Universit degli Studi di Ferrara Facolt di Scienze

Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Cd. L in Tecnologie Fisiche Innovative A. A. 2010 -11 Tecnologia dei Processi di Produzione Franco Danielli Gabriele Canini Modulo A 6 Produttività e Flessibilità: Layout degli Impianti produttivi

Impianti di Produzione per parti Gli impianti industriali si possono classificare, secondo le modalità di realizzazione del prodotto, in: q Impianti di processo q Impianti di fabbricazione { produzione per parti montaggio Il processo produttivo di un impianto di produzione per parti consisterà, in generale, di una sequenza di operazioni tecnologiche discrete, implementate su di una molteplicità di unità operative (macchine utensili, stazioni di lavorazione) Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Criteri di scelta del Layout dell’Impianto La scelta del layout dell’impianto, cioè del criterio di disposizione delle macchine, è un momento cruciale per l’efficienza del processo: da essa dipendono q la capacità produttiva che l’impianto dovrà sviluppare q la flessibilità che il mercato richiede q la pianificazione dei flussi dei materiali (e delle informazioni) attraverso l’impianto Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Flessibilità Matrice di Hayes/Wheelwright: Produttività vs Flessibilità 4 paradigmi aziendali di processo produttivo Work shop Batch & Queue Line Processo di fabbricazione per parti Process Produttività Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Casi aziendali a confronto: Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Flusso produttivo nei 4 casi aziendali: Work Shop: flusso intrecciato Batch & Queue: flusso disaccoppiato Line: flusso interconnesso Process: flusso continuo Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modello 1: Work-shop (Officina a Reparti) In questo modello classico, operazioni tecnologicamente affini vengono localizzate nella stessa area reparto. Avremo così, tipicamente reparto di tornitura (torni), reparto di fresatura (fresatrici), reparto di trattamenti termici, reparto di collaudo, etc Il criterio di ordinamento è tecnologico, il modello Work -shop è quindi un caso di Organizzazione per Processo Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Organizzazione per processo: Work-shop Reparto fresatura Reparto tornitura Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Work-shop: attività q Le macchine utensili (unità produttive) sono presidiate da operatori specialistici, generalmente intercambiabili nell’ambito del reparto. q L’operatore tiene sotto controllo la lavorazione in corso, talvolta si occupa direttamente del caricoscarico pezzi, provvede al re-tooling della macchina al termine del lotto di produzione q Il percorso dei pezzi in lavorazione attraverso i reparti, da una macchina all’altra, è determinato dal rispettivo ciclo di lavoro. Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Work-shop: schema dell’attività singola dall’Operazione N-1 (altro reparto) Macchina utensile Operazione N Contenitore pezzi grezzi Operatore all’Operazione N+1 (in altro reparto) Contenitore pezzi finiti Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Work-shop: schema del flusso dei materiali Schema del flusso dei materiali per due commesse (blu, rosso) in una officina organizzata per reparti. Se ne intuisce la complessità, e la difficoltà di pianificazione Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modello 3: Linea di Produzione (Linea a trasferta) In questo modello, i semilavorati passano da un’unità operativa all’altra attraverso un rigido sistema hardware di trasferimento: la Linea a trasferta è una complessa macchina utensile a stazioni multiple, concatenate da un sistema di trasporto interno. Le unità operative sono fisicamente disposte nella stessa sequenza del ciclo di lavoro dei pezzi da produrre. Il ciclo di lavoro è precisamente il criterio progettuale di tutta la linea. Il criterio di ordinamento è il ciclo di lavoro, legato dunque al prodotto: la linea di produzione è quindi un caso di Organizzazione per Prodotto Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Schema di Linea a trasferta Unità operatrici #1 #2 #3 Pezzi grezzi #4 Pezzi finiti Convogliatore: sistema di trasporto dei pezzi Operatore Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modello di Linea a Trasferta Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modelli 1 e 3 a confronto: Pro e contro (I) q Produttività: la Linea a trasferta trova il suo punto forte nella grande serie, con poca variabilità del prodotto; il Work-shop risulta più conveniente per lotti medio-piccoli, con grande varietà di prodotto q Flessibilità: valgono considerazioni simmetriche. Nella Linea, si devono riattrezzare non solo le unità operatrici, come del resto anche nel Work-shop, ma anche tutto il convogliatore (pallets portapezzo). Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modelli 1 e 3 a confronto: Pro e contro (II) q Pianificazione: la complessità del flusso dei materiali nel modello Work-shop rendono la pianificazione di questo modello molto difficile. La Linea, al contrario, ha una cadenza perfettamente prevedibile, pari al tempo di ciclo dell’operazione più lenta. q “Lean Thinking”: nella Linea, il materiale circolante inattivo lungo il processo produttivo è ridotto al minimo, mentre nel modello Work-shop è in quantità molto più rilevante (mediamente, un contenitore pieno per ogni macchina) Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modelli 1 e 3 a confronto: Pro e contro (III) q “Colli di bottiglia”: si intendono i problemi di bilanciamento della capacità produttiva (tempo di ciclo) delle diverse unità operatrici della Linea. Nel modello Work-shop, lavorazioni particolarmente onerose possono essere smaltite su più macchine in parallelo, senza penalizzare le operazioni successive q Affidabilità: a pari probabilità di guasto in una unità operatrice, fino a soluzione del problema la Linea è ferma; nel Job-shop invece si può pensare di superare l’empasse trasferendo la produzione su altra macchina dello stesso reparto Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Concetto di Group Technology (GT) 1. Si suddivide dapprima tutto il catalogo dei pezzi da produrre in classi o famiglie secondo criteri di similitudine morfologica (insiemi di pezzi simili fra di loro per forma/dimensioni) o tecnologica (cicli di lavoro simili) 2. A livello impiantistico, si organizza quindi il sistema di produzione in “celle” (Cellular Manufacturing System), ciascuna dotata delle risorse produttive dedicate ad una specifica famiglia di pezzi definita come sopra Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Nuovo modello: Cella di Produzione L’idea della Group Technology permette una evoluzione del concetto di Linea di Produzione verso quello di Cella di Produzione, che ne supera i limiti di flessibilità, e introduce il concetto di FMS (Flexible Manufacturing System). Ogni Cella è costituita da un insieme di unità operatrici, asservite ad un manipolatore centrale (robot) che gestisce il flusso dei pezzi in lavorazione da un pallet di carico (pezzi grezzi) ad uno di scarico (pezzi finiti) attraverso tutte le operazioni tecnologiche. Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Schema di Cella di Produzione Unità operatrici #2 #3 #1 Pallet pezzi grezzi #4 ++++++ ++++++ Manipolatore robotizzato Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE Pallet pezzi finiti

Cella di Produzione Esempio di una Cella di Produzione Dettaglio di un robot di pallettizzazione Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Cella di Produzione: i vantaggi q Rispetto alla Linea: maggiore flessibilità. Il riattrezzamento del manipolatore nell’ambito della Group Technology consiste al più nella sostituzione dell’attrezzo di presa pezzo (la “mano” del robot) q Rispetto al Work-shop: maggior livello di automazione: un manipolatore per un gruppo di macchine, invece che per ogni macchina; semplificazione del flusso dei pezzi (vantaggi nella pianificazione e negli obiettivi del “Lean Thinking”) Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Cellular Manufacturing System: flusso dei materiali Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Produttività vs. Flessibilità: “The Productivity Dilemma” Le innovazioni della microelettronica (meccatronica) ed i conseguenti sviluppi dell’Automazione sono state funzionali ad un sostanziale cambiamento di priorità nelle strategie delle Imprese produttive: q Ieri: capacità di produrre elevati volumi a prezzi competitivi: priorità = Produttività q Oggi: capacità di adattarsi rapidamente e basso costo ad una domanda di mercato in continua evoluzione: priorità = Flessibilità Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Concetti e parole chiave: q Produzione per parti q 4 modelli aziendali: Work Shop, Batch & Queue, Line, Process q Officina a Reparti (Work-shop) – Organizzazione per Processo q Produzione per Linee – Organizzazione per Prodotto q Group Technology q Cellular Manufacturing System (Celle di Produzione) q Produttività vs Flessibilità Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE