La configurazione in celle studiata dall’università comprende due centri di lavoro CNC con Haas Super Mini Mill 2 e un tornio CNC Haas SL-10.
La relazione dell’Università di Darmstad, dal titolo “Cellular Manufacturing to enable Lean Machining” (Lavorazione a celle per consentire la lavorazione flessibile) è stata redatta da Stefan Seifermann, Jörg Böllhoff, Eberhard Abele e Joachim Metternich presso l’istituto di gestione della produzione, di tecnologia e macchine utensili dell’Università. Sven Bechtloff, che ora non lavora più all’ateneo, è stato un membro fondamentale del team dello studio.
L’idea della ricerca si basava sull’assenza percepita dei principi della produzione flessibile applicati alle operazioni di lavorazione più diffuse nelle aziende di lavorazione di ogni dimensione. Sebbene impiegati ampiamente in ambienti di assemblaggio e ingegneria di elaborazione (solitamente nel settore della lavorazione automobilistica di elevati volumi), i principi del flusso come elemento centrale della produzione flessibile non sono stati spesso trasferiti adeguatamente alle operazioni di lavorazione, e raramente sono reperibili in Europa.
In sostanza, la lavorazione a celle consiste nel raggruppamento di attrezzature di natura eterogenea (in questo caso, macchine utensili CNC) per produrre un famiglia o un gruppo di pezzi simili. Solitamente, il concetto implica la disposizione delle macchine a U per aiutare il flusso e bilanciare il lavoro in corso con il takt time (il tempo di produzione medio di un prodotto necessario per coprire la richiesta proveniente dal cliente).
Per dimostrare i potenziali vantaggi, è stata approntata una linea di produzione di riferimento a celle presso la Process Learning Factory di PTW (CiP). La linea “done-in-one” presenta due macchine utensili dalle massime specifiche: un centro di lavorazione orizzontale CNC a quattro assi con cubo portapezzi e un centro di tornitura automatico a più assi CNC. La linea in concorrenza, una cella di lavorazione, è costituita da due centri di lavorazione a tre assi Super Mini Mill 2 di Haas e una tornio CNC a due assi SL-10 di Haas, nonché due centri di lavorazione CNC per uso generale e un tornio CNC fornito da un altro fabbricante di macchine utensili. La relazione indica inoltre che l’investimento per le due macchine nella linea “done-in-one” è stato pari a € 780.000, mentre per le sei macchine utensili CNC nella configurazione a celle il totale è stato di appena € 340.000.
Un confronto economico tra le due configurazioni delle linee di lavorazione (sulla base di 2.000 pezzi alla settimana e un operatore assegnato a ogni linea) ha offerto risultati sorprendenti. La linea “done-in-one” ha richiesto 15 turni per completare la produzione di 2.000 pezzi. Il tempo di produzione è stato di 25 minuti, mentre il costo unitario di ciascun pezzo (materiale escluso) è stato stimato attorno ai 3,95 euro. Con una configurazione di lavorazione a celle, tuttavia, ci sono voluti solo 12,6 turni per completare i 2.000 componenti sulla base di specifiche uguali, il tempo di produzione è stato ridotto di 10 minuti e il costo unitario si è attestato su appena 2,55 euro.
In alternativa, se due operatori vengono impiegati presso la cella di lavorazione, il prezzo unitario cresce sensibilmente raggiungendo i 3,10 euro come conseguenza del costo di manodopera aggiuntivo (ma sarà ancora molto inferiore rispetto al costo unitario di 3,95 euro della linea “done-in-one”), i 12,6 turni verranno ridotti a 9,8 e i tempi di produzione verranno ridotti da 10 minuti ad appena 7.
Impiegando un confronto della capacità sulla base di 15 turni, la linea “done-in-one” porterà a termine 2.000 pezzi; la cella con un operatore produrrà 2.377 componenti (un incremento del 19%) e la cella con due operatori porterà a termine 3.064 pezzi (un incremento del 29%).
In tutti i casi, lo studio ha garantito che la precisione dei pezzi e gli standard di qualità venissero mantenuti e che le macchine meno costose a uso generale fossero utilizzate per produrre in base a uno standard di livello pari a quello delle macchine specializzate.
I costi futuri potranno essere presi in considerazione durante il confronto delle diverse strategie. Nel caso in cui la linea di produzione debba essere ampliata, l’introduzione di una nuova macchina nella cella risulterà sensibilmente più economica rispetto all’introduzione di una macchina alla linea “done-in-one”, vista l’enorme disparità nei prezzi di acquisto individuali.
