Appunti di Studio del Prodotto e del Processo

Costi di fabbricazione

Meno dell’alluminio e si produce per iniezione, processo che ha costi fissi ancora minori della pressofusione, quindi, dove possibile per esigenze strutturali, è più conveniente.

Fase 1: stimare i costi di fabbricazione

Iniziamo con il definire le tipologie di costi di fabbricazione esistenti.

Costi dei componenti

Sono dati sia da parti standardizzate che da parti personalizzate.

• Costi componenti standard. Per la stima dei costi di questi componenti si fa sempre affidamento a componenti simili già utilizzati o ai cataloghi di riferimento delle aziende fornitrici. In generale sono prezzi decisi dalla concorrenza sul mercato.
• Costi componenti personalizzati. Richiedono un calcolo del costo più complesso:
  • Stima della materia prima necessaria (scarto 5-50% per stampaggi, 70% per asportazione).
  • Costi di utilizzo della macchina (energia, ammortamento) (25$/h pressa, 75$/h per CNC).
  • Costi di primo impianto (utensili, stampi, staffaggi).
  • Costi di ispezione (se presente).
  Attenzione perché è evidente che per stimare il costo dei componenti personalizzati, è necessario avere un piano industriale già definito. La stima in fase di progettazione può essere anche molto incerta. Si deve valutare quei parametri che influiscono pesantemente sul prezzo del finito.

Costi di assemblaggio

Sono valutati in base al tempo necessario all’operazione. In Italia sono pianificati di comune accordo con i sindacati. Il costo medio del lavoro nelle nostre aziende è di 15/25€/h. Aumenta con la presenza di tecnici specializzati (le mansioni automatizzate sono in realtà molto poche, i robot antropomorfi vengono usati in assemblaggi pericolosi o ripetitivi). In questa voce si inseriscono anche i costi delle attrezzature necessarie al montaggio.

Costi generali

Questa stima è fondamentale, in quanto sulla base di questa deve essere progettata la dimensione dell’azienda. Vengono definiti con il personale acquisti, la direzione, uffici tecnici, marketing, in generale tutto ciò che non è legato alla produzione (differenza tra il fallire o meno in periodo di crisi: se la produzione viene interrotta a causa di una mancanza di domanda, l’azienda va avanti in base ai costi generali). Si deve essere bravi ad attribuire questi costi ai singoli prodotti. Si usano gli attivatori di costo (usualmente materiale e manodopera). La scelta di questi è fatta sulla base dell’esperienza, e possono essere ridefiniti di anno in anno. Sono dei coefficienti moltiplicativi che si aggiungono alle singole voci di spesa scelte.

Esempio: GE ha il 60% dei costi generali rispetto ai costi diretti. Sono un valore molto difficile da abbattere, perché riguardano molti rami dell’azienda (uffici vendite, uffici personale, uffici tecnici, magazzino etc etc.). Per calcolarli si usano gli attivatori di costo. Vediamo come:

I costi diretti annuali (ottenuti sommando quelli di ciascun prodotto) sono 100 per la manodopera e 200 per i materiali. A questi costi si deve aggiungere i costi generali, che sono di 70 l’anno, e si suppone che siano divisi come 40 legati ai materiali (magazzino, ufficio acquisti, ufficio personale) e 30 legati alla manodopera (climatizzazione, pulizie, assenteismo, mensa etc).

Si vuole calcolare quanto incidono i costi generali su quelli del prodotto finito. Gli attivatori di costo vengono definiti come:

• MAN = 30/100 = 30%
• MAT = 40/200 = 20%

Quindi, ad esempio, il prodotto B costerà: = 20 + (30% di 20) + 20 + (20% di 20) = 20 + 6 + 20 + 4 = 40 + 10 = 50 (costo industriale di prodotto), con i 10 che sono il contributo dovuto ai costi generali. È molto importante studiare i costi generali perché permettono di non andare in perdita dato che il costo industriale di prodotto è il più basso costo al quale posso vendere il mio prodotto nel mercato per non perdere soldi.

Suddivisione dei costi

• Costi fissi. Sono indipendenti dal numero di unità prodotte (acquisto stampi, organizzazione linea, programmazione macchina utensile). È molto importante stabilire il campo di definizione di questi costi.
• Costi variabili. Dipendono sostanzialmente dal numero di unità prodotte, sono quindi legati a costo del materiale e costi dell’energia per far funzionare le macchine (intesa come costo orario del processo).
• Manodopera. Viene considerata a volte fissa a volte variabile a seconda delle capacità dell’azienda di riallocare velocemente il personale inutilizzato o sottoutilizzato. Generalmente questa è una proprietà di una grande azienda, che ha più linee di produzione, in cui la manodopera è vista come costo variabile. Nelle piccole aziende, mono produzione, è un costo fisso.

Definire costi fissi e costi variabili mi fa comprendere quale sia il processo più conveniente per produrre il mio pezzo tra asportazione di truciolo e stampaggio/fusione/iniezione, in base al numero di pezzi.

Commenti: partire da un foglio bianco nella progettazione spesso causa notevoli problemi e ritardi nella componente, e non permette l’applicazione del DFM, perché non è noto il piano produzione di un nuovo industriale di fabbricazione, e questo non permette di stimare i costi e quindi ridurli. Un esempio si può fare se l’azienda produce cilindri ad una azienda che produce cilindri per motori a combustione interna. Alesaggio 30 40 50 mm, se le viene chiesto un cilindro di alesaggio 35 mm sicuramente non andrà a progettarne uno nuovo da zero, perché conosce già il piano industriale di fabbricazione del cilindro di 30 e di 40 mm, quindi è in grado di stimare il costo di produzione del nuovo cilindro.

Esercizio: stima dei costi di un segnalatore lampeggiante per emergenze in mare

Specifiche tecniche

• Luminosità per un certo periodo di tempo (almeno 1 giorno).
• Attacco stabile e sicuro al giubbotto salvagente.

Bill of Materials (BOM) Distinta dei componenti da scrivere in ordine di smontaggio:

Totale di 2.54€

• Il peso del materiale deve essere quello di fabbricazione e non quello del prodotto finito (aggiungere scarti in base al tipo di lavorazione) (+2% per il carter a causa delle bave della linea di divisione, anche se sono solo di inizio processo dovuti allo stampo freddo - +10% per la capsula a causa della produzione in blister nessuno spreco per i ganci).
• Per quanto riguarda il processo produttivo dei ganci si è supposto che vengano comprati già tranciati.
• I tempi di produzione dipendono dalla disposizione dei modelli sullo stampo che è abbastanza grande. Si suppone di fare 9 pezzi (cioè uno stampo) in 30 secondi per la capsula e in 60 secondi per il contenitore. Quindi si ha:

Per il filo abbiamo stabilito di eseguire una piegatura ogni secondo. Non ricordo quante pieghe c’erano ma i risultati erano quelli.

• Il costo dei materiali ce l’ha suggerito lui, ci ha dato un file excel con i materiali più comuni e il loro costi al kg.
• I costi di processo si ottengono con la seguente formula: € = [€/pezzo] • [pezzi/h] + [€/pezzo]

Rimane da stabilire i costi fissi. In particolare:

• Stampi per iniezione PVC: costano qualche migliaio di euro, si suppone che uno stampo costi circa 10.000€. Noi ne dobbiamo prendere due, uno per la capsula e uno per il carter pile, quindi si spende 20.000€. Si suppone di produrre 100.000 esemplari del lampeggiante, e quindi 100.000 capsule e carter pile. In definitiva si spende (spalmando questi costi fissi per ogni pezzo): 20000/100000 = 0.20 €
• Considerando che gli stampi per le plastiche hanno una vita di 200000/250000 pezzi, i nostri stampi non arriveranno mai a fine vita.
• Programmazione macchina piegatrice, circa 10€.

In totale si ha un costo fisso di 10,20 €, e un costo variabile di 2,54 € a pezzo prodotto.

Fase 2: ridurre i costi dei componenti

Il costo dei componenti veniva spesso molto elevato a causa della mancanza di competenze del progettista a valutare i costi di produzione. Raggi di raccordo molto piccoli, tolleranze molto strette, finiture superficiali particolari o spessori di lamiera massicci sono spesso causa di un aumento indiscriminato dei costi. È necessario stabilire delle nuove linee guida per lo sviluppo di nuovi prodotti basandosi sui costi e sulle possibilità di produzione. I principali metodi di riduzione dei costi del componente sono sottoelencati:

• Ridurre fasi produttive. L’obiettivo è il net-shap (o near net-shape), che consistono nel raggiungimento del prodotto finito tramite una sola fase produttiva. Si distinguono i seguenti processi:
  • Processi primari (massivi), che danno la forma generale del componente (fusione, forgiatura, pressofusione, iniezione).
  • Processi secondari (asportazione di truciolo), lavorano per la finitura superficiale e le tolleranze strette.
  Si capisce che i processi massivi sono gli unici attraverso i quali è possibile ottenere una linea di produzione net-shape, capace di ridurre notevolmente i costi anche se il materiale utilizzato è molto più costoso del classico acciaio. Infatti i processi secondari hanno un elevato costo di processo. È indispensabile anche eliminare le lavorazioni che non si ritengono necessarie per il componente (esempio fosfatazione o nitrurazione di alcuni componenti).
• Scelta della scala del processo. Questo metodo prevede la conoscenza di quanti componenti si vuole produrre. L’aumento del numero di pezzi prodotti apre la possibilità di scegliere nuove tecnologie più efficienti le quali, anche se hanno un maggior costo iniziale (stampi o programmazioni), permettono il raggiungimento di un minor costo unitario (vedi grafico con le rette).
• Standardizzazione. Standardizzare significa due cose:
  • Utilizzare gli stessi componenti standard sullo stesso prodotto (ad esempio un motore assemblato con tutte viti M6).
  • Utilizzare la stessa parte standard su prodotti simili (ad esempio l’interruttore dei finestrini in tutte le FIAT).
  Generalmente i prodotti standard costano meno se comprati all’esterno che se me lo producessi da solo perché chi li produce lo fa su grande scala, con tecniche più efficienti e quindi meno costose.
• Black Box. Le grandi aziende inizialmente producevano tutti i pezzi autonomamente, poi hanno delocalizzato la produzione, dando ad altre aziende più piccole il compito di produrre alcuni componenti. Tuttavia rimaneva il “vizio” di entrare nel merito della tecnologia di produzione, al fine di essere certi che tutte le miriadi specifiche di produzione venissero rispettate. Questo lasciava al fornitore poco margine per migliorare e applicare tecnologie produttive più all’avanguardia. Il metodo Black Box consiste nella riduzione all’essenziale delle specifiche di progetto per i componenti richiesti ai fornitori. Si lascia libero il fornitore di utilizzare la migliore tecnologia di produzione da lui scelta per produrre il pezzo di cui la casa madre ha bisogno. In questo metodo è importantissimo saper definire le specifiche (tolleranze, rugosità oppure a livello prestazionale). Questo è uno dei motivi per cui non viene quasi mai usato dalle case produttrici (soprattutto in Italia…).

Fase 3: ridurre i costi di assemblaggio

La riduzione dei costi di assemblaggio si basa principalmente su due punti:

• Riduzione del numero di pezzi da assemblare (il grande vantaggio si ha a livello di gestione magazzino e di affidabilità (meno pezzi ho e più è difficile che si rompa); Viene effettuato tramite l’integrazione delle parti indipendenti. A partire dalla distinta base (che deve essere effettuata in ordine di smontaggio), si sceglie due componenti vicini e ci si pone queste 3 domande:
  • La parte deve poter effettuare dei movimenti relativi rispetto al resto dell’assemblato? (non contano piccoli movimento dovuti all’elasticità del materiale)
  • La parte deve essere realizzata di materiale diverso dal resto dell’assemblato?
  • La parte deve essere separata dal resto dell’assemblato per poter cedere (fusibile meccanico), essere riparata o sostituita?
  Se la risposta a queste 3 domande è negativa, abbiamo l’ok tecnico per poter creare i componenti dello stesso materiale. Rimane da capire se abbiamo anche l’ok economico. Si può facilmente intuire che i processi di fusione e di iniezione si prestano facilmente all’integrazione dei componenti. Si ottiene in generale un componente più complesso dell’originale, tuttavia:
  • Montaggio non più necessario;
  • Parti sono meno costose (una fusione complessa è meno costosa di due fusioni semplici, e sono più veloci);
  • Controllo dimensionale è più preciso senza il problema dell’assemblaggio;
  Non sempre l’integrazione è la strada migliore, spesso può convenire a livello di fabbricazione separare un componente invece che unirlo. È sempre necessario effettuare un bilancio tra costi di fabbricazione e di assemblaggio.
• Semplificazione del ciclo di assemblaggio; Si basa su 7 linee guida:
  • La parte da assemblare deve essere inserita dall’alto. I motivi sono principalmente 2: visibilità del componente mentre l’assemblo (posso appoggiarlo in posizione e prendere stabilità l’attrezzo per esempio).
  • La parte deve essere auto-allineante, tramite svasature, spine di centraggio e inviti. Questo influisce molto sui tempi di inserimento.
  • La parte non deve essere orientata secondo uno o più assi (una sfera non è orientata, un cilindro secondo un asse, un cilindro con chiavetta secondo due).
  • La parte deve essere potenzialmente montabile con una sola mano. Questa regola giapponese è stata posta per facilitare la semplicità del montaggio (oggetti piccoli, leggeri, facili da prendere).
  • La parte non deve necessitare utensili per il montaggio (si cerca infatti di eliminare completamente i collegamenti filettati).
  • I movimenti da far effettuare al pezzo devono essere traslazioni e non rotazioni, in quanto i giapponesi hanno studiato “l’uomo macchina”, dicendo che siamo più bravi a far traslare le cose che a farle ruotare.
  • La parte si blocca automaticamente dopo essere stata inserita (non sono necessari seeger o bulloni). Questa regola rientra nella prima dell’elenco (stabilità).

Attraverso questi passaggi, non solo si riesce a ridurre il costo dell’assemblaggio (che è generalmente molto basso), ma si hanno anche dei benefici sulla semplicità di tale processo. Esiste a questo scopo un indicatore dell’efficienza di assemblaggio chiamato DFA: DFA' × 3 = DFA. L’indice, che presuppone di aver eseguito l’integrazione delle parti, mette in evidenza quanto scarto esiste tra il tempo minimo teorico per la manipolazione (stimato per convenzione a 3 secondi) ed il tempo impiegato per l’assemblaggio. Serve a capire quali siano le parti maggiormente critiche dal punto di vista dell’assemblaggio. Proprio per il fatto che i 3 secondi sono convenzionali, in rari casi si può avere un DFA>1.

Esercizio: migliorare la sequenza di assemblaggio della luce di emergenza

Innanzitutto la distinta base dei componenti deve dare delle informazioni sulla sequenza di montaggio di questi. Si riordina la precedente sequenza in:

1. Per prima cosa si deve montare per primi i componenti più difficili, in quanto richiedono una maggiore manipolazione dell’oggetto e quindi meno pesa e meglio è.

2. Ora ci poniamo le domande riguardanti l’integrazione di componenti.

• Gancio 1. Fa piccoli spostamenti che però rientrano in una possibile elasticità del materiale. Sarà fatto in plastica completamente integrato nel resto del componente. È possibile sia economicamente che tecnologicamente.
• Gancio 2. Valgono le stesse considerazioni svolte per il gancio 1.
• O-Ring. Potrei fare il contenitore in gomma, ma costerebbe troppo.
• Batterie. Dovrei migliorarne l’assemblaggio, in quanto è difficile beccare il senso giusto al primo colpo. Magari si possono impacchettare. Non esiste di farsi fare una pila su misura.