Progettazione e gestione degli impianti nell'industria alimentare

Progettazione e gestione degli impianti nell'impresa alimentare

Informazioni generali

Libro: Principi di Tecnologie alimentari – Singh
Esame: Scritto + orale (esame tradizionale o 2 esame in itinere [di 1 h] + orale)
Orale: Discussione scritto + eventuale progetto di impianto, come opportunità con effettiva discussione del progetto + domande teoriche.
Appelli: 1 volta al mese.

Industria agroalimentare e metalmeccanica

L’industria agroalimentare costituisce intorno al 15% del PIL, la materia che trattiamo però è parte dell’industria metalmeccanica. L’industria metalmeccanica ricopre il 20% del PIL, all’interno dell’industria metalmeccanica la parte dedicata all’agroalimentare è del 12%. Questo settore occupa 20'000 addetti ed esporta il 60/80% delle produzioni.

I tre livelli dell'industria agroalimentare

• Livello industriale
• Livello professionale: Formato da aziende medie o medio-piccole che sono sottoposte a aspetti gestionali a livello professionale, richiede alta affidabilità, alta produttività e permette di adottare soluzioni tecniche che siano meno a favore della sicurezza, dando scontata la formazione dell’operatore.
• Livello domestico: Deve garantire il massimo livello di sicurezza, poiché l’operatore non è formato.

Concetto di impianto industriale

L’impianto industriale è definito come una parte di un’organizzazione più complessa che è l’azienda e precisamente è quella parte in cui, mediante opportuni mezzi, si operano trasformazioni di natura tecnica su merci in ingresso, per ottenere in uscita un prodotto con maggior valore per l’organizzazione (azienda). Per questa materia è fondamentale il live cycle thinking, pensare in maniera tale da considerare tutte le componenti.

Esempio: Un supermercato è un impianto industriale, perché prende delle derrate e le trasporta con mezzi tecnici (logistica) sotto casa nostra, creando del valore.

Concetto delle 4 M

Un impianto per funzionare deve rispettare il concetto delle 4 M: buone macchine (machines), buone materie prime (materials), buoni operatori (man) e deve avere denaro (money); tra questi livelli non esiste della priorità, sono tutti allo stesso livello. Da qui nasce il concetto di ottimizzazione dell’impianto. È fondamentale valutare l’impatto ambientale dell’impianto, poiché è diventato fondamentale il riciclo delle materie prime e dell’energia.

Categorie di impianti

Impianti tecnologici

Questi impianti producono e intervengono sulla materia prima, quindi sono impianti di processo. Vengono classificati in base a:

• La natura delle trasformazioni (meccanico, tessile, alimentare)
• Le dimensioni (piccolo, medio, grande declinato in funzione delle trasformazioni)
• Il diagramma tecnologico (monolinea fase 1 fase 2 e fase 3, natura convergente: prodotti che subiscono lavorazioni e che convergono in un impianto solo, divergenti: quando il prodotto arriva e successivamente subisce diverse divisioni es. da latte a burro, mozzarella ecc.)
• Natura del capitale: composizione organica del capitale ovvero il rapporto tra costi di investimento rispetto al capitale variabile - investimento elevato infrastrutturale, ma minore capitale variabile (personale)
• Continuità (macchine continue o impianti a batch/lotti)

Impianti di servizio

Gli impianti di servizio sono gli elementi discriminanti per il corretto funzionamento degli impianti tecnologici. Il settore agroalimentare ha raggiunto dei costi talmente controllati che non si può più agire su quelli, ma bensì sugli impianti e sul risparmio energetico o di materiale. Questi impianti sono quelli che determinano i consumi energetici. Le differenze fra impianti sono più evidenti negli impianti di servizio (es. batterie o pannelli fotovoltaici per stoccare energia).

Classificazione degli impianti di servizio:

• Entità servita: serve la produzione, o rende ambiente confortevole per lavoratori (obiettivo dell’impianto di servizio)
• Impianto servizio centrifugo: quando effetto finale dell’impianto è verso l’utenza, va dal generatore verso l’utenza (es. generatori)
• Impianto servizio centripeti: va nella direzione opposta del precedente, ovvero per esempio raccoglie i reflui o gli scarti
• Funzione dell’impianto: legato al condizionamento, produzione di energia ecc.

Fasi per realizzare un impianto

• Studio di fattibilità: Serve ad indicare i pro e contro, con prima idea progettuale (visione di insieme)
• Progettazione completa: Molto articolata, fatta da intervento di più professionisti (più ingegneri)
• Fase realizzativa

Queste fasi implicano una serie di valutazioni:

• Studio di prodotto, con analisi di mercato
• Studio del processo tecnologico, identificando il ciclo di lavoro (i primi due step sono di competenza del tecnologo)
• Studio dei servizi alla luce dei precedenti, quantificare la corrente, il consumo, la conservazione
• Studio economico dell’iniziativa per verificare la potenzialità del nuovo impianto

Dimensionamento dell’impianto

Il dimensionamento dell’impianto è fatto ad oggi su parametri economici, per un’azienda non ha senso produrre sempre di più, ma è meglio tenere sotto controllo gli agenti economici, poiché deve essere sempre al centro del progetto l’aspetto economico. Attraverso i dati di ingresso sopra citati dobbiamo definire il flusso dei materiali, i rapporti fra le attività e poi stilare un diagramma di flusso nel dettaglio e il rapporto fra le attività, il rapporto tra spazio richiesto e quello disponibile, attuando anche una simulazione numerica o analitica, tenendo conto di eventuali considerazioni di modifica o limitazioni pratiche, definendo infine lo sviluppo delle alternative di layout e la scelta del layout intesa come disposizione che permette l’ottimizzazione del processo in base al flusso/attività in modo da rendere la produttività la migliore possibile.

Sistema complesso

q = f (x₁, x₂, … x_n) fattori di produzione

Produzione = funzione di una serie di fattori di produzione* e sono tutti gli elementi che intervengono nella mia idea come materie prime, energia, manodopera e vanno tenuti sotto controllo. Alcune volte ci sono stati dei casi dove è stato possibile trasformare la funzione in funzioni a più variabili (3 dimensioni) ricerca operativa [nata negli anni ’50 per scopi militari] cercando di trasformare le funzioni in funzioni gestibili, ponendo l’obiettivo di mettere dei vincoli (parametri) e trasformando la funzione in una funzione più utile e gestibile, ottenendo un’equazione più definita, o ottenendo un sistema di equazioni.

Legge dei rendimenti decrescenti

Nel momento in cui andiamo a considerare un fattore di produzione specifico es. x₃ e teniamo costanti tutti gli altri fattori.

Se x₃ + Δ otteniamo probabilmente q’ > q

Se facciamo questa operazione più volte otterremo una q’’ che tenderà a ottenere un incremento minore del precedente (Δq’) x₃ + Δ + = Δq’’ Δq minore di prima. Se aumento di 10 sulle x la prima volta ottengo 5, mentre la seconda volta ottengo solo un aumento di 5 e non di 10, quindi meno che proporzionale. I fattori di produzione non sono tutti uguali per quanto riguarda i costi, alcuni di questi sono costanti al variare della produzione altri invece variano, alcuni hanno una variabilità della quantità altri meno.

Costi

Si definiscono quindi:

• Costi fissi: Non variano con la produzione (impianti, immobili, assicurazioni) sono in realtà fissi in un arco temporale, bisogna tenere conto che i costi di impianto vanno caricati con una logica di ammortamento, anno per anno. Ammortamento legato all’accantonamento e al fatto che un bene nel tempo perde valore.
• Costi semi-variabili: Riferiti alla manodopera, esso è semi-variabile perché non si può considerare il personale come costo variabile, altrimenti esso dipenderebbe solo dalla produzione (sindacati non happy) anche se il mondo del lavoro sta andando in questa direzione. La variabilità va gestita, ma non è nemmeno un costo completamente fisso.
• Costi variabili: Sono costi che variano con la produzione, sono costi legati alla produttività, ovvero all’esercizio e dipendono fortemente dalla produzione (materie prime, energia, trasporti, provvigioni).

Amortamento

Tre forme di ammortamento:

• Ammortamento contabile: Ricostruire il valore del bene dell’impianto.
• Ammortamento economico: Considera gli interessi, pone al centro chi fa l’investimento con il suo capitale e il guadagno che ottiene da quest’ultimo rispetto all’interesse bancario.
• Ammortamento finanziario: Cambia il punto di vista, esso pone attenzione verso chi mi presta il capitale per l’investimento, quindi nei confronti del creditore (banca), esso organizza un piano graduale di estinzione del debito.

Costi di produzione

CT = CF + CV

All’aumentare della produzione, i costi fissi rimangono costanti mentre quelli variabili aumentano in modo più che proporzionale. È opportuno definire la quantità di prodotto ideale per ottimizzare i costi.

CT prod C medio = q prodotta CT C marginale = q prodotta

Il costo medio si mantiene più alto rispetto a quello marginale, quando siamo in una situazione ottimale chiedere di produrre un chilo in più costa poco, quando il costo marginale supera quello medio non ci conviene più produrre un kilo in più, perché abbiamo perso l’elasticità produttiva.

Ricavi e utili

R ricavi = p * q

U = R – CT Utile = ricavi – costi totali

Il Break Even Point BEP è il punto di pareggio, l’imprenditore deve sempre arrivare almeno al punto di pareggio per non perdere denaro. Il punto di massima produttività che posso raggiungere va capito in corrispondenza del massimo aumento dell’utile.

Devo massimizzare la funzione dell’utile, q è il punto di massima ottimale produttività. ∂U/∂q = ∂(R-CT)/∂q = 0 ∂R/∂q = ∂CT/∂q ∂p * q/∂q = ∂CT/∂q P = ∂CT/∂q punto di massimo utile il costo marginale è pari al prezzo La tangente in q (utile max) vale P ovvero il prezzo. La tangente è parallela alla retta dei ricavi, poi proietto il punto sulle x. Il mio impianto dovrà essere fatto per lavorare tra il punto di pareggio e il punto massimo di utilità.

Massima produttività

Esiste un limite superiore in termini di produttività. In caso di questo andamento il massimo utile corrisponde con la massima produttività. Esso si verifica quando la curva dei costi totali è una retta.

U = R – CT U = R – (Cu * q + CF) nel BEP utile = 0 con situazione di linearità U = p * q – Cu * q – CF = 0 p * q – Cu q – CF = 0 Cu unitario = CV/q (tenere a mente)

Investimento e mercato

O investiamo tanto risparmiando nei parametri variabili O investiamo poco ma i parametri variabili sono maggiori. Qualsiasi situazione adotti mi inseriscono nello stesso mercato, quale delle due situazioni è meglio?

CT = CT_a b CV + CF = CV + CF_a a b q = CF – CF / Cu – Cu_b a a b

Margine di contribuzione

Altro parametro da considerare è il margine di contribuzione, definito come: MC = U + CF, deducendo che il MC posso tenerlo sotto controllo portandomi delle informazioni con l’Utile, sapendo che i CF rimangono costanti in un anno.

MC = R – CT + CF = R – CF – CV + CF = R – CV

Il MC è fondamentale in ambito operativo perché i parametri R e CV sono più facilmente calcolabili che U e CF, quindi in azienda se si chiederà il MC verrà calcolato a partire dai ricavi sottraendo i costi variabili. A, B, C valutando il margine di contribuzione posso capire quale fra le tre soluzioni è la più conveniente, partendo dal fatto che i CF siano costanti.

MC = P * q – cvu * q = [(p – cv)/ mcu ] * q

Break Even Point (BEP)

Se gli impianti A B C si dovessero differenziare per quantità prodotta nonostante lo stesso investimento iniziale, allora il margine di contribuzione unitario mcu non ha senso calcolarlo. In quel caso andrebbe calcolato solo il MC.

BEP = CF / p – cv

Cosa mi serve il MC? Serve all’identificazione del BEP. BEP = CF/mcu Caso A CF/mc (con CF costante) e con mca > mcb a Caso B CF/mc (con CF costante) b Allora BEP < BEP vuol dire che inizio prima a guadagnare in A, ma nessuno ha detto che guadagnare prima è più conveniente, a noi interessa guadagnare di più.

Composizione organica del capitale

• a) La composizione organica del capitale serve a sottolineare l’origine dell’investimento, quindi se io sono molto esposto con le banche, prima guadagno meglio è, anche se poco. Per questo motivo se mi trovo nella situazione A inizio a guadagnare prima ed è quindi più conveniente.
• b) Nel caso in cui invece non esiste questa situazione, ovvero il patrimonio è mio ed è quello investito, non dipende quindi da banche che mi chiedono la rata, il problema di iniziare a guadagnare prima non esiste, quindi non mi interessa quando inizierò a guadagnare, ma bensì quanto guadagnerò alla fine dell’anno, fregandomene quindi del BEP più piccolo possibile.

Strategie di mercato

Quando il mio mercato è un mercato difficile, l’unica arma disponibile che ho è abbassare il prezzo, per farlo quindi devo abbassare la retta dei ricavi, allungando il BEP ma imponendomi sul mercato, riducendo l’utile nel medio termine. Le produzioni marginali, nel SAA, sono quelle che permettono di andare all’azienda in saturazione, ovvero produzioni gettate sul mercato a costi inferiori, ma sono dovute al fatto che sono un’azienda che non sta producendo il massimo nonostante potrei farlo per vari motivi.

Produzione e qualità

Affinché la produzione porti un utile in azienda MC unitario > 0, ovvero la singola unità deve essere maggiore e quindi coprire il costo variabile unitario. In una produzione secondaria di questo tipo non conviene un decremento della qualità, perché si dovrebbe cambiare linea produttiva, con un conseguente aumento dei costi fissi, perciò manterrò tutto uguale, compresa la qualità, cambiando solo fattori esterni come packaging o nome del prodotto. In questo modo potrebbe essere che se p – cv = 0 significa che le 2000 unità in più che ho venduto, non mi portano utile, ma faranno sì che i clienti conoscano l’azienda poiché essa è andata in saturazione.

PayBack e ROI

Altro indicatore, parlando in termini di attrezzature è PB, ovvero il PayBack, ed è il rapporto tra l’investimento e il beneficio; esso costituisce il tempo richiesto affinché una attrezzatura ripaghi in funzione dei benefici che apporta (periodo di ritorno dell’investimento). Ovviamente più basso è meglio è, a livello aziendale sotto i tre anni è considerato un investimento eccellente.

ROI = return of investment

ROI = (risparmio annuo – deprezzamento annuo) / investimento * 100 = %

Il ROI deve invece essere il più alto possibile, è una % che mi dice il ritorno del mio investimento.

Affidabilità delle attrezzature

Quando progettiamo un impianto dobbiamo fare un discorso di affidabilità delle attrezzature tramite dei parametri che ci possono tutelare nella compilazione del contratto. Affidabilità (R da reliability) significa probabilità che l’impianto funzioni correttamente, senza guasti in determinate condizioni ambientali per un tempo assegnato. Il progettista dovrà stabilire questo parametro studiando le parti meccaniche che sono più a rischio di danno. Non tutti i guasti però sono programmabili, altri sono accidentali.

Oggi quando si acquista un bene, non acquisto solo l’hardware, ma anche una serie di informazioni che mi devono essere fornite dal fabbricante; queste sono importanti perché ci sono degli elementi che mi dicono come sfruttare al massimo il prodotto e se non le seguo non avrò l’affidabilità massima del bene. Qui si parla però a livello professionale, dove gli operatori devono essere già formati, quindi ci sarà un aggravante in caso di mancato rispetto delle condizioni d’uso.

Grafico di affidabilità

L’ambito dell’affidabilità è rappresentato da un grafico dove sulla x c’è il tempo e sulle y la frequenza del guasto. Esso è un grafico a campana dove nel mezzo c’è la maggiore probabilità di guasto. (questi avvenimenti sono distribuiti in una gaussiana).

Frequenza del guasto
TG tempo

Disponibilità

Un altro parametro importante è la disponibilità (A da Availability), è la % del tempo di buon funzionamento rispetto al tempo totale. Disponibilità = tempo di buon funzionamento / (t di buon funzionamento + tempo di manutenzione). Il tempo di buon funzionamento è uguale al Tempo di guasto (TG) perché fino a quel momento la macchina funzionava bene.

TG A = + T_man TG

Manutenzione

In alcuni processi, se possibile, tutta la macchina viene smontata e analizzata nel dettaglio per far sì che successivamente abbia un funzionamento prolungato. È possibile inoltre attribuire un valore a queste fasi di manutenzione, perché la mancata produzione incide sulle grandezze economiche. Con la manutenzione posso intervenire per riparare il...