Produttività e Flessibilità: Layout degli Impianti produttivi Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Scienze MM.FF.NN. CdL in Tecnologie Fisiche Innovative A.A. 2010-11 Tecnologia dei Processi di Produzione Franco Danielli Gabriele Canini Modulo A6 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: Impianti di processo 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) Gli impianti di Processo sono quelli tipici dell’Industria Primaria, cioè dell’industria che si occupa della prima trasformazione delle materie prime. Esempi tipici: industria siderurgica, chimica (fra cui, importantissima, la raffinazione dei prodotti petroliferi), industria della carta, ecc. Molto spesso, l’industria di processo è a ciclo continuo: l’impianto produttivo, cioè, non si ferma mai. Negli impianti di fabbricazione (tipicamente, quelli dell’industria manifatturiera metalmeccanica), invece, la produzione è di tipo discreto, cioè i prodotti sono distinguibili e numerabili. 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 la capacità produttiva che l’impianto dovrà svilup-pare la flessibilità che il mercato richiede la pianificazione dei flussi dei materiali (e delle infor-mazioni) attraverso l’impianto Concetto chiave: il layout dell’impianto produttivo dipende dal processo, e dagli obiettivi di produttività che l’Impresa ha programmato di raggiungere. Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Matrice di Hayes/Wheelwright: Produttività vs Flessibilità 4 paradigmi aziendali di processo produttivo Flessibilità Work shop Batch & Queue Line I quattro casi schematizzati devono essere considerati come paradigmi aziendali caratteristici, sui quali sviluppare ragionamenti e confronti. Ciò che interessa qui mettere in evidenza è il diverso equilibrio che ogni modello rappresenta nella ricerca del compromesso fra Produttività e Flessibilità. Ogni realtà produttiva, ogni Azienda, potrà collocarsi in una propria area caratteristica del diagramma. Nell’ambito della stessa Azienda, poi, potranno esserci processi produttivi diversi, ognuno dei quali singolarmente caratterizzabile nella Matrice di Heyes-Wheelwright. Process Processo di fabbricazione per parti Produttività Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Casi aziendali a confronto: Possiamo distinguere le caratteristiche dei tre modelli dell’Industria di Fabbricazione (Work Shop, Batch & Queue, Line) soprattutto dal diverso approccio della pianificazione a fronte della domanda del mercato: BATCH & QUEUE: La produzione a lotti e' una produzione di un numero definito di specifici prodotti, le quantità sono state decise su previsione. LINE: Si può identificare nel linguaggio comune come produzione di serie: si produce sempre lo stesso prodotto (con qualche variante) in quantità indefinita, fino ad obsolescenza (= rifiuto del mercato) del prodotto WORK SHOP: Produrre su commessa significa produrre solo ciò che il cliente richiede e spesso questo equivale a produrre numeri bassi e di complessità molto diversa. 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 Esempi dai Progetti Didattici: L’organizzazione produttiva di CIMA, GD (Prodotto: ingranaggi, particolari per macchine automatiche) è quella tipica del Work Shop. Modelli di organizzazione produttiva Batch & Queue (produzione per lotti) si possono vedere presso SELCOM e DATALOGIC (rispettivamente, Schede elettroniche, Sensoristica optoelettronica). Il modello Line si riconosce nelle Aziende PELLICONI, MOTORI MINARELLI (tappi corona, motori per motocicli). Process: flusso continuo Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Modello 1: Work-shop (Officina a Reparti) Organizzazione per Processo 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 Le macchine utensili (unità produttive) sono presidiate da operatori specialistici, generalmente intercambiabili nell’ambito del reparto. L’operatore tiene sotto controllo la lavorazione in corso, talvolta si occupa direttamente del carico-scarico pezzi, provvede al re-tooling della macchina al termine del lotto di produzione 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 all’Operazione N+1 (in altro reparto) Contenitore pezzi grezzi Contenitore pezzi finiti Operatore Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Work-shop: schema del flusso dei materiali Schema del flusso dei mate-riali per due commesse (blu, rosso) in una officina organiz-zata per reparti. Se ne intuisce la complessità, e la difficoltà di pianificazione La difficoltà di pianificazione dell’attività produttiva è il tallone d’Achille del modello Work Shop. Per questo motivo, un’Azienda di questo tipo non potrà mai superare certi volumi. La vocazione tipica di un’impresa Work Shop è quella di fornitura conto terzi. In alternativa, possono esistere officine organizzate per reparti all’interno di una grande Azienda per la produzione flessibile in piccole quantità di componenti caratterizzanti della tecnologia aziendale (esempio: l’officina Work Shop 1 della GD). 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 # 4 Pezzi grezzi 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) 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 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) 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. “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) “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 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) 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) 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 # 2 Unità operatrici # 3 # 1 # 4 ++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++ Pallet pezzi finiti Pallet pezzi grezzi Manipolatore robotizzato Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

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 Rispetto alla Linea: maggiore flessibilità. Il riattrez-zamento del manipolatore nell’ambito della Group Technology consiste al più nella sostituzione dell’attrezzo di presa pezzo (la “mano” del robot) Rispetto al Work-shop: maggior livello di automa-zione: 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 funzio-nali ad un sostanziale cambiamento di priorità nelle stra-tegie delle Imprese produttive: Ieri: capacità di produrre elevati volumi a prezzi competitivi: Oggi: capacità di adattarsi rapidamente e basso costo ad una domanda di mercato in continua evoluzione:  priorità = Produttività  priorità = Flessibilità Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

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