Riassunto completo impianti Industriali (32 pagine)

I sistemi produttivi

Il sistema produttivo può essere definito come l'insieme coordinato delle risorse (macchine, utensili, persone...) dei processi tecnologici, dei flussi fisici e delle procedure gestionali che concorrono alla realizzazione delle trasformazioni delle materie prime/prodotti grezzi/componenti in prodotti finiti vendibili sul mercato.

Metodi di rappresentazione dei sistemi produttivi

• Diagramma tecnologico: mette in evidenza la sequenza delle attività attraverso una simbologia standard.
• Flow-sheet dell'impianto: mette in evidenza la sequenza delle attività, attraverso una rappresentazione schematica (rappresentazione anche descrittiva dell'impianto).
• Layout: rappresenta in pianta la disposizione fisica delle risorse facenti parte del processo produttivo (stazioni operative, magazzini, reparti). Mi permette di capire come sono disposte le risorse all'interno di uno stabilimento.

Per processo produttivo si intende la trasformazione (fasi tecnologiche di cambiamento + assemblaggio) di materiali in prodotti che avviene all'interno di un impianto industriale. Un prodotto è definito da:

• Codice univoco
• Distinta base: è una rappresentazione gerarchica che evidenzia i livelli di aggregazione di tutto ciò che costituisce il prodotto in esame (sottoassiemi, componenti, materie prime). In genere, la distinta si ferma al livello che interessa all'azienda per quel prodotto e consente di gestire una serie di dati indispensabili per la pianificazione (coefficienti di impiego, scarti, ecc.. di ciascun elemento). Esempio:
  • 0 - penna a sfera
  • 1 - corpo, refill, cappuccio, molla
  • 2 - corpo, resina, puntale (corpo) fermaglio, corpo resina, ghiera filettata, terminale conico, fascetta e anellini (cappuccio)

Il ciclo di lavoro è l'elenco delle operazioni che devono essere realizzate per trasformare un oggetto grezzo in un prodotto lavorato.

Classificazione dei sistemi produttivi

Modalità di risposta alla domanda

• Produzione per il magazzino ripetitiva
• Produzione su commessa singola
• Produzione unitaria intermittente continua

Modalità di realizzazione del volume

• Produzione continua: il sistema produttivo realizza continuativamente nel tempo lo stesso prodotto o gli stessi prodotti (è raro che si presenti una situazione del genere), l'impianto si dice dedicato. Esempio: aziende chimiche/petrolchimiche.
• Produzione unitaria: ogni esemplare di prodotto è diverso da tutti gli altri pur appartenendo alla stessa famiglia di prodotti (caso frequente). Esempio: impianti industriali, grandi opere civili, abiti su misura, navi da crociera.
• Produzione intermittente: l'impianto industriale realizza con alternanza nel tempo lotti di stessi prodotti

Modalità di realizzazione del prodotto

• Produzione di processo: non hanno una macrofase di assemblaggio, quindi il loro output non è un prodotto finito. Poiché appunto non c'è fase di assemblaggio, si passa dalla materia prima al prodotto finito attraverso una sequenza di trasformazioni tecnologiche che comportano trasformazioni fisiche o chimiche del materiale che si sta lavorando. Esistono più tecnologie di produzione, tuttavia una volta scelta una di esse la sequenza di operazioni è una e una sola, quindi le operazioni non possono essere svolte in ordine diverso.
• Produzione per parti/manifatturiere: hanno una macrofase di fabbricazione componenti e poi di assemblaggio. Il ciclo tecnologico qui non è obbligato, quindi posso procedere anche con sequenze di operazioni diverse. In generale il prodotto manifatturiero è smontabile (a. e. per manutenzione o per essere smaltito a fine vita) andando indietro nel ciclo tecnologico fino ad ottenere elementi frutti di una produzione di processo. Esempio: il rivestimento in plastica.

Modalità di risposta alla domanda

• Produzione per il magazzino: si produce in anticipo rispetto l'ordine dei clienti, dunque si fa una previsione di vendita. Il prodotto è standardizzato, non ci può essere una personalizzazione da parte del cliente e questo favorisce la prevedibilità della domanda. Così come il fatto che ogni cliente acquisti quantità piccole rispetto alla disponibilità complessiva, infatti se il cliente decide di non acquistare più non ci sono ripercussioni sull'impianto. Infine, se il cliente cambia gusti, statisticamente ce n'è un altro che fa un ragionamento opposto e quindi c'è compensazione. Esempio: prodotti per supermercati (non solo cibo).
• Produzione su commessa: si attende l'ordine del cliente prima di produrre.
  • Commessa singola: il cliente fornisce delle particolari specifiche tecniche (anche molto particolari), quindi la probabilità che un altro cliente faccia lo stesso ordine è molto bassa, da qui il nome commessa singola. Esempio: abiti su misura
  • Commessa ripetitiva: l'azienda riceve, ad intervalli di tempo diversi, ordini di uno stesso tipo di bene, essendo la domanda irregolare però l'azienda decide di non produrre per il magazzino e quindi decide che è meglio aspettare l'ordine. In questo caso è possibile che il prodotto non sia del tutto personalizzabile.

Il modello di Wortmann

Se consideriamo l'intera catena produttiva questa suddivisione non rappresenta fedelmente la realtà, mentre è veritiera se ci riferiamo ai soli prodotti finiti.

Il modello di Wortmann

Progettazione Approvvigionamento Fabbricazione Assemblaggio Spedizione Make to stock (MTS) Assemble to order (ATO) Make to order (MTO) Purchase to order (PTO) Engineer to order (ETO).

tempo = attività su previsione = punto di disaccoppiamento = attività su ordine.

La classificazione di Wortmann individua cinque modalità di produzione con cui le aziende possono rispondere alla domanda. La variabile differenziale di queste modalità di risposta è data dal "punto di disaccoppiamento" che identifica il livello del processo produttivo in cui la produzione passa da una logica previsionale ad una tirata dal cliente. La larghezza dei rettangolini è il tempo necessario per compiere una di quelle macroattività (Lead Time).

Vediamo i pro e i contro di avere prodotti già pronti o meno.

• Tempo di evasione dell'ordine: minor tempo di evasione dell'ordine più competitività. Bene MTS, male ETO.
• Personalizzazione del prodotto: praticamente nulla in MTS, altissima in ETO.
• Costo di mantenimento a scorta: i soldi che ho speso per creare la scorta: immobilizzo un capitale in scorte, quindi quel capitale non mi frutterà alcun interesse, non ho alcuna remunerazione quindi lo si vede come un mancato guadagno (un costo). L'immobilizzazione di liquidità può creare spesso problemi anche se l'azienda in sé va bene. Nullo per ETO e PTO, cresce salendo.
• Rischio di deperimento della merce: mi assumo il rischio che il prodotto si degradi in magazzino.
• Rischio di obsolescenza:
  • Tecnologica: un prodotto diventa obsoleto quando, non necessariamente degradato, la tecnologia cambia, quindi il prodotto diventa superato e sono costretto a venderlo a costo ridotto.
  • Commerciale: sono cambiati i gusti o le esigenze del cliente (a. e. moda).

Nota che il grado di deperimento e di obsolescenza è maggiore nei prodotti finiti rispetto alle materie prime (esempio pane farina, computer componenti).

In base a cosa scelgo un metodo di produzione rispetto ad un altro?

• Caratteristiche fisiche del prodotto
• Contesto competitivo (come si comportano i miei concorrenti)
• Prevedibilità della domanda
• Vantaggi e svantaggi

L'obiettivo delle aziende è cercare di ridurre i tempi di evasione. In che modo?

• Ridurre i lead time delle macro fasi (lead time = intervallo di tempo che occorre per ogni macro attività, a.e. assemblaggio)
• Mettere in sovrapposizione temporale parziale diverse macrofasi (overlapping)
• Posizionamento ibrido
  • Prodotti standard che si vendono
  • Prodotti personalizzabili che derivano da quelli standard su richiesta (es. automobili)
• Personalizzazione al più tardi: il cliente richiede sì un prodotto personalizzato, ma a partire da componenti tra loro compatibili e quindi combinando tra loro moduli standard (es. mobili). Oppure ho una parte del prodotto standard e una parte su cui si concentra la personalizzazione del cliente.

Evoluzione nella progettazione dei prodotti

Design for manufacturing (tenendo conto della necessità della macchina) AND Design for assembly (esigenze di smontaggio a. e. da parte dell'utente) AND Design for maintainability (necessità di manutenzione) AND Design for disassembly (tenendo conto del fine vita dei prodotti) AND Design for [Up: riciclabilità e impiego di materie seconde, riutilizzabilità dei componenti. Down: impiego di sostanze dannose, consumi di energia. Obiettivo finale: abbassare il life cycle cost ossia non focalizzo l'attenzione solo sul costo fisico del prodotto ultimo, ma sul costo dell'intero ciclo di vita].

Evoluzione nella progettazione dei sistemi produttivi: sempre di più un buon sistema deve essere progettato in maniera globale, ossia indispensabile una integrazione di competenze (sistema fisico, organizzazione del lavoro, sistema gestionale).

La configurazione a reparti

Configurazione a reparti: schema (JOB SHOP, ASSEMBLY SHOP) Rettangolo grande: sistema produttivo Rettangoli medi: reparto Rettangoli piccoli: risorsa (macchina/operatori) Frecce: famiglie di prodotti simili e loro ciclo produttivo L'area produttiva è divisa in tanti reparti, ciascuno dei quali è caratterizzato dalla capacità di applicare una ben precisa tecnologia (processo) di fabbricazione. Le unità produttive di ciascun reparto sono quindi raggruppate per affinità tecnologiche. Ad esempio, Sistemi manifatturieri: la configurazione a reparti (job shop, assembly shop) si possono avere reparti di tornitura, di verniciatura, di saldatura. All'interno di ciascun reparto sono disponibili un certo numero di macchine in grado di svolgere lavorazioni con differenti livelli di qualità e produttività.

Con che criterio sono raggruppate le macchine nei reparti? Macchine simili che implementano la stessa tecnologia (non vuol dire necessariamente identiche). Con questa configurazione ho delle alternative di ciclo tecnologico, prevalentemente all'interno dello stesso reparto e quindi a livello macchina, o più raramente in diversi reparti, per le famiglie dello stesso prodotto. Il sistema di movimentazione deve essere flessibile, ovvero in grado di spostare qualsiasi prodotto da una macchina all'altra. Job shop = sistema con configurazione a reparti. In un sistema reale i reparti non sono separati in maniera netta (solo a livello schematico); le configurazioni di questo tipo inoltre, possono facilmente evolvere nel tempo, per esempio aggiungere nuove macchine avanzate tecnologicamente oppure sostituire quelle vecchie. Assembly shop = catena di montaggio.

Punti di forza

• Alta flessibilità e alta elasticità.
  • Flessibilità di mix: è possibile senza particolari problemi/costi eccessivi lavorare contemporaneamente prodotti diversi. Infatti, dato che abbiamo tante macchine disaccoppiate e non vincolate tra loro, ad esempio (vedendo lo schema) la macchina 1 può lavorare il prodotto rosso e la macchina 2 quello verde. Grazie a questo è possibile gestire un'alta fluttuazione di domanda.
  • Flessibilità di prodotto: capacità del sistema di realizzare prodotti nuovi (ossia mai fatti prima) senza perdite di efficienza. Viene studiato il ciclo tecnologico più opportuno per quel tipo di prodotto.
  • Flessibilità di espansione (del sistema): possibilità di inserire senza alcun problema una nuova macchina senza dover spostare le altre (se ho spazio a disposizione ovviamente).
  • Flessibilità di volume (o elasticità): capacità del sistema di modificare la quantità prodotta (o quantità relativa, rosso/verde/ecc.., o quantità complessiva). Le macchine sono indipendenti, dunque se devo produrre di meno ne blocco alcune mentre se devo produrre in più posso aumentare i lassi di tempo di produzione.
• Scarsa obsolescenza del sistema: con obsolescenza si fa riferimento ad una macchina che potrebbe essere dal punto di vista del funzionamento ancora efficiente, ma tecnologicamente non più richiesta. In questa configurazione è scarsa poiché una volta che una macchina diventa obsoleta la posso sostituire con una più aggiornata grazie alla flessibilità di espansione.
• Scarso impatto dei guasti sulle prestazioni del sistema: il guasto di una macchina rallenta sì la produzione, ma impatta solo sulla macchina guasta e non su tutta la catena produttiva, dato che le macchine sono tra loro indipendenti (non c'è propagazione del guasto).

Punti di debolezza

• Gestione della produzione molto complessa:
  • Momento e sequenza di lancio della produzione, da cosa dipende?
    • Dai tempi di setup (ossia di preparazione delle macchine) che si possono generare
    • Dall'urgenza con cui devo produrre i vari prodotti
    • Bilanciamento dei carichi tra i vari reparti (se ad esempio mando in produzione solo il blu, le macchine D e C rimangono per lungo tempo non in funzione)
  • Scelta tra cicli alternativi: all'interno dello stesso reparto posso scegliere con che sequenza utilizzare le varie macchine
  • Problema di sequenziamento dei prodotti davanti le singole macchine: ogni prodotto ha un proprio percorso, davanti una macchina potrebbero esserci in coda prodotti in diversa sequenza rispetto all'ordine in cui li ho lanciati (a. e. se il blu va più veloce del rosso o del verde). Davanti ad ogni macchina potenzialmente ho il problema di risequenziamento dei prodotti (non necessariamente FIFO).
  • Problema del coordinamento dei reparti: ogni reparto cerca di ottimizzarsi (minimizzazione dei tempi di setup, bilanciamento dei carichi). Questa ottimizzazione però potrebbe generare problemi/tempi morti nei reparti successivi, ad esempio nel reparto a valle do priorità ad un prodotto che il reparto successivo non mi accetta. L'ottimizzazione complessiva dunque non si ottiene come somma dell'ottimizzazione dei singoli reparti, ci vuole dunque un responsabile di produzione che gestisca i vari reparti.
• Possibile formazione di colli di bottiglia: vuol dire che si possono formare delle strozzature/code davanti ad alcuni reparti/macchine a causa della flessibilità del sistema. Sono code dinamiche poiché il mix produttivo è variabile. Se c'è una coda il reparto a valle è vuoto. Tutto ciò implica perdita di tempo, tempi morti, ritardi nella produzione.
• Prestazioni produttive non elevate:
  • Se aumenta il tempo medio delle code, allora aumenta anche il tempo di produzione.
  • Aumenta la variabilità: la creazione di code porta ad un aumento del tempo medio di percorrenza e anche un aumento della variabilità (la deviazione standard)
  • Diminuisce la saturazione delle macchine, cioè il rapporto tra il tempo di lavoro delle macchine effettivo e il tempo di lavoro disponibile.
• Difficoltà di valutazione della capacità produttiva: non posso dare una risposta certa a domande del tipo quale è il mio tempo di produzione, a causa dei problemi discussi prima.
• Gestione della qualità complessa rispetto a quella di altre configurazioni: non vuol dire che essa sia scadente, ma che gestire la qualità è più complesso per arrivare al target qualitativo richiesto.
  • Essendoci diversi cicli di produzione, si possono avere prodotti di qualità diversa in periodi diversi. Ogni prodotto industriale deve avere infatti una fascia di tolleranza più o meno ampia e ogni oggetto prodotto cade all'interno di questa fascia.
  • Essendoci diversi reparti, se nel controllo qualità si riscontra un problema è difficile risalire a quale reparto è attribuibile.
• Difficoltà di gestione dei flussi di materiali: riguarda soprattutto l'assembly shop, nei quali devo gestire ingenti flussi di materiali sia da portare alla macchina, sia da prelevare dalla macchina.

La configurazione a celle

La configurazione a celle è tipica dei sistemi produttivi di fabbricazione di singoli componenti, mentre è meno frequente nei sistemi di montaggio. Esempio configurazione a celle: produzione nel settore automobilistico di materiali plastici, alluminio e acciaio. Dunque, abbiamo tre celle dove sostanzialmente si svolgono le stesse operazioni, ma in maniera differente (a.e. per taglio di un tubo di acciaio devo fare più forza rispetto ad uno di plastica).

Il rettangolo grande è il sistema produttivo e al suo interno troviamo un certo numero (nell'esempio 3) di celle. Una cella è un gruppo di macchine esattamente come un reparto nel job shop o assembly shop.

Con che criterio le macchine sono raggruppate in una cella? In una cella troviamo tutte e sole le macchine che permettono di lavorare una famiglia di prodotti dall'inizio del ciclo di lavorazione fino alla fine, ciò implica che ogni cella è un sistema produttivo indipendente dagli altri. A volte tali celle sono chiamate minifabbriche o unità tecnologiche elementari.

All'interno di una cella possono esistere diversi cicli tecnologici da prodotto a prodotto (a.e. un materiale che va nella prima cella può fare A-B-C-C mentre un altro prodotto che va sempre nella...