Risposte alle domande d'esame

Cos'è lo studio di fabbricazione

L'insieme delle attività che permette di trasformare:

• Il progetto di dettaglio (che individua le caratteristiche di funzionamento e le prestazioni richieste dal prodotto)
• In progetto di fabbricazione (che definisce le caratteristiche di realizzazione e le modalità con cui il prodotto sarà ottenuto).

È indicato anche come ingegnerizzazione del prodotto.

A cosa serve lo studio di fabbricazione

Elabora il piano di processo (process plan) o ciclo di attività da svolgere per realizzare il prodotto. Contribuisce anche:

• Alla definizione del costo di prodotto: permette di:
  • Preparare il preventivo per l'acquisizione dell'ordine (in caso di produzione su commessa)
  • Definire il prezzo di vendita del prodotto (in caso di produzione a magazzino)
• Errori nella valutazione del costo possono portare a:
  • Mancata acquisizione dell'ordine
  • Riduzione di ricavi o perdite nella realizzazione del prodotto.
• Alla valutazione delle inefficienze di produzione: permette di valutare i motivi (invecchiamento precoce di utensile/macchina, incompatibilità tra utensile e macchina usati, ecc.) che hanno portato a tempi e costi di realizzazione maggiori di quelli previsti, provocando perdite di produttività e di ricavi, o a una qualità più bassa di quella prevista;
• Scelta o progettazione del sistema di produzione: scelta di:
  • Macchine
  • Sistema di movimentazione e immagazzinamento
  • Layout del sistema di produzione
  • Ecc.
• In base a:
  • Volume di produzione
  • Efficienza richiesta
  • Disponibilità economica dell'azienda

Classificazione della produzione

Uno dei metodi più utilizzati è quello a 3 assi.

Classificazione della produzione: asse del mercato

Con produzione:

• Su commessa, con:
  • Prodotti realizzati su specifica del cliente, il quale compra il bene prima che venga creato
  • I clienti sono sensibili alla versatilità di produzione, tempi di produzione e consegna e qualità del prodotto finale.
  • Le commesse possono essere:
    • Singole, caratterizzate da:
      • Prodotti unici, in genere in numero limitato. Vi sarà quindi un'ampia gamma di prodotti con volumi di produzione ridotti;
    • Ripetute, caratterizzate da:
      • Prodotti differenziati per clienti stabili;
      • Forniture scaglionate nel tempo;
      • Prodotti "da catalogo" per clientela vasta.
• A magazzino, caratterizzate da:
  • Produzione che avviene prima che il cliente domandi il bene (tramite analisi di mercato si stabiliscono caratteristiche del prodotto e volumi di produzione);
  • Prodotti spesso poco differenziati;
  • Clienti sensibili a prezzo, velocità di consegna e qualità del prodotto.

Classificazione della produzione: asse tecnologico

Con suddivisione in produzione:

• Manifatturiera, caratterizzata da:
  • Prodotto composto da un numero finito di componenti;
  • Possibilità di smontare il prodotto finale e ricavarne le componenti;
  • Processo produttivo costituito tipicamente da due fasi:
    • Fabbricazione: insieme delle operazioni che modificano forma, dimensioni e/o stato superficiale di singole parti;
    • Assemblaggio: insieme delle operazioni di montaggio di parti singole per formare un insieme.
• Per processo, caratterizzata da:
  • Elementi originari costituenti il prodotto finale non facilmente identificabili;
  • Non è possibile smontare il prodotto finale per ricavare le componenti.

Classificazione della produzione: asse gestionale

Basato sul volume di produzione:

• Unitario, caratterizzato da:
  • Piccolissimi volumi di produzione;
  • Prodotti realizzati molto diversi tra loro;
  • Macchine molto versatili;
  • Manodopera specializzata;
  • Numero medio di parti/anno per ogni articolo da 1 a 100.
• Per lotti, caratterizzato da:
  • Lotti dello stesso tipo di prodotto, singoli o ripetuti;
  • Prodotti anche molto diversi tra loro;
  • Macchine molto versatili;
  • Manodopera specializzata;
  • Numero medio di parti/anno per ogni articolo da 100 a 10.000
• Produzione cellulare:
  • Molto simile alla produzione per lotti. La principale differenza sta nella simultanea realizzazione di prodotti diversi, ma "simili" tra loro (stessa famiglia);
  • Tempi di set-up e riprogrammazione nulli.
• Di massa:
  • Grandi volumi di produzione o gamma limitata di articoli simili tra loro;
  • Macchine dedicate;
  • Manodopera di basso livello;
  • Numero medio di parti/anno per ogni articolo: da 10.000 a milioni.

Ciclo di vita del prodotto

Ciclo di vita del prodotto: progettazione

• Origina da:
  • Ordine da parte di un cliente (produzione su commessa);
  • Identificazione del mercato e della concorrenza attuale ed emergente (produzione a magazzino).
• Prevede dapprima la fase concettuale attraverso la quale si definiscono principio di funzionamento e schema di massima del prodotto;
• Decisione da parte dell'ufficio vendite di mandare o meno in produzione il prodotto;
• Se la produzione è conveniente si procede con la progettazione logico-funzionale e dimensionamento del prodotto;
• Prodotto progettato per adempiere alla sua funzione nel rispetto dei vincoli imposti;
• Progetto redatto esaminando e selezionando le soluzioni relative a tutti gli aspetti del prodotto (costo, ergonomia, sicurezza, estetica, funzionalità, riciclaggio...);
• Può comportare la realizzazione di prototipi:
  • Virtuali, simulati al computer;
  • Fisici, principalmente realizzati per effettuare prove ingegneristiche per valutare ed in caso migliorare le prestazioni del prodotto.
• R&D;
• Risultati della progettazione:
  • Disegni;
  • Distinta base.

Ciclo di vita del prodotto: scelta e pianificazione dei processi

• Questa fase si basa sui risultati della progettazione;
• Si decide quali parti produrre in proprio e quali commissionare:
  • Parti costruite in casa (per parti fondamentali): realizzazione del ciclo di lavorazione;
  • Parti realizzate esternamente: pianificazione realizzata dal fornitore.
• Scelta ed ottimizzazione della tecnica produttiva fondamentale per ottenere il prodotto:
  • Con le specifiche desiderate;
  • Nel rispetto dei vincoli di tempo.
• R&D;
• Effetto delle variabili di processo studiato usando tecniche di:
  • Modellazione fisica: processo eseguito su scala ridotta o semplificata, usando materiali più economici e semplici da lavorare rispetto ai reali;
  • Modellazione matematica: si usano opportune equazioni per valutare la risposta del sistema alle variazioni dei parametri del processo.
• Scelta del processo considerando anche:
  • Impatto ambientale;
  • Sicurezza e salute degli operai;
  • Gestione di sostanza "particolari" (metallo fuso, acido, prodotti infiammabili, fumi...)
  • ...

Ciclo di vita del prodotto: progettazione del sistema di produzione

• Permette di definire:
  • Layout del sistema;
  • La sequenza di disposizione delle macchine;
  • Il numero di ogni tipo di macchina necessaria;
  • Il tipo di sistema di movimentazione e immagazzinamento;
  • Le caratteristiche del sistema di controllo;
  • ...
• Informazioni contenute nel piano di processo utili alla progettazione del sistema di produzione:
  • Tipologia di processi da realizzare;
  • Macchine utilizzate;
  • Sequenza delle operazioni;
  • Volume di produzione;
  • Stabilità del progetto;
  • ...

Ciclo di vita del prodotto: programmazione della produzione

• Necessaria alla definizione della migliore gestione delle risorse disponibili per realizzare il prodotto:
  • Con la qualità stabilita;
  • Al costo stabilito;
  • Nel rispetto dei tempi di consegna.
• Permette di generare:
  • Il piano aggregato di produzione (APP):
    • Ottenuto su input dell'alta dirigenza, operando opportuni bilanciamenti tra capacità disponibile (risorse) e capacità richiesta (domanda);
    • Aggregazione per famiglie simili in termini di caratteristiche di programmazione;
    • Piano di medio termine (2-12 mesi), svincolato dalle complessità dei singoli prodotti (non si considerano i dettagli che distinguono i prodotti).
  • Piano principale di produzione (MPS):
    • Piano di medio termine ottenuto usualmente partendo dalla disaggregazione del piano aggregato operando opportuni bilanciamenti tra risorse e domanda;
    • Per ciascuna tipologia di prodotto stabilisce la quantità da realizzare e termini di consegna.
  • Piano dei fabbisogni dei materiali (MRP)
    • Fornisce per ogni tipo di prodotto la quantità di ciascun componente da ordinare o da produrre e i termini di consegna, bilanciando risorse e domanda;
    • Input dell'MRP:
      • Piano MPS dello specifico prodotto;
      • Livello del magazzino;
      • Distinta dei materiali;
      • Tempo di produzione;
      • Lead time degli ordini relativo a ciascun componente.

Ciclo di vita del prodotto: fabbricazione e assemblaggio

• Processi produttivi svolti nei reparti di produzione;
• Funzioni tecnologiche da eseguire per trasformare il grezzo in prodotto finito:
  • Lavorazioni:
    • Trasformano il grezzo, utilizzando risorse, energia, materiali ed informazioni, in termini di forma, proprietà meccaniche...;
    • Portano il materiale in lavorazione ad uno stato a più elevato valore aggiunto;
    • Possono essere:
      • Processi di formatura primari: forniscono al pezzo una geometria basilare e sono spesso seguiti da altre lavorazioni;
      • Processi di formatura secondari: seguono quelli primari e forniscono al pezzo una forma più definita/finale;
      • Processi di giunzione: permettono di realizzare il collegamento (permanente o non) tra due o più parti;
      • Processi di finitura: permettono di realizzare sulla parte le lavorazioni per conferire l'aspetto finale.
  • Assemblaggio: permette di unire due o più componenti mediante collegamenti di tipo transitorio (viti e bulloni), semipermanenti (rivetti) e/o permanenti (saldatura);
  • Manipolazione ed immagazzinamenti: permettono di eseguire:
    • Movimentazione dei materiali (muletti, convogliatori, AVG...);
    • Stoccaggio di grezzi, semilavorati e prodotti finiti;
    • Il costo di questa voce viene spesso sottovalutato
  • Ispezioni: si effettuano sul materiale in lavorazione per verificare che soddisfi le specifiche di progetto:
    • Fatta a campione o sull'intera popolazione;
    • Permette di scansare o correggere la parte evitando operazioni inutili;
    • Ripristina le condizioni per tutte le macchine a monte del controllo (operazione manuale o automatica grazie alle macchine in retroazione).
  • Collaudo: se si verifica che le specifiche fissate vengono rispettate dal prodotto finito.

Ciclo di vita del prodotto: controllo della produzione

Regola e controlla le operazioni fisiche della produzione, generando un flusso di informazioni bidirezionale tra fabbrica e reparto controllo. Si suddivide in:

• Controllo di reparto: monitoraggio del prodotto durante la lavorazione, assemblaggio, movimentazione e ispezione:
  • Caricando i lavori sulle macchine in base alla loro capacità
  • Definendo le sequenze di carico dei lavori su ciascuna macchina
  • Modificando la pianificazione quando necessario per garantire la consegna delle parti nei tempi stabiliti (quindi la priorità passa dal minimizzare i costi al minimizzare i tempi/massimizzare la produttività)
• Controllo delle scorte: bilanciamento dei livelli di magazzino
• Controllo qualità: assicura che il prodotto rispetti le specifiche di progetto a vari stadi della produzione e la qualità funzionale e l'aspetto del prodotto finito, ispezionando materiali e componenti acquistati dall'esterno al loro ricevimento
• Controllo dei fornitori:
  • Acquistare prodotti/servizi con il miglior rapporto costo/beneficio
  • Selezionare fornitori affidabili e con prodotti di qualità
  • Garantire nel tempo prodotti di qualità costante
  • Ridurre o evitare le non conformità

Ciclo di vita del prodotto: assistenza clienti

Successivamente all'immissione del prodotto sul mercato attraverso una rete di distribuzione e vendita, l'azienda si propone di assicurare il corretto funzionamento del prodotto mediante:

• Supporto tecnico
• Riparazioni
• Fornitura parti di ricambio

E raccoglie informazioni su:

• Reale funzionamento del prodotto
• Soddisfazione del cliente
• Richieste del cliente
• Problemi riscontrati

Al fine di migliorare le caratteristiche del prodotto attraverso modifiche a:

• Progetto del prodotto
• Piano di processo
• Altri aspetti della produzione

Ciclo di vita del prodotto: deproduzione

Strategie di disassemblaggio del prodotto a fine vita, al fine di stabilire il giusto mix tra:

• Rilavorazione e riuso del prodotto
• Riuso dei sottoassemblati e dei componenti
• Riciclo e recupero dei materiali
• Incenerimento
• Smaltimento dei rifiuti in discarica

In base alle necessità di:

• Massimizzare il valore a fine vita del prodotto
• Minimizzare l'impatto ambientale

Studio di fabbricazione

Definisce il ciclo delle operazioni necessarie per:

• Fabbricare i singoli componenti attraverso una combinazione di processi
• Assemblare i componenti e/o i sottoassemblati

La complessità dei prodotti cresce con il numero di componenti che li costituiscono. Non esistono metodi unanimemente accettati per effettuare lo studio, che quindi si basa su:

• Esperienza del pianificatore
• Conoscenze relative ai processi e all'organizzazione della produzione
• Abilità e intuito

Portando a:

• Difficoltà di ottimizzazione del piano di processo
• Incremento dei costi
• Errore di pianificazione e ritardi

Attualmente si stanno sviluppando sistemi assistiti al calcolatore (CAPP: Computer Aided Process Planning), complessi e che necessitano di personale altamente specializzato.

Input e output dello studio di fabbricazione

Input:

• Disegni funzionali di componenti, sottoassemblati e prodotto
• Distinta dei materiali
• Quantità da produrre
• Tempi di consegna

Output:

• Ciclo di fabbricazione e/o assemblaggio
• Costo del prodotto
• Progetto del sistema di produzione (layout, macchine e logistica)

Lead time

• Lead time di fabbricazione/assemblaggio: somma di tutti i tempi di fabbricazione e/o assemblaggio e di attesa, rappresenta il tempo impiegato dal grezzo per attraversare tutte le fasi produttive fino ad essere trasformato in prodotto finito;
• Lead time di produzione: somma del lead time di fabbricazione/assemblaggio con quelli delle fasi precedenti e seguenti, rappresenta il tempo intercorrente tra l'ordinazione del materiale e il ricevimento del prodotto da parte del cliente.

Incidono sul time to market: tempo intercorrente tra l'ideazione del prodotto e la sua consegna al cliente.

Metodi per eseguire lo studio di fabbricazione

Approccio sequenziale

Detto anche approccio tradizionale, consiste nel dividere il ciclo di realizzazione del prodotto in un insieme di attività svolte in sequenza, dove l'input di una è costituito dall'output di quella precedente. Tiene in considerazione solo la funzione svolta dal prodotto in fase di utilizzo, senza considerare gli aspetti relativi alla sua realizzazione e al ciclo di vita. Ciò implica che lo studio di fabbricazione, svolto a valle della progettazione, potrebbe comportare la necessità di eseguire parecchie modifiche al progetto con conseguente incremento dei costi.

Approccio simultaneo

Detto anche approccio innovativo o concurrent engineering, consiste nell'interazione tra le attività di progettazione e pianificazione dei processi produttivi attraverso il coinvolgimento di un team multidisciplinare. Tiene in considerazione la funzionalità del prodotto, gli aspetti relativi alla sua realizzazione e al ciclo di vita. Permette la riduzione dei costi, del time to market e l'aumento della qualità.

Fasi della progettazione (è un approfondimento della domanda 8)

Un progetto può essere considerato come un sistema tecnico suddiviso in unità funzionali che, collegate tra loro, devono essere in grado di compiere una o più specifiche funzioni, modificando un insieme di entità fondamentali (informazioni, energia e materiali) introdotte in esso. La progettazione si suddivide nelle seguenti fasi:

• Progettazione preliminare:
  • Sviluppo di idee idonee a realizzare le funzioni richieste
  • Associazione di un principio di funzionamento a ciascuna idea
  • Analisi di tutte le opzioni possibili (combinazioni di idee)
• Sviluppo del progetto: validazione delle idee più interessanti fino alla scelta di una soluzione fattibile
• Progettazione di dettaglio:
  • Definizione delle specifiche (dimensioni, geometria, materiali) di ciascun componente tenendo conto anche dei costi e dei metodi di produzione (per i componenti critici si eseguono studi ad hoc)
  • Applicazione di metodi di ottimizzazione per massimizzare le prestazioni

Tipi di progetto

• Progetto originale: frutto di una nuova idea, un nuovo principio di funzionamento o un nuovo materiale in grado di offrire proprietà uniche
• Progetto adattativo: si propone di incrementare le prestazioni di un prodotto già realizzato attraverso il miglioramento del principio di funzionamento
• Progetto variante: modifica le dimensioni, la scala o alcuni dettagli di un progetto già esistente senza variare le funzioni svolte o i metodi di realizzazione

Strumenti di progettazione