Progettazione dei Sistemi Produttivi

Cambiamenti avvenuti nel mondo industriale dal secolo scorso ad oggi

L'evoluzione del concetto di produzione si è resa necessaria vista l'evoluzione del mercato. La concezione iniziale di produzione come manufacturing era valida in un contesto ambientale e di mercato stazionario in cui la sua funzione era la ricerca della massima efficienza. Ora la competizione è molto forte, e siamo di fronte ad una pluralità di obiettivi da massimizzare: produttività, qualità, servizio al cliente, flessibilità. In questo contesto diventa fondamentale il governo di tutto il flusso di operazioni. Ad esempio, nel momento in cui diventa importante il tempo di risposta al cliente, aumenta l'interdipendenza informativa e decisionale sia tra le aree che presiedono alla gestione del flusso dei materiali, sia tra quelle preposte alla gestione del flusso delle innovazioni tecniche di prodotto e di processo.

Fino agli anni '60

C'è stata una grandissima crescita dei volumi per far fronte ad una vasta domanda, le aziende sono cresciute dimensionalmente e si sono integrate verticalmente; l'attenzione era su fatturato ed efficienza, mentre qualità e servizio erano residuali (l'importante era rendere disponibile il prodotto). Alla fine degli anni '60, la competizione iniziò ad incrementare, a causa di crisi petrolifere ed economiche si capì che era necessario contenere i costi industriali e fare efficienza internamente, così la conflittualità fra le relazioni industriali aumentò.

Anni '70

Nasce il fenomeno dell'outsourcing, focus su tecnologie critiche e accesso a fonti di fornitura specializzate. Negli ultimi anni l'outsourcing nella manifattura è aumentato in particolare, per l'Ict, ricerca e sviluppo, marketing e servizi post-vendita che meno frequentemente venivano svolte in outsourcing. Negli anni '70 iniziarono ad essere automatizzate le fabbriche, mentre i criteri di valutazione erano orientati alla riduzione del costo.

Anni '80

Dall'attenzione all'efficienza interna si passa all'efficienza esterna. I livelli di automazione, spinti dall'elettronica, crescono ma a metà degli anni '80 subiscono un drastico ridimensionamento, la fabbrica a luci spente si rivela un'utopia.

Anni '90

Assistiamo a tassi di crescita della gamma, richieste di incremento della velocità dei processi, internazionalizzazione e globalizzazione di mercati e strutture industriali. Oggi le variabili competitive sono cambiate: non ci si può permettere di non essere efficienti ma la riduzione di costo non è più fine a se stessa. Con la globalizzazione e la concorrenza, da una produzione di massa si è arrivati ad una produzione personalizzata con attenzione a qualità, servizio, risposta rapida, processo e tecnologie diverse, con alla base competenze meccatroniche ed elettroniche.

• Produzione personalizzata
• Sistema prodotto-servizio
• Sistema a rete, collaborazione intra ed extra aziendale
• Compressione del Time To Market
• Sviluppo sostenibile ed efficienza energetica

Prestazioni interne ed esterne di un sistema produttivo

Si misurano le prestazioni in modo da prendere decisioni corrette:

• Percependo i segnali relativi ai risultati, allo stato dell'azienda, alle variabili ambientali ed ai requisiti del cliente
• Migliorando la qualità e la tempestività delle decisioni

È utile capire le cause per cui una determinata prestazione non ha rispettato un obiettivo, per capire cosa c'è di sbagliato, si deve sapere cosa è stato fatto. Le prestazioni possono essere usate per motivare: condividendo i risultati attuali, misurando il risultato di ognuno ed incentivando o disincentivando i dipendenti. Le prestazioni sono il risultato del processo logico e produttivo, si possono misurare:

• Prestazioni esterne, direttamente misurabili all'esterno del sistema produttivo (dal cliente e da ogni stakeholders coinvolto) come flessibilità, qualità, servizio
• Prestazioni interne, prestazione la cui misura è di interesse specifico per l'azienda, ma non interessa il cliente come produttività, capacità produttiva, potenzialità produttiva

Prestazioni esterne

• Flessibilità, è la capacità di rispondere ai cambiamenti esterni ed interni in tempi brevi e poco costosi; è denominata anche efficienza dinamica in contrapposizione alla produttività che rappresenta l'efficienza statica. La caratteristica fondamentale della flessibilità è che essa è una misura potenziale, che si manifesta a fronte dell'accadimento di eventi del mercato, che possono essere più o meno prevedibili. In un mercato turbolento, come quello attuale, essere flessibili costituisce un fattore di competitività chiave per le aziende.

Si possono distinguere:

Indica la capacità di introdurre un prodotto in tempi brevi e a basso costo. Riguarda anche la capacità di fare prodotti con specifiche particolari grazie all'abilità di progettazione e produzione ad hoc. Questa dimensione riguarda quindi le caratteristiche intrinseche della progettazione e della produzione. Essa può essere misurata considerando:

• Numero di codici di prodotti finiti previsto a catalogo
• Tempo e costo di introduzione di nuovi prodotti
• Numero di codici prodotti in un dato periodo di tempo

Capacità di cambiare il tipo di prodotto fabbricato in tempi brevi e costi bassi ovvero di produrre un mix vario di prodotti. Tale flessibilità consente di rispondere in modo efficiente a variazioni della domanda dei singoli prodotti di una data gamma, pur nel rispetto del vincolo della capacità aggregata. Un indicatore è definito dal numero di prodotti, appartenenti ad una gamma prefissata che può essere efficientemente realizzato nell'orizzonte di pianificazione minimo utilizzato in azienda. Il tempo di riassorbimento gamma è il tempo necessario per mandare in produzione tutta la gamma dei prodotti in catalogo.

Capacità di una macchina o di un impianto di cambiare il volume produttivo (per rispondere al mercato) senza sensibili variazioni del costo unitario di produzione. La modalità principale per ottenere la flessibilità di volume è operare per ottenere una sovracapacità produttiva riferita alle condizioni standard. Inoltre, sono fattori critici anche quelli relativi alla flessibilità dell'orario di lavoro. Si definisce potenzialità produttiva come il livello assoluto di output totale che l'impresa è in grado di conseguire per un determinato mix di prodotti.

Capacità di variare rapidamente il piano di produzione per far fronte a modifiche/urgenze. Un indicatore è, ad esempio, la capacità di rispondere a richieste, da parte del cliente, di variazione nella composizione di ordini già acquisiti e nei tempo di consegna concordati (anticipi o ritardi).

• Qualità, è l'insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un determinato prodotto o servizio che gli permettono di soddisfare esigenze esplicite o implicite del cliente.

Qualità di progetto: cioè la caratteristica di un progetto di adattarsi in modo ideale alle aspettative del mercato. Va riferita al prodotto ed al processo di sviluppo nuovi prodotti.

Qualità di conformità: la caratteristica di realizzare prodotti tutti rigorosamente conformi alle specifiche di progetto. Rilevata ad esempio attraverso la percentuale di scarti o le rilavorazioni; mentre presso il cliente tale qualità viene misurata ad esempio con il numero di interventi in garanzia.

Qualità come affidabilità: cioè la capacità di un prodotto o processo di mantenere inalterate nel tempo e nello spazio le proprie caratteristiche funzionali, indipendentemente dalla modalità d'uso. Un indicatore ad esempio è il numero di interventi di assistenza post-garanzia.

Qualità come manutenibilità: la capacità di un prodotto o processo di recuperare con facilità le caratteristiche di buon funzionamento, dopo averle perdute. (parametri di manutenzioni quali MTTR e MTTF).

Qualità come valore dell'assistenza tecnica: la capacità di un sistema operativo di garantire un efficace servizio tecnico di supporto all'uso ed alla manutenzione dei propri prodotti. Un indicatore potrebbe essere il tempo medio tra chiamata e intervento.

• Servizio, Il servizio indica la capacità di un sistema operativo di soddisfare le esigenze del cliente relativamente alle caratteristiche estrinseche del prodotto, in termini di tempi, modalità, informazioni. A seconda della tipologia di azienda esistono varie dimensioni del livello di servizio.

Per esempio nel caso di aziende che producono su commessa, il livello di servizio verrà valutato considerando:

• Prontezza o tempestività, capacità di fornire quanto richiesto in un tempo breve
• Puntualità, capacità di minimizzare il numero e l'entità delle commesse consegnate in ritardo (ritardo medio)
• Regolarità, prevedibilità nei tempi di consegna
• Disponibilità, capacità di adeguare i propri tempi di consegna alle richieste non ordinarie del cliente e fornire informazione precise sullo stato di avanzamento dell'ordine
• Assistenza pre e post-vendita: tempo medio di intervento

Prestazioni interne

• Produttività, rappresenta il rapporto tra gli output e le risorse in input impiegate per realizzare quel dato output. È la capacità di un sistema di raggiungere un obiettivo, impiegando il minor numero di risorse; un valore unitario della produttività corrisponde al fatto di avere un completo sfruttamento delle risorse disponibili. La produttività può essere intesa sia in riferimento al sistema produttivo nel suo complesso sia in riferimento ai singoli fattori produttivi.

Output Q=P= dove con Q indico l'output, con K il costo del capitale, con L il costo del lavoro e con M il costo dei materiali. Si può identificare la produttività dei singoli fattori, ad esempio la

Q=Pproduttività del capitale,

K K

Le cause determinanti le perdite di produttività possono essere:

• Tempo di non apertura dell'impianto (Tna)
• Tempo di non utilizzo dell'impianto per cause esterne (Tnu)
• Tempo di stand-by (per mancanze materiali, cambio turno, ecc.) (Tsb)
• Tempi fermo macchine/impianti per guasti (compresa la manutenzione preventiva) (Tgm)
• Tempi per set-up e regolazioni (inclusi i tempi per avviamenti ed arresti degli impianti-Tfm) (Tsu+Tfm)
• Tempo perso per periodi di funzionamento a ridotta velocità (Trv)
• Tempo perso per produzione difettosa (inclusa la difettosità di prodotto e le rilavorazioni) (Trc)
• Tempo perso per riduzioni resa quantitativa (Trq)

Indicazioni utili si possono ottenere dalla scomposizione della produttività in misure di utilizzo (U) e fattori di resa (R).

• Capacità produttiva, esprime la dimensione, considerata su un orizzonte temporale significativo (tipicamente l'anno), dell'output realizzato da un sistema produttivo (pezzi/periodo). È il livello di output ottenuto utilizzando i fattori nel modo tecnicamente ed economicamente più efficiente.

=PotenzialitàC produttiva×U×R

• Potenzialità produttiva, essa esprime quanto è in grado di produrre una macchina o un impianto per unità di tempo. Distinguiamo due tipi di potenzialità:

- Potenzialità di targa [unità/ora], è determinato in sede di collaudo all'atto dell'installazione o dopo ogni miglioria significativa. Dovrebbe corrispondere al valore fissato in sede di progetto e garantito dal costruttore dell'impianto. Viene quindi determinata in condizioni ideali per quanto riguarda la manodopera e le materie prime o componenti utilizzati.
- Potenzialità di mix: riporta alle condizioni reali in cui si ha un mix di prodotti mentre la potenzialità di targa fa riferimento ad una produzione monoprodotto. Si definisce potenzialità di mix quella massima ottenibile su periodi medio/lunghi con un mix assegnato di prodotti.

Parametri di base di un sistema produttivo

I parametri di base che sintetizzano lo stato di un sistema produttivo, sono:

• WIP, la quantità di materiali presenti nel processo produttivo allo stato di grezzo, semilavorato o prodotto finito
• Lead time, il tempo necessario per svolgere una serie di operazioni; il tempo necessario per compiere tutte le attività all'interno della fabbrica tra la ricezione di un ordine e la disponibilità del materiale per la consegna.

- Lead time di approvvigionamento: tempo intercorrente tra l'istante in cui è noto un fabbisogno di materie prime e l'istante al quale le materie prime ordinate sono disponibili a magazzino;
- Lead time di magazzino: tempo intercorrente tra l'istante in cui un materiale viene messo a magazzino e l'istante in cui viene prelevato;
- Lead time di produzione: tempo intercorrente tra l'istante in cui è noto un certo ordine di produzione e sono disponibili a magazzino le materie prime per produrre e l'istante al quale i prodotti finiti sono resi disponibili a magazzino prodotti finiti.

• Set up, è il tempo necessario per preparare una macchina o un impianto alla produzione di un nuovo prodotto; tempo di attrezzaggio.
• Tempo di ciclo, o tempo di processamento, è il tempo per compiere una data operazione su un pezzo.
• Throughput, è il ritmo produttivo, misura la potenzialità produttiva esprime quanti pezzi un sistema può produrre in una unità di tempo.
• Th collo di bottiglia, è il ritmo produttivo della risorsa più lenta.
• LT minimo, somma dei tempi di processamento obbligati per produrre il dato pezzo.

Descrivere l'OEE (Overall Equipment Effectiveness – Efficienza dell'attrezzatura complessiva)

È utile il calcolo del Overall Equipment Effectiveness (OEE), un indice utilizzato in manutenzione che determina le performance operative totali di un componente. OEE è un rapporto percentuale che serve per misurare l'efficienza produttiva di qualsiasi processo, considerando persone, macchine o una combinazione di entrambe. Fornisce una valutazione delle prestazioni per ogni zona dell'attività monitorata (cella, linea, area o impianto), creando un metodo semplice e veloce per valutare se le prestazioni di una determinata area sono in linea con gli obiettivi.

Il vantaggio dell'OEE è che misura in un unico indicatore tutti i parametri fondamentali di perdite nella produzione:

• La disponibilità, ossia perdite per inattività
• La velocità, non si ha prodotto alla velocità potenziale
• La qualità, non si ha prodotto con la qualità potenziale

Ha come scopo quello di eliminare le fermate, di aumentare la produttività e di migliorare la qualità in termini di scarti e rilavorazioni ad esempio. Esso è un pannello di controllo per monitorare il processo di miglioramento di un sistema produttivo.

∗R ∗ROEE=A∗S∗R Misura l'efficacia produttiva della macchina nel tempo programmato; non misura la capacità di utilizzare tutta la potenzialità teorica, essendo infatti esclusi i tempi non programmati, cioè i tempi in cui la macchina non è pianificata per produrre. → Serve quindi: A misurare l'efficacia della macchina e ad identificare e quantificare le perdite della macchina.

Analisi di fattibilità di un sistema produttivo

L'Analisi di Fattibilità è un insieme di studi tecnici ed economici effettuati allo scopo di verificare le convenienze di un investimento mirante alla realizzazione e/o re-engineering di un sistema produttivo. Si riconduce alle fasi:

• Analisi generale

• Verifica della disponibilità finanziaria
• Definizione del prodotto
• Analisi e ricerca di mercato

• Parte tecnica

• Scelta dei processi produttivi
• Fissazione della capacità produttiva e scelta delle attività in outsourcing
• Scelta dell'ubicazione
• Dimensionamento dei mezzi produttivi
• Definizione del layout
• Progettazione dei servizi generali d'impianto

• Parte economica e disponibilità finanziaria

• Previsione dei costi d'impianto
• Previsione dei costi d'esercizio
• Previsione delle entrate e delle uscite
• Piano finanziario e analisi di redditività
• Analisi del rischio

L'analisi dell'investimento consiste nella valutazione quantitativa ed analitica di tutti i costi che occorre sostenere per avviare la produzione. Sono costi dovuti a terreno, fabbricati, macchinari, servizi, progettazione, lavori, sicurezza, che nel loro insieme compongono il capitale fisso; quindi è la spesa da sostenere per realizzare lo stabilimento produttivo. Per poter avviare la produzione è necessario avere il capitale d'esercizio, necessario a tenere conto del tempo tra il momento in cui si avvia lo stabilimento e il momento in cui si hanno le prime entrate dalle vendite. La somma di capitale fisso e capitale d'esercizio restituisce l'importo stimato dell'investimento. L'obiettivo di una analisi di mercato è determinare il volume delle vendite ed il prezzo di vendita per il nuovo prodotto. Lo studio del mercato permette quindi all'azienda di ridurre il grado di incertezza e di rischio sulla reazione.