Capitolo IX_1

Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2

CAPITOLO IX

IL LAYOUT DI UN IMPIANTO INDUSTRIALE9.1 Premessa

Nel XV secolo, i responsabili della produzione allarsenale di Venezia si erano gi resi conto dellimportanza del layout.Entrando dal cancello si incontra un braccio di mare delimitato da entrambi lati da unampia strada. Da entrambe le parti si aprono le finestre degli edifici dellarsenale. Quando una galea esce trainata da un battello, dalle finestre vengono calati il sartiame, il pane, gli uomini, i proiettili ed i mortai, insomma tutto ci che serve. Una volta raggiunta la fine della strada, lintero equipaggio si trova a bordo insieme ai remi e la nave equipaggiata da cima a fondo. In questo modo tra le ore sei e le ore nove poterono uscire dieci galee perfettamente armate. Non so descrivere quello che vidi sul posto, sia dal punto di vista della costruzione sia da quello della gestione dei lavoratori, e non credo che ci sia niente di pi sofisticato al mondo.

Il brano precedente una testimonianza di come larsenale di Venezia avesse un layout per linea d prodotto. In questa sezione esamineremo i layout di base e le loro caratteristiche.

9.2

Definizione di layout

doveroso innanzitutto definire cosa si intende per layout, termine anglosassone, che come molti altri in materia di organizzazione aziendale, si ritrova ormai non tradotto anche nella nostra letteratura. Il B.I.T. (Bureau Internazional du Travail) afferma che: per layout di una fabbrica, di uno stabilimento, di unarea di lavoro, si intende la dislocazione dei reparti o delle officine, nellambito della fabbrica e delle macchine, dei posti di lavoro o dei depositi, nelle aree lavorative, inclusi, ove sia il caso gli uffici ed i servizi aziendali relativi. Lo studio del layout di ununit operativa consiste pertanto nellarmonizzare attraverso lanalisi di un certo insieme di dati, la disposizione di superfici, attrezzature, materiali, uomini, servizi, in modo da realizzare la massima produttivit.206 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


In questo ordine di idee il termine layout pu essere considerato sinonimo di organizzazione della superficie, disposizione planimetrica o meglio ancora di disposizione planovolumetrica di una unit produttiva. Lo studio del layout pu quindi essere inteso come la ricerca della pianificazione ed integrazione dei vari componenti che intervengono nella produzione. Si cerca, cio, di fissare le relazioni pi funzionali ed economiche fra gli uomini, le apparecchiature, le varie installazioni e soprattutto di definire, nel modo migliore, i vari flussi dei materiali e le attivit dei mezzi produttivi dal ricevimento delle materie prime, attraverso le varie fasi della lavorazione, fino allimmagazzinamento dei prodotti finiti.

9.3

Modalit di produzione

Ciascun tipo di layout presenta caratteristiche che sono strettamente connesse alla modalit di produzione dellimpianto e alla tipologia di prodotto realizzato. La figura 9.1 evidenzia tre modalit fondamentali di produzione: i fattori determinanti sono le dimensioni dei prodotti ed il volume di produzione.Dimensione del prodotto

Progetto Continua o Ripetitiva Ibrido

Job

Volume produttivo Fig. 9.1: Tipologie produttive al variare del volume di produzione e della dimensione del prodotto

I progetti, sono opere uniche e di ampio respiro. Un gruppo impiega di solito mesi o anni per completare un singolo progetto che, se molto complesso, si pu dividere in

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sottoprogetti. Loutput di un progetto definito unit. Ogni progetto simile che pu eventualmente seguire, un progetto a s stante 1 . Per job (produzione unitaria) si intende unattivit svolta su piccola scala con output contenuto (imbiancatura di una stanza o esecuzione di unoperazione chirurgica). La produzione di tipo job pu avere output unico, come il progetto, sebbene spesso produca un volume ridotto di unit simili 2 . Quando il volume produttivo molto elevato, come nel caso della maggior parte dei beni di largo consumo, si ricorre alla produzione continua o ripetitiva. Le produzioni continue e ripetitive sono entrambe caratterizzate da una variet limitata di articoli sebbene sussistano fra loro differenze significative. Loutput della produzione ripetitiva costituito da unit discrete (interruttori automatici, dischetti per computer, elaborazione di moduli di denuncia alle assicurazioni): in questo tipo di sistema i prodotti possono essere smontati e rimontati, perch i componenti non perdono la loro individualit e, dunque, sono sempre riconoscibili allinterno del prodotto; loutput di una produzione continua, invece, non pu essere considerato ununit discreta, ma qualcosa che scorre o, addirittura, che fluisce (come nel caso dei prodotti petroliferi di una raffineria o dellenergia elettrica prodotta da una centrale), quindi il prodotto non pu essere scomposto a ritroso, poich i componenti originari non sono pi distinguibili o hanno cambiato natura chimico-fisica . Le due aree di intersezione nella Fig. 9.1 indicano produzioni ibride. Larea pi in alto rappresenta il caso speciale di un progetto di ampio respiro costituito da pi unit praticamente identiche, probabilmente prodotte nello stesso posto (un ordine dellesercito per 12 cacciatorpediniere di riserva). La regione inferiore di sovrapposizione rappresenta il caso di job ordinati in quantit elevate (un centro di saldatura che debba evadere un ordine di 500 saldature identiche). Nel settore manifatturiero si incontra cos frequentemente la produzione di articoli diversi, ognuno in quantit anche elevata, che si resa necessaria una ulteriore modalit produttiva, quella della produzione discontinua (produzione a batch). Ogni modalit di produzione ha obiettivi diversi.1

Ad esempio, una serie di stazioni per il controllo dei veicoli aerei sparse nel mondo richiede probabilmente strutture quasi identiche (antenne, sistemi di comunicazione, ecc), ma ogni luogo diverso: clima, terreno, politiche nazionali, norme edilizie ed altre variabili rendono la costruzione di ogni stazione unica. 2 Ad esempio, si pu parlare di job quando si installano due reti per le porte di un campo da calcio o si verniciano otto sedie di salotto identiche. 208 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


9.4

Obiettivi

possibile differenziare le modalit di produzione per tre aspetti: tipologia del processo, volume produttivo e variet/flessibilit. La Tab. 9.1 mostra come le diverse combinazioni dei tre aspetti diano vita a cinque aree caratteristiche, diverse per concezione ed obiettivi.Tipologia di processo Volume produttivo Variet/flessibilit 1. Progetto Funzionale Singolo art. Massima Costruzioni, Cantieristica Funzionale Basso Elevata Mista Medio Media Per prodotto Alto Bassa Per prodotto Altissimo Minima

2. Job

Costruzione stampi, Servizi di assistenza e riparazione Servizi di tipografia, Cementifici Assemblaggio automobili, Iscrizioni scolastiche Acciaierie, Lavanderie 24 su 24

3.

Batch

4.

Produzione ripetitiva Produzione in continuo

5.

Tab. 9.1: Modalit di produzione ed obiettivi caratteristici

Pi in dettaglio abbiamo: 1. Progetto. Le costruzioni edili, la cantieristica, linstallazione di reti informatiche e le attivit di ricerca e sviluppo (R&S) sono lavori con output di tipo unico, chiamati comunemente progetti. In questo caso, la gestione della produzione rischia di disperdersi tra le numerose attivit che procedono contemporaneamente. La supervisione dei processi mira alle funzioni (progettazione, pianificazione degli spazi, previsioni economiche, ecc.) piuttosto che al prodotto finale. Soltanto unattenta pianificazione ed un attento controllo della sequenza e dei tempi di esecuzione del progetto sono in grado di mantenere tutte le funzioni e le relative attivit nella giusta direzione e tempistica. Solitamente le risorse (personale ed attrezzature) sono piuttosto flessibili, poich devono potersi adattare alle209 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


caratteristiche particolari di un dato progetto ed adeguarsi in modo sempre diverso mano a mano che il progetto evolve. 2. Job. Interessa tutto il settore dei servizi e buona parte della produzione di beni strumentali e componenti. I volumi sono molto limitati: pochi clienti seduti ad un unico tavolo in un ristorante, un agente assicurativo al lavoro su un solo incidente stradale, un solo apparecchio televisivo in riparazione, una serie di stampi prodotti in una fabbrica di attrezzature e stampi. Bench i volumi di ogni singola attivit siano limitati, ci sono pi prodotti che raggiungono contemporaneamente diversi stadi di completamento. I responsabili che supervisionano il processo si preoccupano pi delle funzioni (o dei reparti) e dei loro problemi che dei prodotti veri e propri. La grande variet di lavorazioni presenti nella maggior parte dei centri di servizio o delle fabbriche richiede un elevato grado di flessibilit in termini sia di personale, sia di strutture. Con una tale variet di lavorazioni, la gestione della produzione pu diventare caotica. In questo caso necessario ridurre la complessit della produzione pur mantenendo viva la caratteristica di servizio unico che i clienti si aspettano o che la lavorazione richiede. 3. Batch (a lotti). Nelluso comune un lotto pu essere costituito da un qualsiasi tipo di bene: una teglia di dolci, un camion di cemento o colate di metallo in una fabbrica. In questo contesto la parola batch viene invece adoperata con un significato pi limitato. La cottura domestica del pane considerata infatti una lavorazione di tipo job mentre la produzione di contenitori voluminosi una fase di un processo continuo. La lavorazione batch si trova in una posizione intermedia e ha carattere discontinuo (come nel caso della modalit job), ma con un output di articoli standard. In una panetteria allingrosso, ad esempio, i panettieri e le loro attrezzature sono sufficientemente flessibili da produrre numerose variet di pane e dolci, probabilmente un lotto per ciascun tipo ogni giorno; non per possibile produrre altri tipi di prodotti. Sebbene la lavorazione a lotti condivida alcune delle difficolt caratteristiche della produzione intermittente, la familiarit con il tipo di output evita molte delle sorprese a cui si trovano di fronte i dipendenti coinvolti nelle produzioni di tipo job.210 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


4. Ripetitiva. Nella produzione ripetitiva la variet limitata, la formazione della forza lavoro e la progettazione dellattrezzatura sono mirate ad un settore applicativo ristretto e il volume di output elevato. Luniformit e la continuit delle attivit favoriscono la visione della produzione ripetitiva come flusso globale del prodotto piuttosto che come raggruppamento di processi o funzioni separate. La pianificazione, la programmazione, il conteggio ed il controllo si basano sulle unit o sui pezzi singoli. Nel settore manifatturiero le industrie di assemblaggio, dalle automobili allelettronica di consumo, offrono numerosi esempi di produzione ripetitiva. 5. Continua. Nel caso di processi continui si parla spesso di industria di processo, abbreviazione di processo a flusso continuo. La produzione di fluidi, polveri, fiocchi di cereali e pastiglie, lestrazione di minerali rientra in questa categoria. La pianificazione, la programmazione e il controllo si basano sul volume pi che sullunit o sul pezzo, volume che si rivela particolarmente elevato a scapito della variet molto contenuta. Come per la modalit ripetitiva, i responsabili considerano la lavorazione continua in termini di prodotti pi che di processi e funzioni separabili. La manodopera e le attrezzature sono specializzate e lindustria ad alta intensit di capitale investito. Sia la produzione ripetitiva sia quella in continuo richiedono una pianificazione elaborata e anticipata, ma presentano vantaggi intrinseci nelle fasi di produzione e controllo. Regole semplici e inflessibili cosi come protocolli rigidi guidano la produzione. A volte possibile passare a questa modalit da altri tipi di produzione, guadagnando in semplicit e controllo.

9.5 Motivi e limiti dello studio del layoutDalla disposizione delle macchine in uno stabilimento dipendono direttamente le spese per i trasporti interni. Di per s questo basterebbe ad attribuirgli unimportanza essenziale, ma una corretta soluzione del problema porta numerosi altri vantaggi indiretti quali il migliore sfruttamento dello spazio a disposizione, la semplificazione del lavoro di programmazione e controllo produzione, il miglioramento delle condizioni di lavoro dei dipendenti, riduzione del pericolo di infortuni ecc. Molto spesso questi vantaggi211 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


non sono valutabili in maniera semplice, ma deve essere chiaro che i criteri di funzionalit e di ordine, che stanno alla base dello studio del layout, hanno uninfluenza notevole su tutta la vita dello stabilimento. Il layout deve essere studiato in modo che il lavoro fluisca attraverso le varie parti dellimpianto nel modo pi semplice possibile. Quando la produzione concentrata su un unico prodotto-tipo, diventa facile sistemare le attrezzature in modo che le operazioni si susseguano regolarmente ed il prodotto passi da una allaltra senza arresti o ritorni sullo stesso percorso. La soluzione ideale quella in cui il materiale grezzo entra da unestremit dello stabilimento, lattraversa in linea retta (mentre viene sottoposto alle varie lavorazioni) ed esce dalla parte opposta trasformato in prodotto finito, pronto per la spedizione. Le soluzioni ideali sono per spesso unutopia ed in pratica non detto che neppure nel caso di un solo prodotto il tipo di layout descritto sia fattibile e conveniente. Nel caso pi comune, poi, in cui i prodotti siano parecchi, oltre che composti di molti elementi diversi, realizzare un buon layout diventa alquanto difficile e sar necessario raggiungere un compromesso economico e funzionale. Si tenga presente, inoltre, che il sistema produzione evolve nel tempo: sia per effetto di cambiamenti dei volumi e delle tipologie di produzione, che dei criteri organizzativi e tecnologici. Limpostazione dello studio del layout deve quindi fortemente riflettere tale dinamicit. Nella ricerca del compromesso fra tanti criteri di ottimizzazione va quindi sempre considerata leffettiva necessit che il layout sia concepito per poter assorbire variazioni anche significative delle ipotesi di base. In generale, si pu dire che i motivi che possono creare problemi di layout sono essenzialmente i seguenti: Riprogettazione del prodotto; Lancio di un nuovo prodotto; Variazioni nel volume della domanda; Obsolescenza delle attrezzature;212 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Eccessiva frequenza di infortuni; Atmosfera di lavoro insoddisfacente; Necessit di ridurre i costi. a) Riprogettazione del prodotto Le grandi industrie hanno reparti specializzati che si dedicano esclusivamente ai problemi di layout, mentre quelle che producono beni non soggetti a rapide variazioni ne possono fare a meno anche se sono soggette, ad ogni cambiamento parziale o totale dei loro prodotti, ad affrontare problemi di riprogettazione e ridisposizione dei servizi interni e delle attrezzature 3 . b) Lancio di un nuovo prodotto Sia il lancio di un prodotto nuovo, sia labbandono di una linea di produzione preesistente, rappresentano un particolare momento della vita dellimpresa, in cui il problema del layout deve essere tenuto in debita considerazione. Le imprese pi attive sono continuamente alla ricerca di nuovi prodotti e quindi, i reparti di ricerca e sviluppo, approntano progetti e prototipi, il cui inserimento nelle linee di produzione richiede studi accurati non soltanto in materia di processi produttivi ma anche in materia di layout. c) Variazioni nel volume della domanda Laumento della domanda crea, per conseguenza, la necessit di una revisione del layout fino a rappresentare, a volte, loccasione per la costruzione di un nuovo stabilimento. Analogamente pu influire sul layout anche la diminuzione della domanda. d) Obsolescenza delle attrezzature Lobsolescenza del macchinario, delle attrezzature e degli edifici crea, spesso, problemi. La sostituzione del macchinario, che oggi oggetto di studi specializzati, comporta di solito variazioni molto limitate nel layout. Daltro canto, quando lobsolescenza riguarda un intero processo produttivo, possono essere necessarie innovazioni radicali anche nella disposizione delle attrezzature e del personale. Quando, a causa dellespansione3

Ad esempio, lindustria automobilistica lancia, in genere, un nuovo modello ogni anno. Innovazioni radicali si verificano ogni tre o quattro anni e richiedono cambiamenti sostanziali nel layout degli stabilimenti. 213 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


dellimpresa o per altri motivi, gli edifici diventano insufficienti, si pu ricorrere alla costruzione di una nuova ala o allaggiunta di un piano, ecc... e) Eccessiva frequenza di infortuni Particolare attenzione deve essere prestata ai problemi della sicurezza sul lavoro. Per esempio, la frequenza di infortuni dovuti allesposizione a composti chimici pericolosi pu condurre allinstallazione o ridisposizione di docce o impianti igienici per il personale. Quando un processo comprende una fase in cui viene impiegata la saldatura ad arco, il locale in cui hanno luogo le operazioni di saldatura deve essere separato dagli altri da opportuni schermi che evitino danni o al personale vicino. Passaggi o corridoi devono essere disegnati in modo da non esporre il personale al pericolo di infortuni dovuti allazione dei mezzi di sollevamento e di trasporto dei materiali. f) Atmosfera di lavoro insoddisfacente Con particolari modifiche del layout, possibile soddisfare eventuali lamentele degli operai dovute ad un cattivo ambiente di lavoro, come, per esempio, il rumore eccessivo o i frequenti cambiamenti di temperatura. Una buona disposizione interna deve assicurare il facile accesso da parte del personale ai materiali, agli attrezzi ed al macchinario, la considerazione di fattori di questo genere contribuisce notevolmente alla reputazione dellimpresa allinterno ed allesterno. g) Necessit di ridurre i costi Questo problema stato uno dei pi assillanti in ogni settore dellattivit industriale fin dal suo primo apparire e, se si vuole che lindice di produttivit continui a salire, deve essere sempre considerato con priorit assoluta. Vi sono moltissimi modi per ridurre i costi. Nuovi materiali vengono continuamente offerti allindustria per sostituire i materiali che si rivelano pi costosi, lo sviluppo di processi pi rapidi pu ridurre gli immobilizzi di capitale nei magazzini di produzione. Un layout migliore quasi sempre sinonimo di un migliore metodo di produzione e di un utilizzo pi razionale delle risorse.



9.6

I diversi problemi di layout

Lo studio del layout viene effettuato affrontando quattro diversi tipi di problemi, che, in ordine di difficolt crescente, sono: 1. Modifiche parziali al layout esistente: piccoli cambiamenti nella disposizione degli impianti e delle attrezzature sono estremamente frequenti. Vi sono numerosissime ragioni che possono dar luogo a simili cambiamenti, quali: nuovi metodi di lavorazione, acquisto di nuovo macchinario, ecc 2. Trasformazione generale del layout esistente: riguarda soprattutto le industrie impegnate in produzioni rapidamente obsolescenti impieganti processi in rapida evoluzione. Il layout pu essere progettato in modo del tutto autonomo rispetto a quello precedente con lunica limitazione dello spazio disponibile che, di solito, non pu essere aumentato; 3. Trasferimento degli impianti di uno stabilimento esistente in un nuovo edificio: offre lopportunit di riesaminare i metodi ed i processi produttivi in atto per aggiornarli con tecniche pi evolutive;4. Costruzione di un nuovo stabilimento: la progettazione di un nuovo stabilimento,

rappresenta la categoria che include la maggior parte dei problemi di layout. Il responsabile del layout deve anzitutto disporre le unit relative al processo produttivo vero e proprio. Va poi analizzata la disposizione dei servizi ausiliari indispensabili alla vita dello stabilimento e definito ledificio destinato a contenere gli impianti produttivi in modo da rendere pi agevole possibile la collocazione delle unit produttive 4 . Teoricamente, non possibile stabilire o individuare dei legami tra le cause, gi elencate, da cui nascono i problemi di layout e le categorie di problemi come qui descritte. In pratica, tuttavia, si evince che esistono dei rapporti di causa ed effetto (Fig. 9.2). Se si deve effettuare la stesura del layout di uno stabilimento, si devono considerare anche vari vincoli di progettazione dove per vincolo si intende ci che impone una direttiva non modificabile 5 . I vincoli pi comuni sono legati a:4

Il problema della dislocazione dei reparti decisamente pi assillante quando ledificio gi esistente e gli impianti devono essere inseriti e dislocati entro vincoli volumetrici e planimetrici prestabiliti. 5 I vincoli qui discussi sono pertanto da considerarsi come possibili e non sempre esistenti. 215 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


a) Piano Regolatore. I vincoli normalmente riguardano: 1. distanze del fabbricato da confini, strade ed altri fabbricati; 2. occupazione parziale del terreno a disposizione con fabbricati e destinazione della parte restante alla viabilit interna, allarea verde, al parcheggio; 3. cubatura massima ammissibile del fabbricato in rapporto alla superficie occupata; 4. altezza massima ammissibile del fabbricato. b) Terreno. Generati dalla: 1. morfologia dellarea da occupare; 2. natura geologica del fondo; 3. natura geometrica del fondo; 4. presenza naturale o artificiale di impedimenti inamovibili. [1]Cause e soluzioni che si presentano molto frequentemente Cause e soluzioni che si presentano meno frequentemente Cause e soluzioni che si presentano occasionalmente Cause e soluzioni che si presentano molto raramente (Nessuna linea)Mod. di progetto Nuovi prodotti Variazione della domanda Attrezzat. Obsolesc. Mancanza di manod. Ridim. del mercato Riduz. dei costi

Costruzione di un nuovo stabilimento

Spostamento dellimpianto esistente

Riorganizzazione del layout

Modifiche minori

Fig. 9.2: Schema grafico di interdipendenza fra le categorie di soluzioni possibili in problemi di layout e le situazioni che li provocano

c) Condizioni ambientali. Possono influenzare le strutture del fabbricato in funzione: 1. della forza dei venti e della loro direzione predominante; 2. della intensit delle precipitazioni (acqua, neve); 3. della temperatura massima e minima;216 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


4. del grado di umidit; 5. della intensit della luce solare e dellesposizione del fabbricato ad essa; 6. della possibilit di contaminazione dellatmosfera da parte di agenti artificiali (smog, fumi, gas) o di agenti naturali (sabbia, polvere, insetti). [1] In genere i vincoli di struttura e quelli di natura economica sono strettamente collegati in quanto i secondi generano i primi ed estremamente importante conoscerli in quanto i vincoli di struttura possono condizionare laltezza del fabbricato, la larghezza della maglia, la resistenza della copertura. Particolari vincoli alla struttura del fabbricato possono essere conseguenti a norme particolari fatte rispettare da Enti preposti, in particolare dai VV.FF. (fabbricati antisismici, fabbricati antincendio). Anche per quanto concerne lorganizzazione della superficie si ritiene di dover parlare di vincoli. Organizzare la superficie secondo criteri di flessibilit significa che al variare delle diverse condizioni produttive, il layout pu adattarsi facilmente alle nuove esigenze che si vengono a creare, senza eccessivi costi di modifica. Quando prevalgono le esigenze di flessibilit i criteri organizzativi non devono trascurare: 1. la preferenza a mezzi di trasporto che non impegnino stabilmente il suolo o la copertura; 2. leliminazione, al limite del possibile, di fondazioni profonde per singoli macchinari; 3. lo svincolo della disposizione dei macchinari alla luce naturale; 4. la facilit di collegamento e scollegamento dei macchinari agli impianti; 5. la disposizione in aree meno toccate dalle esigenze di flessibilit dei reparti costituiti da macchinari o impianti molto ingombranti o difficili da spostare; 6. la preferenza per fabbricati a grande maglia. Lo studio del layout dovr prevedere, inoltre, i lati del fabbricato dai quali dovr avere origine un eventuale ampliamento oltre che tenere conto della disposizione degli uffici, servizi, magazzini e reparti produttivi in modo che lampliamento non porti a fratture o ristrutturazione del layout.217 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Il flusso del materiale, daltra parte, condiziona il layout in quanto obbliga a tener conto dei collegamenti: 1. fra reparti produttivi e magazzini; 2. fra reparti produttivi e servizi; 3. fra officina ed uffici; ed impone scelte fondamentali quali: 1. layout per processo; 2. layout per prodotto. Analogamente, eventuali vincoli di forma nascono dalla conoscenza: 1. dei tipi di macchinario da inserire nellufficio; 2. del ciclo tecnologico che i prodotti devono subire nel corso della loro trasformazione; 3. della predominanza di lavorazioni per processo o di lavorazioni per prodotto. Anche le esigenze del personale possono indurre a modificare sostanzialmente la struttura e lorganizzazione interna del fabbricato: 1. scelta di una atmosfera naturale o artificiale; 2. scelta della luce naturale od artificiale; 3. disposizione dei reparti rumorosi o polverosi; 4. disposizione delle vie di uscita e di entrata; 5. dislocazione dei servizi e degli uffici. [1]

9.7 Forma, struttura ed organizzazione del fabbricatoLelenco dei vincoli di progettazione e di organizzazione permettono di avere utili informazioni per alcune dimensioni fondamentali del fabbricato (altezza, larghezza, pianta orizzontale, profilo verticale, ecc) ed obbligano nel contempo ad effettuare le prime scelte fondamentali nella organizzazione dello stabilimento (disposizione dei magazzini, degli uffici e dei servizi del personale, direzioni di ampliamento).218 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Per quel che concerne la forma da preferirsi quella parallelepipeda in quanto permette di avere maggiori possibilit di saturazione del volume a meno di ulteriori esigenze particolari. da preferirsi una pianta rettangolare o quadrata per la possibilit di una buona saturazione della superficie essendo la maggior parte degli elementi che costituiscono il contenuto di un fabbricato solitamente a pianta rettangolare, mentre la struttura pu essere in ferro o in cemento armato. La prima caratterizzata da una maggior leggerezza del fabbricato, una maggiore velocit di montaggio e migliori capacit di assorbimento delle deformazioni. La seconda presenta migliore resistenza al fuoco e minore costo di manutenzione. La scelta della disposizione dei magazzini legata al flusso del materiale. Il magazzino materie prime, o semilavorati esterni, deve solitamente precedere i reparti produttivi, mentre il magazzino prodotti finiti deve seguire i suddetti reparti. Il flusso pu avere tre varianti fondamentali: 1. flusso lineare; 2. flusso ad angolo retto; 3. flusso circolare.I P F P I F I P F P I I = Magazzini materiali in arrivo P = Reparti produttivi F = Magazzini prodotti finiti = Direzione ampliamento Fig. 9.3: Disposizione magazzini e aree produttive in previsione di un possibile ampliamento P F I P F

Qualora il fabbricato dovesse prevedere unarea da destinare agli uffici, si possono prevedere tre varianti: uffici staccati dal fabbricato dellofficina, uffici addossati al fabbricato dellofficina, uffici incorporati al fabbricato dellofficina. Per quel che concerne i219 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


servizi per il personale si individuano aree destinate a spogliatoio, aree destinate a mensa e aree destinate a servizi igienici: in particolare sarebbe opportuno prevedere una mensa staccata dallofficina, spogliatoi addossati allofficina e servizi igienici incorporati allofficina. Le direzioni di ampliamento possono essere condizionate da vincoli esterni e vincoli interni. Fra i vincoli esterni oltre a quelli derivati dalla morfologia del terreno, dalla presenza di impedimenti naturali od artificiali e dai limiti di propriet, sono da considerare anche quelli derivanti dalla disposizione degli uffici e dei servizi per il personale mentre vincoli interni sono generalmente originati dalla disposizione del magazzino o da particolari impedimenti dovuti ad impianti di dimensioni considerevoli.

9.8 Obiettivi dello studio del layoutSe si considera una definizione molto generica, si pu sostenere che il layout ottimale quello che consente di soddisfare nel miglior modo possibile le esigenze di tutti gli interessati, cio la direzione dellazienda, i suoi dipendenti ed i suoi azionisti. Gli obiettivi principali di un buon layout possono essere cos elencati: 1. Facilitazione del processo produttivo attraverso il coordinamento della successione delle operazioni. , forse, il principale obiettivo di un buon layout. In particolare, la facilitazione dipende essenzialmente dai seguenti fattori: la disposizione degli impianti deve assicurare il massimo grado di utilizzazione. Gli impianti ed il macchinario pi costosi devono essere disposti in maniera tale da permettere lutilizzazione in pi turni. I sistemi di trasporto dei materiali devono essere disponibili per poter servire varie linee di distribuzione; la riduzione al minimo i ritardi dei produzione e degli eccessi di scorte con un opportuno bilanciamento delle linee di produzione. Lo spazio disponibile nei reparti di lavorazione deve tener conto della opportunit di non creare congestioni di materiale;



la considerazione di esigenze di manutenzione del macchinario che deve essere disposto in modo da rendere le operazioni di manutenzione ordinaria quanto pi spedite e semplici; favorire lincremento di produttivit. Ottenere un maggior volume di produzione in pari o minor tempo di lavorazione per unit di prodotto, sono termini che si traducono in manifesti vantaggi economici per limpresa. 2. Minimizzazione del costo dei trasporti, sempre attraverso un attento esame dei flussi dei materiali e una scelta accurata dei mezzi destinati a tale scopo. La maggior parte degli stabilimenti sono organizzati in modo che i pezzi in lavorazione passino direttamente da una macchina alla successiva. In questo modo i trasporti di materiale sono stati ridotti al minimo. Con limpiego delle macchine transfer, primo stadio di automazione, stata eliminata la necessit di effettuare spostamenti manuali nel corso delle varie operazioni che la macchina pu effettuare. Vi sono molte situazioni tuttavia, in cui i trasporti manuali sono ancora i pi economici e quindi convenienti. Anche in questi casi il layout va curato adeguatamente poich la riduzione della distanza di trasporto ha un effettivo economico significato. 3. Mantenimento di una giusta flessibilit delle installazioni tenendo conto sia della necessit di futuri ampliamenti sia di modifiche nel ciclo di produzione. 4. Riduzione degli investimenti attraverso un attento impiego delle varie

apparecchiature. Gli investimenti di capitale in macchinario e impianti possono essere anche contenuti grazie a un buon layout. La disposizione di un tornio, per esempio, pu permettere un utilizzo conveniente in due o pi diversi processi produttivi, in tal modo si pu evitare lacquisto di un altro tornio. Nella stesura di un nuovo processo di produzione si deve tener conto dei tempi morti riscontrati nelle lavorazioni gi in atto. Problemi di tal genere riguardano, soprattutto, la stesura dei cicli di lavorazione, ma la loro realizzazione pu essere facilitata in sede di layout.221 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


5. Impiego economico dellarea a disposizione. Per utilizzare correttamente lo spazio necessario considerare le esigenze non soltanto delle aree di produzione e di immagazzinamento ma anche di quelle destinate ai servizi ed ai reparti ausiliari. La disorganizzazione dei magazzini, leccessiva ristrettezza delle aree di produzione o la presenza di zone morte, sono tutti gravi sintomi di insoddisfacente utilizzazione dello spazio. Il costo dello spazio, in questo senso, varia sensibilmente da stabilimento a stabilimento e pu essere calcolato accuratamente (/m2). 6. Razionale organizzazione dellutilizzo della manodopera riducendo le operazioni eccessivamente faticose, per motivi sociali e per un maggior sviluppo della produzione. Un buon layout, naturalmente, non garantisce lutilizzazione efficace della manodopera, ma ne condizione e stimolo. A questo proposito dovrebbero essere tenute presenti le seguenti considerazioni: Utilizzazione diretta: un layout inadeguato pu causare gravi sperperi nel processo di produzione. Molte ore di lavoro possono andare perdute a causa di eccessive distanze tra il luogo di lavoro e i punti di rifornimento di attrezzi e materiali. Ovviamente, lo studio dei metodi ed un opportuno bilanciamento delle linee di produzione pu contribuire allabbattimento dei tempi improduttivi; Utilizzazione indiretta: unopportuna progettazione dello stabilimento pu sensibilmente ridurre i costi di manutenzione. Molte operazioni possono essere rese pi facili e spedite grazie a un buon layout. Cos, la pulizia delle macchine e dei pavimenti pu essere facilitata usando attrezzature opportune; 7. Potenziamento, ovunque sia possibile, dellimpiego di apparecchiature ad alto livello di automazione utilizzando luomo come supervisore. 8. Miglioramento delle condizioni di sicurezza e di comfort con il miglior isolamento da fattori nocivi (rumori, vibrazioni, esalazioni).



Numerosi fattori devono essere considerati a tal proposito in sede di progettazione del layout come: la comoda disponibilit degli utensili ed il facile accesso ai materiali, leliminazione dei rumori fastidiosi tramite opportuni isolamenti acustici, il riscaldamento, la ventilazione, lilluminazione, leliminazione dellumidit e della polvere. Una attenta considerazione deve essere prestata, particolarmente, ai criteri di sicurezza sul lavoro. I criteri antinfortunistici devono essere sempre osservati e rigorosamente applicati in ogni buon layout. Sono tanti i fattori da tenere in considerazione oltre a quelli su menzionati ( studio del flusso di materiale pianificato, percorsi e disposizioni sufficientemente lineari, edifici costruiti rispettando un piano organico preordinato, tempo di produzione stabile e facilmente determinabile, ridotte quantit di materiale nel ciclo di lavorazione, ecc) il che testimonia la complessit dellargomento trattato, tenendo conto anche del fatto che i criteri per la definizione di un corretto layout investono anche tutti gli aspetti dellorganizzazione della produzione.

9.9 I principali tipi di layoutIn generale si possono classificare i layout in sei categorie: 1. layout a punto fisso; 2. layout per processo (disposizione funzionale); 3. layout per prodotti (disposizione in linea); 4. layout per celle; 5. layout ad U; 6. layout ibridi; e sono applicati sia ai cicli di fabbricazione sia di montaggio.

a)

Layout a punto fisso

Nel layout a punto fisso i materiali, o il componente principale del prodotto, rimangono in una posizione prefissata dello stabilimento e gli attrezzi, i macchinari ed il personale confluiscono verso tale posizione. Il lavoro artigianale precedente alla rivoluzione223 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


industriale era quasi sempre fondato su questo tipo di layout: lartigiano lavorava sul suo banco e tutti i materiali e gli attrezzi venivano portati, man mano che se ne presentava la necessit, sul banco stesso. Il prodotto veniva completato senza che lossatura principale venisse mai spostata dalla sua posizione iniziale. Da allora macchine ed impianti si sono ingigantiti e differenziati; oggi molto pi facile spostare i materiali, anche se di mole rilevante verso i vari centri di lavorazione che non viceversa.

Foratura Saldatura Montaggio

Verniciatura Controllo

Molatura

Fig. 9.4: Layout a punto fisso

Il campo delle costruzioni costituisce un buon esempio di layout di questo tipo, cosi come quello della fabbricazione di articoli di non facile movimentazione, quali aerei e locomotive. Il layout a punto fisso pu comunque trovare applicazioni attuali per attivit di montaggio, anche nellintento di attribuire a ogni postazione di montaggio un numero di operazioni sufficientemente elevata per assicurare da una parte un certo ampliamento della mansione delloperatore e dallaltra consentire che il prodotto che viene montato nella postazione raggiunga un sufficiente grado di compiutezza.



b)

Layout per processo (job shop layout funzionale, o produzione per

reparti).Il layout per processo riunisce in un unico reparto tutte le lavorazioni dello stesso tipo, in modo da avere, ad esempio, tutti i torni riuniti in un reparto, tutte le frese in un altro e cos via. Prodotti anche molto diversi si trovano perci momentaneamente negli stessi reparti per essere sottoposti a lavorazioni analoghe. In questo tipo di sistema di produzione, ogni unit di lavoro, o ordine di lavorazione, costituito da un unico pezzo o da un lotto, richiede lesecuzione di una serie di operazioni da parte di un gruppo di centri di lavoro seguendo una sequenza preassegnata (ciclo tecnologico) che pu anche ammettere alternative. In queste organizzazioni produttive la variet dei cicli da realizzare tale che lunica forma di orientamento possibile quella di aggregare i macchinari in reparti omogenei per tipo di lavorazione realizzabile.A MAGAZZINO GREZZOB FRESE ACCETTAZIONE

TORNI

TRAPANI

CONTROLLO

SPIANATRICI SPEDIZIONE

RETTIFICHE

MAGAZZINO FINITO

MONTAGGIO FINALE

Fig. 9.5: Disposizione funzionale

I flussi produttivi tendono ad essere pi intrecciati passando da job shop impiegati per produzioni ripetitive (cicli con qualche interferenza) allimpiego in produzioni su commesse singole dove possono essere presenti cicli con sensibili interferenze. La creazione di reparti dotati di omogeneit tecnologica, oltre a facilitare lo scambio di competenze fra operatori ed una facilitazione nelloperazione di supervisione, mette a disposizione una potenzialit produttiva a tutto vantaggio di una maggiore flessibilit operativa. Inoltre, il raggruppamento delle persone che ricoprono funzioni simili pu225 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


creare un clima di supporto e di solidariet reciproca. I layout funzionali generalmente sono associati al metodo di produzione intermittente (job). Tuttavia tali layout presentano un inconveniente sostanziale: allontanano fornitore e cliente.

Fig. 9.6: Altri esempi di disposizione funzionale

c)

Layout per linea di prodotto

Questo tipo di Layout, caratteristico delle produzioni in grandi serie (industrie automobilistiche) ben noto: in esso ogni area dello stabilimento destinata alla produzione di un solo prodotto. Il prodotto standardizzato e, per giustificare questo tipo di layout, deve essere costruito in grandi quantit. Nel layout per prodotto (o flow shop, layout in linea), il macchinario disposto nellordine in cui viene utilizzato nel ciclo di lavorazione; le materie prime arrivano ad un estremo dellarea di fabbricazione e passano da unoperazione allaltra (tenendo presente la minimizzazione dei tempi di trasporto) fino allaltro estremo, da cui esce il prodotto finito. Spesso il layout per linea di prodotto richiede investimenti consistenti per mettere in linea lattrezzatura ed organizzare le infrastrutture lungo il flusso, con il pericolo di una perdita notevole se il volume del prodotto cala. Linconveniente principale del layout per linea di226 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


prodotto risiede, tuttavia, nella sua gestione: se i dipendenti lungo una linea di flusso possono svolgere solo piccoli lavori saltuari, non si sentiranno coinvolti nella realizzazione del prodotto e non saranno soddisfatti. Con la preparazione interfunzionale e la rotazione delle mansioni nelle celle a flusso flessibile di prodotto questi problemi spariscono.ACCETTAZIONE MAGAZZINO GREZZO A B SPIANATRICE FRESA TRAPANO FRESA TORNIO RETTIFICA FRESA CONTROLLO CONTROLLO MAGAZZINO FINITO SPEDIZIONE TRAPANO TRAPANO

TORNIO

MONTAGGIO FINALE

Fig. 9.7: Layout per prodotto (disposizione in linea flowshop)

d)

Layout a celle e Group Technology

Nel layout a celle lidea quella di organizzare la forza-lavoro, le stazioni di lavoro e le attrezzature in celle di lavorazione che si occupino di famiglie di beni o servizi con percorsi simili. Le celle rendono di pi se si opera tenendo presente alcuni concetti complementari: la progettazione di prodotti con il maggior numero possibile di caratteristiche comuni, il posizionamento allinterno della cella dei dati e degli accessori di uso frequente e la formazione interfunzionale degli operatori. Un layout a celle simile ad un layout per linea di prodotto, anche se in genere in questultimo caso si gestisce solo uno o al pi qualche prodotto invece di unintera famiglia. Le celle costituiscono spesso un obiettivo ed un risultato per le imprese che decidono di superare il layout funzionale. Ad esempio, unimpresa pu raggruppare progettazione, preventivazione ed acquisti in celle riposizionando acquisitori e contabili vicino ai progettisti. Secondo una recente statistica pi del 50% di tutti gli articoli e particolari, fabbricati dallindustria meccanica europea, vengono prodotti in quantit inferiori ai 10 esemplari, poich contemporaneamente si assiste ad un ampliamento del mix produttivo per esigenze di mercato. Per non cadere nel caso tradizionale di compresenza di linee a bassa227 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


potenzialit e elevato numero di reparti produttivi, si pu oggi ricorrere allautomazione industriale per realizzare linee flessibili di fabbricazione, dette FMS (Flexible Manufacturing System), o di assemblaggio, dette FAS (Flexible Assembling System), ciascuna dedicata non a un singolo modello ma a una famiglia di pi modelli simili, in modo da ottenere una sufficiente numerosit di pezzi e quindi una potenzialit della linea adeguata ed economicamente conveniente. Per aumentare la potenzialit della linea necessario, dunque, ricorrere alla standardizzazione, sia del progetto che delle lavorazioni, e al raggruppamento dei pezzi simili in famiglie, dal punto di vista morfologico e tecnologico, per le quali si possano adottare metodi e/o mezzi di fabbricazione pi efficienti e tipici della produzione in lotti o della fabbricazione in serie. Questa metodologia, denominata Group Technology (Tecnologia di Gruppo) pu essere definita come: approccio alla standardizzazione di prodotto e processo orientato alla riorganizzazione dei mezzi tecnico-produttivi per prodotto anzich per processo e dunque allottenimento di maggiore efficienza produttiva, pur senza rinunciare in modo sostanziale alla grande flessibilit tipica dei sistemi Job-Shop. Essa si articola nella seguente serie dattivit: razionalizzazione del progetto; si effettua con una classificazione sistematica dei pezzi (con un codice che esprime le caratteristiche morfologiche e tecnologiche dei pezzi), e con una razionalizzazione e standardizzazione dei progetti e dei disegni costruttivi. Tende alla riduzione del numero dei particolari e alla unificazione nellambito dei rimanenti; razionalizzazione del ciclo tecnologico; la razionalizzazione e standardizzazione dei cicli tecnologici tende ad elaborare una volta per tutte un ciclo standard per ogni famiglia di pezzi, cos, a parit di sequenza operativa e di metodi di produzione, variano solo i dati numerici del ciclo (per esempio quelli che individuano le dimensioni dei pezzi). Inoltre si raggruppano i pezzi simili in famiglie destinate ad un ciclo di fabbricazione non solo identico, ma da effettuarsi in comune; razionalizzazione del processo di fabbricazione e del layout dei mezzi di produzione; si pu ottenere con la fabbricazione per famiglie senza modifica del228 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


consueto layout funzionale (o per reparti) dellofficina; ci comporta ladozione di macchine universali di gruppo per cicli di lavorazione che spesso si completano su una sola macchina; in alternativa, con la fabbricazione per famiglie e la riorganizzazione del layout dellofficina, si raggruppano i mezzi produttivi in celle di lavorazione (Fig. 9.8) autosufficienti alla lavorazione di determinate famiglie o, ancora, con la realizzazione, per ogni famiglia di pezzi, di una vera e propria linea di produzione costituita di pi macchine e/o celle di fabbricazione flessibili disposte nella sequenza della loro utilizzazione e collegate da un sistema di trasporto automatico. Si perviene in questo ultimo caso a sistemi FMS e FAS e ad un layout per famiglia di prodotti simili analogo al layout per prodotto.Celle G.T. MP A B

C

D

E F

G

H

PF

Fig. 9.8: Layout Group Technology

I processi di riprogettazione di prodotto e di processo orientati allapproccio Group Technology richiedono la codifica e lelaborazione di una grande mole di informazioni relative alle parti in oggetto. Tali informazioni possono essere catalogate nelle seguenti quattro classi: Anagrafica parti. costituita dalla lista delle parti considerate. Per ciascuna di esse vengono descritte e codificate le caratteristiche morfologiche rilevanti.229 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Anagrafica risorse di produzione. costituita dalla lista di tutti i mezzi di produzione, elencati per categoria. Per ciascuna categoria di risorse vengono indicati i tipi esistenti (ad es. categoria macchine, tipi: frese, torni, trapani). Cicli di produzione. Per ciascuna parte considerata viene dettagliata la lista delle operazioni necessarie alla realizzazione, nella sequenza di esecuzione. Per ciascuna operazione vengono descritte tutte le risorse produttive richieste ed i tempi tecnici di set-up e produzione di ununit. Volumi di produzione. Per ciascuna parte vengono dettagliati i volumi produttivi medi su un periodo temporale sufficientemente lungo per risultare significativo. A tale scopo si possono utilizzare informazioni consuntive (dallarchivio ordini di produzione) o revisionali (dallesplosione del piano annuale a budget). Le macchine raggruppate in una stessa cella di lavorazione devono essere in grado di fabbricare il componente virtuale caratteristico di ciascuna famiglia di parti. Il componente virtuale si ottiene associando ad un solo componente ipotetico tutti gli attributi relativi alle singole parti che appartengono ad una famiglia. Nella Fig. 9.9 illustrato il componente virtuale ottenuto dalla composizione dei due prodotti simili A e B facenti parte della famiglia F di parti. Ogni elemento della famiglia F pu essere fabbricato sottraendo una o pi operazioni al ciclo di lavorazione del componente virtuale V. In tal senso le macchine riunite nella cella di lavorazione della famiglia F di parti devono essere in grado di eseguire tutte le operazioni previste nel ciclo di lavoro di V. Dunque, se a partire da un disco pieno si vuole ottenere il prodotto A, si deve programmare il ciclo di lavorazione sulla macchina foratrice in modo tale che essa esegua solo una parte del ciclo virtuale, cio la foratura al centro e non quelle laterali. In modo analogo si pu ottenere la realizzazione del prodotto B eliminando la fase di foratura centrale e lasciando inalterate quelle di foratura laterale.


Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Prodotto A Prodotto B Componente Virtuale V Rev. 1.2

Fig. 9.9: Dal prodotto reale a quello virtuale

Sebbene i vantaggi dimpiego della Group Technology appaiano senza dubbio numerosi, limpiego di tale tecnologia non ha ancora trovato piena affermazione. Le ragioni sono molteplici. Innanzitutto si devono ricordare le difficolt che si incontrano nel modificare layout convenzionali in layout congruenti con lorganizzazione del lavoro considerata, in secondo luogo esiste il problema di identificare gli elementi da includere in ciascuna famiglia. Tale raggruppamento risulta in genere difficile e dispendioso. Infine, lintroduzione di nuove procedure di lavoro trova uninevitabile resistenza da parte degli addetti, abituati a svolgere per anni la loro attivit in maniera diversa. Dei vantaggi di cui si detto, ricordiamo quelli nellarea di disegno e progettazione dei prodotti 6 , movimentazione interna dei materiali, programmazione e controllo della produzione, utilizzazione dei macchinari e delle attrezzature, gratificazione della manodopera. Limpiego delle Tecnologie di Gruppo risulta vantaggioso anche in sede di valutazione preventiva dei costi di fabbricazione di un prodotto. Esso riduce, infine, almeno del 20-30% il numero di disegni presenti negli archivi tecnici aziendali, contribuendo a contenere il problema della gestione della documentazione tecnica aziendale. Va anche segnalato che lorganizzazione della produzione secondo tale approccio riduce sensibilmente (oltre il 60%) i tempi di attrezzaggio delle macchine 7 . I trasferimenti di parti risultano ridotti: queste non devono essere trasportate in aree fra loro lontane per subire alcune fasi del processo di lavorazione, cos come accade in unorganizzazione del lavoro di tipo convenzionale. La programmazione operativa della produzione anchessa semplificata, infatti il raggruppamento delle parti in famiglie diNellarea della progettazione del prodotto e dello sviluppo degli elaborati grafici, il ricorso ad un criterio di codifica e di classificazione delle parti agevola limpiego di componenti standard, riduce i tempi di progettazione e di disegno, favorisce una gestione della produzione assistita e/o integrata dal calcolatore (CAM e/o CIM). 7 Infatti, operando in base a tale organizzazione, le macchine producono sempre parti simili cosicch le modifiche o le sostituzioni di utensili e di attrezzi risultano abbastanza contenute. 231 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio6


componenti riduce il numero di job la cui lavorazione deve essere schedulata e, parimenti, il raggruppamento delle macchine in celle di lavorazione riduce il numero di stazioni di lavorazione che devono essere prese in considerazione. La riduzione del flusso di parti movimentate insieme alla riduzione dei tempi di attrezzaggio delle macchine, fa s che diminuiscano sensibilmente le giacenze di componenti in corso di lavorazione. La Tecnologia di Gruppo, inoltre, consente spesso di affidare tutte le operazioni che conducono dalla materia prima al prodotto finito ad un ristretto numero di operai. In siffatte condizioni ciascun addetto ha una chiara e completa visione del suo personale contributo alla produzione risultandone arricchito il livello di qualit del prodotto.

e)

Layout ad U

La caratteristica principale delle linee produttive e delle celle di lavoro la vicinanza tra le stazioni di lavoro e laccelerazione del flusso con limitazione della coda massima nel corso delle lavorazioni. Di solito, per avere risultati ancora migliori, le stazioni vengono disposte secondo un percorso ad U.


Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2 Fig. 9.10: Layout ad U

Un layout ad U assicura almeno sei vantaggi alle celle o alle linee: Personale flessibile e bilanciato. La forma ad U permette ad un solo dipendente di occuparsi di pi stazioni di lavoro adiacenti o poste sui due rami opposti della U. Esistono inoltre pi possibilit di bilanciare il lavoro del personale: al crescere della domanda si pu incrementare la forza-lavoro fino ad avere un dipendente per ogni stazione della cella 8 . Lavoro di gruppo. Aggregando tutti gli operatori si favoriscono il lavoro di gruppo e la risoluzione dei problemi in collaborazione. I rallentamenti e le interruzioni si trasmettono velocemente per tutta la cella ed i membri della cella stessa formano un gruppo naturale a cui compete la risoluzione collettiva dei problemi e la rimessa in moto del processo. Rilavorazione. Quando si verifica un errore, la prassi comune quella di inviare il cliente presso il dipartimento reclami o larticolo presso un gruppo apposito di rilavorazione. Tuttavia, un punto fermo della gestione della qualit totale riguarda la qualit alla fonte e quindi la correzione degli errori nel punto esatto in cui vengono commessi. Il layout proposto facilita tale approccio. Tragitti. Una linea di produzione dritta e lunga complica gli spostamenti di dipendenti, clienti, veicoli e forniture. Distribuzione del lavoro e delle attrezzature. Poich tutte le stazioni di una U sono immediatamente accessibili a partire dal centro, la distribuzione dei materiali, delle parti, delle schede di istruzione e cos via risulta facilitata. Nelle celle senza personale un robot centrale distribuisce il lavoro, gli utensili ed esegue le operazioni di assemblaggio. Collegamento con altri layout ad U. La forma ad U offre molte opportunit di collegamento fra le celle dei produttori e dei clienti. La Fig. 9.11 mostra un sistema a celle collegate, tutte a forma di U, adibite alla fabbricazione, subassemblaggio e assemblaggio finale. In un sistema ben bilanciato le celle di fabbricazione dovrebbero8

Nel caso proposto, la linea pu essere mantenuta in funzione da un minimo di una persona ad un massimo di otto persone. Si noti, inoltre, che i cartellini kanban collegano ogni stazione alla rispettiva stazione cliente. 233

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avere lo stesso grado di flessibilit in termini di variabilit del mix di produzione e dei volumi di produzione delle celle di subassemblaggio e di assemblaggio. interessante osservare che non ci sono dipartimenti funzionali nello schema organizzativo parziale posto al di sopra del diagramma di layout. La gerarchia gestionale di tipo cellulare per meglio sovrapporsi alle strutture del layout. Ci sono casi in cui i vantaggi della disposizione ad U non possono essere pienamente sfruttati. Ad esempio, nel caso in cui vi sia un elevato grado di automatizzazione e solo poche parti o pochi attrezzi vengano trattati manualmente, i benefici del lavoro di gruppo sono assenti. Per una linea di lavorazione di lastre di acciaio, alluminio, vetro, ecc., il tracciato ideale quello completamente dritto perch lassenza di cambi di direzione semplifica il trasferimento del materiale in lavorazione da una macchina a quella successiva.

Fig. 9.11: Collegamento fra pi layout ad U

f)

Layout ibridi

I layout ibridi sono molto comuni, se non addirittura la norma. Un ristorante che offre un pranzo a buffet alla domenica ne un esempio (Fig. 9.12). Il cliente pu scegliere di servirsi al buffet o di restare seduto ed ordinare alla carta. Un cliente che entra in un ristorante pu essere visto come materia prima, mentre un cliente che esce costituisce un prodotto finito. La produzione consiste nella trasformazione di un cliente affamato in uno sazio. Il ristorante234 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


assiste due tipi di clienti con due tipi di layout della struttura. Il cliente al buffet utilizza un layout per linea di prodotti o a celle: si tratta di una linea di flusso. Il cliente alla carta riceve il servizio con un layout a postazioni fisse. Una struttura con layout ibridi comporta, rispetto ad una struttura con un unico layout, maggiori difficolt di progettazione, costi di allestimento pi elevati e maggiori problemi di manutenzione. In compenso quasi sempre impegnata grazie ad una maggior variet di prodotti o servizi che si adattano ad una classe pi estesa di potenziali clienti.

Fig. 9.12: Layout misto

9.10 Caratteristiche dei tipi di layoutDi seguito sono elencati otto fattori distintivi relativi alle risorse operative per ciascun tipo di layout. 1. Organizzazione delle strutture: indicativo delle principali differenze tra i tipi di layout, peraltro gi analizzate. 2. Tipo di produzione: il layout funzionale domina nella produzione intermittente e a lotti, il layout per linea di prodotto tipico della produzione ripetitiva e continua. Il layout a celle adatto per piccoli lotti composti anche da un solo articolo per volta di una data famiglia, il layout a postazioni fisse diffuso nel campo delle costruzioni, dei progetti industriali e della produzione di articoli di grandi dimensioni. Il layout



a postazioni fisse si presta anche a casi di servizi particolari come nella chirurgia, nella pubblicit, nellalimentazione. 3. Costo del layout o del re-layout: nel layout funzionale le macchine, le scrivanie e simili non sono strettamente legati, per cui il layout funzionale di solito non costoso. Nel layout per linea di prodotto o a celle il costo elevato se i vari impianti sono strettamente connessi, come in una linea automatizzata; il costo pu essere moderato se la produzione svolta prevalentemente con lavoro manuale. Il layout a postazioni fisse di un cantiere edile richiede lo stazionamento temporaneo ed aree per lo stoccaggio delle risorse operative che usualmente non sono costose. Per un layout a postazioni fisse adibito alla produzione di beni o a servizi speciali non basta la disponibilit di spazio; possono essere necessarie strutture opportunamente attrezzate per lassemblaggio di un missile o lallineamento di ruote di veicoli o una sala operatoria completa. Il costo del layout basso se le strutture consistono in attrezzi manuali di impiego generale, ma pu salire se occorrono unilluminazione speciale, particolari strutture murarie di supporto, spazio di lavoro sotterraneo e cos via. 4. Utilizzo delle strutture: nei layout funzionali di solito le strutture sono poco sfruttate. Questo non un fatto positivo, ma quasi inevitabile perch il tipo di attivit cambia continuamente. Un utilizzo elevato delle strutture invece lobiettivo che un layout per linea di prodotto si prefigge. I layout a postazioni fisse normalmente sono caratterizzati da un utilizzo discreto delle strutture, poich i prodotti non sono molto diversi tra loro. 5. Tipo delle strutture di produzione: nei layout funzionali solitamente sono presenti attrezzature, strumenti e mezzi di movimentazione standard e di uso generale. Vale la pena di investire pesantemente in strutture specializzate solo quando si lavorano volumi notevoli, come nel caso dei layout per linea di prodotto. Per quanto riguarda i layout a postazioni fisse, ci sono prodotti speciali che richiedono strutture specializzate, ma la maggior parte delle strutture ha carattere generale. 6. Mezzi per i trasporti: nei layout funzionali mezzi a percorso variabile (trasporto a mano o su ruote) assicurano la necessaria flessibilit. Nei layout per linea di prodotto un sistema a percorso fisso (nastri trasportatori, ascensori) contribuisce a ridurre i tempi di trasporto. Nei layout a postazioni fisse si hanno mezzi di trasporto a percorso236 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


variabile visto che le pi diverse risorse, con varie provenienze, devono arrivare nel medesimo luogo. 7. Distanze di trasporto: i layout funzionali interessano aree estese, mentre nel caso di layout per linea di prodotto e a celle la situazione opposta: uno degli obiettivi proprio quello di ridurre le distanze ed i tempi di trasporto raggruppando le strutture. I layout a postazioni fisse si trovano in una posizione intermedia: il prodotto fisso, ma le risorse invece di seguire percorsi fissi si spostano da diversi luoghi di provenienza posti a distanza normalmente non eccessiva. 8. Livello di competenza dei dipendenti: nei layout funzionali i dipendenti devono essere esperti. I dipendenti destinati ai layout per linea di prodotto vengono spesso assunti senza particolare esperienza ed anche dopo essere diventati esperti vengono ancora classificati come non specializzati, perch possono essere facilmente sostituiti da forza- lavoro inesperta. Nei layout a postazioni fisse i dipendenti specializzati, quali falegnami e saldatori, lavorano spesso fianco a fianco con gli operai non specializzati. Questi otto fattori sono sufficienti a evidenziare la particolarit di ogni tipo di layout, anche se si potrebbero trattare molti altri fattori relativi alle risorse operative.

9.11 Studio del layoutNuove strutture richiedono nuovi layout e quando le strutture esistenti dovessero dimostrarsi datate necessario ripianificarlo. Poich il tipo di ambiente operativo influenza il layout delle strutture, ne prenderemo in considerazione quattro principali: le linee di produzione meccanizzate, le linee di produzione basate sulla forza-lavoro, la produzione intermittente, o a lotti, e i servizi basati sulla manodopera. Nelle linee di produzione meccanizzate indispensabile che il layout iniziale sia di buona qualit, visto che il riposizionamento di macchinari ingombranti e delle strutture di servizio relative sarebbe costoso al punto che la chiusura dellimpianto si potrebbe rivelare pi conveniente (impianti petrolchimici, acciaierie). I produttori di motori nellindustria automobilistica rinnovano le linee transfer automatizzate ogni pochi anni, ma non il layout dei macchinari. La scelta del layout iniziale vincola la possibilit dellimpresa di237 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


rispondere adeguatamente a nuove esigenze della linea di produzione o della tecnologia negli anni a seguire. Le linee di assemblaggio (manuali, non robotizzate) non sono fisse come le linee meccanizzate, poich gli assemblatori e i loro strumenti sono mobili. Quindi la progettazione del layout iniziale non cos critica e lattenzione volta alla modifica del layout che comporta costi di pianificazione, di bilanciamento della linea, di formazione e di riorganizzazione dei banchi di lavoro, delle strutture di magazzino, dei mezzi per il trasporto dei materiali e dei macchinari voluminosi. La produzione intermittente o a lotti richiede spesso macchinari ingombranti e supporti per limmagazzinamento e la movimentazione. La modifica del layout possibile perch lattrezzatura in uso ha carattere generale, pu essere suddivisa ed movibile. I servizi basati sulla manodopera sono soggetti a frequenti modifiche del layout. Gli ostacoli fisici sono pochi; la maggior parte degli uffici pu traslocare nel corso di una notte se gli allacciamenti telefonici possono essere rapidamente eseguiti. Approfittando del numero ridotto di ostacoli fisici la modifica degli uffici si focalizza soprattutto sulle persone e sullambiente di lavoro. 9.11.1 Strumenti per la modifica del layout Esistono programmi di calcolo implementati su calcolatore elettronico che, partendo da una configurazione iniziale o dal diagramma dei rapporti fra gli spazi, aiutano il progettista nella generazione di diverse configurazioni e nella selezione del layout ottimale. Gli algoritmi esistenti possono essere suddivisi in due categorie: algoritmi costruttivi che partendo dal nulla selezionano e posizionano le attivit o i reparti fino al raggiungimento di un layout compatibile con i vincoli; algoritmi migliorativi che partendo da un layout iniziale scambiano ripetutamente fra loro le attivit (o reparti) in modo da migliorare il progetto del layout. Sono algoritmi costruttivi CORELAP (COmputerized REelationship LAy-out Planning) e ALDEP (Automated Lay-out DEsign Program) che forniscono la costruzione del layout sulla base dei giudizi di relazione o di vicinanza tratti dalla tabella dei rapporti fra le238 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


attivit; sono quindi particolarmente indicati quando hanno maggiore importanza le attivit collaterali e il cambiamento continuo delle condizioni impedisce la raccolta di dati numerici precisi. Il CRAFT (Computerized Relative Allocation of Facilities Technique), invece, si basa sulla minimizzazione di una funzione di flusso fra i reparti, avendo come obiettivo la minimizzazione del costo del trasporto dei materiali allinterno dello stabilimento 9 . Talvolta si possono eseguire pi valutazioni in parallelo con metodi diversi al fine di confrontare i risultati. 9.11.2 CRAFT Il CRAFT un algoritmo migliorativo che ha come obiettivo la minimizzazione del costo di trasporto interno dei materiali. Si ipotizza che tale voce di costo sia una funzione lineare della distanza (misurata lungo coordinate rettangolari) tra i baricentri dei reparti presenti. La soluzione al problema ricercata attraverso modifiche sequenziali di posizione dei reparti; lo scambio di ubicazione, per, effettuato solo per reparti della stessa area o con bordi in comune 10 . I dati dingresso necessari per limplementazione del CRAFT sono: layout iniziale; foglio origine-destinazione; costi unitari di trasporto; numero ed ubicazione dei reparti a posizione fissa. Note queste informazioni, si passa alla determinazione della tabella dei costi totali (che sono funzione delle distanze, del layout iniziale e dei viaggi tra un reparto e laltro); poi si procede agli scambi, che possono essere: a due vie (coppie di reparti); a tre vie (tre reparti);

9

Un input richiesto il foglio Origine-Destinazione; il CRAFT si presta quindi ad essere utilizzato quando prevalente il flusso dei materiali.

Il numero massimo di reparti, che pu essere gestito da questo programma, 40 (con una superficie massima pari a 75 unit di area). 239 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio

10


sequenze di scambi a due e/o tre vie. Tra tutti i possibili scambi, ovviamente, saranno selezionati solo quelli che determinano la miglior riduzione dei costi di trasporto. Se si vuole conoscere il costo di trasporto tra i reparti in un determinato orizzonte temporale (un giorno, una settimana, un mese, un semestre, un anno, ecc..), occorre dapprima definire le seguenti variabili (si supponga di utilizzare come unit di misura del tempo la settimana): Zk = [n viaggi/settimana] ck = [/m] Wk = ckZk = [/(msettimana)] dk = distanza tra i reparti [m] Ck = Wkdk = ckZkdk = [/settimana] Con il pedice k si indicata la k-sima coppia di reparti tra i quali si sta analizzando lo spostamento dei materiali. Quindi, se si vuole pervenire alla determinazione del costo totale del trasporto (Ctot) tra tutti i reparti tra cui vi un flusso di materiale, si deve compiere la seguente operazione:C tot = k C k = k c k Z k d k con k = 1,.,n Un caso applicativo del programma CRAFT Si valuti se possibile ridurre i costi di trasporto allinterno di unazienda di produzione costituita da quattro reparti di lavorazione, disposti come in Fig. 9.12.


Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2 50 m 30 m

20 m

A

B

20 m

C

D

40 m Fig. 9.12: Layout iniziale Distanze tra i reparti (m) Da a A B C D A 40 25 55 B 40 65 25 C 25 65 40 D 55 25 40 -

40 m

Flussi materiali (MAG) Da a A B C D A 1 2 4 B 2 1 1 C 4 1 0 D 4 3 2 -

Tab. 9.2: Fogli origine-destinazione

Si assuma, inoltre, che i costi di trasporto unitari siano invarianti per tutte le coppie di reparti, e che ammontino ad 1 al metro. Per esempio, riferendosi al percorso dal reparto A al reparto B, i dati vanno cos interpretati: ck = 1 ; Zk = 2 viaggi/giorno, perch si devono movimentare 2 MAG al giorno, ed ogni MAG necessita di un viaggio (come si desume dalla definizione di MAG); Wk = ckZk = 2 /(mgiorno); dk = 40 m; Ck = Wkdk = 240 = 80 /giorno. A questo punto, applicando lo stesso ragionamento alle altre coppie di reparti, si pu procedere al calcolo della matrice dei costi totali:

aProf. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio

241

Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2 /giorno A B C D totale

da

A B C D Totale

40 50 220 310

80 65 25 170

100 65 0 165

220 75 80 375

400 180 195 245 1020

Tab. 9.3: Matrice costi totali

Chiusa questa fase di acquisizione dei dati ed elaborazione dei costi totali, si procede, agli scambi. Si ipotizzi di scambiare il reparto A con quello B, dato che hanno un bordo in comune. Il nuovo layout riportato in Fig. 9.13. Il foglio Origine-Destinazione del flusso deimateriali resta ovviamente inalterato, poich cambiata la disposizione fisica dei reparti ma non la natura del processo produttivo invece. Il foglio Origine-Destinazione per le distanze tra i reparti , invece, riportato nella Tab. 9.4. La matrice di costi totali aggiornata in Tab. 9.5.

30 m

50 m

20 m

B

A

20 m

C

D

40 m Fig. 9.13: Layout dopo la prima modifica

40 m

am A 40 65 25 B 40 25 55 C 65 25 40 D 25 55 40 -

da aProf. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio

A B C D

Tab. 9.4: Foglio origine-destinazione per le distanze fra i reparti aggiornato 242

Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2 /giorno A B C D totale

da

A B C D totale

40 130 100 270

80 25 55 160

260 25 0 285

100 165 80 345

440 230 235 155 1060

Tab. 9.5: Matrice costi totali aggiornata

Dai risultati ottenuti si evince che lo scambio tra i reparti A e B non ha sortito gli effetti desiderati, poich vi stato un aggravio dei costi di trasporto che sono passati da 1020 a 1060 . Per questo motivo si deve procedere con altri scambi, finch non si perviene ad una soluzione migliore della disposizione iniziale. Per brevit, si riportano solo i risultati relativi agli scambi effettuati. A con B 1060 ; A con C 955 ; A con D 1095 ; B con C non fattibile; B con D 945 ; C con D 1040 .

La soluzione migliore evidentemente lo scambio di B con D, perch ad essa corrisponde il costo pi basso. Si noti, per, che la soluzione trovata non la migliore in assoluto, cio quella ottima, ma la migliore tra tutti gli scambi che la metodologia consente. Infatti, vi sono degli scambi che non possono essere presi in considerazione cui, probabilmente, corrisponderebbe una maggior riduzione di costo. Tale condizione dipende dal fatto che il CRAFT stato realizzato soprattutto per migliorare il layout preesistente: esso non stravolge il layout originale, ma cerca solo di migliorarne lefficienze con modifiche contenute sia dal punto di vista strutturale che economico. 9.11.3 2 OPT Lalgoritmo 2-OPT un metodo migliorativo, che lavora su coppie di elementi, nel nostro caso reparti, ed ottimizza la funzione obiettivo individuata.243 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Il metodo 2-OPT permette di individuare la migliore disposizione dei reparti o aree di un layout partendo da una disposizione iniziale assegnata che viene successivamente migliorata attraverso un procedimento di modifica delle posizioni relative dei reparti. Gli scambi generano variazioni della funzione obiettivo e soltanto quelli che danno una riduzione vengono presi in considerazione per essere adottati 11 . Lalgoritmo richiede i seguenti dati di ingresso: il layout iniziale; il numero di reparti; la funzione obiettivo e la tabella origine-destinazione in cui vengono indicati le distanze e i costi che si sostengono fra una generica coppia di reparti. Indichiamo i passi da seguire per la ricerca del layout : Passo 1: Data la soluzione iniziale S fornita dallutente e la funzione obiettivo z, siano m ed n rispettivamente le righe e le colonne della matrice delle distanze determinata con la tabella origine-destinazione, si imposta: S* = S ; z* = z ; i = 1 ; j = i + 1 =2. Passo 2: Considera lo scambio di posizione tra due reparti i e j nella soluzione S. Se il cambiamento produce una soluzione S tale che la funzione obiettivo z< z*, allora imposta z* = z ed S* = S. Se j < mn (dove mn indica il numero di reparti), allora j = j + 1; altrimenti i = i + 1 e j = i + 1. Se i < mn ripete il passo 2, altrimenti salta al passo 3. Passo 3: Se S = S*, imposta S = S*, z = z*, i = 1, j = i + 1 = 2 e salta al passo 2; in caso contrario restituisce S* come miglior soluzione e si ferma. Lalgoritmo procede scambiando tra loro due reparti e valutando tutte le possibili configurazioni ottenibili, se lo scambio vantaggioso viene accettato, altrimenti viene rigettata. Sono possibili (m n ) in termini di risorse di calcolo.11

m n 1 scambi e questo pu comportare un forte dispendio 2

Il 2-OPT di notevole efficacia perch semplifica notevolmente la procedura di calcolo, basta considerare che per uno stabilimento avente cinque reparti abbiamo esattamente 5! = 120 combinazioni di reparti, contro le 5(5-1)/2 =10 che 2OPT analizza. Molto probabilmente tra le dieci determinate non otterremo la disposizione perfetta, ma sicuramente dopo solo dieci passi arriviamo ad una disposizione molto valida che ha ottimizzato ampiamente la nostra funzione obiettivo. 244 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


Per capirne la logica di funzionamento, si supponga di disporre di un layout iniziale con quattro reparti ipotizzando di conoscere la tabella origine-destinazione. S = 1 2 3 4 scambio tra S = 1 2 3 4 scambio tra i = 1 , j = 2 2 1 3 4 (non ottimizza la funzione obiettivo) i = 1 , j = 3 3 2 1 4 (ottimizza la funzione obiettivo)

Lalgoritmo continua assumendo S = 3 2 1 4 S = 3 2 1 4 scambio tra S = 3 2 1 4 scambio tra i = 1 , j = 4 4 2 1 3 (non ottimizza la funzione obiettivo) i = 2 , j = 3 3 1 2 4 (non ottimizza la funzione obiettivo)

S = 3 2 1 4 scambio tra S = 3 2 1 4 scambio tra

i = 2 , j = 4 3 4 1 2 (non ottimizza la funzione obiettivo) i = 3 , j = 4 3 2 4 1 (non ottimizza la funzione obiettivo)

Lalgoritmo termina accettando una sola soluzione sulle sei totali, perch le soluzioni generate dopo il 2step non migliorano la soluzione iniziale.



Una versione leggermente differente di 2-Opt prevede di accettare la soluzione al punto 2 se questa migliore senza ricalcolare tutte le soluzioni. Ottiene risultati peggiori ma in maniera pi rapida.Un caso applicativo del 2-opt

In un azienda si producono 3 tipologie di prodotti secondo lo schema tecnologico di seguito riportato, ogni prodotto ha varianti proprie che richiedono una modifica rispetto alla sequenza di lavorazioni originale: Prodotto P/N 1.0 Unit Vendute Anno 12000 Ciclo Lavorazione: R01, R02, R04, R03, V01 Varianti: P/N 1.1 - 40% - Richiede un doppio passaggio sulla R02 dopo la R04 Prodotto P/N 2.0 Unit Vendute Anno 18000 Ciclo Lavorazione: R01, R02, R03, R04, R02 Varianti: nessuna Prodotto P/N 3.0 Unit Vendute Anno 30000 Ciclo Lavorazione: R01, R03,V01, R02, R01 Varianti: P/N 3.1- 20% - Esegue una ulteriore lavorazione sulla R02 dopo la R03 P/N 3.2 - 15% - Simile al P/N 3.1 eccetto per la presenza di una seconda verniciatura (V01) dopo lultimo passaggio sulla R01 Lazienda deve trasferirsi in uno stabile a piano singolo e contemporaneamente ristrutturare il suo layout al fine di migliorare la sua struttura costi. Lo stabile dove avverr il trasferimento ha una dimensione rettangolare di 10 x 50 m con maglia quadrata di 5 m. Tramite un algoritmo costruttivo si giunto alla soluzione riportata in Fig. 9.14. Si applichi, il criterio di miglioramento 2-Opt al fine di identificare unalternativa pi performante utilizzando come funzione obiettivo la minimizzazione dellintensit di traffico espressa come somma del prodotto delle movimentazioni per la distanza da percorrere. A tal246 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


proposito si assuma, come criterio per il calcolo delle distanze, la distanza rettilinea tra i baricentri delle aree dei reparti. Dati di partenza: Movimentazione manuale a mezzo transpallet, dimensione dellunit produttiva 25/pz vassoio, 8 vassoi/pallet. Superficie reparti R01, R02, R03, R04 e V01 100 m2 ciascuno, le superfici includono anche le aree libere per le movimentazioni.

Fig. 9.14: Layout iniziale

Lalgoritmo ha come input: il valore dellintensit di traffico da minimizzare (funzione obiettivo) determinato come somma del prodotto delle movimentazioni per la distanza da percorrere; come soluzione iniziale il layout di Fig. 9.14.R01 0 Matrice Distanze Rettilinea R02 R03 17,5 17,5 0 5 0 R04 37,5 25 20 0 R04 0 4350 2520 0 V01 37,5 20 25 5 0 V01 843,75 4050 3937,5 0 0

R01 R02 R03 R04 V01 R01 R02 R03 R04 V01

R01 0

R02 5250 0

Intensit di Traffico R03 2625 832,5 0

Intensit di traffico complessiva =

I

ij

=24408.75

Tab. 9.6: Tabelle di riferimento

Riassumiamo lalgoritmo evidenziando il valore z dellintensit di traffico e le soluzioni di layout S che otteniamo ad ogni iterazione.247 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


1. S* = S = 1 2 3 4 5 ; z* = Z = 24408,75 ; i = 1 ; j = i + 1 =2scambio tra i = 1 , j = 2 S = 2 1 3 4 5 Z < z = 29940

2. S* = S = 1 2 3 4 5 ; z* = Z = 24408,75 ; i = 1 ; j = j + 1 =3scambio tra i = 1 , j = 3 S = 3 2 1 4 5 Z < z = 26632.5



5. S* = S = 1 2 3 4 5 ; z* = Z = 24408,75 ; i = 2 ; j = i + 1 =3scambio tra i = 2, j = 3 S = 1 3 2 4 5 Z > z = 24393.75

6. S* = S = 1 3 2 4 5; z* = z = 24393,75 ; i = 2 ; j = j + 1 =4scambio tra i = 2 , j = 4 S = 1 4 2 3 5 z < z = 27153.75

7. S* = S = 1 3 2 4 5; z* = z = 24393,75 ; i = 2 ; j = j + 1 =5scambio tra i = 2 , j = 5 S = 1 5 2 4 3 z < z = 27468.75

8. S* = S = 1 3 2 4 5; z* = z = 24393,75 ; i = 3 ; j = i + 1 =4scambio tra i = 3 , j = 4 S = 1 3 4 2 5 z < z =24918.75

9. S* = S = 1 3 2 4 5; z* = z = 24393,75 ; i = 3 ; j = j + 1 =5scambio tra i = 3 , j = 5 S = 1 3 5 4 2 z > z = 23703.75

10. S* = S = 1 3 5 4 2; z* = z = 23703,75 ; i = 4 ; j = i + 1 =5scambio tra i = 4 , j = 5 S = 1 3 5 2 4 z< z= 24108.75



Fig. 9.15: Disposizioni dei reparti ad ogni iterazione del 2-Opt

Dalla sequenza possiamo notare che esistono due soluzioni di layout pi performanti della soluzione iniziale ed il layout finale quello indicato in Fig. 9.16 .

Fig. 9.16: Layout finale

9.12 Fasi di progettazione dei layoutUn corretto studio di layout si caratterizza delle fasi riportate in Fig. 9.17. Nel caso di un layout complesso possono coesistere in ogni momento centinaia o addirittura migliaia di attivit in corso di svolgimento. Si tratta di lavori ripetitivi, di lavorazioni e di progetti, con prodotti e risorse che si dirigono verso le stazioni di lavoro seguendo i pi svariati percorsi. Quando i percorsi sono molto diversi, il criterio di disposizione delle aree di lavoro allinterno delledificio assai critico. I percorsi principali che portano dal produttore al cliente si snodano in unapparente confusione di tracciati e possono essere pi facilmente individuati solo con laiuto di unanalisi del layout.249 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio

Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2Analisi P - Q Flusso dei materiali Diagramma di flusso e/o di interdipendenza delle attivit Superfici necessarie Schema a blocchi delle areeSistem a di trasporto Attrezzature di m agaz. e uff. Elem enti Sito e localit m odificabili Esigenze del personale Caratteristiche dell'edificio Im pianti e servizi ausiliari Procedure e controlli

Interdipendenza delle attivit

Superfici disponibili

Integrare Limitazioni e pratiche adattare

Soluzione X

Soluzione Z

Soluzione Y Valutazione alternativa Layout scelto Fine della fase: LAYOUT GENERALE Dettagliare l'area A B C D

Fig. 9.17: Fasi di progettazione di un layout

Uno dei principi della progettazione del layout la sistemazione delle aree di lavoro secondo il flusso dominante e un obiettivo importante quello di minimizzare il tempo di arrivo, di transito e di uscita delle risorse dai vari centri di lavoro a costi ragionevoli. Pi il flusso veloce, minori sono le probabilit di accumulare costi ordinari e straordinari di lavorazione e pi rapidi sono i tempi di servizio per i diversi clienti lungo il processo sino a quelli finali. Ci possono essere altri importanti fattori oltre al flusso. Se cos , tali fattori possono essere combinati con i dati del flusso. La combinazione dei dati fornir informazioni sulla necessit250 Prof. Ing. R. De Carlini Prof. Ing. G. Scapicchio


di sistemare le aree di lavoro pi o meno vicine, permettendo di sviluppare un primo layout di tentativo. Il passo successivo, che consiste nella determinazione delle richieste di spazio di questa prima versione di layout, apre la via alla fase finale di progettazione che consiste nel suo adattamento allo spazio disponibile, cio alledificio proposto o esistente. Nel seguito saranno esposti i punti critici da approfondire nella progettazione di un buon layout. 9.12.1 Analisi del processo produttivo Questa analisi pu essere scissa in: Analisi dei prodotti o materiali (P): la finalit quella di determinare i vari articoli o i materiali che sono prodotti nellazienda o nel reparto oggetto dello studio. Lanalisi deve essere estesa alle materie prime, ai semilavorati ed ai sottoinsiemi per giungere fino ai prodotti finiti. Analisi delle quantit o dei volumi prodotti (Q): si tratta di determinare le quantit di materiali o articoli prodotti o utilizzati. Analisi fatturato progressivo Variet prodotti. La curva di Lorentz presenta in ordinata le percentuali progressive del fatturato relative ad un determinato numero di prodotti. Per determinare il flusso dei materiali bisogna conoscere il ciclo produttivo la cui analisi pu consentire ingenti miglioramenti dei processi, mediante le operazioni di eliminazione, combinazione o cambio di sequenza di fasi o parti di fasi non pi necessarie, cambio del posto di lavoro, cambio delloperatore, miglioramento dei dettagli. Appare, ad ogni modo, evidente la necessit di utilizzare differenti metodi danalisi del flusso in funzione del particolare processo produttivo. Per questo motivo molto utile servirsi del diagramma P-Q (Fig. 9.18).


Universit degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e della Produzione Sezione Impianti Rev. 1.2 Q

A

B C D P

zona I

zona III

zona II

Fig. 9.18: Diagramma P-Q

Per ciascuna delle quattro situazioni evidenziate (A, B, C, D) si possono utilizzare metodi differenti: A. per un solo prodotto conveniente usare il foglio del processo operativo di montaggio o di lavorazione

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Capitolo IX_1