I Sistemi di produzione PULL

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1 I Sistemi di produzione PULL Sistema Push Il sistema push pianifica e schedula la produzione basandosi sulla previsione di domanda o sull acquisizione di ordini dei clienti. Quindi si controlla il rilascio degli ordini di lavorazione determinando throughput e utilizzazione delle risorse, ma si osserva il WIP. Il routing va determinato nella fase di scheduling. Un sistema push si comporta come una rete di code aperta (ad es. tandem di stazioni G/G/m) in cui si fissa il ritmo di rilascio r a dei job. Sistema Pull Il sistema pull autorizza la produzione basandosi sullo stato del sistema a valle e fissa un limite strutturale al massimo WIP accumulabile. Quindi si controlla il WIP e quindi si determina il tempo di attraversamento, ma si osserva il throughput. Come si vedrà di seguito, in questo caso la scelta dei routing non avviene grazie all utilizzo di cartellini in cui è riportata la stazione di partenza e di arrivo del pezzo. Sistemi di produzione PULL Esistono diversi modi per gestire un sistema di produzione PULL, i più utilizzati sono presentati di seguito; Sistema Kanban Si basa sulla circolazione di due tipi di cartellini; - P (production) è un segnale di autorizzazione per la produzione di ulteriori lotti da parte di un centro di lavoro. - W (withdrawal) è una richiesta di parti dal centro di lavoro a valle al centro di lavoro a monte Il numero di cartellini esistenti nel sistema è predeterminato e di fatto fissa il WIP. Il procedimento risulta essere il seguente; 1) Dalla stazione a valle i cartellini W accumulati nell "espositore" vengono portati al magazzino intermedio. 2) Nel magazzino vi sono i contenitori dei lotti prodotti dalla stazione a monte con attaccato il cartellino P. L'operatore confronta i codici dei cartellini W che sta consegnando con quelli dei cartellini P che sono in magazzino per assicurarsi che i pezzi siano gli stessi. 3) Se i codici coincidono l'operatore preleva i contenitori pieni dal magazzino, ne sostituisce i cartellini P con quelli W in suo possesso mettendo i cartellini P nell'apposito "espositore" in prossimità della stazione a monte. 4) Quando un numero sufficiente di cartellini P si è accumulato sull'espositore della stazione a monte questa comincia la lavorazione. 5) L'operatore preleva i contenitori pieni dal magazzino e li porta alla stazione a valle dove attendono di essere lavorati. 6) Quando un pezzo entra in lavorazione nella stazione a valle l'operatore stacca il cartellino W e lo pone nell'espositore della stazione a valle dove si accumulano fino ad un livello predefinito. Le regole da seguire sono: - Le dimensioni del contenitore fissano la dimensione del lotto. - Ogni contenitore deve avere un cartellino. - I contenitori devono avere sempre lo stesso numero di pezzi buoni, e on si devono far passare pezzi difettosi alle stazioni a valle. Il numero di cartellini determina il WIP del sistema k = numero di contenitori c = capacità do ogni contenitore La determinazione del numero di contenitori equivale al calcolo del numero dei cartellini, perciò si calcola k con D G = domanda giornaliera media T W = tempo medio di attesa T L = tempo medio di lavorazione Gestione della Produzione Industriale Appunti di DM Pagina 1

2 Porre un vincolo al WIP è il grande beneficio dei sistemi pull. Se la domanda varia nel tempo anche il numero di cartellini deve essere aggiornato. Un sistema pull gestito con kanban modellisticamente si comporta come una rete di code chiusa con buffer finiti (con blocking). Sequencing della produzione Se i tempi di set up sono piccoli si può produrre per lotti pari ai fabbisogni settimanali o giornalieri. Se i tempi e costi di set up sono grandi è naturale produrre per lotti pari ai fabbisogni mensili. In caso di produzione a lotti la linea opera in modo MULTI MODEL in cui il sequencing dei lotti si può fare in base al criterio di produzione per campagne. Si punta quindi alla riduzione dei tempi di setup che causano gran parte dei ritardi. Per fare ciò si può far ricorso ad una metodologia detta SMED. Single Minute Excange of Die (SMEG) è una metodologia volta alla riduzione dei tempi di setup teorizzata dall'ingegnere giapponese Shigeo Shingo. L espressione SMED in italiano significa cambio stampo in un solo digit. Si teorizza di avere la possibilità di ridurre fortemente i tempi di set-up con un singolo digit ossia in un tempo inferiore a dieci minuti. Se i tempi di set up fossero virtualmente nulli si potrebbe avere una produzione ripetitiva single piece flow con un mix produttivo per soddisfare in tempo reale la domanda. Con tali proprietà si ha una produzione MIXED MODEL in cui si ha una produzione perfettamente livellata, in fase con la domanda e a ritmo costante. In questo tipo di linee si pone il problema di sequenziare i singoli prodotti, che risulta di vitale importanza nelle fasi di assemblaggio finale. Infatti il mix produttivo, determinato dalla domanda, stabilisce l assorbimento delle risorse. Dato un mix produttivo si cerca di sequenziare, in tempo reale, i diversi prodotti richiesti in modo da livellare l assorbimento dei componenti tra le risorse. Per fare ciò è stato introdotto in Giappone il metodo Goal Chasing. Goal Chasing l obiettivo del metodo è quello di determinare il sequenziamento dei prodotti sulla linea di assemblaggio finale che causa il minimo scostamento del flusso dei componenti a ritmo costante ed uniforme. unità che compongono la sequenza (parti da assemblare) con Q i = pezzi di tipo i che compongono la sequenza fabbisogno di componenti di tipo j per produrre con b ij = numero componenti di tipo j necessari per ottenere un unità di prodotto i Occorre minimizzare lo scostamento complessivo tra l effettivo assorbimento di componenti e quello teorico. Quindi ad ogni passo k si determina quale è l elemento successivo della sequenza, scelto come il prodotto i* che garantisce il minore scostamento cumulativo. Quindi si pone X jk = X j,k-1 + b i*,j scostamento cumulativo con X jk = componenti di tipo j assorbiti al passaggio k. e si procede sino all esaurimento delle unità di prodotto. Questo metodo non garantisce il conseguimento dell ottimo globale, non considerando né i tempi di set up né i tempi di lavorazione che quindi sono assunti identici per tutti i tipi di prodotti. Sistema Costant WIP (CONWIP) E una tecnica di controllo avanzamenti con logica ibrida push-pull che limita il numero totale di parti all interno del sistema fissando un valore costante del Work In Process totale. Per fare ciò si autorizza l introduzione di un nuovo job nel sistema solo dopo che un job completato sia stato rilasciato dal sistema (logica pull), ma una volta entrato nel sistema il job avanza in maniera push (finita la lavorazione ad una stazione viene trasferito alla successiva). Dal punto di vista operativo il CONWIP può essere realizzato facendo ritornare un cartellino kanban in testa alla linea appena un job ne sia uscito. Diversamente dal kanban il CONWIP fissa il WIP massimo a livello di sistema e non di singola stazione, il controllo è quindi centralizzato. Nel CONWIP i job entrano nel sistema nell ordine in cui appaiono in una lista, detta backlog list, di parti da produrre. Gestione della Produzione Industriale Appunti di DM Pagina 2

3 backlog list può essere gestita per due motivi: - mantenere un livello obbiettivo di giacenza dei vari codici nel buffer, Appena un codice viene prelevato dal buffer si aggiunge un ordine di rifornimento per quel codice alla backlog list. - pianificare la produzione futura in base a previsioni o ad ordini acquisiti, la backlog list si compone delle parti che ci si aspetta di dover produrre. La regola di priorità per il rilascio dei job è Earliest Release Date, ove Release date i = Due date i Flow time medio i. Si dice che il sistema CONWIP sia autoregolante in quanto: - Se la domanda si riduce i prodotti rallentano il ritmo di uscita dal sistema perché sostano nel buffer di uscita e si rallenta l ingresso di nuovi job. - Se la domanda aumenta le parti vengono prelevate ad un ritmo maggiore dall output buffer e aumenta il ritmo di ingresso dei job nel sistema. Quindi ci si adegua rapidamente a variazioni di domanda. Se c è una rapida diminuzione di domanda per alcuni prodotti questi potrebbero rimanere nel buffer di output e quindi impedire il rilascio di nuovi job o diventare obsoleti. E necessario controllare periodicamente la composizione del buffer in uscita. Questo tipo di sistema consente di gestire mix di produzione variabili nel tempo (a differenza di Kenban in cui si dovrebbero sempre modificare i cartellini). Dal punto di vista modellistico un sistema CONWIP è una rete di code chiusa in cui ogni volta che un job termina il processo esce dal sistema e viene sostituito da uno nuovo. Il Throughput ottenuto dipende ovviamente dal WIP che si ammette nel sistema. il WIP richiesto lo si può determinare per tentativi, aumentando la capacità del bottleneck fino a che risulti sempre attivo (cioè la sua coda non sia quasi mai vuota). Aumentarlo ulteriormente causerebbe solo un aumento dei tempi di attraversamento. A tale scopo si utilizza l algoritmo MVA. Algoritmo MVA Si vuole determinare la legge che lega il TH al WIP. Esistono due modi, di cui uno semplificato. MVA(normale) Si lavora sotto l ipotesi che le stazioni sono di tipo M/G/1. 1) Si determina il tempo di attraversamento Ta j,w della generica stazione j in una linea con WIP pari a w come somma dei seguenti fattori: Tempo di processo residuo sul job già in lavorazione = #job in lavorazione * tempo di lavorazione Tempo di processo dei job già in coda = WIP in coda * tempo di lavorazione Tempo di processo del job = t e 2) Si determina il tempo di attraversamento Ta w del sistema come 3) Noto il tempo di attraversamento corrispondete al WIP imposto, si può calcolare il MVA(semplificato) Si applica a linea monoprodotto con tempi di processamento deterministici. Si cerca il numero di contenitori N che consente al bottleneck di operare alla sua capacità produttiva cioè senza periodi di inattività. Per fare ciò si impone che l intervallo di tempo che passa tra il rilascio di un contenitore dal Gestione della Produzione Industriale Appunti di DM Pagina 3

4 bottleneck ed il suo ritorno ad esso sia uguale al tempo che il bottleneck impiega a processare tutti gli altri (N-1) contenitori, in formule: Il numero di contenitori o job (proporzionale al WIP) è con M = numero di stazioni in serie con t BN = tempo di processo del job al bottlenek t i = tempo di processo del job alla stazione i. Confronto tra sistemi PUSH e PULL Primo criterio: Si considerano due linee composte dallo stesso numero di stazioni con tempi di processamento esponenziali (si hanno Stazioni = S = 5 e tempo di processamento = t e = 1 ora). - Sitema pull : si impone il WIP e si osserva il TH con w o = S*t e - Sistema push : si impone il TH e si osserva il WIP TH = 0,6p/h A parità di TH una linea push è meno efficiente di una linea pull in quanto ha maggior WIP, e quindi maggior T A. Secondo criterio: Si vuole confrontare la robustezza dei modelli al variare dei rispettivi parametri di controllo. Per quantificare i risultati si considera l aspetto economico, ossia il profitto totale definito come con p = profitto unitario e c W = costo unitario di mantenimento a scorta - Sistema pull : risulta quindi molto robusto a variazioni di WIP - Sistema push : risulta poco robusto a variazioni di TH Si osserva che il profitto è maggiore nei sistemi pull in quanto a parità di TH hanno meno WIP. Riassumendo gli aspetti salienti delle due tipologie di sistema si può scrivere: SISTEMI PULL -Flusso imposto dall ordine del cliente -Si impone un limite al WIP, il TH viene osservato -Il flusso è continuo con produzione a piccoli lotti -La produzione è sincronizzata con la domanda quotidiana -Il sistema di controllo di avanzamento della produzione è autoregolante in quanto l attività dei reparti a valle determina quella dei reparti a monte. SISTEMI PUSH -Flusso imposto da un MPS basato su previsioni di vendita -Si impone un limite al TH, il WIP viene osservato -Il flusso di produzione è discontinuo a causa della produzione a lotti. Ciò comporta l utilizzo di scorte -La produzione non è sincronizzata con l effettiva domanda -La produzione è regolata dall MPS La differenza sostanziale è nel controllo o meno del WIP e nel meccanismo che sovrintende al movimento dei materiali, che è push se imposto da fattori esterni (es. previsioni e MPS) indipendentemente da quello che succede entro il sistema, mentre è pull se avviene in base a cambiamenti interni al sistema a valle. Gestione della Produzione Industriale Appunti di DM Pagina 4

5 Vantaggi dei sistemi PULL - Sono più semplici da controllare in quanto il WIP è più evidente. - Sono più efficienti, riescono ad ottenere lo stesso TH con minore WIP - Sono soggetti a minore variabilità del tempo di attraversamento che consente di avere un lead time minore e quindi un maggior livello di servizio. - Sono più robusti a variazioni del loro parametro di controllo. Svantaggi dei sistemi PULL - Solitamente sono sistemi manuali e di difficile gestione se affrontano realtà complesse - Non è in grado di prevedere e quindi di reagire prontamente alle variazioni della domanda, (non prevede scorte) - Determina un accoppiamento stretto delle stazioni ed una forte motivazione degli operatori - Richiede uno stretto coordinamento con i fornitori esterni e le catene di distribuzione - È vulnerabile ad eventi inattesi come variazione della domanda e guasti. - Sebbene il sistema al suo interno sia fortemente Confronto tra sistemi CONWIP e sistemi Kandan Il CONWIP ha: - Implementazione più semplice del kanban: fissa un solo set di cartellini per l intera linea anziché un set per ogni work center. - Grazie alla costanza del WIP il tempo di attraversamento ed il ritmo di produzione si mantengono costanti e prevedibili. - Si può accogliere un mix di prodotti che cambia, grazie all uso di cartellini specifici della linea e/o alla Backlog list. Gestire mix variabili con il kanban è più complesso perché occorre aggiornare continuamente il numero di cartellini di ciascuna parte ad ogni work center. Se un prodotto temporaneamente non è richiesto basta cancellarlo dalla backlog list. - Richiede un meccanismo per l aggiornamento della backlog list. Gestione della Produzione Industriale Appunti di DM Pagina 5