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cui sono presenti macchine rigide (quando, anche al variare del prodotto che
si realizza sulla linea, alcune operazioni da eseguire sono le stesse), oltre
alle stazioni robotizzate. In alternativa si può avere una configurazione a
cella, in cui più robot realizzano in modo coordinato il montaggio del
prodotto. Una terza alternativa è costituita dall’assembly shop, che è un po’ il
corrispondente del job shop nell’assemblaggio. Ciascuna stazione di
assemblaggio è in grado di montare un certo numero di componenti, ma le
varie stazioni non sono collegate da un sistema di trasporto rigido. Non vi è
una sequenza fissa in cui le stazioni vengono visitate. In questo modo è
possibile realizzare prodotti differenti, che richiedono componenti differenti.
Infatti, è sufficiente che il prodotto segua un percorso che lo porti a visitare
tutte le stazioni necessarie al montaggio dei componenti richiesti, nella
corretta sequenza.
Al fine di garantire una sufficiente flessibilità nei percorsi degli assiemi, la
movimentazione può essere effettuata con carrelli a guida manuale, con
trasportatori automatici o mediante automated guided vehicles ( AGV ).
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE
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1.2 STRUTTURA DEL PRODOTTO E UNITA’ DI BASE
Il livello di difficoltà del montaggio è proporzionale alla complessità del
prodotto. I prodotti con pochi componenti sono più facili da configurare dal
punto di vista del montaggio. Di conseguenza, grazie ad un numero ridotto
di elementi o processi di montaggio, i prodotti di questo tipo di solito
vengono completamente montati in posti di lavoro singoli. Quando invece si
tratta di prodotti con più componenti i processi di montaggio devono essere
suddivisi. Un presupposto di tale smembramento, è costituito dal fatto che il
prodotto sia strutturato in modo tale da permettere il montaggio preliminare
dei cosiddetti “gruppi costruttivi”. Per una strutturazione conforme al
montaggio dei gruppi costruttivi e dei prodotti finiti è necessario osservare le
seguenti regole fondamentali:
- L’intero processo di montaggio deve essere suddiviso in settori, o
“gruppi costruttivi”;
- Un gruppo costruttivo deve essere chiuso in se stesso, di modo che la
sua manipolazione corrisponda a quella di un singolo pezzo;
- Un gruppo costruttivo deve poter essere collaudato separatamente;
- Ciascun gruppo costruttivo deve presentare il minor numero possibile
di collegamenti con altri gruppi;
- I gruppi costruttivi che cambiano in funzione delle varianti del prodotto
non devono essere raggruppati insieme a quelli uguali per tutte le
varianti;
- I gruppi costruttivi delle varianti devono possibilmente presentare le
stesse condizioni di montaggio.
Per l’osservanza di queste regole, è fondamentale la creazione di una
cosiddetta unità di base per i singoli gruppi costruttivi e per il prodotto finito.
Con unità di base si intende il singolo pezzo di base (spesso rappresentato
da una piastra o da un alloggiamento), sul quale, nel corso del processo di
montaggio, vengono poi montati altri elementi. Questo concetto si applica
sia ai gruppi costruttivi sia ai prodotti finiti. Un esempio classico di unità di
base nel settore dell’elettronica è il circuito stampato, su cui sono poi montati
tutti gli altri componenti.
Nel processo di montaggio l’unità di base non deve essere necessariamente
il primo pezzo da manipolare; si tratta piuttosto del pezzo su cui ne sono
montati altri. Quindi quest’unità deve essere strutturata in modo da rendere
possibile il trasferimento da una stazione di montaggio all’altra, reso
necessario dalla suddivisione della sequenza di montaggio, senza necessità
d'attrezzi particolari. Questa esigenza non può essere soddisfatta in tutti i
casi; tuttavia, almeno per quanto riguarda il montaggio manuale in cui si
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE
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lavora senza attrezzi, tale condizione deve essere considerata come
obiettivo. Nel caso delle catene di montaggio con attrezzi portanti, o nel
montaggio automatizzato con supporti dei pezzi, la funzione di unità di base
può essere in parte svolta dagli attrezzi portanti o di supporto.
Nel caso del montaggio con supporti dei pezzi, le unità di base devono
essere progettate in modo da poter eseguire automaticamente il centraggio.
Le esigenze di serraggio e quindi di ottenere sul pezzo superfici che lo
consentano, devono essere il più possibile evitate, dato che gli attrezzi
portanti con possibilità di serraggio sono molto più complicati e costosi di
quelli che non svolgono questa funzione. In particolare nel caso delle
sequenze di montaggio suddivise, ad esempio con trasferimento dei pezzi
da una stazione ad un’altra, gli attrezzi dotati di dispositivi di serraggio
rappresentano una spesa spesso insostenibile.
Quando si esegue il montaggio suddiviso, soprattutto nei processi di
montaggio meccanizzati, la precisione del centraggio dell’unità di base sul
supporto è molto importante. Le piastre o gli alloggiamenti intesi come unità
di base devono essere configurati in modo che, in caso di centraggio
esterno, le tolleranze esterne (vedere figura) possano essere scelte
consentendo un posizionamento sufficientemente preciso dei punti di unione
all’interno dell’unità di base, in vista di un
assemblaggio o montaggio di tipo automatico. Se ciò non è possibile con il
centraggio esterno, l’unità di base deve essere dotata di appositi fori (vedere
figura).
Le tolleranze di questi fori di centraggio rispetto alle
posizioni funzionali dell’unità di base devono essere stabilite in modo tale da
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE
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Permettere, tramite il centraggio, il massimo avvicinamento a tali punti
funzionali. Se il supporto dell’unità di base avviene tramite spine di
centraggio, per evitare il ricorso a tolleranze troppo impegnative è
necessario praticare un foro di centraggio circolare ed una seconda apertura
a forma di asola (vedere figura).
Gli attrezzi portanti con dispositivo di serraggio devono essere azionati
senza vincoli a fonti esterne d'energia.
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1.3 CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DI ASSEMBLAGGIO
AUTOMATICO
1.3.1 CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA TIPOLOGIA DEL SISTEMA DI
TRASFERIMENTO DEI PEZZI
Nell’assemblaggio automatico, le varie operazioni sono solitamente svolte in
stazioni differenti. In questo caso è quindi necessario un sistema di
trasferimento dell’assieme, che viene via via completato, da una stazione
alla successiva. In generale, il trasferimento avviene movimentando un
supporto, sul quale sul quale si trova il pezzo in corso d'assemblaggio.
Il sistema di trasferimento deve anche garantire che non vi sia movimento
relativo fra l’assieme e la testa operatrice, per tutta la durata dell’operazione
d'assemblaggio; deve anche garantire che i vari componenti, man mano
aggiunti all’assieme, non si spostino o cadano durante il trasferimento da
una stazione alla successiva.
Si possono identificare le seguenti tipologie di sistemi di trasferimento.
1.3.2 CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLA MODALITA’ DI
REALIZZAZIONE DEL MIX
In generale, nei sistemi di montaggio automatico il mix produttivo può essere
realizzato secondo le seguenti modalità.
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE
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• Con sistemi dedicati: nel caso in cui i volumi produttivi per ciascun tipo di
prodotto che si intende realizzare siano particolarmente elevati, è possibile
dedicare un impianto (ad esempio una linea) alla realizzazione di un unico
prodotto (o insieme di prodotti estremamente simili). In questo modo si
possono avere dei sistemi specializzati, con elevata efficienza, elevati
volumi produttivi e tempi d'attrezzaggio nulli. Per contro si ha una notevole
rigidità del sistema.
• Con produzione a lotti: in alternativa all’approccio precedente, e
necessariamente nel caso che nessun prodotto abbia un volume richiesto
sufficientemente elevato da saturare da solo un impianto, si può realizzare
una produzione a lotti. In questo caso l’impianto produce un unico prodotto
per un certo tempo, fino al raggiungimento della quantità corrispondente a
un lotto, poi passa a produrre il prodotto successivo, previa la realizzazione
delle necessarie operazioni d'attrezzaggio. In questo modo il sistema si
comporta, per tutta la produzione del lotto, come fosse dedicato. Dal punto
di vista gestionale, questa modalità risulta piuttosto semplice, una volta che
si è risolto il problema del dimensionamento dei lotti per i diversi prodotti da
realizzare. Normalmente perché questa modalità sia attuabile, il sistema
deve avere la capacità tecnologica di assemblare i diversi prodotti.
• Con produzione a modelli misti: la terza modalità di realizzazione del mix
prevede la produzione contemporanea di più prodotti. Poiché questo sia
possibile, è necessario che il sistema sia particolarmente flessibile, e quindi
risulti trascurabile il tempo d'attrezzaggio per passare dall’assemblaggio di
un prodotto a quello di un altro. E’ evidente che in questo caso sono più
complesse sia le problematiche progettuali (scelta delle macchine,
allocazione delle operazioni, contenimento dei tempi di attrezzaggio, ecc.),
sia quelle gestionali (sequenziamento della produzione, distribuzione dei
carichi di lavoro, ecc.).
CAPITOLO 2 PROGETTAZIONE
CAPITOLO 2 PROGETTAZIONE
2.1 RAZIONALIZZAZIONE DEL PROGETTO DEI PRODOTTI E
DEL PROCESSO PRODUTTIVO
La passata esperienza ha mostrato che il design for assembly (DFA) è una
delle condizioni più importanti per l’assemblaggio automatico. Durante gli
anni recenti sono stati sviluppati numerosi metodi di DFA per ottimizzare la
progettazione del prodotto, riducendo così la complessità dei processi
d'assemblaggio e dei relativi costi.
Generalmente questi metodi vengono ricavati da informazioni empiriche
riguardanti le operazioni di assemblaggio, e da regole di progettazione
basate sull’esperienza, le quali sono spesso disponibili sotto forma di
checklist o di pacchetto software.
Uno degli ostacoli all’assemblaggio automatico, è che molti dei tradizionali
metodi di montaggio si svilupparono quando gli uomini erano l’unico mezzo
disponibile per assemblare un prodotto. Molti dei fissaggi meccanici
comunemente usati oggi nell’industria richiedono le speciali capacità
anatomiche e sensoriali degli esseri umani. Si consideri, ad esempio, l’uso di
un bullone, una rondella bloccante, e un dado per fissare due pezzi di
lamiera metallica in un mobiletto parzialmente assemblato. Questo tipo
d'operazione è comunemente svolta manualmente in una singola stazione di
assemblaggio o in una linea di assemblaggio. Il mobiletto è posizionato alla
stazione di lavoro, con i due pezzi di lamiera metallica, per essere fissati in
una posizione scomoda per l’operatore. L’operatore prende il bullone, la
rondella e il dado, manipolandoli in modo tale da posizionarli sui lati opposti
delle due parti, mettendo prima la rondella e successivamente il dado sul
bullone. Per caso potrebbe accadere che, la filettatura del dado s'inceppi
con la filettatura del bullone, e così l’operatore deve svitare leggermente e
rincominciare il processo, utilizzando una ben sviluppata sensibilità nel tocco
per garantire che le filettature combacino. Una volta che bullone e dado
sono stati stretti con le dita, l’operatore allunga la mano per prendere il
cacciavite appropriato per terminare il fissaggio.
Questo tipo di operazioni manuali è stato utilizzato comunemente e con
successo nell’industria per molti anni per assemblare prodotti. L’attrezzatura
richiesta è poco costosa. Ciò che è divenuto molto costoso è il lavoro
manuale richiesto alla stazione di assemblaggio per completare il fissaggio
iniziale. L’alto costo del lavoro manuale ha portato a un riesame della
tecnologia di assemblaggio con uno sguardo verso l’automazione. Tuttavia,
CAPITOLO 2 PROGETTAZIONE
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automatizzare le operazioni di assemblaggio appena descritte è molto
difficile. Primo, la posizione dei fori attraverso i quali il bullone deve essere
inserito sono diversi per ogni fissaggio, e alcune posizioni possono essere
difficoltose da raggiungere per l’operatore. Secondo, i fori tra i pezzi di
lamiera di metallo possono non corrispondere perfettamente, richiedendo
all’operatore di riposizionarli in modo migliore. Terzo, l’operatore deve
gestire tre elementi (bullone, rondella e dado) per eseguire l’operazione di
fissaggio. Quarto, è necessaria la sensibilità nel tocco per essere sicuri che
il dado è posizionato inizialmente proprio sulla filettatura del bullone.
Ognuno di questi quattro problemi rende difficile l’automazione delle
operazioni. Ma tutti e quattro insieme la rendono quasi impossibile. Come
conseguenza, lo sforzo verso l’assemblaggio automatico ha portato ad
esaminare dei metodi specifici determinati dai progettisti per fissare assieme
i vari componenti di un prodotto.
La prima e più generale lezione, che si percepisce da quest'esempio, è che i
metodi tradizionali utilizzati per l’assemblaggio manuale non sono
necessariamente i migliori metodi per l’assemblaggio automatico. Gli uomini
sono le più abili e intelligenti macchine, capaci di muoversi in differenti
posizioni nella stazione di assemblaggio, di adattarsi a problemi inaspettati e
a nuove situazioni durante il ciclo di lavoro, di manipolare e coordinare più
oggetti simultaneamente, e di fare uso di una vasta gamma di sensi durante
il lavoro. Per conseguire l’assemblaggio automatico, le procedure di
fissaggio devono essere divise e specificate durante la progettazione del
prodotto e non richiedere tutte queste capacità umane. Le seguenti sono
alcune raccomandazioni e principi che possono essere applicati nella
progettazione per facilitare l’assemblaggio automatico:
• Ridurre il numero di assemblaggi richiesti. Questo principio può essere
realizzato durante la progettazione combinando funzioni dentro una sola
parte che precedentemente erano realizzate da componenti separati nel
prodotto. L’uso di parti modellate in plastica per sostituire quelle in lamiera
metallica possono essere un modo per attuare questo principio. Una più
complessa modellazione geometrica in una parte plastica rimpiazza
completamente alcune parti metalliche. Nonostante la parte plastica può
sembrare essere più costosa, il risparmio di tempo che offre
nell’assemblaggio in molti casi giustifica la sostituzione.
• Utilizzo della progettazione modulare. Nell’assemblaggio automatico, il
crescere del numero di passi d'assemblaggio separati portati a termine da
CAPITOLO 2 PROGETTAZIONE
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un singolo sistema automatizzato comporta una riduzione nell’affidabilità del
sistema stesso. Per ridurre quest’effetto Riley suggerisce che la
progettazione dei prodotti deve essere modulare possibilmente con ogni
modulo composto di un massimo di dodici elementi per essere montato in un
singolo sistema di assemblaggio. Inoltre, il montaggio di questi elementi può
essere eseguito partendo da un’unità di base alla quale sono aggiunti tutti i
componenti.
• Ridurre il numero di fissaggi richiesti. Invece di utilizzare numerose viti,
dadi e altri elementi simili, è opportuno progettare il meccanismo di fissaggio
nel progetto dei componenti utilizzando chiusure a scatto ed altri elementi
simili.
• Ridurre la necessità di manipolare più componenti simultaneamente.
Il metodo più seguito nella progettazione delle macchine per l’assemblaggio
automatico è di separare le operazioni in diverse stazioni piuttosto che
manipolare e fissare simultaneamente più componenti nella stessa stazione.
In caso di sistema di assemblaggio a stazione singola, questo principio
significa che la manipolazione di più componenti deve essere minimizzata in
ogni fase del lavoro di assemblaggio.
• Limitare le direzioni di accesso richieste. Questo principio significa
semplicemente che il numero di direzioni nelle quali i nuovi componenti sono
aggiunti per realizzare il sub-assemblaggio devono essere minimizzate. Se
ognuno dei componenti può essere aggiunto verticalmente da sopra, è la
soluzione ideale. Ovviamente è la progettazione del sub-assemblaggio che
lo determina.
• Alta qualità richiesta nei componenti. L’elevata performance del
sistema automatizzato d'assemblaggio necessita di una conforme qualità dei
componenti aggiunti ad ogni stazione. Una scarsa qualità dei componenti
causa un blocco nei meccanismi meccanici di alimentazione e
assemblaggio, che produce tempi di inattività in un sistema automatizzato.
• Hopperability. Questo è un termine che Riley utilizza per identificare la
facilità con la quale un dato componente può essere alimentato e orientato
in modo affidabile per la distribuzione dal contenitore dei pezzi al punto di
assemblaggio.
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