Studi di Fabbricazione

Lezione Materia Autore

2 Marzo 2021 Studi di Fabbricazione Vissani Nicola

Titolo

Introduzione al corso di Studi di Fabbricazione

Lo studio di fabbricazione è l’insieme delle attività che permette di trasformare il progetto di dettaglio (che

individua le caratteristiche di funzionamento e le prestazioni richieste al prodotto), redatto dal progettista

del prodotto, in progetto di fabbricazione (sviluppato dal tecnologo), documento che definisce le

caratteristiche di realizzazione e le modalità con le quali sarà ottenuto il prodotto.

È stato definito anche l’ambito di riferimento dello studio di fabbricazione per il nostro corso, che è quello

della produzione manifatturiera anche detta produzione di beni discreti. In questo caso il processo produttivo

viene distinto in due fasi:

Fabbricazione

1. dei singoli componenti (parti).

Assemblaggio

2. dei componenti per ottenere il prodotto finale.

La scelta della produzione manufatturiera inoltre è stata dovuta anche al fatto che l’Italia, nonostante la crisi

economica dell’ultimo decennio, è il secondo Paese europeo per tale tipo di produzione, secondo solo alla

machinery

Germania (in alcuni settori come quello del siamo allo stesso livello della Germania). piano di

L’attenzione si focalizza sul fatto che lo studio di fabbricazione permette di sviluppare anche il

processo (process plan) per la realizzazione di uno specifico prodotto, ovvero la definizione dei:

Piani dettagliati descriventi le operazioni necessarie per fabbricare i singoli componenti (cicli di

• fabbricazione).

Piani dettagliati descriventi le operazioni necessarie per assemblare i componenti e/o i sotto-

• assemblati (motore auro è un sotto-assemblato dell’auto stessa) per ottenere il prodotto finito (cicli

di assemblaggio).

piano di processo

Il dunque consiste nella rappresentazione univoca delle modalità di realizzazione del

prodotto. In altri termini, al piano corrisponde la realizzazione di un unico prodotto quindi se operatori diversi

utilizzano le indicazioni dello stesso piano di processo realizzeranno lo stesso prodotto con proprietà

analoghe. lo studio di fabbricazione non serva solo alla definizione delle operazioni

Si è messo anche in evidenza come

necessarie per realizzare il prodotto in quanto contribuisce anche alla definizione del suo costo, alla

valutazione delle inefficienze di produzione e alla scelta della progettazione del sistema di produzione.

valutazione del costo

Relativamente alla del prodotto abbiamo messo in evidenza come il piano di processo

risulti essere la base per preparare il preventivo per l’acquisizione dell’ordine nel caso di produzione si

commessa (inizio a produrre solo dopo avere l’ordine del cliente) o per definire il prezzo di vendita del

prodotto nel caso di produzione a magazzino (inizio a produrre prima di un qualsiasi ordine basandomi su

studi ed analisi di mercato).

Errori nella valutazione del costo possano portare al mancato ottenimento dell’ordine (se sovrastimo il

prezzo) o ad una riduzione dei ricavi o perdite nella realizzazione del prodotto (se sottostimo i costi). 1

Un altro aspetto messo in luce è relativo al fatto che il piano di processo risulta essere particolarmente utile,

inefficienze di produzione,

in sede consuntiva, per determinare le che possono dar vita a:

Perdite di produttività nei casi in cui i tempi di realizzazione del prodotto risultino essere maggiori

• rispetto a quelli preventivati, in questo caso produrrei meno prodotti rispetto a quelli della domanda

(un po' quello che sta succedendo con i vaccini).

Riduzioni di ricavi o perdite nel caso in cui i costi di realizzazione siano maggiori a quelli previsti.

• Perdite di qualità nel caso in cui gli standard qualitativi sono minori rispetto a quelli stabiliti.

•

Quindi trovando le ragioni di tali inefficienze ho la possibilità di pianificare azioni tese a eliminare/ridurre le

inefficienze, solo però in sede consuntiva, ovvero a produzione oramai avvenuta (sarà dunque utile per

produzioni future).

Infine, lo studio di fabbricazione mi permette di avere delle informazioni utili relativamente a:

Macchine per realizzare i processi.

• Sistemi per il controllo qualità, evitando di generare parti che poi dovranno essere scartate o

• rilavorate.

Sistemi di movimentazione e di immagazzinamento.

• Layout del sistema di produzione.

•

Dunque posso, attraverso lo studio di fabbricazione, avere la capacità di valutare se scegliere o progettare

un sistema di produzione (insieme di macchinari, operatori etc. che danno vita alla produzione del prodotto):

quando i volumi di produzione sono sufficientemente grandi da giustificare un investimento si va verso la

progettazione di un sistema sviluppato specificatamente per quel determinato prodotto (produzione di

massa o in serie), altrimenti si sceglie tra macchine a disposizione all’interno dell’azienda (produzione di

piccole commesse).

Un singolo componente spesso viene ottenuto con una combinazione di processi e non con un singolo

processo. È necessario anche definire come nel processo produttivo può verificarsi la possibilità di unire

componenti in sotto-assemblati in fasi precedenti a quelle di ottenimento del prodotto finito. E’ chiaro quindi

come l’aumento della complessità del piano cresca con il numero dei processi necessari e con il numero di

componenti che costituiscono il prodotto finale.

all’aumento della complessità dello studio di fabbricazione con il numero di processi

Relativamente occorre

considerare che le caratteristiche di una parte, soprattutto se complessa, difficilmente posso essere ottenute

tramite un’unica lavorazione ma al contrario potrebbero essere richieste più lavorazioni anche in macchinari

distinti, andando inevitabilmente a complicare lo studio di fabbricazione. A ciò si aggiunge il fatto che la

sequenza delle lavorazioni, a causa dei vincoli tecnologici presenti, potrebbe essere obbligata, riducendo le

possibilità di scelta nella redazione del piano di processo, determinando aumento dei tempi e costi di

fabbricazione.

esempio

Un potrebbe essere quello di una forma fondamentale di una parte realizzata mediante processo di

fonderia in terra (che caratterizza la parte con un’alta rugosità, una bassa finitura superficiale ed una non

possibilità di ottenere delle tolleranze strette a causa del ritiro volumetrico). Dunque se le caratteristiche

desiderate fossero quelle di precisione e di finitura di alcune superfici queste non sarebbero ottenibili

attraverso la fonderia, avremmo dunque la necessità di eseguire lavorazioni per asportazione di truciolo su

tali superfici prevedendo la presenza di sovrametallo quindi aumento dei tempi e dei costi di lavorazione.

l’aumento della complessità dello studio di fabbricazione con il numero di componenti

Per quanto riguarda

va detto come appunto con il numero delle parti aumenti:

il numero dei piani di processo necessari per la realizzazione.

• 2

la necessità di realizzare dei sotto assemblati.

• la complessità del ciclo di assemblaggio a causa del numero elevato di operazioni e di vincoli che

• possono essere presenti. esempi

Possiamo fare anche in questo caso alcuni che facciano capire come il numero di componenti aumenti

di molto la complessità dello studio di fabbricazione:

- graffetta fermacarte è il caso più semplice essendo costituita da un solo componente (filo metallico

e processo di piegatura);

- molletta per bucato, anche qui molto semplice poiché costituita da tre componenti tra cui due

simmetrici;

- bicicletta, abbiamo una media complessità essendo costituita da centinaia di componenti

(cominciamo ad avere dei sottoassemblati);

- automobile, elevata complessità poiché richiede l’assemblaggio di circa 18 mila componenti;

- Un aereo ha un’estrema complessità essendo costituito da circa tre milioni di componenti.

Lo studio di fabbricazione attraverso gli INPUT:

disegni funzionali di componenti, sotto-assemblati e prodotto finito (output del progetto)

• distinta dei materiali (output progetto)

• quantità da produrre (dettati dal mercato)

• tempi di consegna (dettati dal mercato)

•

ci permette di ottenere quindi come OUTPUT:

cicli di produzione e/o assemblaggio

• costo del prodotto

• progetto/scala del sistema di produzione

• Tale sequenza sarà

spiegata ed approfondita

nelle lezioni successive. 3

Alla domanda di quali sono i metodi per lo studio di fabbricazione, possiamo rispendere che non esistono

metodi univoci. L’attività può essere effettuata utilizzando due diversi approcci, uno manuale e tradizione

(tutte le attività sono svolte dal pianificatore di processo) ed uno più moderno assistito dal calcolatore.

metodi manuali

Sfruttando ovviamente le scelte saranno legate all’esperienza, all’intuito e alla conoscenza

del pianificatore. Ciò determinerà una serie di inconvenienti, quali la difficoltà di ottimizzare il piano di

processo con un aumento dei costi ed inevitabilmente saranno presenti degli errori di pianificazione. Tale

soggettività,

metodo dunque introdurrà nel piano di processo la componente della ovvero da stessi input

pianificatori diversi otterranno dei piani di processo diversi (non essere oggettivi è un errore umano non

eliminabile). sistemi di Computer Aided

I limiti della pianificazione manuale vengono superati quando si fa uso dei (CAPP,

computer aided proces planning), che ci offrono vantaggi come la maggiore oggettività del piano di processo

ed una riduzione di tempi di pianificazione ed errori commessi al prezzo però di avere personale altamente

variante

specializzato nell’utilizzo dei CAPP. i CAPP possono essere di tipo quando si va a modificare un piano

esistente e seppur in minima parte rispetto al metodo manuale l’apporto del pianificatore è presente; oppure

generativi

possiamo parlare di CAPP quando generano un piano ex novo senza l’apporto del pianificatore

(tale strumento è molto ambizioso ed ancora non si è arrivati ad un CAPP generativo completo).

Indipendentemente che lo studio di fabbricazione venga effettuato con metodi manuali o computer-aided

questo può essere uno step di un processo sequenziale oppure può essere svolto durante altre attività.

Nel primo caso si parla di approccio sequenziale, detto anche tradizionale, la pianificazione del processo viene

effettuata a valle dell’attività di progettazione e a monte della fase di realizzazione del prodotto. Nel secondo

caso, nell’approccio simultaneo, anche detto innovativo, viene svolto in contemporanea dell’attività di

progettazione e tutte le fasi del ciclo di realizzazione della vita del prodotto che sono tenute in considerazione

sin dal concepimento del prodotto.

N.B. tutti questi aspetti verranno poi ripresi nelle lezioni successive e spiegati in modo molto più

approfondito. 4

Lezione Materia Autore

03-03 Studi di Fabbricazione Simonetti Andrea

Titolo

Introduzione

Lo schema semplificato di

figura mostra il ciclo di

realizzazione del prodotto

sovrapposto a quello di vita

del prodotto. Il ciclo di

realizzazione inizia con le

previsioni di mercato o con

gli ordini ricevuti dal cliente

e termina con la spedizione.

Dopo di ciò si ha la vita utile

del prodotto che andrà a

terminare con la fase di de-

produzione.

Vediamo più dettagliatamente le fasi del ciclo vita del prodotto e vedere le relazioni che ci sono tra le fasi.

Il ciclo vita parte dalle Ricerche o Previsioni di mercato se abbiamo una produzione a magazzino altrimenti

parte dagli ordini di clienti se abbiamo una produzione su commessa. Vedremo poi che un input di

progettazione può anche arrivare dall’assistenza clienti, ma ci torneremo successivamente.

Lo step successivo, di progettazione preliminare, è quella di concettualizzazione del prodotto. Grazie a tale

fase definiamo il principio di funzionamento del prodotto e lo schema di massima del prodotto stesso.

Se la produzione risulta essere conveniente si procede con la produzione logico-funzionale e con il

dimensionamento del prodotto, ovvero si procede al progetto dettagliato. La decisione di passare dalla fase

concettuale alle fasi successive attiene al management dell’azienda, ovvero è compito dell’alta dirigenza.

Il progetto del prodotto ovviamente viene redatto tenendo conto della funzionalità del prodotto nel rispetto

dei vincoli ma tale progetto deve anche tenere in considerazione di altri aspetti, come costo, ergonomia,

prestazioni, manutenibilità, riciclabilità ed anche estetica.

In sede di progettazione lo scopo di valutare le prestazioni del prodotto, ed eventualmente migliorarle, si può

fare ricorso alla creazione di prototipi. Un tempo i prototipi erano fisici e tale operazione di realizzazione e

studio era molto costosa. Oggi la fase di prototipazione può essere virtuali, se facciamo uso di sistemi di

simulazione che ci consentono di ridurre il numero di prodotti fisici fino ad azzerarli. Va detto ad ogni modo

come l’uso di simulatori per la prototipazione virtuale richiede personale molto specializzato ma risulta

essere comunque un metodo molto conveniente.

Le prestazioni e la competitività dei prodotti possono essere migliorate anche attingendo dalle informazioni

che provengo dalla attività di ricerca e sviluppo svolte nell’azienda. Non tutte le aziende hanno all’interno un

reparto che si occupi di R&D. L’Italia dal punto di vista manufatturiero è molto avanti ma ha un tessuto

industriale composto da piccole aziende che sono prive chi si occupa di ricerca e sviluppo.

L’output della fase di progettazione dettagliata consiste in disegni di componenti che costituiscono il

prodotto, sotto-assiemi e l’assemblato finale ma anche della distinta base o distinta dei materiali che riporta

relativamente al prodotto i vari componenti che lo costituisco, i sottoinsiemi e il numero di componenti e

sotto-assiemi che uniamo per ottenere il prodotto. 1

L’attività a valle della progettazione dettagliata è la fase di pianificazione di processo, pertanto l’output della

progettazione dettagliata diventa l’input della pianificazione e scelta dei processi produttivi ovvero il

materiale su cui istaurare lo studio di fabbricazione.

In tale fase innanzitutto è necessario decidere preliminarmente quali saranno le parti che verranno fabbricate

internamente e quali acquisteremo esternamente, la nota scelta di make or buy.

• Per ciascuna delle parti costruite internamente sarà necessario creare il ciclo di fabbricazione ovvero

il piano di processo per ciascuna parte.

• Per le parti acquistate esternamente, la pianificazione viene eseguita dal fornitore a volte in

collaborazione con il committente.

La scelta e ottimizzazione della tecnica produttiva per ottenere il prodotto è fondamentale affinché il

prodotto abbia:

• le specifiche desiderate, come ad esempio l’ottenimento di precisa finitura superficiale mediante un

processo di lavorazione per asportazione del truciolo.

• economicamente vantaggioso

• rispetto dei vincoli di tempo, la consegna deve avvenire nei tempi dovuti.

Anche in questo caso la competitività di un’azienda va accresciuta grazie alle attività di ricerca e sviluppo

(R&D) che possono consentire di sviluppare altri processi produttivi e/o di migliorare quelli esistenti.

Come sappiamo da tecnologia meccanica, un processo può essere considerato come una trasformazione, che

parte da uno stato noto e arriva ad un altro stato finale ancora noto, attraverso una precisa traiettoria.

Purtroppo, la trasformazione pensata in questo modo, ovvero che parte da uno stato iniziale noto e ci porta

ad uno stato finale noto è ideale perché durante la trasformazione, nella realtà, si possono sviluppare dei

disturbi.

In aggiunta ai disturbi che possono generarsi va considerato che può verificarsi anche che le condizioni dello

stato di partenza possono essere variabili all’interno di un certo intervallo, che può ulteriormente variare il

risultato ottenuto con la trasformazione.

Pertanto, per entrambe le condizioni esplicate, il processo è sempre caratterizzato da una certa variabilità e

tutto ciò si riflette sulla variabilità della condizione finale ottenuta.

Facciamo un esempio relativamente a quanto definito:

se dovessi ottenere una superficie cilindrica con un certo diametro e un preciso intervallo di tolleranza, allora

nell’esecuzione della lavorazione questa va svolta con una macchina che mi consenta di ottenere una

variabilità del risultato compresa nell’intervallo di tolleranza accettato ed imposto dal progettista. Se non ho

macchinari adatti a creare questa lavorazione devo cercare mediante R&D di migliorare i processi produttivi

al fine di ottenere quelle specifiche tecniche richieste. Per tale motivazione se nell’azienda non c’è R&D non

ho modo di migliorare o progettare nuovi processi di sviluppo.

Teniamo presente che la qualità di un prodotto la definisce il progettista ma il tecnologo ha il compito di

scegliere i processi per poter ottenere gli standard qualitativi richiesti nel progetto. Sarebbe bene che la

qualità definita dal progettista non sia imposta sulla base delle sue preferenze ma lo faccia conoscendo quelle

che sono le esigenze dell’utilizzatore. 2

Un’attività molto importante nella scelta e la pianificazione del processo consiste nella definizione delle

variabili di processo (ex. Velocità di taglio e avanzamento nelle lavorazioni per asportazione di truciolo). La

scelta di tali parametri deve essere svolta in modo consapevole ovvero conoscendo necessariamente il loro

effetto sul prodotto. Per effettuare tale studio potrebbero essere usate tecniche di:

• Modellazione fisica,