LEAN PRODUCTION / Lo Smed ovvero l’arte di ridurre le perdite

Il cosiddetto “Single-Minute Exchange of Die”, noto anche come tecnica Smed, è uno dei molti metodi tipici della lean production (o produzione snella) per la riduzione delle perdite (sia di tempo che di denaro) in un processo di fabbricazione. Letteralmente significa “Cambio di uno stampo in un solo minuto”, anche se il “solo minuto” non va inteso letteralmente.

 

La tecnica Smed si preoccupa di fornire un modo rapido ed efficiente della conversione di un processo di produzione dall’esecuzione del prodotto corrente al prodotto successivo, ovvero del cambio di setup del sistema. Questo “cambio rapido” di produzione è la chiave per ridurre le dimensioni del lotto economico migliorando così il flusso. Strettamente associato allo Smed è il concetto del “One-Touch Exchange of Die” o Oted, secondo il quale i cambi di produzione possono, e dovrebbero, prendere meno di 100 secondi e addirittura avvenire con il solo tocco di un dito. Anche se entrambe le tecniche fanno riferimento al cambio stampo l’effettiva utilità della tecnica Smed non è limitata al solo stampaggio od alla sola produzione.

Figura 1. Contrazione dei tempi di cambio produzione grazie alla analisi ed alla conversione di setup interni in setup esterni
L’idea originale
Il concetto non è nuovo: l’idea originale di Shigeo Shingo, infatti, è dei primi anni sessanta ed è nata principalmente presso la Toyota dove si evidenziavano dei punti critici nei flussi di produzione derivanti dai tempi di cambio stampo per le carrozzerie delle auto troppo lunghi. Questo vincolava (e vincola ancora oggi) la dimensione economica del lotto di produzione: tempi di setup lunghi (cioè non produttivi) sono giustificati solo da dimensioni adeguate dei lotti (o dei tempi) di produzione (cioè produttivi) su cui “spalmare” i costi relativi ai fermi impianto. La tabella 1 dà un’idea dell’impatto del tempo di cambio produzione sui tempi operativi totali per produrre il singolo pezzo (comprensivi cioè di tempo di produzione e dei tempi per il cambio produzione). E’ evidente come mantenendo costante il tempo di cambio produzione (120 minuti) sia necessario muoversi su lotti molto grandi (10.000 pezzi) per poter ridurre il suo impatto a una percentuale accettabile. Produrre lotti piccoli (100 pezzi) diventa invece interessante solo quando si riducono drasticamente i tempi di fermo macchina (5 minuti). Il legame è evidentemente non lineare. Solitamente nelle aziende si trovano grossi investimenti per incrementare la produttività adottando, per esempio, macchine più veloci o utensili che possono lavorare a velocità più elevate. In pochi casi però si vede la soluzione nella direzione della riduzione dei tempi morti. Sempre riferendoci alla stessa tabella, si vede come si mantengono gli stessi tempi per i cambi di produzione (120 minuti) e si riducono i tempi di processo per il singolo pezzo (fino a 0,1 minuti), il tempo operativo per pezzo cala comunque in modo non drammatico a fronte di un incremento enorme dell’impatto del rapporto tra tempo di cambio produzione ed il tempo per produrre un singolo pezzo (1200 %). La tecnica Smed, oltre ad aiutare a ridurre i costi, è una delle chiavi per la flessibilità produttiva grazie alla convenienza economica che introduce nella produzione di piccoli lotti, al limite anche solo un pezzo. Altro aspetto positivo della produzione per piccoli lotti e della applicazione delle tecniche Smed, sta nel vantaggio che non è più necessario produrre “per il magazzino” e quindi anche i costi di investimento in materia prima e di immagazzinamento per pezzi prodotti senza una commessa di acquisto (costi nascosti) si possono ridurre. Tecniche come il JIT (Just-in-Time) possono quindi essere applicate con successo se coadiuvate da tecniche Smed. Se i costi di cambio produzione possono essere ridotti, la dimensione del lotto economico può essere altrettanto ridotta ottenendo contemporaneamente una riduzione delle spese. Per un periodo di diversi anni in Toyota sono state rielaborate le attrezzature di fabbrica e i componenti del veicolo con l’intento di massimizzare le loro parti comuni, minimizzando e standardizzando i passaggi e gli strumenti di montaggio e cercando di utilizzare il più possibile attrezzature comuni. Queste parti o attrezzature comuni danno un grosso contributo nella riduzione del tempo di setup. E tutte quelle volte che non è stato possibile sviluppare utensili o componenti comuni, sono stati realizzati interventi atti a rendere rapido il cambio degli utensili.

Figura 2. Esempio di template di raccolta dati per l’analisi delle attività svolte durante il cambio di produzione
La realtà di Toyota
Toyota, nel condurre la sua analisi sui propri modi di operare nelle fasi di cambio produzione, ha trovato che gli strumenti più difficili da cambiare sono gli stampi utilizzati su grandi macchine di stampaggio a trasferimento utilizzati per produrre la carrozzeria di autoveicoli. Questi stampi sono molto pesanti e devono essere sostituiti tramite l’uso di carriponte rispettando tolleranze di posizionamento inferiori al millimetro. Originariamente le fasi di cambio produzione, compresi aggiustamenti e messe a punto, richiedevano dal 12 ore ai 3 giorni. Il primo miglioramento introdotto da Toyota è stato quello di collocare dei dispositivi di misurazione di precisione sulle macchine di stampaggio, registrando le misure relative allo stampo di ciascun modello. Già essere passati a installare lo stampo in accordo a queste misurazioni, eliminando così il posizionamento a occhio, ha permesso di tagliare immediatamente i tempi di cambio riducendoli a una sola ora e mezza. Ulteriori osservazioni hanno portato a ulteriori miglioramenti. Ad esempio programmare i cambiamenti di stampo secondo una sequenza standard (come parte del servizio FRS) come un nuovo modello di auto entra in produzione, preparando strumenti dedicati per il processo di sostituzione dello stampo affinché tutti gli utensili necessari siano vicini. Oppure pianificare l’uso del carroponte affinché il nuovo stampo possa essere subito disponibile e montato al posto di quello precedente. Con questi interventi gli ingegneri della Toyota sono riusciti a ridurre a meno di 10 minuti il tempo di cambio stampo con una drastica riduzione del lotto economico che si attesta ora al di sotto un veicolo. Il successo di questo programma ha permesso alla azienda di introdurre la produzione Just-in-Time, che fa parte oggi del sistema di produzione Toyota.

Figura 3. Esempio di riduzione dei tempi di setup e conseguente incremento della flessibilità
Effetti dell’attuazione
Shigeo Shingo, nella sua esperienza condotta tra il 1975 e il 1985, ha potuto osservare tempi di setup mediamente ridotti al 2,5% del tempo richiesto originariamente ottenendo così un miglioramento pari a 40 volte. Nonostante lo scopo principale fosse quello di ridurre i tempi di cambio produzione, la tecnica Smed ha molte altre ricadute positive sulle situazioni aziendali, quali:
  • Produzione stockless (senza magazzino) che agisce positivamente sui tassi di turnover dell’inventario
  • Riduzione dell’ingombro dei processi con riduzione (e conseguente liberazione) dello spazio dedicato all’immagazzinamento
  • Aumento di produttività o riduzione dei tempi di produzione
  • Incremento dei tassi di produzione delle macchine che hanno ridotto i tempi di installazione anche se in presenza di un incremento de numero di cambi
  • Eliminazione degli errori di installazione ed eliminazione dei test di avviamento alla produzione riducendo i tassi di difetto
  • Miglioramento della qualità grazie alle condizioni di funzionamento completamente regolate in anticipo
  • Livello di sicurezza aumentato grazie alle più semplici configurazioni
  • Mantenimento del posto di lavoro semplificato grazie al minor numero di strumenti ed alla migliore organizzazione
  • Riduzione dei costi di setup
  • Requisiti di abilità degli operatori inferiori dal momento che i cambi sono stati progettati direttamente nel processo e non sono più una questione di giudizio qualificato
  • Le merci non vengono più perse attraverso il loro deterioramento
  • Possibilità di avere mix produttivi più elaborati offre più elevata flessibilità e ulteriori riduzioni dei costi di magazzino
  • Rivoluzione dei metodi di produzione (ordini di grandi dimensioni non necessariamente corrispondono a lotti di grosse dimensioni)
  • Nuovi atteggiamenti sulla controllabilità del processo del lavoro tra il personale

Figura 4. Effetto della parallelizzazione delle operazioni di cambio produzione: visione tabellare e come rete di attività

 

Implementazione
Shigeo Shingo riconosce otto tecniche che dovrebbero essere considerate nell’attuazione dello SMED:
  • Separare le operazioni di setup interno (cioè che possono essere condotte solo con macchina o linea ferma) da operazioni di setup esterno (cioè che possono essere condotte anche mentre la macchina o la linea lavora)
  • Convertire tutto quello che è possibile da operazioni di setup interno in operazioni di setup esterno
  • Standardizzare la funzione, non la forma
  • Utilizzare sistemi di fissaggio funzionali o addirittura eliminare gli elementi di fissaggio
  • Utilizzare maschere intermedie
  • Adottare il più possibile operazioni in parallelo
  • Eliminare le regolazioni
  • Meccanizzare
Il miglioramento tramite applicazione dello Smed deve passare attraverso quattro fasi concettuali:
  • Garantire che le azioni di setup esterno vengano eseguite mentre la macchina o la linea è ancora in lavorazione
  • Separare le azioni di setup interno da quelle di setup esterno, assicurandosi che tutte le parti funzionino ed implementando efficienti modi di trasporto dello stampo e delle altre parti
  • Convertire operazioni di setup interni in operazioni di setup esterni
  • Migliorare tutte le azioni di setup.
Come agire
Vi sono sette passi fondamentali per ridurre il tempo necessario al cambio di produzione utilizzando il sistema Smed:
  1. OSSERVARE la metodologia corrente prendendo nota di tutte le operazioni che vengono eseguite e dei relativi tempi; al limite eseguire filmati delle operazioni per poterle rivedere a tavolino.
  2. SEPARARE le attività interne da quelle esterne. Come detto le attività interne sono quelle che possono essere eseguite solo quando il processo viene arrestato, mentre le attività esterne possono essere fatte mentre l’ultimo lotto è ancora in produzione, o una volta avviata la nuova produzione. Classico esempio: procurarsi attrezzi a strumenti necessari per il lavoro prima che la macchina si fermi.
  3. CONVERTIRE (ove possibile) le attività interne in esterne. Classico esempio: preriscaldamento degli strumenti e delle attrezzature, premontaggio di componenti, uso di sistemi di cambio pezzo premontato su pallet dedicati.
  4. SNELLIRE le restanti attività interne cercando di , semplificarle al massimo ripensando anche le attrezzature ed i sistemi di fissaggio. Se ci si pensa bene è solo l’ultimo giro di una vita che provoca la tenuta: tutto il resto è solo movimento. Scegliere differenti sistemi di montaggio che possano essere attivati “con un solo tocco”. Usare attrezzi che velocizzino le operazioni (pistola ad aria compressa anziché chiave inglese).
  5. RAZIONALIZZARE le attività esterne, affinché siano di dimensioni simili a quelle interne.
  6. DOCUMENTARE la nuova procedura e le azioni che devono ancora essere completate.
  7. RIFARE TUTTO DACCAPO: per ogni iterazione del processo di cui sopra, dovrebbe essere possibile ottenere un miglioramento del 45% nei tempi di setup, quindi si possono prendere in considerazione diverse iterazioni fino ad ottenere tempi inferiori ai dieci minuti.
Un esempio
Il diagramma di figura 2 mostra che con quattro successive iterazioni è possibile, imparando da ogni esecuzione, introdurre miglioramenti che possono essere applicati nella iterazione successiva.
Fase 1: è la situazione originale.
Fase 2: mostra che cosa accadrebbe se fossero considerati 3 lanci produttivi ciascuno pari ad un terzo del lotto iniziale: sono stati considerati 3 cambi produzione.
Fase 3: mostra l’impatto del miglioramento nei tempi di cambio produzione che provengono da una loro prima ottimizzazione.
Fase 4: mostra come questi successivi miglioramenti possono permettere di rispettare il tempo di produzione iniziale, ma ora con una maggiore flessibilità nella capacità di produzione
Suggerimenti
Conviene ricercare:
  • carenze, errori, inadeguata verifica delle apparecchiature che causano ritardi e che possono essere evitate dalle tabelle di controllo, soprattutto quelle visive, e installazioni su attrezzature intermedie
  • inadeguata o incompleta riparazione di apparecchiature che causano rilavorazioni e ritardi
  • stampi non riscaldati che richiedono diversi test e fanno sprecare tempo prima che siano alla corretta temperatura di lavoro
  • utilizzo di attrezzature che abbiano una lenta regolazione precisa ed una veloce parte di regolazione grossolana
  • mancanza di linee o punti di riferimento per il posizionamento veloce di parte dell’apparecchiatura
  • un passaggio forzato tra diverse materie prime quando una alimentazione continua o quasi è possibile
  • mancanza di standardizzazione funzionale, che è la standardizzazione delle sole parti necessarie per l’installazione: ad esempio tutte le viti utilizzano la stessa chiave, i punti di presa delle matrici sono nella stessa posizione su tutte le matrici
  • eccessivo movimento dell’operatore intorno l’apparecchiatura durante l’installazione
  • eccessivo numero di punti di attacco rispetto a quelli effettivamente richiesti per poter vincolare un particolare in riferimento alle forze in gioco
  • punti di attacco che richiedono più di una azione per essere fissati
  • eventuali operazioni di aggiustamento dopo l’installazione iniziale
  • utilizzo di esperti durante l’installazione
  • eventuali regolazioni di strumenti come guide o interruttori
Operazioni in parallelo
Con più operatori è possibile, prendendo le operazioni originarie, realizzare una rete che contiene le relative dipendenze e conseguentemente ottimizzare l’attribuzione delle attività per ottimizzare ulteriormente il tempo di setup. Eventuali problemi di efficacia di comunicazione tra gli operatori devono essere gestiti per garantire la sicurezza laddove le operazioni sono potenzialmente rumorose o si verificano condizioni di cattiva o non completa visibilità.
 
Bibliogafia
Study of Toyota Production System, Shigeo Shingo, 1981, p 70
Shingo, Shigeo (1985). A Revolution in Manufacturing: The SMED System. Stamford, CT: Productivity Pres. pp. xxii. ISBN 0-915299-03-8.
Theory of Constraints, Eliyahu Goldratt, North River Press, 1990, p 40
A revolution in manufacturing: The SMED system, Shigeo Shingo, Productivity Press, 1985, p 113
A study of the Toyota Production System, Shigeo Shingo, Productivity Press, 1989, p 47
A revolution in manufacturing: The SMED system, Shigeo Shingo, Productivity Press, 1985, p 27
Tempo di cambio produzione
(A)
Dimensione del lotto
(B)
Tempo di processo per il singolo pezzo
(C)
Tempo operativo per pezzo (A/B+C)
Rapporto
(A/B)/C
120
100
1
2,200
120,0%
120
1.000
1
1,120
12,0%
120
10.000
1
1,012
1,2%
60
100
1
1,600
60,0%
15
100
1
1,150
15,0%
5
100
1
1,050
5,0%
120
100
0,5
1,700
240,0%
120
100
0,1
1,300
1200,0%
Tabella 1: alcuni esempi di impatto dei tempi di cambio produzione e della dimensione del lotto sul tempo operativo

 

 

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