5. Studio del progetto sistematico del lay-out generale

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1 Impianti Industriali 5. Studio del progetto sistematico del lay-out generale Prof. Ing. Augusto Bianchini Forlì, 3 aprile 2017 DIN Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Bologna

2 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

3 Analisi del prodotto e delle quantità Per lo studio del lay-out generale dell impianto, è necessario raccogliere informazioni sul prodotto P e sulle quantità Q, analizzando il volume di produzione e le varietà prodotte (analisi P Q), seguendo i passi successivi: 1. suddivisione e/o raggruppamento dei vari prodotti, materiali o modelli in esame in gruppi o famiglie; 2. calcolo delle quantità da produrre per ciascuna suddivisione o gruppo e, all interno di ciascun gruppo, per ciascun prodotto, modello o varietà. Si definisce mix produttivo l insieme dei tipi di prodotto o modelli diversi fabbricati dall azienda. Per comprendere facilmente come è composto il mix produttivo, le quantità annuali per ciascun modello vengono poste in ordine decrescente all interno del diagramma P Q. Il conteggio delle quantità Q si fa in termini di numero di pezzi, unità di volume, unità di massa riferiti all unità di tempo. 3

4 Analisi del prodotto e delle quantità La curva P Q approssima un iperbole equilatera, che può essere suddivisa in 3 zone: Grandi quantità Piccole quantità Zona I: i prodotti che ricadono nella zona I sono realizzati in grande quantità, quindi favoriscono i metodi di produzione di massa attraverso linee di produzione dedicate. Zona II: i prodotti che ricadono nella zona II sono eseguiti in piccole quantità e favoriscono metodi di produzione per reparti di lavorazioni omogenee a punto fisso. 4

5 Analisi del prodotto e delle quantità L analisi del binomio Prodotto-Quantità conduce al diagramma P Q e alla suddivisione delle aree dell impianto in tre categorie caratterizzate da lay-out diversi. Zona I: lay-out per prodotto. Rispecchia la successione delle operazioni del ciclo tecnologico. Adatto per elevata produzione di poche varietà, per prodotti ad alta rotazione in linee di produzione dedicate che giustificano un alto gradi di automazione con attrezzature speciali ed elevati investimenti nei sistemi di trasporto. Q > Q Q < Q < Q Q < Q Zona II: lay-out per processo o a postazione fissa. Adatto per la piccola produzione di molte varietà, prodotti a bassa rotazione. a. Lay-out per prodotto o per reparti: le operazioni di trasformazione e di trattamento vengono eseguite in reparti caratterizzati da lavorazioni omogenee. b. Lay-out a postazione fissa: tipico per operazioni di montaggio in cui il prodotto sta fermo e gli operatori portano nelle vicinanze i componenti e le attrezzature. Zona III: lay-out di tipo misto. Adatto nel caso in cui sono presenti diverse linee e reparti produttivi o famiglie di prodotti. 5

6 Analisi del prodotto e delle quantità L area sottesa dalla curva P-Q rappresenta la produzione totale nell unità di tempo. Curva ripida Nel caso di curva ripida, si cerca di suddividere i prodotti ed i relativi lay-out per prodotto e per processo. Nel caso di curva piatta, poiché il grosso della produzione è rappresentato dall area centrale, anche se i prodotti si trovano all estremità non vengono realizzati con la massima convenienza, si può comunque raggiungere una buona efficienza globale con un lay-out su misura per la zona centrale. Curva piatta 6

7 Analisi del prodotto e delle quantità Vantaggi relativi del lay-out per prodotto (zona I), del lay-out per processo (zona II-a) e del lay-out a punto fisso (zona II-b) Lay-out per prodotto Lay-out per processo Lay-out a punto fisso 1. Minor costo totale dei trasporti di materiale 2. Minor tempo complessivo di produzione 3. Minori scorte di produzione 4. Maggiori incentivi per i vari reparti ad aumentare la produttività 5. Minore superficie di stabilimento richiesta per unità di prodotto 6. Semplificazione del controllo della produzione 1. Minore duplicazione di macchinari e minori investimenti in attrezzature fisse 2. Maggiore flessibilità di produzione 3. Controllo e supervisione più specializzati e efficaci 4. Maggiori incentivi per i singoli dipendenti ad aumentare la produttività 5. Migliore controllo di processi ad alta precisione o complessi 6. Maggiori possibilità di ovviare ad avarie del macchinario 1. Possibilità di perfezionare le capacità professionali dei dipendenti e di ottenere un ampliamento di mansione 2. Possibilità di far partecipare gli operatori alla vita del prodotto stimolandone la responsabilità 3. Grande flessibilità che consente grandi variazioni nelle caratteristiche, nelle varietà e nel volume di produzione dei prodotti 4. Minimo investimento di capitale nel lay-out Con un elevato grado di standardizzazione ed intercambiabilità delle parti, si riesce a spostare parte della produzione dalla zona II alla I, in cui è consentito un alto grado di automatizzazione ed un lay-out con linee di produzione (minore numero di ore per unità di prodotto. 7

8 Analisi del prodotto e delle quantità Situazioni a favore del lay-out per prodotto (zona I) e del lay-out per processo (zona II-a) Lay-out per prodotto Lay-out per processo 1. Lavorazione limitata ad uno o pochi prodotti standard 2. Grande volume di produzione di ciascun prodotto 3. Possibilità di attuare analisi dei tempi e dei metodi per il controllo della produttività 4. Possibilità di un buon bilanciamento della produzione (numero di pezzi nell unità di tempo simile per tutte le macchine) 5. Pochi controlli necessari durante le fasi di lavorazione 6. Pochi macchinari speciali richiesti per le lavorazioni 7. I materiali e i prodotti possono essere trasportati in modo continuo o in forti quantitativi 8. Possibilità di destinare ogni macchina o stazione di lavoro a una sola operazione 1. Produzione riguardante numerosi prodotti diversi o produzione su commessa 2. Produzione limitata per ogni singolo prodotto 3. Analisi di tempi e metodi difficile o impossibile da effettuare 4. Difficoltà ad ottenere il bilanciamento della produzione 5. Necessità di molti controlli durante le fasi di lavorazione 6. Alta proporzione di macchinari speciali o che richiedono trattamenti speciali 7. Esistenza di materiali o prodotti troppo voluminosi o pesanti per trasporti continui in grandi quantità 8. Frequente necessità di impiegare la stessa macchina per due o più operazioni diverse 8

9 Analisi del prodotto e delle quantità Esempio Si abbia un impianto industriale che produce i prodotti A, B e C aventi i seguenti cicli di lavorazione: A: taglio, fresatura, controllo, tornitura, fresatura, foratura, controllo, confezionamento; B: foratura, tornitura, fresatura, controllo, confezionamento; C: taglio, tornitura, foratura, fresatura, controllo, confezionamento. Si considerano le due soluzioni con lay-out per prodotto e per processo. 9

10 Analisi del prodotto e delle quantità Lay-out per prodotto A: taglio, fresatura, controllo, tornitura, fresatura, foratura, controllo, confezionamento; B: foratura, tornitura, fresatura, controllo, confezionamento; C: taglio, tornitura, foratura, fresatura, controllo, confezionamento. MP sega tornio 1 trapano fresa controllo immagazzinamento lavorazione A B C ispezione PF imballaggio controllo 2 tornio 2 10

11 Analisi del prodotto e delle quantità Lay-out per processo A: taglio, fresatura, controllo, tornitura, fresatura, foratura, controllo, confezionamento; B: foratura, tornitura, fresatura, controllo, confezionamento; C: taglio, tornitura, foratura, fresatura, controllo, confezionamento. MP sega tornio trapano fresa immagazzinamento A B C lavorazione ispezione PF imballaggio controllo 11

12 Considerazioni Analisi del prodotto e delle quantità Nella soluzione con lay-out per processo si hanno risparmi a livello di investimento (es. unico reparto di torneria con un solo tornio, unica sala di collaudo senza dover duplicare le attrezzature di controllo ). Nella soluzione con lay-out per prodotto sono minori i costi di trasporto interno perché i flussi di materiali non presentano ritorni tra i reparti. 12

13 Analisi del prodotto e delle quantità La procedura per realizzare l analisi P Q è composta dalle seguenti fasi: 1. compilazione del foglio dei dati sul prodotto e sulle quantità; 2. classificazione di tutti i prodotti (parti, materiali ) in gruppi che presentano somiglianze; 3. analisi dell andamento delle caratteristiche significative delle classi individuate, previsioni per il futuro ed eventuale riclassificazione; 4. assegnazione del livello di produzione (quantità da produrre annualmente o mensilmente) per ciascun prodotto in modo da tener conto della stagionalità della domanda e disposizione dei prodotti all interno di ogni gruppo in ordine decrescente rispetto alla quantità; 5. costruzione di un istogramma (o una curva continua), con P prodotti sulle ascisse e Q quantità sulle ordinate, in una scala appropriata in modo da avere i riferimenti alle quantità di ciascun prodotto; 6. studio dei dati dell istogramma al fine di verificare la suddivisione logica del mix produttivo tenendo presenti gli effetti sul lay-out. 13

14 Analisi del prodotto e delle quantità Per la fase 3 dell analisi P Q è necessario conoscere le relazioni tra P e Q con il tempo τ e quindi è necessario disporre di: - previsioni di P(τ), cioè dei cambiamenti dei prodotti P nel tempo τ in termini di paso o dimensioni, che potrebbero rendere obsoleto il lay-out migliore, con conseguenze su attrezzature e spazi necessari, sui mezzi di immagazzinamento e trasporto ; - previsioni o stime di Q τ : - a breve termine: 3-6 mesi; - a medio termine: 1-2 anni; - a lungo termine: 5-10 anni. Queste previsioni sono alla base del progetto di un uovo impianto di produzione. Lo studio del lay-out deve considerare anche possibili espansioni a lungo termine. Raccomandazioni: - non entrare troppo nei dettagli; - non considerare i dati su P e Q come immutabili ed estremamente precisi; - introdurre dei coefficienti di sicurezza. 14

15 Analisi del prodotto e delle quantità ESEMPIO DI FOGLIO DI RACCOLTA DATI P-Q (PRODUCT QUANTITY DATA SHEET) 15

16 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

17 Flusso dei materiali Per determinare il flusso di materiali bisogna conoscere il ciclo di lavorazione C. Per valutare se il ciclo di lavorazione è migliorabile, è necessario esaminare ogni fase del processo sulla base dei seguenti punti: - eliminazione: l operazione è necessaria o può essere eliminata? - combinazione: l operazione può essere combinata con altre operazioni? - cambio della sequenza, del posto di lavoro e dell operatore: è utile o necessario procedere in questo modo? - miglioramento dei dettagli. 17

18 Flusso dei materiali Con riferimento al diagramma P Q, si possono distinguere 4 situazioni: A. Per un solo prodotto è conveniente usare il foglio del processo operativo di montaggio o di lavorazione (assembly process chart or operation process). B. Per pochi prodotti o modelli (fino a 5-6) è conveniente usare il foglio del processo per più di un prodotto (multi-product process chart). C. Per molti prodotti è opportuno procedere, a seconda delle possibilità, a: 1. raggruppamenti di modelli in base alle caratteristiche fisiche; 2. raggruppamenti di modelli che hanno processi produttivi simili; 3. selezione di modelli campione rappresentativi; 4. selezione dei modelli che presentano le peggiori condizioni ai fini del lay-out. Si può applicare il metodo A o B a seconda del numero di gruppi o modelli rappresentativi determinati e selezionati. A B C D D. Per molti prodotti diversificati è conveniente usare il foglio origine-destinazione (from-to-chart). 18

19 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

20 Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Il foglio del processo operativo (operation process chart) per produzione monoprodotto fornisce una rappresentazione grafica visiva del flusso di materiali nel processo di lavorazione. Ogni materiale, lungo il suo processo, può essere sottoposto a 5 operazioni. Può essere: 1. lavorato o formato, oppure montato o smontato con altri materiali; 2. mosso e trasportato; 3. contato, controllato o ispezionato; 4. in attesa di una operazione successiva o bloccato per l aspetto del suo lotto di produzione; 5. Immagazzinato. 20

21 Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto FOGLIO DEL PROCESSO OPERATIVO 21

22 Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Il foglio del processo operativo deve indicare: - la descrizione della lavorazione (simbolo e tipo di operazione); - il numero della lavorazione, con una sequenza numerica divisa per tipologia; - tempo necessario per la realizzazione di un unità di prodotto (es. tempo/pezzo); - intensità del flusso di materiali sui tratti che collegano le stazioni operative; - eventuale necessità di eliminazione di sfridi, ritagli,. Al foglio del processo operativo corrisponde il diagramma del processo operativo o di montaggio. 22

23 Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Esempi Ciclo di lavorazione di un reparto di tranciatura lamiere. Operazione di assemblaggio di un componente meccanico. 23

24 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

25 Unità di misura del flusso dei materiali Quando i materiali sono simili e omogenei, l intensità del flusso dei materiali può essere misurata in kg o tonnellate, litri o in altre espressioni di volumi, o ancora in carichi pallettizzati. Esempi: mulino da farina, cementeria, zuccherificio tonnellate; raffinerie di petrolio barili; magazzino frigorifero di generi misti pallets. Se non esistono contenitori o unità di trasporti comuni a materiali diversi, sia per natura che per caratteristiche, la misura dell intensità del flusso risulta più difficile. In questo caso si passa al conteggio del numero di MAG (magnitudo) per ogni materiale, che misura la sua trasportabilità. Il MAG è un unità che misura l attitudine dei materiali ad essere trasportati: noto il numero di MAG di un oggetto, il suo prodotto per il numero di pezzi (all ora, al giorno, al minuto ) fornisce l intensità di flusso di quel materiale. I fattori che influiscono sulla trasportabilità di un oggetto sono: - dimensioni; - rischio di danno; - densità; - condizioni e stato fisico; - forma; - valore (costo). 25

26 Unità di misura del flusso dei materiali Definizione: 1 MAG equivale ad un pezzo di materiale che: 5 cm 1. può essere tenuto con facilità in una mano; 2. è ragionevolmente solido; 3. ha una forma compatta e si può accatastare; 4. è poco suscettibile al danneggiamento; 5. è ragionevolmente pulito, saldo e stabile. V = 150 cm 3 Le precedenti caratteristiche sono ben rappresentate da un blocco di legno secco tagliato in modo da avere le dimensioni di circa 150 cm 3. Il valore di MAG può essere espresso con la seguente formula: A 1 + 0,25 B + C + D + E + F = A con B: voluminosità ( 2 B +3) C: forma ( 3 C +4) D: rischio di danneggiamento ( 2 D +4) E: condizioni (0 E +4) Il valore F, relativo al costo, spesso non viene considerato in quanto non comporta variazioni di trasportabilità all interno di uno stabilimento industriale, oppure si stabilisce una scala numerica per affidare anche ad F un valore correttivo. 26

27 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

28 Foglio del processo operativo per più di un prodotto Per pochi prodotti (5-6) è conveniente utilizzare un unico foglio multiprodotto (Multi-Product Process Chart). Sul lato sinistro vengono elencate le operazioni, mentre sul lato superiore sono elencati i prodotti (o i modelli). Esempio L obiettivo del lay-out è quello di avere un flusso progressivo (prodotti A, B e D) con un minimo di ritorni (C e E), disponendo vicine le operazioni legate tra loro da una grande intensità di flusso. 28

29 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

30 Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Se il numero di prodotti è elevato (da 30 in su), il foglio multiprodotto diventa complesso e illeggibile. Si procede allora: - al raggruppamento dei prodotti Raggruppamenti di modelli simili 1. In base alle caratteristiche fisiche (forma, dimensioni, ) 2. In base al processo produttivo e poi si applicano i metodi A o B (foglio del processo operativo o multiprodotto) ottenendo il group production lay-out. - Alla selezione dei prodotti Selezione 3. Di modelli rappresentativi o di interi gruppi 4. Di modelli con le condizioni peggiori (peso, dimensioni, fragilità, pericolosità, costo, ) Si applicano ancora i metodi A o B a seconda del numero di modelli selezionati. 30

31 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

32 Foglio origine-destinazione Conviene utilizzare il foglio origine-destinazione (From-to-Chart), quando il numero di prodotti o materiali diventa molto elevato. Esempio Si riprende l esempio utilizzato per il foglio del processo multiprodotto e si compila la matrice che costituisce il foglio originedestinazione. Da a 1. Tranciatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura 4. Punzonatura 5. Piegatura 1. Tranciatura ABC E 2. Dentellatura BD AC 3. Tracciatura BDE 4. Punzonatura CE A 5. Piegatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura BD La casella indica che i prodotti B e D passano dalla dentellatura alla tracciatura. 32

33 Indicando con n i il numero di prodotti/anno del tipo i e A i il valore in MAG di quel prodotto, si definisce l intensità totale del flusso x: Da a 1. Tranciatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura 4. Punzonatura 5. Piegatura 1. Tranciatura ABC E 2. Dentellatura BD AC 3. Tracciatura BDE x = 4. Punzonatura CE A i=k 1,k 2, n i A i con k uguale ai prodotti presenti all interno di una stessa casella del from-to-chart. Nell esempio precedente: Foglio origine-destinazione 5. Piegatura 2. Dentellatura 3. Tracciatura BD x = i=b,d n i A i Le caselle sopra la diagonale rappresentano spostamenti dei prodotti verso il completamento (verso l ultima operazione necessaria). Le caselle sotto la diagonale rappresentano i flussi di ritorno. 33

34 Foglio origine-destinazione FROM-TO-CHART 34

35 Foglio origine-destinazione Quando il foglio origine-destinazione fornisce anche i valori di distanza tra i centri di lavorazione, viene chiamato foglio degli itinerari o dei percorsi. Al foglio origine- destinazione corrisponde il diagramma dei flussi dei materiali. Esempio: le cifre rappresentano i flussi in MAG/unità di tempo. 35

36 AGENDA Studio del progetto sistematico del lay-out generale Analisi del prodotto e delle quantità Flusso dei materiali Foglio del processo operativo per produzione monoprodotto Unità di misura del flusso dei materiali Foglio del processo operativo per più di un prodotto Raggruppamenti o selezioni per molti prodotti Foglio origine-destinazione Group Technology

37 Group Technology L attuale mercato prevede una riduzione dei volumi di produzione del singolo prodotto a fronte di un ampliamento del mix produttivo per la richiesta crescente di prodotti sempre più personalizzati. Ciò costringe diverse aziende a lavorare nella zona 3 del diagramma P-Q, relativa alla fabbricazione di molti modelli in quantità modeste/anno. La soluzione a del lay-out misto, complica l organizzazione e la gestione, per cui si cerca di ricorrere alla tecnologia e all automazione industriale con introduzione di linee flessibili di fabbricazione (FMS) o assemblaggio (FAS), ciascuna dedicata ad una famiglia di prodotti. Strategia incisiva sui costi e sullo snellimento del processo produttivo è quella della razionalizzazione di: - progetto; - ciclo tecnologico; - processo di fabbricazione e del lay-out dei mezzi di produzione. 37

38 Impianti Industriali Prof. Ing. Augusto Bianchini Forlì, 3 aprile 2017 DIN Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Bologna