quantità da produrre

· tempi di consegna

Output:

· piani di processo per la fabbricazione dei componenti e il loro assemblaggio

· costo del prodotto

· progetto/scelta del sistema di produzione

ATTIVITÀ DELLO STUDIO DI FABBRICAZIONE

METODI PER LO STUDIO DI FABBRICAZIONE

Come si affronta lo studio di fabbricazione?

Non esistono metodi unanimemente accettati per effettuare lo studio. E’ un attività

effettuata fondamentalmente attraverso metodi:

· manuali

· assistiti dal calcolatore

Nei metodi manuali scelte tutte le attività presenti nella tabella a pagina precedente

sono svolte manualmente dal Pianificatore di processo, e quindi le scelte che vengono

fatte sono legate alla peculiarità del pianificatore quali:

· esperienza

· conoscenze

· abilità

· intuito

In questo modo, fornendo lo stesso input non avrò lo stesso risultato perché nella

pianificazione di processo manuale c’è un carattere soggettivo. Tutto questo si traduce

in alcuni inconvenienti della pianificazione manuale, come ad esempio:

· difficoltà nell'ottimizzazione del piano di processo

· incremento dei costi rispetto a quelli necessari

· errori di pianificazione e tempi lunghi

I limiti della pianificazione manuale superati attraverso sistemi di pianificazione assistiti

dal calcolatore, più precisamente chiamati sistemi CAPP (Computer Aided Process

Planning). Attraverso le tecniche CAPP riduciamo il lavoro manuale compiuto

dall’operatore o addirittura lo eliminiamo del tutto.

Fondamentalmente sono due gli approcci che vengono usati con le tecniche CAPP:

· il primo è detto variante, che consiste nel modificare un piano di processo

esistente; quindi, il sistema computerizzato genera un nuovo piano di processo

modificandone uno simile; c’è sempre l’intervento dell’operatore ma è ridotto

rispetto alle tecniche manuali

· l’approccio più ambizioso ma ancora pienamente operativo è chiamato

generativo; in questo caso, il sistema computerizzato che pianifica i processi

produttivi necessari per realizzare una parte o un prodotto assemblato svolge la

propria attività generando ex novo il piano di processo senza alcun riferimento a

piani esistenti; in questo caso è assente l’intervento dell’operatore

I sistemi, però, sono spesso complessi e richiedenti personale altamente specializzato!

Per contemperare i vantaggi e gli svantaggi dei due metodi è stato sviluppato un terzo

metodo, che è una via di mezzo tra il CAPP generativo e quello variante, che prende il

nome di semigenerativo: usa in parte le funzioni tipiche di un sistema CAPP variante e

in parte quelle di un sistema CAPP generativo; non è performante come un sistema CAPP

generativo ma è più semplice. Dunque, rappresenta un compromesso tra le due

soluzioni.

Lezione 2 del 3/03/2021

CICLO DI VITA DEL PRODOTTO

#NOTA: I rettangolini con la linea continua fanno riferimento anche al ciclo di

realizzazione del prodotto, quelli con la linea tratteggiata si riferiscono solo alla vita utile

del prodotto. Quindi in questa rappresentazione, di fatto, sovrapponiamo il ciclo di

realizzazione al ciclo di vita del prodotto.

Il ciclo inizia attraverso ricerche di mercato, previsioni di mercato, ordini di clienti;

questo dipende dal tipo di produzione che viene realizzato: se fosse una produzione su

commessa il ciclo avrebbe inizio con l'ordine del cliente, se invece abbiamo una

produzione a magazzino in questo caso faremo affidamento soprattutto alle ricerche di

mercato e alle previsioni di mercato.

Per sviluppare un nuovo prodotto, oltre alle ricerche di mercato, alle previsioni di

mercato, agli ordini di clienti, potremmo avere un input che viene dall' assistenza clienti,

cioè dalle persone che svolgono assistenza sul prodotto durante la sua vita utile.

PROGETTAZIONE

Lo step successivo agli input di mercato è quello di svolgere la fase concettuale del

prodotto. Questa inizia con:

· un ordine del cliente (produzione su commessa)

· l’identificazione del mercato e della concorrenza attuale ed emergente

(produzione a magazzino)

In questa fase si definiscono:

· il principio di funzionamento

· lo schema di massima del prodotto

Se la produzione è conveniente (questo si stabilisce alla fine della fase concettuale) si

procede con:

· la progettazione logico–funzionale

· il dimensionamento del prodotto

La decisione di passare dalla fase concettuale agli step successivi spetta al parte

manageriale dell’azienda.

Il prodotto viene progettato per adempiere alla sua funzione nel rispetto dei vincoli. Il

progetto viene redatto esaminando e selezionando le soluzioni relative a tutti gli aspetti

del prodotto come: funzionalità, prestazioni, costo, ergonomia, sicurezza, riciclabilità,

producibilità, manutenibilità, estetica, …

Per valutare le prestazioni del prodotto e migliorarle può comportare la realizzazione

prototipi:

· virtuali, ottenuti utilizzando strumenti di simulazione computerizzata

· fisici, sui quali eseguire sperimentazioni

Si fa utilizzo anche di informazioni provenienti dalle attività di R&D

(Research&Developement) per migliorare le prestazioni e la competitività dei prodotti.

L’output della progettazione:

· disegni (assieme finale, sottoassiemi e componenti)

· distinta base (o distinta dei materiali)

SCELTA E PIANIFICAZIONE DEI PROCESSI

Output della progettazione Input delle attività di scelta e pianificazione dei processi

à

produttivi.

Occorre decidere preliminarmente quali parti fabbricare internamente e quali

acquistare (scelta di make or buy):

· parti costruite internamente: realizzazione del ciclo di fabbricazione (piano di

processo)

· parti realizzate esternamente: pianificazione eseguita dal fornitore (talvolta in

collaborazione con il committente)

La scelta e l’ottimizzazione della tecnica produttiva è fondamentale per ottenere il

prodotto: con le specifiche desiderate, in modo economicamente vantaggioso, nel

rispetto dei vincoli di tempo.

Competitività accresciuta grazie alle attività di R&D che permettono di: progettare nuovi

processi, migliorare quelli esistenti.

Il processo di produzione è caratterizzato da una certa variabilità, nel senso che il

prodotto finito immaginato non è mai identico a quello reale a causa dei disturbi. Gli

effetti delle variabili di processo vengono studiate, così da identificare un intervallo di

tolleranza in termini di misure per il prodotto finale, usando tecniche di:

· modellazione fisica:

- processo eseguito su scala ridotta

- processo semplificato utilizzando materiali più facili ed economici da lavorare

rispetto a quelli reali ma con caratteristiche simili

· modellazione matematica:

- basata sull’utilizzo di opportune equazioni che descrivono il processo

· modellazione numerica:

- basata sull’utilizzo di opportuni software di calcolo che permettono di simulare

il processo

La scelta del tipo di modellazione viene fatta tenendo in considerazione il grado di

difficoltà che ci si appresta ad affrontare quando si vuole scegliere e pianificare il

progetto di un determinato prodotto.

La scelta del processo viene fatta considerando anche:

· l'impatto ambientale (consumo di risorse, inquinamento, rumore, ...)

· la sicurezza e la salute degli operatori

· i rischi dovuti:

- a temperature elevate

- a metalli fusi a utensili fortemente sollecitati

- a prodotti tossici o infiammabili

- alle attività in cui si sviluppano fumi, gas e polveri

Riassumendo, il piano di processo è:

· l’insieme delle operazioni necessarie per produrre un prodotto attraverso una

successione di processi

· necessario in quanto la scelta appropriata e razionale di processi, macchine,

utensili, attrezzature, ..., ha un notevole impatto sulla qualità, sul costo del

prodotto e sull’impatto ambientale

· ottenuto risolvendo un problema a più soluzioni:

- trasformazione grezzo - prodotto finito realizzata usando più sequenze di

operazioni, diversi processi,…

- scelta di processi