Progettazione dei Sistemi Produttivi e di Assemblaggio Manuale, Politecnico di Bari

1990 OLIT E NI Politecnico di Bari

POLITECNICO DI BARI
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA
PROGETTAZIONE DEI SISTEMI
PRODUTTIVI
Dimensionamento dei sistemi di
assemblaggio
de' remi facemmo al
1000
Politecnico
di Bari
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Dimensionamento dei sistemi di assemblaggio
Progettazione dei Processi Produttivi
AA 2023-2024
H 2
BARI
I
Ing. Antonio Piccininni, Ph.D.

Sistemi di assemblaggio manuale

de 1I sistemi di assemblaggio manuale
Gran parte dei prodotti di consumo possono essere considerati assemblati. Ogni prodotto consiste quindi di
numerosi componenti che vengono uniti tra loro attraverso i processi di assemblaggio. Questi prodotti sono
generalmente ottenuti su una linea di assemblaggio manuale. Ci sono alcuni fattori che fanno propendere verso la
scelta di un sistema manuale di assemblaggio.

• La richiesta di prodotto è medio-alta.
• I prodotti realizzati sulla linea sono identici o molto simili.
• Il lavoro totale necessario per assemblare il prodotto può essere diviso in elementi di lavoro più piccolo.
• È tecnologicamente impossibile o economicamente sfavorevole automatizzare le operazioni di assemblaggio.

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Inoltre, esistono molteplici ragioni per le quali le linee di assemblaggio manuale sono maggiormente produttive
rispetto a metodi alternativi per i quali, ad esempio, differenti lavoratori siano in grado di eseguire tutte le singole
operazioni per assemblare il prodotto.

• Specializzazione del lavoro: definita anche come «divisione del lavoro», teorizzata da Adam Smith: quando ci si
  trova davanti ad un grande lavoro, se questo è suddiviso in obiettivi più piccoli e ognuno di questi è assegnato ad
  un singolo lavoratore, questi diventa altamente performante per quel singolo task. Il lavoratore, quindi, si
  specializza.
• Principio del flusso di lavoro: che implica muovere il lavoro verso il lavoratore piuttosto che il contrario. Ogni
  unità di lavoro si muove attraverso la linea di produzione, percorrendo la minima distanza tra due stazioni.
• Passo di linea: i lavoratori su di una linea di assemblaggio sono chiamati a completare l'operazione assegnata
  in un certo tempo ciclo che mantiene il passo della linea secondo un certo tasso di produzione (grazie anche
  alla presenza di un trasportatore meccanizzato).

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Una linea di assemblaggio manuale è una linea di produzione costituita da una sequenza di postazioni di lavoro
in cui le attività di assemblaggio vengono eseguite da lavoratori. I prodotti vengono assemblati mentre si
muovono lungo la linea.
In ogni stazione, un lavoratore esegue una parte del lavoro totale sull'unità.
La pratica comune è di «posizionare» le parti di base all'inizio della linea a intervalli regolari. Ogni parte di base
viaggia attraverso stazioni successive e gli addetti aggiungono componenti che costruiscono progressivamente il
prodotto.
Un sistema di trasporto del materiale meccanizzato viene tipicamente utilizzato per spostare le parti di base lungo
la linea mentre vengono gradualmente trasformate in prodotti finali.
La velocità di produzione di una linea di assemblaggio è determinata dalla sua stazione più lenta
Components added at each station
Starting
base parts
Asby
Man
Asby
Man
Asby
Man
Asby
Man
Asby
Man
Asby
Man
Completed
assemblies
200
200
Sta
Sta
Sta
Sta
Sta
1
Sta
2
3
n-2
n-1
n

Varietà di prodotto

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RI
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Varietà di prodotto
Grazie alla versatilità del capitale umano impiegato, le linee di assemblaggio manuali possono essere progettate
per far fronte alle differenze nei prodotti assemblati. Si possono distinguere tre tipi di linee di montaggio:

1. modello singolo
2. modello batch
3. modello misto

Linea a modello singolo: produce solo un singolo prodotto in grandi quantità. Ogni unità di lavoro è identica, quindi
l'operazione eseguita su ciascuna stazione è la stessa per tutti i prodotti. Tale tipologia di linea si preferisce nel
caso dei prodotto con elevata richiesta.
Linea modello batch: ogni prodotto è realizzato in lotti. Le workstation sono settate per produrre la quantità
richiesta del primo prodotto, poi vengono riconfigurate per produrre la seconda tipologia e così via. È un modello
che si presta bene per la produzione in media quantità, soprattutto tenendo conto che è più vantaggioso
economicamente produrre in lotto piuttosto che avere una linea di assemblaggio separata per singola tipologia di
modello. Può accadere che esistano differenze tra modelli (batch) consecutivi e quindi gli strumenti utilizzati in una
data workstation per un certo lotto possano non essere adatti per l'elaborazione del successivo modello. Per
questo motivo, le variazioni di set-up e/o di attrezzature devono essere completate prima dell'elaborazione del
successivo modello (il che comporta tempo di produzione perso)
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Varietà di prodotto
Una linea di modelli misti, come quella in batch, produce più di un modello; tuttavia, i modelli non vengono
realizzati in lotto ma simultaneamente sulla stessa linea.
Mentre una stazione sta lavorando su un modello, la stazione successiva sta elaborando un modello diverso. Ogni
stazione è attrezzata per eseguire la varietà di compiti necessari per produrre qualsiasi modello che si muova
attraverso di essa.
I vantaggi di una linea modello misto rispetto a una linea modello batch includono:

1. nessuna perdita di tempo di produzione nel passaggio da un modello all'altro
2. l'eliminazione delle scorte elevate tipiche della produzione in batch
3. la capacità di alterare i tassi di produzione di modelli differenti al variare della domanda di prodotto.

D'altra parte, il problema di assegnare le attività alle workstation in modo che condividano tutte lo stesso carico di
lavoro è più complesso su una linea di modelli misti.

SISTEMI DI ASSEMBLAGGIO MANUALI

Analisi del tempo ciclo e del carico di lavoro

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AA 2023-2024SISTEMI DI ASSEMBLAGGIO
MANUALIAnalisi del tempo ciclo e del carico di lavoro
La linea di assemblaggio deve essere progettata per raggiungere una velocità (tasso) di produzione, Rp, sufficiente
a soddisfare la domanda del prodotto. Supponendo che l'impianto funzioni per 50 settimane all'anno, il tasso di
produzione oraria richiesta è data da
Rp =
Da
50SwHsh
Rp = tasso medio di produzione oraria, unità/ora
Da = domanda annua del singolo prodotto da assemblare sulla linea, unità / anno
Sw = numero di turni / sett.
Hsh = hr / turno
Se la linea opera per 52 settimane anziché 50, Rp = Da/52*Sw*Hsh.
Il tempo di ciclo (Tc) deve tenere conto che un po' di tempo di produzione andrà perso a causa di guasti
occasionali alle apparecchiature, interruzioni di corrente, mancanza di un determinato componente necessario
nell'assemblaggio, problemi di qualità, problemi di manodopera e altri motivi.

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AA 2023-2024Analisi del tempo ciclo e del carico di lavoro
La linea sarà attiva solo per una certa proporzione di tempo rispetto al tempo totale del turno disponibile; questa
percentuale di uptime viene definita efficienza della linea.
Il tempo di ciclo (la costante 60 converte la velocità di produzione oraria in un tempo di ciclo in minuti) può essere
determinato come:
Tc =
60E
Rp
Tc = tempo di ciclo della linea, min / ciclo;
Rp = tasso di produzione richiesto, unità/ora;
E = efficienza di linea.
I valori tipici di E per una linea di assemblaggio manuale sono compresi tra 0,90 e 0,98.
Il tempo di ciclo To stabilisce l'ideale velocità di ciclo per la linea.
60
Rc =
T.
Rc = velocità (ideale) di ciclo per la linea, cicli/ora;

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AA 2023-2024Analisi del tempo ciclo e del carico di lavoro
L'efficienza della linea E è quindi definita come
E =
Rp
Rc
RD =
Tc
Tp
Un prodotto assemblato necessita di un certo quantitativo di tempo per essere completato. Questo è definito come
tempo di lavoro (Twc, work content time) e rappresenta il tempo totale necessario a completare tutti gli elementi di
lavoro per ottenere una singola unità di prodotto assemblato. Rappresenta il quantitativo totale di lavoro
necessario al completamento del prodotto sulla linea di assemblaggio. Pertanto, analogamente a quanto è stato
fatto per la determinazione del numero necessario di workstation (server), risulta importante valutare un numero
teorico minimo di lavoratori richiesti sulla linea di assemblaggio per ottenere un prodotto caratterizzato da un noto
Two e ad uno specifico rate di produzione Rp. Il numero di lavoratori richiesti su una linea di produzione:
W =
WL
AT
w = numero di lavoratori sulla linea
WL = carico di lavoro da portare a termine, min / h
AT = tempo disponibile per lavoratore durante il periodo, min / h / lavoratore.

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Il workload, quindi, nel periodo di riferimento (singola ora) è dato dal prodotto tra il tasso di produzione e il T,
WC*
WL = Rp Twc
Utilizzando la precedente equazione che permette di legare il tasso di produzione Rp al tempo ciclo ideale della
linea To, il workload può essere espresso come:
WL =
60ETwc
Tc
Considerando quindi che il prodotto tra 60 ed E rappresenta proprio il tempo disponibile AT, andando a sostituire
nell'equazione che permette di calcolare il numero minimo richiesto di lavoratori.
W* = Minimum Integer ≥ wc
Twc
Il raggiungimento di questo valore teorico è difficilmente raggiungibile. Infatti, l'equazione precedente ignora due
fattori che tendono a far aumentare il numero di lavoratori rispetto al minimo teorico:

1. Perdite di riposizionamento: un quantitativo di tempo viene perso ad ogni stazione per riposizionare le unità di
   lavoro o i lavoratori.
2. Il problema del bilanciamento della linea: è virtualmente impossibile suddividere in modo equo tutto il lavoro tra
   tutte le workstation.

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