Impianti Industriali 1 (Ingegneria Gestionale - A.A. 04/05)

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1 Impianti Industriali 1 (Ingegneria Gestionale - A.A. 04/05) sito ufficiale del corso: it/impiantigestionaleimpiantigestionale Ing. assimiliano Schiraldi Dipartimento di Ingegneria eccanica (2 piano edificio Ingegneria Industriale) Tel schiraldi@ing.uniroma2.it Introduzione ai Sistemi Produttivi

2 Sistema Produttivo Sistema Produttivo: complesso di risorse materiali e/o immateriali (macchine, apparecchiature, persone, tecnologie, conoscenze) che concorre a dare luogo ad altre risorse materiali e/o immateriali (beni e/o servizi) di maggior valore, attraverso la realizzazione del processo primario (produttivo) e dei processi secondari (di supporto). Esempi di sistemi produttivi - Impianti manifatturieri -Università -Ospedali -Banche -Ristoranti -Trasporti Sistema Produttivo Dimensione economica Capitale Dimensione tecnica aterie prime Semilavorati Componenti Energia anodopera Tecnologia Know-how Organizzazione Prodotti Profitto

3 I prodotti Produzione = Trasformazione Chimica Temporale Spaziale Fisica (forma, colore, peso, dimensione, volume ) Classificazione tipologica dei prodotti 1) beni materiali e immateriali (servizi) 2) beni di consumo, intermedi, strumentali 3) beni durevoli e di consumo immediato 4) commodities e prodotti differenziabili 5) beni di prima necessità e beni di lusso 6) beni a consumo costante e beni stagionali Beni materiali ed immateriali Assicurazioni Pubblicità Aspetto immateriale del prodotto Progettazione Ristorazione Cosmetico Automotive Produzione acciaio service manufacturing

4 Produttori di beni e di servizi Classificazione delle Imprese di Produzione

5 Classificazione delle imprese di produzione Dimensione della classificazione: settore industriale tipologia di beni dimensioni dell impresa natura del processo grado di integrazione del ciclo produttivo composizione organica del capitale diagramma tecnologico odo di rispondere alla DOANDA del mercato odo di realizzare il VOLUE di produzione odo di realizzare il PRODOTTO finale I settori industriali Tripartizione Fisher-Clark Settore primario produzione agricola, zootecnica, forestale, ittica, di beni naturali in genere Settore secondario produzione per trasformazione di materie prime e beni intermedi, industria metallurgica, siderurgica, meccanica, tessile, alimentare, elettronica, chimica, lavorazione dei minerali Settore terziario produzione di servizi (trasporti, comunicazioni, credito, assicurazioni, servizi sanitari), attività commerciali, turistiche, ricreative, ecc. Terziario avanzato produzione di servizi ad alto contenuto di prestazioni di intelletto: servizi di ingegneria, di informatica, di consulenza, di ricerca, servizi speciali nell area del credito (parabancario: leasing, derivati complessi, ecc.)

6 Tipologie di beni 1. produzione di materiali (grezzi indefiniti) per successivi impieghi industriali (produzione di materie prime per l industria manifatturiera) 2. produzione di parti standard e speciali (componenti semplici, sottogruppi, gruppi) destinati ad impiego nella produzione di manufatti complessi 3. produzione di manufatti complessi, realizzata attraverso la combinazione di parti provenienti da produzioni di livello 2 con altre fabbricate autonomamente mediante lavorazioni effettuate su materiali provenienti da produzioni di livello 1 Dimensioni dell impresa piccola, media, grande industria parametri di riferimento capacita produttiva numero di addetti entità degli investimenti fatturato annuo il valore dei parametri cambia con: il settore di appartenenza (manifatturiero, chimico,..) il grado di meccanizzazione e automazione

7 Processo Produttivo Sequenza logica di azioni elementari (attività) concatenate con la finalità di TRASFORARE risorse in prodotti (beni o servizi) la TRASFORAZIONE avviene grazie ad una successione di attività: Lavorazioni (incluso collaudi e controlli) Trasporti ed immagazzinamenti Attività di supporto ed ausiliarie Sistema Produttivo Ristretto ed Allargato zona a ONTE FORNITORI AZIENDA zona a VALLE CLIENTI reparto a ONTE reparto 1 reparto 2 reparto a VALLE reparto N

8 Natura del processo Processi di produzione di materie grezze e semilavorati primari Processi metallurgici -Laminazione (lamiera in coils, profilati per impieghi nell edilizia, ecc) -Estrusione (elementi metallici lunghi, tipicamente per impieghi termotecnici o per applicazioni varie nell oggettistica di arredamento, ecc) -Trafilatura (produzione di cavi metallici, ecc) -Riempimento di forme (pani di ghisa, di acciaio, di alluminio, di leghe leggere, ecc) Processi meccanici -Lavorazioni del legno (produzione di segati, tavolati, multistrati, agglomerati, truciolati, ecc.) processi dell industria tessile (filatura del cotone, della lana, delle fibre sintetiche), produzione di carta e cartone, lavorazione primarie dell industria alimentare, ecc. Processi chimici -Processi di raffinazione, distillazione, ecc. per l ottenimento di materiali allo stato liquido (benzine, vernici, oli lubrificanti, alcool, ecc.), allo stato gassoso (acetilene, altri gas tecnici), allo stato granulare (gomma, PVC, PE, ABS, Nylon, resine, tecnopolimeri vari), ecc. Processi misti -Chimico-meccanici (produzione di vetro, materiali compositi come tecnopolimeri armati con fibre vetro, di carbonio), elettro-chimici, ecc. Natura del processo Processi di produzione di componenti ed oggettistica realizzata a disegno odalità di formatura - formatura per distacco (asportazione di materiale) - formatura per deformazione plastica - formatura per riempimento (a gravità o a pressione) - formatura per giunzione - formatura di finitura Processo lavorazioni alle macchine utensili (tornitura, fresatura, ecc.), elettroerosione (fresatura chimica), taglio al laser, ecc stampaggio di lamiera, imbutitura, piegatura, tranciatura, fucinatura getti di fonderia, pressofusioni, sinterizzazione, stampaggio di materie plastiche saldatura, accoppiamenti forzati, aggraffatura, ecc trattamenti termici, chimici e meccanici: tempra, bonifica, trattamenti galvanici, pallinatura, sabbiatura, lappatura, ecc

9 Grado di integrazione del ciclo produttivo integrazione verticale: estensione del dominio del processo produttivo verso monte o verso valle (dalla materia prima al prodotto finito) VANTAGGI Aumento del valore aggiunto d impresa Controllo più efficace di consegne e qualità Erezione di barriere all entrata e protezione delle conoscenze strategiche igliore programmabilità inori costi di intermediazione RISCHI Appesantimento del processo con l aggiunta di fasi economicamente poco interessanti Sbilanciamento della capacità produttiva Irrigidimento della struttura Incremento del BEP Rinuncia a collaborazioni proficue Composizione organica del capitale alta intensità di capitale (capital intensive) alta intensità di lavoro (labour intensive) parametro: capitale fisso/numero di addetti la composizione organica del capitale varia molto da settore a settore (es. officina meccanica 10 4 /addetto e industria siderurgica 10 5 /addetto) l automazione porta ad un incremento del rapporto capitale /lavoro

10 Diagramma tecnologico processi monolinea Cemento, ghisa, processi sintetici o convergenti (assemblaggi) Elettrodomestici, automobili, processi analitici o divergenti processi a cicli misti o intrecciati Derivati del petrolio, ecc obili modulari, prodotti personalizzati.. Diagramma tecnologico

11 Classificazione delle imprese di produzione odo di rispondere alla DOANDA (mercato) Produzione PER AGAZZINO Produzione SU COESSA Produzioni PER PROCESSO Produzioni ANIFATTURIERE Produzione UNITARIA odo di realizzare il PRODOTTO (tecnologia) Produzione A LOTTI Produzione CONTINUA odo di realizzare il VOLUE (gestione) odo di realizzare il volume (asse gestionale) produzioni unitarie la variabilità dei cicli di produzione è molto elevata e l attività produttiva è organizzata per ottenere le quantità richieste dai singoli ordini (es. edilizia industriale, opere pubbliche, ecc.) produzioni a lotti i cicli sono meno variabili nel tempo, i prodotti vengono realizzati per lotti di dimensioni anche superiori ai fabbisogni immediati per ottimizzare la produzione; Grandi lotti: prodotti richiesti in grandi quantità per periodi di tempo sufficientemente estesi (abbigliamento, calzaturiero, ) Piccoli lotti: produzione diversificata di piccola serie a basso o medio grado di ripetitività (produzione di beni strumentali, ) produzioni continue i cicli restano costanti nel tempo anche per periodi estesi, si ha quindi la produzione ininterrotta di un prodotto dalle caratteristiche omogenee nel tempo (es. industria siderurgica, petrolchimica, alimentare non stagionale, ecc.)

12 odo di realizzare prodotto Produzione per processo (asse tecnologico) stadi di trasformazione tra loro contigui e inseparabili, a monte e a valle dei quali il prodotto in lavorazione non ha una autonoma identità; gli elementi che costituiscono il bene finale non possono essere facilmente identificati; flusso ininterrotto dei materiali da trasformare; è caratterizzata da un ciclo tecnologico ben definito e vincolato, per cui si parla di produzione a ciclo tecnologico obbligato (es. cementifici, cartiere, pastifici, acciaierie, raffinerie, ecc) può essere monoprodotto o multiprodotto, per prodotti simili che seguono lo stesso ciclo obbligato generalmente è caratterizzato da un elevato grado di automazione rigida (elevato grado di specializzazione) odo di realizzare prodotto (asse tecnologico) Produzione per parti o manifatturiere - il bene è costituito da vari componenti discreti, spesso di diversa natura: generalmente si distinguono due fasi: - fabbricazione: trasformazione dei singoli componenti (lavorazioni meccaniche, trattamenti termici, verniciatura,..) - montaggio (manuale o automatico): operazioni che portano alla realizzazione del prodotto finale mediante assemblaggio dei componenti - il materiale in lavorazione ha una sua ben definita identità; - la singola fase di trasformazione può essere anche interrotta e poi ripresa senza compromettere la qualità del prodotto; quindi a monte e a valle dei singoli centri operativi, possono realizzarsi accumuli di prodotto semilavorato (buffer interoperazionali); - le produzioni manifatturiere possono svilupparsi a flusso intermittente (produzione a lotti; es: calzaturifici, abbigliamento, mobilifici) oppure a flusso teso (produzione continua; es: autoveicoli, elettrodomestici, elettronica civile, ecc ). - Per alti volumi necessita di un elevato grado di automazione flessibile

13 odo di rispondere alla domanda (asse del mercato) produzione a magazzino (su previsione) l azienda realizza, prima delle ordinazioni, volumi elevati di prodotti, che colloca in magazzino da cui servire i clienti criticità: gestione delle scorte di PF, pericolo di invenduto produzione su commessa (su ordine) l azienda attende la ricezione di un ordine del cliente per avviare le attività necessarie alla produzione criticità: gestione della capacità produttiva e dei tempi commesse ripetitive: l azienda lavora su catalogo o comunque su una gamma di prodotti ben definiti; vengono definiti anticipatamente tutte le caratteristiche progettuali e tecnologiche del prodotto commesse singole: l azienda riceve ordini diversi per singoli prodotti o per lotti di piccole dimensioni per i quali elabora il processo produttivo, che può comprendere anche progettazione o sviluppo dei cicli di lavorazione odo di rispondere alla domanda Tempo di attraversamento (asse del mercato) T=0 T=0 ake-to-stock produzione per magazzino (commodities, alimentari, beni di largo consumo in genere) tempo di consegna secondo contratto Area PUSH Area PULL Assemble-to-Order ake-to-order produzione mista (mobili componibili, macchine agricole, gruppi meccanici, ecc) produzione standard per commessa (automobili utilitarie, elettrodomestici, componentistica ricorrente per l industria manifatturiera, ecc.) Purchase-to-Order produzione personalizzate per commessa (manufatti convenzionali, contenenti optional non ricorrenti) Progettazione Approvvigion. Fabbricazione Assemblaggio Engineer-to-Order produzione speciali non ricorrenti effettuate in base a nuovo progetto (grandi cantieri navali, nautica di lusso, macchinari speciali per industrie)

14 Scelta del processo di fabbricazione: la matrice prodotto-processo processo Scelta del processo di fabbricazione è determinata da parametri caratteristici del prodotto: Quantità da fabbricare Standardizzazione dei pezzi Ripetitività dei cicli e delle singole operazioni di lavoro Difficoltà di lavorazione caratterizza il sistema produttivo in termini di: Fattori economici: investimenti fissi, capitale di esercizio, costi unitari di fabbricazione, Fattori tecnici: Flessibilità degli impianti, efficienza di produzione, qualificazione manodopera,

15 La matrice volume-varietà varietà Ripetitività del prodotto Grado di varietà della produzione Produzione unica (per progetto) Produzioni a lotti piccoli (JOB-SHOP) Produzioni a grandi lotti (linea spezzata) Produzione in linea a flusso teso (FLOW-SHOP) Processo CONTINUO Grado di versatilità delle risorse produttive Volume di produzione La matrice volume-varietà varietà (inquadramento di tipologie di produzione) Grado di varietà della produzione Industria cinematografica, Ingegneria impiantistica Grandi infrastrutture, Cantieristica navale, Edilizia civile, Ripetitività del prodotto Produzioni di macchinario, stampi e attrezzi vari per l industria, nautica da diporto, produzioni artigiane obili componibili, calzature, abbigliamento, farmaceutica, chimica fine Autoveicoli, elettrodomestici, foto-ottica elettronica civile Petrolchimica, chimica di base, industria alimentare non stagionale processi metallurgici, produzione cartaria cementifici, ecc. Volume di produzione Grado di versatilità delle risorse produttive

16 Tipologie di processo PROCESSI SPECIALI PER PROGETTO - Prodotto unico ad alta complessità in relazione alle risorse necessarie - Apparato produttivo eventualmente configurato per lo specifico prodotto unico da realizzare, anche attraverso acquisizione adhoc di beni strumentali (acquisto in proprietà, noleggio, leasing, comodato d uso, ecc.) - Produzione cinematografica, grandi opere infrastrutturali (ponti e strade, acquedotti e dighe, reti fognarie, porti e aeroporti, ecc), grandi edifici, complessi industriali e commerciali, ecc. Tipologie di processo PROCESSI INTERITTENTI PER PICCOLI LOTTI - ezzi produttivi versatili e rapidamente riconfigurabili - Produzione make-to-order e perfino purchase-to-order - Produzioni di piccola e piccolissima serie: attrezzature speciali per l industria (stampi, conchiglie per fusioni, componenti di primo equipaggiamento e di ricambio per macchine ed impianti), abbigliamento e accessori di lusso, produzione orafa industriale, produzioni prototipiche, ecc.

17 Tipologie di processo PROCESSI INTERITTENTI PER GRANDI LOTTI - Produzioni di tipo standard o speciale, realizzate con fabbricazione e assemblaggio di componenti comuni a prodotti diversi, e quindi lavorati o approvvigionati in grandi volumi - ezzi produttivi flessibili, da riattrezzare in relazione al modello e al formato lanciato in produzione - Produzione mista push-pull (assemble-to-order e perfino make-to-order ) - Prodotti appartenenti a macrofamiglie merceologiche: arredi componibili, calzature, piccoli elettrodomestici, componentistica standard e speciale per la grande industria manifatturiera (autoveicoli, elettrodomestici, elettronica civile, ecc), maglieria ed elementi di abbigliamento, oggettistica per impiego domestico, ecc. Tipologie di processo PROCESSI IN LINEA A FLUSSO TESO - Produzioni di tipo standard a bassa diversificazione - ezzi produttivi di alta e medio-alta flessibilità, anche autoconfigurati - Produzione mista push-pull (assemble-to-order e perfino make-to-order) - Prodotti appartenenti ad una unica famiglia merceologica: televisori, frigoriferi, lavatrici, automobili, prodotti alimentari gelati e surgelati, detersivi per uso domestico, cosmetici, ecc.

18 Tipologie di processo PROCESSI CONTINUI - Prodotto unico o limitata varietà produttiva - Sistemi produttivi capital intensive, produzioni di relativamente basso valore aggiunto, necessità di alta saturazione degli impianti per beneficiare di economie di scala - Generalmente produzione con pura logica push, basata su previsione della domanda - Alta rigidità (i.e. scarsa convertibilità) dell impianto - Assenza di scorte intermedie e generalmente alta giacenza di prodotto finito - Produzione di commodities destinate a competere sul prezzo Alta Flessibilità Bassa Efficienza Alto Costo unitario La matrice prodotto-processo processo Job Shop Bassissimi Volumi o Esemplare Unico Bassi Volumi olti modelli Prod. Artigianali (officina meccanica, alta moda, ) PRODOTTO Alti Volumi Pochi odelli Altissimi Volumi PROCESSO Intermittente Piccoli Lotti Intermittente Grandi Lotti acchine utensili, impianti, abbigliamento Automobili, Calzature Elettrodomestici Prod. Elettronici Bassa Flessibilità Alta Efficienza Basso Costo unitario Flusso Continuo Fattori Critici Prod. chimici alimentari petroliferi Differenziazione Flessibilità Prezzo Volumi

19 Alta Flessibilità Bassa Efficienza Alto Costo unitario Scelta del processo ottimale Bassissimi Volumi o Esemplare Unico PRODOTTO Bassi Volumi olti modelli Alti Volumi Pochi odelli Altissimi Volumi PROCESSO Job Shop Intermittente Piccoli Lotti Intermittente Grandi Lotti RINUNCIA A PRODUTTIVITÀ PIÙ ELEVATA Flessibilità Eccessiva Efficienza Insufficiente Costo unitario eccessivo EXTRA COSTI DI INUTILIZZO RISORSE Flessibilità Insufficiente Efficienza Eccessiva Invest. fissi eccessivi Flusso Continuo Bassa Flessibilità Alta Efficienza Basso Costo unitario Automazione della produzione Rende possibile il controllo automatico del movimento e della lavorazione dei pezzi. Rigida: ha come obiettivo la costante ripetizione di un ciclo o di un programma fisso, non consente quindi alcuna variante di prodotto o di processo (salvo mutamento intero ciclo con elevati costi) Flessibile: ha come obiettivo quello di consentire in tempi molto ristretti il passaggio da un operazione all altra sullo stesso pezzo o lo svolgimento della stessa operazione su pezzi diversi spesso senza costi di conversione

20 Livelli di automazione nei sistemi produttivi acchine utensili convenzio nali acchine a controllo numerico standard Centri di lavoro FS Trasporto del pezzo /C Carico e fissaggio pezzo C Selezione e cambio utensile C C Scelta parametri di lavorazione C C C Controllo dell operazione C C C Sequenza utensili C Scarico del pezzo C : Operazione anuale C: Operazione Computerizzata Effetto dell automazione flessibile Alta Flessibilità Bassa Efficienza Alto Costo unitario PROCESSO Bassa Flessibilità Alta Efficienza Basso Costo unitario Job Shop Intermittente Piccoli Lotti Intermittente Grandi Lotti Flusso Continuo Bassissimi Volumi o Esemplare Unico PRODOTTO Bassi Volumi olti modelli Alti Volumi Pochi odelli Aumenta la capacità di Aumenta la capacità di risposta ai mutamenti della risposta ai mutamenti della domanda mantenendo bassi i domanda mantenendo bassi i costi unitari medi costi unitari medi Altissimi Volumi Riduce i costi mantenendo Riduce i costi mantenendo alta la capacità di alta la capacità di personalizzazione dei prodotti personalizzazione dei prodotti I I processi processi intermittenti intermittenti con con molti molti prodotti prodotti non non standardizzati standardizzati acquistano acquistano in in produttività produttività (perché (perché aumentano aumentano la la ripetitività) ripetitività) senza senza perdere perdere in in flessibilità flessibilità (mantengono (mantengono numerose numerose varianti) varianti) I I processi processi continui continui con con pochi pochi prodotti prodotti standardizzati standardizzati acquistano acquistano in in flessibilità flessibilità (possono (possono ammettere ammettere numerose numerose varianti) varianti) senza senza perdere perdere produttività produttività (mantengono (mantengono la la ripetitività). ripetitività).

21 Processo e Prodotto Processo e Impianto

22 Processo e Impianto Processi e adattabilità (flessibilità)

23 Alcuni dati Imprese per dimensione (dati ISTAT 2001)

24 Imprese per dimensione (dati ISTAT 2001)

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