Appunti GII elaborati con schemi e spiegazioni

Appunti di gestione degli impianti industriali A.A. 2020/21

Prof. Francesco Costantino

Supply chain management

Il valore per il cliente e la massima redditività sono aspetti fondamentali nel mercato e questi possono essere raggiunti esclusivamente attraverso un approccio di network ovvero di gestione degli obiettivi di filiera attraverso il concetto di supply chain management. Questa filosofia di gestione vede la filiera come un'unità singola piuttosto che un insieme di elementi separati ognuno con la propria funzione. In questo modo è possibile riconoscere l'impatto diretto e indiretto di ogni attore della filiera verso il cliente finale.

Per capire come migliorare le prestazioni della supply chain vengono identificati i cosiddetti driver di performance, ovvero le leve su cui agire:

• Infrastrutture: siti produttivi e magazzini
• Scorte: MP, WIP e PF
• Trasporti: trasferimento delle scorte lungo la filiera
• Informazioni: Dati e analisi relative infrastrutture, scorte, trasporti e clienti

Infrastrutture

Componenti decisionali:

• Ubicazione (dove?): Ad esempio l'azienda può raggiungere economie di scala producendo e stoccando tutto in un unico sito (centralizzazione), in questo caso la riduzione dei costi avviene a spese della vicinanza del cliente. D'altro canto, l'aumento del numero dei siti (decentralizzazione) riduce l'efficienza. La scelta delle ubicazioni influisce anche sul costo della manodopera e la vicinanza al resto della filiera.
• Capacità (quanto?): Un esempio può essere quello di scegliere di realizzare tutte quante le componenti all'interno dei singoli siti sparsi nel territorio. Oppure suddividere la produzione dei componenti tra i siti con il vantaggio relativo dell'economia di scala (produco tanto di un solo componente riduco i costi) e lo svantaggio legato ai trasporti così come alla sincronizzazione tra i vari siti.
• Strategie di gestione della produzione (come?): Ad esempio quanto faccio grande un lotto o come pianifico la mia produzione.
• Strategie di gestione dei materiali (come?): Utilizzo di particolari tecniche per la gestione di materie prime o prodotti finiti nell'ottica di prevedibilità della fornitura (richiesta o effettuata).

Scorte (impianti)

Un magazzino con molta scorta è più pronto a rispondere al mercato tenendo meglio le oscillazioni, permettendo a chi sta prima di me nella filiera di fare le sue scelte senza preoccuparsi delle oscillazioni di domanda. Un magazzino piccolo invece fa sì che la produzione debba essere molto più reattiva per soddisfare le richieste del cliente.

Componenti decisionali:

• Livello di scorta base: La quantità media di scorte che prevedo di avere, al netto delle oscillazioni di riordino (Andamento a gradini costanti).
• Livello di scorta di sicurezza: Necessario per contrastare livelli di domanda imprevedibili.
• Livello di scorta stagionale: Livello che viene istituito per contrastare una variabilità prevedibile della domanda. Ad esempio, accumulando nei periodi di bassa domanda in vista dei periodi di maggiore richiesta.
• Strategie di approvvigionamento: Tecniche e regole per garantire quei livelli di scorta. Ad esempio, la frequenza di controllo del livello in magazzino oppure scegliere e sviluppare l'attività all'interno dell'azienda o all'esterno (make or buy).

Trasporti

Componenti decisionali:

• Mezzi di trasporto: aereo, gomma, ferrovia, acqua, in funzione della velocità, dei costi e delle dimensioni del carico.
• Reti e percorsi: L'insieme dei luoghi e dei cammini da percorrere per raggiungere gli attori del network (problema del commesso viaggiatore).
• Outsourcing: Effettuare le attività di trasporto internamente all'azienda o affidarsi a dei servizi esterni.

Informazioni

Componenti decisionali:

• Push vs Pull: Sistemi di gestione Push richiedono dati conformi a standard definiti per creare i piani di produzione definendo quantità e date di consegna per ogni prodotto; i sistemi Pull richiedono dati sulla domanda così da allineare la filiera al suo andamento (un'azienda lontana dal POS non conosce la domanda).
• Livello di condivisione delle informazioni: Coordinamento tra tutti gli attori della filiera massimizzando la redditività totale piuttosto che quella della singola azienda.
• Previsione e pianificazione: Ad esempio mi interessa sapere il piano di produzione dell'azienda a cui vendo e il livello di magazzino MP. Allo stesso tempo lei vuole sapere il mio magazzino PF e il mio piano di produzione.
• Gestione dei prezzi e del profitto: L'azienda deve comprendere l'impatto del pricing in funzione delle politiche adottate. Ad esempio, sapere se il mio cliente sta facendo degli sconti, avrò un picco di domanda perché farà un grosso ordine ora, ma non comprerà dopo.
• Tecnologie abilitanti: Esistono differenti tipi di tecnologie informatiche per diffondere e condividere le informazioni lungo la filiera.

Prestazioni dei sistemi di produzione

Inizialmente bisogna analizzare produttività e capacità produttiva per definire alcune distinzioni.

Produttività: Risponde alla domanda: "quanto posso produrre?". Detta anche potenzialità produttiva è il ritmo atteso di generazione di prodotti e si misura come: P = q/t. "t" può rappresentare un tempo teorico o un tempo effettivo, la differenza è tra quanto posso produrre e quanto produco realmente. Infatti, nella realtà il tempo di produzione non è tutto utilizzato per la produzione stessa.

Capacità produttiva: Indica la quantità massima di produzione all'interno di un arco temporale reale: Cp=P*t(reale). Quindi nei prossimi capitoli ragioneremo proprio sul tempo per distinguere il teorico dall’effettivo.

Produttività e tempi di una linea

Quindi possiamo fare un esempio prendendo in considerazione la formula della produttività vista prima: Come risulta chiaro dall'immagine nel momento in cui parlo di produttività devo distinguere la produttività della singola stazione o la produttività della linea. All'interno di questo capitolo infatti parleremo di produttività (P), tempo di attraversamento (TA) e tempo a valore aggiunto (Tva). Ognuno di questi può essere associato a diversi orizzonti (in ordine di grandezza): un'operazione, una macchina, una stazione, un reparto, una linea, un impianto. Per calcolare questi valori su una linea prendiamo in esame il seguente disegno: Abbiamo quindi introdotto un altro valore del tempo, il tempo ciclo (Tcl), che non è altro che il reciproco della produttività. Inoltre, abbiamo introdotto anche l'indice di flusso (IF), ovvero il rapporto tra TA e Tva. Valori molto buoni sono quelli inferiori a 5.

Produttività di mix

Se una linea produce un prodotto A e un prodotto B io avrò rispettivamente P(a), P(b), TA(a), TA(b), Tcl(a), Tcl(b), etc. Stesso discorso vale per più di 2 prodotti. Introduciamo il concetto di ritmo standard RS=q/TS, è evidente che si tratti di una produttività in quanto abbiamo il rapporto tra quantità e tempo, ma una produttività che tiene in considerazione delle perdite di tempo standardizzate. Ora inseriamo gli indici per considerare un i-esimo prodotto. Se ho n prodotti avrò: Utilizzerò la formula 1 o la formula 2 in funzione nel problema posto, ovvero riguardo alla quantità o al tempo. Di seguito un esempio di grafico della produttività di mix:

OEE (Overall Equipment Effectiveness)

Il tempo considerato fino ad ora nella produzione è solamente una porzione del tempo a disposizione. Studi hanno identificato sei grandi perdite di tempo raggruppate in tre gruppi:

• Perdite di tempo misurabili: Guasti: la risorsa non è disponibile. Setup: la risorsa è ferma per attrezzaggio.
• Perdite non misurabili (di velocità): Microfermate: breve fermata di controllo. Perdite di velocità: rispetto alla velocità massima che posso ottenere (ad esempio velocità a regime diversa da velocità di avvio).
• Perdite per difetti (di qualità): Scarti: viene prodotto un pezzo non può essere venduto. Rilavorazioni: Tempo in più per far sì che un pezzo non conforme lo diventi.

Tutti questi aspetti rientrano nel calcolo del tempo totale disponibile. Ricordando la formula q = P*t capire in questo tempo t quanti prodotti si riescono realmente a produrre e quindi da fornire al mercato, tirando fuori tutte le perdite di tempo appena viste. Per fare questo si utilizza l'indice di efficacia globale OEE. Il seguente grafico rappresenta l'analisi e la classificazione dei tempi produttivi:

• Chiusura dell'impianto: tempo non disponibile alla produzione
• Fermate pianificate e cause esterne: tempo per manutenzione, pulizia, scioperi
• Fermate misurabili: setup: non è tra le pianificate perché l'attrezzaggio è relativamente breve. Guasti: 2 parametri diffusi sono il MTTF (mid time to failure) tempo statistico su ogni quanto ho un guasto e il MTTR (mid time to repair) tempo medio impiegato per riparare il guasto
• Perdite di velocità e microfermate: Velocità di avvio e velocità di regime, interruzione per inceppamento
• Scarti e rilavorazioni: Tempo perso per prodotti non vendibili o per renderli vendibili

Indice di efficienza

In merito a quanto analizzato possiamo introdurre dei coefficienti, di fatto sono dei rapporti tra un tempo e l'altro per evidenziare elementi specifici.

Efficienza di carico

Utilizzato per capire quanto la linea è stata caricata correttamente, L (load):

Disponibilità

Utilizzato per capire quanto l'impianto è disponibile, ovvero si può produrre, A (availability):

Efficienza delle prestazioni

Ep (efficiency performance): Sappiamo che il tempo operativo netto equivale al tempo standard per il numero di pezzi buoni, di scarti e di rilavorazioni. Quindi possiamo scrivere:

Tasso di qualità

Q (quality): Per lo stesso ragionamento fatto sopra il tempo operativo netto a valore aggiunto equivale al tempo standard per il numero di pezzi buoni. Quindi possiamo scrivere:

Calcolo OEE e TEEP

L'OEE mette insieme gli elementi sopracitati. Sarà quindi OEE = A * Ep * Q, ovvero: Un altro indice importante è il TEEP (Total Effective Equipment Performance), condizione in cui viene preso in esame anche l'efficienza di carico (L), quindi TEEP = L * A * Ep * Q, ovvero: Conoscere l'OEE e i termini che lo compongono aiuta a comprendere come migliorare la capacità produttiva, monitorando per identificare le opportunità di miglioramento. Quando l’OEE è basso, quindi un risultato negativo, si vanno ad analizzare i singoli termini, quindi gli indici.

Calcolo della capacità produttiva

Ricordando che la capacità produttiva è data al prodotto della produttività con il tempo reale possiamo scrivere: Prendendo in considerazione le formule del OEE e del TEEP e calcolandone le inverse possiamo sostituire il tempo operativo a valore aggiunto nei seguenti modi: Se vogliamo considerare anche il tempo di apertura dell'impianto possiamo scrivere: Se vogliamo considerare anche il tempo di carico possiamo scrivere:

Gestione delle scorte (magazzini e materiali)

Tipologie di scorte

Possiamo classificare le scorte in:

• Materie prime (MP): materiali che non hanno ancora subito alcuna lavorazione
• Work in progress (WIP): materiale che ha subito parte della lavorazione complessiva. È importante ricordare la seguente relazione P * TA = WIP e come il variare di uno dei termini influenzi gli altri due
• Prodotti finiti (PF): prodotto ottenuto al termine delle lavorazioni

In questo capitolo parleremo solo di materie prime e prodotti finiti e di magazzini ad essi collegati. Possiamo rappresentare un magazzino in analogia con il serbatoio in figura: Il vantaggio di fare magazzino delle materie prime, ad esempio, è che mi abbatte i costi d'acquisto, comprando in stock risparmio sul prezzo unitario e sui trasporti. Un altro esempio può essere la stagionalità, nel caso di prodotti finiti accumulerò nel periodo di bassa domanda per decumulare durante l'alta domanda (prodotti per lo sci). Questo mi permette di mantenere una produzione costante nel tempo: Per quanto riguarda le materie prime un esempio legato alla stagionalità potrebbe essere quello del minestrone surgelato dove si accumulano le verdure durante la stagione per poter vendere il prodotto anche fuori stagione.

Quindi risulta evidente come un magazzino sia fondamentale, sia per interruzioni di approvvigionamento, sia per interruzioni di domanda. Di seguito possiamo elencare 5 motivi per cui si dovrebbe fare scorta:

1. I tempi di processo: alcuni prodotti necessitano di un magazzino per la produzione stessa del bene, si pensi alla stagionatura dei formaggi e dei salumi, degli alcolici e superalcolici.
2. Eventi incerti: fronteggiare l'imprevedibilità della domanda e dell'approvvigionamento, nonché della produzione (guasti, scioperi o particolari condizioni atmosferiche) mantenendo una pianificazione e programmazione della produzione adeguata e costante nel tempo.
3. Qualità: oltre alla disponibilità della materia prima per motivi stagionali potrebbe esserci anche quello della qualità, un determinato prodotto è di qualità superiore soltanto in alcuni periodi dell'anno.