Un caso di integrazione fra lean manufacturing e industria 4.0 - Industry 4 Business

Innovazione industriale

Un caso di integrazione fra lean manufacturing e industria 4.0

Il caso di una azienda di Trieste, la Flex, che ha intrapreso un percorso di miglioramento basato su tre fattori chiave: persone, processi, infrastrutture, che hanno permesso di automatizzare la produzione eliminando gli sprechi

05 Nov 2020

Stefano Salvador

Responsabile Ufficio Imprese e Digitalizzazione Area Science Park ed esperto di processi di innovazione IP4FVG

Beatrice Baraldi

assegnista di ricerca Area Science Park e IP4FVG

Tra i Fari Manifatturieri del Friuli Venezia-Giulia riconosciuti da IP4FVG (il Digital Innovation Hub regionale) rientra Flex Ltd che, con oltre 50 anni di esperienza nel campo delle telecomunicazioni, è oggi un esempio di successo a livello mondiale. Al pari delle altre aziende premiate (tra cui si ricordano Danieli Automation, Electrolux, Premek Hi-Tech e SCM Zanussi) Flex è riuscita a consolidare il proprio ruolo di protagonista in un mercato sempre più esigente e concorrenziale sfruttando in modo strategico e consapevole le potenzialità offerte dalla digitalizzazione. In particolare, il suo caso si contraddistingue per la proficua integrazione tra tecnologie di Industria 4.0 e logiche di Lean Manufacturing, in un settore produttivo estremamente complesso e imprevedibile.

Dall’elettronica di consumo all’healthcare fino alla Lean manufacturing

Flex è oggi annoverata tra i principali player globali specializzati nella progettazione e nella realizzazione di prodotti intelligenti destinati a diverse applicazioni. Fondata nel 1969, con sede principale in California (Silicon Valley) oggi conta più di 160.000 professionisti che operano in oltre 30 paesi del mondo. I mercati principali in cui l’azienda è attiva riguardano le telecomunicazioni, l’elettronica di consumo, l’industrial device, l’automotive, l’healthcare. Lo stabilimento di Trieste concentra la sua attività soprattutto nella produzione di schede di rete in fibra ottica per i principali operatori nel campo delle telecomunicazioni e, secondariamente, nella realizzazione di smart meter.

Il mercato delle fibre ottiche è un settore molto competitivo in cui, per avere successo, è richiesto un costante aggiornamento tecnologico e professionale. La complessità degli articoli realizzati è tale da prevedere non solo un ambiente produttivo altamente tecnologico ma anche l’impiego di competenze qualificate che sappiano padroneggiare al meglio il prodotto immesso sul mercato, sia dal punto di vista tecnico che progettuale. Ad esempio, è richiesta un’elevata dimestichezza nel saper analizzare e risolvere eventuali guasti emersi duranti i collaudi, in modo da poter scartare il minor numero di schede possibile; oppure, una delle principali criticità che l’azienda è costretta a fronteggiare riguarda il layout del prodotto richiesto dal cliente. È quest’ultimo, infatti, a fornire il design della commessa che l’azienda è chiamata a realizzare, verificando il corretto funzionamento del risultato finale e il rispetto degli standard di qualità. Questo comporta la possibilità che il progetto ricevuto presenti incoerenze o difficoltà di fabbricazione, prevedendo la necessaria collaborazione con l’azienda cliente per risolvere le non conformità riscontrate.

Di conseguenza, ravvisando nell’esperienza e nella professionalità del proprio personale la vera garanzia di efficienza, l’approccio dell’azienda alla rivoluzione 4.0 è stato human centered. Essendo cioè il contributo del singolo insostituibile, l’evoluzione tecnologica è stata attuata allo scopo di coadiuvare gli operatori nell’esercizio delle loro mansioni quotidiane, per potenziare la loro attività e per semplificare il loro lavoro. La chiave del successo di Flex consiste appunto nell’aver compreso l’importanza del fattore umano in processi di cambiamento di grande portata e di aver perseguito l’innovazione attraverso il coinvolgimento di tutto lo staff aziendale, dal management agli operatori coinvolti direttamente nelle varie fasi del flusso produttivo. Tale è stata la prima grande premessa alla digital transformation. La seconda ha riguardato l’ottimizzazione delle logiche produttive secondo le linee guida del Lean manufacturing (o produzione snella).

Quello di Flex è stato un percorso ragionato e continuativo che, attraverso step successivi ha portato l’azienda a essere un Faro dell’innovazione digitale. Tale percorso di miglioramento si è basato su tre fattori chiave, pilastri fondamentali del successo d’impresa: persone, processi, infrastrutture.

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Figura – Reparti interni di Flex Trieste

Verso la Lean production

Le persone

Dato il settore in cui opera, fin dalla sua fondazione Flex ricerca personale con competenze tecniche altamente specializzate e attiva regolarmente percorsi di formazione interna. Come anticipato, il fattore umano è sempre stato e rimane uno dei capisaldi di sviluppo per l’azienda. Per questo i primi passi verso il rivoluzionario percorso di trasformazione digitale hanno riguardato l’efficientamento del personale, ottenuto attraverso solidi programmi di training, in modo che ciascun dipendente potesse partecipare attivamente al processo di cambiamento. Parallelamente è stato gestito un lavoro di analisi completo e dettagliato sui profili operanti nell’organico aziendale, volto ad accertare conoscenze, abilità ed esperienze acquisite da ciascuno nel corso della propria carriera. Tale attività ha portato alla definizione di un’esaustiva skill matrix, capace di ricondurre ciascun operatore al tipo di mansione, prodotto o strumentazione che gli permettesse di garantire il miglior rendimento, assicurando in tal modo la massima efficienza del processo produttivo. Inoltre, confrontando periodicamente la matrice delle skill presenti in fabbrica con quanto richiesto dal mercato, è ora possibile dedurre lo stato di aggiornamento delle competenze interne all’impresa e stabilire tra esse quali siano le carenze da colmare per affrontare le sfide future. Assegnando a ciascuno la posizione operativa più congeniale, si è riusciti anche a definire in maniera specifica e strutturata i percorsi di training destinati ai nuovi assunti, nonché i programmi di aggiornamento necessari per raggiungere livelli di accreditamento superiori. Il tutto gestito attraverso il supporto di innovativi strumenti di training management, estesi a tutti gli impiegati impegnati nella produzione.

Attualmente sono previste più di 20.000 ore di formazione all’anno, parte delle quali riservate all’allineamento sulle metodologie Lean e Six Sigma applicate al manufacturing. A tal proposito è stata creata anche una specifica funzione di staff (il Lean program office) per coordinare l’introduzione intelligente delle migliori strategie riguardanti la gestione della produzione in chiave snella.

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Figura – Reparti interni di Flex Trieste

Il processo

Il principale obiettivo del Lean program office è perseguire l’evoluzione dei processi attraverso i principi del Lean Six Sigma, onde evitare spreco di tempo e materiale durante le fasi operative e aumentare la capacità produttiva limitando il bisogno di risorse aggiuntive.

Applicando in particolare tre concetti chiave propri di tale metodologia, il team aziendale è riuscito a ottimizzare l’organizzazione del flusso di lavoro.

Manufacturing Cells Approach

Questo approccio strategico prevede innanzitutto un’attenta revisione dei processi produttivi distinguendo all’interno di essi le attività necessarie a rendere l’articolo finale conforme alle richieste del cliente (attività a valore aggiunto) da quelle superflue, che implicano il dispendio di energie e materiali senza ricavare reale beneficio. Rendere un processo efficiente significa innanzitutto eliminare gli sprechi, ossia tutto ciò da cui non è possibile ottenere profitto in termini di tempo e risorse risparmiate o di vantaggio competitivo sul prodotto offerto al mercato.

Per farlo, l’azienda è ricorsa a strumenti di visual management offerti dal Lean thinking: sistemi di gestione visiva dei dati e delle informazioni riguardanti l’andamento della produzione (come grafici e schemi) funzionali al monitoraggio e alla comprensione del flusso di lavoro in ogni sua fase. Uno di questi è il cosiddetto Diagramma a Blocchi, in cui ciascun blocco (o casella) rappresenta una della attività che compongono il processo produttivo, connesse tra loro step by step. Il secondo è il Value Stream Mapping, capace di tracciare l’intero percorso di realizzazione del prodotto attraverso la catena del valore, dalla richiesta di materiale al fornitore alla consegna della merce al cliente. Il terzo strumento di visualizzazione grafica è la Spaghetti Chart, dove i percorsi compiuti dagli operatori e dal materiale nello shopfloor vengono tracciati da linee colorate.

Si tratta di risorse efficaci e applicabili all’interno di ogni organizzazione, che permettono di dedurre la logica gestionale alla base di ogni modello produttivo, al fine di ridurre al minimo movimenti di materiali, operatori e prodotti.

Una volta snellito il processo eliminando le attività non funzionali, è necessario altresì organizzare quelle fondamentali in maniera intelligente, in modo da garantire continuità operativa tra le azioni precedenti e successive, in un sistema in cui operatori e macchine possano lavorare in completa sinergia e in perfetta coordinazione tra loro, evitando qualsiasi forma di spreco. È lo scopo dell’approccio produttivo cosiddetto cellulare. In esso, ogni cella è composta da macchinari raggruppati sulla base dell’affinità delle operazioni svolte, riducendo la distanza percorsa da materiali e persone. Delineato il sistema a celle, per ognuna di esse è stato poi stabilito il Takt Time, ossia il ritmo produttivo che una cella deve mantenere per soddisfare il livello della domanda, tradotto in FTE.

Avendo dunque performato il paradigma di processo, è stato infine riportato su modello CAD 3D il layout ottimizzato del reparto produttivo, onde verificarne l’effettiva applicabilità prima di adattare la disposizione dei macchinari e le dinamiche di movimentazione all’interno dello shopfloor. Si è trattato di uno step di fondamentale importanza, in quanto la nuova planimetria è stata progettata e realizzata in corso d’opera, senza comportare l’arresto degli impianti.

  • Production Pull System

L’adesione al Cell Manufacturing Model e la progressiva eliminazione degli sprechi hanno comportato, come diretta conseguenza, l’abbandono di una logica produttiva cosiddetta pull a favore di una strategia operativa push. Della produzione, cioè, di lotti di grandi dimensioni volta a prevenire le possibili richieste del cliente a vantaggio di un sistema basato su lotti di piccole dimensioni, calibrati sull’effettivo fabbisogno di mercato. Si è trattato di un passaggio cruciale per l’azienda, che le ha permesso di raggiungere il livello di flessibilità ottimale richiesto dal settore delle telecomunicazioni, dove l’andamento della domanda è incostante e obbliga i professionisti ad adeguarsi di continuo a nuove urgenze ed esigenze.

  • Standardizzazione

Terzo intervento essenziale è stata la standardizzazione completa dello stabilimento, in ogni suo aspetto: dai kit da lavoro al sistema di trasporto nello shopfloor. Il tutto per agevolare il rispetto e l’ottimizzazione del Takt Time stabilito in ciascuna delle celle.

A tal proposito, sono state anche introdotte tecniche di Lean supermarket: soluzioni di interscambio intelligente del materiale tra una fase e l’altra della catena produttiva. Esse prevedono che ciascun componente destinato all’assiemaggio venga riposto in appositi vassoi disposti a file di tre, secondo un criterio ben individuabile, su scaffali adibiti all’uso. Tale sistema di organizzazione visiva permette l’allineamento sincrono tra due momenti successivi della lavorazione: l’operatore incaricato sa di poter procedere all’assemblaggio di un determinato articolo solo quando i tre vassoi corrispondenti risultano disponibili. In questo modo, anche in un contesto caratterizzato da un’elevata capacità produttiva, dove è richiesto il montaggio di più oggetti alla volta, viene assicurata l’esattezza di ciascuna operazione, eseguita al momento più opportuno.

L’apice di questo percorso di evoluzione dei processi in chiave Lean è stata l’introduzione di Andom Boards, lavagne digitali capaci di aggiornare costantemente e in tempo reale gli operatori sullo stato di avanzamento della produzione. Nello specifico, i dati visibili sui display riguardano:

  • il ritmo di lavoro mantenuto rispetto al Takt Time calcolato per ogni cella;
  • la quantità di articoli prodotti durante il giorno;
  • la quantità di articoli prodotti durante il mese corrente;
  • il numero di riparazioni sul campo fatte durante il giorno e il mese;
  • la lista di difetti rilevati sugli articoli prodotti da una cella e verificati dagli addetti al controllo qualità;
  • i KPI utilizzati per monitorare il livello di qualità dell’assemblaggio.

Dalla logica Lean manufacturing alla tecnologia Digital

Infrastrutture

L’approdo di questo lungo e coinvolgente lavoro di riorganizzazione delle procedure esecutive e gestionali nello shopfloor è stato l’inserimento efficace e funzionale di nuove soluzioni 4.0. I benefici che la digitalizzazione ha portato in azienda hanno interessato l’intera catena del valore: dalla logistica (con l’implementazione di un sistema AGV- Automated Guided Vehicle destinato alla movimentazione del materiale dal magazzino al reparto produzione) alla fase di test e collaudo del prodotto finale.

I primi cambiamenti importanti hanno riguardato la fase di assemblaggio, momento cruciale del percorso produttivo che presenta notevoli difficoltà. Infatti, per via del design delle schede, i processi di montaggio sono difficilmente automatizzabili e necessitano del contributo manuale da parte di operatori esperti e competenti. Tuttavia, la preparazione dei kit di lavoro (la distinta base di ogni unità da costruire) è un’operazione non priva di difficoltà: i componenti destinati all’assiemaggio di prodotti diversi sono spesso molto simili e difficilmente distinguibili ad occhio nudo, soprattutto se si tratta di costituenti di piccole dimensioni. Proprio per ovviare a tale problematica è stato implementato un sistema di kitting semiautomatico per la minuteria meccanica. Tale sistema consente la raccolta intelligente dei componenti necessari alla realizzazione di un dato articolo, ottimizzando i tempi di lavoro ed evitando errori nella distribuzione delle parti. Funziona grazie ad un sistema di Pick to Light: display luminosi installati sulle scaffalature che indirizzano gli operatori verso il prelievo del materiale corretto, nella quantità esatta. Ciascun componente prelevato e utilizzato lungo la catena di montaggio viene inoltre registrato, grazie al sistema MES (Manufacturing Execution System), in un database completo ed esaustivo, capace anche di ricostruire il percorso di ogni singola unità lungo il flusso di operazioni e collaudi. La tracciabilità completa dei processi e dei materiali, infatti, è uno dei requisiti imposti dalle normative internazionali e richiesto sempre più spesso dagli stessi clienti.

Nello specifico, alcune delle informazioni raccolte dal MES riguardano:

  • le operazioni susseguitesi durante il flusso di lavoro;
  • l’assemblaggio dei componenti;
  • il percorso di ogni singolo componente;
  • lo storico delle rilavorazioni;
  • lo storico delle riparazioni sul campo.

Il software, collezionando i dati dal reparto produttivo, è stato l’elemento chiave per l’automazione di altre importanti attività, come il functional testing finale. Sfruttando le opportunità offerte dalla data analysis, infatti, tutte le attrezzature di collaudo implementate in azienda sono state rese automatiche, annullando in tal modo ogni possibilità di errore umano in una fase del lavoro estremamente delicata, durante la quale è richiesta assoluta precisione.

Tuttavia, il rischio di poter rinvenire durante il processo di verifica finale qualche componente errato o male assemblato è minimo, non solo grazie alla soluzione di kitting automatico implementata in fase di assiemaggio ma anche ad altri sofisticati sistemi di controllo che permettono di vagliare, fin dal momento della fornitura, il materiale destinato all’utilizzo. Infatti, nelle schede di fibra ottica ciascun elemento implementato deve essere calibrato sulla base di parametri ben stabiliti. Per farlo, è necessario disporre di dati inviati dai fornitori stessi che esplicitino le specifiche tecniche dei loro componenti. Tali dati vengono raccolti in maniera automatica attraverso un sistema denominato Electronic Data Files e messi a diposizione delle piattaforme di collaudo per il functional test finale. Ma c’è di più. Servendosi delle informazioni inserite nel database il sistema è capace di distinguere, già in fase di approvvigionamento, i componenti che possono essere impiegati per la realizzazione dei prodotti da quelli che presentano caratteristiche non idonee all’utilizzo, evitando quindi di stoccare in magazzino materiale non conforme ai requisiti funzionali richiesti.

Il controllo qualità applicato ai prodotti non è volto solamente a testare il corretto funzionamento del software ma anche ad accertare l’integrità di ogni unità. Infatti, i connettori di fibra ottica, per poter garantire una resa ottimale, non devono presentare alcun tipo di graffio o altro danno estetico: la luce all’interno della fibra viaggia su core vetroso dal diametro di 9µ e qualsiasi imperfezione significherebbe perdita di segnale. Tale esigenza implica un lavoro di ispezione molto dettagliato, in origine svolto dall’operatore attraverso microscopi o visori, oggi reso completamente automatico grazie a strumenti digitali di ultima generazione, capaci di scannerizzare e analizzare tutti i nuclei delle fibre, minimizzando il contributo del personale di fabbrica. Oltre a sofisticati dispositivi handheld è stato installato un sistema robotizzato di ispezione visiva per un ultimo, decisivo controllo sul prodotto finito, prima che ne venga allestita la spedizione. Questi esamina gli articoli in 3D, scattando fino a 500 foto al minuto e rintraccia qualsiasi tipo di non conformità (graffi, etichette mal poste, viterie mal chiuse…). I dati e le fotografie ricavati vengono salvati come prova dell’impeccabilità dei prodotti consegnati ai clienti, oltre a costituire un utile set di dati a cui attingere per sviluppare nuove analisi e schiudere nuove prospettive di ricerca.

Immagine che contiene interni, edificio, tavolo, cibo Descrizione generata automaticamente

Figura – Reparti interni di Flex Trieste

Conquiste e prospettive di una digital factory

Oggi, grazie alla riprogettazione dei processi e all’implementazione tecnologica, l’azienda si riconosce più forte nelle proprie capacità produttive e manageriali.

L’estrema puntualità garantita in fase di montaggio e collaudo, la drastica riduzione dei guasti e dei difetti nei prodotti, l’ottimizzazione dei tempi di lavoro e la miglior capacità di reagire prontamente agli imprevisti o alle nuove esigenze dei clienti sono stati i principali vantaggi offerti dalla digitalizzazione. L’aumento di competitività e l’incremento dei profitti che ne sono derivati hanno dato all’azienda ampio margine per progettare nuovi percorsi di sviluppo. Attualmente Flex è orientata verso la continua innovazione tecnologica, tanto dei prodotti quanto dei processi di lavoro, investendo soprattutto nell’automazione. Il prossimo passo sarà l’introduzione di applicazioni di realtà aumentata per assistere ulteriormente gli operatori durante l’attività di assemblaggio. Inoltre, importanti risultati stanno per essere raggiunti anche all’interno dei magazzini (con l’introduzione di sistemi di etichettatura elettronica e conseguente eliminazione delle registrazioni cartacee) e nel settore dello smart metering. Per quest’ultimo è previsto un ambizioso progetto di integrazione, volto ad interfacciare sistemi gestionali sinora indipendenti creando un’unica catena automatizzata.

La realizzazione del progetto di lean manufacturing in industria 4.0 ha dimostrato quanto un approccio collaborativo possa portare a traguardi assolutamente vantaggiosi, soprattutto all’interno di una grande organizzazione. Per questo l’azienda si è impegnata ad elaborare una strategia ragionata per coinvolgere il più possibile ciascun dipendente nel piano di sviluppo aziendale. Allo scopo è stato istituito un comitato incaricato di raccogliere eventuali proposte e suggerimenti che, dopo essere stati adeguatamente valutati, potrebbero sfociare in vere e proprie opportunità di miglioramento. In ogni stabilimento Flex è anche presente una divisione operativa incaricata di supportare le iniziative di training riguardo alle tematiche Lean e Six Sigma, con regolari corsi teorici e percorsi di certificazione interna dal Yellow al Black Belt.

L’esperienza di Flex ha dimostrato che la digitalizzazione delle infrastrutture, per essere efficace, non può prescindere da un drastico rinnovamento metodologico e culturale. Solamente un flusso di lavoro perfezionato, ottenuto attraverso la riduzione degli sprechi e delle attività povere di valore aggiunto, si presterà ad essere potenziato da strumenti di ultima generazione. L’attività di data collection & analysis, fondamento di ogni digital factory, per assicurare i risultati previsti deve poter essere svolta sulla base di informazioni esatte ed essenziali, ricavate da processi altrettanto puntuali e ben organizzati. Altrimenti il dato digitale avrà come unico risultato quello di tradurre errori e inefficienze.

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Si ringraziano Sergio Bosso (General Manager di Flex Ltd), Stefano Bonifacio (Engineering Manager di Flex Ltd) e Nicola Graffi (Operation Manager di Flex Ltd) per l’intervista che ha reso possibile la stesura del presente articolo.

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Stefano Salvador
Responsabile Ufficio Imprese e Digitalizzazione Area Science Park ed esperto di processi di innovazione IP4FVG
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Beatrice Baraldi
assegnista di ricerca Area Science Park e IP4FVG
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