Transcript Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto

Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto
LO SVILUPPO DEL PRODOTTO
• Individuazione e Definizione del prodotto
• Valutazione di fattibilità ( Tecnica ed economica )
• Progettazione del prodotto ( Disegni di concezione - Definizione preliminare di materiali-processi Disegni di definizione - Fabbricazione di prototipi rapidi per la
progettazione - Disegni di fabbricazione - Specifiche Tecniche e Norme
Distinta base (BOM) -Analisi del Valore)
• Ingegnerizzazione del prodotto ( Cicli di lavorazione preliminari-tempi di lavorazione – Cicli e
Fabbricazione di prototipi rapidi funzionali - Definizione e scelta
definitiva di materiali e processi - Applicazione di Design for
Manufacturing (DFM) - Applicazione di Design for Assembly (DFA)
Cicli di Lavorazione definitivi – tempi - costi di lavorazione Completamento Distinta Base – Norme - Specifiche
Analisi soluzioni alternative :
+ Analisi critiche sul progetto
+ Alternative materiali
+ Alternative processi
+ Alternative cicli di lavorazione
+ Analisi del valore
• Progettazione e Predisposizione del Sistema Produttivo
• Fabbricazione di prototipi reali funzionali
• Fabbricazione di prodotti pre-serie
• Messa a Catalogo del prodotto
• Fabbricazione
Studio di fabbricazione
STUDIO DI FABBRICAZIONE
Bisogna studiare ed analizzare le diverse scelte produttive che dovranno garantire:
- il raggiungimento delle caratteristiche funzionali e qualitative richieste al prodotto
- nello stesso tempo sarà il fattore costo che alla fine determinerà le scelte definitive
le scelte da operare spesso richiedono un approccio iterativo che provoca continue
modifiche:
- al prodotto
- alla tecnologia da utilizzare
- ai sistemi produttivi che si hanno a disposizione
Analisi per lo sviluppo prodotto:
+ Il prodotto stesso da realizzare ( Definizione del prodotto e dei componenti , Caratteristiche tecnologiche intrinseche al
prodotto e valutazione di complessità tecnologica , I processi tecnologici utilizzabili anche in alternativa e valutazione di
complessità dei processi, Caratterizzazione del tipo di prodotto-processo in funzione ad esempio della precisione richiesta e
delle condizioni operative)
+ Il sistema produttivo preso in esame ( Caratteristiche generali dell’azienda - Il Sistema Organizzativo dell’azienda - Il
Sistema Produttivo - Il Lay – out del Sistema Produttivo - L’utilizzazione degli impianti - La pianificazione della produzione - Il
sistema costi adottato )
+ l’ Engineering del prodotto ( La progettazione definitiva ed i disegni costruttivi del prodotto e dei componenti (cosa
comporta e come effettuarla) , Scelta definitiva dei processi tecnologici e dei materiali da adottare (come effettuarla), . I
cicli di lavorazione (materiali , sequenze di lavorazione , macchine , attrezzature , utensili , set up )
+ Determinazione dei “costi fabbricazione – prodotto”
Se si ritiene dalla determinazione dei costi che ci siano i margini per poter proseguire con il progetto,
ci saranno questi successivi passaggi:
+ Studio di soluzioni alternative ( Modifiche sul prodotto - Modifiche di processi-materiali - Modifiche sui cicli)
+ Valutazione comparativa delle soluzioni alternative
+ Bilanciamento delle linee / macchine
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DEFINIZIONE DI SISTEMA PRODUTTIVO
Il sistema produttivo ha la funzione di trasformare le risorse in
ingresso in prodotti finiti
Classificazione delle aziende produttive
Classificazione I
Industrie
Manifatturiere
Si identificano per
la produzione di un
numero di pezzi
discreto (In Italia
sono la
maggioranza)
Es: auto,Pc, MU
Industrie di
Processo
Hanno un output
continuo , Es:
industria chimica,
plastica, prodotti
petroliferi, saponi,
acciaio, cemento…
Classificazione II
Industrie di
Base
Produzione di
grezzo ,usati
poi da altre
industrie
manifatturiere,
partendo dalle
risorse
naturali . Es:
produzione di
acciaio in
lingotti
Industrie di
Trasformazione
Trasformano i prodotti
grezzi dell’industria di
base in prodotti
industriali utilizzabili
dalle Industrie di
Fabbricazione. Es:
Industrie per la
trasformazione dei
lingotti di acciaio in
barre o piatti, industrie
chimiche che
trasformano il petrolio
in materie plastiche,
industrie che
trasformano la polpa di
legno in carta
Classificazione III
Industrie di
Fabbricazione
Viene fabbricato
ed assemblato il
prodotto finale.
Es: le barre o i
piatti di acciaio
sono trasformati
attraverso
lavorazioni di
macchine in
componenti
meccanici, in telai
per automobili,
questi
componenti
vengono poi
assemblati per
ottenere il
prodotto finito
Aziende producono
prodotti di catalogo o
di serie
L’azienda decide
autonomamente
di fabbricare un
nuovo prodotto di
cui effettua la
progettazione,
l’ingegnerizzazion
e, la fabbricazione
di prototipi, fino a
mettere a
catalogo il
prodotto, in attesa
poi di ordini dei
clienti
Il “lancio in produzione” può avvenire secondo modalità diverse:
o
In base a previsione di vendite future (sistemi produttivi con prodotti di catalogo)
o
A seguito di ordini di clienti (sistemi produttivi con prodotti su commessa)
2
Aziende producono
prodotti su commessa
Il prodotto viene
progettato e fabbricato
su necessità e
specifiche del cliente .
i prodotti su commessa
Si distinguono in:
-Prodotti differenziati:
vanno progettati ex
novo
-Prodotti caratterizzati
stesse caratteristiche
pur essendo differenti
secondo le esigenze del
cliente.
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MODELLI DI SISTEMI PRODUTTIVI S.P.
Sono basati sulla ripetitività delle operazioni di fabbricazione e
montaggio e sulla continuità del flusso uscente:
Sistema unitario.
Le operazioni vengono eseguite una sola volta per l’ottenimento
di un prodotto che potrebbe non essere mai più ottenuto in futuro e diverso da quelli ottenuti in passato. Il
flusso uscente presenta la massima discontinuità e dipende dai singoli ordini cliente.
Sistema a flusso
ripetitività delle operazioni e dalla continuità del flusso uscente (ciò che esce nel periodo i-esimo e uguale a
ciò che esce nel periodo j-esimo)
Sistema a lotti
Dopo un certo periodo è necessario arrestare il funzionamento del Sistema Produttivo e modificare l’assetto
(SET UP) per dare inizio all’ottenimento di un lotto di prodotti diversi (discontinuità del flusso uscente)
Ciclo di lavorazione: E’ l’insieme delle varie operazioni che trasformano le materie prime in prodotto finito
TIPO DI PRODUZIONE
Job shop production
Mass production
Batch production
(per lotti)
(per processo o per funzione)
E’ caratterizzata dal basso
volume di produzione. I
lotti sono molto piccoli o
addirittura unitari. È in
grado di seguire le
specifiche richieste
di un cliente ( fabbricazione
di una grande varietà di tipi
di pezzi)
Le macchine e le
attrezzature devono essere
versatili ( MAX FLESSIBILITÀ)
, anche se questa è limitata
dall’appartenenza a una
categoria.
Le macchine più utilizzate
per questa categoria sono
quelle per asportazione di
truciolo piuttosto che quelle
per deformazione plastica
perché le prime hanno
maggiore flessibilità.
la capacità professionale
degli operatori deve essere
elevata e ampia. Esempi di
produzione: macchine
utensili, prototipi di prodotti
futuri .
Aumenta il tempo di ciclo di
produzione. Alto WIP.
Controllo e pianificazione e
molti movimenti nel lay-out
Produzione di lotti di pezzi di
La Mass Production può
media quantità ( I lotti
essere:
possono essere unici o
- a quantità Es: raffineria,
ripetibili nel tempo) . le
cementificio, cartiera
- a flusso  Sistemi a flusso: capacità produttive sono
 fabbricazione specializzata di superiori alla domanda quindi
il sistema produce anche per il
prodotti identici in
magazzino. Viene cambiato il
elevatissima quantità.
tipo di pezzo da produrre.
 Le macchine sono
Le lavorazioni più usate sono
completamente DEDICATE
lavorazioni per asportazione di
alla fabbricazione di un
truciolo, fonderie, stampaggio.
particolare prodotto richiesto
Le macchine od i mezzi di
in grande quantità (macchine
produzione sono general–
special-purpose).
purpose ( versatili) ma sono
 L’investimento in macchine
progettati per alti numeri di
ed utensili specializzati è
produzione e sono dotati di
molto alto.
attrezzature speciali (
 L’automazione delle
macchine a CNC (automazione
macchine può essere molto
elettronica flessibile) e torni a
spinta e di tipo rigido. Es:
torretta e automatici
linee a trasferta.
(automazione meccanica ormai
 Incominciano a diffondersi
vecchie) ) costoso e lungo setmacchine speciali
up.
riconfigurabili
La moderna produzione per
 Il bloccaggio (break down) di lotti viene realizzata con
una macchina fa bloccare
Macchine Utensili CNC dotate
tutta la linea
di automazione flessibile.
 Cambiamenti al progetto del Il lay-out può essere:
prodotto sono difficili da
una struttura job-shop con
gestire
macchine CNC dedicate
 Il tasso di produzione è
(caso più semplice)
determinato dalla macchina
Strutture Group Technology
più lenta
(centri di lavoro, celle di
 Alti costi di investimento
lavoro, linee di lavoro flessibili)
3
Project shop
(per progetto)
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DEFINIZIONE DEL PRODOTTO:
Il prodotto da realizzare
a. Definizione del prodotto e dei componenti
b. Caratteristiche tecnologiche intrinseche al prodotto e valutazione di complessità tecnologica
c. I processi tecnologici utilizzabili anche in alternativa e valutazione di complessità dei processi,
d. Caratterizzazione del tipo di prodotto in funzione ad esempio della precisione e della modalità di lavoro.
e. Make or Buy
f. Caratteristiche produttive richieste e legate in modo intrinseco al prodotto (ad esempio tipo di automazione)
Strategie
Sviluppo del progetto in 8 fasi
 Analisi del mercato
 Individuazione dei bisogni
 Chiarificazione del contesto del prodotto
e della azienda
1.Generazione della idea e Pianificazione
 Generazione di varietà di soluzioni, e
successiva riduzione della varietà
 Adattamento delle soluzioni alle
tecnologie di produzione
 Verifiche
 Ottimizzazione della
soluzione industriale
 Monitoraggio del
Prodotto nel mercato
del prodotto
2.Chiarificazione del compito e fattibilità di
nuove tecnologie
3.Sviluppo specifica
4.Progetto concettuale fino al primo
prototipo
5.Progetto costruttivo (Sviluppo del
prototipo)
6.Progetto di dettaglio
(Verifiche sul prototipo)
7.Avvio della produzione
8.Analisi del prodotto
LA COMPLESSITÀ TECNOLOGICA


La Complessità è un argomento multidisciplinare della quale non esiste una definizione univoca
Un sistema è complesso se ha un numero elevato di variabili in gioco e mancanza di ordine e imprevedibilità
nell’evoluzione del sistema
È utile una classificazione tecnologica dei prodotti individuando dei livelli di complessità tecnologica
dei sistemi produttivi: La complessità tecnologica indica il livello tecnologico necessario per il progetto e la
fabbricazione del prodotto industriale, considerandone caratteristiche e prestazioni.
Aspetti che contribuiscono alla complessità di un sistema:
1.
2.
3.
4.
5.
Numero di elementi o sotto-sistemi
Grado di ordine all’interno della struttura di elementi
Grado di interazione o connettività tra gli elementi e ambiente
Livello di varietà, in termini dei differenti tipi di elementi
Grado di prevedibilità e incertezza all’interno del sistema
Principali tipi di complessità tecnologica
complessità di prodotto
complessità di processo
Modello di sistema produttivo
Taylor
Modello attuale
complessità di sistema manifatturiero
 complessità statica: funzione della
struttura del sistema, definita a
 sistema in
 sistema
partire dalla Distinta Base o dal
equilibrio facile
imprevedibile
database aziendale, (numero
dinamico complesso
da interpretare
componenti)
 netta divisione  integrazione
 complessità dinamica: funzione
macchine e risorse
lavoro e
dell’evoluzione del sistema, a che
 layout di impianto
operazioni
fare con la imprevedibilità e
complesso
 layout di
incertezza (relazioni tra componenti)
impianto lineare
 fisica classica,
 similitudine con
sistema biologico,
teoria del caos
matematica
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Fattori che influenzano la complessità:
logistica di fornitura e
distribuzione
sviluppo di nuovi
prodotti
commercializzazione
-quota di mercato
-servizi
-tempi di consegna
-clienti
-struttura
-coordinazione dei progetti
-ciclo di vita del prodotto
progettazione del
sistema produttivo
-risorse di produzione
-tecnologia
-lay-out degli impianti
processo produttivo
complessità
tecnologica
-volumi di produzione
-organizzazione della
produzione
- pianificazione della
produzione
Complessità
(manufacturing – engineering)
Aspetti negativi
Aspetti positivi
↑ difficoltà organizzativa e problemi gestionali
↑lead time
↑ costi
↑ difficoltà assemblaggio prodotto
↓ affidabilità prodotto
↑ varietà prodotti
↑ flessibilità impianto
↑ customizzazione
↑ modularità prodotto
↑ funzionalità prodotto
Misura della complessità
 manca un modello universale
 necessaria per supportare il manager di produzione e il progettista
 livello di complessità del prodotto  requisiti tecnologico produttivi dell’impresa
complessità → natura del sistema manifatturiero →scelta modalità di produzione e indicatori
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complessità → livello tecnologico del prodotto → scelte di progettazione





Requisiti funzionali
Parametri e specifiche di progettazione
Modularità del prodotto
Modalità di assemblaggio
Modalità di riciclo
Applicazioni complessità


Studio di fabbricazione del prodotto:
- confronto tra l’indice di complessità tecnologica del prodotto e il livello di complessità
tecnologica gestibile dall’impianto produttivo
- controllo della compatibilità del prodotto con le tecnologie produttive disponibili
Miglioramento del progetto di prodotto in relazione al valore dell’indice di complessità
Scala di complessità tecnologica
Permette di differenziare i diversi livelli tecnologici richiesti nella fabbricazione di ogni prodotto, e anche le diverse tipologie
di imprese la cui struttura consente di fabbricare prodotti i cui indici di complessità si trovano in quell’aria o livello
tecnologico
A cosa serve la valutazione di Complessità e Livello Tecnologico
1. Valutazione dell’infrastruttura industriale necessaria
2. Identificazione dei componenti che possono essere fabbricati internamente o reperiti all’esterno
3. Determinazione degli aspetti critici da dominare per passare ad un livello tecnologico superiore
4. Identificazione della possibilità di creare una nuova impresa specializzata per il nuovo prodotto
5. Diagnostica tecnologica di un settore produttivo
6. Pianificazione di trasferimenti tecnologici
7. Pianificazione di una politica di industrializzazione in un determinato distretto o paese
8. Definizione delle modalità di attuazione di cooperazione industriale tra industrie di paesi diversi
Metodi di valutazione e misura della complessità
1.Complessità misurata a partire dalla raccolta di dati oggettivi all’interno dell’impresa (25%)
- riferita al processo: numero operazioni, numero fasi,sequenza di assemblaggio, tipo di tecnologia ecc.
- riferita al sistema manifatturiero: numero di macchine,numero di tecnologie ecc.
Questo metodo utilizza matematiche semplici , sommando moltiplicando dati al fine di ottenere un indice unico
2.Complessità definita attraverso interviste agli operatori aziendali (14%)
viene definita in funzione di indicatori rappresentativi del prodotto e del sistema produttivo individuati tramite interviste al
personale dell’azienda. Vengono somministrati dei questionari e poi elaborati come medie o somme dei punteggi attribuiti.
- tecnica Likert : In caso di opinioni diverse si utilizza la.
- metodo Delphi : In alcuni casi
- l’attendibilità dei risultati dipende principalmente dal numero di interviste,trattandosi di dati soggettivi
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3.Complessità calcolata attraverso l’uso di un sistema esperto (3%)
I fattori caratterizzanti il sistema produttivo, stabiliti da esperti, vengono introdotti come input in un sistema esperto che
utilizzando tecniche di previsione (ex. matrici incrociate) produce un indice di complessità ( usato negli anni 80)
4.Complessità calcolata attraverso il modello entropico (29%)
parte dalla probabilità di ogni risorsa produttiva di trovarsi in uno specifico stato.
teorema di Shannon (1948): utilizza la funzione entropia come misura dello stato del sistema e della sua
tendenza a divenire più caotico e imprevedibile (metodo attualmente più diffuso)
5.Complessità calcolata con metodologie ibride (29%)
riuniscono due o più delle metodologie precedenti ( Entropica + raccolta dati )
Approcci
A. calcolo della complessità soggettivo
attraverso l’attribuzione di punteggi utilizzando questionari (2)
B. calcolo della complessità “oggettivo”
a partire da dati del sistema che possono essere elaborati secondo diversi metodi matematici
(Euristica/indici1, Entropia/contenuto dell’informazione 4)
Metodi di misura della complessità di prodotto
1. INTERVISTE E QUESTIONARI
- Personali: permettono all’intervistatore di controllare l’intervistato (↑ tasso di risposta)
-Posta elettronica o normale: economico ma ↓ tasso di ritorno. L’intervistato non può essere
influenzato dall’intervistatore in questo caso ma può non comprendere
bene le domande
Questionario: fattori da definire
 obiettivo dello studio
Caratteristiche del questionario
 lunghezza: evitare troppe domande
 chiarezza delle domande: evitare ambiguità
 univocità
 formulazione: deve essere il + oggettiva possibile.
 mancanza di ambiguità
 target a cui si rivolge, che ne determina forma e linguaggio
 collocazione geografica e sociale degli intervistati
 tipo di domande
 metodologia di analisi dei risultati
 disponibilità economica
Risposte
 aperte
maggiore flessibilità, maggiore difficoltà di valutazione
 chiuse
più difficili da costruire ma più semplici da valutare e
quindi più diffuse
Struttura questionario
Solitamente un questionario può essere articolato in 3
sezioni:
1. Introduzione
2. Corpo del questionario
3. Caratteristiche del rispondente/impresa
Tecnica Likert
Si mette a punto un certo numero di item (elenco ) che esprimono un atteggiamento favorevole e contrario
ad un certo oggetto.
A fianco ad ognuno si presenta una scala bipolare di accordo-disaccordo si chiede ai soggetti di indicare su questa il grado
di accordo o disaccordo .Il coefficiente α stabilisce la coerenza interna di raggruppamenti di items
fattore di Cronbach:
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Esempio metodo interviste I.Barclay e Z.Dann, 2000
il questionario è parte di una metodologia finalizzata al miglioramento dei prodotti; consente il rilevamento di
dati significativi per la misura della complessità di prodotto
Il questionario è finalizzato a misurare diversi aspetti della complessità:
Complessità
strutturale
Fattori:
Complessità funzionale
Complessità di
progetto
Novità del
prodotto
Fattori:
 numero di
giorni/uomo di lavoro
 numero di discipline
coinvolte
 numero di persone
coinvolte nello
sviluppo del prodotto
all’interno dell’azienda
 numero di progettisti
coinvolti nel progetto
grado in cui il
prodotto può essere
considerato nuovo
rispetto ai precedenti
 numero di
 numero delle funzioni/criteri di
componenti
prestazione
 Numero fasi del
 grado dei criteri di prestazione
processo di
 apparenza (estetica, sicurezza,
fabbricazion
stile, conforto, gusto,odore,
 grado di non linearità
tessitura, usabilità)
e di connettività
 numero di tecnologie
 livello di difficoltà
tecnologica
 livello di supporto
tecnologico
Vincoli
commerciali
- grado di importanza della
qualità di prodotto
- grado di importanza di
costi e tempi di sviluppo
del prodotto
- livello competizione nel
mercato per il prodotto
ecc.
 numero di persone
coinvolte nel progetto
esterne alla azienda
Metodologia I.Barclay e Z.Dann
Punti di forza
Punti di debolezza
 se da una parte l’applicazione è valida per diversi settori,
 utilizza molteplici dati del sistema (sia analitici e
può però viceversa risultare troppo generica e portare a
oggettivi che punteggi attribuiti da intervista)
risultati poco efficaci
 applicazione valida per diversi settori e prodotti
 considera molti dati soggettivi
 metodologia semplice e di facile applicazione
 validità subordinata alla somministrazione di un numero
elevato di questionari quindi costi complessivi elevati
2.
SISTEMA ACT Analisi di Complessità Tecnologica
Approccio sistemico
Concezione della realtà basata su: connessione, relazione e contesto.
Le proprietà essenziali di un sistema sono proprietà del tutto, che nessuna delle parti possiede. Esse
nascono dalle interazioni e dalle relazioni tra le parti








Cartesiano
Riduzione: l’analisi dell’oggetto si effettua
attraverso l’analisi delle singole parti
Considera la natura delle interrelazioni
Si modifica solo una variabile alla volta
Si basa sulla precisione dei dati
I fenomeni sono considerati reversibili,senza
considerare il fattore tempo
Modelli precisi e dettagliati, di difficile utilizzazione
nella pratica
Mono-disciplina
Visione statica








8
Sistemico
Olismo: l’oggetto va analizzato come un tutto
immerso in un ambiente esterno
Considera i suoi effetti
Si modificano gruppi di variabili Simultaneamente
Si basa su una percezione globale
Integra nell’analisi il tempo e la irreversibilità
Modelli poco rigorosi che servono come base di
conoscenza, si utilizzano come supporto alla presa
di decisioni
Interdisciplinarietà
Visione dinamica
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Sistema esperto: Sostituisce gli esperti della materia
Differenza tra programma tradizionale e sistema esperto
I sistemi esperti utilizzano tecniche euristiche e sono guidati da dati e non da una procedura fissata.
L’approccio euristico prevede che se anche una soluzione è ritenuta soddisfacente non è per forza quella che noi
stiamo cercando. Tutte le soluzioni sono considerate soddisfacenti , si prende come valida quella che più si
avvicina all’obiettivo finale.
il Sistema Esperto è particolarmente adatto per sostituire l’operatore umano nel risolvere compiti ristretti
all’interno dell’impresa
Il Sistema “ACT” Analyse Complexité Technologique
Permette di determinare:
 INDICE DI COMPLESSITÀ TECNOLOGICA
sulla base di :
* caratteristiche intrinseche del prodotto
* caratteristiche relative all’infrastruttura industriale
* componenti e accessori da acquistare
[vengono tutti posizionati in una matrice]

SCALA DI COMPLESSITÀ TECNOLOGICA
sulla quale si possono posizionare tutti i prodotti in base all’indice

LIVELLI DI COMPLESSITÀ TECNOLOGICA
disposti lungo la scala
Fasi ACT
1. Censimento dei fattori (esperti)
2. Definizione dei legami tra i fattori (esperti)
3. Riempimento della matrice di incidenza
4. Elevamento a potenza
5. Identificazione dei fattori chiave
6. Calcolo dell’indice di complessità
Gli indicatori che intervengono nel sistema ACT si riferiscono a:



Fattori intrinseci al prodotto: ( fattori globali, Know-How, mezzi di produzione)
Fattori relativi all’infrastruttura industriale ( legati a processi per semilavorati,processi o servizi tecnici specializzati)
Fattori relativi a componenti ed accessori da acquistare
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

Fattori interni( Tecnologia , Laboratori, Fattori globali, Burocrazia (acquisti) , Produzione,
Assemblaggio, Imballaggio, Qualità)
Fattori esterni (Tipologia di prodotto, Crediti specializzati, Risorse umane,Normative, Supporto
tecnologico [ Tipi di materie prime])
L’indice di complessità del prodotto è determinato dalla somma dei fattori che influiscono sul prodotto
valutati con il loro peso.


Nel sistema ACT la relazione tra fattori viene valutata utilizzando una matrice in cui in riga e colonna si riportano
i fattori stessi e nelle celle della matrice il peso della relazione.
Il Riempimento della matrice avviene per:
righe:
si pone 1 se la variabile riga in esame influenza la variabile colonna, si pone 0 se non la influenza
per colonne: si pone 1 se la variabile colonna è influenzata dalla variabile riga, si pone 0 se non lo è
Analisi diretta:relazione diretta tra variabili
Problematiche:
Sistemi complessi  numero di variabili molto elevato  relazioni tra le variabili non solo dirette ma strutturate
 impossibilità di esprimere il legame indiretto  utilizzo di metodi di indagine più complessi
Analisi strutturale :
calcolo indice di complessità del prodotto
Analisi strutturale
Individuazione
fattori significativi
sul prodotto
Definizione pesi a
partire dagli indici
di influenza
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Somma fattori
pesati
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GROUP TECNOLOGY
La GT è una filosofia produttiva alla cui base c’è la ricerca di similitudini di forma o di funzione o di ciclo
produttivo in pezzi diversi.
Attraverso la classificazione sistematica e il raggruppamento dei pezzi in famiglie basate sulla similitudine
morfologica e tecnologica, si può ottenere non solo una significativa riduzione dei costi di produzione, ma anche
tutta una serie di benefici che partono dal progetto stesso dei pezzi.
All’interno di una azienda si possono trovare pezzi simili in prodotti diversi (alberi, ingranaggi,…) che possono
formare gruppi per poterli lavorare insieme
Applicazioni GT:



Progettazione di pezzi (product design)
Progettazione dei cicli di lavorazione (progettazione di processo)
Organizzazione della produzione (layout degli impianti, scheduling)
Punti alla base della GT:

Raggruppamento in famiglie dei componenti simili
Criteri di raggruppamento
 caratteristiche progettuali:
-morfologia (forma geometrica e dimensione)
-funzione (features)
 caratteristiche della produzione:
- tecnologia
- tipo e sequenza delle lavorazioni (ciclo
produttivo)

Organizzazione del layout in piccoli gruppi di macchinari, ciascuno dei quali tratta solo una famiglia di
componenti, facilitando il flusso dei pezzi in lavorazione
Obiettivi:
-
non ridurre la varietà di prodotti offerti al cliente
ridurre la varietà di prodotti fabbricati dal
costruttore
Vantaggi GT
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
↓ costo di progettazione di nuovi pezzi (- 50%)
↓ tempo di industrializzazione e di design
↑standardizzazione nei nuovi progetti; (-10%) dei disegni
Impiega componenti standardizzati:(-) numero di lotti,(-) varietà dei pezzi
↑ l’utilizzazione delle macchine
↑stime dei costi di produzione
↑servizio per il cliente e la capacità dell’azienda di soddisfare gli ordini
↓ sforzo di preparazione del lavoro (-60%) e di pianificazione del processo
↓necessità di modulistica e il tempo per la sua preparazione
↓tempi morti di attesa (-70% tempo produzione complessivo lotto),↓WIP (-60% numero pezzi in lavorazione)
↓tempi complessivi di produzione
↓quantità dei pezzi da immagazzinare(-40% dello stock dei grezzi)
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Implementazione della GT
Investe 4 ordini di problemi:
1. scelta del metodo di codifica (il cambiamento in corsa potrà essere molto complesso) e dei criteri di
raggruppamento
2. progetto del layout o della sua risistemazione, razionalizzazione delle attrezzature e della dotazione utensili
3. risoluzione problemi organizzativi come il controllo di produzione, la gestione della manutenzione e il controllo di qualità
4. problemi connessi con l’introduzione di novità nell’ambiente di lavoro
Classificazione e codifica
La scelta oculata di un sistema di classificazione e codifica è estremamente importante per la corretta
implementazione di un sistema GT. Esistono sistemi di uso generale, sia rigidi che parzialmente personalizzabili;
in tutti si presenta il problema della limitatezza se confrontati con una applicazione pratica
scelte del sistema di codifica ( con le sue problematiche)
Sistemi monocodice (gerarchici)
Sono codici che si riferiscono ad una classificazione di
tipo gerarchico. La classificazione è strutturata secondo
un albero in cui ad ogni diramazione si ha la
suddivisione di un gruppo in ulteriori sottogruppi; nel
codice ogni cifra dettaglia meglio le informazioni
contenute nella cifra precedente.
Sistemi policodici (a catena)
Ogni cifra specifica un particolare attributo
dell’elemento codificato. Il significato di ogni cifra è
quindi valutabile di per se, senza nessun riferimento
alle cifre adiacenti.Questo sistema rende semplice la
ricerca per attributi; basta infatti testare il valore di
una determinata cifra nella posizione specificata per
individuare una caratteristica del pezzo.
Struttura del
codice
Numero di cifre
Sistemi ibridi (semi – policodice)
parametri per
realizzare un
sistema di
codifica
Tipo di cifre
La maggior parte dei sistemi di codifica usati
nell’industria è di tipo ibrido; vengono combinati
insieme monocodice e policodice per cercare un
sistema che combini i vantaggi di entrambi, senza
presentare i relativi difetti
- decimali (da 0 a 10)
- esadecimali (da 0 a 9)
- alfabetiche o
alfanumeriche
(mist. policodice con
calcololatore)
Informazioni
da codificare
Lunghezza del
codice
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Esempi di codici

Codice OPITZ
Utilizza un codice geometrico ed uno supplementare:
CODICE GEOMETRICO a 5 digit :
-1 classe di appartenenza
-2 forma esterna o principale
-3 superficie ottenute per lavorazioni rotazionali
-4 superficie ottenute per lavorazioni piane
-5 elementi di forma ausiliare
CODICE SUPPLEMENTARE a 4 digit:
-6 dimensione principale
-7 tipo di materiale
-8forma grezzo
-9 finitura richiesta



Codice CODE
Codice MICLASS
Codice KK3
Benefici di un buon sistema di classificazione:
 Facilita la formazione delle famiglie di pezzi e gruppi di macchine
 reperimento archivi di progetto, disegni, cicli di lavorazione
 Impedisce la duplicazione dei disegni
 ↓ costi di progetto




Permette di ricavare facilmente dati statistici
Facilita la schedulazione delle lavorazioni
Miglioramento nella scelta degli utensili e delle attrezzature
↑ velocità le procedure di valutazione dei costi
Criteri per la formazione di famiglie
( famiglie per pezzi con somiglianze a livello di progettazione [cioè con stessa funzione, forma] o per lavorazioni comuni, o
per stessa attrezzatura,o per stesso processo di produzione)
Esistono 3 metodi per creare famiglie di pezzi:
1. Attraverso il codice
Una famiglia può essere rappresentata da una matrice avente tante righe quante sono le cifre del codice e tante
colonne quanti sono i valori possibili che le cifre possono assumere.
La matrice è binaria (un elemento può essere 0/1).
Ogni riga deve contenere almeno un elemento uguale a 1 ma non
necessariamente uno solo. Più valori pari a 1 in una riga significano
che la cifra corrispondente può assumere più valori. limitazione per
strutture monocodice: non si possono assegnare più valori ad una
cifra perché diventa ambiguo il significato delle cifre successive.
Il test di appartenenza di un pezzo ad una famiglia può essere fatto
confrontando il codice del pezzo con la matrice della famiglia.
2. Attraverso la matrice di incidenza (analisi di produzione)


Il raggruppamento è effettuato in funzione delle operazioni richieste dai pezzi (flusso di produzione) per il loro
completamento, valutando in particolare risorse e processi in comune. A seconda dello spettro di pezzi presi in esame e
delle risorse produttive si possono definire i vari stati nell’analisi:
Analisi a livello aziendale
porta all’individuazione di vari reparti principali in cui suddividere la produzione
Analisi a livello di reparto
può portare a raggruppare pezzi e macchine sulla base di somiglianze di processo e definire le celle e le linee e il loro
migliore layout
13
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Fasi della PFA:
RACCOLTA DELLE
INFORMAZIONI SUL
ROUTING
cioè sulla sequenza di
macchine che il pezzo deve
visitare per completare il
ciclo di lavorazione)
APPLICAZIONE DI
TECNICHE DI
CLUSTERING
ORGANIZZAZIONE DEI
DATI IN PFA CHART
consentono
l’individuazione delle
famiglie di pezzi e di
macchine a partire dai
modelli di PFA chart
i dati relativi ai routing dei
pezzi vengono organizzati
in appositi modelli
Tecniche di clustering
Le tecniche più utilizzate sono basate sulla Matrice di
Incidenza
mediante:
La matrice di incidenza può essere riorganizzata scambiando sia l’ordine
delle righe sia quello delle colonne sino a che siano individuabili dei
gruppi:
Ciò viene fatto attraverso l’algoritmo di King:
1. algoritmo di King o Rank Order Clustering (ROC)
2. metodo del coefficiente di similitudine
dove m=n° di colonne
3. Usando il coefficiente di similitudine
Per ogni coppia di macchine è possibile definire un coefficiente che può variare da 0 a 1 e che rappresenta il
grado di similitudine tra le due macchine. si ottiene una matrice triangolare che è la matrice di similitudine

0 = tra tutti i pezzi che hanno una delle macchine nel ciclo, nessuno ha anche l’altra

1 = tra tutti i pezzi che hanno una delle macchine nel ciclo, tutti hanno anche l’altra
Il coefficiente di similitudine è definito:
1. Si parte dalla matrice di incidenza
2. Si semplifica la matrice eliminando le lavorazioni comuni a tutti i pezzi
3. Si ricava la matrice di similitudine tra le macchine coinvolte:
14
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
TECNICHE DI TIME COMPRESSION E CONCURRENT ENGINEERING
Approccio tradizionale per un nuovo prodotto
Il ritorno economico
Aumento della complessità dei prodotti
Il mercato richiede prodotti a più alta complessità
dovuto all’aumento di funzioni e dell’affidabilità
Tempi di Vita e di Sviluppo
È necessario diminuire i tempi di sviluppo ( andamento del
tempo dei costi di sviluppo :
15
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Tecniche di Time Compression
1.
2.
3.
4.
Concurrent Engineering - C.E.
Group Technology - GT
Computer Aided Design - CAD
Reverse Engineering – RE
serve per ricostruire un modello matematico da un oggetto fisico: attraverso un tastatore riesco ad apprendere la geometria
dei punti. Poi unisco quest’ultimi con triangoli piani
5.
Rapid Prototyping – RP
rapida creazione di prototipi ( prototipi rapidi ≠ prototipi funzionali )
6.
Rapid Tooling – RT
attrezzature rapide per fare alcuni pezzi ( stampi rapidi per ottenere pezzi veri )
7.
8.
9.
10.
11.
Design for Manufacturing - DFM
Design for Assembly - DFA
Computer Aided Process Planning- CAPP
Computer Aided Manufacturing - CAM
Computer Processes Simulation – CPS
simulazione numerica dei processi di fabbricazione. Si modella il processo per collegarlo alle caratteristiche del materiale, si
può prevedere quello che si otterrà con il processo (↓ tempi)
1. Concurrent Engineering
(1986 istituto analisi per la difesa)
approccio sistematico alla progettazione integrata e contemporanea di prodotti e dei relativi processi, compresi
fabbricazione e supporto.
Questo approccio forza gli sviluppatori a considerare tutti gli elementi del ciclo di vita di un prodotto, dal
progetto concettuale al suo ritiro, includendo costi, qualità, scadenze temporali e richieste dell’utilizzatore
obiettivi principali CE:
↓del tempo di sviluppo
↑profitto
↑competitività
↑ controllo dei costi di progetto e fabbricazione
↑ integrazione tra le aree funzionali
↑ fiducia nel marchio aziendale
↑ qualità del prodotto
↑spirito di squadra
Processo CE
PROGETTO
-prestazioni
-contrallabilità
-producibilità
-servizi
-costi
-qualità
VERIFICA
REVISIONE
PRODUZIONE
TEST
Ha lo scopo di: minimizzare i costi sull’intero ciclo di vita del prodotto prevenire i problemi invece che trovare
soluzione e poi riprogettazione
La task force della CE




Ingegneria di produzione
Marketing e servizi di vendita
Servizi finanziari
Acquisti
16
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri


Ufficio progettazione e sviluppo
Fornitori ( Macchine Utensili, Formatura , Semiconduttori ed altri componenti chiave
STRUTTURA DEL TEAM:

CORE TEAM: È presente dall’inizio alla fine del progetto. È formato (solitamente 4/5 persone) da:
( Project Leader – Progettazione - Tecnologie di produzione)

SPECIALISTI: Provengono dalle altre funzioni aziendali e possono aggiungersi al core team in base alle
necessità e/o stato di sviluppo del progetto. Tra essi sono compresi i fornitori esterni dei componenti
strategici.
Strumenti della CE
Definizione dei
requisiti
-QFD
Sviluppo
concettuale
Progetto
dettagliato
-QFD
-QFD
-DFM
-DFM
-Problem Solving
-FMEA
Sviluppo
concettuale del
sistema di
produzione
-QFD
-DFM
-Problem Solving
QFD: Quality Function Deployment
Metodo concreto per assicurare la qualità nei nuovi prodotti dalle fasi di progettazione e sviluppo fino alle modalità di fabbricazione
necessarie per garantire la qualità richiesta
REVERSE ENGINEERING
tecniche attraverso le quali è possibile acquisire
informazioni geometriche su oggetti fisici
tridimensionali, trasferirle ad un sistema informatico e
ricostruire in modalità più o meno automatica, la
geometria delle superfici dell’oggetto.
le apparecchiature sono connesse direttamente ad un
calcolatore ed i dati raccolti sono importabili all’interno
di un sistema CAD.
Alcuni strumenti permettono di acquisire informazioni
diverse come rugosità, tessiture, colore della superficie
Campi di applicazione




Progettazione (↓ tempi di progettazione e ↓ time to market )
- Iniziare l’intero ciclo di progettazione a partire da un modello fisico quale un prototipo artigianale
-Confrontare prototipi e prodotti con i modelli CAD
-Riacquisire modifiche effettuate sul particolare fisico
Produzione ( ↓ tempi di produzione e ↓ time to market)
- per il passaggio diretto dalla geometria ai percorsi utensili per generare copie (pantografo virtuale) o stampi
-possibilità di utilizzare gli strumenti di acquisizione senza contatto per implementare metodi di controllo
adattativo in settori quali saldature robotizzate, montaggi automatici
Controllo di Qualità (↑ qualità e ↓ tempi di controllo e ↓ time to market )
-Per il controllo di qualità morfologico e geometrico.
-I punti di forza dell’applicazione sono: velocità di scansione, possibilità di tastare superfici soffici e cedevoli,
possibilità controllare superfici di elevata complessità.
- Debolezza: scarsa precisione fornita dai sistemi di scansione rispetto ai normali sistemi metrologici.
Manutenzione (↑ qualità e ↓ time to market )
Gestione della manutenzione di impianti con riferimento a stampi e particolari stampati e di fusione. L’utilizzo
17
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
della RE spazia dalla creazione di archivi geometrici in caso di assenza della documentazione originaria,
all’aggiornamento
I Sistemi di misura
L’evoluzione tecnologica ha portato a strumenti che possono fornire misure dimensionali ma anche relative alla
geometria di superfici ( rugosità )
Metodi a contatto
Macchine di Misura a Coordinate CMM (Coordinate Measuring Machines)
Possiamo suddividere queste macchine in due tipologie:
- Macchine a bracci articolati
- Macchine ad assi cartesiani
Le applicazioni delle macchine di acquisizione:
1. Misura
In questo caso la geometria da rilevare deve essere nota
2. Scansione
In questo caso viene rilevata una superficie sconosciuta. La densità di punti permette, mediante il
calcolo della normale locale, di ricostruire la superficie misurata a partire da quella rilevata.
- Le tecniche di scansione utilizzabili sono:
* Puntuale
Può essere effettuata con sensori di contatto o analogici.
Ad ogni punto acquisito il sensore si ritrae lievemente
* Continua
sono necessari sensori analogici
3. Scansione 3D
permette di importare nel calcolatore delle nuvole di punti
individuati da coordinate {x,y,z}. Ottengono i punti mediante il contatto di uno stilo di tastatura con il
pezzo. Garantiscono una buona precisione della rilevazione a scapito di una certa lentezza. Non sono
impiegabili su materiali eccessivamente teneri
18
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Modalità acquisizione punti :


“point-and-click”, cioè muovendosi verso punti specifici sull’oggetto e richiedendo la posizione
dell’avvenuto contatto
con un continuo spostamento della sonda sulla superficie mentre un temporizzatore archivia, con una
frequenza impostata, i valori di posizione acquisiti.
Tipologie tastatori a contatto
tastatore a contatto di tipo
estensimetrico
tastatore a contatto elettrico
la forza di contatto apre uno dei tre
circuiti elettrici
il contatto avviene quando il segnale che
proviene dagli estensimetri indica una
deformazione superiore ad un valore di soglia
reimpostato
(L'estensimetro è uno strumento di
misura utilizzato per rilevare
piccole deformazioni dimensionali di un corpo
sottoposto a sollecitazioni meccaniche o
termiche)
tastatore piezoelettrico
le vibrazioni dovute al contatto
risalgono lo stelo ed eccitano il
sensore P.
Tastatori analogici per acquisizione continua
Conoscendo le caratteristiche elastiche del sistema, è possibile acquisire in continuo la posizione relativa tra
l’oggetto ed il centro del supporto dello stilo
Questi metodi sono:
LVDT
trasduttori capacitivi o induttivi
Laser e celle di rilevazione
Il fascio proviene dall’alto e viene deviato su tre sensori ottici. Lo spostamento degli spot focali generano
segnali da cui `e possibile ricostruire la deformazione dello stelo
celle di carico (estensimetriche o piezoelettriche)
Calibrazione sonda
Ogni volta che lo stilo viene sostituito occorre effettuare una calibrazione misurando una parte campione di
dimensioni
19
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Scansione senza contatto rilevatori ottici
metodi in base alla sorgente luminosa utilizzata:
1. Luce bianca
2. Luce bianca strutturata
3. Luce laser
Triangolazione
Alla base dei sistemi di tipo ottico c’è il concetto di triangolazione.
L’emettitore S genera un sottile fascio B che interseca la superficie O nel punto P.
La riflessione si diffonde in tutte le direzioni. In particolare il raggio riflesso, dopo
avere attraversato la lente L viene focalizzato sull’elemento sensibile R (retina) nel
punto F.
Al variare della posizione della superficie i punti di riflessione P’ e P” vengono
focalizzati in punti diversi (F’, F”) dell’elemento sensibile.
la focalizzabilità della luce riflessa è costituita dal fatto che:
il piano focale della lente,il piano retina contenente il sensore e la direzione di
emissione incidano in un punto comune. In queste condizioni la relazione che lega
la posizione del punto acquisito d con quella del segnale sul
rilevatore δ è:
I metodi ottici A parità di costi risultano a tuttora meno precisi della rilevazione
con contatto meccanico, sono però più veloci e non hanno problemi di dimensioni massime.
Proiezione di luce strutturata
Il sistema emette, in un breve intervallo,una sequenza di frange di dimensione di volta in volta dimezzata
coprendo l’intera superficie da scansionare con linee di contrasto rilevabili dal sistema.
si utilizza una tecnica detta di sub-pixeling: per ogni larghezza di frangia il proiettore genera una sequenza e la
sua inversa scambiando le zone illuminate con quelle in ombra. Il rilevatore acquisisce entrambe le frangie ed
effettua un confronto valutando il punto di intersezione tra i due valori. In questo modo si aumenta il contrasto
effettivo dell’emettitore e la precisione di rilevazione.
20
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Sistemi laser
Adatti alla scansione di:
superfici deformabili, pareti sottili o materiali soffici
Olografia conoscopica
Si basa sull’interferenza ottica prodotta da cristalli birifrangenti illuminati con raggi convergenti di luce
polarizzata
Un oggetto viene colpito da un raggio laser focalizzato in asse che
viene riflesso ed il sistema raccoglie l’intero cono di riflessione che
incide sull’ottica.
Un singolo raggio riflesso Ri che incide sul cristallo birifrangente, viene
scisso in due raggi separati (Ro ordinario e Re straordinario).
Ro
Ri
cristallo
Questi si propagano a velocità differenti
Re
Un polarizzatore riallinea poi i vettori e si genera una figura di interferenza assialsimmetrica .
TAC : Scansione 3D
metodo di rilevazione mediante la tomografia assiale computerizzata. Applicata ad oggetti inanimati
l’intensità dei raggi X può essere tale da garantire ottime risoluzioni.
21
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri

Scansione con macchina a contatto:
La nuvola `e normalmente ordinata in linee di scansione.
Passo di scansione costante sia tra le diverse linee di scansione

Scansione con luce strutturata:
La nuvola di punti si presenta disorganizzata.

Scansione con Laser strip:
La lama laser è caratterizzata da una serie di pennellate sulla superficie. Le strisce di punti sono
parzialmente sovrapposte ad evitare mancanze nella scansione
I metodi di scansione forniscono una nuvola di punti, questi punti subiscono un processo di vettorializzazione
per essere tradotti in geometrie
manipolabili dal CAD

rilevatori ottici
Aquisizione
punti
Preprocessing
segmentazione
Creazione
superfici

(Olografia conosco pica - TAC : Scansione 3D - Proiezione di luce strutturata Sistemi laser)
tastatori a contatto
(tastatore a contatto elettrico- tastatore a contatto di tipo estensi metrico tastatore piezoelettrico )
FILTRAGGIO ( Eliminazione rumore – Lisciatura - Riduzione dei dati )
DIVISIONE NUVOLE ( Per contorni - Per curvatura - Per profilo )
CREAZIONE GEOMETRIA ( Curve NURBS o bezier – Poliedro - Superfici NURBS – STL )
VERIFICA
operazione con cui si dividono i punti della scansione in insiemi separati a cui
competono diverse superfici, difficoltosa per:
 Le superfici NURBS spesso hanno parti mancanti
 rumore di fondo rende l’effettuazione delle derivate di ordine superiore aleatorio
Operando con superfici NURBS viene richiesto all’operatore un
valore di tolleranza che rappresenta la massima distanza tra la
superficie generata ed i punti che la generano
NURBS
è un acronimo che sta per Non Uniform Rational B-Splines, traducibile in "B-Splines razionali non uniformi":
una classe di curve geometriche utilizzate in computer grafica per rappresentare curve e superfici.
Una NURBS è quindi la rappresentazione matematica che un programma software, ad esempio un sistema CAD 3D,
crea di un oggetto, per definirne accuratamente la forma.
Le curve NURBS sono una generalizzazione delle curve B-Spline e delle curve di Bézier
22
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
SCELTA DEI PROCESSI DI FABBRICAZIONE
DIN 8580 : classificazione dei processi produttivi eseguita in funzione della coesione e delle modifiche (di forma
e delle caratteristiche del materiale ) che essi comportano
Non vi è una soluzione univoca per la scelta dei processi più idonei.
Esiste una continua competizione o valide alternative tra: i diversi processi che possono essere adottati, la sequenza
temporale con cui applicarli, i diversi materiali che possono essere scelti
23
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Automazione delle scelte dei processi
Sono in fase di studio numerosi tentativi di automatizzare le scelte per le diverse combinazioni di:
 progetto
 materiale
 processo
E’ necessario che per ogni combinazione individuata sia fornito il
corrispondente costo di fabbricazione
E’ stato recentemente sviluppato un sistema di supporto
decisionale (MAPS) che combina un modello di decisione multiattributo con un database relazionale, per la selezione del
materiale e del processo più convenienti per un determinato
componente.
DESIGN FOR MANUFACTURING – DFM
DESIGN FOR ASSEMBLY - DFA
DFM: Design For Manufacturing
DFM è un sistema che fornisce al progettista tutti i suggerimenti necessari per garantire la qualità finale sul
prodotto, per facilitare la fabbricazione e per rendere più basso il costo di fabbricazione mettendo a
disposizione una serie di linee guida, principi, raccomandazioni e regole
segue i seguenti passi:
1. Selezione miglior combinazione di materiale, geometria e metodo di fabbricazione per le parti del prodotto
2. Valutazione della fabbricabilità del prodotto durante l’intera progettazione attraverso la verifica
3. Ottimizzazione della fabbricabilità di tutte le parti del prodotto al fine di garantire, migliorare la fabbricazione
Le Linee Guida:
 Design di un numero minimo di parti che possano essere multi-funzionali o multi-uso
 Design di parti facili alla fabbricazione per il processo scelto
 Minimizzare la componente manuale
 Evitare tolleranze e finiture non necessarie
 Prevedere facilità di movimentazione, lavorazioni durante la progettazione
DFA - Design for Assembly
Il processo di montaggio ha una notevole incidenza sul costo di produzione di parti e di prodotti discreti.
Sono molto utili metodologie sistematiche e strumenti informatici di supporto alla progettazione dei
componenti e dei prodotti, al fine di rendere più agevole, più veloce e più preciso, e quindi più economico, il
processo di montaggio stesso
Vantaggi:
o diminuzione costi di montaggio
o diminuzione del numero di parti
o semplificazione dei flussi logistici
o riduzione dei magazzini
E’necessario quindi arrivare a definire:
o le varianti del prodotto e i suoi componenti e le caratteristiche di forma
o le operazioni di montaggio ( trasporto – alimentazione - orientamento- collegamento )
Linee Guida:



Minimizzare:numero di parti e fissaggi, variazioni del design, movimenti nell’assemblaggio
Fornire: facile accesso alle superfici interessate, parti simmetriche, semplicità di movimentazione e manualità;
Evitare: parti che si incastrano in maniera errata, la possibilità di errori di assemblaggio
24
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
RAPIDPROTOTYPING RP
Le tecniche di prototipazione rapida (RP) consistono in una serie di sistemi di lavorazione che, prescindendo
dalla complessità costruttiva dell'oggetto, lo riproducono con tecniche additive, partendo da una sua definizione
matematica specificata su un CAD 3D ed utilizzando processi rapidi, flessibili e automatizzati
Tecniche addittive: aggiunta di strati di materiale, non sono in grado di produrre grandi serie e prodotti
definitivi. La fase di prototipazione rapida è inserita nelle fasi di sviluppo del prodotto, ma i prototipi vengono
utilizzati anche in altre fasi.
A cosa servono i prototipi?
o
o
o
o
o
o
1
Valutazioni estetiche
Valutazioni funzionali
Valutazioni di fornitura
Prove
Omologazioni
Dimostrazioni
Come possono essere i prototipi?
o Fisici:
o Analitici:
o Globali:
o Locali:
riproducono caratteristiche reali del prodotto
simulano caratteristiche del prodotto
riproducono il prodotto nella sua interezza
riproducono solo salienti parti del prodotto
Stereolitografia
Il sistema utilizza una sorgente laser ( o una
lampada a luce bianca) per polimerizzare
sottili strati di una resina sensibile alla
particolare lunghezza d’onda di emissione
della sorgente.
è possibile realizzare forme di tutti i generi,
i laser lavorano su superfici anche molto
piccole (illuminazione selettiva ).
attraverso lo specchio si orienta il raggio
Le fasi di processo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
I dati di partenza provengono da un modello solido o di superficie ( CAD )
La superficie del modello viene tassellata con triangoli connessi ai vertici in formato STL
Il file STL viene ”affettato” (slicing) generando una serie di percorsi bidimensionali informato SLI
Lo spessore dei singoli piani determina in grande misura l’accuratezza della ricostruzione
Vengono generate le info per la creazione di supporti di costruzione da asportare in fase di Finitura
Vengono generate le istruzioni per la focalizzazione del raggio laser sulla superficie della resina da
polimerizzare. Oltre alla superficie esterna viene creato automaticamente l’interno del solido secondo
precise strategie di riempimento per minimizzare le distorsioni
7. Alla fine della polimerizzazione dell’ultimo strato l’oggetto, detto in questa fase allo stato ”verde”,
viene drenato dalla resina in eccesso e vengono troncati i supporti
8. Fase di post-trattamento in una camera UV che ha lo scopo di completare la polimerizzazione e portare
la resina ai massimi livelli di resistenza
9. Fase di finitura superficiale
In caso di sottosquadro o inserisco un supporto o posiziono il pezzo in un altro modo
25
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
Variante: lampada con maschera
viene illuminata tutta la superficie della vasca facendo passare la luce
attraverso una maschera, il vantaggio sta nel fatto che si indurisce
all’istante tutta la superficie.
le lastre sono simili ai fogli luminosi attraverso toner
PREGI
Ampia diffusione
Buona qualità superficiale
Non richiede operatore
Buoni dettagli
DIFETTI
Richiede post trattamento
Richiede supporti
Limitata alla foto-polimerizzazione
Distorsioni e contrazioni
I fotopolimeri sono materiale plastico con
foto iniziatori che colpiti dal laser attivano
la polimerizzazione dei vari monomeri. la
catena si crea solo parzialmente, quindi
deve essere ritrattato. CARATTERISTICHE:
Ritiro volumetrico (circa 6%)
Incurvatura
Planarità
Bagnabilità
Rigonfiamento allo stato verde
Fotosensibilità
Velocità di scansione LASER
P = Potenza laser
R0 = Raggio del fascio laser
Ec = Energia di esposizione critica caratteristica della resina
Zc = Spessore da polimerizzare
Dp = Profondità di penetrazione caratteristica della resina
Il formato STL
Il formato memorizza la geometria del modello CAD come un modello di superficie discretizzata in triangoli, perdendo
ovviamente tutte le info relative al solido parametrico e dalla matematica delle superfici
Le regole per la triangolazione che sottendono a questo formato sono:
1. I triangoli sono connessi ai vertici, i bordi sono sempre in comune.
2. La sequenza di punti che definiscono il triangolo identifica, attraverso la regola della mano destra, il verso dell’esterno
della superficie.
2
Sinterizzazione LASER selettiva (SLS) ( Selective Laser Sintering)
Il laser sinterizza un sottile strato di polvere creando,
strato dopo strato un oggetto solido.
Le prime versioni del procedimento prevedevano
l’utilizzo di materiale costituito da resine
termoplastiche in polvere.
Oggi grazie a ai laser a CO2 è possibile sinterizzare
polveri di leghe metalliche e ceramici
-
La camera è mantenuta ad alta temperatura
Spessori strato da 0.07 a 0.5 mm
Possibilità di verniciatura
Scarsa finitura superficiale
26
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
3
PREGI
Ampia scelta di materiali
Si ottengono geometrie complesse senza supporti
DIFETTI
Scarsa finitura
Costi di acquisto macchina elevati
Non necessita di cicli post trattamento
Adatta al rapidtooling
No distorsioni
Sistema lento per sezioni piene
Variazioni di densità
Sistema complesso
Fabbricazione a strati (LOM)
(LaminatedObjectManufacturing)
l’oggetto è creato a partire da strati di materiale,
generalmente cartaceo, che vengono tagliati con un laser (o
altri metodi) e in seguito incollati assieme. Il prodotto finale,
che può avere sottosquadri o cavità, presenta una
consistenza simile al legno.
Le fasi del processo
1. Il software provvede alla suddivisione delle parti da realizzare
in sezioni la cui altezza è pari allo spessore del materiale
utilizzato e genera i percorsi di taglio.
2. La piatta forma si abbassa permettendo al nastro di materiale
di avanzare.
3. Si riposiziona la piattaforma provvedendo all’incollaggio del materiale mediante il rullo di pressione riscaldato
4. Lo strato viene tagliato.
Le zone che dovranno essere eliminate vengono “quadrettate” in modo da semplificare la loro eliminazione
5. Si passa allo strato successivo
-
Si applica con successo a modelli per fonderia
Si applica a tutti i materiali laminabili e tagliabili al laser (ceramiche,polimeri,metalli compositi)
Scarsa finitura ( richiesta finitura successiva )
PREGI
DIFETTI
Buona velocità
Competitivo per componenti voluminosi
Non necessita di cicli post trattamento
No ritiri e deformazioni
Non necessita di supporti
Scarsa finitura
Scarsa stabilità dimensionale nel tempo
Limite inferiore degli spessori lavorabili
Parti deboli
Limitazioni geometriche
Polimerizzazione su supporto solido (SGC)
4


(Solid Ground Curing)
è una versione elaborata della stereolitografia. Il processo si
compone di due cicli:
un ciclo prepara delle lastre per la foto polimerizzazione con
luce bianca.
Il secondo si occupa del riempimento dei volumi non
polimerizzati con cera e della fresatura a spessore calibrato
della resina polimerizzata e della cera che la supporta
27
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
PREGI
Ottima precisione dovuta alla fresatura e polimerizzazione
completa di ogni strato
Ottima finitura superficiale
Nessun supporto necessario
Possibilità di realizzare qualsiasi geometria
Prima dell’asportazione della cera è possibile riprendere errori di
lavorazione
Possibilità di creare modelli in cera per fonderia
5
Estrusione a guida robotizzata (FDM)
DIFETTI
Costi di acquisto macchina elevati
Macchine ingombranti
Difficoltà nell’eliminare totalmente la cera
Costi materiale elevati
(Fused Deposition Modeling)
Creazione dell’oggetto per strati ottenuti
applicando un sottile filamento di plastica fusa. Il
filo è guidato da un ugello che lo riscalda fino alla
fusione e lo guida nel depositarsi.
Questo sistema è il secondo per diffusione dopo la
stereo litografia
Elevata velocità di movimentazione della testa di deposito (finoa30m/min)
Ottimo controllo della temperatura delle resina liquida e dell’ambiente di solidificazione
Gli spessori della stratifica non scendono al di sotto del decimo di millimetro.
Le macchine moderne utilizzano ugelli multipli per generare modelli di colore e caratteristiche differenziate
PREGI
Processo pulito e silenzioso
Velocità di esecuzione
Nessun post trattamento necessario
6
DIFETTI
Precisione e finitura non elevate
Limite inferiore sul diametro del filo
Si usano solo resine termoplastiche
Difficoltà realizzare spessori sottili
Difficoltà realizzare forti sottosquadri
Stampa tridimensionale
Il principio si basa sulla deposizione, in un letto di polvere, di
collante che compatta in maniera selettiva lo strato di materiale e
lo rende solidale ai sottostanti.
Il metodo è definito stampa tridimensionale poiché la testa di
lavoro presenta caratteristiche analoghe alle testine di stampa a
getto di inchiostro.
Il principale problema del sistema è la fragilità del materiale
ottenuto e la scarsa finitura.
Una interessante opzione è la possibilità di utilizzare del collante
colorato per ottenere parti di diverso colore nel manufatto
PREGI
Processo pulito e silenzioso
Velocità di esecuzione
Possibilità utilizzo vari materiali
Gestione del colore
DIFETTI
Precisione e finitura non elevate
Particolari non strutturali
28
Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
7
Formatura a getto di gocce (BPM)
Il metodo, allo stato sperimentale, prevede la
deposizione del materiale, contenuto in un
serbatoio allo stato liquido, nonché del
materiale di supporto. Dopo ogni deposizione
viene controllata la funzionalità della testa di
spruzzo eseguendo un test su carta che viene
analizzato in automatico. Se il test va a buon
fine una testa di fresatura dotata di aspiratore
provvede alla finitura del piano
PREGI
Processo pulito e silenzioso
Ottima finitura
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DIFETTI
Bassa velocità
Particolari non strutturali
Solo per oggetti piccoli
LASER EngineeredNet Shaping
Questo sistema, ancora allo stato di prototipo, utilizza
una sorgente laser di elevata potenza per fondere un
flusso di polvere trasportato da un gas in pressione.
I materiali utilizzati sono leghe di acciaio, rame,
alluminio e titanio.
Il problema rimane la finitura superficiale, lontana da
quella ottenibile per asportazione, e il fatto che i
supporti per il sostegno di sottosquadri o cavità sono
di difficili.
PREGI
Possibilità di realizzare materiali strutturali
DIFETTI
Scarsa finitura
Materiale variabile con continuità nel particolare
Adatto alla riparazione
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Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
RAPIDTOOLING
Le tecniche additive ( come quelle precedenti ) non possono essere utilizzate per la creazione di pezzi veri e propri, possono
però entrare in gioco nella fabbricazione degli utensili ( stampi, modelli e forme ) da utilizzare nella produzione di piccole
serie o, in alcuni casi nella produzione “ tout court “ , diminuendo in maniera significativa il tempo di sviluppo.
I RT sono affetti da errori micro geometrici di entità non trascurabile: sono necessarie operazioni di finitura mediante
tecniche tradizionali
Tipologie di rapidtooling:
 DIRETTO: con tecniche additive si genera lo stampo ola forma
 INDIRETTO: con tecniche additive si genera un modello con cui costruire gli stampi o le forme
1.
RT Indiretto:
Soft Tooling
Indica una serie di metodi non convenzionali per la creazione di stampi.
può indicare:
-fabbricazione di stampi per piccole produzioni
-fabbricazione di stampi a basso costo
-fabbricazione di stampi in materiale tenero ( gomma, resina,leghe alluminio )
1.1. stampi in gomma siliconica
la gomma siliconica può essere deformata in modo da permettere
la creazione di stampi con piccoli sottosquadri. Le resine utilizzate
con questi stampi sono in genere poliuretaniche.
lo stampo permette di ottenere 30/40 particolari
1.2. Stampi in resina epossidica
2. Hard tooling
TM
2.1. Stampi in kirkste
Analoghi ai precedenti a parte il materiale utilizzato che è una lega di zinco capace di assumere forme
molto complesse e di durezza sufficiente a realizzare piccoli oggetti per iniezione.
2.2.
Stampi metallizzati
Il modello ottenuto con tecniche additive viene rifinito e ricoperto con un distaccante. Si procede
quindi alla metallizzazione mediante pistole ad aria. Viene colata una miscela di alluminio/resina che
polimerizzi divenendo solidale allo strato metallizzato
(ottimi risultati si ottengono con leghe di nichel, il metallo è a basso punto di fusione nel 1°strato, poi
via via sempre più duro per diminuire i problemi legati alla resistenza del modello )
2.3.
Stampi elettrodepositati
il modello viene ricoperto mediante elettrodeposizione (lento)
adatto a superfici molto complesse ( campo aerospaziale )
viene utilizzato soprattutto il nichel
2.4.
Processo 3D KELTOOLTM
prevede la creazione di una forma in gomma a partire da un contro modello ottenuto con tecnologia
additiva ( per forme complesse ) . la parte in gomma è utilizzata come modello a perdere per la
creazione di una forma in resina caricata con polvere di acciaio fino al 70%
2.5.
Stampi per fusione in cera persa
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Processi e metodi di fabbricazione per lo sviluppo del prodotto – Paolo Tagliaferri
2.6.
QUICKCASTTM
Il Quickcast consente di generare modelli con una pelle esterna continua, ma all’interno una struttura
aperta che collassa durante il riscaldamento assorbendo le tensioni dovute alla dilatazione termica
2.7.
Fusione in terra
1.↓ precisione e finitura
2. I modelli possono essere molto complessi
3. I software possono generare automaticamente i modelli per le anime
RT Diretto
Gli stampi vengono usati direttamente
1. DIRECT AIM
processodistereolitografianelqualesiutilizzaunfotopolimeromiscelatoconresinaepossidica.Alterminedella
polimerizzazioneènecessarioeseguireunaoperazionedifinituraperottenerelenecessarietolleranzemicroe
macrogeometriche’utilizzopiùfrequentedellostampoèperlarealizzazioneinseriedimodelliincerapermicrof
usionediprecisione
2. DirectMetal LASER Sintering
In questo caso il processo additivo permette di realizzare direttamente gli stampi a partire da polvere
metallica
3. RapidTool™
Il processo Rapid Tool consiste nel generare lo stampo per sinterizzazione laser selettiva di polvere
metallica (legaferrosa) ricoperta di polimero termoplastico.
4. DSPC™
Questo processo (Direct Shell Production Casting ) permette l’ottenimento della forma senza nessun
limite di sottosquadri, cavità e linee di apertura.
Il processo stampa su una miscela di polvere ceramica che poi viene cotta in forno per l’ottenimento del
guscio di colata
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