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Università degli Studi di Ferrara

Facoltà di Scienze MM.FF.NN.

CdL in Tecnologie Fisiche Innovative

A.A. 2010-11

Tecnologia dei Processi di ProduzioneFranco Danielli

Gabriele Canini

Modulo A6

Produttività e Flessibilità: Layout degli Impianti produttivi

Impianti di Produzione per parti

Impianti di processo

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 industriali si possono classificare, secondo le modalità di realizzazione del prodotto, in:

produzione per partimontaggio

Impianti di fabbricazione

{

Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Criteri di scelta del Layout dell’Impianto

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

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


Fle

ssib

ilità

Produttività

Batch & Queue

Work shop

Line

Process

Matrice di Hayes/Wheelwright:

Produttività vs Flessibilità

4 paradigmi aziendali di processo produttivo

Processo di fabbricazione per parti


Casi aziendali a confronto:


Modello Esempi tipici Clienti Prodotto Domanda

Work Shop (Officina per

reparti)

Officina meccanica conto

terzi

molti, con grande potere contrattuale

su prezzi e consegne

estrema varietà; catalogo di

migliaia di codici attivi

produzione su commessa; volumi

molto variabili (10÷1000)

Batch & Queue

(Lotti e Code)

Schede elettroniche,

beni strumentali, componentistica

molti, con esigenze diverse; contratti di

fornitura scadenziata

numerosi modelli, ciascuno

con diverse varianti

produzione per lotti, su previsione; volumi mediamente elevati

Line (Produzione

di serie)

Industria automobilistica, elettrodomestici

numerosi, tipicamente rete di

concessionari esclusivi

pochi modelli, con varianti a

catalogo

regolare e pilotabile; volumi molto elevati

Process (Industria di Processo)

Siderurgia, Petrolchimica, Zuccherifici,

Cartiere

abbastanza numerosi, con scarso potere contrattuale

indifferenziato, poche tipologie

molto regolare, con impianto a regime; volumi elevatissimi

Flusso produttivo nei 4 casi aziendali:

Work Shop: flusso intrecciato

Batch & Queue: flusso disaccoppiato

Line: flusso interconnesso

Process: flusso continuo


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


Organizzazione per processo: Work-shop

Reparto tornitura

Reparto fresatura


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.


Work-shop: schema dell’attività singola

Operatore Contenitore pezzi finitiContenitore pezzi grezzi

Macchina utensile

Operazione N

dall’Operazione N-1 (altro reparto)

all’Operazione N+1 (in altro reparto)


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


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


Schema di Linea a trasferta

Unità operatrici

# 1 # 2 # 3 # 4

Pezzi grezzi Pezzi finiti

OperatoreConvogliatore: sistema di trasporto dei pezzi


Modello di Linea a Trasferta


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).


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)

Modelli 1 e 3 a confronto: Pro e contro (II)


“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

Modelli 1 e 3 a confronto: Pro e contro (III)


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


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.


Schema di Cella di Produzione

# 1

# 2 # 3

# 4

++++++++++++++++++

++++++++++++++++++

Pallet pezzi grezzi

Pallet pezzi finiti

Unità operatrici

Manipolatore robotizzatoCorso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE

Cella di Produzione

Esempio di una Cella di Produzione

Dettaglio di un robot di pallettizzazione


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”)


Cellular Manufacturing System: flusso dei materiali


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 = Flessibilità

priorità = Produttività


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


università degli studi di ferrara facoltà di scienze mm.ff.nn. cdl in tecnologie fisiche...

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