Introduzione ai sistemi produttivi
Definizioni
Caratteristiche dei sistemi produttivi
Classificazione dei sistemi produttivi
• Modello di classificazione a tre assi
• Classificazione secondo il livello di automazione
• Classificazione strutturale dei processi produttivi
Rappresentazione dei sistemi produttivi
Analisi dei sistemi produttivi
Definizioni
Le Operations
Le “Operations” sono quella parte del sistema
aziendale che fornisce prodotti e servizi
utilizzando determinate risorse, e che
comprende,
accanto
alle
attività
più
specificamente di trasformazione, quelle di
acquisizione e gestione dei materiali, di
distribuzione del prodotto, di organizzazione e di
controllo delle attività produttive e logistiche.
Definizioni
Il Sistema Produttivo
Il Sistema Produttivo propriamente detto è
quella parte delle Operations di una azienda
comprendente le attività di trasformazione del
prodotto.
Definizioni
Il Processo Produttivo
Per processo produttivo s’intende il procedimento attraverso il
quale avviene la trasformazione di materiali in prodotti (beni
economici). Tale procedimento avviene all'interno di un
impianto industriale grazie a scambi d’energia, materia ed
informazioni,
che
comportano
cambiamenti
nelle
caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali stessi.
La trasformazione avviene per effetto della disponibilità di
determinati fattori (o mezzi produttivi):
• Materiali
• Addetti
• Attrezzature
• Energia
Definizioni
Fasi del processo produttivo e stati del materiale
Il processo produttivo, in genere, si articola secondo le
seguenti fasi:
• Acquisizione delle risorse produttive
• Trasformazione
• Distribuzione
La fase di trasformazione permette di identificare 3 stati
dei materiali in corso di trasformazione:
• Conversione (trasformazione nella "materia")
• Trasporto (trasformazione nello "spazio")
• Attesa (trasformazione nel "tempo")
Definizioni
Tempi di attesa
• malfunzionamenti (guasti o errata
programmazione della produzione dovuta ad
aspetti di gestione del sistema produttivo)
• pause previste dal calendario lavorativo
• aspetti tecnici tra cui:
– attrezzaggi
– capacità produttiva inferiore alla domanda
– dimensioni dei lotti
Definizioni
Distinta Base (Bill of Materials)
Per distinta base s’intende l’elenco di tutte le
materie prime e parti componenti necessarie
alla fabbricazione e/o montaggio del prodotto
finito.
Una prima classificazione può essere in base alla
complessità del prodotto finito:
• distinta base monolivello
• distinta base a più livelli
Definizioni
Distinta Base (Bill of Materials)
Esempio di distinta base a più livelli.
Autovettura
Telaio
Trasmissione
Cambio
…
Motore
Sedili
posteriori
Interni
Sedili
anteriori
Caratteristiche generali dei processi
produttivi
Tecnologiche:
• tipo di trasformazione ralizzata
• grado di vincolo sui processi e sui materiali
• rilevanza dei parametri di prodotto/processo
• morfologia del processo (analitico/sintetico)
Gestionali:
• rapporto tempo di attraversamento/tempo di ciclo
• grado di complessità strutturale del prodotto
• tipo di macchinari coinvolti
Struttura dei costi:
• rilevanza del costo del capitale
• rilevanza del costo del lavoro
• rilevanza dei costi gestionali/amministrativi
• rilevanza dei costi logistici
Classificazione dei sistemi produttivi
• Secondo la modalità di realizzazione del
prodotto
• Secondo la modalità di risposta alla domanda
• Secondo la modalità di realizzazione del
volume di produzione
Modalità di realizzazione del prodotto
Questa dimensione è attinente alle caratteristiche
intrinseche del prodotto e del processo produttivo
necessario a realizzarlo.
Si distinguono produzioni:
• Per processo, o primarie, con realizzazione di
operazioni di fabbricazione
• Per parti, o manifatturiere, con realizzazione di
operazioni di fabbricazione e/o montaggio.
Generalmente prodotti realizzati per processo sono
quasi sempre prodotti semplici mentre prodotti
complessi si realizzano mediante assemblaggi.
Modalità di realizzazione del prodotto
Produzioni per processo
Caratteristiche tecnologiche:
• Presenza di trasformazioni chimico-fisiche irreversibili dei componenti.
• Ciclo tecnologico obbligato e a flusso.
• Elevata rilevanza dei parametri tecnologici di processo e di prodotto.
• Processi di tipo analitico o sintetico.
Caratteristiche gestionali:
• Scarsa rilevanza dei parametri gestionali, quali appuntamenti produttivi, o tempi di
attraversamento.
Struttura dei costi:
• Elevata rilevanza del capitale fisso, scarsa rilevanza del lavoro (uguale livello di
affidabilità per ogni elemento del processo; gli elementi sono tutti in serie).
Esempi:
• Cartario (carta, cartone, ...)
• Tessile (filatura, tessitura, tinture...)
• Chimico (gomma, plastiche, pigmenti, idrocarburi, farmaceutico...)
• Metallurgico (acciaio e altri metalli)
Modalità di realizzazione del prodotto
Fabbricazione per parti
Caratteristiche tecnologiche:
• Presenza di trasformazioni fisiche e morfologiche irreversibili delle materie prime e dei
componenti.
• Ciclo tecnologico non obbligato e discreto, con livelli di flessibilità assai differenziati.
• Non eccessiva rilevanza dei parametri tecnologici di processo; rilevanza dei parametri tecnologici di
prodotto.
• Processi di tipo solitamente analitico.
Caratteristiche gestionali:
• Crescente rilevanza dei parametri gestionali (tempi di attraversamento, ritardi, appuntamenti, ...)
• Presenza di risorse di produzione multiple (operatori, macchinari, utensili, programmi, ...).
Struttura dei costi:
• Rilevanza del capitale fisso e del lavoro assai variabile, in funzione del livello di automazione e della
specializzazione del macchinario.
Esempi:
• Lavorazioni meccaniche (tornitura, fresatura, ...)
• Stampaggi (plastica, metalli, pressofusione, ...)
Modalità di realizzazione del prodotto
Assemblaggi
Caratteristiche tecnologiche:
• Presenza di giustapposizione di componenti a formare assiemi, gruppi e prodotti finiti. Tale
giustapposizione è reversibile.
• Ciclo tecnologico libero e discreto, con livelli di flessibilità assai differenziati.
• Scarsa rilevanza dei parametri tecnologici di processo; rilevanza dei parametri tecnologici di
prodotto.
• Processi di tipo sintetico.
Caratteristiche gestionali:
• Grande rilevanza dei parametri gestionali (tempi di attraversamento, ritardi, appuntamenti, ...)
Struttura dei costi:
• Rilevanza del capitale fisso tendenzialmente bassa, comunque variabile in funzione del livello di
automazione e della specializzazione del macchinario.
• Prevalenza di operazioni manuali e dunque rilevanza della manodopera tendenzialmente elevata.
Esempi:
• Veicolistico (Auto, moto autocarri, treni, ...)
• Elettrotecnico (Elettrodomestici, motori elettrici, elettronica di consumo, elaboratori ...)
Modalità di risposta alla domanda
Si distinguono le seguenti modalità:
• Produzione per il magazzino
• Produzione per commessa:
– Ripetitiva
– Singola
Modalità di risposta alla domanda
Indice di programmazione
L’indice di programmazione (Ip) è definito come il rapporto tra il
massimo tempo di risposta concesso dal mercato ed il tempo
necessario per realizzare gli ordini, detto lead-time.
Tale parametro dipende dal grado di ripetitività della domanda e dal
livello di standardizzazione/specializzazione del prodotto.
La scelta della modalità di risposta alla domanda deve essere
pertinente con il valore assunto dall’indice di programmazione, nei
seguenti termini:
• Se Ip è maggiore o uguale a uno il cliente concede all’azienda più
tempo di quello strettamente necessario per produrre, quindi
l’azienda può funzionare su commessa.
• Se Ip è minore di uno l’azienda deve rispondere alla domanda in un
tempo minore a quello necessario, e di conseguenza deve
funzionare su previsione.
Modalità di risposta alla domanda
Produzione per il magazzino
Caratteristiche:
• Il lead time di produzione è superiore al tempo di risposta consentito dal
mercato e dunque l’indice di programmazione è minore di 1.
• Pertanto è necessario realizzare la produzione prima dell'arrivo degli
ordini cliente, su previsione.
• Tale condizione si verifica per prodotti standard, poco o per niente
diversificati e con volumi di domanda elevati e regolari.
• Il cliente viene servito dal pronto, attingendo al magazzino prodotti finiti.
Esempi:
• Beni di largo consumo (detersivo, biscotti, …)
• Telefoni cellulari
• Televisori
• Abiti “pret-a-porter”
Modalità di risposta alla domanda
Produzione per commessa
Il lead time di produzione è minore o uguale al tempo di
risposta consentito dal mercato e dunque l’indice di
programmazione è maggiore o uguale a 1.
Pertanto, la produzione può essere avviata dopo l’arrivo
dell’ordine da parte del cliente.
Tale condizione si verifica per prodotti personalizzati e a
scarsa prevedibilità.
Si distinguono le seguenti modalità:
• Produzione su Commessa Ripetitiva
• Produzione su Commessa Singola
Modalità di risposta alla domanda
Produzione su commessa ripetitiva
Caratteristiche:
• La gamma è ampia e il prodotto fortemente differenziato.
• il consumo del prodotto è ripetitivo e pertanto le sue
caratteristiche tecniche sono note a priori (produzione a
catalogo).
• Dopo l’ordine cliente possono iniziare subito le operazioni
produttive.
Esempi:
• macchine utensili
• locomotori
• centrali telefoniche
• grandi elaboratori
Produzione su commessa singola
Caratteristiche:
• La gamma di prodotti realizzabili è virtualmente infinita e comunque non è
definita a priori.
• Non è ravvisabile nessuna ripetitività nel consumo dei prodotti.
• Il prodotto è definito completamente solo all'atto dell'emissione
dell'ordine cliente (produzione su specifica).
• Dopo l'emissione di un ordine cliente hanno luogo le attività produttive
ma anche quelle tecniche di progettazione ed ingegnerizzazione di
prodotto-processo.
Esempi
• navi
• abiti su misura
• edifici
• impianti industriali
Modalità di realizzazione del volume di
produzione
Ha a che vedere con la quantità che viene realizzata ogni volta
che si procede alla realizzazione di un ordine di produzione.
A sua volta, tale modalità dipende dalle caratteristiche
tecniche dell’impianto, dalla ripetitività del consumo dei beni
prodotti e da considerazioni di carattere tecnico-economico.
Si distinguono le seguenti modalità.
• produzione unitaria (one of a kind production):
esattamente la quantità richiesta dal cliente;
• produzione intermittente (lottizzata): la dimensione del
lotto di produzione non dipende dal quantitativo richiesto
dal cliente, ma viene determinata sulla base di;
• produzione continua.
Modalità di realizzazione del volume …
Produzione unitaria
Caratteristiche:
• Il consumo del bene prodotto non è ripetitiva o comunque non è
possibile prevederne ulteriori fabbisogni.
• Non sussistono costi significativi connessi al cambio produzione.
• La quantità da realizzare non è vincolata dalle caratteristiche
tecnologiche del processo.
• Pertanto, si realizza sempre l'esatta quantità di prodotto richiesta
dal cliente.
Esempi:
• abito su misura
• navi
• impianto industriale
Modalità di realizzazione del volume …
Produzione intermittente (a lotti)
Caratteristiche:
• Tra un lotto e l'altro hanno luogo operazioni di attrezzaggio, atte a riconfigurare i
mezzi di produzione, adattandoli al nuovo articolo processato. Tali operazioni
comportano un tempo e costo non trascurabile.
• I mezzi di produzione presentano caratteristiche intrinseche tali da delimitare la
quantità di prodotto lavorabile (batch).
• Esiste una qualche ripetitività nel consumo dei beni prodotti.
• La quantità messa in produzione è vincolata. Pertanto, può essere messa in
produzione una quantità maggiore di quella richiesta dal cliente.
• La quantità residua rispetto all’ordine cliente viene messa a magazzino e servirà a
coprire ordini futuri.
Esempi:
• Stampaggi in generale;
• Produzioni con colori (pigmenti, vernici, gomma, plastica, ..)
• Tessitura
• Lavorazioni meccaniche con utensile
Modalità di realizzazione del volume …
Produzione continua
Caratteristiche:
• La produzione è di tipo monoprodotto, cioè c’è una corrispondenza
biunivoca tra prodotto e sistema di produzione.
• La produzione viene realizzata senza interruzioni, ammettendo al più
variazioni di cadenza produttiva.
• Ogni variazione di cadenza produttiva corrisponde ad una perdita di
efficienza dovuta a cause tecniche (processo) oppure gestionali
(assemblaggio).
Esempi:
• assemblaggio automobili
• riempimento acqua minerale
• fonderie
• segherie
• continue carta
Legame tra modalità di risposta alla
domanda e di realizzazione del volume
Produzione
unitaria
Produzione per
il magazzino
Commessa
ripetitiva
Commessa
singola
Produzione a
lotti
Produzione
continua
Legame tra modalità di realizzazione
del prodotto e del volume
Produzione
unitaria
Produzione per
processo
Fabbricazione
per parti
Assemblaggio
Produzione a
lotti
Produzione
continua
Legame tra modalità di risposta alla
domanda e realizzazione del prodotto
Produzione per
processo
Produzione per
il magazzino
Commessa
ripetitiva
Commessa
singola
Fabbricazione
per parti
Assemblaggio
Livello di automazione
definizioni
Meccanizzazione
• Utilizzo di macchine per la sostituzione del contenuto energetico del
lavoro umano, con l'obiettivo di ottenere una maggiore efficienza
statica(riuscire ad ottenere più unità di output a pari unità di input = ore
lavorate) del sistema di produzione.
• treno di laminazione
• tornio
• telaio meccanico
Automazione
• Utilizzo di macchine per la sostituzione del contenuto logico ed
informativo del lavoro umano, con l'obiettivo di ottenere una maggiore
efficienza dinamica (capacità di mantenere un elevato rapporto di
Output/Input pur sotto elevata dinamicità dell’ambiente esterno) del
sistema di produzione.
• macchina utensile controllata da calcolatore
• robot industriale
Livelli di automazione
Automazione rigida (Anni 50’/60 )
• Implementazione di logiche di controllo locale ripetitivo e non reattivo (anche
meccanico). Es:
• controllo numerico in logica cablata
• controllo di processo con sonde ad anello aperto
Automazione flessibile (Anni 70’ )
• Si ha la chiusura dell’anello di controllo di processo
• Realizzazione di logiche di controllo locale riconfigurabili. Es:
• controllo numerico NC e CNC
• controllo di processo con PLC
Automazione integrata
• Realizzazione di logiche di controllo globale attraverso il collegamento informativo
delle singole logiche locali. Es:
• FMS - celle flessibili
• CIM
• CAD/CAM
Classificazione strutturale dei sistemi
produttivi
Sulla base della caratteristiche
precedenza, si sono sviluppate
strutture di sistema produttivo.
viste in
differenti
Sistemi
produttivi
fabbricazione
Job Shop
Celle di
fabbricazione
Assemblaggio
Flow Shop
A posto fisso
A isola
A
trasferimento
Fisso (a
cadenza)
Continuo
Non vincolato
Fabbricazione
Produzione per reparti (Job Shop)
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•
•
•
Le risorse di produzione sono disposte per processo, cioè disponendo vicine tra
loro le macchine che realizzano tecnologie analoghe (affinità tecnologica di
processo).
Ogni prodotto ha un proprio ciclo tecnologico (routing) che prevede il passaggio su
alcune macchine.
Sono presenti spesso cicli alternativi.
I flussi sono estremamente intrecciati.
I macchinari e gli utensili sono tipicamente non specializzati e si adattano quindi
alla realizzazione di un gran numero di lavorazioni diverse.
L’enfasi è sulla capacità tecnologica (capability), intesa come capacità di realizzare
differenti tipi di articoli, piuttosto che sulla capacità produttiva (capacity),
misurabile in termini di unità di prodotto per intervallo di tempo.
I prodotti spendono gran parte del loro tempo in attese o code.
La manodopera è spesso la risorsa critica (limitata).
Situazioni nelle quali vi siano dei colli di bottiglia e, contemporaneamente, dei
reparti o dei centri di lavoro insaturi, sono frequenti.
Fabbricazione
Produzione per celle
• Disposizione delle risorse di produzione per famiglie omogenee di
prodotti (affinità tecnologica di prodotto).
• Assenza di flussi tra celle diverse: ogni cella può essere considerata
come un sottosistema produttivo a sè stante.
• Assenza o limitata presenza di cicli alternativi.
• Flussi produttivi abbastanza lineari all’interno di ciascuna cella.
• I macchinari e gli utensili entro ciascuna cella tendono a
specializzarsi rispetto ai prodotti realizzati.
• Possibilità di forme organizzative avanzate (gruppi di lavoro, circoli
qualità, ...)
• Il singolo lavoratore vede tutto il processo su una singola classe di
prodotto con conseguente maggiore motivazione e maggiore
coinvolgimento del personale
Fabbricazione
Produzione in linea (Flow Shop)
• Disposizione delle risorse di produzione per prodotto
(affinità merceologica).
• Cicli tecnologici uguali tra loro o al più molto simili.
• Assenza di cicli alternativi.
• Flussi produttivi estremamente lineari.
• Macchinari ed utensili ad elevata specializzazione
rispetto ai prodotti realizzati.
• Buona definizione della capacità produttiva.
• Limitata gamma di capacità tecnologica.
• Limitato tempo trascorso in coda.
• La capacità tecnica è spesso la risorsa critica.
Fabbricazione
Confronto tra Job Shop e Flow Shop
JOB SHOP
Pro
Contro
FLOW SHOP
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Assemblaggi
• A posto fisso: i pezzi da montare arrivano tutti nello
stesso posto; generalmente viene fatto per pezzi
difficili da spostare
• Montaggio in isola
• In linea (oppure a trasferimento)
– Linee a ritmo non imposto (sequenziale; stellare): esiste
una maggiore flessibilità con una bafferizzazione tra una
stazione e l’altra affinchè non si verifichino fermi linea;
– linee a ritmo imposto (cadenza; trasferimento continuo): la
linea ha una cadenza regolare ed esiste un tempo
prefissato per ogni operazione di montaggio
Assemblaggi
Confronto tra linea e posto fisso
LINEA DI ASSEMBLAGGIO
Pro
Contro
ASSEMBLAGGIO A POSTO
FISSO
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Rappresentazione dei sistemi produttivi
Il diagramma tecnologico
Strumento utile per la rappresentazione dell'aspetto di
trasformazione di un processo produttivo.
• di tipo qualitativo (per indicare i legami tra le
lavorazioni)
• di tipo quantitativo (per indicare i flussi di materiali,
servizi, valori di parametri tecnologici, ecc.)
• per prodotto
• per processo
Permette di classificare i processi in:
• sequenziali (es. lavorazioni meccaniche)
• analitici (es. raffinazione del petrolio)
• sintetici (es. assemblaggi)
Rappresentazione dei sistemi produttivi
Simbologia ASME
Per rappresentare il diagramma tecnologico di
un processo produttivo, si utilizza normalmente
la simbologia ASME:
Attività di trasformazione
Ispezione
Magazzino
Attesa
Trasporto
Attività combinata
Analisi dei sistemi produttivi
L’analisi dei sistemi produttivi può essere compiuta
identificandone le caratteristiche distintive, che
possono essere riconosciute nei seguenti aspetti:
• Prodotto
• Processo e Impianto
• Materiali
• Pianificazione della produzione
• Manodopera e organizzazione
Analisi dei sistemi produttivi
Prodotto
•
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Ampiezza di gamma
Specificità
Modularità
Standardizzazione
Durata complessiva del ciclo di vita
Posizione attuale nel ciclo di vita
Analisi dei sistemi produttivi
Processo e impianto
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Dimensioni dell'impianto
Economie di scala
Grado di specializzazione
Interconnessione tra le fasi del processo produttivo
Tempo di attraversamento
Saturazione dell'impianto
Misura della capacità produttiva e sua importanza
Impatto di affidabilità e manutenzione
Importanza del bilanciamento dei carichi
Influenza dei colli di bottiglia
Analisi dei sistemi produttivi
Colli di bottiglia statici e dinamici
I colli di bottiglia si distinguono in statici e dinamici:
• Si ha un collo di bottiglia statico quando la limitata capacità
produttiva di una stazione di lavoro obbliga
sistematicamente tutte le altre stazioni a lavorare ad un
ritmo produttivo ridotto. L’eliminazione del collo di
bottiglia, per mezzo di un potenziamento della stazione
critica potrebbe risultare economicamente conveniente.
• Nel caso in cui, invece, la stazione di lavoro con capacità
produttiva insufficiente cambiasse a seconda del mix
produttivo considerato, il collo di bottiglia si direbbe
dinamico. Per eliminare un collo di bottiglia dinamico,
quindi, il potenziamento di una stazione non è sufficiente.
Analisi dei sistemi produttivi
Colli di bottiglia statici e dinamici
Esempio: linea di fabbricazione di pistoni composta quattro
stazioni:
Tornio->Fresa->Foratrice->Rettificatrice
Si supponga di dover produrre i seguenti mix di prodotti
• MIX 1: A=10; B=20; C=15
• MIX 2: A=20; B=5; C=10
Dati relativi ai 3 prodotti realizzati su questa linea:
Prodotto
Tempo
Tornitura
Tempo
Fresatura
Tempo
Foratura
Tempo
Rettifica
A
10’
5’
8’
7’
B
3’
6’
4’
10’
C
6’
4’
5’
4’
Analisi dei sistemi produttivi
Materiali
• Prevedibilità dei fabbisogni
• Stabilità di struttura
• Entità e posizionamento delle scorte:
– Scorte di materie prime
– Scorte di semilavorati
– Scorte di prodotti finiti
•
•
•
•
Deperibilità dei materiali
Proprietà delle scorte
Possibilità di collaborazione con i clienti
Possibilità di collaborazione con i fornitori
Analisi dei sistemi produttivi
Pianificazione della produzione
• Complessità e rilevanza della pianificazione a mediolungo termine
• Complessità e rilevanza della programmazione a breve
termine
• Complessità e rilevanza del controllo di avanzamento in
tempo reale
• Criticità ed affidabilità delle previsioni
• Lunghezza dell'orizzonte previsionale
• Fabbisogni informativi
• Modalità di assorbimento delle variazioni della
domanda
Analisi dei sistemi produttivi
Manodopera e organizzazione
•
•
•
•
Contenuto di lavoro per unità di prodotto
Livello di qualificazione richiesta
Grado di polivalenza richiesta
MdO indiretta/MdO totale