Con il termine automazione si definisce l’introduzione, in un’azienda manifatturiera, di strumenti e processi atti a ridurre e/o eliminare operazioni meccaniche svolte manualmente da operatori. Infatti, il principale beneficio che l’automazione apporta è la riduzione del carico di lavoro degli operatori, che di conseguenza genera ulteriori vantaggi quali lead time ridotto, abbattimento dei costi e raggiungimento degli standard qualitativi richiesti dai clienti. L’automazione può quindi contribuire al miglioramento del processo produttivo, ottimizzando accuratezza, precisione, produttività e uniformità degli output.

CASE STUDY

In Bruschi siamo sempre alla ricerca di soluzioni innovative da adottare per ottimizzare il processo produttivo. Allo scopo di raggiungere questo obiettivo, il reparto produzione ha sviluppato un progetto di riduzione del carico di lavoro dell’operatore attraverso l’introduzione dell’automazione. Questo progetto riguarda due particolari componenti prodotti per un cliente del settore dei piccoli elettrodomestici e ha ottenuto eccellenti risultati in termini di riduzione delle attività manuali e aumento della produttività.

Per definire i due prodotti da efficientare tra quelli disponibili, è stata effettuata un’analisi con il supporto del diagramma di Pareto. Dall’analisi sono emersi i seguenti risultati:

• Il 20% del volume prodotto è realizzato dal 0,05% degli articoli
• Il 60% del volume prodotto è realizzato dal 17% degli articoli
• Il 20% del volume prodotto è realizzato dall’82,95% degli articoli

I risultati evidenziano che lo 0,05% degli articoli genera il 20% del volume prodotto in Bruschi: questi componenti vengono perciò definiti prodotti runner. La presenza di un ridotto numero di articoli che realizza una percentuale così consistente del volume totale consente l’introduzione in produzione di un’automazione dedicata, senza che quest’ultima causi una riduzione della flessibilità produttiva.

Definizione delle fasi

Dopo aver selezionato i componenti è possibile definire le diverse fasi del progetto. La gestione del processo iterativo di miglioramento è infatti scomposta in quattro fasi, in riferimento al ciclo PDCA o ciclo Deming:

• Fase 1 – PLAN
Definizione del problema, individuazione delle cause ed ipotesi azioni correttive per
raggiungere gli obiettivi previsti.
• Fase 2 – DO
Implementazione azioni correttive previste al punto 1.
• Fase 3 – CHECK
Raccolta dati e controllo. Confronto tra risultati attesi e risultati riscontrati.
• Fase 4 – ACT
Implementazione delle azioni correttive emerse dall’analisi dati prevista al punto 3.

Le quattro fasi del ciclo PDCA sono state pianificate utilizzando il seguente diagramma di Gantt:

Fase 1 – PLAN

La prima fase ha inizio con la definizione del problema: una condizione di disallineamento tra capacità produttiva e richiesta del cliente, con ipotesi di stampaggio dei due componenti sulla stessa pressa, causato dallo stato di saturazione dell’impianto produttivo. Di conseguenza, il problema non può essere risolto stampando i due componenti su due differenti macchine per la pressofusione: risulta infatti necessario ottimizzare il processo di produzione dei componenti.
L’individuazione della causa radice passa attraverso lo studio e la definizione della durata media delle singole attività, manuali dell’operatore e meccaniche della pressa:

• Stampaggio – operazione automatica gestita dalla pressa
• Prelievo stampata e deposito su tavolo – operazione automatica gestita dal robot antropomorfo
• Separazione masse di scarico e rilavorazione – operazioni manuali gestite dall’operatore
• Attività ausiliarie – operazioni manuali gestite dall’operatore

Una volta calcolati i tempi medi di ogni singola attività, il miglioramento si focalizza su quelle che possono apportare maggiori benefici, ovvero quelle che impiegano l’operatore per un periodo di tempo maggiore. Le attività manuali selezionate sono rilavorazione, separazione grezzo-scarto, e alimentazione pressa: queste impegnano l’operatore per il 97% del suo tempo.

Il secondo step concerne la classificazione delle operazioni in funzione del valore aggiunto che apportano al cliente:

• VA = 0 % – Attività necessaria a valore aggiunto: riconosciuta, quindi pagata dal cliente
• NVA = 3 % – Attività non necessaria e non a valore aggiunto: non riconosciuta, quindi non pagata dal cliente
• NNVA = 97% – Attività necessaria e non a valore aggiunto: non riconosciuta, quindi non pagata dal cliente

Le prime attività da prendere in considerazione e da eliminare sono le attività NVA, poiché si tratta di attività che non apportano valore e il cliente non le conosce. In secondo luogo le attività da efficientare sono quelle NNVA, poiché le VA possono essere migliorate, ma solamente con un margine ridotto.

Fase 2 – DO

Una volta individuate le operazioni da efficientare è necessario effettuare un’analisi costi-benefici al fine di individuare la soluzione migliore tra esternalizzazione o efficientamento interno attraverso automazione. Entrambe le soluzioni sono state implementate:

• Esternalizzazione pari al 50% delle attività manuali
• Riduzione pari al 45% delle attività manuali, attraverso l’introduzione di automazione che effettua la separazione automatica dei pezzi dal canale di colata e la rifusione automatica del canale di colata

Fase 3 – CHECK

La terza fase del progetto ha riguardato raccolta e controllo dati, con confronto tra risultati attesi e risultati ottenuti. Il periodo di osservazione a seguito delle azioni correttive è stato di 240 ore lavorative. Per valutare l’efficacia dell’intervento sono stati presi in considerazione tre KPI (Key Performace Indicators) numerici:

1. OEE – Overall Equipment Effectiveness
2. Durata media attività manuali
3. Tonnellate di zama rifuse a bordo macchina

I dati emersi dal confronto degli indicatori prima e dopo l’intervento hanno riportato un +33% di OEE e un -95% delle attività svolte manualmente, con una completa rifusione del materiale di scarto.

Fase 4 – ACT

Durante la fase 4 non è stato effettuato alcun intervento poiché dall’analisi dei KPI non sono emerse anomalie.

BENEFICI CONSEGUITI

Il progetto ha apportato molteplici benefici, sia diretti che indiretti.

Benefici diretti:
• +33% OEE
• -95% attività manuali
• Completa rifusione scarto bordo macchina

Benefici indiretti:
• Aumento della soddisfazione del cliente. Lead time rispettati e ridotti grazie all’aumento di capacità produttiva, al miglioramento qualitativo superficiale del pezzo e alla stabilizzazione dei processi di separazione canale-pezzo e di rilavorazione
• Risparmio energetico associato alla fusione immediata della materia prima
• Riduzione degli sprechi di movimentazione associati all’annullamento di spostamento dello scarto

Da questo case study risulta evidente l’importanza dell’automazione in un sistema produttivo efficiente e avanzato: attraverso l’introduzione di sistemi automatici è stato infatti possibile soddisfare gli standard quantitativi e qualitativi richiesti dal cliente, rispettando al contempo le deadline stabilite.

Se desideri approfondire le tue conoscenze sui metodi di ottimizzazione del processo produttivo, ecco ulteriori post sull’argomento:
• Come migliorare il processo produttivo per l’industria della pressofusione
• Ottimizzazione del processo di pressofusione: sistema di alimentazione

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Il termine design del prodotto definisce il processo di progettazione di un prodotto caratterizzato da specifiche caratteristiche estetiche e funzionali, che deve essere conforme al processo di produzione in serie. Il design del prodotto è dunque un processo che necessita di essere sviluppato considerando i diversi aspetti che caratterizzano un componente e, di conseguenza, se realizzato con la tecnologia della pressofusione, richiede l’integrazione di diverse attività, quali servizio di co-design, compilazione di un DFM, progettazione dello stampo, simulazione e analisi delle lavorazioni successive.

Il design del prodotto è un’attività strettamente correlata alla progettazione del processo produttivo: i due concetti si influenzano a vicenda, infatti il prodotto deve essere conforme alla produzione di massa e il processo produttivo deve al contempo tenere in considerazione le specificità del prodotto. Il design del prodotto è un processo complesso e sfaccettato, che non concerne solamente prodotto e produzione, ma anche scelta dei materiali, caratteristiche estetiche e funzionali, lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali e qualità richiesta dal cliente.

Servizio di co-design

Allo scopo di ottenere un risultato equilibrato in termini di estetica, funzionalità e fattibilità, il design del prodotto è spesso sviluppato da un’azienda manifatturiera insieme al cliente che ha ordinato il prodotto. La cooperazione tra fornitore e cliente viene definita servizio di co-design: una collaborazione che promuove la condivisione di informazioni e know-how, al fine di conseguire risultati soddisfacenti per entrambe le parti. Gli ingegneri e i tecnici procedono all’analisi delle caratteristiche fisiche e meccaniche del prodotto, così da trovare soluzioni per assicurare la funzionalità e la fattibilità produttiva, ottenendo di conseguenza un riscontro positivo da parte dei clienti.

Il servizio di co-design apporta benefici non solo in termini di ottimizzazione di processo e design, ma anche relativamente alla relazione tra cliente e fornitore: un continuo scambio di informazioni promuove incremento di fiducia e stima reciproca e permette, inoltre, di accrescere le conoscenze di entrambe le parti.

Per ulteriori informazioni relative al servizio di co-design, clicca sul post sotto:
• Vantaggi del co-design: alleggerimento mirato

DFM: studio di fattibilità del prodotto

Cliente e fornitore si scambiano informazioni relative al design del prodotto e al suo processo produttivo attraverso un documento denominato DFM: Design For Manufacturability, cioè uno studio di fattibilità del prodotto. Lo scopo di un DFM è, infatti, quello di presentare il prodotto in relazione al suo processo produttivo, per analizzare la fattibilità tecnica del progetto e suggerire soluzioni al fine di facilitare la produzione. Attraverso questo documento i tecnici possono stabilire se il design è conforme ai sistemi tecnologici del dipartimento di produzione e, successivamente, possono apportare modifiche a determinate caratteristiche del prodotto o delle fasi di produzione.
La scelta della pressofusione come metodo di produzione implica l’attuazione di specifiche analisi inerenti ad angoli di sformo, estrattori e punti di iniezione: il design del prodotto è, infatti, strettamente collegato alla progettazione dello stampo, e di conseguenza al processo produttivo. L’utilizzo di stampi risulta vantaggioso poiché consente la replicabilità del componente, ma allo stesso tempo richiede specifiche analisi tecniche che permettano di ottenere uno stampo adatto per il prodotto: il DFM contiene tutte le informazioni necessarie al raggiungimento di questo obiettivo.

Per conoscere nel dettaglio la struttura di un DFM, ecco un post sull’argomento:
• Design del prodotto per pressofusione: ottimizzare il DFM

Progettazione dello stampo

Considerando la pressofusione come metodo di produzione, il primo aspetto da esaminare è la progettazione dello stampo: l’elemento centrale del processo di pressofusione. Cliente e fornitore collaborano per sviluppare un sistema che sia adeguato sia per il componente che per lo stampo, considerando le caratteristiche estetiche e funzionali del prodotto, ma anche le proprietà meccaniche dello stampo: deve essere resistente, solido e funzionale al processo di produzione.
Innanzitutto è necessario verificare la producibilità del prodotto con il metodo della pressofusione, analizzando le dimensioni e la geometria del componente. Una volta che la geometria e le caratteristiche tecniche sono state definite, il processo di progettazione dello stampo può iniziare: questa fase prevede l’analisi delle specifiche tecniche del prodotto, del numero di cavità, dell’area di proiezione, del volume e della forma dello stampo. I due elementi principali che costituiscono la progettazione dello stampo sono il design del sistema di alimentazione a camera calda e la simulazione: la modalità di alimentazione rappresenta infatti l’elemento centrale della progettazione dello stampo, mentre la simulazione costituisce un utile strumento per definire i parametri più appropriati da applicare prima che il componente venga prodotto.

Progettazione del sistema di alimentazione a camera calda

Nella realizzazione dello stampo un elemento centrale da considerare è la progettazione del sistema di alimentazione a camera calda. Infatti, il metodo di alimentazione influenza l’ottimizzazione della produzione e le caratteristiche del prodotto. Il diffusore e il canale di colata sono i due elementi principali che compongono il sistema di alimentazione: la definizione della loro configurazione e dimensione risulta fondamentale per l’output finale del processo di pressofusione, poiché la scelta di diverse forme conduce a diversi risultati e può inoltre determinare una riduzione di potenziali difetti sul pressofuso.

Per informazioni dettagliate sul sistema di alimentazione a camera calda, di seguito un post sull’argomento:
• Ottimizzazione del processo di pressofusione: sistema di alimentazione

Simulazione

Come precedentemente menzionato, la simulazione costituisce un valido strumento per il design del prodotto e dello stampo: con software di simulazione, come programmi CAD e software 3D, gli ingegneri esaminano le proprietà tecniche del prodotto e definiscono i migliori parametri da applicare. Questi dispositivi rappresentano un supporto fondamentale per l’analisi di caratteristiche fisiche, dal punto di vista strutturale e della resistenza, e consentono agli ingegneri di identificare preventivamente potenziali criticità sul pressofuso, riducendo così eventuali problemi che potrebbero emergere a posteriori. Infatti, già nelle prime fasi del riempimento dello stampo potrebbero verificarsi errori che comprometterebbero la produzione del pezzo, ad esempio una solidificazione del metallo troppo rapida: la simulazione aiuta a evitare queste problematiche fin dal principio.

Per ulteriori informazioni sulla simulazione, ecco una serie di case studies:
• Simulazione per pressofusione: conservazione dello stampo e ottimizzazione dei parametri
• Simulazione per pressofusione: studio della porosità da ritiro
• Simulazione per pressofusione: studio per la riduzione degli scarti
• I vantaggi della simulazione HPDC nella pressofusione

Lavorazioni successive allo stampaggio

Il design del prodotto riguarda anche l’analisi di lavorazioni successive che devono essere effettuate a seguito della fase di stampaggio. Infatti, durante la progettazione di un prodotto è importante considerare eventuali lavorazioni successive a cui il pezzo dovrà sottoporsi: le operazioni successive allo stampaggio possono essere lavorazioni meccaniche, trattamenti superficiali, operazioni di assemblaggio o processi di automazione. Prestare attenzione a queste lavorazioni già nella fase di design del prodotto consente di effettuare specifiche azioni e impostare determinati parametri al fine di ottenere un risultato senza difetti. Di seguito alcuni esempi di lavorazioni successive.

Lavorazioni meccaniche

Tra le più diffuse lavorazioni meccaniche figurano filettatura e alesatura: se un componente necessita di essere filettato, già nella fase di progettazione dello stampo dovranno essere definiti specifici parametri per agevolare quest’operazione.

Trattamenti superficiali

Se un prodotto è soggetto a trattamenti superficiali, come verniciatura o cromatura, è importante prevedere in anticipo potenziali difetti che potrebbero manifestarsi dopo il trattamento. Ad esempio, alcuni trattamenti superficiali vengono effettuati a temperature molto alte che possono potenzialmente determinare la formazione di inclusioni d’aria nel componente: durante la fase di design dello stampo sarà quindi necessario prevedere l’evacuazione d’aria.

Assemblaggio

Relativamente all’assemblaggio, è opportuno definire specifiche tolleranze che siano funzionali a questa lavorazione. Per esempio, se il pezzo deve essere inserito in un altro componente, come un perno e un foro, è necessario prevedere la giusta interferenza tra i due.

Automazione

L’automazione rappresenta un fattore comune a tutte le lavorazioni successive: le operazioni automatiche per i trattamenti successivi allo stampaggio garantiscono un’adeguata produttività e costi ridotti.

Vantaggi design del prodotto

Il design del prodotto è una fase indispensabile nella produzione di un componente poiché consente di identificare i processi e le caratteristiche maggiormente performanti, allo scopo di produrre eccellenti risultati in termini di estetica, funzionalità e conformità al processo di produzione. Sviluppare un processo di design del prodotto ben strutturato è perciò fondamentale per ottenere importanti benefici, quali riduzione dei costi di produzione, soddisfazione del cliente e produzione di componenti esteticamente accattivanti, funzionali e conformi alla produzione di massa.

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Come ottimizzare il processo produttivo

Il potenziamento del processo produttivo può essere sviluppato attraverso un piano d’azione ben definito, che tenga in considerazione la complessità di elementi che caratterizza il dipartimento di produzione. La produzione è infatti composta non solo da macchinari, ma anche da design di prodotto, tecnologie, operatori e attività di pianificazione, per citare alcuni dei componenti più importanti di questo articolato sistema. Per ottimizzare il processo produttivo risulta quindi necessario assumere una visione d’insieme di tutti questi elementi e delle loro variabili, allo scopo di implementare una strategia che sia funzionale su molteplici aspetti.

Di conseguenza, il primo step da compiere è la definizione degli strumenti e delle azioni di modifica che possono contribuire al miglioramento delle diverse fasi della produzione. In Bruschi il piano di potenziamento del processo produttivo è costituito da quattro elementi centrali:

• Automazione
• Simulazione
• Riduzione degli scarti
• Tempo ciclo

1. Automazione

L’introduzione in un sistema produttivo di macchine automatizzate dotate di tecnologie altamente innovative apporta rilevanti benefici in termini di lead time ridotto, abbattimento dei costi e conseguimento degli standard di qualità richiesti dai clienti. La sostituzione di lavorazioni manuali con sistemi automatizzati permette, infatti, di ottenere una maggiore velocità di processo, ottimizzando di conseguenza l’intero lead time. Inoltre, l’automazione comporta una probabilità di errore ridotta rispetto alla lavorazione di un pezzo da parte dell’operatore.

Questo si traduce in una significativa riduzione dei costi di produzione, che è ulteriormente incrementata grazie al risparmio di energia e materiali che l’automazione apporta. L’inserimento di macchine automatizzate nel dipartimento di produzione genera anche un ulteriore vantaggio, che permette di ottimizzare anche il controllo qualità. Infatti, gli operatori che precedentemente eseguivano operazioni manuali sul componente possono, grazie all’automazione, occuparsi di altre attività aventi un maggior valore aggiunto, come il controllo qualità.

Un progetto di ottimizzazione del processo produttivo di un particolare componente, prodotta per un cliente del settore dei piccoli elettrodomestici, ha ottenuto eccellenti risultati in termini di aumento della produttività e riduzione delle attività manuali svolte dagli operatori. Il progetto di ottimizzazione è stato sviluppato per risolvere una situazione di disallineamento di capacità produttiva e richieste del cliente. Attraverso l’introduzione di sistemi automatizzati è stato possibile ridurre questo gap, ottenendo un tempo ciclo ottimizzato. Queste modifiche al processo produttivo hanno apportato benefici significativi: l’aumento del 33% della capacità produttiva e la riduzione delle attività manuali svolte dagli operatori per una percentuale superiore al -95%.

2. Simulazione

La simulazione del processo di pressofusione rappresenta un altro elemento che può contribuire al raggiungimento di un processo produttivo più efficace: grazie infatti all’utilizzo di software di simulazione gli ingegneri possono prevedere le reazioni del materiale all’interno dello stampo. Questo processo è possibile grazie ad un’analisi termo-fluidodinamica dello stampo, nota come CFD simulation (Computational Fluid Dynamics), che permette di localizzare preventivamente potenziali difetti, come porosità, giunzioni fredde e presenza d’aria nel pressofuso.

La fase di simulazione si dimostra quindi particolarmente utile per ottenere una geometria dello stampo ottimizzata prima di iniziare con il processo di produzione. Durante questa fase è infatti possibile selezionare i migliori parametri da applicare per la forma dello stampo, in modo da evitare anticipatamente difetti sul pezzo e di conseguenza ridurre i costi di produzione e lavorazioni meccaniche aggiuntive.

Se desideri informazioni più dettagliate sulla simulazione, ecco altri post sull’argomento:

• I vantaggi della simulazione HPDC nella pressofusione
• Simulazione per pressofusione: qualità superficiale nel settore automobilistico
• Simulazione per pressofusione: conservazione dello stampo e ottimizzazione dei parametri
• Simulazione per pressofusione: studio della porosità da ritiro

3. Riduzione degli scarti

Una progressiva riduzione degli scarti di lavorazione può essere ottenuta attraverso un’accurata pianificazione dell’intero processo produttivo. Innanzitutto è necessaria un’analisi del prodotto e del processo che si concentri sulle cause dello scarto. Per identificare queste cause gli ingegneri devono servirsi di software di simulazione per prevedere tutte le fasi della produzione, dal design ai trattamenti di finitura. La simulazione si dimostra nuovamente uno strumento indispensabile per l’ottimizzazione dei processi produttivi di pressofusione di zinco, poiché permette di evitare difetti e di controllare proprietà tecniche prima di iniziare con la produzione del pezzo, generando così una consistente riduzione dei costi e del lead time. Una volta individuate le principali cause dello scarto si procede alla definizione delle possibili soluzioni da applicare, localizzando i passaggi di maggior rilevanza nel processo produttivo e monitorandoli costantemente.

Per ulteriori informazioni sulla riduzione degli scarti clicca sul post qui sotto:

• Simulazione per pressofusione: studio per la riduzione degli scarti

4. Tempo ciclo

L’espressione tempo ciclo definisce il periodo di tempo richiesto per sviluppare la produzione di un componente. Il tempo ciclo rappresenta una variabile centrale nella produzione di un componente perché un tempo ciclo ridotto si traduce in un ridotto lead time, cioè il periodo di tempo necessario per soddisfare la richiesta di un cliente in termini di offerta. Un lead time ottimizzato genera incremento nella soddisfazione del cliente, poiché permette al fornitore di rispettare le deadline e gli standard ricercati dal cliente. Di conseguenza, per garantire un servizio rapido ed efficiente tempo ciclo e lead time devono essere ottimizzati il più possibile. Il tempo ciclo può essere ridotto prestando attenzione a diversi aspetti del processo produttivo, in particolare alla fase di simulazione e ai sistemi tecnologici del dipartimento di produzione. Innanzitutto, come precedentemente illustrato, è importante simulare le fasi di produzione e definire i parametri più adeguati da applicare per il processo di produzione. In questo modo possibili difetti sul pressofuso possono essere evitati sin dall’inizio e, di conseguenza, sarà possibile eliminare ulteriori operazioni meccaniche. Un altro elemento centrale per la riduzione del tempo ciclo è il sistema tecnologico della fonderia, il cui livello di innovazione tecnologica può apportare notevoli riduzioni nei tempi di produzione. Infatti, macchinari automatizzati permettono di ottenere tempi ciclo più rapidi e operazioni più accurate, variabili che risultano discriminanti nel raggiungimento delle performance ricercate dai clienti. Inoltre, controlli periodici dei macchinari aiutano a comprendere come il tempo ciclo può essere ulteriormente migliorato.

Per informazioni dettagliate sul tempo ciclo clicca sul post qui sotto:

• Riduzione dei costi tramite l’ottimizzazione del tempo ciclo

Perché ottimizzare il processo produttivo è fondamentale per un business

L’ottimizzazione del processo produttivo è un elemento decisivo nella gestione di un business perché consente di ridurre i costi di produzione e di ottenere un processo produttivo più rapido. Al fine di conseguire questi benefici è quindi necessario introdurre nel proprio sistema di produzione tecnologie automatizzate e software di simulazione, e ottimizzare la riduzione degli scarti e il tempo ciclo. Con la definizione di un preciso piano di ottimizzazione il lead time potrà essere ridotto e di conseguenza si potrà assistere a un incremento della soddisfazione del cliente.
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