Appunti Programmazione e Controllo della Produzione

Programmazione e controllo della produzione

Introduzione

Il modello del tetraedro sottolinea l’importanza del bilanciamento di quattro attributi: costi, tempo, qualità e flessibilità. È una questione di trade-off perché non possiamo ottimizzare tutti gli attributi contemporaneamente. Riducendo i costi, aumentiamo i profitti; riducendo i tempi miglioriamo la tempestività con cui rispondiamo alla domanda; migliorando la flessibilità rendiamo le macchine adatte a lavorare un maggior numero di prodotti diversi. Possiamo passare più velocemente da una produzione all’altra e soddisfare le richieste di più clienti; aumentando la qualità possiamo più facilmente rientrare nelle tolleranze (valore nominale ± scostamento).

Scelte di programmazione

Le scelte di programmazione avvengono su più livelli:

• Livello strategico: Si stabiliscono gli obiettivi produttivi, cioè cosa produrre (codici prodotto), quanto produrre (quantità), e quando produrre (periodi).
• Livello tattico: Si ragiona su come realizzare gli obiettivi con le risorse a disposizione. Scomponendo la distinta base dei codici prodotto, capisco se esistono macchine e know-how per le lavorazioni, reperiscono i materiali, organizzo la produzione sulle macchine iniziando con un orizzonte temporale settimanale.
• Livello operativo: È il livello esecutivo. Si producono oggetti operando trasformazioni. In questa fase si effettuano i controlli sulla qualità e sugli obiettivi imposti precedentemente, cercando di ridurre il numero di scarti di prodotti che non soddisfano le specifiche.

Anche dal punto di vista della suddivisione spaziale, abbiamo una divisione su più livelli: impianti, reparti e macchine.

Qualità

Di un impianto produttivo: Si intende la qualità di gestione di un impianto. Con gestione dell’impianto ci riferiamo al dimensionamento massimo dell’impianto, del layout e del numero di macchine, dell’allocazione statica delle risorse.

Di un processo produttivo: Per la programmazione ci riferiamo alla capacità produttiva e al dimensionamento e ottimizzazione del sistema; è uguale alla gestione dell’impianto, ma per i singoli processi e lavorazioni/operazioni che caratterizzano i processi. Per controllo intendiamo la stabilità del processo e la capacità del processo. Dato un valore target, un LSL e USL (limite superiore e inferiore), il processo è sotto controllo se la gaussiana di produzione è centrata nel target di produzione ed è contenuta nella banda di tolleranza fissata dal progettista tra LSL e USL. Il processo deve essere supervisionato nel tempo, per verificare se nel tempo si modifica in seguito all’azione di agenti esterni→ stabilità nel tempo.

Per ogni codice prodotto bisogna capire le funzioni in base alle quali definiamo le specifiche del prodotto. Progettiamo il ciclo produttivo, operazioni annesse, conducendo delle simulazioni sulle macchine stesse perché testato le macchine possiamo capire se gli obiettivi qualità sono raggiungibili.

Programmazione

Sfrutto la distinta base per capire quali sono i materiali da acquistare/trasformare. La quantità da acquistare è considerata come quantità aggregata dalla somma delle richieste di tutti i codici prodotti per lo stesso periodo. Inoltre, bisogna definire il corretto dimensionamento (lot sizing) per diminuire il più possibile il tempo di set-up e fare lo scheduling delle attività produttive sulle macchine.

Controllo

Idealmente potrei controllare tutti i prodotti, ma essendo troppo costoso, non viene fatto quasi mai. In genere si fa un controllo a campione per capire se il processo è sotto controllo.

Lista di termini collegati alla produzione

• Sistema o processo produttivo: Indica generalmente una rete di stazioni di lavoro collegate da mezzi di trasporto (ad es. nastri trasportatori, carrelli) per i pezzi da lavorare o assemblare. In tale rete i pezzi vengono movimentati lungo percorsi (routings) affinché subiscano le operazioni di lavorazione e assemblaggio che, in sequenza, li trasformano in prodotti finiti. La sequenza delle operazioni da eseguire è definita dal «ciclo di produzione».
• Stazione di lavoro (Workstation): Indica un insieme di una o più macchine utensili che svolgono essenzialmente le stesse operazioni.
• Pezzo (Part): Con questo termine generico si indicano sia materie prime, che parti di prodotto (assemblati), componenti (pezzi singoli che vengono assemblati in un prodotto più complesso), prodotti finiti.
• Materie prime (Raw Material): Parti acquistate all’esterno dell’impianto che si sta analizzando.
• Prodotto finito (End-Item): Parte venduta direttamente al cliente, sia essa un pezzo singolo o un assemblato. La relazione tra gli end-item e le sue parti componenti è indicata nella «distinta base» (Bill of Material, BOM).
• Materiali di consumo o di supporto (consumable): Prodotti e materiali utilizzati per il funzionamento delle workstation ma che non entrano a far parte del prodotto e non sono quindi presenti nella BOM (ad es. lubrificanti, utensili, carburanti, etc).

Lista di termini collegati alla gestione della produzione

• Percorso (Route o Routing): Sequenza di workstation che vengono utilizzate in successione per la produzione di un dato prodotto finito. Nel caso di una linea di produzione, ogni percorso inizia e finisce in corrispondenza di un punto di stoccaggio, di materie prime e di prodotti finiti.
• Magazzino materiali (Raw Material Inventory, RMI): Punto in cui viene stoccato il materiale all’inizio della linea.
• Magazzino o Buffer (Crib o Finished Good Inventory, FGI): Punto in cui viene stoccato il materiale alla fine della linea (Nello specifico con Crib si indica il magazzino intermedio, mentre con FGI si indica il magazzino finale).
• Ordine di produzione (Order): Richiesta da parte di un cliente di un particolare prodotto finito, in una certa quantità da consegnare ad una data precisa.
• Lotto (Job): Insieme di materiali – materie prime e componenti – che attraversa la linea associato ad un ordine di produzione e definito dal BOM che specifica quale prodotto finito venga ottenuto dalla sua lavorazione.

Lista di termini collegati alla gestione della produzione che ne misurano l’efficienza o l’efficacia

• Tempo di attraversamento (Lead Time): Tempo assegnato per la produzione di un job sulla linea. Rappresenta il tempo complessivo di «risposta», ossia il tempo di reazione dell’azienda a soddisfare una richiesta del cliente sia che essa riguardi un nuovo prodotto o un prodotto già esistente. Può, quindi, essere relativo a tutti i tipi di cicli che si possono incontrare in un’industria manifatturiera (degli ordini, della progettazione, della produzione, della distribuzione, di fornitura) e può essere considerato in termini cumulati.
• Tempo di flusso (Flow Time, FT): Tempo medio che intercorre tra il rilascio di un job all’inizio della linea, ossia l’istante di inizio lavorazione del job stesso, e la consegna dei prodotti finiti al punto di stoccaggio al termine della linea [misurato in unità di tempo].
• Produzione (Throughput, TH): Quantità media di prodotti finiti completati nell’unità di tempo dal processo produttivo [misurato in pezzi/tempo]; si intende che i prodotti siano «senza difetti», ossia tali da superare i test di qualità usati dal cliente al momento dell’accettazione dell’ordine eseguito.
• Stoccaggio interno (Work In Process, WIP): Materiale mediamente presente nella linea [misurato in numero di pezzi]

Sistemi di produzione manifatturiera

Schema generale di flusso logistico

La prima fase è quella dello Sviluppo prodotto. La filiera produttiva parte dal cliente. Con delle indagini definiamo le caratteristiche principali del prodotto da realizzare, ovvero definiamo una scheda prodotto in cui sono contenute le sue caratteristiche e le fasi per la produzione. Tra le varie informazioni abbiamo anche la distinta base. Tutte le informazioni vengono raccolte in un archivio prodotto.

La seconda fase è quella di Acquisto: abbiamo chiare le materie prime da acquistare e i componenti che non vogliamo produrre internamente, ma da acquistare dall’esterno e da assemblare internamente. Per approvvigionamento intendiamo tutti i materiali che occorrono per la produzione, anche i cosiddetti consumabili (es. olio, utensili etc.). Tutti i materiali acquistati vengono poi immagazzinati.

La terza fase è quella di Produzione, in cui si prelevano dal magazzino i materiali occorrenti. Si divide in fabbricazione ed assemblaggio. Per fabbricazione intendiamo la modifica di almeno una delle proprietà del materiale come la forma, la resistenza e le proprietà meccaniche, la superficie etc. Invece per assemblaggio intendiamo l’unione di due o più parti per ottenere il prodotto finale o altri prodotti intermedi. Potrebbe essere presente solo una delle due fasi nella produzione. Il prodotto finito e i componenti vengono disposti in appositi magazzini ai piedi delle due fasi. Il magazzino dei prodotti finiti dell’industria è il magazzino centrale, il quale rifornirà i magazzini periferici che si trovano lungo le tratte di distribuzione.

Il tutto si richiude intorno al cliente finale, perché è il motore della filiera.

La classificazione dei sistemi produttivi

La classificazione dei sistemi produttivi può essere fatta in base alla:

• Modalità con cui si risponde alla domanda di mercato
• Modalità con cui si realizza il volume produttivo
• Modalità con cui si ottiene il prodotto finito

Modalità con cui si risponde alla domanda di mercato

La prima modalità può essere divisa in due: su commessa o su catalogo. La fase di progettazione potrebbe essere più o meno onerosa. Con la modalità a catalogo occorre fare delle previsioni sui lotti di produzione, invece per commessa ho un contratto che specifica tipologie e quantità dei prodotti. Possiamo ulteriormente distinguere il tipo di produzione: su ordine o su previsione delle vendite, e il tipo di prodotto: standard o su specifica del cliente. La produzione a catalogo può essere sia su ordine che su previsione delle vendite, in genere dipende dal tipo di prodotto, per prodotti più costosi e personalizzabili si preferisce produrre su ordinazione.

Invece la produzione su commessa prevede una produzione su ordine per prodotti customizzati. Si distingue tra prodotti caratterizzati o differenziati. I prodotti differenziati sono progettati ex-novo in base alle richieste del cliente invece i prodotti caratterizzati, sono prodotti che l’impresa conosce e sa fare bene, ma che deve adattare alla singola commessa, in genere è una commessa con prodotti caratterizzanti è ripetitiva, ma potrebbe anche essere una tantum.

Invece la produzione su commessa per prodotti differenziati è una commessa singola, perché si verifica in una sola occasione e non è detto che ci sarà un’azienda che richiederà un prodotto con le stesse caratteristiche. L’attrezzatura dedicata utilizzata per commesse ripetitive in genere è del cliente (es. stampe per il logo).

DTS (delivery to stock): producono e distribuiscono su previsione

DTO (delivery to order): producono su previsione e distribuiscono su ordine, o perché possono essere customizzati o per motivi di spazio non possono essere consegnati.

ETO (engineer to order), PTO (purchase to order), MTO (make to order), ATO (assemble to order): Si differenziano in base a partire da quale fase passiamo dalla previsione all’ordine, per tutti sia la produzione che la distribuzione sono fatte su ordine. Maggiori sono le attività su previsione e maggiore sono i dati e le informazioni che l’impresa deve avere a disposizione, si basa su serie storiche. Il tempo di consegna aumenta man mano che aumentano le attività svolte su ordine.

Modalità con cui si realizza il volume produttivo

La continuità del flusso produttivo è definita dalla frequenza con cui cambia la sequenza di prodotti finiti in uscita e materie prime in ingresso. Se non ci sono alternanze di materie prime e di corrispondenti prodotti finiti, la continuità è alta, altrimenti è media o bassa. Incrociando la continuità del flusso con la ripetitività delle operazioni, possiamo distinguere una produzione a prodotto singolo, a lotti e a flusso.

Per prodotto singolo abbiamo delle isole di lavoro o dei cantieri di produzione, in cui si realizza un solo prodotto per un periodo sufficientemente ampio.

Modalità con cui si ottiene il prodotto finito

Possiamo distinguere una produzione per processo o per parti. Nel primo caso, guardando al prodotto finito non riesco a riconoscere le materie prime di partenza (es. processo chimico). Incrociando le diverse modalità, abbiamo 36 possibili sistemi produttivi. La distinzione non è così netta e in alcuni casi, un processo produttivo può includere più tipologie contemporaneamente. Guardiamo alla matrice ottenuta dall’incrocio della classificazione in base alla realizzazione del prodotto e in base alla realizzazione del volume di produzione.

La produzione continua permette di ottenere sempre lo stesso prodotto. Invece se necessito di cambiare il prodotto di output, passo alla produzione discontinua. In entrambi i casi ho una produzione per processo. Linee discrete: in genere sono destinate per monoprodotto e il collegamento tra le macchine è dedicato. Ho dei percorsi predefiniti. Nonostante nasca per un monoprodotto, potrebbe essere usata anche per prodotti diversi, ma della stessa tipologia. In questi casi non conviene cambiare molto spesso gli utensili e la programmazione delle macchine.

In un reparto in genere ho più macchine dello stesso tipo che svolgono la stessa funzione. (Es. nel reparto fresatura, ho frese di diverso tipo). All’interno dello stesso reparto possiamo realizzare prodotti diversi caratterizzati da cicli differenti. Non ci sono collegamenti tra le macchine di due diversi reparti. Vale il concetto di unitarietà del lotto: se il lotto è formato da n pezzi, le trasformazioni verranno svolte garantendo l’unità, ovvero il primo pezzo di un lotto passa al reparto successivo solo quando si è conclusa la trasformazione sull’ultimo pezzo del lotto. Il tempo di attesa è abbastanza importante, soprattutto per i primi pezzi.

Si definisce Tempo di attraversamento o Lead Time di un sistema produttivo la somma di quattro componenti di tempo:

• Tempo di attrezzaggio
• Tempo di lavorazione
• Tempo di movimentazione
• Tempo di attesa in coda

In genere il tempo attivo è molto minore rispetto al tempo di attraversamento, corrisponde circa al 10%.

Lot splitting

È una modalità che può essere usata quando il sistema produttivo è sovraccaricato e bisogna recuperare tempo per rispettare i tempi di consegna. In genere si cerca di evitarlo perché porta a disorganizzazione. Si dà la possibilità alla stessa macchina di lavorare su più lotti, quindi viene diviso il lotto in sotto-lotti.

Esempio: Assumiamo nulli i tempi di spostamento e di attesa, perché le macchine sono tutte vicine tra di loro e gli operai sono dedicati unicamente a quell’operazione. Vengono forniti i tempi cicli per i singoli pezzi, quindi il tempo di set up è stato diviso per il numero di unità del lotto e vi è stato sommato il tempo di lavorazione di un pezzo.

Configurazione di unitarietà del lotto: Il tempo necessario per il primo pezzo è il tempo per lavorare l’intero lotto dalla macchina 1 e 2 e per fare il primo pezzo del lotto dalla macchina 3.

Configurazione a pezzo singolo: In questo caso i pezzi del lotto occupano contemporaneamente tutte le macchine della linea e per ottenere il primo pezzo occorre un tempo pari alla somma dei tempi di lavorazione. Invece, il tempo di attraversamento del lotto diminuisce rispetto al caso precedente. Si calcola questo tempo guardando al tempo di lavorazione della macchina più lenta che in questo caso è l’operazione 2.

Produzione in linea

Per una produzione in linea dobbiamo valutare il tipo di flusso, caratterizzato dalla direzione e dalla sequenza, e il numero di prodotti e le modalità produttive. Se la direzione e la sequenza sono fissate, abbiamo un codice prodotto che occupa le macchine della linea con una sequenza fissa. Il ciclo di lavorazione vede il susseguirsi delle operazioni sempre allo stesso modo. Se invece la sequenza dovesse variare, è possibile che non tutte le macchine vengano utilizzate per realizzare un prodotto, ma la direzione rimane fissa, esempio da sx a dx. Prodotti diversi possono seguire cicli produttivi differenti. Viene chiamato monodirezionale con bypass. Come ultimo caso, possono variare sia sequenza che direzione, dove un codice può necessitare di rilavorazioni nella stessa macchina e può cambiare la direzione di lavorazione.

La linea monoprodotto può esistere solo con flusso monodirezionale, perché non si potrebbe ottenere lo stesso prodotto con diverse sequenze e direzioni di produzione. Nel caso della linea multiprodotto a produzioni successive, possiamo trovarci in tutte e tre le tipologie di flusso. Questa produzione richiede alti tempi di set-up, quindi mi conviene ragionare per campagne successive, ovvero finisco un lotto completo prima di passare al successivo. In questo caso produco prodotti differenti, ma che hanno bisogno delle stesse macchine, ma magari con diversi utensili e attrezzaggi. Infine, con la linea multiprodotto mixata, è prevista la produzione di prodotti diversi che richiedono le stesse macchine, ma la variazione della produzione è più frequente perché i tempi di set-up sono molto bassi o nulli.