Studio del plant layout - Impianti industriali - Università degli Studi di Trieste - a.a. 2009-2010
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Università degli Studi di Trieste – a.a. 2009-2010 Impianti industriali
Studio del plant layout
Impianti industriali
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Definizioni
• Lo studio del plant layout è il processo che porta
alla progettazione della sistemazione plano-
altimetrica di un impianto industriale.
• Tale progetto riguarda quindi la disposizione delle
macchine, degli impianti, degli operatori e dei materiali.
• Questo studio si richiede, ad esempio:
– all’inizio della produzione di un nuovo prodotto;
– se la variazione di domanda è significativa;
– in caso di obsolescenza degli impianti esistenti;
– per migliorare la sicurezza e/o le condizioni di lavoro.
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• In tali casi si può ricorrere a diverse soluzioni:
– progettare uno stabilimento nuovo;
– modificare la disposizione delle macchine esistenti
nell’area disponibile;
– introdurre miglioramenti localizzati in corrispondenza di
certe operazioni.
• Gli obiettivi di uno studio del plant layout comprendono:
– utilizzare al meglio lo spazio a disposizione;
– ridurre al minimo i costi dovuti ai trasporti interni di
materiali;
– rendere possibili ampliamenti futuri attraverso un piano
organico e razionale;
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– assicurare condizioni di lavoro soddisfacenti e in
sicurezza;
– contenere il più possibile gli investimenti capitali.
• Lo studio può essere svolto seguendo tre fasi:
1. raccolta e analisi dei dati di partenza;
2. ricerca delle possibili soluzioni;
3. scelta della soluzione migliore.
• Rimandando al seguito per l’approfondimento di alcuni
aspetti, si possono delineare i contenuti, generalmente
applicabili, di ogni fase.
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1. Fase di raccolta e analisi dei dati di partenza:
– stabilire cosa sarà prodotto;
– stabilire le quantità da produrre;
– stabilire quali componenti saranno realizzati
internamente e quali approvvigionati esternamente;
– determinare le operazioni necessarie;
– determinare le sequenze di operazioni (cicli);
– fissare i tempi standard per le operazioni.
• In questa fase momenti centrali saranno
– l’analisi del processo produttivo;
– l’analisi del layout attuale dello stabilimento (se
esistente).
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2. Fase di ricerca delle possibili soluzioni, si
ricercano soluzioni fattibili tenuto conto:
– dei tipi di lavorazioni;
– dei possibili sistemi di movimentazione interna;
– del posto di lavoro.
3. Fase di scelta della soluzione migliore con
l’impiego di strumenti di tipo qualitativo e
quantitativo:
– secondo la dimensione tecnica (ad esempio, quella
che minimizza i trasporti interni);
– secondo l’aspetto economico, tenuto conto dei costi
di investimento e di esercizio.
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Analisi del processo produttivo
• In tutti gli impianti industriali si può sempre individuare
una schematizzazione ideale dello svolgersi ordinato
delle successive operazioni o fasi, che nel loro
complesso realizzano lo scopo cui l’impianto stesso è
destinato.
• Lavorazione: procedimento che, partendo da un certo
materiale, ne modifica successivamente la forma, con o
senza variazioni di volume, e ne altera talvolta la
sostanza fino a ottenere il prodotto finito.
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• Nel nostro caso intenderemo, per estensione,
anche quelle operazioni consistenti in semplici
movimentazioni, che non alterano il materiale di
partenza, come, per esempio, in un silo per
immagazzinamento di grano, in un frigorifero per
la conservazione di derrate alimentari ecc.
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• Stabilito cosa produrre (progetto del prodotto), occorre
definire come produrre, esaminando innanzitutto i
procedimenti possibili per la produzione che si vuole
attuare.
• Nella maggioranza dei casi ci si riferirà a procedimenti
già noti e codificati, almeno nelle loro fasi essenziali, che
potranno essere adottati integralmente o adattati al caso
che si studia
• Non può tuttavia escludersi che il procedimento debba
essere, per così dire, inventato, come certamente
accadrà per prodotti nuovi
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• Per i prodotti nuovi occorrerà verificare
sperimentalmente l’idoneità del ciclo produttivo,
realizzando piccole produzioni sperimentali e ricorrendo,
eventualmente, alla costruzione di appositi impianti
pilota, tenendo conto poi dei mutamenti che potranno
verificarsi passando alla produzione su scala industriale.
• Anche in presenza di tecnologie già sperimentate,
occorre innanzitutto esaminare se il procedimento sia
l’unico possibile o se ve ne siano altri, che possano
considerarsi varianti totali, o anche solo parziali, e che
possano risultare più convenienti
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Diagramma qualitativo
• La rappresentazione grafica schematizzata di una
lavorazione è chiamata diagramma qualitativo di
lavorazione o schema tecnologico.
• Si può usare una rappresentazione puramente indicativa
delle successive operazioni (tipo schemi a blocchi) o una
forma grafica in cui si riporta ordinatamente la
rappresentazione schematica dei mezzi che realizzano
l’operazione.
• Il diagramma qualitativo può essere completato con altre
indicazioni, come temperature, pressioni, note sul
movimento dei materiali ecc.
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Il diagramma qualitativo
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Il diagramma qualitativo
SCARTI
SFRIDI
SFRIDI TRATTAMENTO SFRIDI
ACQUISTATI (MACINAZIONE)
TAGLIO IN
FORMATI
RICICLO
MONORIENTAZIONE
IMBALLAGGIO PRODOTTO
PVC CALANDRATURA TAGLIO
MISCELAZIONE FINALE FINITO
ADDITIVI
METALLIZZAZIONE
ALLUMINIO
PET + PE ACCOPPIAMENTO
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Il diagramma quantitativo
• Il diagramma quantitativo si ottiene dal precedente
diagramma qualitativo sovrapponendo a ciascuna
operazione le corrispondenti quantità di materiali
occorrenti o comunque inerenti all’operazione stessa.
• Il diagramma quantitativo può venir tracciato con
riferimento alla potenzialità dell’impianto che si studia o
in percentuale, riferendo tutte le quantità a una, scelta
opportunamente, posta uguale a 100
per esempio la più importante delle materie prime o
parte di esse, il complesso delle materie di partenza, il
prodotto più importante ecc.
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• Tale diagramma deve non solo indicare le quantità
iniziali delle materie e finali dei prodotti, ma anche, fase
per fase, le quantità di materie, scarti, sfridi, cali,
aggiunte e tutto quanto possa comunque modificare le
quantità in evoluzione.
• I dati necessari saranno dedotti, nella maniera più
conveniente, dalla letteratura tecnica e/o dall’esperienza,
anche se, almeno in un primo momento, ci si dovrà
accontentare di valori medi o approssimati.
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• Il diagramma quantitativo può essere
rappresentato in vari modi.
• Il più semplice consiste nel sovrapporre alle
singole fasi del diagramma qualitativo le
corrispondenti quantità riferite a un’opportuna
unità di tempo, ottenendosi il così detto
diagramma quali-quantitativo.
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Linea pasta a nido per un pastificio
AE = 148 Kg/h
AI = 138 Kg/h
USCITA
INGRESSO
PRODOTTO
MATERIE
P UII = 698 Kg/h P UI = P I = 698 Kg/h ESSICCATO
PRIM E
LINEA DI
PRESSA NIDIATRICE ESSICCAZIONE
SI = 560 Kg/h P U = 550 Kg/h
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• Una delle rappresentazioni più adatte in molti casi è
quella suggerita da Sankey, largamente usata per
impianti termici, fonderie, cartiere, tessitorie e simili.
• Risultano particolarmente evidenti il flusso delle materie
principali e secondarie, le perdite che si verificano
durante il ciclo, i mescolamenti ecc..
• Le quantità finali vengono perfettamente individuate in
prodotto, perdite, cali, scarti e sfridi più o meno riciclabili,
cascami, anche suscettibili di ulteriore lavorazione nello
stesso o in altro stabilimento o direttamente utilizzabili
come sottoprodotti ecc..
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Il diagramma quantitativo
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Il diagramma di lavorazione
• Un altro tipo di rappresentazione grafica, che ben si
presta per alcune applicazioni, è il diagramma di
lavorazione (flow process chart), tracciato in figura
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Caratteristiche delle macchine e fabbisogno di
servomezzi
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Ricerca delle soluzioni possibili
• Una prima indicazione sulla disposizione dei centri di
lavoro (Cdl) è fornita dalla scelta tra:
– lavorazioni in serie (o in linea);
– lavorazioni a lotti.
• Spesso in un impianto si presentano entrambe le
situazioni: non è infrequente che il ciclo completo sia
frazionato in fasi che vedono lavorazioni in linea e altre a
lotti con interposti buffer di disaccoppiamento.
• La disposizione in linea riproduce la successione delle
operazioni produttive del ciclo.
Studio del plant layout 22Università degli Studi di Trieste – a.a. 2009-2010 Impianti industriali • Le movimentazioni tra i Cdl sono ridotte, ma la sequenza degli stessi è rigida. • Le macchine utensili sono spesso specializzate e i mezzi di movimentazione automatici. • Questi aspetti rendono questa disposizione efficace se i volumi di output sono elevati. • La disposizione nelle lavorazioni a lotti attua una concentrazione delle lavorazioni specializzate in reparti (stampaggio, tornitura, taglio ecc.). • Questa disposizione offre una maggiore flessibilità allo stabilimento produttivo. Studio del plant layout 23
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• La maggiore flessibilità riguarda il mix e le quantità di
prodotti, ma anche la minor vulnerabilità a fermate.
• Le macchine possono lavorare prodotti di dimensioni e
caratteristiche variabili (general purpouse) e i sistemi di
trasporto sono discontinui e spesso semiautomatici.
• I sistemi di movimentazione interna (material handling)
comprendono:
– i mezzi di contenimento (pallet, ceste, casse ecc.);
– i mezzi di trasporto interno.
• I mezzi di contenimento (pallet, ceste ecc.) influenzano
sia i sistemi di trasporto che la sistemazione delle
macchine.
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• I sistemi di movimentazione hanno poi diretta influenza
sia sulle modalità di carico e scarico per la spedizione
che sull’immagazzinamento.
• Per quanto riguarda il posto di lavoro, si deve tenere
conto, nella progettazione della soluzione di layout, dei
principi di economia dei movimenti per:
– semplificare al massimo i collegamenti operatore-
macchina;
– ridurre lo sforzo fisico necessario per il lavoro manuale.
• Ciascun Cdl sarà dimensionato tenendo conto dei criteri
di sicurezza ed ergonomia necessari.
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