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Testo di Riferimento: Gestione della Produzione Industriale, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi, Hoepli, 1995. Obiettivi: Definizione di Processo Industriale.

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1 Testo di Riferimento: Gestione della Produzione Industriale, A.Brandolesi, A.Pozzetti, A.Sianesi, Hoepli, Obiettivi: Definizione di Processo Industriale e sua Classificazione Problematiche nella Gestione di un Processo Industriale Metodi di Ottimizzazione della Produzione Industriale Strategie Algoritmiche: Soluzioni Complete ed Euristiche. Informatica nella Produzione Industriale

2 Classificazione in base alla domanda e alla produzione: produzioni unitarie su commesse singole (variabilità dei cicli di produzione) produzioni a lotti su commesse ripetitive (alternanza dei cicli di produzione) produzioni continue su previsione Classificazioni in base alla natura intrinseca del prodotto: produzioni per processo (ciclo tecnologico obbligato) produzioni manifatturiere (Manufacturing Systems): Fabbricazione e Montaggio (ciclo tecnologico non obbligato) Sistemi Produttivi

3 Fabbricazioni per Reparti o Job Shop Fabbricazioni per Cellule Fabbricazioni per Linea di Prodotto Manufacturing Systems (Fabbricazioni)

4 Un pezzo o un lotto viene lavorato da Reparti di lavorazione spostandosi (tramite un sistema di trasporto o pallet) in accordo ad un preciso ciclo tecnologico (routing). Ciacun Reparto aggrega macchine omogenee per tipo di lavorazione. Dunque esso offre una determinata capacità tecnologica Il Job Shop è un sistema produttivo che mette a disposizione capacità tecnologiche la capacità produttiva dellimpianto si realizza quando viene specificato il routing Manufacturing Systems (Fabbricazioni di tipo Job Shop)

5 Manufacturing Systems (Fabbricazioni di tipo Job Shop) A1 A2 A3 A4 Lotto i Reparto Aj Mj1Mj2 Mj3 Mj

6 Ciascun pezzo o lotto viene completamente lavorato da cellule di macchine (Gruppo Tecnologico) Ogni cellula aggrega macchine di natura diversa adibite alle lavorazioni necessarie per ottenere il particolare prodotto finito. Manufacturing Systems (Fabbricazioni per Cellula)

7 Manufacturing Systems (Fabbricazioni per Cellula) A1 A2 A3 A4 Lotto i Cellula j Mj1Mj2 Mj3 Mj

8 La fabbricazione per linea di prodotto è una sistema produttivo costituito da un insieme di macchine progettate per realizzare rigidamente una sequenza fissata di lavorazioni. Tutti i pezzi o lotti subiscono la stessa sequenza di processamento La fabbricazione per linea di prodotto è un sistema produttivo che mette a disposizione una capacità produttiva La capacità tecnologica è incorporata nellimpianto e mirata alla produzione di un solo prodotto. Manufacturing Systems (Fabbricazioni per Line di Prodotto)

9 Manufacturing Systems (Fabbricazioni per Line di Prodotto)

10 Confronto tra le Soluzioni Estreme della Fabbricazione Job Shop VantaggiSvantaggi Alta FlessibilitàElevati Tempi di Produzione Elevata Elasticità (e.g.Guasti)Elevato WIP Scarsa ObsolescenzaScarso Sfruttamento delle Risorse Rapido Avvio di Nuove ProduzioniScarsa Prevedibilità dei Tempi di Consegna Difficoltà della Gestione (vedi lucido seguente) Linea di Produzione VantaggiSvantaggi Ridotti Tempi di ProduzioneNotevole Rigidità Ridotto WIPInvestimenti Elevati Elevato Sfruttamento delle RisorseRischi di Obsolescenza Buona Prevedibilità dei Tempi di ConsegnaVulnerabilità ai Guasti Elevato Tempo di Avvio di Nuove Produzioni Difficoltà della Progettazione (vedi lucido seguente)

11 Difficoltà della Gestione della Produzione del Job Shop Lotto 1 M11M12 M13M14 M21M22 M23M24 M31 M32M33 Lotto 2 Lotto 1Lotto 2

12 Difficoltà della Gestione della Produzione del Job Shop Problemi Principali: Scelta tra più Risorse (Macchine) disponibili per la lavorazione dei Lotti Loading: Scelta dei lotti da inoltrare nellimpianto e scelta della sequenze di inoltro dei lotti nellimpianto Dispatching/Sequencing: Scelta della sequenza di Lavorazione dei Lotti sulle Singole Macchine Minimizzazione di diversi parametri prestazionali quali il tempo di trasferimento e i tempi di Set-Up delle Macchine Soluzioni: Esperienza Umana Soluzioni Algoritmiche per lOttimizzazione della Produttività (Obiettivo del Corso)

13 Tempo di Lavorazione = T1+T2+T3+T4 Problemi Principali nella Progettazione: Bilanciamento del Carico di Lavoro Elevata Disponibilità delle Risorse (Meccanismi di Tolleranza ai Guasti) Analisi dei rischi di mercato ai quali si va incontro dotandosi di una certa capacità produttiva per uno specifico prodotto. Difficoltà della Progettazione della Linea di Fabbricazione

14 Introduzione del Controllo Numerico (Calcolatore) nella gestione della produzione di tipo Manifatturiera relativamente alla fase di fabbricazione: Sistema di Trasporto Automatico Controllo della Produzione Basato principalmente sul modello Job Shop Vantaggi: Migliore allocazione delle risorse disponibili Ottimizzazione di parametri prestazionali Flexible Manufacturing Systems

15 Montaggi a Posto Fisso: Lassemblaggio viene realizzato in una locazione fissa da uno o più operatori (o macchine). Montaggio a Trasferimento: Lassemblaggio viene realizzato progressivamente da più stazioni di lavoro, collegate da sistemi di trasporto (automatici): Montaggio Sequenziale Montaggio Stellare Manufacturing Systems (Montaggi)

16 Montaggio Sequenziale Manufacturing Systems (Montaggi a Trasferimento) Montaggio Stellare

17 Problematiche Attuali: Linee di Montaggio assai rigide Risorse disponibili usate solo per il montaggio di un numero limitato di tipologie di prodotti Soluzione: FAS (Flexible Assembly System) Caratteristiche Principali di un FAS: Cellule di Montaggio in grado di realizzare una vasta gamma di assiemaggi con modesti tempi di riattrezzaggio Il Montaggio completo di un prodotto viene realizzato tramite lattraversamento di un set di cellule di assiemaggio (uso di movimentazione automatica) Manufacturing Systems (Montaggi)

18 Manufacturing Systems (Flexible Assembly System) Prodotto 1 M11M12 M13M14 M21M22 M23M24 M31 M32M33 Prodotto 2 Prodotto Assiemato 1 Cellula di Montaggio 1 Cellula di Montaggio 2Cellula di Montaggio 3 Prodotto Assiemato 2

19 Tre Fasi in Successione: Progettazione e Realizzazione del Sistema Produttivo Messa a Punto dei cicli di lavorazione, delle attrezzature, delle procedure di collaudo e di controllo della qualità, etc. PROGRAMMAZIONE DELLA PRODUZIONE: Formulazione e gestione dei piani di produzione, ovvero utilizzo delle risorse del sistema produttivo predisposte nelle fasi precedenti per la realizzazione dei prodotti desiderati. La Programmazione della Produzione si articola in tre periodi: Programmazione di Lungo Periodo Programmazione Aggregata Programmazione di Breve Periodo Gestione della Produzione Industriale

20 Programmazione di Lungo Periodo Input: target di fatturato Output: Quanto si dovrà produrre Quante e Quali Risorse Produttive (manodopera, materie prime, etc.) sono necessarie Nota: le risorse legate allimpianto industriale non possono essere variate Periodo di Riferimento: Anno o più Anni Gestione della Produzione Industriale Programmazione della Produzione

21 Programmazione Aggregata della Produzione Input: disponibilità delle risorse decise nella fase precedente Output: Piano Principale di Produzione (MPS), in termini di Quanto si dovrà produrre in ogni Periodo di Riferimento dellOrizzonte Considerato Periodo di Riferimento: Mese Orizzonte Considerato: Anno o Semestre Gestione della Produzione Industriale Programmazione della Produzione

22 Programmazione di Breve Periodo della Produzione Input: Piano Principale di Produzione (MPS) Output: Decisioni basate sulla Schedulazione di Processi Loading e/o Dispatching e/o Sequencing Periodo di Riferimento: Giorno o Turno La Programmazione di Breve Periodo della Produzione può anche mancare (Just In Time - JIT) Gestione della Produzione Industriale Programmazione della Produzione

23 Caratteristica Principale: Ordini di Produzione a Monte del Sistema Produttivo, contenuti nel Master Production Schedule (MPS) Modello Push Uso della Programmazione di Breve Periodo per la Schedulazione dei Lotti, per decidere (ad esempio) il: Loading Dispatching/Sequencing al fine di influire su (ad esempio): Tempi di Consegna di Ciascun Lotto (MakeSpan) Produttività (Numero di Lotti Prodotti/Time) Accumuli durante la Produzione (WIP) Utilizzazione delle Macchine Programmazione di Breve Periodo

24 Esempio: 3 Lotti da produrre (risultato MPS) Obiettivo: Minimizzare i tempi di completamento Programmazione di Breve Periodo Routing Tecnologico: Lotto 1= (M1, M3, M2) Lotto 2= (M1, M2, M3) Lotto 3= (M2, M3, M1) M1M2M3 Lotto 1 Lotto 2 Lotto 3 Lotto 2 Tempi di Produzione: Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2)) Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2)) Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3))

25 Esempi di Risultati Forniti dalla Programmazione di Breve Periodo Soluzione di Dispatching/Sequencing: Tempi di Completamento: Lotto 1 = 7 Lotto 2 = 8 Lotto 3 = 9 Routing Tecnologico: Lotto 1= (M1, M3, M2) Lotto 2= (M1, M2, M3) Lotto 3= (M2, M3, M1) Tempi di Produzione: Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2)) Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2)) Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3)) M1 M2 M Diagramma di Gantt

26 Esempi di Risultati Forniti dalla Programmazione di Breve Periodo Soluzione di Dispatching/Sequencing: Tempi di Completamento: Lotto 1 = 7 Lotto 2 = 7 Lotto 3 = 7 M1 M2 M Routing Tecnologico: Lotto 1= (M1, M3, M2) Lotto 2= (M1, M2, M3) Lotto 3= (M2, M3, M1) Tempi di Produzione: Lotto 1 = (M1(2), M3(1), M2(2)) Lotto 2 = (M1(2), M2(1), M3(2)) Lotto 3 = (M2(1), M3(3), M1(3)) Diagramma di Gantt

27 Le risorse che devono essere utilizzate sono interamente note e non è possibile decidere variazioni di macchinari e di orario Il numero di risorse critiche (quelle contese) è sempre unitario ed è generalmente rappresentato dalle macchine I lotti (o job) sono sempre definiti (routing, data di consegna) I tempi di trasporto sono trascurabili Tutti i lotti assegnati devono essere compiuti (nessun annullamento di ordini) Ciascuna macchina non può lavorare più di un lotto alla volta (può non essere valida !) ogni operazione su un lotto può iniziare solo quando loperazione precedente nel routing tecnologico è completata Ipotesi Adottate nella Programmazione di Breve Periodo

28 Macchina Singola Macchine Parallele identiche o differenti Open Shop Flow Shop Job Shop Modelli più comunemente adottati nella Programmazione di Breve Periodo

29 Capacità di Modellazione Produzioni di Processo in cui non sia possibile distinguere differenti fasi di processamento Produzioni Manifatturiere per Linea, in cui una macchina è più critica delle altre tutti i casi in cui limpianto sia schematizzabile come una macchina singola Modello a Macchina Singola

30 Problema da risolvere: Dispatching/Sequencing J1(1), J2(2), J3(4) Minimizzazione della somma dei tempi di completamento dei Job (tempo medio di completamento): J1, J2, J =11 (tempo medio = 3.7) J2, J3, J =15 (tempo medio = 5) Ipotesi che possono essere assunte per i job: dipendenza o indipendenza tecnologica tra i job (precedenza tra i job) preemption Complessità Computazionale:N! (N=Numero di Job) Modello a Macchina Singola

31 Capacità di Modellazione Produzioni riconducibili ad un modello a macchina singola Disponibilità di Processamenti ridondanti Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing e Allocazione Ipotesi che possono essere assunte per le macchine: macchine perfettamente identiche (tempi di lavoro uguali) macchine differenti (tempi di lavorazione di un job dipendenti dalla macchina) Ipotesi che possono essere assunte per i job: dipendenza o indipendenza tecnologica tra i job (precedenza tra i job) preemption Modello a Macchine Parallele

32 Tutti i job richiedono lintervento di uno stesso numero di macchine Per ogni job non viene imposto un ordine delle operazioni, che può essere qualsiasi (routing non fisso) Non esistono vincoli sulla precedenza delle operazioni I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti da job a job Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing in ciascuna macchina Open Shop Lista di Job J1 J2 J3 M1M2 M3

33 Tutti i job richiedono lintervento di uno stesso numero di macchine Lordine delle operazioni è fisso ed è uguale per tutti i job (Routing Fisso) I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti da job a job Il flusso di lavorazione è unidirezionale Problemi da risolvere: Dispatching/Sequencing in ciascuna macchina Flow Shop

34 Differenziazioni di Flow Shop: flow shop puro: tutti i job richiedono unoperazione su ogni macchina flow shop generico: i job possono non utilizzare qualche macchina, tra quelle appartenenti al flusso di lavorazione flow shop con sorpasso tra job: la sequenza di lavorazione dei job sulle macchine non è la stessa flow shop senza sorpasso: la sequenza di lavorazione dei job sulle macchine è la stessa Flow Shop

35 J1=(M1(1),M3(2),M2(1)) J2=(M1(2),M3(3),M2(1)) J3=(M1(3),M3(2),M2(1)) Flow Shop Puro senza Sorpasso tra Job Lista di Job J1 J2 J3 M1M2 M3

36 Flow Shop Puro senza Sorpasso tra Job Complessità Computazionale : N !

37 Flow Shop Puro con Sorpasso tra Job Complessità Computazionale : (N !) M

38 Lordine delle operazioni è fisso ed è uguale per tutti i job Qualche macchina lungo il routing può essere saltata da uno o più job I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti da job a job Flow Shop Generico J1=(M3(2),M2(1)) J2=(M1(2),M3(3)) J3=(M1(1),M3(2),M2(1)) Lista di Job J1 J2 J3 M1M2 M3

39 I job richiedono lintervento di un differente numero di macchine Lordine delle operazioni per ciascun job è fisso ed è differente da job a job I tempi di lavorazione su ogni macchina possono essere differenti da job a job Il flusso di lavorazione non è unidirezionale Flow Shop: Caso Particolare di un Job Shop Job Shop Job 1= (M1(2), M3(1), M2(2)) Job 2= (M1(2), M2(1), M3(2)) Job 3= (M2(1), M3(3), M1(3)) Lista di Job J1 J2 J3 M1M2 M3

40 Complessità Computazionale : (N !) M (N= numero Job, M=numero di macchine) Job Shop

41 Esistenza di vincoli particolari tra le operazioni di alcuni job Esempio: hold-time Esistenza di job che richiedono luso di una macchina più di una volta Presenza di routing tecnologici alternativi Differenze tra Problemi Reali e Modelli Classici nel Job Shop

42 Tempi di Lavorazione di ciascun job su ciascuna macchina Macchina Singola o Parallele Identiche: t j = tempo lavorazione job j Macchine Parallele generiche, Open shop e Flow shop: t ji = tempo di lavorazione job j, macchina i Job shop: t jik = tempo di lavorazione delloperazione k del job j sulla macchina i data di possibile inizio produzione job j, r j data concordata per il completamento job j, d j Dati di Input sui quali effettuare la Programmazione a Breve Termine

43 Parametri relativi a ciascun job, determinati a seguito dello scheduling: data di effettivo inizio produzione job j, I j ( r j ) data di effettivo completamento, C j lateness, L j = C j - d j, negativo se vi è un anticipo sul completamento tardiness, T j = max{0,L j }, non considera un eventuale anticipo sul completamento flowtime, F j = C j - I j, tempo di attraversamento del job nel sistema Parametri Prestazionali determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello scheduling

44 rjrj IjIj djdj CjCj flowtime lateness Parametri Prestazionali determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello scheduling

45 lateness medio= (compensa ritardi con anticipi) Parametri Prestazionali relativi ad un Set di N Job determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello scheduling flowtime medio= tardiness medio= (tiene conto solo dei ritardi)

46 Parametri Prestazionali relativi ad un Set di N Job determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello scheduling numero di job in ritardo= Makespan=max j {C j }- min j {I j } Coefficiente Medio di Saturazione delle Risorse=

47 Work In Process (WIP)= Parametri Prestazionali relativi ad un Set di N Job determinati a seguito dello scheduling e in base ai quali viene valutata la bontà dello scheduling tempo di set-up= SU i è il tempo complessivo di set-up della macchina i

48 Presenza di set-up M1 M2 M t 1 12 t 1 23 t 3 12

49 Tipi di set-up: set-up indipendenti dalla sequenza di lavorazione: è possibile inglobarli nei tempi di lavorazione SU i =0 set-up dipendenti dalla coppia di job adiacenti nella sequenza di lavorazione dei job su ciascuna macchina. Ad esempio: SU 1 =t t 1 23 Tempo di Set-up Complessivo= set-up dipendenti da tutte le lavorazioni passate della macchina Set-up non computabile Presenza di set-up

50 Minimizzazione Lateness Medio Minimizzazione Tardiness medio Minimizzazione Flowtime medio Minimizzazione del Numero di job in ritardo Minimizzazione del Makespan Massimizzazione Coefficiente Medio di Saturazione delle Risorse, coincide con la Minimizzazione del Makespan Minimizzazione del Work In Process (WIP) Minimizzazione del Tempo di Set-up Complessivo Obiettivi della Schedulazione a Breve Periodo


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