Sistemi di Produzione Automatizzati - Appunti

  Dispensa  di  

Sistemi  di  Produzione  Automatizzati  

INDICE  

1.  Introduzione  all’Automazione  Industriale  

2.  Le  Misure  Industriali  

3.  L’Automazione  nell’Industria  di  Processo  

4.  I  Flexible  Manufacturing  System  

5.  Le  Componenti  di  un  Flexible  Manufacturing  System  

6.  Il  Dimensionamento  di  un  Flexible  Manufacturing  System  

7.  Le  Componenti  di  un  Flexible  Assembly  System  

8.  I  Robot  Industriali  

9.  La  Programmazione  della  Produzione  

10.  L’Architettura  Software  di  un  Real  Time  Control  System  

11.  Le  Reti  Neurali  

12.  Gli  Algoritmi  Genetici  

13.  La  Servitization  nel  Manufacturing  

14.  La  Mass  Customization  

15.  Il  Life  Cycle  Assessment  

16.  L’ICT  e  i  Fattori  di  Innovazione  nei  Processi  di  Produzione  Avanzati  

17.  Il  Product  Lifecycle  Management  

  A  cura  di  Luigi  Daniele  

A.A.  2013-­‐2014  

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  Introduzione  all’Automazione  Industriale  

Quando  consideriamo  un  sistema  di  produzione  industriale  possiamo  osservarlo  da  tre  punti  

di  vista  diversi:    

1. Quello   tecnologico  andando  a  indagare  le  tecnologie  utilizzate  per  produrre;  

2. Quello   gestionale  andando  a  indagare  le  modalità  gestionali  secondo  le  quali  è  

organizzata  la  produzione;  

3. Quello   del  mercato  andando  a  indagare  le  modalità  con  cui  il  sistema  risponde  alle  

richieste  del  mercato.  

I  tre  diversi  punti  di  vista  ci  permettono  di  classificare  i  diversi  sistemi  di  produzione  

industriale  andando  ciascuno  a  caratterizzare  un  asse  di  analisi  come  mostrato  nella  figura  

seguente.  

Per  quanto  riguarda  l’aspetto   tecnologico  possiamo  distinguere  tra:  

  La  

produzione  di  processo  caratterizzata  dall’immissione  nel  sistema  di  materie  prime  

− che  vengono  trasformate  immettendo  energia  nel  sistema  in  un  prodotto  finito  

totalmente  diverso.  Il   processo  è

  irreversibile  perché  non  si  può  tornare  allo  stato  

iniziale  e  il   ciclo  è  obbligato:  la  sequenza  delle  fasi  che  permette  di  passare  dalle  

materie  prime  al  prodotto  finito  è  fissata.  

L’industria  di  processo  produce  prodotti  standardizzati  e  poco  differenziabili;  per  

questo  motivo  la  competizione  si  gioca  sul  prezzo  e  non  sulla  differenziazione  del  

prodotto.  Competere  sul  prezzo  significa  competere  sui  costi  e  cercare  di  ridurli  il  più  

possibile.  Per  ridurre  i  costi  è  necessario  prestare  attenzione  a  due  aspetti:  

a) Bisogna  saper  presidiare  al  meglio  i  parametri  tecnologici  dei  processi  fisici  e  

chimici  che  governano  la  trasformazione  degli  input  in  output:  per  farlo  serve  

un  know  how  tecnologico  molto  avanzato;  

b) Bisogna  costruire  impianti  di  grandi  dimensioni  per  sfruttare  le  economie  di  

scala:  la  ragione  tecnologica  per  cui  l’industria  di  processo  punta  molto  sullo  

sfruttamento  delle  economie  di  scala  è  che  all’aumentare  delle  dimensioni  degli  

impianti  i  volumi  produttivi  aumentano  più  di  quanto  aumentino  i  costi  di  

allestimento.       2  

  Consideriamo  una  raffineria:  in  genere  è  caratterizzata  da  grandi  tubi  

attraverso  i  quali  vengono  spostati  i  materiali  o  i  liquidi.  La  gran  parte  delle  

spese  o  degli  investimenti  fatti  da  un’industria  di  processo  viene  fatta  per  

costruire  questi  serbatoi  che  di  solito  sono  cilindrici,  ma  che  noi  considereremo  

cubici  per  semplicità.    

Se  consideriamo  una  sezione  di  lato  l  è  facile  ricavare  che  il  volume  produttivo  

di  un  serbatoio  è  V  =  l .  I  costi  per  la  costruzione  di  questo  serbatoio  sono  

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relativi  al  metallo  necessario  per  costruire  le  sei  facce  del  cubo  che  lo  

caratterizzano,  quindi  siccome  il  metallo  lo  paghiamo  in  base  alla  superficie  che  

ci  serve  avremo  un  costo  di  C  =  6l  visto  che  dobbiamo  costruire  sei  facce  per  

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ogni  serbatoio.    

Proviamo  ora  a  costruire  un  secondo  serbatoio,  più  grande,  di  lato  2l.    

In  questo  secondo  caso  ogni  faccia  avrà  una  superficie  di  4l  e  quindi  il  costo  per  

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costruire  le  sei  facce  diventa  C  =  6  *  4l  =  24l .    

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Il  volume  produttivo,  invece,  diventa  V  =  (2l)  =  8l .  

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Complessivamente  è  evidente  come,  anche  in  un  caso  ultra  semplificato,  i  costi  

siano  aumentati  di  4  volte  rispetto  al  caso  iniziale,  mentre  il  volume  produttivo  

di  8  volte.  Il  fattore  2  tra  costo  e  volume  produttivo  raggiungibile  è  la  ragione  

tecnologica  che  porta  a  costruire  impianti  molto  grandi  per  operare  

nell’industria  di  processo.  

La  

produzione  per  parti  caratterizzata  dalla  realizzazione  dei  componenti  e  dal  

− montaggio  degli  stessi  nella  realizzazione  del  prodotto  finito.  I  prodotti  finiti  ottenuti  

sono  costituiti  da  un  certo  numero  di  componenti,  in  genere  di  natura  diversa,  e  

possono  essere  

montati  e  smontati  a  seconda  dei  casi  e  del  tipo  di  fase  di  

assemblaggio.  Il  processo  di  massima  prevede  la  fase  di  fabbricazione,  intesa  come  

insieme  di  lavorazioni  su  parti  singole,  e  la  fase  di  montaggio,  intesa  come  insieme  di  

operazioni  di  giustapposizione  di  parti  singole  per  formare  un  assieme,  ed  è  

caratterizzato  da  una  grande  varietà  di  cicli  tecnologici  riguardanti  le  componenti:  il  

ciclo  tecnologico  è  non  obbligato.  I  costi  di  questa  tipologia  di  sistema  produttivo  si  

giocano  più  sugli  aspetti  gestionali,  industriali  e  manageriali  piuttosto  che  sulle  

dimensioni  del  sistema  stesso.  

Per  quanto  riguarda  l’aspetto   gestionale  possiamo  distinguere  tra:  

  La  

produzione  continua  non  fa  riferimento  alla  produzione  senza  sosta  per  24  ore  al  

− giorno,  ma  fa  riferimento  alla   produzione  continuativa  di  un  certo  prodotto.  Una  

volta  attrezzato  il  sistema  produttivo  per  la  produzione  del  prodotto  non  ci  sono  

interruzioni,   non  ci  sono  set  up  per  attrezzaggi  e  la  produzione  è  continuativa.  

Ci  sono  casi  in  cui  per  ragioni  tecnologiche  la  produzione  è  continua  anche  dal  punto  di  

vista  del  tempo,  ma  non  è  una  regola  (un  forno  per  la  produzione  del  cemento  richiede  

3  giorni  per  raggiungere  la  temperatura  corretta  per  la  produzione  allora  una  volta  

accesso  si  produce  in  maniera  continua  per  settimane  o  mesi).  

La  

produzione  a  lotti  caratterizzata  dalla  produzione  da  parte  del  sistema  produttivo  di  

− più  prodotti  con  intervalli  di  tempo  dedicati  ai   set  up  per  l’attrezzaggio  del  sistema  

alla  produzione  dei  diversi  codici.  Questo  tipo  di  produzione  è  tipica  dell’industria  

meccanica  e  sfrutta  la  logica  del  lotto  economico  per  risolvere  il  trade  off  tra  la  

quantità  di  prodotti  da  realizzare  per  ogni  tipologia  e  il  costo  relativo  al  tempo  di  non  

produzione  utilizzato  per  effettuare  i  set  up.  

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  La  

produzione  unitaria  che  prevede  la  realizzazione  di  un  prodotto  

una  sola  volta.  

− Unitaria  non  significa  un  pezzo,  ma  significa  effettuare   una  produzione  una  sola  

volta  e  quindi  configurare  il  sistema  in  modo  tale  da  realizzare  la  produzione  e  poi  

riconfigurarlo,  non  attrezzarlo,  da  capo  per  una  nuova  produzione.  A  volte  è  necessario  

smantellare  il  sistema  e  ripensarlo  totalmente  da  capo  per  soddisfare  una  nuova  

produzione.  

Per  quanto  riguarda  l’aspetto   del  mercato  possiamo  distinguere  tra:  

  La  

produzione  su  previsione  o  produzione  per  il  magazzino  (Make  to  Stock)  

− caratterizzata  dall’esistenza  di  un  magazzino  di  prodotti  finiti  dal  quale  si  attinge  per  

soddisfare  le  richieste  dei  clienti  ogni  qualvolta  si  manifestano.   Il  lead  time  di  

produzione  dei  prodotti  è  superiore  al  tempo  di  attesa  dei  clienti,  per  questo  

motivo  si  prevede  la  domanda  e  si  produce  per  il  magazzino.  Non  si  conoscono  i  clienti,  

il  cliente  principale  e  unico  è  il  magazzino.  

Se  il  magazzino  è  gestito  male  si  va  in  stock  out:  in  questa  situazione  il  tempo  di  

evasione  dell’ordine  è  il  tempo  di  consegna  e  il  lead  time  di  produzione  è  mascherato  

dalla  modalità  di  risposta  alle  richieste  del  mercato.    

La  

produzione  su  commessa  che  

si  attiva  solo  quando  arriva  un  ordine.  La  

− produzione  può  essere:  

Su  commessa  ripetitiva:  in  questo  caso,  essendoci  

l’aspettativa  di  altri  ordini  

o degli  stessi  codici  si  

produce  per  lotti  cercando  di  ottimizzare  il  trade  off  tra  

costi  di  set  up  e  costi  di  stoccaggio.  In  particolare  si  cerca  di  spalmare  i  costi  di  

set  up  su  una  quantità  di  produzione  maggiore.  La  quantità  prodotta  che  avanza  

rispetto  all’ordine  che  ha  attivato  la  pr