Total productive maintenance models and tools in flow line manufacturing systems

La Manutenzione degli Impianti Produttivi è una funzione strategica delle realtà industriali che ha l’obiettivo di assicurare il funzionamento regolare ed il buono stato di conservazione di questi sistemi (OSCE, 1993); in particolare, secondo la definizione UNI9910, essa comprende tutte le azioni tecniche ed amministrative, incluse le azioni di supervisione, volte a mantenere o a riportare un’entità in uno stato in cui possa eseguire la funzione richiesta. Se inizialmente un’azienda decide di investire una parte del proprio capitale nella costruzione ed avviamento di un nuovo impianto produttivo, successivamente è necessario investire tempo e risorse per il suo mantenimento, al fine di mantenere i requisiti richiesti e soddisfare le aspettative (Pay Back). Il TPM (Total Productive Maintenance) consiste in un insieme di tecniche e strumenti che hanno la funzione di ottimizzare il mantenimento degli impianti produttivi, aumentandone l’affidabilità e riducendo fermi e guasti. Il TPM mira ad aumentare la produttività degli impianti (Productive), coinvolgendo tutto il personale (Total), attraverso la manutenzione (Maintenance). I benefici del TPM sono ormai ben noti nelle industrie: le aziende che hanno implementato tale paradigma hanno registrato una riduzione dei guasti del 50%, del 70% di produzione persa, del 60 % dei costi di manutenzione e tra il 50-90% dei tempi di set-up. Tuttavia la sua implementazione non è sempre facile e diretta: è necessario porre attenzione ad alcuni fattori che possono pesantemente incidere sul successo del progetto. Per quanto riguarda il mondo degli impianti automatizzati, dove il fattore umano è ridotto e spesso estraneo, coinvolgere il personale nel mantenimento delle macchine può risultare difficoltoso. L’obiettivo di allineare esigenze produttive e manutentive, nell’ottica di ottimizzare l’affidabilità degli impianti, implica concordare fermi produttivi rispettando tempi di consegna sempre più ristretti con previsioni della domanda estremamente variabili; pertanto risulta evidente come ottimizzare la produzione attraverso la manutenzione possa essere un obiettivo ambizioso nelle realtà industriali. In tale contesto si inserisce la presente trattazione, che ha l’obiettivo di proporre un framework di applicazione di tecniche di manutenzione nel contesto degli impianti automatizzati, in particolare legato al mondo del Food & Beverage. Tale settore, oltre alle peculiarità legate al mondo automatizzato, è caratterizzato da fattori di sicurezza alimentare, elevata qualità e obiettivi a sfondo ecosostenibile. Da quanto emerso in letteratura, il processo di applicazione del TPM è lungo ed impegnativo, e spesso i suoi benefici richiedono lunghi periodi per diventare tangibili. Quanto proposto in questo lavoro si differenzia dall’attuale stato dell’arte in quanto ambisce a massimizzare ed evidenziare i benefici di tale paradigma in tempi più ristretti; il framework proposto, in particolare, mira a focalizzarsi sulle criticità degli impianti produttivi, proponendo varie tecniche risolutive al fine di massimizzare i risultati e aumentarne la visibilità. E’ poi proposta l’applicazione di tale framework ad una vera realtà industriale, quale una linea di imbottigliamento. Una seconda parte di tale lavoro è dedicata, invece, all’analisi delle micro fermate negli impianti automatizzati. Infatti, come emerso anche dal caso studio, esse rappresentano una rilevante fonte di inefficienza negli impianti automatizzati. Le microfermate possono essere di natura tecnica e/o di progetto oppure legate al normale funzionamento di più macchine con caratteristiche differenti che lavorano in sequenza. Tale inefficienza talvolta può essere risolta con soluzioni tecniche mirate e definitive, se opportunamente convenienti (recupero efficienza rispetto investimento proposto); talvolta invece è richiesta una rivalutazione del dimensionamento del Buffer tra le due stazioni di lavoro al fine di ridurre l’incisività delle micro fermate di una macchina sull’intera linea (fenomeni di starving and blocking). Nelle linee automatizzate è frequente che una macchina si trovi nelle condizioni di non poter operare per mancanza di input (starving) o per eccesso di output (blocking). La tesi è suddivisa in quattro fasi: 1. Analisi dello stato dell’arte dei fattori che hanno influenzato l’implementazione della TPM nei sistemi automatizzati e delle peculiarità dell’industria alimentare al fine di identificare un modello di implementazione strutturato ed innovativo; la differenza dallo stato attuale è il focus su risultati accelerati e visibili. 2. Applicazione del modello ad un impianto di imbottigliamento; individuazione delle micro fermate come causa impattante di inefficienza produttiva. 3. Analisi dello stato dell’arte sui Downtime negli impianti automatizzati, focalizzandosi sull’impatto delle micro fermate sull’efficienza produttiva ed affidabilità del sistema. Proposte di miglioramento di tali inefficienze: Soluzione tecniche mirate con modello di recupero di efficienza produttiva (CPI – Cost Performance Indicator) o rivalutazione del dimensionamento dei buffer (BAP – Buffer Allocation Problem). 4. Analisi mirata delle micro fermate di una stazione di lavoro critica e relativa costruzione del modello simulativo per valutare il dimensionamento di un buffer. Tale modello risulta innovativo in quanto è basato su distribuzioni di Weibull personalizzate per ogni tipologia di micro fermata. Tale progetto di ricerca è stato svolto grazie alla collaborazione con Acqua Minerale San Benedetto S.p.A., che ha reso possibile l’implementazione del modello e la raccolta dei dati.