Operazioni di Set up.

Attività prima e dopo la produzione, come montaggio stampi, spostamenti, attrezzaggi, avvitamento di bulloni, eccetera.

Miglioramento del set up (cambio di stampi e tools).

Il modo più efficace per migliorare il set up è adottare lo SMED (cambio stampi in un minuto) o l’OTED (cambio dello stampo in un movimento).

Alla Mitsubishi, per esempio, il tempo di set up di una pressa da otto tonnellate è stato ridotto da 24 ore a 2 minuti e 40 secondi in un anno.

Nello stesso periodo il set up di una macchina di produzione di bulloni alla Toyota è stato ridotto da otto ore a 58 secondi. Fuori dal Giappone, alla Weidmann Co. In Svizzera, il set up di una pressa per la plastica da 50 once (1,4 kg?) è stato ridotto da due ore e mezza a 6 minuti e 35 secondi. E alla Federal Mogul Co. negli Stati Uniti il tempo di cambio di una grande fresa è stato portato da 2 ore a 2 minuti.

Questi esempi sono tipici del tipo di miglioramento che si riesce ad ottenere utilizzando i sistemi SMED o OTED. In media le riduzioni sono tra l’80 e il 95%.

Esempio: la nascita dello SMED. Distinguere tra i due tipi di set up.

Nel 1950 mi  è stato chiesto dalla stabilimento della Mazda di Toyo Kogyo di trovare una soluzione al collo di bottiglia rappresentato da tre grandi presse. Dopo aver visitato lo stabilimento ho chiesto al direttore di produzione di autorizzare la fermata delle presse per una settimana in modo da consentirmi di capire le performance delle presse da 350, 750 e 800 tonnellate, nessuna delle quali lavorava alla capacità prevista.

Il direttore di produzione mi disse che sarebbe stata una perdita di tempo siccome lui aveva già messo tutti i suoi migliori collaboratori a studiare il problema. Secondo lui l’unica soluzione era di acquistare nuove macchine ma la direzione aveva rifiutato la sua proposta.

“Capisco la tua situazione” dissi “ma fammi fare l’analisi comunque. Se non c’è modo di eliminare i colli di bottiglia dirò alla direzione di acquistare le nuove macchine”. Questo discorso convinse il manager a farmi fare l’analisi.

Fu pianificato un cambio della pressa al terzo giorno. Dopo aver smontato lo stampo l’operatore cominciò a girare freneticamente. Lo seguì per capire cosa stava facendo. Alla fine gli chiesi cosa stava accadendo e mi disse che stava cercando un bullone mancante per il nuovo stampo. “sono sicuro di averli messi tutti sul mio carrello, ma adesso non riesco a trovare l’ultimo”. Gli dissi che l’avrei atteso vicino alla pressa.

Dopo più un’ora tornò con il bullone. “L’hai trovato?” gli chiesi. “No, l’ho preso dalla pressa che devo cambiare dopo. L’ho dovuto accorciare e filettare e ho perso tempo”.

Pensai “cosa succederà adesso quando deve cambiare la prossima pressa?”

Il tempo per il cambio occupò tutto il giorno. Alla fine chiesi all’operatore se serviva sempre così tanto tempo. “si, serve così tanto tempo la maggior parte delle volte”.

I risultati dello studio sono nella tabella che segue.

La pressa era utilizzata per stampare solo per il 3% del tempo complessivo (bisogna intendere come tempo di utilizzo reale della pressa per stampare senza le operazioni di preparazione). I tempi di cambio più i tempi di non produzione erano del 73%.

Ci sono due tipi di operazioni di set up.

• Set up interno – sono le operazioni che possono essere fatte solo quando la macchina è ferma, come avvitare e svitare dadi dello stampo.
• Set up esterno – sono le operazioni che possono essere fatte mentre la macchina funziona, come il trasportare stampi dal e verso il magazzino.

In ogni analisi delle operazioni di set up è importante distinguere tra le operazioni che possono essere fatte quando la macchina funziona e quelle che devono essere fatte quando la macchina è ferma. Semplicemente utilizzando questo principio alla Toyo Kogyo i tempi di set up interno sono stati ridotti del 50%.

 

Esempio: secondo incontro con lo SMED.

Nel 1957 mi è stato chiesto di aumentare la produttività di una piallatrice utilizzata dalla Mitsubishi di Hiroshima per produrre blocchi motori navali da 10 tonnellate. A causa della dimensioni dei motori e della difficoltà di cambiare l’attrezzatura la piallatrice veniva utilizzata meno del 50%.

Lo studio effettuato ha rilevato che c’era una notevole perdita di tempo nel posizionare e centrare il blocco motore perché doveva essere fatto mentre la piallatrice era ferma. Discutendo questo con il plant manager ebbi un’idea: “ perché non fare queste operazioni di set up per il motore successivo su una seconda tavola della piallatrice?”. Facendo così dovevamo solo cambiare la tavola della piallatrice e riducevamo notevolmente le soste. Questo miglioramento aumentò la produttività della macchina del 40%.

Quello che abbiamo fatto effettivamente è stato quello di convertire un set up interno in uno esterno. Questo è il principio fondamentale del miglioramento del set up. Se l’avessi visto prima come principio, e non come una soluzione ad un particolare problema di produzione, il sistema SMED sarebbe nato 13 anni prima.

Esempio: terzo incontro con lo SMED. Convertire i set up interni in esterni.

Nel 1970 ho visitato il principale stabilimento Toyota. Il management aveva chiesto al manager della divisione, Mr. Sugiura, di abbattere il tempo di set up di 4 ore della loro pressa Scheoler da 1000 tonnellate del 50%. (a quanto pare lo stabilimento Volkswagen in Germania Est era capace di cambiare lo stampo sulla stessa pressa in appena due ore).

Diedi due consigli: primo, comprendere e distinguere chiaramente le operazioni di set up interne ed esterne; secondo, migliorare le operazioni in entrambe le categorie. Entro sei mesi il tempo di set up è stato ridotto ad un’ora e mezza.

Tuttavia quando tornai alcuni mesi dopo Mr.Sugiura mi disse che il management adesso voleva che il tempo fosse ridotto a 3 minuti! Per un momento fui stupito dalla richiesta ma poi mi ricordai del miglioramento alla Mitsubishi navale. Perché non convertire i tempi di set up interni in esterni? Una serie di idee saltarono fuori in rapida successione e velocemente riuscii ad segnare su una lavagna 8 tecniche basate su questo principio. Il nuovo approccio ci consentì di raggiungere il cambio stampo in 3 minuti entro pochi mesi.

Aspettandomi di scoprire che ogni cambio può essere fatto in meno di 10 minuti chiamai questo concetto “cambio stampo in un minuto” (Single Minute Exchange of Die -> SMED).

In seguito fu adottato dalla Toyota Motors come uno dei principali elementi del Sistema di Produzione Toyota.

Mr. Taiichi Ono, il vice presidente della Toyota e ora consulente, scrisse quello che segue in un articolo intitolato “portare il buonsenso nello stabilimento”.

Fino a circa 10 anni fa la produzione nel nostro stabilimento si svolgeva principalmente durante l’orario di lavoro regolare. I vari cambi degli utensili e delle punte da trapano erano fatti nella pausa del pomeriggio o alla sera. Avevamo la politica di sostituire le lame ogni 50 pezzi ma siccome la produzione è aumentata negli ultimi 10 anni gli operatori delle macchine risentivano di questi lunghi cambi. Una rettifica multipla causò uno dei peggiori ritardi: rimpiazzare la sua mola abrasiva richiedeva mezza giornata. Se questo cambio fosse stato fatto durante l’orario di lavoro avrebbe bloccato la produzione per l’intera mattina, per cui abbiamo deciso di far venire gli operatori di domenica per svolgere questa attività.

Questo è un modo poco economico e quindi inaccettabile di mandare avanti la produzione. L’attività di manutenzione doveva essere svolta durante l’orario di lavoro normale. Cominciammo quindi a cercare modi per effettuare i cambi molto più velocemente.

Mr. Shigeo Shingo della Japan Management Association sosteneva lo SMED come modo per aumentare la produttività. Sentivamo che questo sistema sarebbe potuto essere utile nella nostra situazione e cominciammo ad utilizzarlo.

Nel passato una macchina su cui si era spesa mezza giornata per fare un set up poteva essere utilizzata per soli 10 minuti. C’era la tendenza a pensare che la produzione avrebbe dovuto andare avanti per almeno un tempo pari al set up. Questo quindi ci avrebbe fatto avere molti più prodotti finiti di quelli che avremmo potuto vendere.

Adesso stiamo lavorando per abbattere i tempi di cambio a pochi secondi. Naturalmente questo è più facile da dire che da fare. Tuttavia siamo determinati a continuare ulteriormente a cercare di abbattere i tempi di set up.

Come dimostra l’articolo di Mr.Ohno la riduzione dei tempi di set up aiuta a migliorare la produzione nel complesso. Per questa ragione lo SMED è stato un elemento essenziale nello sviluppo del sistema di produzione Toyota.

Tecniche dello SMED

Il tempo di set up comprende le quattro funzioni seguenti:

• preparazione del materiale, stampi, maschere e attrezzature, eccetera – 30%
• fissaggio e rimozione degli stampi e dei tools – 5%
• centraggi e posizionamento delle attrezzature – 15%
• cicli di prova e aggiustamenti – 50%

le otto tecniche dello SMED per ridurre i tempi di set up sono presentate sotto.

Tecnica 1 – separare le operazioni interne da quelle esterne

Identificare chiaramente quali delle operazioni di set up devono essere effettuate quando la macchina è ferma (set up interno) e quali possono essere fatte quando la macchina funziona (set up esterno). Per esempio tutte le preparazioni e i trasporti degli stampi, maschere, attrezzature, tools e materiali alla e dalla macchina possono essere fatte quando la macchina funziona. I set up interni devono essere limitati alla rimozione dello stampo o attrezzatura e nel fissaggio del nuovo.

Semplicemente separando e organizzando  le operazioni interne ed esterne il tempo di set interno (il tempo di fermata inevitabile) può essere ridotto dal 30 al 50%.

Tecnica 2 – convertire i set interni in esterni.

Questo è il principio più potente del sistema SMED. Senza di lui il set up in un minuto non potrebbe essere ottenuto. Fare questa conversione comporta il riesame delle operazioni per verificare se qualche attività è stata erroneamente considerata interna e cercare dei modi per renderle esterne.

Per evitare che il tempo di set up interno generato dalle otto battute di aggiustamento per esempio l’altezza degli stampi può essere standardizzata attaccando blocchi o spessori agli stampi più piccoli. Un’altra conversione semplice è di preriscaldare gli stampi per eliminare il riscaldamento degli stampi con i cicli di prova.

Tecnica 3 – standardizzare le funzioni, non la forma

Standardizzare la forma e la dimensione degli stampi può ridurre considerevolmente il tempo di set up. Tuttavia la standardizzazione della forma è dispendiosa perché tutti gli stampi devono adeguarsi al formato più largo, che aumenterebbe il costo inutilmente.

Invece la standardizzazione della funzione richiede solo l’uniformità delle parti necessarie per le operazioni di set up. Per esempio aggiungere uno spessore agli angoli per l’aggancio dello stampo serve a standardizzare le dimensioni dei componenti di fissaggio e rende possibile utilizzare lo stesso tipo di aggancio nei diversi set up.

Tecnica 4 – utilizzare morsetti pratici, eliminare completamente i fissaggi con filettatura.

I bulloni sono i sistemi di fissaggio più comunemente utilizzati, ma il loro serraggio può richiedere parecchio tempo. Per esempio un bullone con 15 filetti deve essere avvitato per 14 giri prima che sia effettivamente serrato all’ultimo giro. Praticamente l’ultimo giro serra il bullone e il primo lo libera – gli altri 14 giri sono spreco di movimento. Se lo scopo del bullone è semplicemente quello di serrare o liberare dovrebbe essere lungo abbastanza per chiudere in un giro. Questo renderebbe il bullone un sistema di bloccaggio pratico.

Un sistema di bloccaggio pratico in un giro include metodi con rondelle con asole a U, con fori a forma di pera, e i morsetti esterni (vedere Figura 18 e 30).

I bulloni filettati non sono assolutamente l’unico modo per agganciare gli stampi, ne dobbiamo presupporre che i bulloni siano sempre necessari. I sistemi in un mossa (one touch method) che utilizzando cunei, camme, morsetti o molle riducono i tempi di set up considerevolmente (…).

Questi sistemi possono ridurre il set up a pochi secondi. Sono spiegati in dettaglio nel mio libro “A revolution in Manufacturing: the SMED system”.

Nei sistemi di aggancio la direzione e l’intensità della forza richiesta sono critiche. (… da finire).

Tecnica 5 – utilizzare maschere intermedie

Alcuni dei ritardi dovuti agli aggiustamenti durante i set up interni possono essere eliminati utilizzando maschere standardizzate. Mentre un pezzo in lavorazione attaccata ad una maschera viene prodotto il secondo pezzo viene centrato e attaccato alla seconda maschera. Quando il primo pezzo è finito il secondo pezzo attaccato alla seconda maschera viene montato con facilità sulla macchina per essere prodotto.

Per esempio una fresatrice di profili produce tubi dei televisori. Tracciare il centraggio e settare le altezze per le sagome e il materiale veniva fatto come operazione interna sul piano della macchina. A causa della forma curva del componente si trattava di un’operazione complicata in cui si perdeva molto tempo.

Sono state costruite due maschere intermedie che erano leggermente più piccole del tavolo della fresatrice. Mentre veniva prodotto un componente, una sagoma e il pezzo successivo erano attaccati all’altra maschera sul tavolo, quindi centrati e settati per l’altezza corretta.

Poiché le maschere sono standardizzate il centraggio e il posizionamento impiega meno tempo, riduce sia i set up interni che esterni. Si utilizzano dei ganci rapidi per montare velocemente e facilmente la maschera sulla tavola.

Maschere intermedie possono essere utilizzate su grandi presse con parecchi stampi di dimensioni ed altezze differenti.

In questa situazione sono utilizzate per spostare il centraggio interno e le operazioni di bloccaggio fuori dalla macchina.

Con questi miglioramenti la presa ha bisogno di essere staccata solo mentre un carrello (muletto) scambia la maschera intermedia con lo stampo già montato.

Tecnica 6 – scegliere le operazioni parallele

La produzione nello stampaggio plastica o in pressofusione immancabilmente comportano attività su entrambi i lati o sul fronte e retro della macchina. Se solo un operatore compie queste operazioni ci sono sprechi di tempo e di movimento perché deve andare da un lato all’altro o davanti e dietro.

Ma quando due persone svolgono l’attività in contemporanea il tempo di set up viene ridotto di circa la metà, dato dalla riduzione dei movimenti.

Un’operazione che per esempio può richiedere un operatore per 30 minuti per essere completata può richiedere a due operatori solo 10 minuti.

Quando si utilizzano queste operazioni le ore di set up ad operatore sono le stesse o anche meno di quelle utilizzate con un operatore e l’efficienza della macchina è migliorata.

Sfortunatamente il metodo non viene accettato dai manager che pensano di non poter impiegare un altro operatore nel set up. Tuttavia quando un set up viene ridotto a nove minuti o meno, si richiedono solo 3 minuti di assistenza. E con un set up semplificato anche un operatore privo di esperienza può fornire efficacemente l’assistenza necessaria.

Tecnica 7 – eliminare gli aggiustamenti

Normalmente gli aggiustamenti e i cicli di prova pesano dal 50 al 70% circa del tempo di set up interno. La loro eliminazioni genera enormi risparmi di tempo.

L’eliminazione degli aggiustamenti inizia con il riconoscere che il settaggio e l’aggiustamento sono due operazioni  separate e distinte. Il settaggio è quando la posizione di un limit switch viene cambiata. L’aggiustamento è quando il limit switch viene testato e ripetutamente messo in nuove posizioni.

Presumere che gli aggiustamenti siano inevitabili porta ad allungare inutilmente i tempi di set up e richiede l’utilizzo solo di persone con grande esperienza.

Gli aggiustamenti però possono essere eliminati se si utilizza ad esempio un maschera per determinare con precisione la corretta posizione del limit switch. Quindi il settaggio è l’unica operazione richiesta.

L’aggiustamento diventa sempre meno importante man mano che il setting diventa più accurato.

Il primo passaggio per sbarazzarsi del problema è di fare posizionamenti che non hanno bisogno di basarsi sull’intuito. Se è richiesta un approssimazione può essere sufficiente una scala graduata, ma il posizionamento non deve essere fatto basandosi esclusivamente sugli aggiustamenti.

Se serve si ottiene una grande precisione utilizzando a sistemi a quadrante o sistemi a controllo numerico.

Alla Togo Manufacturing c’era un alberino filettato che serviva per settare la posizione di un blocco. Tutte le volte che il blocco doveva essere spostato da 50 a 60 mm l’alberino doveva essere avvitato, o svitato, passando per tutte le misure intermedie, e costituiva il riferimento per settare il blocco.

Ma qual era il senso di tutti questi avvitamenti quando non c’erano altre posizione tranne che 50 e 60 mm? Perché non poteva essere mosso direttamente da una posizione all’altra?

Per eliminare lo spreco di tempo l’alberino è stato rimosso ed è stato introdotto un calibro a U che consentiva velocemente di settare il blocco nelle due posizioni rendendo il settaggio veloce e semplice.

Questo esempio mostra un ostacolo che si presenta frequentemente quando si vuole eliminare gli aggiustamenti: si utilizzano sistemi che consentono un numero illimitato di settaggi.

Naturalmente il miglior aggiustamento è quando non serve alcun aggiustamento. 

Per esempio il sistema del minimo comune multiplo è basato sul principio che gli aggiustamenti possono essere eliminati completamente quando i settagli sono limitati e non variano.

In uno stabilimento si utilizza un limit switch per indicare la posizione di stop di un’asta. Siccome c’erano 5 differenti lunghezze lo switch doveva essere mosso in 5 differenti posizioni. Non riusciva ad essere posizionato correttamente con meno di 54 aggiustamenti ogni volta che si cambiava il settaggio.

Installando 5 limit switch in 5 posizioni diverse, ognuno equipaggiato con uno switch elettrico che poteva essere alimentato indipendentemente dagli altri il problema è stato risolto. Adesso il settaggio è fatto girando un interruttore.

Un secondo esempio di approccio con il minimo comune multiplo è illustrato nella figura.

In questa operazione si utilizzava un trapano per eseguire un foro in un motore. Il blocco doveva essere riposizionato per 8 differenti profondità e ogni settaggio richiedeva di essere testato ed aggiustato.

L’aggiustamento fu eliminato montando un blocco a tampone con 8 differenti altezze su un'unica piastra. Cambiare settaggio implicava di ruotare semplicemente la piastra alla quota desiderata e di bloccarla.

Questo sistema con un movimento (one touch system) riduce il tempo di set up interno a pochi secondi.

Il sistema del minimo comune multiplo, così come il sistema con un movimento (one touch system) e i sistemi di collegamento veloci semplificano i settaggi e i posizionamenti ed eliminano gli aggiustamenti.

Questo ultimo obiettivo deve essere tenuto in mente se vogliamo evitare di non vedere le cose evidenti.

Per esempio alcune presse sono vendute con la possibilità di regolare la corsa della battuta perché aziende diverse hanno esigenze diverse.

Tuttavia questo non significa che in realtà operano con stampi con corse diverse. Queste aziende dovrebbero standardizzare l’altezza degli stampi o acquistare presse personalizzate per i loro bisogni.

La stessa logica errata è evidente quando si equipaggiano presse molto costose con il settaggio della corsa motorizzato e funzioni di regolazioni molto accurate.

Perché si investe in queste funzioni quando è molto più economico eliminare le regolazioni attraverso la standardizzazione?

Tecnica 8 – meccanizzare

…

La meccanizzazione è spesso essenziale per muovere efficacemente i grandi stampi.

…

Tuttavia gli investimenti nella meccanizzazione devono essere considerati molto attentamente. Recentemente molte aziende hanno standardizzato le dimensioni delle piastre di aggancio con un elevato grado di precisione. L’aggancio in un movimento viene fatto inserendo queste piastre in una speciale attrezzatura di aggancio. Tuttavia solo gli stampi creano il prodotto. Considerando lo scopo dell’operazione è uno spreco realizzare le piastre con tanta precisione.

La meccanizzazione deve essere considerata solo dopo che è stato fatto ogni sforzo per migliorare il set up utilizzando le tecniche descritte. I primi sette principi possono ridurre set up di 2 ore a 3 minuti, e la meccanizzazione probabilmente ridurrà il tempo solo di un altro minuto.

Lo SMED è un approccio analitico al miglioramento del set up di cui la meccanizzazione è solo un componente. Affrontare i miglioramenti con la meccanizzazione può ridurre inizialmente il tempo di set up ma non rimedierà alle inefficienze di un set up di processo mal organizzato. È molto meglio meccanizzare i set up dopo che sono stati prima semplificati con i principi dello SMED.

Le quattro fasi dello SMED 

SMED prevede un approccio progressivo per il miglioramento del set up.

Facendo questo bisogna passare attraverso quattro fasi.

Passo uno

In questa fase preliminare non si fa distinzione tra fasi interne ed esterne. Molti operazioni possono eseguite mentre set up esterni, come la ricerca delle attrezzature o la riparazione degli stampi sono fatte mentre la macchina è ferma. Questo allunga inutilmente i tempi di set up.

Passo due

Questa è la fase più cruciale nell’implementazione dello SMED.

Comporta la separazione tra fasi interne ed esterne. Fare una check list che include tutte le parti, le condizioni di lavoro, e gli step che devono essere fatte mentre la macchina funziona. Quindi il controllo del funzionamento di tutte le parti per evitare ritardi durante il set up interno. Infine l’individuazione e mettere in pratica il modo più efficiente per trasportare gli stampi e gli altri componenti mentre la macchina funziona.

Passo tre

Analizzare le operazioni attuali di set up per determinare quali delle attività svolte come set up interno possono essere fatte come set esterno. Per esempio il preriscaldamento dello stampo mentre la macchina sta ancora funzionando elimina la necessità di preriscaldare lo stampo con colpi di prova.

se alcune a ricerca del modo

Passo quattro

Esaminare sia le operazioni di set up interne ed esterne per ulteriori opportunità di miglioramento. Considerare l’eliminazione degli aggiustamenti e semplificare i metodi di aggancio.

Dalle diverse centinaia di miglioramenti ottenute con lo SMED negli anni le seguenti dimostrano particolare efficacia:

• chiara separazione tra operazioni di set up interne ed esterne
• accurata conversione dei set up interni in esterni
• eliminazione degli aggiustamenti
• agganci senza bulloni

questi metodi possono ridurre il set up a meno di un ventesimo del tempo precedente.

In fatti qualche volta i cambi possono essere in secondi eliminando gli aggiustamenti ed utilizzando il sistema del minimo comune multiplo descritto precedentemente.

Il sistema più veloce per cambiare un tool è quello di non cambiarlo per niente. Nel caso dei 5 limit switch solo la funzione della macchina è stata cambiata – da switch a switch, senza aggiustamenti meccanici o manuali.

Per rendere lo SMED un sistema funzionante nello stabilimento semplicemente mostrate i suoi metodi di base ai lavoratori e lasciate che inizino una rivoluzione SMED.