Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Introduzione
INTRODUZIONE
Il presente lavoro di tesi consiste nella presentazione e descrizione
di alcune problematiche riguardanti le politiche di gestione e
controllo delle scorte, unitamente alla analisi di tre casi specifici
modellizzati mediante l’ausilio di moderni ed idonei strumenti
software per l’analisi delle informazioni e la simulazione.
La tesi è suddivisa in cinque capitoli ed è corredata da una
bibliografia, una sitografia ed una appendice.
I cinque capitoli sono articolati nel seguente modo:
1. il primo capitolo affronta l’argomento sulle politiche di gestione
delle scorte da un punto di vista essenzialmente teorico; esso
serve ad introdurre l’argomento in via del tutto generale e
soprattutto a sollevare alcune problematiche che interessano i
sistemi di gestione delle scorte e dei magazzini nelle moderne
industrie manifatturiere;
2. nel secondo capitolo viene presentata una breve introduzione
di carattere generale ai moderni strumenti software per
l’analisi delle informazioni, comunemente adoperati per la
gestione ed il controllo di sistemi di produzione
all’avanguardia: verranno trattate alcune tematiche riguardanti
le politiche, le metodologie, gli strumenti, le regole, le
procedure che stanno alla base del funzionamento dei
moderni pacchetti software per l’analisi delle informazioni e la
gestione e controllo della produzione industriale nelle moderne
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Introduzione
industrie manifatturiere. In particolare, verrà trattato
ampiamente e con dovizia di particolari l’approccio all’analisi
dinamica dei sistemi, meglio noto come System Dynamics
Approach, che regola il funzionamento di pacchetti software
specifici (detti System Dynamics Oriented) quali il Powersim
Studio, adoperato per lo svolgimento del presente lavoro di
tesi;
3. nel terzo capitolo vengono proposti i 3 modelli simulativi
System Dynamics per l’analisi di dettaglio, realizzati con
l’ausilio del software Powersim Studio. I 3 modelli System
Dynamics sono mutuati da casi reali e nel corso del capitolo
vengono copiosamente descritti e commentati; le simulazioni
prodotte dai 3 modelli System Dynamics sono realistiche ed i
risultati da esse ricavati attendibili e consistenti con la realtà;
4. il quarto capitolo contiene il piano sperimentale con i risultati
numerici delle simulazioni realizzate per la campagna
sperimentale; i dati sono presentati sotto forma di tabelle e
grafici e saranno esaminati e riccamente commentati nel
quinto capitolo;
5. nel quinto capitolo vengono esposte le conclusioni del
presente lavoro di tesi, e vengono analizzati e commentati i
risultati sperimentali delle simulazioni esibiti al quarto capitolo.
L’appendice contiene essenzialmente una descrizione del contenuto
multimediale di un CD accluso alla tesi e riporta in allegato tre
esempi di tabelle di risultati numerici ricavati da alcune delle
simulazioni della campagna sperimentale; le tre tabelle contenenti i
dati sperimentali sono riportate in appendice a titolo puramente
illustrativo.
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Capitolo 1
CAPITOLO 1
Le politiche di gestione delle scorte
1.1 ⎯ Introduzione
Il controllo e la gestione delle scorte nella moderna industria
manifatturiera costituiscono delle problematiche che rientrano
nell’ambito delle tematiche riguardanti, più in generale, la gestione
della produzione industriale.
Gestire la produzione significa generare e sfruttare informazioni
(come ad esempio il portafoglio ordini, le previsioni di vendita, il
livello delle scorte, i cicli di lavorazione) in guisa da coordinare nel
modo più appropriato i flussi dei materiali e l’assegnazione nel
tempo delle risorse produttive (quali le macchine, la manodopera, gli
stampi), interagendo da una parte con i clienti e dall’altra con i
fornitori.
Lo scopo del presente capitolo è quello di introdurre in via generale i
problemi legati alla gestione della produzione, in particolare le
problematiche riguardanti il controllo e la gestione delle scorte.
Nel paragrafo 1.2 sono illustrati due esempi introduttivi che
permettono di acquisire familiarità con le tipiche problematiche di
controllo delle scorte, di coordinazione in sistemi multistadio. Scopo
del paragrafo 1.3 è fornire un quadro di riferimento per la
classificazione dei problemi di gestione della produzione in
generale: questi ultimi, infatti, differiscono per il tipo di processo
tecnologico coinvolto, per l’organizzazione fisica dell’impianto, per il
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Capitolo 1
tipo di scenario produttivo e di mercato, per il livello gerarchico, per
le misure di prestazione e gli obiettivi da conseguire. Qualsiasi sia il
problema da affrontare, esso richiede un adeguato sistema
informativo per fornire alle procedure di gestione le informazioni
necessarie. Nel paragrafo 1.4 vengono messi in luce i principali
fabbisogni informativi dei pacchetti software commercialmente
disponibili.
1.2 ⎯ Alcuni esempi introduttivi
La gestione dei flussi di materiali in un sistema di produzione
comporta l’adozione di un gran numero di decisioni diverse,
correlate tra di loro da complessi legami di causa ed effetto.
In questo paragrafo illustriamo due esempi, piuttosto schematici, di
problemi di gestione della produzione, il cui fine è proprio quello di
introdurre il modo pratico e concreto alcune classi di problemi.
Il primo esempio tratta specificatamente alcune problematiche che si
incontrano nel controllo e gestione delle scorte a magazzino, mentre
il secondo esempio riguarda più in generale i sistemi produttivi multi-
stadio, che sono caratterizzati da diverse tipologie di scorte e da
magazzini a diversi livelli.
In generale, in un sistema produttivo di tipo manifatturiero, esistono
diverse tipologie di scorte; ciascuna tipologia è collegata al
corrispondente magazzino, che è appunto il luogo in cui vengono
stoccati fisicamente i beni.
Fondamentalmente è possibile distinguere tre principali tipologie di
scorte, insieme con i loro relativi magazzini:
1. materie prime;
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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2. semilavorati;
3. prodotti finiti.
Qualunque sistema di produzione, ancorché semplice, presenta
almeno un magazzino per ognuna delle tre tipologie di scorte
sopraelencate.
Controllo delle scorte
Si consideri il sistema illustrato in figura 1.1, costituito da un
magazzino prodotti finiti, che viene alimentato da un sistema
produttivo rappresentato da una scatola nera.
Figura 1.1 ⎯ Un sistema produttivo con magazzino prodotti finiti
Assumiamo che il sistema produttivo contenga un unico magazzino
per le scorte prodotti finiti; altri tipi di scorte (materie prime e
semilavorati) con i loro rispettivi magazzini sono sicuramente
presenti nell’ambito della produzione, ma a noi non interessano ai
fini dell’esempio corrente. Il sistema produttivo viene visto come una
scatola nera in quanto essa rappresenta semplicemente una entità
in grado di soddisfare, con un certo ritardo, gli ordini di riempimento
del magazzino; in effetti, non distinguiamo il caso di ordini di
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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acquisto (nel qual caso la scatola nera è un fornitore) da quello di
ordini di produzione.
Come si vede dal grafico di figura 1.1 il livello di magazzino I scende
nel tempo, con un tasso che dipende dalla frequenza e dall’entità
degli ordini da parte dei clienti.
Un problema di controllo delle scorte richiede di stabilire quando
occorre lanciare un ordine e quanto occorre ordinare. Un possibile
approccio consiste nel determinare un punto di riordino R: quando il
livello del magazzino scende sotto il livello R, si lancia un ordine per
un quantitativo Q; dopo un intervallo di tempo LT, detto lead time, il
lotto ordinato è stato prodotto od acquistato ed è quindi pronto per
essere versato a magazzino. In un problema di controllo e gestione
delle scorte il lead time è il tempo intercorrente tra il lancio di un
ordine e l’arrivo delle parti: in questo caso è un dato più o meno
certo del problema. Il lead time costituisce praticamente il tempo
materiale necessario per produrre i beni e trasportarli (come materie
prime, semilavorati, prodotti finiti) sia all’interno che all’esterno del
sistema produttivo (da e verso il sistema di produzione). A volte il
lead time dipende dalla quantità Q ordinata e dal momento in cui
viene lanciato l’ordine (inteso come istante temporale), ossia
allorquando il livello I del magazzino raggiunge il punto di riordino R.
Nel determinare i parametri R e Q occorre tenere conto di esigenze
contrastanti. Da una parte, sarebbe opportuno ordinare piccoli
quantitativi di prodotto con una frequenza abbastanza alta, in guisa
da tenere il livello del magazzino il più basso possibile e minimizzare
quindi i costi di giacenza. Dall’altra parte, occorre evitare di lanciare
ordini con una frequenza eccessiva, a causa dei costi legati al lancio
di un ordine di acquisto e, nel caso di ordini di produzione, alla
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Capitolo 1
necessità di attrezzare le macchine. Si tratta quindi di dimensionare
il lotto Q in modo da trovare il miglior compromesso.
In molti casi, infatti, il costo di lancio di un ordine, sia che si tratti di
un ordine di acquisto che di un ordine di produzione, è un costo
fisso, ossia è indipendente dalla quantità Q di merce che occorre
acquistare o produrre. Qualora si verifichi ciò conviene naturalmente
cercare di ordinare la maggior quantità possibile di merce, in guisa
che il costo fisso di lancio dell’ordine viene ammortizzato sul
quantitativo di beni prodotti od acquistati, con l’ovvia conseguenza
che il costo unitario del singolo bene diminuisce.
Si pensi, ad esempio, ad una industria manifatturiera che effettua
delle lavorazioni per asportazione di truciolo su pezzi metallici grezzi
trasformandoli in componenti meccanici ad alto valore aggiunto; la
fabbrica adopera dei centri di lavorazione per il taglio dei metalli
unitamente ad altri tipi di macchine utensili a controllo numerico
computerizzato; la fabbrica produce, ad esempio, tre diverse
tipologie di componenti meccanici in lotti comprendenti un
determinato numero di parti di un certo tipo: quando, nell’ambito
della produzione, si cambia tipologia di pezzo, è necessario
preparare ed equipaggiare i centri di lavorazione con gli utensili e le
attrezzature idonee al fine di metterli nelle condizioni di produrre
correttamente le parti della tipologia di pezzo che si intende
fabbricare. Quando si predispone un moderno centro di lavorazione
CNC per la realizzazione di un certo tipo di pezzo, non ci si riferisce
solamente ad operazioni puramente meccaniche (come ad esempio
la sostituzione degli utensili preesistenti con quelli adatti a produrre
quel determinato tipo di pezzo), ma anche ad operazioni di tipo
informatico, che possono essere il caricamento dei part program per
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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la tipologia di pezzo da produrre; in generale, le operazioni di
preparazione di un centro di lavoro CNC, sia di tipo informatico che
meccanico hanno un determinato costo fisso ed impiegano un certo
tempo.
Il costo delle operazioni di set up (attrezzaggio e carcamento dei
part program) delle macchine utensili CNC ed il tempo necessario
ad eseguirle correttamente è praticamente indipendente dalla
dimensione del lotto (che esprime appunto il volume di pezzi di un
certo tipo). Allo scopo, quindi, di ridurre il costo unitario della singola
parte prodotta conviene aumentare la dimensione dei lotti di
produzione e conseguentemente diminuire la frequenza delle
operazioni di set up, che come abbiamo visto richiedono tempi e
costi fissi non indifferenti.
La presenza di tempi e costi di set-up portano a produrre lotti più
grandi, con un conseguente incremento nei livelli delle scorte, il che
si traduce in costi di giacenza sempre più grandi.
In taluni casi, quando si tratta di ordini di acquisto di beni verso
fornitori, si possono adottare delle politiche di sconto sulla base
della quantità ordinata; in tal caso il costo di lancio dell’ordine non è
più un costo fisso, indipendente dal quantitativo di merce ordinata. Il
fornitore può adottare delle scontistiche secondo le quali il costo di
lancio dell’ordine varia in funzione della quantità ordinata, in
particolare diminuisce all’aumentare del volume di merce ordinato;
in pratica il fornitore fissa diversi costi di lancio dell’ordine
unitamente a degli intervalli di valori per i volumi di merce da
ordinare: a ciascun intervallo corrisponde un determinato costo;
quando il fornitore riceve un ordine per un quantitativo Q di merce,
per fissare il costo dell’ordine non deve fare altro che individuare in
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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quale intervallo di volumi rientra il quantitativo Q ordinato e risalire di
poi al corrispondente costo. Se U è il costo di lancio dell’ordine e Q il
quantitativo di beni da ordinare, la politica di sconto appena
discussa, nel caso di quattro distinte fasce di costo, si può
riassumere nella seguente formula:
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
< ≤
< ≤
< ≤
<
=
4 3 4
3 2 3
2 1 2
1 1
Q Q Q se U
Q Q Q se U
Q Q Q se U
Q Q se U
U (1.1)
in cui naturalmente è
4 3 2 1
U U U U < < < e
4 3 2 1
Q Q Q Q < < < ed inoltre i
valori dei costi U
i
e dei volumi Q
i
sono stabiliti dal fornitore.
Altri fattori di cui occorre tenere conto sono costituiti dalla variabilità
della domanda e del lead time: maggiore è l’incertezza associata,
più grande sarà il livello di riordino R, con un conseguente aumento
dei costi di giacenza.
I costi di giacenza possono essere molteplici e di norma sono tra i
più onerosi; di seguito elenchiamo brevemente i diversi tipi di costi di
giacenza che si possono incontrare nella gestione di un magazzino
con delle scorte:
• costi legati al livello delle scorte; i materiali depositati presso
un magazzino costituiscono una forma di capitale
immobilizzato;
• costi di gestione e mantenimento dei locali adibiti ad uso
magazzino, tra cui: acqua, energia elettrica, combustibili per
riscaldamento; bisogna considerare anche i costi di affitto dei
locali se questi ultimi non sono di proprietà o i costi per la
realizzazione dei fabbricati destinati ad uso magazzino,
nonché i costi per interventi di manutenzione ordinaria e
straordinaria, ristrutturazioni, etc…;
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
mediante la simulazione ⎯ Tesi di laurea specialistica ⎯ Capitolo 1
• costi per la movimentazione dei materiali dal magazzino, verso
il magazzino, all’interno del magazzino, compresi i costi di
acquisto, gestione e manutenzione (sia ordinaria che
straordinaria) dei macchinari idonei alla movimentazione delle
scorte;
• costi delle attrezzature, arredi, suppellettili idonei ad uno
stoccaggio corretto, pratico, sicuro e flessibile dei colli;
• costi per assicurare le scorte in caso di furti o danneggiamenti
(sia parziali che totali) da parte di terzi;
• costi derivanti dal rischio di obsolescenza, deterioramento o
deperimento;
• costi del personale preposto alla gestione e manutenzione del
magazzino, nonché addetto al material handling and storage
system;
• costi per la realizzazione delle condizioni più idonee e
favorevoli per uno stoccaggio sicuro e duraturo delle scorte.
Sistemi produttivi multi-stadio
Nell’esempio precedente abbiamo trattato il sistema di produzione in
modo estremamente semplificato: esso è semplicemente modellato
da un lead time, cioè da un ritardo. Questo è, in generale, non
appropriato. La struttura produttiva può essere estremamente
complessa, ed occorre valutare come il suo limite di capacità
produttiva influenza il lead time. Questo infatti è una conseguenza
del numero di ordini da servire, e non un dato a priori; se si
raggiunge il punto di riordino contemporaneamente per molti
prodotti, verranno lanciati molti ordini di produzione, che verranno
accodati sui centri di lavorazione, con il risultato di congestionare il
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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sistema produttivo ed allungare il lead time. Inoltre, in un sistema di
produzione esistono diversi tipi di scorte. In figura 1.2 è
rappresentato un sistema multi-stadio composto da due stadi in
serie.
Figura 1.2 ⎯ Un semplice sistema multi-stadio
La figura evidenzia l’esistenza dei tre livelli di scorte già accennati:
materie prime, semilavorati, prodotti finiti. Va notato che le materie
prime sono intese come tali dal punto di vista della gestione della
produzione; in pratica si può trattare di componenti molto complessi
prodotti da un fornitore. Nell’esempio di figura 1.2 il primo stadio
trasforma le materie prime in semilavorati, che vengono di poi
trasformati in prodotti finiti nel secondo stadio e versati nel
corrispondente magazzino. Come nel caso del controllo delle scorte
illustrato nell’esempio precedente, occorre controllare i flussi di
materiali e le giacenze ai tre livelli in modo da trovare un
compromesso tra esigenze contrastanti. Da una parte il livello di
scorte deve essere tale da assicurare la regolarità del flusso dei
materiali, evitando di bloccare la produzione per mancanza di
materiali. Dall’altra parte, un livello di scorte eccessivo, pur
garantendo un elevato utilizzo delle risorse, comporta un costo
elevato di giacenza, nonché un aumento del tempo di
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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attraversamento del sistema. Il tempo di attraversamento (flow time
o lead time, oppure anche throughput time) è il tempo intercorrente
tra l’ingresso delle materie prime nel sistema e l’uscita del prodotto
finito. Trovare un compromesso ragionevole richiede una attenta
sincronizzazione delle attività produttive nei diversi stadi.
Il tempo di attraversamento di una parte in un sistema produttivo
manifatturiero non è solamente il tempo necessario a fabbricare la
parte, ma comprende anche i tempi di trasporto, i tempi di attesa in
coda, i tempi di set-up delle macchine, etc…, tutti tempi morti, ma
comunque indispensabili per condurre a termine le lavorazioni; ad
esempio, nel caso dell’industria manifatturiera che produce
componenti meccanici metallici per asportazione di truciolo di cui
all’esempio precedente, un pezzo metallico grezzo deve subire
determinate lavorazioni per asportazione di truciolo presso i centri di
lavoro CNC per diventare il componente meccanico finale ad
elevato valore aggiunto. Ora ogni lavorazione di taglio alla macchina
utensile impiega un certo tempo, durante il quale la macchina stessa
è occupata; il cliente paga in base al tempo necessario alla
macchina utensile ad effettuare le lavorazioni meccaniche di taglio
previste dal part program, ossia in base al tempo in cui realmente il
pezzo grezzo subisce una trasformazione meccanica che ne
incrementa il valore aggiunto. In realtà esistono anche altri tempi,
necessari ad espletare funzioni ed operazioni fondamentali ed
essenziali ai fini del corretto funzionamento di un moderno impianto
manifatturiero; tali operazioni possono essere ad esempio:
operazioni di trasporto: dei pezzi grezzi dal magazzino materie
prime verso l’area di produzione, dei semilavorati all’interno
dell’area di produzione tra una macchina e l’altra, dei prodotti
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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finiti dall’area produzione verso il magazzino finale; le
operazioni di trasporto delle parti (intese come materie prime,
semilavorati e prodotti finiti) hanno comunque un costo che
non viene ripagato dal cliente;
attesa in coda dei semilavorati che stazionano nei buffer
(magazzini intermedi) presso le stazioni di lavorazione (o
workstations); durante i tempi di attesa in coda i pezzi non
subiscono alcuna lavorazione tecnologica che ne incrementi il
valore aggiunto;
operazioni di set-up delle macchine CNC per: cambio utensile,
cambio magazzino utensili, spostamenti in rapido per i moti di
appostamento dell’untesile, cambio pallet, cambio pezzo,
caricamento part program, cambio dell’orientamento del
pezzo, etc…; nel lasso di tempo necessario ad compiere le
suddette operazioni la macchina non lavora compiendo
trasformazioni tecnologiche sul pezzo.
Tutte le succitate operazioni, ancorché essenziali, necessitano di
tempi morti per essere portate a termine, tempi morti che in ogni
caso costituiscono dei costi e durante i quali il pezzo in lavorazione
non viene ultimato dato che non subisce trasformazioni tecnologiche
e quindi i costi scaturiti dai tempi morti di lavorazione non vengono
ripagati dal cliente.
Il tempo di attraversamento di una parte in un sistema produttivo
manifatturiero rappresenta il coacervo di tutti i tempi menzionati
sopra ed è per questa ragione che deve essere ridotto al massimo
adottando una attenta e corretta politica di sincronizzazione delle
attività produttive nei singoli stadi di lavorazione.
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Politiche di gestione delle scorte: analisi dell’approccio “magazzino virtuale”
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1.3 ⎯ Interfaccia con il mercato
Nel definire la strategia di gestione della produzione occorre tenere
conto del modo in cui l’azienda si interfaccia con il mercato; ciò
dipende dal grado di personalizzazione del prodotto, dal volume
delle vendite, dal lead time e dal livello di concorrenza sul mercato.
Nel caso di prodotti molto complessi, costosi e personalizzati,
l’azienda produrrà strettamente su commessa; si pensi, ad esempio,
al caso di una grande nave che deve essere costruita in un cantiere
navale. In situazioni di questo tipo non è possibile mantenere un
magazzino di prodotti finiti cui attingere nel momento in cui viene
ricevuto un ordine da un potenziale cliente; la produzione, difatti, è
avviata solo a fronte di un ordine cliente specifico, ed il cliente può
essere costretto ad attendere la consegna del prodotto finito per un
lead time dell’ordine di mesi o addirittura di anni. In questo caso si
parla di strategia make-to-order. Nel caso di strategia make-to-
order di fatto non esiste una accumulazione fisica di beni in un
magazzino prodotti finiti: il prodotto appena ultimato viene
immediatamente spedito al cliente.
Si possono avere casi in cui non solo si produce, ma si progetta su
ordine; situazioni di questo tipo vanno sotto il nome di engineer-to-
order e rappresentano un’estremizzazione del make-to-order. Per
esempio il caso della nave, poc’anzi menzionato, è un chiaro
esempio in cui si combinano entrambe le strategie, sia quella make-
to-order che quella engineer-to-order: la realizzazione di una nave,
infatti, essendo un’opera molto complessa necessita di un’ampia ed
accurata progettazione sia prima di iniziare la costruzione che in
corso d’opera. Un altro esempio di strategie make-to-order ed
engineer-to-order combinate insieme è la costruzione di una grande
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