Impianti industrial meccanici

Impiantimeccanici e processi produttivi

Con il termine processo produttivo si intende l'insieme delle attività che si esplicano nella trasformazione di materiali in ingresso in prodotti finiti (beni economici) grazie a scambi di energia che comportano cambiamenti nelle caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali stessi; il prodotto di un processo può essere materiale o immateriale, quali la creazione di idee o brevetti.

Concetti chiave degli impianti industriali

Con il termine impianto industriale si intende invece la parte dell'impresa in cui, mediante opportuni mezzi, si operano le trasformazioni sui materiali per ottenere beni (merci o servizi) di maggior valore per l'impresa stessa; l'impianto industriale quindi deve essere visto come l'insieme di processo produttivo e di tutti i sottosistemi che concorrono alla realizzazione delle trasformazioni.

Nella gestione di un impianto industriale bisogna valutare ogni settore, anche quello degli ingressi, perché si potrebbero riscontrare delle disuniformità tra i materiali attesi e quelli pervenuti, come quello di produzione, che influenza fortemente la produttività (es. velocità dei singoli operai).

Tipologie di impianti industriali

• Impianti di produzione (o tecnologici): impianti nei quali avviene il processo produttivo, portando a termine il ciclo tecnologico;
• Impianti di servizio (o complementari): impianti nei quali si realizza un ciclo di trattamento di un servizio attraverso specifici macchinari e attrezzature.

Gli impianti industriali possono essere caratterizzati:

• In funzione della natura delle trasformazioni (chimico, tessile, meccanico, siderurgico, elettromeccanico): ogni categoria richiede condizioni particolari;
• In funzione delle dimensioni (piccolo, medio, grande): questa caratterizzazione differisce a seconda del settore industriale considerato.

Classificazione degli impianti di produzione

Un impianto di produzione può essere classificato in funzione del:

Livello di integrazione

Dipende dal numero di passi del processo di produzione che vengono svolti all'interno di un impianto, che si definisce integrato se al suo interno vengono effettuate la maggior parte delle fasi del processo produttivo. L'integrazione si distingue in:

• Verticale: va a monte del processo, punta all'acquisire tutti gli stadio precedenti del processo che portano alla produzione della materia prima (es. nella produzione di uno smartphone, per non pagare i singoli componenti di base, si acquisiscono le società che producono i componenti stessi);
• Orizzontale: mira ad acquisire il controllo completo di tutte le fasi del processo produttivo, che può essere utilizzata per ragioni di segretezza, nel caso in cui quindi non si può/vuole condividere dei semilavorati e il processo produttivo degli stessi. Il prodotto non esce mai dall'impianto produttivo (es. un processo tecnologico comporta un passaggio di rettifica, e non avendo il macchinario affido il passaggio di rettifica ad un'altra azienda, terziarizzandolo; l'integrazione orizzontale mira ad eseguire tutti i passaggi all'interno dell'impianto industriale). N.B. L'integrazione orizzontale può anche essere intesa come iniziare a produrre oggetti nello stesso settore di produzione del primo oggetto prodotto (es. un'impresa produce scarpe in pelle, quindi inizia a produrre anche cinture in pelle e giubbotti in pelle).

Fattore produttivo rilevante

• Ad alta intensità di capitale (o Capital Intensive): caratterizzati da un alto investimento iniziale di capitale in attrezzature e macchinari;
• Ad elevata intensità di lavoro (o Labor Intensive): caratterizzati da alte tasse in uscita e bassi investimenti iniziali di capitale.

Diagramma tecnologico del processo

• Processi monolinea (o lineari): es. produzione della ghisa;
• Processi sintetici (o convergenti): es. elettrodomestici ed automobili;
• Processi analitici (o divergenti): es. petrolchimica, mobili e farmaci;
• Processi misti (o convergenti/divergenti).

Insieme di caratteristiche progettuali e gestionali

Si distinguono in funzione della produzione, che avviene come:

Modo di rispondere alla domanda di mercato

• Produzione su commessa:
  • Singola;
  • Ripetitiva
• Produzione per il magazzino.

Si distinguono diverse categorie:

• ETO (engineer to order);
• PTO (purchase to order);
• MTO (make to order);
• ATO (assemble to order);
• MTS/ATO (make to stock).

Modo di realizzare i volumi produttivi

• Produzione unitaria: es. omogeneizzati alla mela;
• Produzione intermittente (a lotti): es. omogeneizzati alla mela e omogeneizzati alla pera;
• Produzione continua: es. omogeneizzati alla mela e pera.

Modalità di realizzazione del processo

• Produzioni manifatturiere per parti (*):
  • Fabbricazione;
  • Assemblaggio
• Produzioni per processo.

Produzioni manifatturiere per parti

Le produzioni manifatturiere per parti si distinguono in:

Fabbricazione

La fabbricazione può avvenire secondo vari sistemi produttivi, in base ai quali si vanno ad organizzare gli spazi e le caratteristiche di un sistema produttivo. Questi si dividono in:

Per reparti (Job Shop)

Sistema di fabbricazione realizzato per reparti, costruiti per affinità tecnologica, nel quale sono presenti differenti macchine. Nel job shop i flussi dei processi sono molto intrecciati, infatti bisogna tenere conto del processo tecnologico di ogni bene prodotto, per evitare di incorrere in attese o code troppo lunghe; nonostante ciò, la manodopera è la risorsa più critica di questo sistema produttivo.

Pro:

• Estrema flessibilità di prodotto;
• Disponibilità di macchine generiche (possibilità di lavorare un mix elevato di particolari);
• Specializzazione della manodopera per aree;
• Possibilità di valutare ed incentivare i singoli operatori;
• Possibilità di cicli alternativi;
• Minore duplicazione dei macchinari (minori investimenti).

Contro:

• Elevati WIP (work in progress): essendo capitale immobilizzato, non possono essere valorizzati in tempo reale, ma comportano perdite);
• Elevati tempi di attraversamento;
• Scarsa saturazione delle macchine;
• Livello qualitativo poco costante;
• Necessità di manodopera qualificata: deve saper stare al passo con i cambiamenti tecnologici;
• Elevato consumo di risorse;
• Difficoltà nel seguire i flussi produttivi;
• Difficoltà nella pianificazione della produzione.

Enfasi sulla capacità tecnologica! Consigliabile a seguito di una domanda tendenzialmente variabile e per lotti di piccole dimensioni.

Per celle di fabbricazione

In questo schema produttivo le macchine sono disposte per omogeneità di prodotti lavorati (famiglie). In ogni cella ci sono quindi tutti i macchinari utili a produrre un prodotto, e queste possono essere definite solo dopo aver trovato il flusso di lavoro a monte di un prodotto: per fare ciò si creano delle tabelle, sulle righe si mettono i processi e sulle colonne i prodotti, si vanno a sommare le colonne e ad ordinarle in maniera crescente per poter individuare i gruppi, e quindi formare una cella nella quale si lavora una famiglia di prodotti (oppure si può fare analiticamente, andando a definire una matrice, della quale si trovano gli autovalori e gli autovettori). Nella produzione a celle di solito si evitano flussi intracellulari, ma ci sono delle eccezioni dovute alla capacità economica dell'impresa: se una macchina dovesse essere coinvolta in due celle, le possibilità sono o di duplicarla, comprandone quindi una per cella (per poter sfruttare una maggiore efficienza, dei minori costi di movimentazione e una grande semplicità di gestione della produzione, a fronte però di minor tasso di utilizzazione e maggiori costi di investimento e di esercizio soluzione ottimale se la macchina costa poco), o di condividerla, creando un flusso intracellulare (per ottimizzare gli spazi, minimizzare i costi di investimento e di esercizio e massimizzare il tasso di utilizzazione della macchina, a fronte però di minore efficienza, maggiori costi di movimentazione e difficoltà di gestione della produzione soluzione ottimale se la macchina costa molto). Le celle produttive devono inoltre essere mobili, poiché se cambia il prodotto bisogna poter riconfigurare il layout della cella stessa.

Pro:

• WIP ridotti;
• Razionalizzazione dei flussi produttivi;
• Orientamento al cliente;
• Manodopera interfungibile e forme di organizzazione avanzate;
• Miglior utilizzo dello spazio;
• Maggior saturazione delle macchine;
• Riduzione del lavoro di trasporto e movimentazione.

Contro:

• Sbilanciamento dei carichi di lavoro tra le varie celle;
• Difficoltà nell'ottenere celle completamente autonome;
• Elevati costi di implementazione per la revisione del layout;
• Problemi a gestire mix;
• Maggiore qualificazione del personale.

Buon compromesso, sotto determinate condizioni!

FMS (flexing manufacturing system) o FMC

Robot antropomorfi;

Per linee di fabbricazione o a flusso (line transfer)

Sistema di produzione caratterizzati dallo stesso processo tecnologico e da tempi di lavorazione costanti in ciascuna lavorazione (da bilanciare in fase di progettazione).

Pro:

• Minimizzati i costi di produzione;
• Flussi di materiale lineari e razionali;
• Minor costo di movimentazione dei materiali;
• Minor tempo di attraversamento;
• Minori WIP;
• Semplificazione nella gestione della produzione;
• Maggior efficienza nell'utilizzo degli spazi;
• Incentivo per i gruppi ad aumentare la produttività;
• Personale meno qualificato (alta ripetibilità) e meno numeroso;

Contro:

• Campo di produzione limitato;
• Forte dipendenza dai guasti delle macchine;
• Estrema sensibilità alle modifiche del prodotto (se non è adeguato potrei dover buttare tutta la linea di produzione, oppure dover effettuare una lavorazione o dover sostituire un macchinario);
• Produttività delle linee dipendente dai colli di bottiglia;
• Esigenza di supervisione generale;
• Duplicazione delle macchine e maggiori investimenti.

Enfasi sulla capacità produttiva! Consigliabile a seguito di una domanda relativamente stabile e per lotti di grandi dimensioni.

Assemblaggio

• A posto fisso: adatto a montaggi di oggetti di grandi dimensioni e peso (es. aerei o macchinari), che richiedono quindi ampi spazi.

Pro:

• Diversificazione mansioni operatori;
• Efficacia organizzativa;
• Flessibilità al prodotto (basso costo di avvio nuove produzioni);
• Pieno utilizzo delle stazioni di lavorazione;

Contro:

• Flussi di componenti/attrezzature verso le posizioni di montaggio;
• Bassi livelli di automazione;
• Tempi di montaggio elevati (operazioni molto complesse);
• Per volumi elevati bisogna moltiplicare le postazioni di montaggio;
• Operatori ad elevato livello professionale;
• Difficoltà di addestramento della manodopera.

• In linea: adatta per operazioni ripetitive su oggetti di piccole/medie dimensioni e dove è conveniente intervenire con investimenti in automazione/meccanizzazione; la parola chiave è parcellizzazione, che consiste nel far svolgere agli operatori poche e semplici operazioni, e nel far passare i semilavorati tra gli operatori mediante nastro trasportatore.

Pro:

• Ridotto tempo ciclo e ridotti WIP;
• Efficiente uso dello spazio;
• Ridotto costo di manodopera (minore qualificazione, maggiore automazione);
• Flussi lineari ed elevata efficienza dell'assemblaggio.

Contro:

• Elevati investimenti in capitale fisso (dipende dal livello di automazione dell'impianto);
• Difficile bilanciamento dei carichi di lavoro;
• Tempo di lavorazione non deterministico;
• Lavoro ripetitivo ed alienante;
• Lungo tempo di avvio di nuove produzioni e flessibilità di mix molto bassa.

• Ad isola: per montaggi di oggetti di medio/grandi dimensioni (es. auto).

Pro:

• Allargamento dei compiti lavorativi e maggiore flessibilità rispetto all'assemblaggio in linea;
• Orientamento al lavoro di squadra;
• Elasticità (possibilità di variare il numero di operatori in linea).

Contro:

• Qualificazione della forza lavoro;
• Difficoltà a realizzare alti livelli di automazione;
• Operatori in piedi.

Organizzazione del layout

È importante in uno stabilimento/area di lavoro organizzare correttamente il layout, ovvero la dislocazione dei reparti e delle officine (stabilimento) e delle macchine, dei posti di lavoro e dei depositi (area di lavoro), inclusi gli uffici e i servizi aziendali: si ricorre quindi allo studio di layout, ovvero la ricerca di pianificazione, integrazione e coordinamento dei vari componenti della produzione. I problemi di layout sorgono quando bisogna progettare uno stabilimento ex novo (green field), oppure migliorare una configurazione di partenza (partendo da un layout definito): si può quindi incorrere nel caso di costruire un nuovo stabilimento o modificare il processo produttivo (o sostituire parti d'impianto); per massimizzare l'efficienza del layout bisogna facilitare il processo produttivo razionalizzando l'occupazione delle aree e i flussi di materiale, ridurre i tempi morti e i colli di bottiglia, minimizzare il costo dei trasporti, ridurre gli investimenti, utilizzare la manodopera nel modo più razionale possibile, rendere le installazioni flessibili (tenendo conto di possibili futuri ampliamenti e di modifiche nel ciclo produttivo) e migliorare le condizioni di sicurezza e di comfort (isolamento da fattori nocivi, quali vibrazioni, rumori ed esalazioni).

Un layout si definisce efficace quando è caratterizzato da:

• Flusso di materiali pianificato;
• Tempo di produzione stabile e facilmente determinabile;
• Ridotte quantità di materiale nel ciclo di produzione;
• Piani di ampliamento già predisposti;
• Minime distanze di trasporto del materiale in lavorazione;
• Minimizzazione dei trasporti manuali;
• Immagazzinamento organizzato.

Struttura degli impianti di servizio

La struttura degli impianti di servizio è composta da:

• Generatore del servizio (servizio centrifugo, es. acqua potabile, elettricità, o un pannello solare che distribuisce l'energia accumulata) o punto di raccolta (servizio centripeto, es. fogne, sistemi di raccolta, o un pannello solare che accumula energia, o Facebook).
• Rete di distribuzione;
• Connessione tra impianto di servizio e utenza.

Gli impianti di servizio possono essere classificati in funzione:

• Dell'entità servita:
  • Servizi per i mezzi produttivi degli impianti;
  • Servizi per le persone.
• Del tipo:
  • Servizi di alimentazione: servizi centrifughi, in cui si distribuisce alle utenze un servizio prodotto da un'unità centrale;
  • Servizi di scarico: servizi centripeti, in cui il servizio viene raccolto dalle utenze e convogliato in un centro di raccolta.
• Della funzione svolta:
  • Servizi di produzione e distribuzione dell'energia (elettrica, termica, fluidi in pressione);
  • Servizi di controllo delle condizioni ambientali di lavoro (ventilazione, condizionamento, illuminazione);
  • Servizi di trasporto e stoccaggio materiali solidi;
  • Servizi di trasporto e stoccaggio materiali fluidi;
  • Servizi di interazione impianto-ambiente (trattamento effluenti, acque industriali, ecc.).

Efficienza e efficacia nelle imprese

In un'impresa, ma in generale in tutte le situazioni, si può procedere seguendo due scuole di pensiero:

• Efficacia: è la capacità di raggiungere un obiettivo ad ogni costo;
• Efficienza: attuare un processo di minimizzazione dei costi del volume produttivo al fine di ottenere un obiettivo.

Es. per soddisfare appieno il cliente si minimizzano i tempi di produzione, rendendo il processo efficace; se però viene a costare troppo, ciò implica ridurre la marginalità, e quindi la possibilità di futuri investimenti: bisogna quindi orientare la produzione sull'efficienza (buona strategia quando il mercato è stabile, mentre se è in crescita bisogna aumentare l'efficacia).

Es. organizzando la produzione secondo job shop uno stadio di lavorazione è più occupato di altri (collo di bottiglia), quindi ragionando in termini di efficacia si potrebbe pensare di comprare un'altra macchina che esegua lo stesso stadio di lavorazione, per concludere prima il ciclo di produzione e quindi fidelizzare il cliente, ma ragionando in termini di efficienza bisogna capire in quanto tempo si ripaga quella macchina e se ne vale la pena, quindi se si rischia di perdere clienti a seguito di un processo più lento, ecc.

Stakeholders e Shareholders

In un'impresa ci sono due figure in contrapposizione:

• Stakeholders: imprenditori;
• Shareholders: investitori, forniscono un capitale economico e sono interessati ad un ritorno il più velocemente possibile, e ciò rappresenta l'opposto della logica degli stakeholders, i quali sono interessati a diversi investimenti (che però comportano un ritorno economico ritardato per gli shareholders).

È importante valorizzare il prodotto in maniera corretta in funzione della transizione temporale che sta effettuando, descritta dalla Life-Cycle Curve: questa curva è importante per capire l'evoluzione della vita del prodotto, poiché, raggiunti...