Appunti di Gestione dei sistemi logistici e produttivi

Gestione dei sistemi logistici e produttivi – 2° semestre

I sistemi produttivi

Concetti introduttivi

Punti chiave:

• I concetti di distinta base e ciclo di lavorazione
• Le linee di classificazione dei sistemi produttivi
• Le tipologie di sistemi di fabbricazione
• Le tipologie di sistemi di assemblaggio

Il sistema produttivo

Il sistema produttivo è l’insieme di cose materiali e immateriali. Definito come l’insieme coordinato delle risorse fisiche, ma anche dei processi tecnologici, flussi fisici materiali e delle procedure gestionali (immateriali) che concorrono alla realizzazione delle trasformazioni delle materie prime/prodotti grezzi/dei componenti in prodotti finiti vendibili sul mercato. È diverso da impianto industriale che è un soggetto fisico.

Il processo produttivo

Per processo produttivo si intende la trasformazione di materiali in prodotti che avviene all’interno dell’impianto industriale. La trasformazione avviene in due macrofasi:

• Fasi tecnologiche che comportano cambiamenti nelle caratteristiche fisiche e/o chimiche dei materiali
• Eventuali fasi di assemblaggio

Un prodotto è definito da un codice e dalla distinta base.

La codifica di un prodotto

Per una data azienda, ogni prodotto è caratterizzato da un codice univoco (tipicamente una stringa di caratteri alfanumerici). Requisiti base dei codici:

• Complessità adeguata alle effettive esigenze
• Conformità a standard nazionali/internazionali
• Trasferibilità su supporti leggibili mediante supporti automatizzati (bar code, tag rfid, …)

La distinta base

La distinta base è una rappresentazione gerarchica che evidenzia come si aggregano i vari codici per arrivare al prodotto finito. È importante perché a ciascun elemento e a ciascun legame di distinta sono associate informazioni essenziali di pianificazione (es. coeff di impiego, scarti ecc). È uno strumento indispensabile!

Esempio della penna a sfera, schematizzazione per evidenziare la struttura a livelli:

• Livello 0 -> prodotto finito
• Livello 1 -> corpo, refill, cappuccio, molla
• Livello 2 -> il corpo si suddivide in corpo resina e puntale ecc.

Il ciclo di lavoro/tecnologico

Elenco delle operazioni che devono essere realizzate per trasformare un oggetto grezzo in un prodotto lavorato, con l’indicazione delle risorse necessarie, dei tempi (di lavorazione, di setup), dei parametri tecnologici di lavorazione. Tempo di lavoro e tempo di setup:

Tempo di lavoro: tempo che devo spendere per lavorare il prodotto, per trasformarlo da oggetto grezzo in un prodotto finito.

Tempo di setup: tempo che devo spendere per preparare la macchina alla lavorazione, generalmente avviene a macchina ferma. Ad esempio, per i prodotti chimici, passando da Nero a Bianco la macchina deve essere fermata, mentre passando da Rosa a Rosso si può evitare lo spegnimento scartando i prodotti non conformi.

Classificazione dei sistemi produttivi

Modalità di realizzazione del prodotto

Produzione di processo: Produzione di processo (es. carta, acciaio, prodotti non assemblati), sequenza di operazioni tecnologiche che partendo da materie prime permette di realizzare prodotti finiti. Ciclo tecnologico obbligato, serie di fasi tecnologiche con una sequenza unica. Si basano principalmente su economie di scala, risultando in grandi impianti e investimenti elevati.

• Economie di scala → Impianti grandi (grandi volumi) → Investimenti elevati (upgrade impianti, adeguamenti dell’impianto) → Ciclo continuo (ininterrotto) che giustifica economicamente l’investimento → Gestione della manutenzione
• Impianti tecnologicamente molto complessi → automazione → basso impiego di manodopera → gestione manutenzione
• Tempi e costi di setup elevati, ad esempio tempo di pulizia. A volte conviene mettere in pasto il 2° prodotto, i primi pezzi non saranno conformi (spreco) ma non si lascia ferma la macchina. Si cerca di diversificare il prodotto alla fine del ciclo tecnologico.

Produzione per parti/produzione manifatturiera: Non necessariamente segna un’economia di scala, e non è detto che l’impianto industriale sia grande. Se il prodotto finito (PF) è molto diversificato, anche i semilavorati e le materie prime (MP) saranno diversificate. → Un sacco di materie d’acquisto. Tanti materiali in ingresso, tanti fornitori → gestione complessa (distinta base per ogni prodotto).

• Devo tenere sotto controllo anche le scorte; più aumentano i materiali, più aumenta la complessità gestionale.
• Programmazione della produzione: gestione dei flussi materiali → mancanza di componenti, essi devono arrivare al posto giusto al momento giusto. Non mi devo affidare ad un solo fornitore ma a più fornitori.
• Nelle industrie di processo c’è complessità gestionale ma di dimensione minore.

Modalità di risposta alla domanda

Produzione per il magazzino: Si produce in anticipo, prima dell’ordine del cliente.

Produzione su commessa/su ordine: Si aspetta l’ordine del cliente e si produce di conseguenza.

• Ripetitiva: lo stesso cliente o clienti diversi ordinano lo stesso prodotto più volte.
• Singola: prodotto personalizzato che non posso produrre in anticipo. Non posso produrlo al buio perché dopo non saprei a chi venderlo.

La domanda è prevedibile. Standardizzazione del prodotto e prevedibilità della domanda. Produzione per il magazzino (produzione in anticipo). Distinzione perfetta se parliamo di prodotti finiti e non è più perfetta se dobbiamo tenere conto dei semilavorati e materie prime.

Modalità di realizzazione del volume

Produzione continua: L’impianto industriale produce sempre la stessa cosa (diverso da produzione a ciclo continuo=ininterrotto), è un caso poco frequente (impianto dedicato). Un esempio di questo tipo al giorno d’oggi è un impianto chimico o petrolchimico.

Produzione unitaria: Produce un esemplare di prodotto sempre diverso dall’altro. Su asse verticale l’elemento di analisi è l’ordine del cliente, sull’asse orizzontale l’oggetto di analisi è l’unità di prodotto fisico.

Produzione intermittente: Ogni sistema produttivo produce nel tempo modelli diversi ("a lotti"), dove la dimensione del lotto va’ determinata caso per caso → elemento di analisi di GSLP.

Il modello di Wortmann

Le colonne sono le 5 macrofasi del ciclo produttivo. Terminologia:

Lead Time: l’intervallo di tempo che comprende anche molti tempi non legati all’attività ma ad esempio tempi di attesa, setup ecc. (Es Lead Time di progettazione): Tempo che mediamente i miei clienti mi concedono tra l’ordine e il ricevimento della quantità ordinata.

Punto di disaccoppiamento → posizione temporale del magazzino.

• Make to stock (MTS): il tempo di evasione dell’ordine è uguale o poco superiore al tempo di spedizione → produzione per il magazzino.
• Assemble to order (ATO): tengo a magazzino i componenti da assemblare, quando il cliente ordina ho tempo di assemblare e spedire.
• Make to order (MTO): tempo di evasione uguale o superiore a tempo di fabbricazione + tempo di assemblaggio + tempo di spedizione.
• Purchase to order (PTO): nulla di fisico a magazzino, ho solo i progetti del prodotto (ideali/virtuali).
• Engineer to order (ETO): parto dalle specifiche dell’ordine del cliente. "A magazzino" ho solo il know-how dell’impresa.

Attività su previsione e attività su ordine.

Vantaggi e svantaggi

Non esistono modelli gestionali ottimi.

• MTS → rendersi più competitivi-posizionarsi più in alto il vantaggio competitivo è il tempo di evasione dell’ordine.
• Dal punto di vista della personalizzazione è vantaggioso posizionarsi più in basso.
• Costo di mantenimento a scorta, creare scorte implica un costo opportunità, per creare quella scorta ho sostenuto dei costi e ho immobilizzato quel capitale. Mancata remunerazione del capitale che ho immobilizzato. È un mancato guadagno. Spostandomi verso l’alto massimo costo mantenimento a scorta, esso è un altro elemento di cui devo tenere conto.
• Rischio di invecchiamento fisico o obsolescenza delle scorte. Obsolescenza tecnologica: prodotto impossibile da vendere perché tecnologicamente arretrato. Obsolescenza commerciale: il prodotto non viene più venduto, cambiano le esigenze del mercato.

Non si può scegliere liberamente il posizionamento nel modello di Wortmann, oppure si può scegliere in genere tra casi vicini. Bisogna considerare la natura del prodotto e poi il contesto competitivo cioè come si comportano i concorrenti e i miei clienti.

L’altro fattore importante è la prevedibilità della domanda, più la domanda è prevedibile più posso spostarmi verso l’alto. Quindi riassumendo nella scelta della posizione oltre i vantaggi e svantaggi bisogna tenere conto della natura del prodotto, contesto competitivo e prevedibilità della domanda.

Le leve complementari per modificare il posizionamento

• Prima leva: Riduzione dei Lead Time delle macrofasi permette di modificare il posizionamento. (Ad esempio, se dimezzo il lead time delle macrofasi assemblaggio e spedizione posso passare da MTS a ATO.)
• Seconda leva: Consiste nel mettere in parziale sovrapposizione le macrofasi. → modificare il posizionamento. In questo caso ci si assume qualche rischio.
• Terza leva: Posizionamento ibrido → collocare alcune famiglie di prodotto in MTS e quelle invece che derivano dalla combinazione di varie caratteristiche le produco su ordine (ATO).
• Quarta leva: Personalizzazione al più tardi del prodotto → moduli standardizzati ma perfettamente integrabili e personalizzati al più tardi (esempio della cucina, viene personalizzata nel montaggio in casa). Sorta di nucleo standard e altre parti del prodotto molto personalizzabili. (Esempio della macchina, motore è molto standard invece le parti della macchina che vengono a contatto con la persona sono le parti personalizzabili al più tardi, esempio optional)

Make to stock corrisponde perfettamente alla produzione per il magazzino. Engineer to order corrisponde perfettamente alla produzione su commessa singola. ATO, MTO, PTO corrispondono alla produzione su commessa ripetitiva. ETO (engineer to order) è un caso a parte che in generale non trattiamo, ha delle tecniche gestionali diverse. Il non rispetto dei tempi di consegna consiste nel pagamento di una penale. Si trova a dover stimare un tempo di consegna senza aver progettato il prodotto, e si stima un prezzo che può essere anche sbagliato. Invece il Purchase to Order è diverso, si ha già il progetto ma alla fine il commerciale ha chiaro fino a quanto si può spingere nella DCC e indicativamente sa già quanto costa.

I sistemi di produzione per parti/manifatturiera

Sistemi di fabbricazione

1) Job shop (fabbricazione a reparti)

Introduzione

Il rettangolo più esterno è il sistema produttivo, i quadri interni sono i reparti, e i quadretti interni le macchine e gli operatori. Le macchine interne in genere sono simili, non identiche. Le frecce colorate rappresentano i flussi di materiali e in questa situazione ogni prodotto può avere un ciclo tecnologico diverso da quello di altri prodotti. In generale esistono delle alternative di ciclo tecnologico. Nell’industria manifatturiera il ciclo tecnologico non è obbligato, in generale possono esserci più alternative. Deve essere flessibile cioè in grado di spostare il materiale da una qualsiasi origine a una qualsiasi destinazione/altra macchina.

Punti di forza del Job Shop

• Alta flessibilità: è una prestazione produttiva.
  • Flessibilità di mix produttivo, con un job shop posso produrre anche contemporaneamente prodotti diversi perché ho delle macchine indipendenti l’una dall’altra. In questa situazione posso sfruttare la flessibilità di mix anche giornalmente.
  • Flessibilità di prodotto: il sistema è in grado di realizzare facilmente prodotti nuovi, mai realizzati in precedenza, perché non ho un ciclo tecnologico obbligato e di fronte a un prodotto esempio “marrone” il tecnico definirà un ciclo tecnologico adatto a quel prodotto perché non ci sono vincoli fisici.
  • Flessibilità di espansione: nella configurazione Job Shop è agevole aggiungere delle macchine tecnologicamente diverse. È quello che succede nel corso del tempo in diverse aziende.
• Alta elasticità: anche detta flessibilità di volume, con questa configurazione è facile cambiare la quantità prodotta periodicamente. Se parliamo di volume complessivo posso variare perché ho delle macchine indipendenti, ad esempio posso far funzionare o non far funzionare le varie macchine a seconda delle esigenze.
• Scarsa obsolescenza del sistema: la tecnologia evolve e quindi le macchine industriali soffrono di obsolescenza tecnologica. Le singole macchine avranno un’obsolescenza tecnologica, ma nel complesso il sistema può essere periodicamente adeguato alle esigenze tecnologiche e commerciali, quindi scarsa obsolescenza del sistema complessivo.
• Scarso impatto dei guasti sulle prestazioni del sistema: Una macchina guasta non impedisce le prestazioni del sistema complessivo. Sottrae capacità produttive ad un reparto ma si gestisce il problema.

Punti di debolezza del Job Shop

• Gestione della produzione complessa: Quando e in che sequenza lanciare in produzione i vari prodotti? Scelta dei lanci in produzione, scelta delle macchine alternative e sequenziamento dei prodotti davanti le singole macchine. Questi 3 aspetti sono tutti molto importanti, però possono essere conflittuali tra di loro. Tenere conto dei tempi di setup che sono effettivamente diversi tra i vari prodotti. Ad esempio, se passo dal nero al bianco ho un tempo di setup notevolmente lungo. Bilanciamento dei carichi di lavoro tra i vari reparti. Scelta delle macchine alternative, magari c’è una macchina che per un prodotto è più efficiente, devo bilanciare i casi. Il caporeparto ottimizza il suo reparto, occorre un coordinamento ad un livello superiore rispetto ai reparti.
• Possibile formazione di colli di bottiglia: si forma una coda, una specie di imbuto che davanti a una macchina o reparto mi crea una coda. Si formano per due ragioni: la variabilità della domanda e la complessità della gestione.
• Prestazioni produttive spesso non elevate: conseguenza dei due punti precedenti. Se si forma una coda aumenta il tempo di percorrenza quindi aumenta il Lead Time di produzione e in questo caso aumenta anche la variabilità. Che effetto negativo dà? Tutta la programmazione è basata su tempi medi, si crea una forte variabilità e quindi obbliga a ridefinire periodicamente la pianificazione. La saturazione delle macchine potrebbe non essere particolarmente elevata. Rapporto tra tempo effettivo di lavoro di una risorsa e tempo disponibile.
• Difficoltà di valutazione della capacità produttiva di periodo: è difficile rispondere con esattezza alla stima della capacità produttiva di un determinato periodo.
• Gestione della qualità complessa rispetto ad altre configurazioni: non vuol dire che con questa configurazione la qualità del prodotto è più scadente. È la gestione della qualità che è più complessa perché ci sono tante alternative sull’uso delle macchine.

Condizioni di applicabilità

• Quando ho un mix produttivo ampio e diversificato realizzabile in quantità molto piccole. La flessibilità di mix mi aiuta molto in questa situazione.
• Quando ho un mix produttivo che è variabile nel tempo, grazie alla flessibilità gestisco sia nel breve che nel lungo periodo eventuali variazioni.
• Quando ho frequente introduzione di nuovi prodotti, flessibilità di prodotto.
• Quando ho una frequente introduzione di nuove tecnologie.
• Quando c’è una richiesta di prodotti personalizzati. Esempio tutte quelle aziende che producono componentistica per conto terzi.

2) Celle di fabbricazione (raggruppate per famiglie di prodotto)

Introduzione

Con quale criterio le macchine vengono raggruppate in celle? Non c’è più un criterio di somiglianza tecnologica. In una cella troviamo vari tipi di macchine che servono a lavorare una famiglia di prodotto (ad esempio vernice rossa) che inizia la sua lavorazione e la completa in quella cella. Una cella è dedicata a una singola famiglia di prodotto. Famiglia di prodotto ↔ cella corrispondente. Nel sistema produttivo troviamo celle indipendenti, ogni cella è autonoma. I prodotti possono avere cicli tecnologici meno diversificati. Ho delle alternative di ciclo ma limitate come numero.

Punti di forza delle celle di fabbricazione

• Razionalizzazione dei flussi di materiali che comporta semplificazione dei trasporti interni e minore complessità di gestione della produzione. Ci sono 3 problemi analoghi:
  • Momento e sequenziamento lancio in produzione: analogo e dimensionalmente più piccolo
  • Scelta delle alternative: analogo e dimensionalmente più piccolo
  • Sequenziamento davanti alle singole macchine, problema analogo ma dimensionalmente più piccolo. Coda di pezzi e di prodotti simili
• Coordinamento tra le celle inesistente, nessuna esigenza di coordinamento tra le varie celle.
• Riduzione dei tempi di setup: perché lavorano lo stesso tipo di prodotto, perché sulle macchine di una cella si alternano prodotti di una stessa famiglia, il problema dello squilibrio dei carichi non esiste.
• Possibile arricchimento delle mansioni degli operatori: in una cella