Simulazione 4.0 per il re-layout di fabbrica e l’ottimizzazione dei flussi

Simulazione 4.0 per il re-layout di fabbrica e l’ottimizzazione dei flussi

Il progetto consulenziale intrapreso da BPR Group presso l’azienda di cui vi parleremo tra poco, ha visto nuovamente coinvolta la start-up IT • Innovative Technology. Il progetto di ottimizzazione dei flussi e l’attività di re-layout della fabbrica sono stati realizzati grazie all’utilizzo della simulazione dinamica, efficace strumento di Industria 4.0 che permette prevedere, analizzare e migliorare i comportamenti di un sistema complesso.

Contesto aziendale e obiettivi attesi

Il seguente caso mostra l’implementazione della tecnologia abilitante 4.0 della simulazione in un’azienda che realizza tubi rigidi e flessibili per i settori automotive, veicoli industriali ed agricolo.

La necessità aziendale che ha portato all’utilizzo di tale software di simulazione era quella di elaborare un nuovo layout di fabbrica, sia di aree produttive che di magazzino, in relazione a un processo produttivo che prevede anche fasi di lavorazione esterna. Nello specifico il processo inizia dal taglio tubo e prosegue attraverso le successive lavorazioni meccaniche (piegatura, saldatura, ecc.), continua con alcune fasi gestite in conto lavoro, per poi concludere con le fasi di montaggio e imballo del tubo finito.

L’utilizzo della simulazione ha permesso di prevedere, analizzare e migliorare i comportamenti di un sistema complessocome quello in studio. Lo scenario e le prestazioni attuali sono state confrontate con più soluzioni alternative di layout: il software di simulazione ha permesso di realizzare un modello che replicasse lo stato AS IS e tre scenari alternativi in cui, variando i parametri di sistema, è stato possibile avere un report di KPI e confrontare le soluzioni diverse, trovando così quella migliore.

 

La simulazione dinamica, tecnologia abilitante 4.0

La simulazione è un procedimento che studia il comportamento di un sistema in determinate condizioni. Ciò avviene attraverso la costruzione di modelli (digital twin), rappresentazioni che riproducono in digitale il sistema reale. È importante sottolineare che un modello di simulazione è tendenzialmente una semplificazione della realtà. Il caso mostrato è un esempio di simulazione dinamica, ovvero l’oggetto della simulazione è un sistema in evoluzione nel tempo guidato da una serie di eventi (il processo di realizzazione dei tubi e i suoi flussi).
Tramite modelli di questo tipo è possibile simulare il lavoro umano, la robotica di processo o i flussi logistico-produttivi.

 

simulazione

 

La simulazione dei flussi di fabbrica tramite software dedicati permette di:

  • Dimensionare correttamente risorse produttive e logistiche
  • Snellire i flussi di materiale
  • Eliminare i colli di bottiglia
  • Effettuare analisi delle alternative
  • Aumentare l’efficienza

 

I vantaggi derivanti dall’utilizzo di tale tecnologia sono:

  • Possibilità di analisi e controllo dello sviluppo di sistemi complessi
  • Possibilità di analisi del sistema nel tempo
  • Possibilità di osservazione “realistica” del sistema in evoluzione
  • Riduzione di tempi e costi legati all’analisi delle alternative
  • Affidabilità del risultato ottenuto

 

Step di progetto e fase di simulazione

Il progetto è stato articolato nelle seguenti attività, svolte a quattro mani con il cliente:

  1. Analisi flussi logistico-produttivi
  2. Elaborazione soluzioni alternative di layout TO BE
  3. Individuazione dei sistemi logistici, di movimentazione e stoccaggio, propri dei diversi layout
  4. Raccolta dei dati di INPUT per la creazione del modello di simulazione dinamica
  5. Elaborazione del modello tramite software specifico
  6. “Run” del modello (simulazione AS IS e soluzioni TO BE)
  7. Analisi dati di OUTPUT della simulazione
  8. Scelta layout definitivo e sviluppo di dettaglio
  9. Modellazione definitiva della soluzione adottata e utilizzo del modello a regime per verificare il sistema in caso di variabilità (dopo la realizzazione del nuovo layout)

 

Dalla struttura di progetto sopra riportata emergono due principali fasi.

In una prima fase di analisi tradizionale è stata fatta una fotografia dello stato attuale in termini di flussi di processo. Sulla base dei principi lean, questi ultimi sono stati ridisegnati per arrivare all’elaborazione di tre alternative di layout, con differente disposizione dei reparti produttivi.

Nella seconda fase è stato impostato il modello sul software di simulazione: sono stati simulati gli scenari alternativi e, a seguito dell’analisi degli indicatori ottenuti, è stato scelto quello migliore.

 

Tra i dati di input raccolti per realizzare il modello troviamo tempi di lavorazione, tempi di attrezzaggio, ordini di produzione, turni di lavoro (1 o 2 a seconda del reparto specifico), numero di risorse logistiche e caratteristiche dei mezzi. Il modello di simulazione, una volta inseriti i dati di input, è avviato (“run”) per eseguire le analisi sul processo; la simulazione dinamica inizia e le attività dello stabilimento vengono simulate sul “gemello digitale” dal calcolatore. Per ogni reparto sono stati raccolti i dati di produzione e altre informazioni significative, che hanno guidato la scelta del layout TO BE.

 

Risultati ottenuti

L’implementazione di tale tecnologia abilitante 4.0 – come previsto in fase iniziale del progetto – ha permesso di scegliere la miglior soluzione di layout tenendo conto di molte più variabili rispetto ad una simulazione statica eseguita con i tradizionali strumenti a disposizione (spaghetti chart, modellazioni in excel, schemi a blocchi, mappature fisiche).

Tra gli indicatori forniti come output della simulazione troviamo:

  • Tempi di lavorazione in macchina degli articoli pianificati per i diversi reparti
  • Numero di fasi attraversate da ogni articolo e lead time di produzione
  • Produttività giornaliera e saturazione macchine per ogni reparto
  • Numero di mezzi necessari per le movimentazioni interne e relativa saturazione
  • Distanza media percorsa dalle risorse logistiche nel turno di lavoro
  • Occupazione delle baie di carico/scarico mezzi esterni

simulazione_tab1L’analisi di tali report per le tre alternative individuate ha consentito all’azienda di scegliere l’alternativa di layout caratterizzata da una produttività oraria maggiore e tra le migliori come chilometri percorsi dai mezzi logistici interni e saturazione degli stessi.

simulazione_tab2

L’azienda al termine del progetto, ha deciso di mantenere il software e di adottare il modello di simulazione sviluppato per utilizzarlo a regime, così da simulare e prevedere l’impatto di potenziali modifiche dei flussi di fabbrica nel breve termine.

 

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