Che cos’è una linea di produzione flessibile?

Composizione di base di una linea di produzione flessibile

Quando un componente meccanico richiede numerose operazioni, i produttori spesso dispongono le attrezzature di lavorazione in sequenza e le collegano tramite dispositivi di trasferimento e ausiliari. La linea di lavorazione così ottenuta completa un processo definito per uno o più prodotti simili. Le attrezzature vengono selezionate e disposte lungo il percorso di lavorazione e in base alle operazioni utilizzate dalla maggior parte o da tutti quei prodotti. Questa organizzazione richiede una ragionevole stabilità nella progettazione del prodotto e nel processo e può essere utilizzata per la produzione in lotti o in serie.

Le linee di produzione comprendono linee a flusso cadenzato e linee automatizzate. Una linea automatizzata è dotata di un sistema di controllo che gestisce automaticamente il trasferimento dei pezzi, l'indicizzazione, il posizionamento, il serraggio e le operazioni dei dispositivi ausiliari secondo un programma predefinito.

La struttura e la complessità di una linea dipendono dal pezzo da lavorare, dai requisiti di processo, dalla sequenza di lavorazione, dalla velocità di produzione e dal livello di automazione. Indipendentemente dalla complessità, una linea comprende normalmente cinque elementi fondamentali: apparecchiature di lavorazione, utensili e attrezzature di fissaggio, un sistema di trasferimento dei materiali, sistemi ausiliari e un sistema di controllo.

Tipi di linee di produzione flessibili

1. Classificazione in base alla forma e al movimento del pezzo
   1. Linee con pezzi rotanti. Queste macchine lavorano alberi, dischi e anelli mentre il pezzo ruota. Le operazioni tipiche comprendono la tornitura o la rettifica di diametri interni ed esterni, scanalature, filettature e facce d’estremità.
   2. Linee con pezzi non rotanti. Queste linee lavorano alloggiamenti di macchine e parti varie che normalmente rimangono fisse. Le operazioni tipiche comprendono foratura, svasatura, alesatura, alesatura con alesatore, fresatura frontale e fresatura di scanalature.
2. Classificazione per varietà di prodotto
   1. Linee di prodotti singoli. Macchine speciali altamente produttive, utensili, attrezzature di trasferimento e apparecchiature ausiliarie sono disposte lungo un percorso di lavorazione fisso. I pezzi passano da una stazione all’altra per la lavorazione, il controllo e la pulizia. La qualità e l’efficienza sono elevate, ma lo sono anche gli investimenti e il grado di specializzazione, il che rende difficile la riconversione. Queste linee sono adatte alla produzione di massa.
   2. Linee di prodotti regolabili per gruppi. Le attrezzature speciali regolabili sono progettate grazie alla tecnologia del gruppo e organizzate attorno a un processo di gruppo. Queste linee garantiscono un’elevata efficienza e automazione per famiglie di prodotti simili dal punto di vista strutturale e tecnologico. Sono adatte alla produzione in lotti e possono essere modificate o riorganizzate in caso di cambiamento dei prodotti.
3. Classificazione in base alle apparecchiature di processo
   1. Linee di macchine utensili per uso generico. Queste linee hanno tempi di produzione brevi e costi contenuti e vengono spesso utilizzate per la lavorazione di pezzi rotanti di piccole e medie dimensioni, quali dischi, alberi, manicotti e ingranaggi.
   2. Linee modulari di macchine utensili. Le macchine modulari interconnesse offrono cicli di progettazione e realizzazione relativamente brevi, un funzionamento affidabile e buone prestazioni economiche nella produzione di massa.
   3. Linee di macchine utensili per applicazioni speciali. Si caratterizzano per cicli di progettazione e realizzazione lunghi e per investimenti elevati. Sono adatte a pezzi dalla struttura insolita o complessa e a prodotti stabili realizzati in grandi volumi.
   4. Linee di produzione flessibili. Le macchine multifunzione CNC e i centri di lavorazione sono dotati di sistemi integrati di movimentazione dei materiali e controllo computerizzato. Le tavole rotanti e i sistemi di cambio utensili automatico consentono a ciascuna macchina di lavorare più facce e eseguire più operazioni con un numero ridotto di cambi di assetto, riducendo gli errori di posizionamento. Queste linee sono adatte alla produzione di pezzi complessi e di precisione in lotti di piccole e medie dimensioni e sono in grado di rispondere rapidamente ai cambiamenti del mercato, ma richiedono un investimento elevato e competenze tecniche avanzate.
      
4. Classificazione in base al collegamento delle apparecchiature
   1. Linee rigide. In assenza di stoccaggio intermedio, ogni pezzo passa direttamente da una stazione alla successiva. La lavorazione e il trasferimento devono avvenire secondo un takt rigoroso e il guasto di una sola macchina blocca l’intera linea. Le macchine e i dispositivi ausiliari devono quindi garantire elevata stabilità e affidabilità.
   2. Tubi flessibili con tampone. I dispositivi di accumulo possono essere collocati tra macchine adiacenti o gruppi di macchine. Se una macchina si ferma, le altre possono continuare a funzionare per un periodo di tempo limitato. I buffer consentono inoltre di bilanciare le stazioni con tempi di ciclo diversi.
5. Classificazione in base al trasferimento dei pezzi
   1. Linee a trasferimento diretto. Il dispositivo di trasferimento agisce direttamente sulla superficie del pezzo. I pezzi entrano all'inizio della linea ed escono alla fine, una volta lavorati.
   2. Linee di fissaggio su pallet. Ogni pezzo viene montato su un dispositivo di fissaggio mobile che si sposta lungo le stazioni del trasportatore principale. Al termine della lavorazione, un trasportatore di ritorno riporta il dispositivo di fissaggio al punto di partenza.

Principi di progettazione

1. Rispettare il programma di produzione consentendo al contempo la crescita; l’analisi tecnica ed economica dovrebbe normalmente garantire il recupero dell’investimento nella linea entro cinque anni.
2. Assicurarsi che tutti i requisiti relativi ai disegni dei prodotti siano soddisfatti.
3. Garantire un’adeguata regolabilità in base alle dimensioni del lotto e alla durata prevista della produzione.
4. Utilizzare processi e attrezzature stabili e affidabili, con bassi costi iniziali, di esercizio e di manutenzione.
5. Ridurre l'intensità del lavoro e migliorare le condizioni di lavoro.
6. Ridurre al minimo l'ingombro a pavimento, garantendo al contempo un funzionamento, un monitoraggio e una manutenzione sicuri e pratici.
7. Sostenere la conservazione delle risorse, la tutela dell'ambiente e la produzione pulita.

Contenuti e sequenza del progetto

1. Definire il piano di lavorazione in linea e preparare gli schemi operativi e di lavorazione.
2. Scegliere le attrezzature per uso generico e progettare eventuali macchine per usi specifici.
3. Definire la modalità logistica e progettare i dispositivi di trasferimento.
4. Selezionare e progettare i dispositivi ausiliari.
5. Progettare il tracciato complessivo della linea.
6. Preparare il disegno quotato di insieme del collegamento.
7. Progettare il sistema di controllo della linea.
8. Preparare le istruzioni per l'uso e le precauzioni relative alla manutenzione.