Impianti industriali e organizzazione d'impresa

Gli impianti industriali e le loro tipologie

Impianti

All'interno di un'impresa si possono distinguere un insieme di attività dedicato alla trasformazione di materiali in ingresso in prodotti finiti o servizi, attraverso lo scambio di energia (meccanica, chimica, elettrica ecc.), modificandone le caratteristiche fisico-chimiche. Tale insieme è propriamente detto processo tecnologico, e pone enfasi sul carattere tecnologico dell'impresa.

Un gradino successivo è identificato dall'impianto industriale, ovvero l'insieme del processo di produzione e le attività, di carattere tecnico-gestionale, che presiedono le attività del processo. Esso ha inoltre l'importante scopo di fare in modo che la produzione porti all'impresa un margine di guadagno, detto valore aggiunto.

Nello schema sopra riportato il termine logistica sottintende tutte le attività che garantiscono continuità ai processi: logistica di approvvigionamento di materie prime (in ingresso), logistica distributiva (in uscita), logistica interna). È indicato invece con servizi generali d'impianto l'insieme di processi che forniscono prodotti utili al processo produttivo principale (energia elettrica, vapore, servizi di dismissione rifiuti ecc.), i quali possono essere prodotti all'interno o all'esterno dell'impianto industriale.

Si osserva inoltre che un impianto deve avere del capitale in ingresso, sia esso immobilizzato (edifici, macchine) o circolante, utilizzato per finanziare l'attività produttiva e supplire ai vuoti di guadagno.

Tipologie di impianti

All'interno di un impianto industriale si ha la distinzione tra:

• Impianto di produzione (o tecnologici): in questi avvengono le trasformazioni vere e proprie del processo produttivo;
• Impianti di servizio (o ausiliari): forniscono supporto, energetico o di approvvigionamento, agli impianti di produzione.

È possibile suddividere gli impianti di produzione in funzione della natura delle trasformazioni:

• Impianto chimico, dedito al trattamento di sostanze chimiche su grande scala;
• Impianto tessile, nel quale vengono prodotte e lavorate fibre tessili;
• Impianto meccanico, ovvero che posseggono al proprio interno macchine in movimento che producono moti e forze di natura meccanica;
• Impianto siderurgico, nei quali si ha la lavorazione del ferro in ghisa o acciaio;
• Impianto elettromeccanico, ecc.

Per dimensioni si hanno impianti di produzione di piccole dimensioni, ovvero con meno di cinquanta dipendenti e un fatturato annuo inferiore a 7M€; impianti di medie dimensioni, nei quali lavorano meno di 250 persone e fattura meno di 40M€ all'anno; abbiamo infine impianti di grandi dimensioni, che non rientrano nelle suddette categorie.

Si ha poi una suddivisione secondo il livello di integrazione, ovvero in base al numero di passi del processo produttivo che vengono svolti all'interno dell'impianto stesso: si può avere un impianto integrato, nel quale viene svolta la maggior parte delle fasi di trasformazione - se tale parte corrisponde alla totalità delle fasi allora il processo si dice completamente integrato (ciclo integrale). Si hanno poi impianti non integrati, i quali sono sostenuti da un insieme di fasi esterne, detto supply chain.

Fattore produttivo rilevante

Un'ulteriore suddivisione può essere fatta secondo il fattore produttivo rilevante, ovvero quale fattore in ingresso incide maggiormente sull'impianto produttivo: si hanno impianti ad alta intensità di capitale, dei quali sono esempi le farm di bitcoin e il settore delle telecomunicazioni; oppure impianti ad alta intensità di lavoro, come nell'industria alimentare.

Si ha, infine, una distinzione in base alla tipologia di diagramma tecnologico relativo al processo:

• Processo monolinea (lineare): ne sono esempi i processi di produzione di energia nucleare, di estrazione di combustibile fossile e gas;
• Processo sintetico (convergente): ad esempio nelle industrie di autovetture;
• Processo analitico (divergente): identificabile nelle raffinerie di petrolio e nelle acciaierie;
• Processo misto: un esempio ne è l'industria di mobili come IKEA.

Caratterizzazione degli impianti di produzione

Tuttavia la caratterizzazione degli impianti di produzione di maggior importanza si ha considerando l'insieme delle caratteristiche progettuali e gestionali dell'impianto stesso:

• Modalità di realizzazione e specifiche del prodotto;
• Modalità di realizzazione dei volumi produttivi, ovvero la capacità di produzione in un certo arco temporale;
• Modalità di risposta alla domanda del mercato, ovvero la capacità di soddisfare il cliente e la scelta del mercato su cui vendere.

Per modalità di realizzazione del prodotto si hanno impianti manifatturieri, nei quali il prodotto è ottenuto tramite la fabbricazione di parti e il loro assemblaggio, e impianti di processo, ove il prodotto finito è ottenuto tramite trasformazioni irreversibili (ad esempio nella produzione di energia, nell'industria alimentare e nelle acciaierie).

Per modalità di realizzazione del volume si differenzia tra impianti a produzione unitaria, nei quali si produce un prodotto alla volta (industria navale), impianti a produzione intermittente o a lotti (industria di mezzi pubblici) e impianti di produzione continua, nei quali il processo procede idealmente senza interruzioni (pastifici, Barilla). Da questo punto è importante notificare che le tecnologie di controllo digitale hanno permesso un grande implemento di flessibilità all'industria, garantendo la possibilità di interscambiare queste modalità di produzione.

Per quanto riguarda la capacità di risposta alla domanda del mercato, si considera un impianto manifatturiero e si suddivide il processo di produzione in progettazione (del prodotto e del processo stesso), approvvigionamento (acquisto di materie prime o parti finite), fabbricazione, assemblaggio e spedizione. È possibile ora identificare un impianto di produzione secondo il tempo che il cliente è disposto ad attendere:

• MTS (Make To Stock): produzione completa e deposito in magazzino, con il prodotto pronto per l'ordine;
• ATO (Assemble To Order): produzione dei componenti e loro stoccaggio, con assemblaggio all'ordine;
• MTO (Make To Order): produzione solo su ordine, con magazzino di materie prime;

Queste prime categorie corrispondono agli impianti di produzione stabili sul mercato e che hanno un processo di produzione in serie. Si hanno poi produzioni su commessa, tipiche di imprese con alti costi di produzione e bassa richiesta, come le industrie di produzione di aeroplani, mezzi pubblici e macchinari complessi. In questa categoria rientrano gli impianti PTO (Procure To Order), nei quali il cliente specifica i materiali da acquistare per la realizzazione del prodotto, e gli impianti ETO (Engineer To Order). In questi ultimi il cliente definisce anche le specifiche tecniche del prodotto. È evidente che nel primo caso si tratta di possedere un magazzino di idee e progetti pronti, mentre nel secondo di competenze degli ingegneri.

A spesa di un tempo di attesa maggiore, il cliente guadagna una personalizzazione e una qualità superiori. È possibile anche dire che la scelta di come impostare il proprio processo dipende dalle scelte strategiche di mercato e dall'importanza della richiesta; non è inoltre che un impianto debba essere identificato da uno solo dei caratteri sopracitati: un esempio popolare ne è la catena di fastfood McDonald, nei quali la tipologia di produzione (MTS o MTO) dipende dalla quantità di richiesta e dalla fascia oraria.

Impianti di servizio

Per quanto riguarda invece gli impianti di servizio, come i magazzini, i depuratori, gli impianti di produzione di energia, essi sono suddivisibili in: impianti generatori di servizio (servizio centrifugo) e punti di raccolta (servizio centripeto), legati ai clienti attraverso una rete di distribuzione.

È possibile suddividere tali impianti secondo:

• Tipologia di entità servita:
  • Servizi per mezzi produttivi di impianti tecnologici e di produzione;
  • Servizi per persone.
• Tipologia di servizio:
  • Servizio di alimentazione, tipicamente centrifughi, in cui si distribuisce alle utenze un servizio prodotto da un'unità centrale (energia elettrica, vapore ecc.);
  • Servizio di scarico, tipicamente centripeti, in cui il servizio viene raccolto dalle utenze e convogliato ad un centro di raccolta (impianto di depurazione, magazzini ecc.).
• Tipologia di funzione svolta:
  • Servizi di produzione e distribuzione di energia:
    • Elettrica;
    • Termica;
    • Fluidi in pressione;
  • Servizi di controllo delle condizioni ambientali di lavoro:
    • Condizionamento;
    • Ventilazione;
    • Illuminazione;
  • Servizi di trasporto e stoccaggio di materiali solidi;
  • Servizi di trasporto e stoccaggio di materiali fluidi;
  • Servizi di interazione impianto-ambiente:
    • Trattamento effluenti;
    • Trattamento acque industriali;

Caratteristiche degli impianti industriali

Verranno ora trattate le diverse impostazioni dei processi attivi in un impianto di produzione, sia dal punto di vista della fase di fabbricazione che di quella di assemblaggio. Prima di tutto è di interesse introdurre due parametri che definiscano la bontà dell'impostazione dell'impianto: l'efficacia e l'efficienza. Il primo esprime quanto il prodotto finito sia in grado di soddisfare al meglio la domanda sul mercato, ovvero si potrebbe dire "quanto il prodotto sia in linea con la domanda". Il secondo parametro equivale al rapporto tra il valore del risultato in output e il valore complessivo delle risorse in entrata.

Esistono diversi indicatori riguardanti l'efficacia e l'efficienza; tali possono essere maggiormente esplicativi della prima e meno della seconda, o viceversa, tuttavia nessuno di essi si riferisce ad uno solo dei due parametri. La produttività è definita come la quantità di prodotto che l'impianto è capace di produrre da un'unità di risorsa, sia essa materia prima, manodopera, capitale o energia. Questo parametro è un indicatore valido dell'efficienza.

La flessibilità corrisponde alla capacità che l'impianto possiede di modificare il proprio ciclo produttivo senza perdere le proprie caratteristiche principali. Essa è un indice dell'efficienza, il quale può essere suddiviso in:

• Flessibilità di volume (elasticità), ovvero la capacità di variare il proprio volume di prodotto finito all'interno di un intervallo di tempo;
• Flessibilità di prodotto, la quale corrisponde alla quantità di tipologie di prodotto finito che il singolo impianto è in grado di produrre e quanto fabbisogno esso riesce a soddisfare;
• Flessibilità di mix, ove per "mix produttivo" si intende l'insieme di prodotti differenti realizzabili nell'impianto. Questo indicatore esprime la capacità di variare il mix produttivo dell'impianto senza lederne la produttività, pertanto è legato a quest'ultima;
• Flessibilità di piano, indicante la capacità di variare il piano di produzione dell'impianto senza peggiorare il servizio dato al cliente.

Quest'ultimo indicatore è legato al servizio che viene fornito, il quale fornisce un indicatore di efficacia dell'impianto, considerando la capacità di soddisfare un cliente. Questo indicatore comprende:

• L'assistenza pre-vendita e post-vendita;
• Puntualità, disponibilità e accuratezza, ovvero il rispetto delle date di consegna, la capacità di accollarsi ordini differenti e la capacità di consegnare un ordine che corrisponda alla richiesta del cliente e agli standard pubblicizzati dall'impresa;

Per quanto riguarda la qualità è possibile dire che è un indicatore dell'efficacia dell'impianto ed è possibile riferirla direttamente al prodotto, nel qual caso si parla di conformità del prodotto, ovvero il livello di identità con i requisiti a priori della consegna ("in field"), dopo la consegna o all'installazione (collaudo).

Tipologie di impianti di fabbricazione

1. Produzione per reparti (Job Shop)

In questi impianti è presente una distinzione delle aree di lavoro (reparti), ciascuna caratterizzata da differenti macchine tra loro tecnologicamente affini. Un tale impianto presenta strade diverse per prodotti differenti, senza che essi abbiano macchine specificatamente dedicate ad essi.

Caratteristiche:

• Flussi estremamente intrecciati di prodotti;
• La manodopera rappresenta la risorsa critica -perciò limitata- ovvero le ore di lavoro svolte dalle macchine sono nettamente superiori a quelle fatte dagli operai;
• I lotti di produzione presentano sempre delle code e dei tempi di attesa prima della lavorazione in un dato reparto;
• Possibilità di avere diversi cicli e cicli alternativi, con una ridondanza di opzioni produttive;

Pregi:

• Flessibilità di prodotto e di mix molto elevata;
• Disponibilità di macchine generiche e quindi potenzialità di mix elevata;
• Specializzazione della manodopera per reparti, con controllo e supervisione più efficaci;
• Possibilità di valutare e incentivare i singoli operatori;
• Robustezza ai guasti per la presenza di cicli alternativi;
• Minor duplicazione del macchinario e conseguenti investimenti minori.

Difetti:

• Elevato Work In Progress (W.I.P.), ovvero la somma del materiale e dei semilavorati in fase di lavorazione nell'impianto: per soddisfare la continuità del processo, devo fornire un flusso di materiali alto, con maggiori costi in materie prime, stipendi ed energia scoperti (grande ammontare di capitale circolante);
• Tempi di attraversamento dei semilavorati lunghi;
• Tempi di attesa per il cliente maggiori;
• Livello qualitativo poco costante;
• Maggior ingombro totale, con costi più elevati per gli edifici;
• Difficile ottimizzazione energetica;
• Difficoltà nel prevedere i cosiddetti "colli di bottiglia", ovvero quei punti del processo con minore capacità produttiva, presso i quali potrebbero formarsi degli ingombri di semilavorati e che determinano il flusso di prodotto finito in uscita.

È evidente che tale tipologia di impianto è improntato ad enfatizzare la capacità tecnologica e la flessibilità di mix, a discapito dei costi e dell'efficienza complessiva.

2. Linee transfer di produzione

In esse il ciclo produttivo è definito e fissato a priori della costruzione dell'impianto, in modo che esso sia il migliore possibile. Le stazioni di lavorazione sono poste in sequenza e dedicate ad un'unica fase di lavorazione del prodotto.

Caratteristiche:

• Stazioni disposte in linea (non necessariamente retta);
• Macchine dedicate alla fabbricazione di un prodotto o di una famiglia di prodotti;
• Ritmi produttivi estremamente elevati;
• Soluzione di grande efficacia ma bassa flessibilità.

Pregi:

• Flussi di materiale più lineari, controllati e razionali;
• Minor costo di movimentazione dei materiali;
• Minor tempo di attraversamento dei semilavorati;
• Poco W.I.P.;
• Semplificazione nella gestione della produzione;
• Maggior efficienza nell'utilizzo degli spazi;
• Incentivo per i gruppi ad aumentare la produttività;
• Personale meno qualificato, data l'alta ripetitività del lavoro.

Difetti:

• Forte dipendenza dai guasti delle macchine, con necessità di attenzione per i microguasti, i quali sono in grado di guastare l'intero impianto (guasti a cascata) e di ridurne sensibilmente la capacità produttiva;
• Estrema sensibilità alle modifiche di prodotto, con costi di modifica dell'impianto elevati e tempi di avvio di nuove produzioni lunghi;
• Produttività delle linee fortemente dipendente dai colli di bottiglia;
• Esigenza di supervisione generale;
• Duplicazione delle macchine e maggiori investimenti su di esse;
• Elevata alienazione del personale.

Rispetto ai Job Shop, le Linee Transfer si trovano all'opposto in termini di volume produttivo e varietà: i primi hanno varietà elevata e volumi bassi, le seconde varietà bassa e volumi molto elevati.

3. Celle di fabbricazione

Costituiscono il giusto compromesso tra i Job Shop e le Linee Transfer. In esse le macchine sono disposte per omogeneità (famiglie) di prodotti lavorati, attraverso un modello di costruzione di Group Technology. È necessario notare che idealmente non esistono flussi di semilavorati tra diverse celle, anche se talvolta questo non è possibile né economicamente favorevole.

PREGI:

• Tempi di attraversamento contenuti, con costi minori di trasporto e movimentazione;
• W.I.P. Ridotto;
• Razionalizzazione dei flussi produttivi;
• Orientamento del cliente;
• Manodopera interfungibile e forme di organizzazione avanzate;
• Riduzione dei setup;
• Migliore utilizzo dello spazio;
• Maggior saturazione delle macchine;

DIFETTI:

• Sbilanciamento dei carichi di lavoro tra le varie celle;
• Difficoltà nell'ottenere celle completamente autonome;
• Elevati costi di implementazione per la revisione del lay-out;
• Problemi nella gestione di turbolenze di mix;
• Maggiore qualificazione del personale.