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Impianti industriali (2' modulo) Appunti scolastici Premium

Appunti presi durante il corso di impianti industriali (secondo modulo) presieduto dal prof riccardo manzini. Appunti completi presi a lezione e integrati con il libro. esame passato con 30.

contenuto:

STUDIO DEL FLUSSO DEI MATERIALI E DELLE ATTIVITA' OPERATIVE Analisi del prodotto e delle quantità. Documenti per la descrizione del flusso dei materiali. Classificazione delle... Vedi di più

Esame di Impianti industriali docente Prof. R. Manzini

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GROUP TECHNOLOGY E CELLULAR MANUFACTURING. ALGORITMI PER IL CLUSTERING DI

PRODOTTI E MACCHINE IN FAMIGLIE OMOGENEE.

La Group Technology fa riferimento all’ accorpamento di prodotti e macchine simili in gruppi o “famiglie”,

per le quali si possono adottare metodi e mezzi di fabbricazione più efficienti e tipici della produzione in

serie. In questo modo vengono coniugati i vantaggi delle linee dedicate e delle organizzazioni flessibili.

Per il passaggio da un layout per reparti a una linea flessibile organizzata in celle si crea una “matrice di

incidenza” che incrocia famiglie di prodotti con i centri di lavoro attraversati: se il prodotto (i) visita il

reparto (j), allora viene assegnato un punteggio pari a 1, altrimenti pari a 0. L’obiettivo che si vuole

raggiungere è quello di concentrare tutti gli “1” in blocchi, ovvero diagonalizzare la matrice. Per fare ciò si

opera mescolando fra loro righe e colonne (NON singole celle) fino ad arrivare a una situazione in cui molti

“1” sono compatti e vicini. Può capitare che altri invece rimarranno sparsi: queste eccezioni indicano che il

prodotto utilizza una macchina appartenente ad un’altra cella, creando un flusso extracellulare che si

vorrebbe evitare. Per ovviare a tale problema si duplica la macchina di cui il prodotto ha bisogno nella cella

in cui esso si trova (“ridondanza di macchine”).

Gli algoritmi di Clustering aiutano a raggruppare prodotti simili in gruppi/famiglie. Se ne possono citare

due: il “Rank-Order Clustering Algorithm” (ROC, King) e il “Direct Clustering Algorithm” (DC, King &

Nakornchai).

Gli step dell’algoritmo ROC sono: ∑( ( )

1) calcolare il peso totale di ogni colonna Wj = , ∗ 2 )

2) ordinare le colonne in ordine crescente ∑( ( )

3) calcolare il peso totale di ogni riga Wi = )

, ∗ 2

4) ordinare le righe in ordine crescente

5) se alla fine di questi 4 passaggi righe e colonne non sono ancora ordinate in ordine crescente, ripetere

Gli step dell’algoritmo DC sono: ( )

1) calcolare il peso di ogni linea Wi = ∑ ,

2) ordinare le righe in ordine decrescente ( )

3) calcolare il peso di ogni colonna Wj = ∑ ,

4) ordinare le colonne in ordine crescente

5) spostare le colonne verso destra in modo da compattare il più possibile gli “1”, senza modificare l’ordine

delle righe

6) spostare le righe verso l’alto in modo da compattare il più possibile gli “1”, senza modificare l’ordine

delle colonne

FMS: FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEMS

Le linee flessibili di fabbricazione sono organizzare in celle di lavorazione; ogni cella consiste di un robot al

servizio di diverse macchine utensili CNC (controllo numerico computerizzato) ed è dislocata lungo un

sistema centrale di trasporto dei materiali (transpallet, nastri convogliatori, carrelli automatici) sul quale si

muovono pezzi di materie prime e semilavorati. Quando un pezzo specifico si avvicina alla cella della quale

necessita le lavorazioni, il robot lo preleva dal sistema di trasporto e lo colloca nella cella; una volta

concluse le lavorazioni necessarie, il robot lo riporta sul convogliatore. Il prodotto si muove ancora in avanti

finché non sarà necessaria la lavorazione da parte di una cella successiva: come prima, un robot lo preleva,

lo colloca nella macchina CNC e lo riporta sul convogliatore. Il processo continua e si ripete finché sul

sistema di trasporto ci saranno solo parti e prodotti finiti.

Il tempo di lavoro della macchina non è vincolato da quello dell’operatore: si parla di piazzamento

mascherato, in quanto l’operatore si interfaccia con la macchina semplicemente fornendole l’attrezzo che

questa è in grado di riconoscere.

I vantaggi di un FMS sono: incremento di produttività, minori tempi di set-up (ovvero tempi di

riattrezzaggio della linea), minori tempi di fabbricazione di nuovi prodotti, minori scorte e quindi minori

spazi occupati a magazzino, risparmio sul costo di lavoro (in quanto si utilizzano pochi operatori e tutto è

automatizzato).

Bisogna però effettuare importanti investimenti, riprogettare il layout iniziale e addestrare al meglio il

personale.

DIAGRAMMA DEI RAPPORTI TRA LE ATTIVITA’

Si tratta di un diagramma che mostra la disposizione geografica delle aree e l’importanza relativa di

ciascuna di esse rispetto alle altre. Vi sono molteplici approcci alla realizzazione di questo diagramma, come

ad esempio il TCR.

Il TCR (Total Closeness Ratio) è un algoritmo che assegna dei punteggi ai vari giudizi qualitativi. Si compone

di due fasi:

1) Fase di selezione: stabilisce l’ordine di inserimento delle aree nel diagramma tramite un approccio

euristico.

Per ogni reparto si calcola la somma dei punteggi assegnati ai vari giudizi: A =1, E = 0.75, I = 0.5,

O = 0.25, U = 0, X = -0.5.

Il primo reparto ad entrare è quello con valore TCR più alto.

Il secondo è quello avente con il primo il massimo giudizio di vicinanza; in caso di parità, entra

quello con punteggio maggiore.

Il terzo è quello avente massimo giudizio di vicinanza con i primi due; anche qui in caso di parità

entra quello con punteggio maggiore.

Si procede fino ad esaurimento di tutte le aree disponibili.

2) Fase di piazzamento: decide la posizione relativa di ogni area da inserire rispetto a quelle già

posizionate.

Ogni attività è potenzialmente posizionabile in più punti: quando una attività entrante può essere

inserita adiacente ad una già posizionata, si assegna a tale configurazione un punteggio pari al

giudizio numerico tra le due; se invece i due reparti non sono perfettamente adiacenti, si assegna a

tale configurazione un punteggio pari al giudizio numerico tra i due ma pesato con un fattore pari a

0.5. Solitamente si parte a posizionare i reparti dal lato sinistro procedendo in senso orario: è da

preferire la configurazione che prevede un punteggio complessivo maggiore.

Successivamente si può tracciare il diagramma dei rapporti: attività caratterizzate da un giudizio pari ad A

sono collegate da 4 linee dritte, E 3 linee dritte, I 2 linee dritte, O 1 linea dritta, U/N 1 linea tratteggiata,

X/XX 1 linea a zigzag.

DETERMINAZIONE DELLO SPAZIO RICHIESTO

Dopo aver tracciato il diagramma dei rapporti si può procedere alla determinazione dello spazio da

assegnare a ciascun reparto/attività in relazione a numero di macchine, operatori, stazioni necessari.

Prima di tutto bisogna determinare il volume di produzione richiesto, tenendo conto di scarti, tempi di

manutenzione e tempi morti.

In una generica stazione di lavoro J, la quantità in uscita Q’ è pari a quella in entrata a meno di eventuali

scarti S, S = p*Q (%). Quindi: (1 )

= − = − = −

= =

1− 1

Il rendimento di produzione è pari al prodotto di più fattori:

1) K1: incidenza dello scarto (% sul volume produttivo). Tiene conto degli scarti imputabili al macchinario.

Dipende da fattori come materie prime, stato di usura della macchina, addestramento del personale.

2) K2: disponibilità della risorsa. È pari al rapporto tra il tempo di disponibilità della macchina e il tempo

totale di vita (ovvero tempo di disponibilità + tempo di fuori servizio).

3) k3: rendimento dell’operatore

4) K4: tasso di utilizzazione del macchinario, è pari al rapporto tra il tempo di utilizzo e il tempo totale di

disponibilità. Tiene conto di ritardi, tempi morti, errori.

Determinazione del numero di macchine:

Produzione per reparti:

Siano J = reparti, J = 1, …, n

i = prodotti, i = 1, …, m

Si ha che il numero di macchine da porre nel reparto J è legato al numero di prodotti i che lo attraversano,

( )∗ ( )

∑ , , . Q = prodotti i che transitano nel reparto J [pz/anno]

ovvero M(J) = [M’(J)], M’(J) = ( )∗ ᶯ( ) t = tempo di lavorazione di J su i [min/pz]

T = tempo nominale del reparto [min/anno*macchina]

N = rendimento macchina/reparto

Produzione in linea:

M = [M’], , ovvero [pz/ora]*[min/pz]/[min/ora]

=

Cella di fabbricazione:

Siano: T(i) tempo di lavoro della macchina i-esima

Tc tempo ciclo

T’op = tempo di inattività dell’operatore/robot

T’m = tempo di inattività della macchina

Abbiamo che tm = 1 – T’m/Tc, top = 1 – T’op/Tc (tempi di attività).

il numero di macchine da porre in una cella produttiva è dato da n = ∑(tm) + top – 1. Probabilmente si

otterrà un valore non intero: per decidere il valore ottimale da scegliere (cioè se l’intero inferiore o

superiore di n) si calcola il fattore di inattività della cella nei due casi; il valore di n che rende minima

l’inattività della cella sarà il numero di macchine ottimale.

Determinazione del numero di operatori:

( )∗ ( )

, ,

A(J) = [A’(J)], A’(J) = ∑(A’(i,j) = ∑ ( )∗

Dove: Q(i,j) è la produzione richiesta per l’operazione di montaggio J sul prodotto i [pezzi/anno]

t(i,j) è il tempo necessario per eseguire l’operazione J su i [min/pezzo]

T(j) è il tempo nominale del reparto e dei suoi operatori [min/anno*persona]

N è il rendimento del reparto e dei suoi operatori

A’(j) è il numero di operatori necessari per eseguire l’operazione J su tutti i prodotti

Modello analitico di calcolo per macchine uguali:

Siano: a = tempi concorrenti di uomo e macchina = L + U

b = tempo di attività indipendente dell’uomo = T + I

t = tempo di attività indipendente della macchina = R

Si ha m’ = (a+t)/(a+b), Si otterrà con molta probabilità un valore non intero: quale scegliere tra l’intero

inferiore e l’intero superiore? Quello che permette di ottenere i minori costi unitari di produzione.

Per m < m’: Tc = (a+t) | Per m > m’: Tc = m(a+b)

Iop = (a+t) – m(a+b) | Iop = 0

Im = 0 | Im = m(a+b) – (a+t)

Costo orario di produzione: Cop + mCm

Costo unitario di produzione: Tc/m (Cop + mCm)

Il valore di m che ci da un minore costo unitario sarà il numero ottimale di macchine da utilizzare.

CURVA CARATTERISTICA DI PRODOTTO

L’analisi della curva caratteristica di prodotto si colloca nell’ambito della valutazione della convenienza o

meno a passare da una produzione per reparti ad una in linea. Condizione necessaria per l’adozione di una

linea è che la domanda attuale e futura del prodotto in questione sia adeguatamente elevata.

La curva caratteristica di prodotto (standard) si ottiene riportando in un asse cartesiano il livello della

produzione (ascisse) e il tasso di utilizzazione della linea (ordinate). Essa consente di valutare in che misura

ed entro quali limiti convenga spingere per aumentare i livelli di produzione senza dover effettuare nuovi

investimenti.

Siano: M(J) = macchine utilizzate nella cella J

T(J) = tempo ciclo della macchina J [min/pezzo]

q = volume di produzione [pezzi/ora]

∗ ( )

Si ha che ,, da cui M(J) = [M’(J)]. Il tasso di utilizzazione del macchinario è pari a M’/M.

( )=

Man mano che la domanda aumenta, le macchine lavorano su più pezzi, facendo aumentare il tasso di

utilizzazione. Arriverà un punto però in cui il macchinario non riuscirà più a sostenere la produzione (si

ipotizza che non sia possibile lavorare su turni extra né aumentare la produzione oraria): allora sarà

necessario l’acquisto di una nuova macchina, facendo crollare bruscamente il tasso di utilizzo. La domanda

continua ad aumentare, la macchina ricomincia a saturarsi, si acquisterà un nuovo macchinario e di nuovo il

tasso di utilizzazione avrà un crollo, e così via.

Si definisce tasso medio di utilizzazione della linea: ( )

( )= ∗

60 ∑ ( )

La curva caratteristica a valore invece che tenere conto del semplice numero di macchine in più acquistate,

tiene conto del loro valore; poiché infatti i diversi macchinari che si aggiungono man mano hanno costi

diversi, i loro tassi di utilizzazione pesano in modo diverso nella soluzione del problema. Si introduce quindi

il valor medio dei tassi di utilizzazione delle stazioni operative:

( )∗ ( )

( )= ∗

60 ∑ ( )

BILANCIAMENTO DI LINEE DI ASSEMBLAGGIO: metodo di Kottas-Lau

Si vuole determinare quante e quali operazioni assegnare a ciascuna stazione di lavoro in modo da

bilanciare la linea, cioè evitare stazioni troppo (o troppo poco) caricate e ridurre al minimo i tempi di

inattività di tutte le stazioni. Per fare ciò si devono assegnare le operazioni garantendo la produzione con il

minimo costo e rispettano i vincoli di precedenza tra le operazioni.

Tale metodo di kottas-lau si applica nelle seguenti ipotesi semplificative:

- il tempo ciclo e i vincoli di precedenza tra le operazioni costituiscono gli unici vincoli per l’assegnazione

delle operazioni

- ciascun operatore ha lo stesso costo orario

- una operazione può essere avviata e assegnata a una stazione solo se tutte le precedenti sono concluse e

assegnate

- il tempo di completamento dell’operazione k è considerato aleatorio, con una distribuzione normale di

media M(k) e varianza σ(k)

- il tempo di ogni operazione è indipendente dal tempo di completamento di tutte le altre e dal loro ordine

di esecuzione

- se una operazione non viene completata entro il tempo ciclo, il prodotto continua a viaggiare lungo la

linea e viene completato fuori linea, causando un costo I’(k)

Nell’analisi delle stazioni da occupare e delle operazioni da assegnarvi si utilizza la variabile normalizzata Z

definita come: , il cui diagramma è centrato nell’origine degli assi.

=

Per ogni stazione si elencano le operazioni disponibili per l’assegnazione; si identifica quale tra queste

operazioni è desiderabile per essere eseguita immediatamente e viene scelta sulla base dei minori costi

attesi di mancato completamento. Si riempie la stazione finché non ci sono più operazioni desiderabili, poi

si passa alla stazione successiva.

Si indica con J la generica operazione appartenente all’insieme di tutte le operazioni già assegnate alla

∑ ( )

stazione più questa stessa operazione: ( ) = √∑ ( )

Una operazione è desiderabile quando la sua Z(k) è ≥ della sua Z*(k), ottenuta come

Z*(k) = (1 − ( ))

Dove Lk è il costo della manodopera diretta = Mk * c / 60 [euro/pezzo]

Ik è il costo di mancato completamento dell’operazione k e di tutte le sue successive

Una operazione desiderabile è sicura di essere completata entro il tempo ciclo se Z(k) ≥ 2.575, ovvero se la

probabilità di essere conclusa in tempo è pari almeno al 99,5 % (in altre parole, se il rischio di non

completarla in tempo è dello 0,5 %.

Se si hanno più operazioni disponibili e sicure per l’assegnazione in una stazione, si sceglie quella con il

maggiore costo totale di mancato completamento (dato che si è pressoché certi di completarla in tempo).

Se vi sono più operazioni desiderabili ma non sicure, si sceglie quella con il minore costo totale di mancato

completamento così da eventualmente incorrere in minori costi.

Nel caso che tra le operazioni da assegnare ad una stazione vuota ce ne siano di non desiderabili, queste

saranno quelle da assegnare per prime (operazioni critiche). Si sceglie quella con più operazioni successive.


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Appunti presi durante il corso di impianti industriali (secondo modulo) presieduto dal prof riccardo manzini. Appunti completi presi a lezione e integrati con il libro. esame passato con 30.

contenuto:

STUDIO DEL FLUSSO DEI MATERIALI E DELLE ATTIVITA' OPERATIVE Analisi del prodotto e delle quantità. Documenti per la descrizione del flusso dei materiali. Classificazione delle operazioni produttive. Unità di misura del flusso dei materiali. Diagramma del flusso dei materiali. Group Technology (GT) e Cellular Manufacturing (CM). Algoritmi di clustering. Cenni ai sistemi flessibili di produzione: flexible manufacturing system (FMS) e flexible assembly system (FAS). Studio delle attività di servizio e tabella delle relazioni. Tabella combinata dei rapporti tra le attività produttive e di servizio. Algoritmo Total Closeness Ratio (TCR) per la formazione del diagramma dei rapporti tra le attività.

DETERMINAZIONE DELLO SPAZIO RICHIESTO Il metodo dei calcoli diretti. Calcolo del numero di macchine per attività di fabbricazione in linea e per reparto. La curva caratteristica di prodotto e il tasso medio di utilizzo di una linea produttiva. La curva caratteristica a valore. Determinazione del valore economico di un bene industriale. Calcolo del numero di operatori per attività di assemblaggio in linea e per reparto. Bilanciamento di celle di lavoro robotizzate: metodo di Kottas-Lau e metodi alternativi. Determinazione del numero ottimale di macchine automatiche servite da un solo operatore: carta Uomo-Macchina e modello analitico di calcolo (per macchine identiche). Celle automatiche di produzione: configurazioni di celle produttive, la carta Robot-Macchina. Il fattore di inattività. Determinazione del diagramma dei rapporti fra gli spazi. Metodi per costruzione del layout a blocchi. Metodi euristici: Pairwise Exchange Method, Relationship Diagramming Method, Graph-Based Method.

PROGETTAZIONE DEL LAYOUT Modello Quadratic Assignment Problem (QAP). Classificazione dei metodi risolutivi per la pianificazione del layout. Pacchetti software per la progettazione del layout: ALDEP, CORELAP, CORELAP interattivo e CRAFT. Logistic Re-Layout Planning (LRP) per la pianificazione assistita di un layout. Scelta tra le alternative di layout. Fattori per la valutazione di un layout e metodi per la comparazione e la scelta fra diverse alternative di layout.

REALIZZAZIONE DEL PROGETTO Tecniche reticolari per la pianificazione e il controllo di progetti. La teoria dei grafi. I metodi CPM (Critical Path Method) e PERT (Program Evaluation & Review Technique).


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria gestionale
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher AndreaCrash95 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Impianti industriali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Manzini Riccardo.

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