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Gestione della produzione industriale Appunti scolastici Premium

Il qui presente file tratta della fase della produzione industriale relativa all'approvvigionamento e alla progettazione del ciclo produttivo di lavorazione. Dopo un capitolo introduttivo sullo scenario economico - industriale e tecnologico odierno, si passa all'esposizione degli indici di prestazione per valutare l'efficienza produttiva di un sistema di produzione e alla presentazione di alcuni algoritmi... Vedi di più

Esame di Programmazione e gestione della produzione docente Prof. U. La commare

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Prefazione

La dispensa tratta della fase della produzione industriale relativa all'approvvigionamento e

alla progettazione del ciclo produttivo di lavorazione. Dopo un capitolo introduttivo sullo

scenario economico - industriale e tecnologico odierno, si passa all'esposizione degli indici

di prestazione per valutare l'efficienza produttiva di un sistema di produzione e alla

presentazione di alcuni algoritmi utilizzati per modellare tali sistemi (allocazione statica,

modelli a reti di code trattati con Mean Value Analysis, SIMAN). Negli ultimi due capitoli

viene trattata da vicino la fase di approvvigionamento, dai lotti economici di

acquisto/produzione (EOQ) al Material Requirement Planning (MRP).

Si augura una buona lettura,

I Dottori, C S – R S

LAUDIO CIMECA ICCARDO CIMECA

Capitolo 1.

Lo scopo di una qualsiasi impresa è naturalmente quello di generare profitto. Esso è strettamente connesso

all’innovazione nelle tecnologie e nei prodotti. In una economia sana, il profitto aziendale su un dato prodotto

è destinato a scomparire; la sopravvivenza dell’impresa è legata alla sua capacità di saper rigenerare,

attraverso forme innovative, quel profitto che il mercato, attraverso la concorrenza, tende a far scomparire.

Dunque una azienda deve possedere la capacità di generare una produzione a costi contenuti dei prodotti che

soddisfano le esigenze dei clienti. La gestione della produzione industriale (Operations Management), analizzata

secondo le parole di cui è composta, è la capacità di guida, controllo e management delle attività dirette

all’ottenimento di prodotti o servizi (attraverso un insieme di operazioni semplici o complesse con le quali si

produce un bene trasformando altri beni) di tipo industriale, cioè di attività produttive del settore secondario

dell’economia.

In generale un mercato è un sistema fortemente dinamico che “scarica” sulla produzione esigenze sempre

diverse. La produzione risponde ai cambiamenti del mercato attraverso la tecnologia. In particolare, la

produzione industriale evolve parallelamente ai contesti economici, tecnologici e culturali in cui è inserita.

Sicuramente il processo di globalizzazione ha caratterizzato gli scenari economici attuali, ed è perciò

fondamentale mettere in relazione l’economia del paese oggetto di studio con le economie dei paesi con cui

interagisce. Per essere precisi, la globalizzazione “consiste nella integrazione di economie nazionali

nell’economia internazionale attraverso scambi commerciali, gli investimenti diretti esteri, i flussi di capitale

a breve termine, i flussi internazionali di lavoratori e di persone in genere e i flussi di tecnologia”. Oggi infatti

il capitale internazionale si muove senza barriere oltre i confini delle nazioni alla ricerca della migliore

combinazione tra rischio e remunerazione. Grazie alla crescente riduzione dei costi di comunicazione e di

trasporto le “distanze economiche” sono sempre più piccole, rendendo la globalizzazione mondiale sempre

più consistente. Il bisogno di sbocchi più estesi per i prodotti ha reso globali la produzione e il consumo. Una

causa/effetto della globalizzazione è l’abbattimento di barriere economiche per gli scambi tra i vari paesi.

Queste possono essere di tipo logistico (costi e tempi elevati di trasporto possono rendere non convenienti gli

scambi), comunicativo, doganale e normativo. Al giorno d’oggi barriere alte rendono i mercati nazionali

indipendenti e meno competitivi. Le imprese minori devono allineare i loro prodotti e le loro performances a

quelle dei competitors internazionali per mantenere una quota di mercato. In questi anni si è assistito ad una

crescita del livello di istruzione media e facilità di accesso alle conoscenze tecnologiche; il numero di soggetti

in grado di progettare, fabbricare e distribuire prodotti industriali è dunque in potenziale aumento (diffusione

del know how). La sovraofferta di capacità produttiva, il fatto che nel mondo avanzato i bisogni primari di

prodotti industriali sono soddisfatti (in molte famiglie ci sono più televisori, più automobili, più frigoriferi,

ecc.) hanno contribuito negli anni ad esaltare le pretese e la individualità dei consumatori che, da soggetti

passivi e destinatari del prodotto imposto dal produttore, diventano elementi al centro delle strategie

operative delle imprese tra loro concorrenti che fanno di tutto per contenderselo. Le imprese che prima

avevano al centro della loro attenzione il prodotto oggi hanno posto il cliente al centro delle loro strategie. Una

volta che il bisogno del cliente è stato soddisfatto, la sostituzione o l’acquisto di un nuovo bene deve essere

motivato da ragioni più sofisticate di quelle che hanno determinato il primo acquisto. Oggi infatti le imprese

competitive sono costrette a riposizionare sempre più frequentemente l’equilibrio value for money che

determina la scelta finale, l’atto di acquisto, del consumatore. Questo processo di offerta del prodotto e di

presentazione di valore al consumatore, oltre che sulla base tecnologica del prodotto, si basa anche

sull’arricchimento dello stesso con aspetti immateriali che tendono ad incrementare, nella percezione del

consumatore, il contenuto di valore del prodotto. Per esempio, sempre più produttori scelgono di curare, oltre

che la produzione di un particolare oggetto, anche la distribuzione, l’assistenza ed infine il processo di

sostituzione alla fine della vita utile. Emerge quindi sempre più chiaramente accanto al concetto di prodotto,

l’idea di metaprodotto con un suo carico di informazioni, e quindi di conoscenze che richiedono anche capacità

di controllo degli aspetti emotivi che orientano le scelte del consumatore. 1

Tre fattori di successo possono essere identificati per i prodotti industriali: costo, tempo e qualità. La

competizione tra le imprese oggi si basa sul miglioramento di questi tre parametri, assunti dal consumatore

come strumenti per orientare le proprie scelte. In passato, in una situazione caratterizzata da bassi livelli di

concorrenza si calcolava il costo industriale del prodotto considerando i fattori impiegati nella produzione:

materie prime, manodopera (a diversi livelli di qualificazione), capitale (impianti); dopo aver identificato il

costo industriale, applicando, in relazione ad un profitto obiettivo, un margine (mark‐up), si definiva il prezzo

di vendita. Questa pratica è oggi messa in crisi in diversi settori industriali dal fatto che il prezzo che il

consumatore è disposto a pagare per un determinato oggetto non è quello proposto dal produttore ma è

determinato dal mercato. Le imprese che generano utile sono dunque quelle che riescono a produrre ad un

costo più basso del prezzo di mercato del prodotto, ed è perciò fondamentale proseguire con un’inarrestabile

politica di riduzione dei costi. Fondamentale per un’impresa è il Time to Market, cioè il tempo intercorrente tra

l’ideazione di un nuovo prodotto, o il miglioramento di uno già esistente, e la sua immissione sul mercato. In

un mercato ipercompetitivo arrivare primi assicura temporanei vantaggi competitivi che possono tradursi in

profitti, così come reagire prontamente ad una innovazione di un concorrente può essere utile per non perdere

quote di mercato. In generale la gestione del fattore tempo in una struttura produttiva policentrica e reticolare,

come quella che sempre più oggi va delineandosi, assume un’importanza fondamentale. Tutti i segmenti della

catena produttiva e distributiva devono essere sincronizzati. Secondo la nuova visione, qualità è sinonimo di

livello di soddisfazione del cliente durante il ciclo di vita del prodotto industriale, ovvero capacità dell’impresa

di rispondere alle aspettative del cliente. La qualità di un prodotto fa riferimento a diverse caratteristiche di

esso, da quelle estetiche a quelle funzionali, da quelle di sicurezza a quelle di affidabilità (durata, vita utile).

Un consumatore evoluto pretende il massimo (in relazione al prezzo pagato) circa queste caratteristiche. In

conclusione, dato che il rapporto qualità/prezzo assume un ruolo sempre più importante, le imprese sono

costrette a collocare sul mercato prodotti di qualità sempre più alta, a prezzi sempre più bassi. Oltre ai fattori

sopracitati, un altro fondamentale è legato alla capacità dell’impresa di costruire una immagine intorno al

prodotto o alla marca (al brand) che lo presenta al consumatore per sollecitarne l’acquisto. Nonostante questo

aspetto non faccia parte degli obiettivi del corso, si

vuole sottolineare il fatto che la realizzazione di uno

V > P spot televisivo o di un poster pubblicitario è frutto di

studi accurati che tendono a fissare l’attenzione del

consumatore facendo leva su specifiche caratteristiche

della sua personalità ed a determinare un desiderio di

possesso di quel determinato bene, e perciò è un aspetto

della realizzazione del prodotto che non va trascurato.

Le imprese, oltre a porre l’attenzione sui fattori sopra

indicati, sono state costrette ad adottare strategie competitive specifiche che hanno determinato un impatto

significativo sulle modalità di gestione della produzione industriale. Il ricorso a queste strategie è da un lato

legato alla necessità di costruire un rapporto privilegiato con il consumatore e dall’altro alla necessità di

contrastare la progressiva erosione dei margini di profitto causata dalla concorrenza. Tra le principali strategie

annoveriamo la differenziazione, la diversificazione e l’innovazione di prodotto. Con il primo termine ci si riferisce

alle attività poste in essere dalle imprese industriali per rendere disponibili ai consumatori prodotti che si

distinguano, per specifici mix di attributi, da quelli della concorrenza. Con il secondo termine ci si riferisce ad

una strategia perseguita dall’impresa industriale per trovare gli elementi di differenziazione dalla sua stessa

produzione, cercando di ampliare le caratteristiche del proprio portafoglio prodotti per fare sì che il

consumatore sia pienamente soddisfatto dalla variante scelta. La necessità di soddisfare l’individualità del

consumatore mette in crisi i principi di standardizzazione su cui si è basato il successo della

industrializzazione di massa. In un mercato globale, e pertanto ad alta competizione, solo i prodotti migliori

riescono a stare sul mercato; inoltre la saturazione di prodotto che caratterizza i mercati più avanzati richiede

ragioni sempre più forti per la sostituzione di un prodotto, che il consumatore già possiede e che possibilmente

assolve adeguatamente alle funzioni che deve svolgere, con uno nuovo. Questo processo di costante

miglioramento prende il nome di innovazione di prodotto e può riguardare caratteristiche diverse dello stesso.

La dinamica dell’innovazione è oggi sempre più accelerata, e il risultato è una progressiva riduzione della

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durata del ciclo di vita del prodotto. Mentre prima le imprese costruivano prodotti destinati a rimanere sul

mercato per molti anni oggi sono costrette a periodiche revisioni dei prodotti.

Quando parliamo di produzione ci riferiamo ad un insieme di attività concatenate che riguardano:

1. Progettazione del prodotto. Sulla base delle analisi di mercato di prodotti concorrenti (diverso è

l’approccio nel caso di prodotti nuovi) vengono definite le specifiche del progetto di un prodotto

industriale.

2. Ingegnerizzazione. I dati progettuali costituiscono l’input per le attività di ingegnerizzazione del prodotto,

cioè per la definizione dei processi di lavorazione che consentono di trasformare materie prime e

semilavorati in un prodotto industriale. Le scelte riguardano la definizione delle operazioni tecnologiche

(manufacturing+assembly) da svolgere sugli impianti di produzione per pervenire alla realizzazione del

prodotto industriale controllando variabili come volumi, costi, qualità, tempo.

3. Approvvigionamento e lavorazione (procurement e manufacturing+assembly). Prima di eseguire le

lavorazioni, è necessario reperire e allocare le materie prime nelle quantità e nei tempi necessari per

svolgere i processi. Successivamente, utilizzando le informazioni definite nella fase di ingegnerizzazione,

si passa agli impianti di produzione per la realizzazione del prodotto.

4. Gestione della qualità (quality management). Questa fase è destinata a verificare che il prodotto realizzato

sia conforme alle specifiche definite nella fase di progettazione. Prevede la messa punto delle idonee

procedure di collaudo sia sui materiali in ingresso sia durante le fasi di lavorazione sia sul prodotto finito.

In effetti con il termine gestione della qualità si intende un insieme di attività trasversali a tutte le funzioni

aziendali finalizzate alla soddisfazione del cliente finale.

5. Distribuzione del prodotto. Questa fase è responsabile delle operazioni di stoccaggio, spedizione e

distribuzione del prodotto al cliente (che può anche essere un altro produttore).

Il coordinamento di tutte queste attività richiede specifiche procedure gestionali, e noi ci concentreremo

principalmente sulla fase 3, curando gli aspetti legati alla gestione dei materiali e delle risorse della produzione

in relazione agli obiettivi di mercato che l’impresa si prefigge di raggiungere. Il settore che prenderemo in

considerazione riguarda le lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo, che fanno parte di quei

processi detti di produzione discreta (in contrapposizione ai processi di produzione continua). Le attività di

produzione discreta, in cui cioè gli oggetti fabbricati possono essere individualmente identificati, sono

classificabili in produzioni di grande, media e piccola serie. Queste produzioni possono essere posizionate su

un diagramma cartesiano varietà/volumi di prodotto. A bassa varietà e alti volumi corrispondono produzioni

in grande serie, viceversa per le produzioni di piccola serie; la produzione di media serie individua il livello

intermedio. Nelle tre tipologie di sistemi di produzione sopra indicate vengono impiegati due modelli di

riferimento della produzione radicalmente distinti nei principi fondamentali, di cui il primo per la grande

serie, e il secondo per gli altri due. Nel primo caso la fabbricazione riguarda prodotti che vengono realizzati

in grandi volumi in un ristretto numero di varianti e che solitamente stanno sul mercato su orizzonti temporali

lunghi. Valore dei volumi e ampiezza dell’orizzonte temporale consentono e giustificano, sotto il profilo

dell’economia dell’investimento, di dedicare uno specifico impianto alla fabbricazione di un dato prodotto. Il

modello di riferimento mette in relazione le fasi o le operazioni tecnologiche, definite nella ingegnerizzazione

del prodotto, con le risorse identificate per la loro esecuzione. Nel caso della destinazione di un impianto alla

realizzazione di un unico prodotto l’assegnazione delle fasi alle risorse è statica, permanente. Ciò rende

possibile, e se ne tiene conto in sede di progettazione dell’impianto, di raggruppare specifiche operazioni

tecnologiche in fasi da svolgere, sequenziare temporalmente, cioè stabilire un ordine di sequenza delle fasi, e

disporre conseguentemente lungo un percorso unidirezionale le risorse di produzione assegnate alle varie

fasi. Il risultato è un impianto di produzione a flusso in cui ogni risorsa svolge in modo permanente le stesse

operazioni tecnologiche. Il corrispondente layout prende il nome di layout per prodotto (o layout in linea) e

possiamo affermare che l’impianto è progettato in funzione dell’unico prodotto che deve fabbricare e il suo

ciclo di vita coincide con quello del prodotto. Nel caso di produzione di media e piccola serie troviamo una

situazione opposta. In questo caso la fabbricazione riguarda prodotti che vengono realizzati in medi o bassi

volumi in un numero di varianti più o meno ampio e che solitamente stanno sul mercato su orizzonti temporali

di medio/breve periodo, non giustificando la scelta di un intero impianto per un unico prodotto. E pertanto,

per saturare la capacità produttiva di un impianto destinato a produzioni di media e piccola serie, si rende

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necessario fabbricare sullo stesso impianto più prodotti fino a saturarne la capacità produttiva o comunque

raggiungere una economica utilizzazione delle risorse. Nel

caso della destinazione di un impianto alla realizzazione

simultanea di più prodotti l’assegnazione delle fasi alle

risorse è inevitabilmente dinamica, intermittente, variabile

nel tempo. Conseguentemente i flussi di materiale perdono

la caratteristica di unidirezionalità che abbiamo rilevato nel

caso della produzione di grande serie. Il corrispondente

layout prende il nome di layout per processo (o layout per

reparto) e possiamo affermare che l’impianto ha un ciclo di

vita separato da quello dei prodotti che in esso vengono

fabbricati. Il cambio di destinazione d’uso della generica

risorsa da un prodotto all’altro sottrae capacità produttiva alla risorsa. Infatti il cambio di missione produttiva

può richiedere la sostituzione di utensili, attrezzature, operazioni di registrazione e messa a punto del processo

il cui tempo prende il nome di tempo di attrezzaggio, durante il quale la risorsa non è produttiva. Inoltre poiché

le operazioni di attrezzaggio generano costi che si scaricano sui prodotti fabbricati, per limitare l’incidenza di

questi costi e per ridurre la perdita di capacità produttiva complessiva la produzione avviene per lotti la cui

dimensione è direttamente proporzionale ai costi di attrezzaggio.

In figura vediamo come sono organizzati gli impianti con layout per prodotto (sinistra) e layout per reparto

(destra), in relazione ai prodotti e alle workstation.

Cos’è il lavoro? Il lavoro può essere visto come l’interpretazione del rapporto tra bisogni e risorse. Il lavoratore

eseguendo i propri compiti soddisfa bisogni altrui, e la retribuzione è un effetto. Il lavoro è dunque un’attività

trasformativa attraverso la quale le risorse diventano prodotti/servizi che soddisfano bisogni.

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Capitolo 2.

In un sistema di produzione, ai fini della valutazione dell’efficienza produttiva, possiamo osservare il flusso

delle parti che attraversano il sistema di produzione e le modalità con cui le risorse (o i vari componenti del

sistema) vengono impiegate dalle parti per l’esecuzione del ciclo di lavorazione. L’osservazione di questi

fenomeni e l’esecuzione di alcune misure sui tempi in gioco di questi, consentono la definizione di alcuni indici

importanti. Un primo indice, detto tempo di attraversamento della parte TA, può ricavarsi come la differenza tra

l’istante I di ingresso della parte grezza nel sistema, e l’istante C di uscita in corrispondenza della fine del ciclo

di lavorazione (dunque TA = C – I). TA è costituito da diversi componenti di tempo:

1. Il tempo di attesa W che è dato dalla somma di tutti i tempi di attesa che la parte è costretta a subire prima

di essere accettata dalle risorse che deve visitare in accordo con il ciclo di lavorazione.

2. Il tempo di trasporto TT che è dato dalla somma di tutte le operazioni di trasferimento della parte tra le

risorse del sistema che la parte deve visitare in accordo con il ciclo di lavorazione.

3. Il tempo di occupazione delle risorse o tempo tecnologico T che è dato dalla somma di tutti i tempi delle

fasi del ciclo di lavoro e cioè dei tempi di impegno di tutte le risorse che la parte deve visitare in accordo

con il ciclo di lavorazione. A sua volta T può essere scomposto in due componenti temporali, una relativa

al tempo di effettiva lavorazione durante la quale l’utensile sta asportando materiale, che definiamo tempo

macchina Tm, e una relativa a tutte le operazioni accessorie come attrezzaggio, montaggio, avvicinamento

e allontanamento dell’utensile, smontaggio, che definiamo tempi ausiliari Taux.

Dunque possiamo calcolare il tempo di attraversamento come TA = W+TT+T = W+TT+Tm+Taux. In termini di

generazione di valore aggiunto che consenta di recuperare il costo d’uso degli impianti, l’unica componente

da osservare è il tempo macchina Tm; durante tutti gli altri tempi, pur essendo essi relativi ad attività

funzionali al processo, sosteniamo solo costi senza aggiungere valore al pezzo. Pertanto il valore aggiunto

deve essere in grado di assorbire tutti i costi di produzione e di far conseguire un margine di profitto. Alla

luce di queste considerazioni, conviene definire un indice di prestazione produttiva, detto indice di flusso, dato

dal rapporto tra T o Tm e il tempo di attraversamento TA (risulta più semplice calcolare il tempo T e dunque

utilizzeremo l’espressione IF = T/TA). In un diagramma che riporta in ascissa il tempo che una parte trascorre

nel sistema e in ordinata il valore cumulato del valore aggiunto, per valori di IF prossimi ad 1 si assisterebbe

ad una rapida crescita del valore aggiunto, viceversa per valori prossimi allo 0. Possiamo pertanto affermare

che valori alti di IF si riferiscono a produzioni ad alta efficienza produttiva mentre valori bassi sono sintomo

di bassa efficienza produttiva. Con riferimento invece al fenomeno relativo all’utilizzazione delle risorse

prendiamo in considerazione le misure che esponiamo in seguito. Data una risorsa generica WS , consideriamo

i

il tempo di osservazione Toss della stessa (che per un anno di osservazione risulta proprio Toss =365*24=8760

i i

h). Per la valutazione dell’utilizzazione della risorsa i prendiamo in considerazione la somma di tutti i tempi

tecnologici SumT relativi alle fasi eseguite su tutte le parti che sono state lavorate sulla specifica risorsa durante

Toss. Se vogliamo stressare il concetto di utilizzazione della macchina, possiamo prendere in considerazione

la quota della sommatoria dei tempi tecnologici relativa alle sole attività di asportazione di materiale SumTm.

Possiamo allora ricavare un coefficiente di utilizzazione della risorsa dal rapporto UT=SumTm/Toss. È

evidente che valori sempre più vicini allo 0 indicano processi a sempre più bassa efficienza produttiva,

viceversa per valori sempre più prossimi all’unità, in quanto va aumentando l’aliquota del tempo di

osservazione in cui la risorsa svolge il compito per cui è stata acquistata. Precisiamo che UT non coincide con

la definizione comune di coefficiente di utilizzazione, di cui parleremo più avanti.

La continua diversificazione della produzione, che spinge verso un ampliamento della varietà e la rapidità dei

processi di innovazione dei prodotti, riducendo il ciclo di vita degli stessi, fa venir meno in molte attività

manifatturiere le ragioni che giustificano l’adozione del modello di riferimento della grande serie. Secondo

delle indagini svolte sull’efficienza della produzione di media e piccola serie, con riferimento all’indice di

flusso medio di una parte, fatto 100 il valore di TA, si è riscontrata una quota pari a 95 per la somma dei tempi

di attesa e di quelli di trasporto e una quota pari a 5 per la somma dei tempi tecnologici. Pertanto solo il 5%

del tempo di attraversamento è trascorso mediamente da una parte sulle postazioni di lavoro delle risorse

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visitate durante la esecuzione del ciclo di lavorazione (IF = T / TA = 0,05); se invece facciamo riferimento solo

ai tempi macchina la situazione è evidentemente ancora più critica. Risultati altrettanto sconfortanti sono stati

riscontrati per il coefficiente di utilizzazione delle risorse. L’evoluzione delle tecnologie di produzione che

andiamo adesso a descrivere consente di tendere a produzioni diversificate a costi comparabili con quelle

standardizzate. Lo sviluppo di tecnologie quali l’informatica e la microelettronica, applicate in ogni fase della

produzione, hanno permesso l’automazione delle operazioni e la possibilità di svolgerle in modo flessibile. Le

principali operazioni da svolgere per completare un ciclo di lavoro (riferito alle lavorazioni per asportazione

di truciolo) sono le seguenti: trasporto del pezzo alla macchina, montaggio del pezzo, scelta dell’utensile e dei

parametri di taglio, cambio degli utensili, smontaggio e trasporto del pezzo verso le macchine successive.

L’impiego della macchina utensile a controllo numerico consente di ridurre drasticamente i tempi di

attrezzaggio in quanto, volendo semplificare, l’attrezzaggio consiste nella lettura del codice di informazioni

associato allo specifico pezzo da fabbricare. La macchina utensile a controllo numerico pertanto rende

automatica l’esecuzione di un’operazione tecnologica e, altrettanto importante, rende automatica la fase di

attrezzaggio. Questi vantaggi consentono un significativo recupero di efficienza produttiva consentendo di

produrre in modo economico lotti di dimensione minore. Il risultato evidente è un aumento dei valori di UT

e IF. La macchina utensile a controllo numerico per la prima volta consente di associare al termine

automazione quello di flessibilità (nel caso di grande serie si parla invece di automazione rigida). Dal 1970 le

macchine a controllo numerico furono anche in grado di scegliere l’utensile più adatto alle operazioni

assegnategli. Il vantaggio di un sistema automatico di cambio utensile da un lato estende l’autonomia di

funzionamento della macchina a livello dell’intera fase del ciclo di lavorazione dall’altro incrementa il livello

di flessibilità della macchina stessa, potendo questa disporre di un’ampia gamma di utensili, ed infine rende

automatica e più veloce l’operazione di cambio utensile con conseguente risparmio sui tempi ausiliari (e

quindi un aumento dei valori UT e IF). Nelle lavorazioni per asportazione di truciolo particolare attenzione

deve essere dedicata alle operazioni di montaggio del pezzo sulla postazione di lavoro. Questa assolve a due

funzioni: la prima si preoccupa di posizionare correttamente il pezzo rispetto alle superfici di riferimento della

macchina utensile, la seconda ha il compito di bloccare il pezzo reagendo alle forze di taglio che si manifestano

durante la fase di asportazione di materiale. Data la precisione richiesta, anche questa è una fase che consuma

molto tempo e quindi genera inefficienza. La soluzione tecnologica adottata prevede la dotazione del centro

di lavoro di un nuovo dispositivo detto di cambio pallet. Si tratta di una giostra girevole o di una slitta tramite

la quale un pallet, su cui fuori linea è stato montato il pezzo, viene trasferito velocemente sulla postazione di

lavoro della macchina utensile. Completata la lavorazione, la fase di smontaggio del pezzo coincide con il

trasferimento del pallet all’esterno della postazione di lavoro. Un passo ulteriore, reso possibile dalla

disponibilità di un sistema di interfaccia tra la macchina utensile e l’ambiente esterno, è stata la realizzazione

di un sistema automatico per il trasporto delle parti (e poi anche degli utensili) tra le varie risorse necessarie

al completamento del ciclo di lavorazione. L’interconnessione tra le stazioni di carico e scarico delle risorse

attraverso sistemi di trasporto asserviti a un computer programmabile in funzione delle strategie di

trasferimento delle parti ha portato alla definizione di un sistema di produzione (anche nelle produzioni di

media e piccola serie) in contrapposizione alla tradizionale visione del layout per reparto. Questo tipo di

sistemi di produzione prende il nome di FMS o Flexible Manufacturing System, e consta di tre caratteristiche

fondamentali: la presenza di più centri di lavoro a controllo numerico, la disponibilità di un sistema

automatico di trasporto, un sistema di elaborazione di varie architettura in grado di gestire i dati per la

esecuzione delle operazioni. In un FMS l’intero ciclo di lavorazione può essere completato in modo automatico

e la facilità di adattamento del sistema ai processi tecnologici consente l’esecuzione di produzione a varietà

relativamente alta con livelli di efficienza e costi confrontabili con quelli riscontrabili in sistemi di produzione

a grande serie. Se ci riferiamo ad operazioni di assemblaggio invece che a lavorazioni per asportazione di

truciolo, si parleremo dei FAS o Flexible Assembly Systems.

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L’impiego della microelettronica e dell’informatica ha profondamente trasformato tutte le altre attività che

concorrono alla definizione dell’intero processo di produzione. Le attività di progettazione, hanno conseguito

un notevole sviluppo con l’inserimento delle tecniche CAD e CAE (Computer Aided Design/Computer Aided

Engineering); si pensi ad esempio alla progettazione di strutture in senso lato e quella relativa all’analisi delle

sollecitazioni per verificare se la combinazione prescelta dal progettista di materiali, forme e dimensioni è

idonea a sopportare le sollecitazioni prevedibili nelle condizioni di esercizio di un dato componente;

inizialmente l’inserimento dei dati fondamentali del problema di analisi strutturale, coordinate dei nodi,

topologia degli elementi, sistema dei vincoli, stato delle sollecitazioni, caratteristiche sulla resistenza del

materiale avveniva in file che prevedevano l’inserimento di questi dati in forma tabellare. L’elaborazione dei

dati forniva, sempre in forma tabellare, lo stato tensionale e delle deformazioni nei vari elementi in cui era

stato discretizzato il componente in studio. È evidente il vantaggio, sia in termini di costi che di tempo, di

disporre di strumenti di simulazione numerica rispetto alla realizzazione di prove di resistenza su prototipi.

Gli strumenti CAD/CAE non si sono diffusi solo nel settore meccanico ma le loro applicazioni spaziano dalla

computational fluid dynamics (aero e idrodinamica per l’industria aeronautica e navale) alla progettazione

dei circuiti integrati per l’industria della microelettronica. Si può dunque affermare che la progettazione

assistita da calcolatore ha contribuito in modo significativo alla contrazione dei tempi di sviluppo del prodotto

con effetti positivi sulla compressione del Time to Market. Le attività di progettazione sono seguite da quelle

di ingegnerizzazione, e anche in questo ambito le tecnologie informatiche hanno contribuito in maniera

significativa a rendere più efficienti e veloci questi processi. In primo luogo la possibilità di lavorare su una

geometria del prodotto formalizzata in termini matematici ha ridotto i passaggi di disegni tra i reparti di

progettazione e quelli di ingegnerizzazione evitando frequenti errori di interpretazione. Uno degli aspetti

fondamentali nelle lavorazioni per asportazione di truciolo è la definizione del percorso dell’utensile che deve

poi essere codificato per dare l’input alle macchine a controllo numerico. Questa attività veniva inizialmente

realizzata a partire dal disegno dell’oggetto da lavorare. Oggi, invece, la disponibilità del modello matematico

dell’oggetto realizzato nella fase di disegno, ne consente un diretto utilizzo nella definizione del percorso

utensile. Gli applicativi utilizzati in queste attività sono i software per la lavorazione assistita da calcolatore

(Computer Aided Manufacturing) che a monte dialogano con la fase di ingegnerizzazione e a valle

trasferiscono i dati o alle unità di controllo delle macchine a controllo numerico o dei sistemi di produzione.

Il percorso finora descritto (sviluppo delle Information e Comunication Technologies ICT) enfatizza il fattore

tecnologico nel processo evolutivo delle attività di produzione ma non si pensi che ciò abbia determinato una

perdita di importanza del fattore umano. Anzi, nell’attuale scenario competitivo, al fattore umano sono

affidate nuove e più alte responsabilità per il successo dell’impresa. Importanti per la compressione dei tempi

sono i sistemi ERP. Un sistema ERP (Enterprise resource planning) è un sistema informativo che integra tutti i

processi di business rilevanti in un’azienda. Esso facilita la comunicazione all’interno dell’azienda grazie alla

diffusione istantanea delle informazioni, permettendo inoltre una riduzione dei tempi di attesa e maggiore

prontezza di risposta. Con un sistema ERP si possono inoltre standardizzare le procedure, impostando il

passaggio dei dati aziendali. 7

Capitolo 3.

Il concetto di studio di un sistema di produzione è abbastanza generico. Noi valuteremo un aspetto descrittivo

orientato a dare una classificazione delle tipologie dei sistemi di produzione e delle applicazioni più

significative in funzione della combinazione tra tipologia di prodotto e volumi da fabbricare, e un aspetto

orientato a presentare gli strumenti e le metodologie quantitative per la progettazione e la gestione dei sistemi

di produzione. L’attenzione sarà indirizzata allo studio dei flussi di materiale ed alle modalità di acquisizione

del controllo delle risorse da parte dei pezzi in corso di lavorazione. Pertanto i dati di input di cui necessitiamo

sono i cicli di fabbricazione definiti nella fase di ingegnerizzazione del prodotto (che specificano la sequenza

delle fasi), i tempi delle fasi e le risorse da utilizzare, e i piani di produzione che specificano volumi e mix della

produzione. Per fissare obiettivi specifici nella progettazione e gestione dei sistemi di produzione e per

monitorare il funzionamento del sistema o per effettuare attività di benchmarking con i concorrenti, occorre

definire specifiche misure quantitative; pertanto sarà necessario ricercare indici di efficienza.

D’ora in poi nella definizione delle prestazioni produttive utilizzeremo l’indice i con i = 1, 2,…, M per

identificare le risorse (essendo M il numero di risorse presenti nel sistema) e l’indice j con j = 1, 2,…, H per

identificare le parti (dove H è il numero delle parti diverse presenti nel sistema). Come visto in precedenza,

gli indici di prestazione di cui parleremo si dividono in due categorie: quelli che si riferiscono alle parti e quelli

che si riferiscono alle risorse. Definiamo throughput (tasso di produzione o di uscita) relativo alla parte j il

valore Xj, definito, con riferimento ad un generico periodo di osservazione del sistema Toss, dal rapporto tra

il numero di parti bj di tipo j uscite dal sistema durante Toss e il tempo di osservazione stesso (Xj = bj / Toss).

I valori dei throughput delle singole parti non sono sommabili poiché il contenuto di ore macchina di ogni

parte è una caratteristica del suo ciclo tecnologico. Se, per semplificare, la linea di fabbricazione è destinata ad

un solo tipo di parte, il sistema è a regime e l’intervallo di tempo di uscita tra due parti consecutive è costante,

allora Xj coincide con l’intervallo di tempo tra l’uscita di due parti consecutive, e tale valore viene definito

‐1 . In una linea monoprodotto, il throughput massimo teorico X* è limitato dal tempo di servizio

tempo di ciclo t

c

della macchina collo di bottiglia, cioè della macchina che presenta il valore massimo del tempo di servizio. Il

si verifica

valore massimo del tempo di servizio coincide con il tempo di ciclo teorico tc*. Se questa condizione

il coefficiente di utilizzazione della macchina collo di bottiglia è pari a 1. Naturalmente il tempo di ciclo non è

in relazione con la somma dei tempi tecnologici richiesti per completare il ciclo di lavorazione. Per cui, come

avviene nelle linee finali di assemblaggio delle automobili, possiamo avere tempi di ciclo di alcuni minuti e

tempi tecnologici di alcune ore (somma dei tempi tecnologici delle diverse stazioni di lavoro che compongono

la linea). La misura del throughput di una parte consente di rispondere alla domanda se il sistema è

correttamente dimensionato per soddisfare la capacità produttiva, espressa in volumi, di una parte da

fabbricare in un fissato orizzonte temporale. In alcuni casi, in particolare nei sistemi di produzione

multiprodotto, oltre che fissare degli obiettivi sui volumi è necessario controllare i rapporti tra i mix di

prodotto. Per esempio se un FMS è destinato alla lavorazione di un blocco motore, di una testata e dei pistoni

per un motore a 6 cilindri i rapporti tra i volumi delle tre parti fabbricate saranno definiti dalla configurazione

(meglio, come vedremo in seguito, dalla distinta base) del prodotto finito. In questo caso per completare un

motore saranno necessari 1 blocco motore, 1 testata e 6 cilindri e i valori dei throughput staranno tra di loro in

proporzione ai coefficienti d’uso dei componenti nel prodotto finito (X / 1 = X / 1 = X /6). Il valore

blocco testata pistoni

del throughput è dipendente dal valore del tempo di osservazione prescelto. Se consideriamo il valore di Toss

a partire dal tempo t = 0, il throughput in funzione del tempo è dato da: X(t) = b (t) / t, dove b(t) è il valore

cumulato dei pezzi di uno specifico tipo di parte fabbricato a partite dal tempo t = 0. La curva corrispondente

prende il nome di rampa di produttività e il valore di X(Toss) assunto in corrispondenza del valore finale Toss

identifica il valore del throughput medio durante il periodo Toss. Un altro indice di prestazione relativo al

flusso delle parti è il tempo di attraversamento, che riscriviamo riferendoci alla j‐esima parte come TAj = Cj –

Ij = Wj + TTj + Tj. L’esame delle componenti del tempo di attraversamento (o flow time) evidenzia il fatto che i

valori da esso assunti dipendono da diverse cause anche non direttamente collegate allo specifico ciclo di

lavorazione della parte. Per esempio i tempi di attesa e di trasporto possono dipendere dalla priorità che si

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vuole assegnare al flusso delle lavorazioni di una parte rispetto ad un’altra. Per tutte le parti di tipo j lavorate

otterremo una specifica misura per ogni singola parte che possiamo riportare in un diagramma. La media

aritmetica dei valori osservati consente di calcolare un indice sintetico per la parte j e cioè il valore del tempo

di attraversamento medio. La conoscenza dei TA delle parti è fondamentale per determinare il lead time (tempo

intercorrente tra il lancio di un ordine di produzione e l’ottenimento del prodotto finito). Il tempo di

attraversamento messo in confronto con i tempi tecnologici, come abbiamo già visto, consente di esprimere

un giudizio sulla efficienza produttiva del sistema. La misura utilizzata è l’indice di flusso IFj = Tj / TAj, dove

è la somma dei tempi tecnologici della parte di tipo j su tutte le risorse i visitate. Una relazione di

Tj = Sumt ij

fondamentale importanza è la legge di Little, che definisce work in process o scorte in lavorazione la quantità WIP

certo tipo di parte, mediamente presenti nel sistema. I valori presi

= X ∙TA, che indica il numero di pezzi di un

in considerazione si riferiscono ai valori medi di un sistema a regime (o in equilibrio) e quindi a valori di

throughput costanti. La legge è valida per l’intero sistema ma può essere applicata ad ogni singola risorsa

costituente il sistema. Se il sistema è in equilibrio il tasso dei pezzi in ingresso è uguale a quello dei pezzi in

uscita. Infatti, se il primo fosse maggiore del secondo avremmo un progressivo riempimento del sistema e,

viceversa, assisteremmo ad uno svuotamento, e, in entrambi i casi, la legge di Little non potrebbe considerarsi

valida. Aumentando il WIP aumenta il prodotto X ∙ TA e quindi in genere cresce sia il throughput che il tempo

di attraversamento. Questo è intuibile dal fatto che un sistema che presenta valori più alti di WIP più

difficilmente avrà risorse non alimentate e quindi aumenta il tasso di produzione; d’altro canto l’introduzione

di un maggior numero di pezzi all’interno del sistema farà aumentare i tempi di attesa e quindi i tempi di

attraversamento. Tuttavia, quando X, all’aumentare del WIP, si stabilizza al valore massimo teorico, cresce

solo TA e quindi si avrà solamente un aumento delle inefficienze. Chiaramente, per dato X, un miglioramento

dell’efficienza si ottiene riducendo il WIP. =

Definiamo un nuovo coefficiente di utilizzazione dell’i‐esima risorsa come U T / Toss, dove T è il tempo

i uti uti

di impegno della postazione di lavoro della risorsa i, risultante da tutte le parti che vi sono state lavorate

identifica la disponibilità dell’i‐esima risorsa, ovvero il tempo in cui la macchina è

durante Toss. Dunque T

uti

disponibile per svolgere la sua attività. Pertanto una risorsa può essere “occupata” se sta svolgendo un’attività

del ciclo di lavorazione (inseriamo qui sia i tempi ausiliari che i tempi macchina) oppure libera. Identifichiamo

allora questa condizione con una variabile binaria che assume valore 1 se la risorsa è occupata, 0 se libera;

definiamo quindi coefficiente medio di utilizzazione il valore medio di tale variabile nel tempo Toss. Una risorsa

può essere occupata, anche dopo aver completato la fase tecnologica richiesta da una parte, perché si trova

nella impossibilità di scaricare la parte dalla postazione di lavoro. Questa situazione può verificarsi quando,

in assenza di magazzini intermedi, la risorsa successiva che deve essere visitata dalla parte completata è ancora

occupata (blocking). Un’altra ragione di occupazione della risorsa è il verificarsi di un guasto che la mantiene

occupata. Infine una risorsa può essere libera non perché non abbia parti da fabbricare, ma perché il sistema a

monte (magazzini, trasportatori, risorsa precedente) non è nelle condizioni di alimentare la risorsa (starving).

Gli effetti dello starving e del blocking possono essere contrastati attraverso l’impiego di magazzini

interoperazionali che disaccoppiano il funzionamento delle risorse. Una risorsa può essere costituita da una o

il numero di unità di servizio della risorsa i: in questo caso la funzione binaria sopra

più unità di servizio. Sia s i

definita può assumere i valori 0, 1,…, s ‐1, s . In questa condizione, evidentemente, il valore di U può assumere

i i i

un valore maggiore di 1. Per ottenere il coefficiente di utilizzazione medio della singola unità di servizio basta

per s . La conoscenza dei coefficienti di utilizzazione delle risorse di un sistema

dividere il valore ottenuto di U i i

di produzione è di fondamentale importanza per la corretta distribuzione dei carichi di lavoro tra le diverse

risorse e consente di identificare i colli di bottiglia del sistema che rallentano il flusso produttivo. Esiste una

di utilizzazione della risorsa e il throughput; è infatti evidente che per valori di

relazione tra il coefficiente

throughput crescenti aumenta il coefficiente di utilizzazione della risorsa. Supponiamo per esempio di avere

una generica risorsa impegnata in una produzione monoprodotto; sia t il tempo unitario di servizio della

risorsa e b il numero delle parti che vengono fabbricate durante Toss. Allora risulta U = b t / Toss, ed essendo

i

X = b/Toss, otteniamo U = X t. Un indicatore utile nella valutazione del comportamento di una risorsa è il grado

i

di congestione. In genere in una risorsa (sia a singola unità di servizio che a multiple unità di servizio)

lavorate, ed uno stadio di

distinguiamo uno stadio di attesa, in cui osserviamo le parti che attendono di essere

lavorazione. Quando parliamo del grado di congestione (stima necessaria per dimensionare gli spazi o i

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DESCRIZIONE APPUNTO

Il qui presente file tratta della fase della produzione industriale relativa all'approvvigionamento e alla progettazione del ciclo produttivo di lavorazione. Dopo un capitolo introduttivo sullo scenario economico - industriale e tecnologico odierno, si passa all'esposizione degli indici di prestazione per valutare l'efficienza produttiva di un sistema di produzione e alla presentazione di alcuni algoritmi utilizzati per modellare tali sistemi (allocazione statica, modelli a reti di code trattati con Mean Value Analysis, SIMAN). Negli ultimi due capitoli viene trattata da vicino la fase di approvvigionamento, dai lotti economici di acquisto/produzione (EOQ) al Material Requirement Planning (MRP).


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria gestionale (AGRIGENTO, PALERMO)
SSD:
Università: Palermo - Unipa
A.A.: 2015-2016

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher RiccardoScimeca di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Programmazione e gestione della produzione e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Palermo - Unipa o del prof La commare Umberto.

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