Efficienza degli impianti produttivi: come tracciare, gestire e risolvere i microfermi

In questo articolo viene analizzato l’impatto dei micro-fermi sull’efficienza dei macchinari e sulla qualità dei prodotti. Sono elencate le cause principali dei micro-fermi e le possibili tecniche per ridurli.

Premessa

Oggi le imprese sono impegnate nella rincorsa al perfezionamento del ciclo produttivo, ovvero nell’efficientamento del processo manifatturiero a 360 gradi.

Indipendentemente dal settore merceologico e dalle tecnologie adottate nei propri reparti, tutte le aziende devono fare i conti con marginalità sempre minori e gli imprenditori si arrovellano per ottimizzare la produttività. Tutti fanno riferimento all’OEE come indicatore principe della buona messa a punto dei macchinari e della gestione dei tempi di lavoro (attrezzaggi e manutenzioni).

L’OEE è un indicatore sintetico che racchiude la disponibilità di un impianto, la sua capacità produttiva rispetto a quella teorica e descrive la qualità dei prodotti tramite il rapporto tra i pezzi buoni ed i pezzi prodotti.

Come tutte le informazioni sintetiche, l’OEE da solo non permette di comprendere a fondo tutti gli aspetti di un processo produttivo specialmente se complesso e per questo motivo è utile integrarlo con altri indicatori di prestazione dei macchinari (in inglese KPI = Key Performance Indicators).

In questo articolo vogliamo concentrare l’attenzione sui micro-fermi ovvero quei fermi macchina che durano pochi minuti, spesso 1 o 2 minuti e non sono né tracciati né giustificati dagli operatori.

 

Perché si verificano i micro-fermi

Le cause dei micro-fermi sono ovviamente di diversa natura e dipendono da fattori che spesso sono inerenti al tipo di processo produttivo e a specifici tipi di macchinari. Non potendo indicare tutte le possibili lavorazioni industriali, proviamo a dividere in diverse categorie i fermi usando alcuni esempi.

 

Micro-fermi generati dal macchinario

Facciamo riferimento ai casi in cui il macchinario, dopo aver prodotto in modo automatico per un certo tempo, si ferma per qualche minuto e poi riprende a lavorare. Questi fermi avvengono senza che gli operatori se ne accorgano poiché spesso si tratta di processi produttivi non supervisionati.

La causa dei fermi è dovuta a parametri del macchinario che sono al di fuori delle condizioni di lavoro ed il PLC di controllo mette in atto le azioni correttive per riportare i parametri nel loro corretto range di funzionamento.

Esempio 1: se la temperatura dell’olio è al di fuori delle soglie programmate, la macchina accende i circuiti di riscaldamento/raffreddamento per avere olio nelle giuste condizioni operative. In questo caso il problema non è il macchinario, ma il sistema di asservimento dello stesso (circuito dell’olio) che non è configurato/dimensionato correttamente.

Esempio 2: se la temperatura di un motore è oltre una soglia programmata, il PLC attende che il motore si raffreddi prima di riprendere le lavorazioni. In questo caso il problema è dovuto ad un componente che sta deteriorandosi e quindi le sue prestazioni sono peggiorate nel tempo e continueranno a peggiorare fino a quando non si provvederà ad un qualche tipo di manutenzione.

Esempio 3: una risorsa condivisa nell’impianto produttivo è al di sotto dei livelli richiesti per la produzione (l’aria proveniente dai compressori, il circuito del vuoto, componenti da lavorare caricati con circuiti pneumatici nelle tavole vibranti dei macchinari, ecc.) e la macchina attende che la risorsa di cui ha bisogno ritorni ai valori minimi richiesti.

Questo accade tipicamente nei momenti in cui tutte le macchine del reparto stanno lavorando e le risorse sono erogate in modo insufficiente rispetto alla richiesta dei macchinari.

 

In questi tre casi il numero di pezzi scarti non aumenta rispetto ai momenti di produzione senza fermi. Il peggioramento dell’OEE è dovuto al calo dell’indice di produttività dei macchinari.

 

Micro-fermi dovuti ad errori di configurazione

Questi micro-fermi si verificano quando l’attrezzaggio del macchinario è fatto in modo non conforme rispetto al tipo di articolo da produrre oppure perché il macchinario ha un componente danneggiato che provoca un errore ripetitivo non facilmente identificabile.

Esempio 1: il macchinario è stato attrezzato per produrre con uno o più parametri scorretti. Casi comuni sono:

• un timeout troppo piccolo
• un valore di coppia di serraggio di un avvitatore non adatto al prodotto in lavorazione
• un limite troppo basso di corrente assorbita da un mandrino
• una tolleranza di controllo al limite delle caratteristiche del sistema di misura

Esempio 2: un robot è programmato per eseguire traiettorie che sfiorano alcune parti del macchinario e a volte urta una superficie generando gli errori di movimento.

In questi casi la macchina si ferma perché il prodotto risulta scarto oppure perché le parti del macchinario rilevano un errore di configurazione. Nelle macchine asservite dai robot per il caricamento automatico, questi fermi portano ad un aumento vertiginoso del numero di pezzi scarto. Solo quando il numero di pezzi scarti consecutivi è maggiore di un valore impostato, le macchine si fermano attirando l’attenzione degli operatori.

 

Il calo dell’OEE è dovuto all’effetto combinato della diminuzione degli indici di produttività e di qualità del macchinario.

 

Micro-fermi dovuti ad errori degli operatori

Questi micro-fermi avvengono con i macchinari che devono essere caricati/scaricati dagli operatori. Non dimentichiamo che gli operatori sono esseri umani e possono sbagliare, specialmente quando sono presenti le seguenti condizioni:

• il lavoro è ripetitivo e gli esseri umani hanno un fisiologico calo di attenzione,
• l’ambiente di lavoro è rumoroso ed è difficile mantenere la concentrazione,
• si lavora con altre persone che possono distrarre l’operatore dalla sua attività,
• gli operatori devono valutare la qualità dei pezzi prodotti, e all’aumentare della stanchezza fisica lo sforzo di attenzione richiede sempre più tempo,
• il tempo ciclo della macchina è molto serrato e si impone all’operatore di lavorare al 100% delle sue capacità.

Voglio sottolineare l’ultima delle voci dell’elenco: spesso si chiede agli operatori umani di lavorare ai ritmi imposti da un robot o da analoghi sistemi automatici capaci di ripetere i movimenti in pochi istanti.

 

Il desiderio degli imprenditori di soddisfare le richieste schizofreniche di alcuni mercati porta a lavorare a ritmi così serrati che inducono gli operatori in errore. In aggiunta il personale con meno esperienza ha spesso bisogno di più tempo rispetto ai colleghi più anziani e dunque può accadere che ogni tanto senta il bisogno di fermare il macchinario perché non è in grado di sostenere il ritmo di lavoro.

Questa problematica è molto frequente nelle catene di produzione tipiche del settore alimentare e nelle linee di verniciatura. Si tratta di settori produttivi che soffrono anche di un forte ricambio della manodopera anche per questo motivo.

 

Micro-fermi dovuti al mancato caricamento/scarico dei pezzi

Questi micro-fermi si verificano nei casi in cui gli operatori devono caricare/scaricare i pallet in ingresso /uscita delle macchine. Se l’operatore non è pronto al momento giusto, i sensori di presenza pezzo fermano il macchinario fino a quando l’operatore non ha completato l’attività.

Questi fermi determinano un calo dell’OEE facendo regredire l’indice di produttività della macchina. La qualità degli articoli lavorati non è influenzata da questa problematica. Molte aziende hanno adottato con successo l’uso di pallettizzatori intelligenti per avere dei “polmoni” in ingresso e uscita delle macchine. Il corretto dimensionamento di questi buffer è cruciale per eliminare l’occorrenza dei microfermi.

 

Perché i micro-fermi non sono tracciati

Perché i micro-fermi sopra elencati non sono tracciati dalle aziende? Dal confronto con tanti imprenditori e responsabili di manutenzione emerge che tutti hanno coscienza del problema, ma sottostimano l’impatto di tali fermi sull’efficienza complessiva della produzione.

Questi fermi non sono quasi mai giustificati dagli operatori poiché il personale a bordo macchina è impegnato a raggiungere i propri obiettivi di produzione e dunque non ritiene importante fermarsi per giustificare le micro-interruzioni. Quante volte si sente dire che il tempo per giustificare il fermo è maggiore del fermo macchina!

Aggiungiamo il fatto che i micro-fermi dovuti agli errori umani difficilmente sono giustificati da chi ha sbagliato, per paura di essere ripreso dal proprio superiore (un comportamento più che comprensibile).

Va anche considerato che i macchinari sono sempre più complessi e gli operatori raramente possono comprendere a pieno il funzionamento di tutti i componenti di una linea di produzione (ad esempio ad un’isola di stampaggio) e così gli operatori, anche i più qualificati, non riescono a valutare il motivo per cui la macchina ogni tanto “fa i capricci”.

Spesso i problemi delle parti del macchinario si presentano in modo casuale e dunque anche i manutentori faticano ad indagare le cause dei fermi.

Si ignora che un fermo di un minuto può portare la macchina a cambiare le sue condizioni, ad esempio si raffredda lo stampo di una pressa oppure cambiano le caratteristiche chimiche dei componenti coinvolti in processo di deformazione, ecc., e dunque ogni fermo influisce sulla qualità dei prodotti che si va a realizzare.

 

Come misurare i micro-fermi

I micro-fermi non possono essere misurati in modo affidabile dagli operatori umani per diverse ragioni:

• la durata dei fermi è misurata con una certa approssimazione dagli operatori, circa 5 minuti, e dunque i fermi di pochi minuti soffrono dell’errore di misura.
• La giustificazione di un fermo impedisce all’operatore di ripartire al più presto con il lavoro per recuperare il tempo perduto e quindi molti fermi sono semplicemente trascurati.
• Le giustificazioni a fine turno sono ancora più difficili: gli operatori dimenticano che la macchina si era fermata qualche volta all’inizio del turno: “quante volte si era fermata? Quanto tempo erano durati i fermi?”.

L’unico sistema affidabile per avere traccia dei fermi è usare un sistema elettronico di rilevazione dello stato della macchina.

I sistemi più semplici ed economici usano i relè di stato macchina (1 = macchina accesa, 0 = macchina spenta). I sistemi più moderni rilevano lo stato della macchina direttamente dal PLC, raccogliendo anche tante altre informazioni a corredo, utili per capire come la macchina è arrivata all’interruzione del lavoro.

 

È possibile presentare la tabella dei fermi agli operatori a fine turno e chiedere loro di giustificare quei fermi di cui hanno informazioni utili. Si scopre così che i fermi sono sempre di più di quanto gli operatori ricordano!

È importante utilizzare liste di giustificazione dettagliate ed insegnare agli operatori a giustificare in modo preciso le cause di fermo altrimenti si otterranno dati poco utili: non serve a nessuno uno storico dei fermi macchina in cui la giustificazione più indicata è “ALTRO”.

 

Come analizzare i micro-fermi

L’analisi dei fermi macchina parte sempre da diagrammi di Pareto in cui i dati sono organizzati per tipologia e per frequenza, come nel seguente esempio.

Analisi dei microfermi organizzati per tipologia e per durata con il Diagramma di Pareto

 

Tipicamente le aziende affrontano le problematiche che causano i fermi con maggior durata. Tali fermi sono determinati, in genere, da problematiche con un costo di soluzione non indifferente, per esempio la rottura di un cuscinetto impone la sostituzione del componente e può durare diverse ore.

 

Come ridurre i micro-fermi

I micro-fermi possono essere ridotti organizzando un team di 3 o 4 persone che coinvolga gli operatori, i manutentori ed i responsabili di produzione.

La prima cosa da fare è misurare la frequenza dei micro-fermi e dare ad ognuno di essi una causale corretta. Gli operatori devono sentirsi protagonisti del processo di miglioramento e non oggetto di un processo a chi ha più colpe altrimenti non collaboreranno ed il loro ruolo fondamentale sarà perduto.

Operatori consapevoli aiutano i colleghi, condividono le best practice e segnalano tutte le anomalie e le cause di micro-fermo, anche le più insolite, senza paura di essere sanzionati.

Dopo aver effettuato una campagna di rilevazione dei micro-fermi per qualche settimana, il team deve analizzare le cause e scegliere quelle su cui si può agire subito, cambiando alcuni aspetti organizzativi del lavoro, spesso non ci sono extra costi per questo tipo di migliorie.

Il team deve mettere in atto le strategie correttive e definire un obiettivo ragionevole, ad esempio ridurre i micro-fermi della causale A del 20% e della causale B del 30%. Tipicamente servono da 3 a 4 mesi per raggiungere i risultati prefissati.

I sistemi di misura automatici aiuteranno il team a capire se le strategie individuate sono efficaci o se serve lavorare in modo diverso coinvolgendo anche i fornitori del macchinario o altri colleghi.

Questo approccio di miglioramento continuo, di cui le industrie giapponesi sono maestre ed hanno diffuso nel mondo metodologie quali kaizen e lean manufacturing, sono il modello che tutte le imprese possono adottare per guadagnare competitività e migliorare il lavoro delle proprie maestranze.

 

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