Appunti e domande d'esame Sistemi Integrati di Produzione

Introduzione al corso

In questo corso studiamo diversi sistemi che vengono utilizzati per

realizzare la produzione.

In particolare, quei sistemi che permettono di realizzare la

produzione manifatturiera (anche detta: produzione per parti o

produzione di beni discreti).

Per sistemi intendiamo tutti i dispositivi che si utilizzano per

realizzare la produzione.

Ad esempio: le macchine, i robot, ecc…

Parliamo di sistemi integrati perché i vari elementi che caratterizzano

il sistema sono:

1) Fisicamente collegati: il passaggio delle parti (dei componenti)

avviene senza le manipolazioni fisiche della parte

2) Collegati dalle informazioni: il passaggio delle informazioni

avviene senza le manipolazioni informatiche

I sistemi integrati permettono di ridurre le manipolazioni fisiche e

informatiche.

Gli elementi principali di un sistema di produzione sono:

Le macchine che svolgono le lavorazioni

• I sistemi di movimentazione

• I magazzini: utili per:

• Materie prime

▪ Prodotti finiti

▪ Work in process: prodotto in via di

▪ trasformazione

La manodopera

•

Più nel dettaglio, in questo corso studiamo tre macro-argomenti:

a) Introduzione al concetto di produzione & Decisioni nella

produzione:

1. Introduzione

2. Decisioni nella produzione

b) I principali componenti del sistema di produzione:

3. Controllo numerico computerizzato (CNC)

4. Applicazioni del CNC

5. Robotica industriale

6. Sistemi di Material Handling

c) Le principali soluzioni dei sistemi di produzione:

7. Linee di produzione e/o di assemblaggio

8. Sistemi di produzione flessibili

NB: questo corso ci fornisce gli elementi tecnici per poter prendere

delle decisioni relative alla produzione.

In generale, le decisioni da prendere relativamente alla produzione

sono basate su 4 elementi:

Costo

• Tempo

• Produttività: input/output

• Flessibilità: capacità di realizzare prodotti diversi

• Qualità: conformità all’uso

•

Per prendere le decisioni dobbiamo essere in grado di quantificare

questi aspetti.

Introduzione e decisioni

Capitolo 1: La produzione e l’automazione

Definizione di produzione

Il termine produzione si può definire tramite due punti di vista

differenti:

Punto di vista tecnico: con il termine produzione si intende

• l’insieme dei processi che ci permettono di trasformare i

materiali di partenza in prodotti finiti da vendere nel mercato.

La trasformazione avviene grazie all’utilizzo di:

Manodopera: operai

o Macchine: trapani, saldatrice, ecc…

o Utensili: punta elicoidale, torcia, ecc…

o Energia: elettrica, metano, ecc…

o Informazioni: ciclo di lavorazione dei componenti, ciclo di

o vita del prodotto, ecc…

La produzione si può dunque sintetizzare con il seguente schema:

Da tale schema si capisce che l’output della produzione non è

solamente il prodotto finito (detto anche materiale trasformato)

ma anche:

Scarti: sono i prodotti finiti che non rispettano le specifiche

o Sfridi: è il materiale rimosso per ottenere il prodotto finito.

o Ad esempio: le materozze nella fonderia o il truciolo

Energia: ad esempio l’energia termica che il prodotto finito

o ha al termine della sua produzione.

Non sempre questa energia si può recuperare per essere

riutilizzata

Informazione: sul livello qualitativo del prodotto e del

o processo.

Per ottenere le informazioni bisogna prendere delle misure.

Punto di vista economico: la produzione rappresenta la

• trasformazione di materiali in prodotti con maggiore valore di

mercato.

La trasformazione si ottiene mediante i processi produttivi.

La produzione si può dunque sintetizzare con il seguente schema:

Dallo schema si nota che il valore del prodotto è dato dalla

somma di:

Valore dei materiali di partenza

o Valore dei processi produttivi

o

Per WIP si intende Work In Process, cioè materiale in

trasformazione.

Il WIP è un costo per l’azienda perché non può essere messo nel

mercato.

Per tale motivo bisogna minimizzarlo tenendo conto però che può

aiutare quando ci sono guasti nei processi perché evita l’arresto

della produzione.

Classificazione della produzione

La produzione si può classificare attraverso diversi metodi.

Noi vediamo la classificazione della produzione a tre assi cartesiani:

Asse del mercato: la produzione viene classificata in base alla

• modalità di vendita:

Produzione su commessa: si produce un

o prodotto già venduto.

La commessa può essere singola (una volta

prodotta non viene più prodotta) o ripetuta (si

produce in maniera sistematica, cioè in

maniera periodica).

Produzione a magazzino: si produce prima di

o ricevere l’ordine sulla base di previsioni di

mercato.

Asse tecnologico:

• Produzione per parti: il prodotto finale è

o costituito da un numero finito di parti (anche

dette componenti o prodotti discreti).

Questa produzione è anche detta

manifatturiera poiché consiste nel fabbricare

le varie parti e poi assemblarle.

Questo tipo di produzione permette di

disassemblare le varie parti. Questo è un

aspetto molto importante per l’impatto

ambientale perché in questo modo i vari

componenti possono essere:

Riutilizzati: cioè montati su nuovi

▪ prodotti

Rilavorati:

▪ Riciclati: si recupera la materia prima del

▪ componente

Smaltiti:

▪

Nella produzione manifatturiera ricoprono un

ruolo cruciale:

Fabbricazione: l’insieme delle lavorazioni

▪ che modificano la forma e le dimensioni

del materiale di partenza

Assemblaggio: l’insieme delle operazioni

▪ di montaggio dei componenti per

realizzare il prodotto finale

Produzione per processo: gli elementi originali

o costituenti il prodotto finale non sono

facilmente identificabili.

Questa tipologia di produzione non permette

di risalire agli elementi di partenza.

Asse gestionale: la produzione viene classificata in base al volume

• di produzione: Produzione unitaria: si produce una singola

o unità di prodotto.

Le macchine utilizzate sono versatili perché

devono realizzare pochi prodotti diversi ma la

manodopera è specializzata.

Vi è necessità di programmare e attrezzare le

macchine prima di produrre il nuovo prodotto.

Questo incide sul costo del prodotto.

La produzione unitaria può essere singola o

ripetuta.

Il layout (cioè la disposizione delle macchine)

può essere di due tipologie a seconda della

dimensione del prodotto:

Layout a posizione fissa: il prodotto che

▪ si realizza sta in una posizione fissa e

pertanto sono le macchine e la

manodopera che si spostano verso di

esso per realizzarlo.

Tale layout riguarda prodotti di elevate

dimensioni.

Layout per reparto (o per processo): un

▪ impianto di produzione è spesso diviso in

reparti. Ogni reparto è caratterizzato

da macchine che realizzano la stessa

tipologia di processo.

In questo caso il prodotto passa nei vari

reparti per essere realizzato.

Tale layout riguarda prodotti di

piccole/medie dimensioni.

In generale la produzione unitaria è

caratterizzata da 1-100 parti l’anno.

Produzione per lotti: si producono lotti di

o produzione, ovvero un quantitativo di un

prodotto.

Le macchine utilizzate sono versatili perché

devono realizzare lotti diversi ma la

manodopera è specializzata.

Vi è necessità di programmare e attrezzare le

macchine prima di produrre il nuovo lotto.

Questo incide sul costo del prodotto.

La produzione per lotti può essere singola o

ripetuta.

Il layout tipicamente è per reparto.

In generale la produzione per lotti è

caratterizzata da 100-10000 parti l’anno.

Produzione cellulare: si producono

o simultaneamente prodotti diversi senza

perdite di tempo per la programmazione e

l’attrezzaggio delle macchine perché questi

prodotti sono simili, cioè appartengano alla

stessa famiglia di produzione.

Problemi:

Necessita di un sistema capace di

▪ riconoscere le diverse parti qualora non

ci fosse l’operatore.

Necessita di apparecchiature che

▪ possono cambiare il setup in tempi

“zero”.

Il layout è cellulare (cella di produzione), cioè

nel sistema di produzione ci sono solo le

macchine che servono per realizzare tutte le

parti appartenenti alla stessa famiglia.

Tale produzione è molto complessa e molto

costosa anche se comporta vantaggi enormi.

In generale la produzione cellulare è

caratterizzata da 100-10000 parti l’anno.

Produzione di massa: si producono grandi

o quantità di una stessa tipologia di prodotto

oppure una gamma limitata di prodotti molto

simili tra loro.

Nella produzione di massa si ha bisogno di una

domanda elevata e stabile nel tempo per

avere un ritorno economico dagli ingenti

investimenti che si fanno.

Nella produzione di massa ci vogliono

macchine dedicate (e con velocità di

produzione elevata) e una manodopera (se

presente) non specializzata.

In generale la produzione di massa è

caratterizzata da 10000-1milione parti l’anno.

La produzione di massa può essere:

A quantità: consiste nella produzione di

▪ singole parti (o componenti).

Si utilizzano macchine standard ma

equipaggiate da attrezzature specifiche

per lo specifico prodotto.

Il layout è per reparto.

A flusso: il sistema di produzione è

▪ caratterizzato da diverse stazioni

disposte secondo una sequenza dettata

dal ciclo di assemblaggio (o

fabbricazione) del prodotto.

Le stazioni sono caratterizzate da

macchine dedicate e/o da manodopera

dotata di strumenti specifici.

NB: se cambia il prodotto, cambiano le

stazioni. Infatti, tale sistema si utilizza

per: Linee a modello singolo: si

o realizza un prodotto

Linee a modello misto: si

o realizzano prodotti diversi ma

molto simili tra loro (ad

esempio le automobili)

Il layout è per prodotto:

Riassumendo, la classificazione della produzione in base all’asse

gestionale ci permette di suddividere la produzione in base alla

varietà e al volume di prodotti che si realizzano:

Definizione di sistema di produzione

Il sistema di produzione si può definire mediante due punti di vista:

1) Tecnico: il sistema di produzione è l’insieme di elementi

collegati tra loro da un flusso comune di materiali e

informazioni per realizzare la produzione (cioè i processi

produttivi).

Tali elementi sono:

Manodopera

o Macchinari

o Utensili

o Magazzini

o Dispositivi di trasporto

o Dispositivi di posizionamento

o Sistemi computerizzati

o

2) Economico: il sistema di produzione è quel sistema che

permette di realizzare l’aggiunta di valore al materiale di

partenza.

Definizione di integrazione

Con l’integrazione nei sistemi di produzione intendiamo l’integrazione

dei vari elementi che costituiscono il sistema di produzione.

L’integrazione permette di eliminare (o comunque ridurre):

Le manipolazioni fisiche: cioè il passaggio delle parti (i

• componenti)

Le manipolazioni informatiche: cioè il passaggio delle informazioni

•

NB: la piena integrazione richiede grandi investimenti

Si possono integrare:

Gli elementi di un sistema di produzione

• I sotto-sistemi di produzione di un sistema di produzione

• Più sistemi di produzione

•

Definizione di automazione

Con automazione si intende l’applicazione di sistemi per attuare e

controllare la produzione in sostituzione all’uomo.

I sistemi che si applicano sono:

Sistemi meccanici

• Sistemi elettronici

• Sistemi computerizzati

•

L’automazione riguarda principalmente il sistema di produzione ma

anche il sistema di supporto alla produzione: cioè le operazioni di

progettazione, controllo produzione, programmazione produzione,

ecc… .

Noi ci concentriamo sull’automazione che riguarda il sistema di

produzione.

Per quanto riguarda l’automazione che riguarda il sistema di supporto

alla produzione bisogna ricordarsi che alcuni esempi di sistemi

computerizzati sono: CAD (per svolgere la progettazione), CAM (per

svolgere le operazioni) e CAPP (per svolgere la programmazione).

Sistemi di produzione automatizzati

I sistemi di produzione automatizzati sono quei sistemi che operano

nella fabbrica sul prodotto fisico (tramite operazioni di processo, di

assemblaggio, di movimentazione, di immagazzinamento e di ispezione)

senza la partecipazione dell’uomo (o comunque riducendola).

Forme di automazione

Esistono tre tipologie di automazione:

1) Automazione fissa (o rigida): nella automazione fissa le

operazioni e la loro sequenza sono definite dalla configurazione

e dalla disposizione delle apparecchiature utilizzate per

realizzare la produzione di un determinato prodotto.

Quindi si chiama fissa perché la disposizione e la

configurazione delle apparecchiature dipende dal prodotto che

si deve realizzare.

Le operazioni da eseguire sono semplici.

La complessità di questi sistemi deriva dal fatto che bisogna

coordinare una moltitudine di operazioni.

L’automazione fissa è:

Molto costosa: necessita di un investimento iniziale elevato

o perché le macchine automatizzate devono essere dedicate.

Tale investimento è giustificato dal fatto che si hanno

grandi volumi di produzione.

Molto produttiva: perché le macchine automatizzate sono

o dedicate e quindi caratterizzate da una elevata velocità di

produzione.

Poco flessibile: perché non è in grado di realizzare prodotti

o diversi.

Due esempi di sistemi di produzione automatizzati in modo

rigido sono:

Linee di flusso (flow lines)

o Linee di assemblaggio (assembly lines)

o

2) Automazione programmabile: nella automazione programmabile

le apparecchiature che si utilizzano sono “multi-tasking”, cioè

sono capaci di cambiare facilmente la sequenza delle operazioni

e gli utensili necessari per la realizzazione di prodotti diversi.

La sequenza delle operazioni sono programmate.

Ogni prodotto ha un suo programma, cioè una sequenza di

operazioni che le apparecchiature svolgono.

È molto semplice preparare un programma.

L’automazione programmabile è:

Molto costosa: necessita di un investimento iniziale elevato

o perché le apparecchiature “multi-tasking” sono molto

complesse e pertanto molto costose. Tale investimento è

giustificato dal fatto che si hanno grandi volumi di

produzione ovviamente ottenuti da prodotti diversi.

Poco produttiva: perché le apparecchiature sono in grado di

o svolgere tante operazioni diverse ma non con la velocità

delle apparecchiature dedicate (confronto specialista VS

deca-atleta).

Molto flessibile: perché permette di realizzare prodotti

o diversi.

L’automazione programmabile viene utilizzata per la produzione

di volumi di produzione medio-bassi (nella produzione per lotti).

Esempi di sistemi di produzione automatizzati in modo

programmabile sono:

Macchine utensili a controllo numerico

o Robot industriali

o Sistemi a controllo numerico distribuito

o

3) Automazione flessibile: l’automazione flessibile è una

estensione dell’automazione programmabile.

In particolare, un sistema di produzione automatizzato in modo

flessibile è in grado di produrre una gamma di prodotti simili

(cioè appartenenti alla stessa famiglia) senza perdite di tempo

dovute nel passaggio da una tipologia all’altra.

Pertanto, tale forma di automazione si utilizza per la

produzione cellulare.

L’automazione flessibile è:

Molto costosa: necessita di un investimento iniziale elevato

o perché le apparecchiature sono molto complesse e pertanto

molto costose. Tale investimento è giustificato dal fatto che

si hanno grandi volumi di produzione ovviamente ottenuti da

prodotti diversi ma appartenenti alla stessa famiglia (cioè

simili).

Abbastanza produttiva: perché le apparecchiature sono in

o grado di svolgere tante operazioni diverse ma non con la

velocità delle apparecchiature dedicate (confronto

specialista VS deca-atleta).

Abbastanza flessibile: perché permette di realizzare

o prodotti diversi ma appartenenti alla stessa famiglia (cioè

simili)

NB: l’automazione flessibile prende questo nome non perché è

abbastanza flessibile nel realizzare prodotti diversi (ma

appartenenti alla stessa famiglia); ma perché l’automazione

flessibile consente al sistema di produrre in modo continuo un

mix di prodotti variabili.

Esempi di sistemi di produzione automatizzati in modo

flessibile sono:

Sistemi di produzione flessibili (FMS: Flexible

o Manufacturing System)

Sistemi di assemblaggio flessibili (FAS: Flexible Assembly

o System)

Forme di automazione nei sistemi di produzione

In base alla varietà e al volume di prodotti che si realizzano, siamo in

grado di stabilire quali forme di automazione implementare nei vari

sistemi di produzione:

Se abbiamo a che fare con la produzione di massa, allora

• possiamo implementare l’automazione fissa (o rigida)

Se abbiamo a che fare con la produzione unitaria (yacht o

• stampi), allora possiamo implementare l’automazione

programmabile.

Il motivo per cui lo facciamo dipende dal fatto che le operazioni

da svolger