Progettazione e gestione degli impianti delle imprese alimentari

Progettazione e gestione degli impianti dell'impresa alimentare

Esame

Scritto (2 ore con esercizi numerici e ordine di grandezza) + orale oppure due prove in itinere

Elementi di economia tecnico-gestionale

L'ingegneria gestionale in un'azienda è fondamentale per la sostenibilità economica e per rendere produttivo un sito; in particolare, nelle industrie alimentari si hanno doveri in termini di sicurezza, ovvero bisogna avere la garanzia di non provocare danni al consumatore ma anche di un approvvigionamento costante, quindi i sistemi produttivi devono essere in grado di fornire il sostentamento a tutta la popolazione con le quantità necessarie. Alcuni sistemi alternativi di produzione non sono idonei e bisogna studiarli perché siano coerenti con l'obiettivo che si vuole raggiungere. Bisogna garantire una sicurezza alimentare come quantità per garantire la sopravvivenza della popolazione e che il prodotto sia sano, non dannoso.

Definizione di impianto industriale

Una prima definizione importante è il concetto di impianto industriale, che è la parte tecnica di un'organizzazione complessa, ovvero l'azienda, che è costituita da mezzi fisici e risorse umane ed opera trasformazioni tecniche su materiali in ingresso (input) al fine di ottenere un prodotto in uscita (output) di valore superiore per l'organizzazione. L'azienda deve fare un profitto, che poi viene usato per diversi scopi. La definizione dell'obiettivo è aumentare il valore degli output rispetto agli input con un processo tecnologico, quindi un impianto può parlare di componenti tecniche anche solo dal punto di vista logistico.

Ad esempio, il supermercato è un impianto industriale perché aumenta il valore in quanto consente di portare il latte dalla centrale alla casa, con mezzi tecnici come furgoni e impianti frigoriferi e dopo di che il prodotto è venduto e quindi ha un maggior valore; l'alternativa è che i consumatori si rechino presso le centrali del latte ma il supermercato evita questo passaggio e quindi ha un'attività tecnica precisa. A differenza, non è un impianto il commodities (mercato del grano) perché non c'è una valutazione tecnica, il prodotto può avere un valore maggiore rispetto a quello in ingresso (rivendita prodotto a prezzo maggiore) ma non è un impianto perché è una pura speculazione e non avviene una trasformazione tecnica.

Modellizzazione degli impianti

In realtà, l'impianto industriale risulta essere oggetto di una modellizzazione spinta, come ad esempio quella delle 4 M: man, machine, material, money; questi sono i quattro componenti che descrivono un impianto, ovvero le risorse umane, strumentali, la materia ingresso e il denaro o il metodo applicato. C'è anche il modello delle 5M dove si hanno management, machine, man e mission dell'azienda per capire dove collocarsi nel mercato. Questi approcci mettono in relazione gli elementi che portano alla realizzazione di un impianto che è quindi una sintesi di risorse umane, macchine, materie metodi e denaro; questo è stato capito in maniera forte dai giapponesi che hanno ragionato su come organizzare queste componenti e hanno definito il Kaizen, ovvero l'approccio al miglioramento continuo.

È una correlazione che parte dal rendersi consapevoli della presenza di questi componenti, dal come questi elementi possano essere scatenanti e consentano l'incremento della produttività se si provvede all'organizzazione singola e sinergica. Il Kaizen ha poi subito variazioni nel tempo ma dal punto di vista strategico comportamentale è uno studio che si riferisce a una pratica diretta al miglioramento costante e all'ottimizzazione del risultato finale; l'impiantistica ha questo obiettivo e tutti i componenti vanno sempre considerati senza dimenticarsi di uno. Bisogna dare importanza a tutti gli elementi e questa visione basata su un rinnovamento a piccoli passi è uno studio da farsi giorno dopo giorno con continuità identificando gli ambiti dove c'è margine di miglioramento; è un approccio che valuta l'interazione uomo, macchina, materiale, denaro, metodi applicati mettendoli insieme e correlandoli tra di loro.

La norma ISO 9001 esprime lo stesso concetto perché il sistema di gestione per la qualità dà regole all'azienda e dà dei metodi. Partendo da un impianto e dall'obiettivo (aumentare valore) organizzando tutti gli elementi si arriva a una forma di tentativo organizzativo molto importante basata su piccoli successi che riescono a ridurre i costi, migliorare la produzione ecc. L'industria alimentare punta su questo perché dal punto di vista economico spesso non si può andare oltre quindi è importante che ci sia questo tipo di soluzione, di sensibilità.

Tipologie di impianti

Gli impianti si dividono in due grandi famiglie: quelli produttivi e quelli di produzione di servizi; gli impianti produttivi provvedono alla trasformazione delle materie prime in prodotto finito come ad esempio i pastorizzatori, quelli per la produzione della pasta ecc. mentre gli impianti per i servizi non trasformano il prodotto ma questo viene portato dalla produzione al consumatore come gli impianti di logistica, refrigerazione, conservazione ecc. che sono importanti per far funzionare l'azienda. Gli impianti produttivi devono essere dimensionati per quantità prodotta nel tempo ma il margine di ottimizzazione è l'impianto di servizio quindi i processi con un certo tipo di temperatura, movimentazione (scelta scambiatore calore e rendimento) per avere un impatto sulla produzione.

Classificazione degli impianti di produzione

• Natura della trasformazione in meccanici, agroalimentari, tessili ecc.;
• Per dimensione, dove vengono prese in considerazione la produttività, i dipendenti, il fatturato, ma soprattutto il settore e la natura della trasformazione in quanto il personale non spesso conta perché i pastifici, ad esempio, sono gestiti da poche persone ma con grandissime produttività, e anche il fatturato è non sempre indicativo perché dipende dal valore aggiunto.
• Tipologia di processo, cioè la modalità con cui la produzione fluisce attraverso un'unità operativa e i processi possono essere:
  • Mono linea, dove l'input diventa semilavorato e poi output (imbottigliamento acque dove tutta la materia prima segue gli stessi cicli produttivi);
  • Sintetici o convergenti, dove partendo da input diversi è possibile arrivare a un unico prodotto finale (prodotti da forno da base pandispagna, farciture che poi assemblati quindi sintesi prodotto fino output);
  • Divergenti, dove da un unico input si ottengono diversi prodotti finiti (industria latteo-casearia).
• Natura del capitale e quindi la relazione capitale e lavoro (percentuale): si possono avere impianti alta intensità di capitale o a prevalenza di lavoro umano; in particolare, la composizione organica del capitale è data dal rapporto tra capitale fisso e capitale variabile. L'industria tende ad aumentare la composizione organica del capitale aumentando il capitale fisso, mentre l'industria artigianale tende a ridurre il capitale fisso rispetto a quello variabile (due realtà diverse). Il capitale fisso implica la presenza di un investitore, mentre quello variabile prevede la presenza di persone; è più facile avere un'azienda con una composizione organica bassa.
• Continuità di funzionamento: esistono impianti a ciclo continuo automatizzati (latte, olio ecc.) oppure impianti che funzionano in discontinuo batch per lotti (vinificazione, birra, conservazione, refrigerazione). Il lotto è caratterizzato tutto per tutto e quindi si hanno cicli discontinui, che non sono da intendersi in senso temporale (la continuità può essere garantita a livello temporale ma la macchina ha un limite di quantità e quindi lotto).

Impianti di servizio

Gli impianti di servizio sono impianti che permettono agli impianti di funzionare correttamente; sono quelli necessari per il mantenimento delle condizioni ambientali idonee per la produzione, per la conservazione della materia prima, dei prodotti finiti e per i lavoratori, per fornire energia elettrica o termica, per garantire le condizioni igieniche e di sicurezza, per caricare o scaricare materiali solidi e sfusi per produzione.

Un parametro che deve essere sempre tenuto in considerazione è il costo di una linea di distribuzione: tutto ciò che scorre in un tubo genera una perdita e se supera un certo livello l'impianto principale produttivo potrebbe non funzionare; la portata non arriva mai netta ma ci sono sempre delle perdite.

• Entità servita (produzione, operatori);
• Tipologia di servizio, quindi si possono avere impianti di tipo centrifugo quando si alimenta qualcosa da un generatore verso le utenze, oppure centripeto che si ha per il mondo dei reflui o per il vapore che viene condensato verso l'impianto di servizio; ci sono sempre flussi in andata e ritorno. Gioca un ruolo fondamentale la linea di distribuzione tra generatore e utenza. Quando si parla di generatore ci si può riferire a quello per vapore, ma anche al quadro dove avviene il contatto con la corrente elettrica.
• Funzione (condizionamento, energia, impianti trasporto).

Realizzazione di un impianto

La realizzazione di un impianto ha come punto di partenza uno studio di fattibilità, a cui seguono la progettazione e la realizzazione del progetto. Come punto di partenza si ha l'analisi di mercato che definisce il tipo di prodotto (P) e il prezzo di vendita (PR); la conoscenza del prodotto è basilare, bisogna sapere dove si colloca il prodotto, in che fascia di consumatori. Questo passaggio non deve essere trascurato perché il target di vendita e il prezzo possono avere impatti sui servizi o in termini di packaging (se prodotto costoso libertà in più), altrimenti si ha il rischio di dover ricorrere a un processo di rincorsa che non è virtuoso perché rincorrere produttività ideali non va bene.

La gestione può avere dei lati che il marketing spinge per incrementare la produttività ma bisogna capirne la fattibilità. Dopo di che si definisce il processo tecnologico (come), con lo studio del processo e dei cicli di lavoro (C) che avvengono con le macchine necessarie poi si fanno le differenze in base al target definito. Una volta definito il ciclo, si prende la tipologia di prodotto e si usa per lo studio dei servizi necessari (S) e quindi si valuta se servono vapore, elettricità, movimentazione ecc.

Infine, una volta definito il prodotto, il prezzo, il ciclo di lavoro e i servizi questi elementi vengono usati per la valutazione economica che è basilare per capire la potenzialità del nuovo impianto (Q) usando strumenti economici con valenza progettuale; bisogna avere informazioni legate alla potenzialità produttiva quindi la quantità prodotta è alla base del dimensionamento tecnico che si farà successivamente.

Considerando i dati di ingresso, cioè la tipologia di prodotto, la produttività degli impianti (Q), i cicli di lavoro e i servizi, si stabiliscono i flussi di materiali (diagramma di flusso) e i rapporti tra le singole attività. Da qua emergono le richieste di spazi, il diagramma dei rapporti degli spazi, la simulazione analitica o numerica, le considerazioni di modifica, le limitazioni pratiche legate al sito o al mercato, e poi si vanno a sviluppare diversi approcci di layout fino alla scelta di quello finale. Dallo studio di fattibilità, dagli elementi che ne sono al centro (prodotto, processo, servizi, studio economico) si va a definire l'organizzazione del disegno e quindi il layout. Questo non è facile, l'analisi di fattibilità ha in sé gli elementi che portano ad alimentare le decisioni strategiche da prendere. Ha valenza strategica-gestionale-decisionale; la realizzazione completa e la progettazione stanno all'ingegnere.

Elementi della funzione di produzione

Quando si mettono insieme questi elementi i vari fattori che intervengono in un processo possono essere schematizzati in un'equazione, detta funzione di produzione, dove y è in funzione di numerosi parametri:

y = f (x₁, x₂, x₃... x_n)

Questi fattori sono gli input necessari per il processo produttivo (materia prima, energia, lavoro ecc.); è un'equazione che non si può realizzare, è teorica perché ci sarebbero troppe dimensioni a parte alcuni casi particolari, dove il flusso è descritto in termini di vincoli e dove si arriva alla programmazione lineare dando dei coefficienti e in base alle variabili considerate si devono sviluppare altre equazioni. La programmazione lineare è l'unico approccio per poter sviluppare in maniera numerica l'equazione. La y è in funzione di tutta una serie di parametri che sono i fattori produttivi e intervengono nel processo produttivo e vengono considerati nello studio di fattibilità. La funzione di produzione non ha una sua valenza ma dice che se si tengono fisso tutti i fattori di produzione, a parte uno e lo si aumenta, la prima quantità aggiunta di tale fattore dà luogo a un incremento di prodotto maggiore delle successive.

Ad esempio, se si aumenta x₃ (Δx₃) sicuramente y aumenta quindi si passa a y' con un incremento; se si continua a fare così y'' è minore tendenzialmente di y' secondo la legge dei rendimenti decrescenti. Se si aumenta la quantità di un fattore del processo produttivo la prima quantità aggiunta dà un incremento maggiore delle successive. Questo è importante perché il sistema si ottimizza; nella funzione di produzione c'è poi un presupposto, ovvero che c'è uno scarto che si recupera andando a incrementare l'elemento limitante ma se si continua a farlo y'' è minore di y'.

Produttività marginale

Questa legge viene anche definita considerando la produttività marginale che è l'incremento della funzione di produzione rispetto a un x: la produttività marginale di un fattore è l'incremento di produzione che si ottiene dall'impiego di un'unità aggiuntiva di quel fattore, mantenendo costante la quantità di tutti gli altri, è via via decrescente. È la deriva di f rispetto a x_i. Se si cambia il fattore di produzione considerato si azzera tutto e quindi si ottengono dei vantaggi. Si vuole ottenere una valutazione qualitativa.

Fattori di produzione e costi

Quando si analizzano i fattori di produzione si distinguono in fissi e variabili; ci sono fattori che hanno dei costi indipendenti dal livello produttivo, ovvero fissi, oppure che dipendono dal livello produttivo, quindi variabili. I costi fissi sono tutte le spese che rimangono inalterate al variare della produzione (annuale): analizzando il grafico al variare della quantità di produzione q, il costo rimane costante.

Gli esempi di costi sono: impianto, immobili, imposte, assicurazioni, spese amministrazione, personale; in particolare, il personale non è completamente variabile, dipende dal contratto, fa parte dei costi semi-variabili. Ad esempio, le aziende del settore alimentare hanno introdotto la figura dello stagionale, quindi si ha un lavoratore che ha un contratto tempo determinato legato alle richieste dell'industria; tuttavia, è presente anche la parte del personale che ha una funzione fissa indipendentemente da livello produttivo (manutenzione, amministrazione ecc.). Diventa quindi importante classificare correttamente le figure presenti.

Ammortamento

Nel caso dei costi fissi, è molto importante la teoria dell'ammortamento; l'ammortamento è legato alla riproduzione dei beni strumentali e ne rappresenta l'aspetto contabile: si vanno a definire delle quote di ammortamento finanziare che vengono accantonate compensano le perdite di valore che il capitale investito subisce in un determinato periodo di tempo. Ci sono diversi approcci all'ammortamento:

• Ammortamento contabile è semplice in quanto si hanno il valore del bene V₀, il valore residuo V_k, e poi le quote generiche di ammortamento A_j. La quota di ammortamento si ripartisce su un numero di anni, si prende il valore del bene e lo si divide ottenendo la quota di definizione. Dopo un anno, il bene perde solo la quota generica di ammortamento A_j ma V_k è diverso rispetto a V₀, in funzione degli anni si svaluta ma non perde valore.
• Ammortamento economico invece considera il valore del bene V₀, il valore residuo alla fine di n quote V_r, la quota generica di ammortamento comprensiva dell'ammortamento B_k e poi il saggio di interesse i quindi intervengono parametri economici che vanno a modificare la quota di ammortamento; con il saggio di interesse si tiene conto anche del valore del denaro e le fluttuazioni. Le quote comprendono gli interessi e si ha un processo di ripartizione del valore iniziale del bene su tutti i periodi di esercizio. Con l'ammortamento contabile si guarda solo la vita utile, senza considerare il valore del denaro.
• Ammortamento finanziario è diverso perché è un piano per la graduale estinzione di un debito o di un mutuo contratto per l'acquisto di beni strumentali oppure per finanziare un qualunque investimento anche non produttivo. Il tempo di ammortamento viene fissato dal creditore e non coincide necessariamente con la vita prevista del bene, il creditore stabilisce le regole. Questo è comunque un costo fisso, non c'entra il livello produttivo perché gli investimenti non dipendono dalla produttività degli impianti.

Costi variabili

I costi variabili CV o di esercizio comprendono tutte le spese il cui livello dipende dall'andamento della produzione, quindi materie prime, energia, personale, trasporti, immagazzinamento, provvigioni; l'andamento dei CV totali può essere espresso come costo...