Capacità produttiva e produttività di un impianto industriale

Capacità Produttiva e Produttività di un Impianto Industriale

Corso di Gestione degli Impianti Industriali A. Meneghetti

Sommario del Corso

• Nozioni principali: produttività totale e parziale, utilizzo del capitale e della capacità;
• Quadro degli indicatori di utilizzo e rendimento;
• Calcolo degli indicatori per macchina singola;
• Sistemi di macchine: caratteristiche e criteri di calcolo

Contesto Applicativo

• Contesti produttivi a dominanza di macchina
• Macchine singole (black box) e sistemi di macchine

Sistema Produttivo, Efficienza Economica, Produttività

Costi Prezzo Lavoro L Valore input Materiali M Sistema Prodotto Energia E Produttivo Beni strum. K V. ª acquisizione trasformazione vendita - Qo 0 Quantità output - Vo Quantità input V 0 V 0 Q0 Qi Q: i Efficienza economica = = V; 1 Q. V: 1 = Prezzo produttività · 1/costo

Valore Output, Produttività Globale e Parziale

Produttività Globale (Total Factor Productivity)

P = Q o 0 L+M+E+K

Produttività del Capitale Fisso (Impianti e Macchine)

1 = -1 -1 -1 ⎡ Q o L ⎤ ⎦ ⎥ + ⎢ Q. M ⎤ ⎦ ⎥ + ⎡ ⎣ ⎢ E o 1 ⎤ ⎦ ⎥ + ⎢ ⎣ Q. K ⎤ ⎦ ⎥ -1 ⎣ ⎡ Q ⎡ ⎢ ⎣

Produttività Parziali (Single Factor Productivity)

Capacità Produttiva e Utilizzo del Capitale

Capacità produttiva Tempo di apertura (duration) Velocità (speed of operations) Qo O Qo .0 Ta · p a PK = K = ⋅ K T a . p K

Utilizzazione della Capacità (Capacity Utilisation)

Utilizzazione del Capitale (Capital Utilisation)

Capital Utilisation e Capacity Utilisation

• Capital utilisation dipende dalle scelte ex-ante di configurazione dell'impianto Ta · p K
• Capacity utilisation dipende dalle scelte di microprogettazione e di gestione Q. 0 Ta . p Spesso usate in modo indifferenziato nella letteratura economica, sono invece ben distinte in quella ingegneristica. Una variazione del fattore duration, infatti, influenza l'utilizzazione del capitale (il denominatore è fissato in sede di investimento), ma può non incidere sull'utilizzazione della capacità (il numeratore dipende dal funzionamento dell'impianto e potrebbe cambiare nella stessa proporzione del denominatore)

Macchine Sempre Più Veloci?

- A We may turn out things in half the time with this new machine, but we have to. It's down the other half.

Framework Macchina Singola

Grando-Turco (2005)

Perdite di Capacità Produttiva

• di natura temporale: per quota parte del tempo a disposizione la macchina non può funzionare o si sceglie di non farla funzionare Indicatore di UTILIZZO
• di intensità di funzionamento: la macchina effettivamente funziona, ma con prestazioni produttive inferiori a quelle attese, per cause intrinseche alla macchina stessa Indicatore di RENDIMENTO o RESA

Indicatori di Perdita di Capacità

UTILIZZO rapporto tra il tempo in cui la macchina effettivamente funziona ed il tempo in cui potrebbe funzionare RESA rapporto tra quantità prodotta vendibile e quantità potenzialmente producibile nel tempo di funzionamento

Perdite di Capacità di Natura Temporale e Relativi Indicatori

• Cause di tipo logistico-organizzativo esterne al sistema produttivo: - mancanza ordini; - mancanza materiali a magazzino, energia, informazioni; - mancanza manodopera (sciopero, assenteismo, assemblee sindacali ... ); - prove tecniche e produzioni non vendibili; - addestramento personale Utilizzo Lordo Gross utilization
• Cause di tipo logistico-organizzativo interne al sistema produttivo, ma esterne alla macchina: – cambio turno; - mancanza materiali bordo macchina; – guasto macchina a monte; – buffer di valle esaurito; – attesa servomezzi Utilizzo Interno Internal utilisation

Perdite di Capacità di Natura Temporale e Relativi Indicatori (Parte 2)

• Cause intrinseche al funzionamento della macchina: * guasti/manutenzione - riparazioni - interventi manutenzione preventiva Disponibilità Availability Utilizzo di funzionamento Working utilisation
• set up e fermate minori - cambio prodotto; - cambio utensili e attrezzature; - cambio materiale; - pulizia; - regolazioni, aggiustamenti Saturazione Saturation

Le Perdite di Capacità di Natura Temporale

Tempo solare (Ts) tna Tempo apertura impianto (Ta) Tul Ta Ut. Lordo tnu Tempo di utilizzo lordo (Tul) Tun Ut. interno Tul tsb Tempo utilizzo netto (Tun) Tpl Disponibilità tgm Tempo prod. lordo (Tpl) Tun Tpn Saturazione tsu T. prod. Netto (Tpn) Tpl Chiusura impianto Cause esterne al sistema produttivo Stand-by per cause esterne alla macchina Guasti macchina Set-up e fermate minori Tipo di perdita Esterna al sistema Interna al sistema Esterna alla macchina Int. alla macchina Origine della perdita

Perdite di Intensità di Funzionamento e Relativi Indicatori

• Scarti e rilavorazioni per difetto di conformità Resa di conformità (conformance efficiency): rapporto tra le unità di prodotto "buone" (vendibili) e la somma di quelle buone e quelle di scarto Rc = QB QB + QS

Perdite di Intensità di Funzionamento e Relativi Indicatori (Parte 2)

• Sbilanciamento di masse/volumi in lavorazioni batch Es. macchine che lavorano a carica con tempo indipendente dall'effettiva dimensione della carica Resa quantitativa (actual yield): rapporto tra masse/volumi effettivi e masse/volumi standard Es. La carica nominale di un forno è di 500 kg e quella effettiva di 450 kg; se si assume che il tempo di cottura sia indipendente dalla carica, allora la resa quantitativa causata dall'insaturazione volumetrica del forno è: Rq = 450/500 = 0,9

Perdite di Intensità di Funzionamento e Relativi Indicatori (Parte 3)

• Rallentamenti di cadenza rispetto allo standard Resa di cadenza (speed efficiency): rapporto tra tempo standard e tempo effettivo (QB+ QS) Tc Rq = Tc QB Rv = Tpn Tpn RqRc

Misure di Tempo

Tempo di ciclo (machine cycle time) Tc tempo richiesto dalla macchina per processare una unità di prodotto. Può essere inteso come: • tempo di ciclo teorico viene calcolato in base alle condizioni nominali di progetto · tempo di ciclo standard viene calcolato da esperti sulla base delle normali condizioni di lavoro • tempo di ciclo effettivo è misurato sul campo durante il processo produttivo

Potenzialità Produttiva

Potenzialità/cadenza/velocità produttiva (throughput o plant pace) p quantità di prodotto processata nell'unità di tempo p = 1 Tc [unit/time] A seconda di come venga inteso il tempo di ciclo si farà riferimento a: • potenzialità teorica • potenzialità standard • potenzialità effettiva

Potenzialità Produttiva Multi-Prodotto

Nel caso la medesima macchina processi prodotti diversi, si introduce la potenzialità di mix (mix throughput): E.(QB; + QS) P mix = .(QB; + QS. ). Tc; Es. mix di 2 prodotti QB1=28.800 unità QS1=1.200 unità P1=190 unità/ora QB2= 8.700 unità QS2=1.300 unità p2=150 unità/ora 28800+1200+8700+1300 = 178 unità/ora P mix = 28800 +1200 8700+1300 + 190 150

Perdite di Tempo per Caduta di Resa

Le cadute di resa possono essere tradotte in perdite di tempo: · perdite di tempo per ridotta resa di conformità trc = QS.Tc = QB.Tc .(1/Rc - 1) · perdite di tempo per ridotta resa quantitativa trq = Tc .[(QS+QB)/Rq - (QS+QB)] = = Tc .(QS+QB) (1/Rq - 1) · perdite di tempo per ridotta resa di cadenza trv = [QB/(Rc.Rq)] . Tc . (1/Rv - 1)

Deployment della Produttività

Utilizzo lordo Ul Utilizzo netto Un Net utilisation Utilizzo interno Ui Disponibilità D Saturazione S Utilizzo di funzionamento Uf Produttività P Productivity Efficienza di Funzionamento Ef Working efficiency Resa di conformità Resa quantitativa Resa globale R Resa di cadenza area prestazioni interne alla macchina

Livelli di Capacità Produttiva

Simbolo	Formula	Impiego
Capacità teorica (Theoretical capacity)	Ct	pmix*Ta	pmix è quella standard, stabilita da esperti. Ct come valore di riferimento per confronti, proiezioni, progettazione.
Capacità utile lorda (Gross usable capacity)	Cul	pmix*Ta*Ul	Formulazione del piano produzione aggregato di
Capacità utile netta (Net usable capacity)	Cun	pmix*Ta*Un	Formulazione del piano di produzione aggregato
Capacità disponibile (Available capacity)	Cd	pmix*Ta*Un*D	Formulazione del produzione aggregato piano di
Capacità effettiva (Actual capacity)	Ce	pmix*Ta*Un*D*S	Formulazione del Piano principale di produzione (MPS)
Capacità vendibile (Marketable capacity)	Cv	pmix*Ta*Un*Uf*R	Formulazione del Piano principale di produzione (MPS) quando le rese sono rilevanti (es. industria di processo, )
Produttività (Productivity)	P	Cv/Ct	Un*Uf*R

Nakajima's Six Big Losses (1988)

• Down Time: 1. Equipment Failures 2. Setup and adjustment
• Speed Losses: 3. Idling and minor stoppages 4. Reduced speed
• Defect: 5. Process defect (scraps and rework) 6. Reduced yield (from machine startup to stable production)

OEE - Overall Equipment Effectiveness (Nakajima 1988)

Equipment Six big losses Calculation of overall equipment effectiveness 1 Equipment failure loading time - downtime Availability = × 100 Loading time (e.g.) Availability × 100=87% 2 Setup and adjustment 460 mins. Operating time Downtime losses 3 Idling and minor stoppages Performance efficiency theoretical cycle time x processed amount -- x 100 (e.g.) 0.5 mins./unit x 400 units × 100=50% Net operating time Speed losses 5 Defects in process Rate of quality _ products processed amount - defect amount × 100 processed amount (e.g.) Valuable operating time Defect losses 6 Reduced yield Rate of quality products 400 units - 8 units × 100=98% 400 units Overall equipment effectiveness = Availability x Performance efficiency x Rate of quality products (e.g.) 0.87 × 0.50 × 0.98 × 100 = 42.6%

400 mins. 4 Reduced speed Performance efficiency operating time loading time 460 mins. - 60 mins.

Nakajima's Time Model

Valuable operating time (VOT) Net Operating time (NOT) Operating time (OPT) Loading time (LT) Operation time Minor stops (MST) Slowdown time (SLT) Speed losses Down time (DT) Time losses Setup time (ST) Planned downtime Defective production time (DPT) Reworking time (RWT) Quality losses

OEE - Time Model

OEE = Operating Rate x Performance Efficiency x Quality Rate OR PE QR OPT LT - DT - ST Operating time (OPT) Time losses Net Operating time (NOT) Speed losses Valuable operating time (VOT) Quality losses Defective (DPT) Reworking time (RWT) (MST) (SLT) Down time (DT) (ST) NOT OPT - MST - SLT PE = OPT OPT VOT NOT - DPT - RWT QR = NOT NOT Operation time Loading time (LT) Planned downtime OR = = = LT LT production time Minor stops Slowdown time Setup time