Bilanciamento di sistemi flessibili di assemblaggio e pre-assemblaggio

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CAPITOLO 1 
Introduzione 
L’assemblaggio è il processo tale per cui più parti vengono unite tra loro per creare un prodotto finito. 
Gli strumenti utilizzati per queste operazioni sono per lo più bulloni, viti, colle, ecc… 
Per quanto riguarda l’organizzazione nella gestione dei materiali, le logiche utilizzate sono due: la 
prima prevede che il prodotto si muova attraverso i materiali; la seconda invece prevede che siano i 
materiali ad andare verso il prodotto. 
Il secondo caso implementa un sistema produttivo detto a postazione fissa tipico dei cantieri, dove 
diventano critici gli aspetti relativi alla gestione delle movimentazioni e allo stoccaggio dei materiali. 
Il primo caso invece è tipico di una produzione in linea, in cui diminuisce la flessibilità del sistema 
produttivo, tuttavia si hanno dei vantaggi legati alla semplicità nella gestione delle movimentazioni, al 
recupero di spazio e alla specializzazione del lavoro. 
Una linea di assemblaggio è conveniente quando i prodotti sono standardizzati ed i volumi da 
realizzare per singolo prodotto sono elevati. 
Tra le due situazioni estreme portate come esempio, esiste una certa quantità di metodologie di 
organizzazione della produzione. 
In figura 1-1 la matrice di Schmenner evidenzia il sistema produttivo più adatta, al variare della 
flessibilità richiesta e dei volumi da realizzare. 
I volumi da realizzare per singolo prodotto sono inversamente proporzionali alla varietà dei modelli da 
produrre. 
La flessibilità richiesta invece è suddivisa in regolarità dei flussi e rigidità dei flussi. 
Con un prodotto standardizzato, per il quale sono richiesti elevati volumi di produzione la matrice 
indica che i sistemi più indicati sono quelli sulla destra; tali modelli impongono una elevata rigidità e 
regolarità dei flussi produttivi. 
Per produzioni singole o per esemplari limitati, e quindi dove si ha una elevata varietà dei prodotti 
realizzati, è richiesta una flessibilità produttiva molto elevata. Esempi di questi sistemi produttivi sono i 
cantieri: il prodotto è realizzato direttamente sul posto definitivo e sono i materiali a viaggiare verso il 
prodotto. Solitamente si adottano queste soluzioni quando le dimensioni ed il peso del prodotto finito 
sono notevoli. 
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La produzione per lotti invece solitamente rispecchia un’organizzazione del sistema produttivo di tipo 
funzionale, dove i reparti sono organizzati per funzione piuttosto che per prodotto. 
 
Figura 1-1: la matrice di Schmenner evidenzia il legame tra sistema produttivo adottato, volumi prodotti, varietà dei 
modelli e flessibilità. 
 
In questa pubblicazione verrà trattato il processo di assemblaggio orientato per flusso, in cui la 
regolarità e la rigidità dei flussi sono abbastanza elevate. 
Nel prosieguo della trattazione verrà approfondita la gestione della flessibilità derivante dai 
premontaggi, al fine di trarre un vantaggio economico nel processo di assemblaggio. 
Per premontaggi si intendono tutti quei componenti che possono essere ottenuti tramite un’attività di 
assemblaggio, ma che possono essere realizzati anche in maniera asincrona rispetto alle stazioni della 
linea, e possono essere accoppiati al prodotto principale anche in un secondo momento. 
In particolare i premontaggi possono indifferentemente essere realizzati all’interno della linea di 
assemblaggio stessa caricando ulteriormente le stazioni, oppure possono essere eseguiti all’esterno 
della linea, in postazioni dedicate. 
In questa trattazione si è posto l’obbiettivo di sviluppare una metodologia che permetta di valutare, sia 
in maniera qualitativa che quantitativa, dove sia più conveniente realizzare i premontaggi ed in quale 
grado, cercando di considerare tutte le problematiche che insorgono dal momento in cui si decide di 
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optare per una soluzione con delle postazioni di assemblaggio lontane dalle stazioni della linea 
piuttosto che all’interno di esse. 
L’ambito in cui questa metodologia è stata sviluppata e testata è una realtà industriale in cui si 
realizzano piattaforme elevatrici per il sollevamento di persone, in cui i tempi di attraversamento per i 
vari prodotti sono molto lunghi ed i sub-assemblati sono di peso e volume non indifferenti, e 
costituiscono una notevole parte del ciclo di assemblaggio in termini di tempo. 
 
 
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CAPITOLO 2 
Linee di assemblaggio 
Una linea di assemblaggio è un modello di organizzazione del processo produttivo in cui le unità 
produttive che effettuano le operazioni sono allineate in maniera seriale. Il prodotto, movimentato 
grazie ad appositi sistemi, si muove verso i materiali, visitando in successione tutte o solo alcune 
stazioni della linea. 
Le stazioni di lavoro sono porzioni della linea ove vengono svolte operazioni la cui sequenza rispecchia 
il ciclo produttivo del prodotto. Il carico di lavoro totale del processo di assemblaggio è suddiviso tra le 
stazioni di lavoro il più uniformemente possibile, senza violare i vincoli di precedenza tecnologica. 
In origine, le linee di assemblaggio venivano utilizzate per la mass production, ovvero la produzione in 
serie di un singolo prodotto altamente standardizzato in elevati volumi; in tale contesto l’obiettivo era 
l’efficienza di costo. I compiti assegnati agli operatori erano ripetitivi e veniva sfruttato a pieno 
l’effetto dell’apprendimento e della specializzazione del lavoro. 
Da allora le esigenze produttive sono cambiate notevolmente, dal momento in cui le esigenze dei 
consumatori si diversificavano e quindi i sistemi produttivi dovevano in un certo qual modo prevedere 
una personalizzazione dei prodotti, senza peraltro tornare a sistemi produttivi che non fossero adatti 
alla realizzazione di elevati livelli di output. 
La produzione industriale attuale è volta a realizzare sistemi a flusso produttivo efficiente, in modo da 
abilitare moderne strategie produttive quali la mass customizazion. 
Non è solo la questione della personalizzazione a distinguere una tipologia di linea di assemblaggio 
dall’altra, ma anche molti altri fattori che vanno ad incidere sul design della linea stessa, tra cui anche 
gli obiettivi economici che ci si prefigge. 
2.1 Convenienza della linea 
Una linea di assemblaggio è giustificata se in relazione al processo produttivo sussistono due ipotesi 
principali: 
• Divisibilità delle operazioni 
• Volume della domanda 
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2.1.1 Divisibilità delle operazioni 
Per una possibile implementazione di una linea di produzione è necessario che il contenuto di lavoro 
totale possa essere diviso in operazioni ragionevolmente piccole in modo da giustificare la 
distribuzione del carico di lavoro sulle stazioni della linea. 
Questo processo è volto alla più ampia problematica dell’identificazione della corretta configurazione 
del sistema di assemblaggio. 
Una regola empirica per poter prendere una decisione di questo tipo. 
E’ stato osservato che nella grande maggioranza dei casi 
2.1.2 Volume della domanda 
Il volume della domanda di per sé non è sufficiente a giustificare l’economicità di una linea di 
assemblaggio, ma deve essere relazionato al contenuto totale di lavoro. 
Infatti un prodotto che presenta un’elevata domanda ma un basso carico di lavoro non può essere 
vantaggiosamente assemblato su una linea. 
Come visto nell’introduzione inoltre volume della domanda e flessibilità sono inversamente 
proporzionali. 
2.2 Classificazione 
Nel mondo reale esistono diversi parametri che influenzano la struttura della linea e che intervengono 
durante la progettazione della linea stessa. 
2.2.1 Numero di modelli 
Linee single-model 
Nella loro forma tradizionale le linee di assemblaggio erano usate per realizzare elevati volumi 
produttivi di un singolo prodotto, accentuando la ripetitività delle operazioni, la specializzazione del 
lavoro e l’effetto dell’apprendimento. 
Tutte le stazioni eseguono sempre le medesime operazioni su dei semilavorati identici tra loro nel 
tempo. Il carico di lavoro delle stazioni rimano costante nel tempo. 
Una linea può essere considerata single-model anche se ospita più di un prodotto; basta che i tempi di 
setup e la differenza tra le operazioni di assemblaggio per i vari prodotti siano trascurabili. Questo 
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assunto implica quindi una comunanza tra i prodotti, piuttosto che un elevato grado di flessibilità della 
linea. 
Oggigiorno prodotti senza alcuna possibilità di personalizzazione raramente attraggono i consumatori 
in misura tale da far risultare economicamente conveniente una linea single-model. 
Linee multi-model 
Le linee multi-model permettono di assemblare su di esse un certo numero di prodotti. 
La produzione realizzata sulle linee multi-model è detta per lotti in quanto tra i prodotto (e quindi tra i 
processi produttivi) non c’è sufficiente similarità per permettere una sequenza di lancio dei prodotti a 
piacere. Tra un lotto e l’altro c’è un periodo “morto”, dove la produzione si ferma per effettuare delle 
operazioni di setup per consentire la produzione del lotto successivo. 
La dimensione del lotto è calcolata in modo tale da minimizzare l’incidenza dei tempi di setup. Questo 
porta a problematiche di sequenza di lancio dei prodotti sulla linea. 
Differenti modelli sono prodotti utilizzando le stesse risorse; tuttavia le risorse condivise potrebbero 
dover essere spostate tra una stazione e l’altra a seconda del lotto di produzione. 
Problematiche di allungamento dei lead-time equiparabili ai setup possono essere legate agli operatori, 
laddove il sistema di assemblaggio sia manuale: ad ogni lotto, il tipo di operazioni da svolgere può 
cambiare anche significativamente. Questo porta ad una bassa specializzazione del lavoro e ad un 
aumento dei costi per l’istruzione degli operatori. 
Linee mixed-model 
Nella produzione mixed-model i tempi di setup tra i vari modelli possono essere ridotti 
sufficientemente da essere ignorati, così che la sequenza di lancio dei prodotti da assemblare sulla linea 
può essere arbitraria. 
Questo solitamente non si ottiene puntando sulla flessibilità dei sistemi produttivi, bensì realizzando 
modelli di prodotto che presentino un certo grado di omogeneità dei processi produttivi. Di 
conseguenza tutti i modelli derivano da un prodotto base, e quindi la singola variante è una semplice 
personalizzazione di specifici attributi, chiamati anche opzioni. 
La variazione di queste opzioni di solito porta a differenti tempi di processo quindi, anche in questo 
caso, il tempo di assemblaggio dipenderà dall’effettivo carico di lavoro di una stazione. 
Si può ovviare ad un temporaneo sovraccarico cercando una sequenza di prodotti tale che, se una 
macchina impegna a fondo una stazione, quella successiva la impegni relativamente poco. 
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Il bilanciamento della linea e la sequenza dei modelli da produrre sono quindi altamente 
interdipendenti. 
Di solito la progettazione di una linea mixed-model comprende orizzonti temporali completamente 
diversi. 
Le decisioni riguardanti il bilanciamento sono problematiche di medio-lungo termine, con orizzonti di 
pianificazioni di molti mesi; il mix di produzione è invece una problematica di breve termine, ancora 
ignota a livello di progettazione della linea. Infatti le previsioni di vendita sono spesso molto incerte, 
specialmente se il prodotto è ancora in fase di sviluppo. 
Sembra quindi più sensato anticipare le decisioni riguardanti la sequenza di produzione rispetto al 
bilanciamento della linea. 
2.2.2 Tempi di sosta 
Linee a cadenza imposta 
Nei sistemi produttivi dove si adotta questo tipo di controllo, si definisce un tempo ciclo comune a tutte 
le stazioni per vincolare i tempi di processo. 
La sincronia è determinata da un sistema che permette l’avanzamento del semilavorato, forzando gli 
operatori a finire nel loro operazioni prima che il prodotto arrivi alla fine della loro stazione; oppure da 
un sistema cosiddetto “a trasporto intermittente” dove il pezzo si ferma ad ogni stazione, ma viene 
trasferito automaticamente alla fine del tempo ciclo imposto. 
La lunghezza della linea in questo caso dipende strettamente dal tempo ciclo e dal numero di stazioni, e 
può essere considerata come un vincolo dovuto alle strutture esistenti (spazio disponibile nel 
capannone, ingombro dei macchinari, ecc…), oppure da un punto di vista di progetto nel caso non ci 
siano vincoli di spazio. 
Nel caso di linee in cui si producano diversi modelli di prodotti finiti, non è detto che il tempo ciclo sia 
strettamente rispettato ad ogni stazione; inoltre il tempo ciclo può subire delle variazioni di carattere 
stocastico anche producendo lo stesso modello di prodotto. 
In tal caso bisogna considerare i costi che insorgono ogni qual volta non si riescono a completare le 
operazioni in tempo.  
Linee asincrone a cadenza non imposta 
Nelle linee a cadenza non imposta i semilavorati sono trasferiti quando tutte le operazioni da effettuare 
in ogni stazione sono completate, piuttosto che vincolare il tempo ciclo ad un valore imposto.