università degli studi di ferrara facoltà di scienze mm.ff.nn. cdl in tecnologie fisiche...
TRANSCRIPT
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
Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE
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
Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE
Casi aziendali a confronto:
Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE
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
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 tornitura
Reparto fresatura
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
Operatore Contenitore pezzi finitiContenitore pezzi grezzi
Macchina utensile
Operazione N
dall’Operazione N-1 (altro reparto)
all’Operazione N+1 (in altro reparto)
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
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
OperatoreConvogliatore: sistema di trasporto dei pezzi
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
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)
Corso Tecnologia dei Processi di Produzione – Tecnologie Fisiche Innovative - UNIFE
“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)
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
# 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
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 = Flessibilità
priorità = Produttività
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