Appunti di impianti industriali + Esercizi

Capitolo 1: Classificazione degli impianti industriali

Definizione di sistema di produzione e di processo produttivo

Il sistema di produzione è un insieme di uomini, macchine e attrezzature che hanno il compito di trasformare gli input in output di maggior valore. Mentre il processo produttivo trasforma i materiali in prodotti grazie a scambi di energia che modificano la conformazione fisica o chimica dell’oggetto.

Input del sistema di produzione

Ma quali sono gli input?

• Fattori produttivi
• Sistemi informatici
• Sistema logistico
• Sistema di controllo
• Sistema organizzativo

Classificazione dei processi produttivi e dei sistemi di produzione

Tendenzialmente ho 5 tipi di classificazione dei processi:

1. Classificazione dei prodotti
   • Aggregazione: sono caratterizzati da un codice utile in sede di controllo di produzione, ma avendo un alto grado di dettaglio sono difficilmente utilizzabili in sede di progettazione; da una famiglia ovvero raggruppo i prodotti in base alle affinità; da un tipo ovvero è un gruppo di famiglie aventi costi di produzione e domande con analoghe caratteristiche, viene usata a livello commerciale per elaborare previsioni di vendita.
   • Complessità: posso averla semplice, ovvero ho una distinta base avente pochi livelli e se ne ho uno solo, parlo di ricetta; posso averla complessa cioè ho una distinta base con molti livelli (profondità) e con molti codici (ampiezza).
   • Modularità: posso avere prodotti modulari sono prodotti composti da moduli e quindi facili da assemblare, un esempio sono i pc da assemblare; posso avere prodotti integrali dove è complesso sia il prodotto che la numerosità dei singoli pezzi.
2. Classificazione in base alle modalità di soddisfazione della domanda

   È fondamentale l’indice di programmazione = al confronto tra Delivery Lead Time e i Lead Interni (= al tempo necessario per la realizzazione di una attività.

   In base a questo confronto escono fuori 5 tipologie di sistema produttivo che sono state affianco del grafico. Lavorare in PUSH significa anticipare le richieste del cliente e spingere i prodotti sul mercato mentre lavorare in PULL significa che il sistema produttivo si mette in moto solo dopo aver ricevuto un ordine. = con quel tempo di consegna riesco a coprire da assemblaggio fino ad un pezzetto di approvvigionamento.

   Vuol dire che sto lavorando in MTO: in pull riesco a lavorare fabbricazione e assemblaggio, il resto lo lavoro in push. Se lavoro in ATO, devo comunque effettuare una previsione? Sì! Poiché svolgo in push 3 fasi che sono progettazione, approvvigionamento e fabbricazione. Dunque ho i magazzini già pieni e mi manca solo l’assemblaggio che farò in modalità pull.

   Se mi si abbassa il DLT, cosa faccio? Posso:

   • Cambiare modalità di risposta alla domanda
   • Provo a diminuire il LT di produzione
   • Faccio postponement: personalizzazione all’ultimissimo stadio

   Ovviamente, lavorando in MTS è fondamentale la previsione e concentrerò la quasi totalità delle mie risorse su di essa. Se prendiamo il caso opposto, cioè l’ETO, mi concentro su una previsione su ordini. Altro concetto fondamentale è il customer decoupling point: è il punto in cui avviene lo sdoppiamento tra le modalità push e pull. I due estremi sono MTS e ETO.

3. Classificazione in base ai processi tecnologici e soluzioni impiantistiche
   • Produzioni per processo: sono produzioni irreversibili dove il PF non può essere scomposto a ritroso. Essendo in continua, ovviamente ho i turni di lavoro e un’automatizzazione spinta. La disposizione spaziale delle macchine è molto rigida. Queste produzioni sono anche dette a ciclo tecnologico obbligato poiché è ben definito e vincolante. Uno dei principali problemi che sorgono con questa produzione è che il controllo deve essere molto efficiente: ogni minimo errore può essere fatale. Un esempio di queste produzioni può essere cemento o benzina.
   • Produzioni per parti: il PF può essere idealmente smontato e rimontato e la produzione è principalmente a lotti. Ho un ciclo tecnologico non obbligato poiché ho una gran varietà di macchine e di cicli. La disposizione delle macchine è abbastanza flessibile e mi posso permettere di risparmiare un pochino sull’automatizzazione. Queste due produzioni appena viste mi forniscono diverse soluzioni impiantistiche, in totale ne ho 3:
     • Job Shop: sfrutta la produzione per reparti (per esempio stiamo parlando di calzature o mobiliere) e i macchinari e le operazioni sono omogenee sotto il profilo funzionale e tecnologico. La manodopera umana è fortemente utilizzata e realizza un’ampia gamma di prodotti. Questo vuol dire che ho una estrema flessibilità. Ci sono dei punti deboli: ho un costo relativo alla manodopera, devo effettuare una precisa programmazione avendo un’alta flessibilità e ci sono diversi fenomeni imprevedibili. Ho anche un elevato work in process (WIP): sono delle piccole scorte interoperazionali, ed è come se avessi del capitale immobilizzato all’interno della mia azienda. Ciò produce dei rischi.
     • Group Technology: essenzialmente risolve i problemi che si presentano nella modalità job shop. Il criterio fondamentale è la cella: ho una famiglia di pezzi che si basa, ad esempio, su stesse affinità geometriche e quindi riunisco un certo tipo di macchine in uno stesso luogo per lavorare quel tipo di pezzi. I vantaggi principali sono la poca flessibilità e quindi la programmazione risulta più semplice, inoltre mi si riduce il WIP e la capacità produttiva è identificabile con il collo di bottiglia.
     • Flow Shop: il funzionamento è abbastanza semplice poiché ho una disposizione sequenziata delle macchine e i pezzi si muovono su una catena automatizzata. Il pezzo entra grezzo ed esce finito. Le caratteristiche principali sono una elevata rigidità, una capacità produttiva poco modificabile e ogni guasto blocca tutto il sistema produttivo.
4. Classificazione in base all’organizzazione del lavoro

   Un primo concetto fondamentale è quello di stazione: la stazione del lavoro è la stazione dove viene svolto quel determinato lavoro prima che si giunge ad un’altra stazione. Il secondo concetto fondamentale è quello del ritmo: il ritmo mi scandisce la potenzialità produttiva e quindi la modalità di avanzamento. Ne ho 4 tipi:

   • Avanzamento a ritmo non imposto: stazioni di lavoro con depositi intermedi, la produzione di scarpe è un esempio. L’operatore scandisce il ritmo, anche se deve rispettare comunque certi tempi.
   • Avanzamento a ritmo imposto: la cadenza dell’andamento è fissata attraverso dei buffer. Ho sempre un magazzino interoperazionale, ma comunque è molto ma molto minore rispetto al ritmo non imposto.
   • Avanzamento a trasferimento continuo: stazioni disposte lungo un convogliatore, un esempio può essere la produzione di automobili.
   • Avanzamento a trasferimento non vincolato: l’operatore decide quando inviare alla stazione successiva.
5. Classificazione in base alla modalità di realizzazione dei volumi produttivi

   Essenzialmente ho due tipi di volume produttivo:

   • Produzioni continue: non mi fermo mai, ad esempio parliamo di cemento o acciaio. Lavoriamo in MTS.
   • Produzione discreta: stiamo parlando di prodotti estremamente complessi. Lavoriamo in ETO.

Matrice prodotto – processo

Come la interpreto?

Orizzontale: quando il mix di prodotti è standardizzato, cioè ho pochi prodotti, vuol dire che il volume di produzione ovviamente è molto alto: per esempio produco solo due tipi di benzina ma ad alti volumi. Di conseguenza il flow shop sarà spostato tutto a sinistra, il job shop tutto a destra e il group technology sarà la via di mezzo.

Ovviamente, spostandoci sempre orizzontalmente, se lavoro in flow shop il prezzo del prodotto finale sarà molto importante: immaginiamo la benzina, a me interessa esclusivamente il prezzo mentre la qualità non mi importa più di tanto. Andando tutto a destra stiamo parlando di vestiti su misura e quindi di un’elevata qualità, il prezzo non ci interessa più di tanto.

Verticale: lavorando in flow shop lavorerò, come già detto in precedenza, a lotti continui. Via via che scendo lavorerò a lotti di produzione.

Capitolo 2: Prestazioni del sistema produttivo

Misura delle prestazioni

Occorre fare una distinzione tra:

• Prestazioni esterne: è la misura della soddisfazione del cliente, il principale metro di giudizio è l’efficacia: quanto sono stato efficace a convincere quel determinato cliente?
• Prestazioni interne: misura l’efficienza dei fattori produttivi, il principale metro di giudizio è l’efficienza: quante risorse ho usato per raggiungere la soddisfazione del cliente?

Misura delle prestazioni

Ci diamo un tempo T che è praticamente l’anno solare. Da questo tempo T, togliamo tutte le festività in cui il nostro impianto sarà sicuramente chiuso, così otteniamo il tempo di apertura dell’impianto. A questo tempo dobbiamo togliere, però, anche altro tempo che viene preso da scioperi o da altri eventi simili. Lo chiamiamo TSC. Otteniamo il Plant Operating Time (POT): dunque posso iniziare a produrre. A questo tempo c’è da togliere altri micro tempi, che possono variare dalle fermate organizzate dei macchinari alla pausa stessa dei lavoratori. Si chiamano TO. Come si vede dal grafico ottengo il tempo al netto delle cause organizzative. Al tempo netto cause organizzative va tolto un altro tempo che deriva dalle cause gestionali: per esempio, se produco panettoni, mi posso aspettare che ad agosto nessuno mi chieda dei panettoni e quindi non produco nulla. Oppure sono pronto a produrre ma mi mancano le materie prime: per esempio è il caso di Ferrari durante la quarantena la quale aveva pochi uomini a causa delle norme di sicurezza ma pronti a lavorare, però effettivamente le materie prime non si riuscivano a reperire. Al tempo netto delle cause gestionali devo sottrarre anche il tempo relativo ai guasti e il tempo relativo alle manutenzioni. Ovviamente il TG > TM poiché il guasto è un evento imprevisto e non so se riesco ad individuarlo subito, se ho i pezzi necessari, se ho gli operai necessari a cambiare il pezzo. Mentre la manutenzione è programmata ed ha un tempo minore perché io sono già pronto. Così ottengo il Tempo Effettivo di Utilizzo. Devo sottrarre, però, il tempo necessario ai test, poiché prima di produrre il prodotto definitivo devo far uscire qualche prodotto di test. Al tempo effettivo di produzione devo togliere il tempo di setup o di attrezzaggio della macchina: magari devo settare la macchina per il cambio etichette per un paese o l’altro. Ottengo il tempo di lavorazione. Al tempo di lavorazione devo togliere quello dedicati agli scarti e così arrivo alla fine della linea temporale: ottengo il tempo di lavorazione buona. Definiamo un’importante misura che è la disponibilità della risorsa produttiva: vado a misurare la probabilità che, qualora arrivi un nuovo ordine, le mie risorse siano in grado di portarlo a termine. È dato dal rapporto tra: il tempo effettivo di utilizzo e il tempo teorico che non considera manutenzioni e guasti. Per migliorare questo rapporto, incremento il tempo di manutenzione TM e così, di conseguenza, riduco il tempo di guasto.

Potenzialità produttiva

Un’altra misura utile è la potenzialità produttiva (monoprodotto e multiprodotto): quanto è in grado di produrre una macchina? Prima di introdurla però, bisogna far riferimento alla potenzialità di targa che è una misura base ed è definita da quello che produce il macchinario. Si chiama “di targa” perché è la massima potenza garantita dal costruttore della macchina. Ovviamente è una misura ideale. E poi bisogna far riferimento alla potenzialità teorica. Dunque: Ora vediamo la capacità produttiva T’ = POT (t impianto aperto) – TPr (t delle prove) – TMo (t mancanza ordini)

• Misura il volume prodotto
• Fornisce indicazioni per supportare il processo decisionale del management
• Si può calcolare sia per il caso monoprodotto che per il mix produttivo
• Limitazione: si adotta su realtà produttive che non si basano su abilità di manodopera

Si può calcolare anche per il monoprodotto e multiprodotto: basta che alle relative formule moltiplico T’.

Misura della produttività

È una misura fondamentale e consente ai manager di verificare l’efficienza di impiego dei vari input. È una quantità disomogenea, dunque devo avere diversi indici che mi indicano la produttività globale:

• Produttività di manodopera = pf/ore lavoro
• Produttività macchinari = pf/pot. di targa
• Produttività materiali = pf/peso materie prime

Misura del livello di servizio

Ci sono due “grandezze” che sono comuni a “opera per magazzino” e “opera per commessa”:

• Accuratezza: misura quanto accuratamente venga allestito l’ordine
• Completezza: misura la capacità di soddisfare un numero differente di ordini

Tappe fondamentali della misura del livello di servizio

Quando ricevo un ordine, non mi metto subito a produrre quello che devo fare per il mio cliente. Passa un certo tempo dove cerco di attrezzarmi al meglio e di preparare al meglio il mio impianto. Per il cliente questo tempo è inesistente, viene “visualizzato” solo da chi deve eseguire l’ordine. Subito dopo c’è una data di richiesta: io, cliente, richiedo di avere quel determinato prodotto entro una certa data perché mi serve per andare avanti nella mia produzione. Contestualmente, esiste una data pianificata: si contratta sull’effettiva consegna dell’ordine. Può capitare che non si rispetti la data pianificata, e che si slitti alla data effettiva.

Misura di flessibilità e versatilità

Cos’è la flessibilità? È la risposta che un sistema aziendale fornisce a fronte di variazioni. Posso individuare:

• Flessibilità di mix: produco a costi accettabili mix di prodotti. Ad esempio la Ferrero.
• Flessibilità di prodotto: inserisco un nuovo prodotto nella mia offerta in tempi e costi accettabili
• Flessibilità di volume: capacità di assorbire le variazioni richieste dal mercato sotto il profilo quantitativo. Praticamente passo a produrre da 500 a 5000 pezzi senza troppi problemi.
• Flessibilità di piano: capacità di modificare le sequenze di produzione

Cos’è la versatilità? Viene riferita solo a macchine e impianti. Si può capire meglio attraverso due concetti:

• Riconfigurabilità: è il tempo di setup. Se questo tempo è troppo lungo, non conviene riconfigurare. Quindi sono poco versatile.
• Convertibilità: è legato alla flessibilità di prodotto e di mix. Ed è legato anche all’ingegnerizzazione delle mie macchine.

Capitolo 4: La previsione della domanda

Caratteristiche della previsione della domanda

Una previsione, per essere “fatta bene”, deve essere:

• Affidabile
• Accurata
• Ci permette di agire nell’immediato, tipo le previsioni meteo
• Economica

La previsione va incontro anche a due compromessi:

• Compromesso costo/inesattezza: ovviamente più spendo sulla previsione, più essa sarà accurata, ma questo vuol dire che se c’è un esborso significativo devo anche vedere come va a incidere sulla mia disponibilità monetaria.
• Quanto oltre mi voglio spingere? Cioè, quale orizzonte temporale sto considerando?

Divisione della previsione della domanda

• Domanda primaria: se pensiamo all’esempio della penna, la domanda primaria riguarda il prodotto finito, cioè la penna vera e propria. Il suo andamento temporale è influenzato da:
  • Il prezzo del bene in questione
  • Il prezzo dei beni complementari o sostituti
  • Reddito, aspettative ed esigenze del consumatore
• Domanda secondaria: mentre la domanda secondaria riguarda i componenti che compongono la penna e le risorse per mettere insieme questi componenti. È possibile che ci sia un bene, ad esempio gli smartphone, che genera contemporaneamente una domanda secondaria e primaria: quella primaria sono gli smartphone, quella secondaria le batterie. Attraverso la pianificazione generale della produzione, definisco l’ammontare ed il tipo di risorse da reperire in modo tale da averle disponibili a sufficienza quando servono. Posso avere due tipi di pianificazione:
  • Pianificazione a lungo termine: serve per fissare gli obiettivi strategici, reperire risorse tecniche e finanziarie
  • A breve termine: ovviamente i piani di produzione devono essere in accordo con la pianificazione a lungo; serve per minimizzare l’inattività degli impianti, minimizzare le giacenze e così via.

Ritardo caratteristico di sistemi produttivi

Ogni sistema produttivo deve rispondere ad un ritardo caratteristico che è il tempo necessario a mettere in atto le decisioni relative ai fattori produttivi ed è in funzione di:

• Inerzia interna: è la somma dei tempi richiesti dalle...