Introduzione ai sistemi produttivi

DefinizioniCaratteristiche dei sistemi produttiviClassificazione dei sistemi produttivi• Modello di classificazione a tre assi• Classificazione secondo il livello di automazione• Classificazione strutturale dei processi produttiviRappresentazione dei sistemi produttiviAnalisi dei sistemi produttivi

DefinizioniLe 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.

DefinizioniIl Sistema Produttivo

Il Sistema Produttivo propriamente detto è quella parte delle Operations di una azienda comprendente le attività di trasformazione del prodotto.

DefinizioniIl 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

DefinizioniFasi 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")

DefinizioniTempi 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

DefinizioniDistinta 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

DefinizioniDistinta Base (Bill of Materials)

Esempio di distinta base a più livelli.

Autovettura

Telaio Trasmissione

Cambio

…

Motore Interni

Sedili anteriori

Sedili posteriori

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 coinvoltiStruttura 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 prodottoProduzioni 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 prodottoFabbricazione 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 prodottoAssemblaggi

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 domandaIndice 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 domandaProduzione 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 domandaProduzione 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 domandaProduzione 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 singolaCaratteristiche:• 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 a lotti

Produzione continua

Produzione per il magazzino

Commessa ripetitiva

Commessa singola

Legame tra modalità di realizzazione del prodotto e del volume

Produzione unitaria

Produzione a lotti

Produzione continua

Produzione per processo

Fabbricazione per parti

Assemblaggio

Legame tra modalità di risposta alla domanda e realizzazione del prodotto

Produzione per processo

Fabbricazione per parti Assemblaggio

Produzione per il magazzino

Commessa ripetitiva

Commessa singola

Livello di automazionedefinizioni

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 meccanicoAutomazione• 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 automazioneAutomazione 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 apertoAutomazione 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 PLCAutomazione 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 viste in precedenza, si sono sviluppate differenti strutture di sistema produttivo.

Sistemi produttivi

fabbricazione

Job Shop Celle di fabbricazione Flow Shop

Assemblaggio

A posto fisso A isola A trasferimento

Fisso (a cadenza) Continuo Non vincolato

FabbricazioneProduzione per reparti (Job Shop)

• 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.

FabbricazioneProduzione 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

FabbricazioneProduzione 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.

FabbricazioneConfronto tra Job Shop e Flow Shop

JOB SHOP FLOW SHOP

Pro

• …• …• …• …• …

• …• …• …• …• …

Contro

• …• …• …• …• …

• …• …• …• …• …

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

AssemblaggiConfronto tra linea e posto fisso

LINEA DI ASSEMBLAGGIO ASSEMBLAGGIO A POSTO FISSO

Pro

• …• …• …• …• …

• …• …• …• …• …

Contro

• …• …• …• …• …

• …• …• …• …• …

Rappresentazione dei sistemi produttiviIl 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 processoPermette di classificare i processi in:• sequenziali (es. lavorazioni meccaniche)• analitici (es. raffinazione del petrolio)• sintetici (es. assemblaggi)

Rappresentazione dei sistemi produttiviSimbologia 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 produttiviProdotto

• Ampiezza di gamma• Specificità• Modularità• Standardizzazione• Durata complessiva del ciclo di vita• Posizione attuale nel ciclo di vita

Analisi dei sistemi produttiviProcesso e impianto

• 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 produttiviColli 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 produttiviColli di bottiglia statici e dinamici

Esempio: linea di fabbricazione di pistoni composta quattro stazioni:

Tornio->Fresa->Foratrice->RettificatriceSi supponga di dover produrre i seguenti mix di prodotti• MIX 1: A=10; B=20; C=15• MIX 2: A=20; B=5; C=10Dati relativi ai 3 prodotti realizzati su questa linea:

Analisi dei sistemi produttiviMateriali

• 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 produttiviPianificazione della produzione

• Complessità e rilevanza della pianificazione a medio-lungo 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 produttiviManodopera e organizzazione

• Contenuto di lavoro per unità di prodotto• Livello di qualificazione richiesta• Grado di polivalenza richiesta• MdO indiretta/MdO totale