Università degli Studi di Ferrara Facoltà di Scienze MM.FF.NN.

1. 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

2. Impianti di Produzione per parti Gli impianti industriali si possono classificare, secondo le modalità di realizzazione del prodotto, in: • Impianti di processo produzione per parti montaggio • Impianti di fabbricazione { 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

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

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

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

6. 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

7. 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

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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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 stessasequenza 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

13. 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

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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

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

24. 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

25. 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