LOGISTICA INDUSTRIALE LEZ 1: 25/09/2023 INTRODUZIONE AL CORSO Docente: Giuseppe D’Alessandro Esame: orale che può comprendere anche esercizi quantitativi Logistica esterna: tutti i trasferimenti esterni allo stabilimento produttivo; Logistica interna: tutto ciò che accade internamente allo stabilimento produttivo. Approfondiamo il concetto di logistica: come definizione storica, infatti, il termine logistica deriva dal gergo militare, in particolare dal Greco. I termini da cui deriva fanno riferimento ai concetti di “calcolo”, “ordine” e “logica”, e infatti questi concetti rientrano pienamente nel significato di logistica. A sinistra vi è l’immagine dello sbarco in Normandia: questa operazione di sbarco è stata una delle operazioni logistiche più importanti della storia della logistica, intesa qui come arte militare che cura la gestione delle scorte militare e la gestione ottimale di uomini, mezzi e materiali che vanno coordinati per raggiungere uno scopo. Da questa interpretazione si è passati poi al concetto di logistica industriale. Essa si distingue, ad esempio dalla logistica dei servizi (distribuzione dell’energia, ad esempio) e dalla logistica bellica. A noi interesserà la logistica dei processi produttivi, dei sistemi produttivi, degli stabilimenti→logistica industriale. La logistica industriale deve mettere insieme materiali, risorse umane, risorse tecnologiche per realizzare la produzione, partendo da materie prime, gestendo le fonti di materie prime, gestendo i processi di produzione (le lavorazioni sui materiali che arrivano dall’esterno) e provvedendo alla distribuzione dei materiali lavorati, occupandosi del trasporto di semilavorati o prodotti finiti ai clienti del sistema produttivo. Definiamo, nel campo della gestione d’impresa, la funzione logistica il governo del sistema dei flussi di materiali che l’impresa organizza a partire da un insieme di fonti, attraverso processi che impiegano risorse, fino a collocare i prodotti in una serie di canali di sbocco (i clienti del sistema produttivo). Tutta questa concatenazione di fasi, a partire dall’approvvigionamento delle materie prime necessarie alla produzione, alla gestione della produzione e quindi all’organizzazione delle risorse per la trasformazione delle stesse, fino al trasporto finale ai clienti, prende il nome di logistica industriale. N.B: Potremmo anche definirla catena del valore o supply chain… La logistica consiste nel mettere insieme risorse e materiali, organizzare una combinazione ottimale di questi fattori per realizzare il processo produttivo a partire dall’approvvigionamento per finire con la distribuzione dei prodotti ai clienti. Nella logistica industriale noi vediamo una “scatola”, il sistema produttivo, in cui troviamo inserite le risorse produttive, umane e tecnologiche (macchine, impianti e attrezzature) all’interno della quale entrano le materie prime dall’esterno tramite la fase di approvvigionamento. Subito a valle della produzione c’è la distribuzione verso i clienti. Questo sistema, quindi, gestisce sia entità fisiche, e quindi sarà caratterizzato da un flusso fisico, ossia un flusso dei materiali che va da valle verso monte, sia entità non materiali, ossia le informazioni necessarie per organizzare tutte queste operazioni. La logistica, quindi, è un campo molto più ampio di quello che ci si poteva aspettare! Spesso confondiamo la logistica con la semplice attività di trasporto e trasferimento dei materiali, che risulta invece essere solo una parte della logistica. La logistica dei trasporti, così detta, è conosciuta anche come parte dinamica della logistica industriale, ossia la parte del movimento. Ad essa si associa anche una parte statica della logistica. Questo perché la componente del movimento, che è tipico della logistica va sempre e comunque a trasformarsi alla fine in una parte statica di immagazzinaggio/stoccaggio→in tutto il processo dall’approvvigionamento delle materie prime alla produzione dei prodotti finiti, ad un certo punto il materiale deve pur fermarsi e trovare una collocazione in attesa delle fasi successive: è questa la componente statica della logistica industriale che si occupa dello stoccaggio e dell’immagazzinaggio e della gestione dei magazzini! Quindi la logistica non si occupa solo della movimentazione e degli spostamenti dei materiali! La logistica industriale si occupa anche dell’ottimizzazione degli stoccaggi, ossia di quelle fasi in cui i materiali restano fermi da qualche parte. Questo aspetto è molto importante, che concerne sia la logistica esterna (approvvigionamento delle materie prime a monte della fabbrica e distribuzione dei prodotti finiti a valle della produzione) sia la logistica interna. Avremo dei punti di disaccoppiamento o di arresto dei flussi sia esternamente che internamente alla fabbrica. Questo perché avremo nel nostro stabilimento un ciclo di lavorazione, caratterizzato da una serie di fasi→tra una fase e l’altra potremmo avere necessità di fermare i flussi, soprattutto se parliamo di produzioni che non sono continue (tipiche dell’industria chimica e siderurgica) o in serie. Nella produzione di manufatti, e in generale nelle produzioni per parti, in uno stesso stabilimento avremo cicli di produzione differenti e quindi su alcune o tutte le risorse del ciclo avremo delle code di materiali in attesa di lavorazione che costituiranno i magazzini interni tra le diverse lavorazioni. Esternamente, poi, il materiale si fermerà in dei magazzini esterni tanto in attesa di essere prelevato per la produzione (in ingresso da monte) tanto in attesa della spedizione (alla fine del ciclo). Ricapitolando, la logistica industriale comprende tanto aspetti dinamici (trasporto sia esterno sia interno) tanto aspetti statici, che riguardano l’immagazzinamento e lo stoccaggio dei materiali. Ci occuperemo di entrambi gli aspetti. Quindi, nell’ambito della logistica industriale, distingueremo in: • LOGISTICA INTERNA allo stabilimento; • LOGISTICA ESTERNA allo stabilimento; La logistica ESTERNA studia e organizza i flussi di materiali che convergono sullo stabilimento (approvvigionamento-fornitori) e da questo si diramano verso i mercati di sbocco (distribuzione clienti). La parte dinamica esterna è caratterizzata dai diversi mezzi di trasporto, tra cui il trasporto stradale, navale, ferroviario e aereo. Il trasporto navale e aereo sono ormai quelli più utilizzati vista la globalizzazione La logistica INTERNA gestisce i flussi di materiali e informativi necessari allo svolgimento della fabbricazione, cioè della trasformazione delle materie prime in semilavorati o dei semilavorati in prodotti finiti. La Logistica INTERNA studia e organizza le modalità di stoccaggio dei materiali ed i relativi flussi distributivi tra le unità operative di stabilimento (singole macchine utensili, sistemi complessi di lavorazione, postazioni manuali di controllo, stazioni di assemblaggio ecc). In merito alla logistica INTERNA, ci occuperemo anche di analizzare i sistemi di movimentazione della logistica interna, noti anche come sistemi di handling, che permettono di realizzare il flusso produttivo all’interno dello stabilimento, e quindi tutti quei sistemi che consentono sia di movimentare i materiali nei magazzini di arrivo (di materie prime) e finali (prodotti finiti) sia quei sistemi che consentono di spostare il materiale all’interno del ciclo di lavorazione, da una fase all’altra. Tra questi menzioneremo: - carrelli manuali, - carrelli motorizzati, - gru, - paranchi (sollevamenti e spostamenti verticali), - argani, - nastri trasportatori (convogliatori), - sistemi pneumatici, - carroponti (combinazioni di paranchi e strutture mobili su guide), - flussi d’aria, - tavole vibranti, - robot Entreremo nel merito della gestione (anche economica) di questi sistemi di trasporto→necessario conoscere gli aspetti tecnici della logistica (caratteristiche dei sistemi di trasporto interno ed esterno) e coniugarli a quelli economici, di gestione, che vanno presi in considerazione perché spesso ci si trova nella situazione di prendere delle decisioni tra diverse alternative, e noi vogliamo prendere quella migliore→esito del miglior bilanciamento tra scelte tecniche e condizioni economiche (i riflessi e gli impatti della nostra scelta sul conto economico). LOGISTICA INDUSTRIALE E COMPETITIVITA’ Approfondiamo l’importanza della logistica industriale in termini di competitività, efficienza e produttività di un’attività manifatturiera. La logistica è un fattore essenziale per il vantaggio competitivo nella gestione d’impresa: se l’obiettivo della logistica è quello di combinare in maniera ottimizzata le risorse che devono operare sui materiali in modo da raggiungere determinati livelli di efficienza e rapidità nella produzione, allora è vero che la logistica è in grado di influire pesantemente sulla competitività di un’impresa rispetto ai concorrenti operanti sullo stesso mercato. Dovendo curare tutto il processo di produzione, anche allargato all’esterno (quindi con ciò che sta a monte e a valle), la logistica è importantissima se l’obiettivo dell’impresa è quello di soddisfare le richieste dei clienti! I clienti effettuano gli ordini, scegliendo sul mercato un cliente piuttosto che un altro, e questi ordini devono essere soddisfatti nel minor tempo possibile e con la massima qualità (in linea di massima). La logistica si sposa quindi con l’essenza dell’impresa: soddisfare il mercato in tempi ristretti, con la massima velocità e con il minimo dei costi. Ciò ottimizza anche la marginalità dell’impresa e delle sue attività, perché ottimizzare i costi vuol dire aumentare i margini a parità di prezzo di vendita. Come misuriamo gli effetti di una buona gestione logistica? Possiamo individuare alcuni aspetti della gestione logistica che rappresentano il “miglioramento di competitività”: • Grado di utilizzo delle risorse: dipende da come riusciamo a sfruttare le risorse a disposizione, con gli accorgimenti logistici adeguati, in modo tale che risultino il più efficienti possibile. Le risorse sono sia umane che strumentali (macchine, impianti ecc…) e rappresentano un investimento. Le risorse sono lì per essere utilizzate in maniera ottimale. Fare in modo che i materiali giungano a queste risorse in maniera rapide, efficace ed efficiente vuol dire sostenere dei costi che vengono ripagati tramite i risultati produttivi ottenuti. Nella vecchia logica produttiva, questa dimensione era fondamentale, perché l’obiettivo era massimizzare il grado di utilizzo per realizzare una produzione adeguata e tale da distribuire i costi fissi (elevati, visto il grande investimento legato all’impianto) su un volume di produzione molto elevato (ottenendo una minore quota unitaria dei costi fissi per unità prodotta). Ci si è accorti nel tempo che in realtà è più importante avere una capacità di reazione alle richieste del mercato (soddisfare gli ordini rapidamente, senza fare stoccaggi) che massimizzare l’impiego delle risorse e quindi “riempire i magazzini”. Questo perché la logica di aumentare il grado di utilizzo porta ad aumentare le scorte e quindi il valore dei prodotti immobilizzati a magazzino. Ci si è resi conto che conveniva maggiormente favorire una produzione snella e just in time. La logistica permette di regolare il grado di utilizzo delle risorse e, dovendo anche gestire la produzione e tutti i flussi interni attraverso una corretta gestione e distribuzione delle informazioni, può riuscire a tenere basse le scorte e a farlo rispondere più rapidamente alle richieste del mercato→bassi costi di capitale immobilizzato nelle scorte e maggiore velocità di produzione e di completamento del ciclo produttivo. Infatti, un’altra dimensione importante è la seguente. • Lead time o tempo di attraversamento o tempo di flusso: è il tempo necessario per far attraversare tutto il sistema di produzione da un articolo che deve essere realizzato, a partire dal momento in cui esso viene caricato sulla prima stazione di lavoro del suo ciclo (dopo essere stato prelevato dal magazzino iniziale). È il tempo che va dalla prima all’ultima lavorazione dell’articolo. La logistica interviene anche in questa dimensione: infatti, all’interno del sistema il tempo di flusso è dato dalla somma legata ai diversi spostamenti, legati tanto ad uno spostamento interno tra le fasi di lavorazione, tanto allo stoccaggio interno tra le fasi e tanto al tempo di lavorazione nelle diverse fasi! π‘ππππ ππ ππ‘π‘πππ£πππ πππππ‘π = π‘ππππ ππ πππ£ππππ§ππππ + π‘ππππ ππ π‘πππ ππππ‘π πππ‘ππππ + π‘ππππ ππ ππ‘π‘ππ π πππ πππππ§π§πππ Sommando questi tre tempi riusciamo a tenere traccia del tempo di attraversamento di ciascun articolo nel sistema. L’obiettivo è accorciare quanto più possibile questo tempo per far fronte velocemente alle richieste dei clienti. Questo può essere fatto ad esempio ottimizzando le lavorazioni (se su una macchina riesco ad ottimizzare la lavorazione, la svolgo in meno tempo), minimizzare il tempo di attesa nei magazzini interni e minimizzando i tempi di trasporto interno. È importante, quindi, che la logistica riesca a fare bene il suo lavoro, che quindi riguarda non solo le scelte circa il sistema del trasporto interno, ma anche scelte circa le logiche di gestione della produzione e dei magazzini (sia dal punto di vista strutturale, perché avremo diverse strutture di magazzini con diverse caratteristiche, sia dal punto di vista della gestione delle code che si vengono a creare in un magazzino). Il Lead Time (tempo di attraversamento o CT, tempo ciclo) è legato alla quantità di materiale che si trova all’interno del sistema (Work-inProcess, WIP) e al costo di materiale, ossia alla immobilizzazione di capitale, tramite la LEGGE DI LITTLE: ππ» = ππΌπ ππ ππ’π ππΌπ = πΆπ ∗ ππ» πΆπ Secondo la legge di Little, la quantità di materiale che si trova in un determinato istante all’interno di un sistema di produzione a regime è uguale al tempo ciclo (CT) moltiplicato il throughput del sistema (TH, il numero di unità di prodotti che vengono realizzati nell’unità di tempo→se prendiamo come riferimento temporale un turno lavorativo, il TH è il numero di unità che possono essere realizzate nell’arco di tempo corrispondente ad un turno di lavoro). Se conosciamo il tempo di attraversamento o tempo ciclo e conosciamo il throughput, allora possiamo calcolare la quantità di materiale che si trova all’interno del sistema. La relazione è importantissima e riflette l’importanza della logistica perché, a parità di throughput, riducendo il tempo di attraversamento (somma dei tre tempi visti prima) riesco a ridurre anche il WIP (materiale che si trova nel sistema)! Il WIP è un indice del capitale immobilizzato nell’impresa per realizzare la produzione, che è quindi un onere per l’azienda perché il capitale ha un costo (in termini di interessi passivi) che ha un’incidenza sul conto economico→ecco che la logistica ha impatti positivi non solo dal punto di vista di reazione al mercato ma anche dal punto di vista economico-gestionale in termini di revisione e miglioramento del conto economico tramite riduzione del tempo ciclo. I ragionamenti fatti sul Lead Time ci permettono di approfondire un attimo alcuni aspetti: è vero che (quando parliamo di sistema) è importante ridurre il tempo di attraversamento nel sistema, ma è anche chiaro che, essendo la logistica industriale estesa anche a monte e a valle (logistica esterna di approvvigionamento e distribuzione), vada considerata tutta la catena se vogliamo essere rapidi e reattivi alle richieste dei clienti. Oltre al problema appena visto circa l’ottimale programmazione della produzione (e quindi dei trasporti interni), bisogna anche porsi il problema dei trasporti esterni per approvvigionamento e distribuzione. È la somma di tutti questi tempi, in quanto preponderanti (non parliamo mica di ore qui, spesso parliamo di giorni!), a darci effettivamente il tempo di risposta alle richieste del mercato. Questo perché una volta ricevuto l’ordine dobbiamo: curare gli approvvigionamenti dai fornitori esterni, trasportare i materiali dai fornitori allo stabilimento (tempo importante, esterno), realizzare la produzione (tempo di attraversamento, interno) e distribuire il prodotto al cliente che ha effettuato l’ordine (tempo importantissimo, esterno). La logistica agisce sulla somma di tempi esterni ed interni. Capiamo quindi che il problema a monte dei fornitori e il problema a valle delle diverse destinazioni dei clienti (sbocchi sul mercato) vanno affrontati in maniera attenta: quindi, se bisogna fare una scelta di impresa che riguarda l’attivazione di una produzione e quindi di uno stabilimento, bisogna porsi il problema della ubicazione dello stabilimento rispetto tanto al punto di origine (monte) tanto al punto di destinazione (valle). Questo problema è noto come problema di localizzazione o problema di scelta ubicazionale, ed è uno dei problemi più importanti della logistica: come facciamo ad orientarci quando dobbiamo decidere dove realizzare un impianto di produzione, in un contesto che è fortemente globalizzato come quello attuale? Questo sarà il nostro primo argomento, e vedremo che, come elementi decisionali, non ha solo i costi logistici, ma essi sicuramente risultano fondamentali. OSS: Si definisce Elasticità del sistema di produzione la capacità dell’impresa di soddisfare tempestivamente gli ordini dei clienti (tempi di consegna a partire dalla ricezione dell’ordine). È inversamente proporzionale al Lead Time medio di produzione ed è influenzata dalla distanza tra lo stabilimento produttivo e il mercato di riferimento. OSS: Delivery Time = Lead Time + Shipment Time UBICAZIONE DI UNO STABILIMENTO PRODUTTIVO Ci riferiremo principalmente a tutti i fattori che entrano in gioco nel fare una scelta di questo tipo, con un focus particolare alle questioni logistiche, ossia tutte le problematiche legate al trasporto di materiali sia in approvvigionamento (dalle fonti di materie prime all’unità produttiva) sia in distribuzione (trasporto dei prodotti finiti dall’unità produttiva ai destinatari finali). Queste scelte possono essere condotte tramite tre metodi teorici decisionali (che nella realtà vanno poi affinati). Innanzitutto, la scelta della collocazione sul territorio dell’unità produttiva può essere di due tipologie: • Di macroarea: se ci riferiamo ad un’area geografica molto ampia. Considerato che ormai le produzioni sono globalizzate, parliamo di una scelta localizzativa da effettuare tra alternative che coinvolgono nazioni e certe volte continenti differenti. Ci poniamo il problema di realizzare lo stabilimento in Europa, piuttosto che in Asia o in America. Questa scelta è anche nota come “scelta territoriale” o “scelta ubicazionale”; • Di microarea: quando ci riferiamo ad un’area industriale, una zona industriale anche estesa, la scelta è più semplice, ed è una scelta di microarea o “scelta del terreno o lotto” su cui realizzare lo stabilimento. Noi ci interesseremo sulle scelte di macroarea. Nel dettaglio, in riferimento alle scelte di macroarea, i fattori che intervengono nella scelta sono di varia natura. Tra i fattori più importanti sui quali interrogarci nella scelta ubicazionale ritroviamo: • Politiche di sviluppo statali, regionali e territoriali: parliamo di fattori inerenti alle politiche industriali delle singole nazioni. Parliamo di nazioni dotate di governi che sviluppano le proprie politiche industriali, caratterizzate da opportunità, agevolazioni, contributi all’industrializzazione. Ci sono una serie di spinte all’industrializzazione di aree attrattive in termini di investimenti. Un’area può essere attrattiva se ricca di infrastrutture, porti, interporti, reti ferroviarie, stradali ecc. Capire le politiche industriali degli stati ci permette anche di capire l’accessibilità a fondi e contributi. N.B: trascureremo per semplicità tutti quei fattori esogeni imprevedibili, che dipendono da situazioni avverse geopolitiche (basti pensare alla guerra in Ucraina) che non possiamo governare! • Posizione dei mercati di sbocco (in senso geografico e volumetrico): la collocazione di uno stabilimento può essere più vicina o più lontana rispetto ai mercati di riferimento per la collocazione dei prodotti. Se abbiamo dei mercati di riferimento già predeterminati e ipotizzati, coi relativi volumi di vendita, potremmo scegliere di avvicinarci con la nostra ubicazione il più possibile a quelle aree che assorbiranno la maggior parte dei volumi. Questo perché in una logica “di valle”, di trasporti e distribuzione delle merci avremmo un minor peso economico della gestione, essendo più vicini alle destinazioni. Piccola digressione: si noti come i trasporti quindi dal punto di vista economico costituiscano un costo imponente, e bisogna pertanto imparare le unità di misura che vengono usate in logistica per valorizzare i costi di trasporto. Ci sono 2/3 unità di misura importanti che vengono usate in logistica. Innanzitutto, parlando di trasporto di merci, dobbiamo sapere che il trasporto riguarda una certa quantità di merce che viene espressa tramite un’unità di misura di massa, generalmente kg o tonnellate. Ancora, nei trasporti è anche utile fare riferimento alla distanza, ossia il percorso che bisogna effettuare per arrivare a destinazione (parliamo di trasporto dei prodotti finiti), pertanto un’altra unità di misura importante sono i km. Nella logistica, poi, è facile capire come l’importanza di un’attività di trasporto non è espressa correttamente se usiamo solo una di queste unità di misura: dire che trasportiamo 30 tonn di merce, o dire che trasportiamo la merce per 100 km, non ci permette di cogliere a pieno la dimensione del trasporto, che ci viene fornita più adeguatamente dal prodotto tra queste unità: dal punto di vista logistico, trasportare 30 tonnellate su un percorso di 100 km è equivalente a trasportare una quantità più leggera su un percorso più lungo! Il senso vero del trasporto e dell’organizzazione della logistica ci è dato dal prodotto di tonnellate per km→tonn x km. Nella maggioranza degli studi statistici e nei trasporti, infatti, l’entità del traffico merci è espressa dal prodotto tonnellate per km. Tipicamente trasporti più pesanti sono assegnati a trasporti più impegnativi, con un impatto economico ed ambientale maggiore dovuto all’entità del mezzo utilizzato; se il trasporto è prolungato nel tempo, anche un mezzo di taglia inferiore avrà un impatto ambientale ed economico rilevante…ecco perché è fondamentale combinare tonnellate e km per avere conoscenza del traffico merci di una certa area o attività→possiamo concludere che la logistica esterna è più impegnativa se abbiamo un valore di tonn x km più elevato. Ovviamente poi possiamo anche guardare ad unità di misura economiche e non fisiche, come ad esempio l’euro, che anch’esso verrà riferito tanto all’unità di distanza, in €/km, ed indicherà il costo di trasporto per km percorso, tanto alla massa trasportata, in €/kg, ed indicherà il costo di trasporto per tonn (o kg) trasportata. Esistono poi altre unità di misura che prescindono dagli aspetti economici, e fanno riferimento ai singoli trasporti (da un’origine verso una destinazione): ad esempio potremmo avere l’espressione del costo del singolo viaggio, in €/viaggio; oppure potremmo fare riferimento alla quantità trasportata per singolo viaggio, in kg/viaggio o tonn/viaggio. Approfondiremo bene tutte queste grandezze. • Disponibilità di materie prime: a differenza del fattore precedente, che tende a spostare gli stabilimenti verso i mercati di riferimento, questo fattore tende a spostare gli stabilimenti verso le aree di fornitura delle materie prime. La distanza dalle fonti di materie prime è importante perché peserà per le quantità e i km che bisogna trasportare fino al nostro stabilimento! In un’ottica generale bisognerà tener conto di tutti questi fattori: se l’obiettivo è ridurre al massimo l’impegno economico della logistica esterna, dovremo risolvere un problema di minimizzazione, che ha come funzione obiettivo un costo totale ottenuto come sommatoria dei costi di approvvigionamento e dei costi di distribuzione. Essendo il costo di questi trasporti dato dal prodotto delle distanze percorso per le quantità da trasportare per queste distanze per il costo unitario (in €/tonn*km) la formula è la seguente: sia i la generica origine e j la generica destinazione, allora la sommatoria dei costi è così definita ππΌπ: ∑ πππ ∗ πππ ∗ πππ [€] Con: cij costo unitario del trasporto dall’origine i alla destinazione j, in €/tonn*km; Qij quantità trasportata in tonnellate dall’origine i alla destinazione j; dij distanza del trasporto dall’origine i alla destinazione j in km. Si noti che il costo totale è in euro, ovviamente L’obiettivo della logistica è quindi minimizzare la somma di questi costi per i diversi trasporti effettuati, sia per gli approvvigionamenti sia per le distribuzioni ai mercati di sbocco. È chiaro che i costi unitari di trasporto possono cambiare a seconda della zona in cui ci dobbiamo spostare, a parità di quantità trasportata, e viceversa. A concorrere ai costi unitari di trasporto ritroviamo il costo del carburante e i pedaggi autostradali. Analizzeremo tre metodi di scelta ubicazionale: 1. METODO DELL’ANALISI DEI COSTI (metodo quantitativo approssimato) 2. METODO A PUNTEGGIO (metodo qualitativo) 3. METODO LOGISTICO (metodo classico e puramente logistico) LEZ 2 e 3: 28/09/2023 La localizzazione degli impianti produttivi non è più un problema locale, è un problema di scala internazionale o addirittura intercontinentale. Ci sono una serie di fattori che ci pongono un problema concreto e non banale: qual è la localizzazione ottimale del nostro impianto? Questa problematica è fondamentale perché la logistica esterna è una parte rilevante del tempo di attraversamento, che mi obbliga a pensare a una soluzione conveniente, che dipende da molti fattori. METODO DELL’ANALISI DEI COSTI (metodo quantitativo approssimato) È un metodo semplificato nel quale, per ogni possibile ubicazione/localizzazione (scelte precedentemente in base alle possibilità che ci sono in riferimento a fonti di materie prime e mercati di sbocco) andiamo a confrontare i costi di investimento e i costi di esercizio. Costi di investimento e di esercizio sono delle categorie di costo molto importanti. • COSTI DI INVESTIMENTO: si riflettono sulla gestione aziendale come dei costi fissi, come ad esempio terreni, fabbricati, impianti, macchine, opere stradali ecc. Questi investimenti richiedono del capitale, che può essere ottenuto o tramite fonti proprie o tramite indebitamento presso istituti di credito. Il capitale preso in prestito, che viene utilizzato per gli investimenti, va restituito in un certo periodo di tempo e va riconosciuto al creditore anche un certo interesse. La quota di capitale che va restituita su base temporale rientra nei costi fissi e quindi nella valutazione dei costi di investimento, insieme anche alla quota legati agli interessi. Quindi in generale è possibile affermare che i costi di investimento indichino i costi fissi legati al capitale investito per la realizzazione dell’impianto; • COSTI DI ESERCIZIO: si riflettono sulla gestione aziendale come dei costi variabili legati all’attività produttiva. Sono tutti quei costi riguardano i costi dell’energia, della manodopera, della manutenzione, dei trasporti ecc. Vengono considerati i costi di investimento nel loro complesso e quelli di esercizio su base annua, senza tener conto dello sviluppo sulla durata dell’investimento e senza attualizzazione. Ecco perché il metodo è molto semplificato. Vediamo il seguente esempio: Abbiamo due alternative, e per ciascuna passiamo in rassegna i costi di investimento e i costi di esercizio. Notiamo che l’alternativa B presenta sia costi di investimento che costi annui di esercizio inferiori all’alternativa A. In questo caso possiamo affermare con certezza che l’alternativa B è la migliore, perché ovviamente l’alternativa migliore è quella che minimizza costi di investimento e costi di esercizio. Attenzione, però: può capitare che a volte un’alternativa sia migliore per un tipo di costi e l’altra sia migliore per l’altra tipologia di costi…come scegliamo? Qui l’analisi non converge su un’unica ubicazione, quindi è necessaria una valutazione di dettaglio! Questo perché, quando considero i costi variabili, devo considerare numerosi aspetti: i costi variabili (di esercizio) non tengono conto dell’inflazione e del fatto che il capitale varia negli anni! Una soluzione che oggi sembra svantaggiosa, ma che ha un basso tasso di inflazione, potrebbe darmi nel tempo una soluzione migliore a quelle presenti adesso! Ancora, i costi di esercizio sono costi annui, mentre i costi di investimento sono dei costi fissi, globali. Dovendoci avvicinare alla gestione aziendale, dobbiamo fare riferimento al conto economico annuo. Bisogna quindi valutare i costi tenendo conto dell’attualizzazione dei flussi di cassa e dello studio dei piani di ammortamento pluriennali METODO DEL PUNTEGGIO (metodo qualitativo) È un metodo addirittura più semplice del metodo dell’analisi dei costi, e che mette in risalto l’importanza di alcuni fattori gestionali, la cui valutazione è lasciata ad un esperto che in maniera soggettiva (grazie all’esperienza maturata) riconosce quali sono i fattori più critici per quella localizzazione e per quell’impianto. Ad esempio, uno stabilimento alimentare avrà dei costi energetici rilevanti, e quindi questo fattore sarà importante da valutare. Pertanto, in questo metodo si considerano i fattori determinanti dal punto di vista della convenienza della scelta della località, Si assegna a ciascun fattore, sulla base dell’esperienza, un “peso” percentuale che indica l’importanza relativa rispetto ai costi totali di gestione (il totale dei pesi dei diversi fattori deve valere 100). Si effettua quindi una valutazione numerica di ciascuna ubicazione presa in esame assegnandole una “votazione” a ogni fattore in una scala adeguata (ad esempio da 0 a 100 oppure da 0 a 10). Il prodotto del peso per la valutazione fornisce il punteggio per ciascun fattore di scelta per ciascuna ubicazione. Il totale dei punteggi risultanti per singola voce determina il valore della ubicazione in esame. L’alternativa migliore è chiaramente quella che presenta il punteggio maggiore. Da questo esempio notiamo che i diversi fattori considerati sono: manodopera, materie prime, mercato, energia e altri fattori. Il fattore più importante è la manodopera quindi l’attività produttiva legata a questo stabilimento è sicuramente ad alta intensità di manodopera (labour intensive), quindi non è altamente automatizzata. Se fosse stata altamente automatizzata, sarebbe stata ad alta intensità di capitale. METODO LOGISTICO È un metodo interamente incentrato sulla logistica, ed è anche noto come metodo classico. Alfred Weber studiò questo problema utilizzando un particolare modello semplificato: in questo modello ci sono, rispetto alla fabbrica presa in considerazione, due fonti di materie prime e un mercato di sbocco. Quindi Weber vuole studiare la localizzazione ottimale dell’impianto rispetto a due fonti di materie prime e una destinazione dei prodotti. Il modello in questione prende il nome di triangolo localizzativo. Nella risoluzione del problema sono note: le posizioni dei tre punti (le due fonti e il mercato di sbocco), le quantità di materie prime da trasportare dalle fonti allo stabilimento e le quantità di prodotti finiti da trasportare verso la destinazione (mercato di sbocco). Non sappiamo altro! L’ipotesi semplificativa, quindi, è che il costo di trasporto unitario sia invariabile, perché non siamo sicuri che effettivamente lo siano nella realtà, visto che il ragionamento è di macroarea. Questo implica che la funzione da ottimizzare per la logistica sarebbe questa: ππΌπ: ∑ πππ ∗ πππ Questo metodo ha una soluzione grafica: Si considera un triangolo che ha come vertici le due fonti di materie prime (A’ e A’’) e il mercato di sbocco (H) e lo si costruisce mantenendo in scala le distanze reali tra questi tre punti. Ottenuto il triangolo, il punto ottimale di collocazione dell’impianto si troverà sicuramente nel triangolo. Per trovarlo si ricorre al metodo geometrico che consiste nel costruire e comporre tre vettori. Come li otteniamo? Si parte dall’ortocentro, il punto di incontro delle tre altezze del triangolo. Da questo punto O, tracciamo dei vettori che congiungono l’ortocentro con i tre vertici e sono orientati verso i tre vertici. Questi vettori hanno un modulo che è proporzionale alla quantità di materiale che riguarda il vertice verso il quale è orientato il vettore. Quindi, il vettore OA’ sarà orientato verso la fonte A’ e avrà un modulo proporzionale al materiale che viene trasportato dalla fonte A’ al nostro stabilimento (che conosco perché sono dati del problema). Si noti come il vettore OA’ è più lungo del vettore OA’’, questo vuol dire che il materiale trasportato è più grande dalla fonte A’ che dalla fonte A’’! Ottenuti i tre vettori (due per le materie prime, uno per i prodotti finiti/semilavorati in uscita), il punto ottimale di collocazione dell’impianto sarà logicamente più vicino ai punti dove il trasporto è “più pesante”, più impegnativo dal punto di vista delle quantità da trasportare! Attenzione: la somma delle quantità in ingresso allo stabilimento non è detto che sia uguale alla quantità in uscita! Questo perché le materie prime vengono lavorate, e se per esempio vengono svolte delle lavorazioni meccaniche non avrò equivalenza tra i flussi in ingresso e in uscita, così come potrei avere nell’impianto un aumento di peso dovuto a materiali aggiuntivi e composti presenti nello stabilimento (basti pensare al processo di idratazione di una materia prima→aggiungo acqua e quindi aumento il peso). I vettori orientati, come sappiamo, possono essere composti tramite il metodo del parallelogramma, per ottenere un vettore risultante. Componendo a due a due i tre vettori (prima A’ e A’’, poi la loro risultante con H), come nella figura di prima, otteniamo una risultante che ci indica dal punto di vista logistico la posizione ottimale P del nostro stabilimento. È la “posizione ottimale” perché secondo la logica dei costi utilizzata quello è il punto ottimale che minimizza quella funzione obiettivo e quindi fornisce il costo più basso. P è il punto ottimale dal punto di vista economico, e quindi i trasporti che farò stando lì saranno i più economici in assoluto. La realtà, per diverse ragioni, è ben diversa: in primis, abbiamo semplificato dicendo che il costo unitario di trasporto è invariabile; in secundis, essendo in ragionamenti di macroarea, quel punto P in un’area geografica reale potrebbe ricadere in una zona inutilizzabile (se fosse in un lago?). Pertanto, molto spesso, quel punto P può non essere utilizzabile. Infatti, la scelta sulla localizzazione non si prende solo tramite valutazioni economiche, tant’è che, come abbiamo già visto, ci sono una serie di fattori che influiscono sulla scelta e possono indurre uno scostamento dal punto P ottimale (economicamente parlando). Weber si interrogò su questo aspetto, allargando il discorso e introducendo lo studio di quello che può succedere spostandosi rispetto al punto P, rispetto alla valutazione di altri fattori di costo, e in particolare dei costi di manodopera. Questo studio sottende nuovamente una soluzione geometrica e si chiede: se ci spostiamo da P, il punto ottimo dal lato dei costi di trasporto, e nel farlo riusciamo ad avere situazioni vantaggiose dal punto di vista di altri fattori della produzione, come la manodopera, come ci regoliamo? Dobbiamo fare un’analisi economica di convenienza dello spostamento→questa analisi tiene conto del fatto che lo spostamento dal punto P implica in automatico un aumento dei costi di trasporto (perché P è il punto migliore in assoluto), però nel farlo posso trovare una simultanea riduzione di altri costi (energia, manodopera…). Weber, quindi, costruì le cosiddette curve isodapane: spostandomi dal punto P avrò un incremento di costo di trasporto. Se congiungo tutti i punti con lo stesso incremento di costo di trasporto creo una curva di isocosto→costruisco le curve di isocosto attorno a P, ossia quella curva i cui punti indicano tutti degli spostamenti da P che causano lo stesso incremento dei costi di trasporto. Quindi, ottenuto P e costruitegli attorno le curve di isocosto, provo a vedere cosa succede spostandomi: valuto l’incremento del costo di trasporto indotto con le economie ottenute negli altri fattori di produzione. Questa valutazione non è una valutazione logistica, ma è una valutazione di costi totali di gestione: ad esempio, il costo di trasporto è in €/tonn*km mentre il costo dell’energia è tipicamente in €/KWh. Questo richiede di valutare l’effetto di queste variazioni di costo, che hanno unità di misura differenti, non in quanto tale (cioè, non devo valutare se è meglio avere +10 €/tonn*km o -10 €/KWh), bensì rapportate all’impatto che queste variazioni hanno sul costo totale di produzione! Cioè, mi devo interrogare in questo modo: è più impattante sui costi totali di produzione l’aumento del costo di trasporto o la riduzione del costo dell’energia? Per fare questo, devo quindi rapportare quei costi ad un’unità di riferimento (può essere ad esempio all’unità di prodotto, dividendoli per il costo unitario di prodotto). In base a questa valutazione riesco a capire se conviene spostarmi, valutando la situazione in P e la situazione nel nuovo punto ipotetico, prendendo in considerazioni svantaggi e vantaggi della scelta. LA LOGISTICA ESTERNA La logistica esterna ha come obiettivo la gestione ottimale degli approvvigionamenti e della distribuzione, cioè dei flussi di materiali dai fornitori allo stabilimento e da quest’ultimo ai clienti. Nel tempo ci si è accorti che il modello di produzione su richiesta (produrre solo a seguito dell’arrivo dell’ordine) permette di avere un maggior controllo su produzione e logistica, riducendo notevolmente le scorte a magazzino. Parliamo delle problematiche della logistica esterna, sia dal punto di vista della organizzazione operativa, sia dal punto di vista dei mezzi di trasporto e delle risorse necessarie per gestire la logistica esterno di approvvigionamento e distribuzione. Mettiamo subito in chiaro che tra logistica degli approvvigionamenti e logistica della distribuzione non esistono teoriche: gli differenze strumenti gestionali sono gli stessi così come le risorse, sia dal punto di vista dinamico (mezzi) sia dal punto di vista statico (magazzini). D’altro canto, dal punto di vista pratico e operativo ci sono delle differenze, soprattutto in termini di organizzazione: lato approvvigionamento, la filiera logistica è molto più semplice, perché i soggetti che partecipano sono numericamente diversi. Infatti, nella logistica della distribuzione, la catena distributiva è molto articolata, perché è vero che possono esserci dei casi in cui lo stabilimento è collegato direttamente al cliente finale (i cosiddetti “spacci aziendali”, tipico di alcuni stabilimenti che al loro interno hanno anche un piccolo negozio), ma nella maggior parte dei casi il cliente finale si riferisce ad un dettagliante, il quale a sua volta può sia comprare direttamente dallo stabilimento, sia comprare da un grossista o un altro distributore. La presenza di intermediari nello stadio di distribuzione tra stabilimento e cliente finale rende la catena di distribuzione estremamente complessa rispetto alla catena di approvvigionamento, che spesso è gestita tramite collegamenti diretti tra il fornitore e l’impianto. La catena di approvvigionamento è più semplice e più corta di quella di distribuzione. Una delle problematiche fondamentali della logistica esterna è la scelta tra gestione diretta delle risorse necessarie per realizzare i trasporti e gestione esternalizzata. I trasporti si realizzano con le risorse dedicate al trasporto: mezzi di trasporto e personale (non solo i conducenti, ma anche tutti coloro che operano nella programmazione dei trasporti!). Gestiamo direttamente, acquistando le risorse per il trasporto, o esternalizziamo, pagando un servizio a terzi senza svolgerlo direttamente? La risposta a questa esigenza dipende dalle condizioni operative: ci sono fattori che spingono verso l’internalizzazione e fattori che spingono verso l’esternalizzazione. Ad esempio, un concetto importante è quello della continuità e della stabilità delle operazioni di trasporto: la continuità è relativa alla presenza più o meno continua nel tempo di esigenze di trasporto. Potrei ad esempio avere esigenze di trasporto concentrate in un piccolo periodo di tempo e non spalmate continuamente nell’anno; quindi, in quel caso l’esigenza di trasporto è discontinua nel tempo; la stabilità invece è un concetto quantitativo, legato alla quantità di materiale che bisogna trasportare nei diversi periodi. Supponiamo di avere un’esigenza di trasporto continua, ma le cui quantità di materiale risultano notevolmente variabili. Se scelgo di internalizzare il trasporto, io devo gestire le mie risorse in proporzione alla quantità: un conto è che le quantità sono costanti, un conto è che sono fortemente oscillanti! Se compro una flotta di mezzi di trasporto per far fronte a delle esigenze elevate di uno specifico periodo di tempo, quella stessa flotta rimarrà poi parzialmente inutilizzata nei periodi meno esigenti! Il problema è che quella flotta è un investimento che grava in termini di costi fissi nel mio conto economico, che non riesco a coprire. Prendere in proprio il trasporto vuol dire investire→stabilità e continuità sono importanti perché altamente impattanti sul conto economico. Ci sono anche altri fattori, come ad esempio la dispersione territoriale di fonti e sbocchi: se fornitori e clienti sono concentrati in un’area geografica limitata, la gestione dei trasporti è più facile ovviamente. Purtroppo, però questa situazione non è molto frequente perché clienti e fornitori variano sempre anche in termini di ubicazione. Un’ampia dispersione di fornitori e clienti richiede una continua riorganizzazione delle risorse per far fronte alle risorse e quindi una maggiore difficoltà. Quando la variabilità è elevata, occorre sempre esternalizzare la logistica esterna, affidandosi a terzi esperti del campo, in quanto possiedono risorse numericamente significative e altamente organizzate per coprire aree geografiche ampie e le esigenze di trasporto più disparate. Tra i fattori che spingono verso l’internalizzazione, invece, abbiamo: politiche di Marketing (distribuzione, il trasporto diretto viene visto come opportunità di marketing), rapporto diretto e vicinanza con la clientela (distribuzione), gestione assistenza tecnica prodotti (distribuzione), controllo diretto dei tempi di consegna (distribuzione e approvvigionamento, internalizzare vuol dire controllare, esternalizzare fa perdere il controllo), necessità di controllare i costi di fornitura attraverso contratti di lunga durata (contratti lunghi giustificano l’internalizzazione perché riesco ad ammortizzare abbondantemente l’investimento delle mie risorse), possibilità di ottimizzare i trasporti coniugando esigenze di distribuzione e approvvigionamento. IL TRASPORTO MERCI Nella logistica esterna ci riferiamo al concetto di trasporto merci, che si poggia sui tre concetti fondamentali di: unità di carico, unità di trasporto e unità di movimentazione. Prima di entrare nel dettaglio, facciamo un focus sui diversi modi di trasporto: I tre modi di trasporto principale sono: trasporto stradale, trasporto ferroviario e trasporto navale (sul mare). Poi ci sono anche il trasporto aereo (solo per casi eccezionali) e il trasporto su vie di trasporto interne (fiumi, laghi ecc.). Al netto di capacità di trasporto e caratteristiche costruttive, queste tre modalità di trasporto differiscono fortemente per i cosiddetti costi esterni del trasporto, che sono i costi ambientali e i costi della sicurezza, che vengono trascurati spesso in termini di organizzazione aziendale perché non rientrano nel conto economico del bilancio aziendale, ma rientrano nel conto economico sociale della collettività. Dal punto di vista micro, dell’azienda, non vengono considerati; dal punto di vista macro, vengono considerati perché impattanti i processi decisionali e la collettività. L’immagine di sopra riporta negli anni l’entità del traffico merci tra i diversi modi di trasporto, e ci mette in evidenza come il trasporto stradale sia nettamente predominante rispetto a quello ferroviario e quello navale. Il trasporto stradale (su gomma) è il modo di trasporto principale, a seguire abbiamo quello navale e in ultima posizione il trasporto ferroviario. Mentre i primi due modi hanno avuto una simil-crescita, il trasporto ferroviario è rimasto costante negli anni. Capito ciò vediamo questo grafico: Questi dati rappresentano il consumo energetico (riferito a 1000 tonn*km) legato ai differenti modi di trasporto, inteso in tonnellate di petrolio equivalente (TOE, è un’unità di misura energetica). Notiamo come questo valore sia più alto per la strada che per la ferrovia→il consumo energetico stradale è circa 6 volte superiore di quello ferroviario e addirittura più grande rispetto a quello navale. Il consumo di energia implica emissione di gas ad effetto serra, e quindi il trasporto stradale risulta il trasporto più inquinante, inteso in termini di emissioni di gas ad effetto serra. Il sistema navale e ferroviario hanno minor impatto ambientale e consumo energetico rispetto al trasporto stradale. Vediamo adesso i costi legati alla sicurezza: la sicurezza si misura in numero di morti per incidenti per tonn*km. stradale è Il sistema nettamente peggiore rispetto al sistema ferroviario e aereo. La mortalità del sistema stradale è 5,71 volte superiore al sistema ferroviario. Questo genera dei costi esterni sanitari che si riflettono sulla collettività che il sistema sanitario deve prendere in carico. La soluzione a questi problemi è cercare di utilizzare al massimo i sistemi che hanno un minore impatto sull’ambiente e che sono sostanzialmente più sicuri: il trasporto ferroviario e il trasporto navale. Però, questo spostamento è sempre e comunque legato alle scelte delle imprese, che sono basate su valutazioni economiche: spostare il trasporto verso questi sistemi prende il nome di intermodalità. Si chiama così perché è ovvio che non si potrà mai sostituire del tutto il trasporto stradale, perché permette di raggiungere tutte le possibili destinazioni (cosa che non può fare il trasporto ferroviario o il trasporto navale), pertanto è inevitabile che una parte del trasporto sarà sempre stradale. In alcuni casi (tra una regione e l’altra, tra uno stato e l’altro…), però, ha senso ipotizzare un trasporto misto in cui solo gli ultimi e/o i primi tratti del trasporto siano stradali. Questo permette chiaramente di ridurre notevolmente l’impatto ambientale, sulla sicurezza e il costo di trasporto. La nave o il treno, seppur non siano trasporti personalizzati (insieme alla mia merce viaggerà la merce di altri clienti), permettono lo sfruttamento delle economie di scala che garantiscono un costo di trasporto sicuramente inferiore a quello stradale. Su un unico treno, ad esempio, potrei trasportare N carri ferroviari caricati con la merce; sul trasporto stradale invece ho un unico autocarro e tutti i suoi costi (manutenzione, carburante…)! Questo spostamento ha ovviamente anche degli svantaggi: devo caricare la merce, devo raggiungere l’interporto, devo scaricare la merce, caricarla su strada. Quindi devo pagare pegno nelle cosiddette operazioni di trasbordo, ossia tutte le operazioni che ci consentono di trasferire le unità di carico (la merce) da un modo di trasporto ad un altro→avvengono nei cosiddetti interporti, dei punti di scambio, delle infrastrutture in cui è possibile effettuare il trasbordo e in cui lavorano mezzi stradali, navali e ferroviari tra loro interconnessi grazie all’operato di specifiche risorse, note come unità di movimentazione. Quindi abbiamo già tutto ben chiaro: • Unità di carico→ le unità che contengono la merce, e che devono essere spostate da un sistema ad un altro. Sono gli elementi contenitori che vengono riempiti con la merce da trasferire • Unità di trasporto→ i mezzi di trasporto • Unità di movimentazione→ consentono le operazioni di trasbordo da un modo di trasporto ad un altro. Vediamo adesso la classificazione dei trasporti intermodali: partiamo dicendo che il trasporto intermodale è un sistema di trasporto soggetto a normative molto stringenti. Gli standard nel trasporto intermodale servono ad evitare che sorgano problemi in tutto il mondo. Le operazioni di trasbordo devono essere standardizzate per evitare problemi. Il trasporto intermodale non è organizzabile a piacimento, deve attenersi alle regole del trasporto intermodale. Quando parliamo di trasporto multimodale facciamo riferimento all’impiego di unità di trasporto di diverso tipo senza l’utilizzo di unità di carico standardizzate. Nell’ambito del trasporto intermodale standardizzato, faremo riferimento al trasporto combinato, inteso come quel particolare trasporto intermodale standardizzato che vede l’utilizzo della ferrovia e della strada. L’ente che detta le regole sul trasporto intermodale è la commissione economica delle Nazioni Unite. DEF: Unità di trasporto intermodale: “I container, le casse mobili ed i semirimorchi adatti al trasporto intermodale” Quindi il trasporto intermodale è un particolare trasporto multimodale che prevede l’utilizzo di unità di trasporto intermodale! LE UNITA’ DI CARICO DEFINIZIONE: Una unità di carico è l’entità elementare (dal punto di vista fisico) che ci consente di effettuare la movimentazione di una merce. È la più piccola entità, può anche essere un qualsiasi imballaggio. Tra le diverse unità di carico ricordiamo sicuramente: pallet, container (soprattutto per il trasporto navale), casse mobili (insieme ai container per il trasporto intermodale), semirimorchi (può essere sia unità di carico sia unità di trasporto. In particolare, è un’unità di carico quando viene trasportato sulla nave) e autoarticolati (stesso discorso dei semirimorchi, diventa unità di carico quando l’autoarticolato con tutta la sua merce viene trasportato all’interno di una nave). • IL PALLET Per precisazione, il pallet in quanto tale non è un’unità di carico, ma è un componente dell’unità di carico. Chiamiamo per semplicità l’intera unità di carico il pallet. Il pallet è una piattaforma di diversi materiali (metallo, legno, plastica…), un bancale/pedana che permette il sollevamento e l’impilamento della merce. Sono prodotti ad hoc e devono possedere le caratteristiche tali da sorreggere il carico che gli viene poggiato sopra e da garantire lo spostamento stesso. Normalmente si fa riferimento a delle specifiche normate che definiscono dimensioni, resistenza, qualità dei materiali che devono essere utilizzati per i pallet. Il pallet classico è composto da una base, dei supporti (dei blocchetti di legno) sui quali sono montati degli assi di legno tramite chiodatura. Sulla parte superiore della base viene disposta la merce→il pallet si sposta con la merce. Ci sono delle aperture (cerchiate in rosso) che servono per la movimentazione: infatti è lì che si infilano le forche per il sollevamento, l’aggancio e il trasporto del pallet (le forche sono tipiche dei carrelli elevatori, che sono il mezzo di movimentazione più diffuso). Questo pallet che abbiamo visto si dice anche non reversibile a quattro vie. Un pallet è reversibile se può essere caricato su entrambi i piani (entrambe le facce); un pallet è a quattro vie se l’operazione di inforcamento può avvenire su tutti e 4 i lati del pallet (ogni punto di accesso per l’inforcamento è una via del pallet). In basso una figura esplicativa: OSS: un pallet non reversibile è più stabile perché una delle due basi è più robusta OSS: il pallet ha delle dimensioni unificate, è normalizzato secondo lo standard dell’Europallet, che ha dimensioni in pianta di 80 cmx120cm. Questo è un esempio di unità di carico non standardizzata: è un blocco di cartone schiacciato o plastica, pressato e legato con dei fili metallici. È a tutti gli effetti un’unità di carico. • I CONTAINER Il container è l’unità di carico fondamentale del trasporto navale (ma vengono utilizzati anche in quello stradale e ferroviario) Tutti i trasporti merci navali si realizzano con il container. Il container è un contenitore molto robusto, realizzato in acciaio con una struttura portante (telaio), delle pareti, una chiusura a due ante, una forma parallelepipeda. Esso è studiato per la sovrapposizione: il container può essere impilato su pile di container. Ovviamente la sovrapposizione è normata. Un container base o normale è di 20 piedi (6 metri) di lunghezza con una sezione di 2,5 m x2,5 m pesa circa 2 tonnellate come tara e può arrivare ad un peso lordo (carico) di circa 30 tonnellate. Questo vuol dire che per ricevere fino a 25 tonnellate di carico deve avere una struttura molto robusta e, potendo esserci la sovrapposizione, il container alla base deve reggere il carico di tutti i container che sono impilati! Guardiamo cosa potrebbe succedere con una cattiva navigazione: un cattivo trasporto può portare ad un cedimento della struttura. La caratteristica è che la pila non si smonta mai! Questo aspetto è molto interessante perché vuol dire che i container (che sono pieni nella nave!) hanno un particolare collegamento che permette la stabilità della pila. Ci sono degli elementi di resistenza che permettono appunto di evitare il distacco dei container. Come dicevamo, le dimensioni classiche dei container sono di 20 piedi di lunghezza. Tutto il traffico merci fa riferimento per convenzione al container di 20 piedi: infatti nel traffico merci si fa molto riferimento al concetto di TEU: Twenty Feet Equivalent Unit, ossia unità equivalente da 20 piedi. Il traffico container si misura in TEU. Questo perché esistono dimensioni anche di 30 e 40 piedi, e quindi ci riferiremo ad un container da 40 piedi come se fosse pari a due container da 20. Il container ospita la merce, e mi interessa caricarlo il più possibile. Aldilà del peso, nella logistica, in termini di trasporto i due fattori che maggiormente ci interessano sono la massa trasportata e il volume. Non mi interessa molto la portata del container! Devo interessarmi a riempire al massimo il volume del mio container. Per capire il volume utile del container cosa devo considerare? Le dimensioni esterne o quelle interne? Le dimensioni esterne mi interessano quando devo fare il trasporto stradale o ferroviario, perché il container essendo un’unità di carico intermodale e quindi deve essere spostata su diversi modi di trasporto, perciò, deve essere compatibile con le dimensioni dei mezzi. Le dimensioni interne sono importanti per capire il volume utile e quanto posso caricare nel container: un container da 20 piedi è lungo 6 metri circa, ed ha una sezione rettangolare con altezza e larghezza interna uguali pari a 2,34 metri. Con le dimensioni standard dell’Europallet posso sistemare in altezza due livelli di pallet e 5 pallet per lato in lunghezza, solo che i pallet vengono sistemati come in figura per riuscire a rispettare le dimensioni interne del container. Ecco un’immagine molto definita di un container. Ci sono degli elementi strutturali fondamentali: ai quattro angoli della base e della cima ci sono i cosiddetti blocchi d’angolo, ossia dei blocchi con delle feritoie vengono in acciaio che utilizzate per movimentazione, aggancio e sovrapposizione dei container. La movimentazione dei container avviene tramite delle attrezzature note come spreader: sono delle pinze con 4 vertici sui quali sono presenti degli elementi meccanici detti twistlocks che non sono altro che dei perni girevoli a forma di freccia. La punta della freccia entra nella feritoia del blocco d’angolo, il perno gira e la punta della freccia ruota, facendo incastrare i lati della freccia con la parte superiore del blocco d’angolo, permettendo poi il sollevamento. • LE CASSE MOBILI Sono considerabili, entro certi limiti, l’alternativa ai container. Le casse mobili sono sempre un’unità di carico nel trasporto intermodale, questa volta però strada-ferrovia. Questo perché la cassa mobile è concepita per il trasporto su strada e su ferrovia e NON per la sovrapposizione! È concepita per viaggiare da sola e per un posizionamento singolo e non sovrapposto. La cassa mobile ha un telaio metallico di forma parallelepipeda, ed è chiuso con dei pannelli o con dei teli in materiale plastico. La leggerezza dei materiali utilizzati permetterà un maggiore spazio interno per sistemare la merce rispetto al container. D’altra parte, essendo più leggera, la cassa mobile ha un peso minore; perciò, i consumi legati al trasporto su strada (che sono una funzione della massa!) sono inferiori. Per quanto riguarda la movimentazione, essendo molto leggera, la cassa mobile non possiede i blocchi d’angolo, ma ha solo 4 blocchi nella base per bloccare la cassa mobile al pianale del mezzo che la trasporterà. Ancora, non possono essere prese con lo spreader, ma ci sono altre modalità: esiste per esempio una modalità nota come pinza piggyback, con presa dal basso e 4 bracci che scendono e agganciano la cassa mobile da sotto tramite dei punti di aggancio sulla base della cassa. Addirittura, la cassa mobile potrebbe NON richiedere un’attrezzatura/mezzo di movimentazione per essere caricata sull’unità di trasporto→è il caso del trasporto stradale, perché la cassa mobile (come si evidenzia nella foto a destra) si poggia su quattro zampe sui vertici e non sul pavimento (come nella foto a sinistra che ci evidenzia come la cassa mobile possa essere sovrapposta a massimo un’altra cassa ma solo se vuote). Le prossime immagini ci spiegano il motivo per il quale la cassa mobile si poggia su 4 zampe: il mezzo di trasporto tipicamente più utilizzato è l’autocarro, che presenta un sistema pneumatico di sospensioni che permette di regolare l’altezza del rimorchio. Pertanto, la cassa mobile si poggia sulle 4 zampe perché in questo modo l’autocarro può fare una manovra in modo tale da posizionare il suo telaio sotto la cassa mobile, di fatto caricandola. Dopodiché, sempre grazie alle sospensioni, è possibile regolare l’altezza del telaio, sollevandolo e facendolo entrare a contatto con la base della cassa mobile. A quel punto poi si staccano le zampe, la cassa si aggancia al telaio grazie ai blocchi d’angolo ed è possibile effettuare la movimentazione. In assenza di sospensioni pneumatiche, è possibile sfruttare queste piastre gialle, ossia i punti di collegamento che permettono di agganciare la cassa alla pinza piggyback. Essa solleva la cassa tramite i suoi bracci e la poggia sull’autocarro/unità di trasporto. In basso notiamo le dimensioni interne di larghezza della cassa mobile, che è superiore rispetto a quella dei container grazie al fatto che essa è composta da materiali più leggeri. Nel container la larghezza interna è 2,34 metri mentre nella cassa mobile è di 2,44 metri. Questi 10 centimetri non sono affatto pochi perché grazie a questa larghezza aggiuntiva possiamo disporre più pallet rispetto al container e soprattutto ottimizzare gli spazi e la loro disposizione! La cassa mobile può arrivare anche alle dimensioni dei semirimorchi (13,60 metri). Questo è oggetto di problemi di ottimizzazione del carico trasportabile, che vanno risolti tenendo conto anche delle regole del codice della strada e con l’obiettivo di ridurre il costo di trasporto unitario (aumentando al massimo le unità trasportate per singolo viaggio). Di seguito un esempio di casse mobili da 13,60 metri: LE UNITA’ DI TRASPORTO • LE UNITA’ DI TRASPORTO STRADALE Qui l’aspetto fondamentale è rispettare il codice della strada! Per muoversi sulla strada ci sono una serie di regole, anche molto dettagliate, che limitano non solo la velocità nelle diverse tipologie di strada, ma anche le dimensioni delle diverse categorie di mezzi di trasporto. Quindi il codice della strada introduce dei limiti “dimensionali” o “di sagoma” e riguardano larghezza, lunghezza e altezza. Questi limiti sono fondamentali perché da questi limiti poi dipende lo spazio utile per la merce! Ancora, il codice della strada introduce il concetto di MTT o Massa Totale a Terra, ossia il numero di kg o tonnellate del mezzo nelle sue condizioni di massimo carico (il peso lordo del veicolo)→un veicolo può pesare al massimo quanto la sua MTT. Infine, il codice della strada definisce le velocità limite: questa è l’aspetto più rilevante perché la maggior parte delle risorse hanno un costo orario (il conducente ha un costo orario, ad esempio). Il codice della strada stabilisce dei limiti di velocità per ogni classe di veicolo. I veicoli vengono raggruppati in classi sulla base della loro MTT. Vediamo adesso i diversi mezzi di trasporto stradale nel dettaglio: l’autocarro è un mezzo di trasporto stradale con un proprio sistema di motorizzazione. Per come è definito può avere una portata (ciò che si può caricare, il peso netto, ed è ottenuta sottraendo alla MTT la tara, il peso del veicolo senza carico. A noi interessa la portata più che la MTT) massimo di 16 tonnellate e una MTT di massimo 32 t. Ci accorgiamo che la maggior parte delle caratteristiche di questi mezzi dipendono da un fattore noto come numero di assi. Il numero di assi influisce sulla sicurezza del mezzo in quanto ci descrive come il peso trasportato viene scaricato a terra. Un asse è una struttura trasversale che congiunge una coppia di ruote e serve per scaricare il peso a terra. L’autocarro nella figura precedente ha ad esempio 2 assi. Un mezzo con più assi è un mezzo più stabile pertanto può avere una maggiore MTT e quindi una portata maggiore→con la riduzione del numero di assi si riduce la MTT e la portata L’autotreno non è altro che un autocarro che viene utilizzato per rimorchiare un rimorchio. L’autocarro cosiddetta è quindi la “base” dell’autotreno, il rimorchio è una struttura dotata di ruote che può essere agganciata all’autocarro. Questa struttura ovviamente permette di caricare un peso maggiore e quindi permette una portata maggiore. La parte trainante prende il nome di motrice, la parte trainata è detta rimorchio, la struttura nel complesso è detta autotreno. OSS: questo autotreno ha 5 assi L’autoarticolato si compone di una parte motrice detta trattore, e si chiama così perché non ha capacità di carico, ma ha solo capacità trainante. Il resto si chiama semirimorchio. Il punto di snodo si trova vicino alla cabina del trattore, a differenza dell’autotreno in cui si trovava al centro. Questa differenza rende l’autoarticolato più facile da manovrare rispetto all’autotreno. La MTT è identica a quella dell’autotreno, così come la portata. Il volume dipende sempre dall’allestimento esterno dell’unità di carico: più i materiali sono leggeri, maggiore sarà il volume utile trasportabile. Quindi, ricapitolando, le grandezze che ci interessano sono: portata (massa netta), MTT (peso lordo=netto+tara), velocità e volume. Di seguito, i limiti di velocità del codice della strada: 1) autoveicoli destinati al trasporto di cose o ad altri usi, di massa complessiva a pieno carico superiore a 3,5 t e fino a 12 t: 80 km/h fuori dei centri abitati; 100 km/h sulle autostrade; 2) autoveicoli destinati al trasporto di cose o ad altri usi, di massa complessiva a pieno carico superiore a 12 t: 70 km/h fuori dei centri abitati; 80 km/h sulle autostrade; 3) PER I VEICOLI CON MTT FINO A 3,5 t STESSI LIMITI IN VIGORE PER LE AUTOMOBILI 4) PER I «MEZZI D’OPERA» LIMITI PIU’ RESTRITTIVI (40 KM/H NEI CENTRI ABITATI, 60 KM/H SULLE STRADE EXTRAURBANE – CIRCOLAZIONE SU AUTOSTRADE SOGGETTA A SPECIFICA AUTORIZZAZIONE) I veicoli nel retro hanno due adesivi: uno a sinistra che indica il limite massimo di velocità nelle strade extraurbane; uno a destra che indica il limite massimo di velocità in autostrada. Oltre alla velocità, l’aspetto chiave del trasporto su strada è quello di massimizzare e ottimizzare il volume di merce trasportabile, con l’obiettivo di minimizzare il costo di trasporto. La minimizzazione del costo di trasporto, quindi, passa per valutazioni condotte in termini di portata e volume del mezzo: possiamo avere materiali molto pesanti che esauriscono la portata ma riempiono parzialmente il volume del mezzo (tipico dei metalli pesanti come piombo e ghisa) e possiamo avere invece materiali molto leggeri che non saturano la portata e permettono di riempire l’intero volume. Quindi tipicamente portata e volume sono antitetici e spesso riusciamo a sfruttare a pieno una sola di queste due caratteristiche con un solo mezzo. OSS: l’autotreno introduce una certa flessibilità nel trasporto, perché è possibile sia trasportare anche il rimorchio sia staccarlo ed effettuare il trasporto con la sola motrice. Questa flessibilità permette di sopperire alle problematiche di stabilità del trasporto, che abbiamo visto nella scorsa lezione→avere mezzi come l’autotreno permette di gestire al meglio dei trasporti fortemente oscillanti in termini di richieste: se la quantità di trasporto aumenta, faccio il trasporto col rimorchio; se si riduce, faccio il trasporto con la sola motrice OSS: anche nell’autoarticolato è possibile rimuovere la parte da trainare, ma in questo caso il carico trasportabile non è parzializzabile, perché la parte motrice non ha capacità di carico! L’autoarticolato riscuote molto successo nel caso in cui si effettui il trasporto intermodale strada-nave e stradaferrovia→il semirimorchio può essere staccato e portato a bordo della nave o caricato sul carro ferroviario e diventare così un’unità di carico. L’autoarticolato, quindi, possiede una (potenziale) unità di trasporto che funge anche da unità di carico! LEZ 4: 2/10/2023 • LE UNITA’ DI TRASPORTO FERROVIARIO CARRELLI STRUTTURA CHE COLLEGA I CARRELLI Il trasporto intermodale è il trasporto al quale si cerca sempre di tendere, sia per motivi economici (presenza di economie di scala) sia per motivi ambientali e sociali (riduzione dell’impatto ambientale causato dal trasporto stradale e quindi riduzione dei costi esterni e aumento della sicurezza). Il sistema di trasporto ferroviario si riconduce sempre all’utilizzo di locomotive e carri. Entrambe queste unità hanno una struttura semplice: sono composte da dei carrelli che hanno delle ruote posizionate su due punti opposti della struttura e una struttura (piano) che collega questi carrelli. I carrelli hanno le ruote che poggiano sulle rotaie. Adesso passiamo in rassegna una serie di carri ferroviari importanti: il carro ferroviario più semplice è il CARRO PIANALE. Esso è molto flessibile e composto di materiale rotabile. Il carro pianale è l’unità più semplice perché è banalmente un pianale su cui poggiano le unità di carico. Esso è costituito da un pianale che porta due carrelli con le ruote. In basso un esempio del carro pianale: Chiaramente, al posto di quei silos, possono essere caricate delle casse mobili o anche dei container da 20 piedi. Servirà ovviamente un’unità di movimentazione in grado di caricare il carro pianale e servirà anche trovare il modo per collegare l’unità di carico sul pianale e tenerla salda (questo avverrà tramite dei punti di serraggio tra la base delle unità di carico e il pianale stesso→ad esempio per il container e le casse mobili useremo le aperture nei blocchi d’angolo inferiori per inserire dei blocchi meccanici). Un carro più complesso è questo, che tiene conto del fatto che, oltre a container e casse mobili è possibile trasportare anche semirimorchi! È il caso del CARRO A TASCA: sono schematizzati i due carrelli e questo carro possiede un profilo particolare che esamineremo per bene. Il carro a tasca si distingue in due categorie: a tasca fissa e a tasca mobile. Il carro a tasca, così come il carro pianale richiede una movimentazione verticale per caricare l’unità di carico sul carro. Vediamo meglio il profilo del CARRO A TASCA FISSA: Il profilo possiede una parte centrale, detta anche “tasca”, compresa tra i due carrelli, sagomata internamente in modo tale da realizzare delle cavità in cui trovano posizionamento le ruote del semirimorchio. L’abbinamento degli assi del semirimorchio con le cavità consente di avere una stabilità una volta che il semirimorchio viene caricato sulla tasca del carro. Ecco in alto l’operazione di carico del semirimorchio sulla tasca del carro. Questa operazione avviene tramite unità di movimentazione. A sinistra un ulteriore dettaglio di questa operazione, avviene in che questo caso tramite presa piggyback e quindi dal basso (per la movimentazione di semirimorchi e casse mobili). In basso invece un dettaglio sulla tasca del carro e sulle cavità per inserire le ruote del semirimorchio: Per portare un semirimorchio su un carro ferroviario c’è bisogno di un’unità di movimentazione, e l’operazione è molto complessa e costosa. Esiste un carro ferroviario molto interessante che consente di evitare l’impiego dell’unità di movimentazione (e relativi costi), che prende il nome di CARRO MODALOHR: È un carro che può essere caricato grazie ad una manovra dell’autoarticolato. Ha sempre due carrelli, uno anteriore ed uno posteriore, ma la caratteristica fondamentale è che la parte centrale (sulla quale poi si caricano i semirimorchi) si può orientare in senso obliquo rispetto alle rotaie! Come si vede in figura, c’è il primo carrello anteriore che poggia sulle rotaie e poi la parte centrale che può ruotare attorno ad una cerniera centrale, inclinandosi rispetto ai binari. Questa inclinazione permette al carro di sporgersi verso una rampa appositamente costruita per quel binario (c’è un’altra rampa dall’altro lato). Questa rampa permette all’autoarticolato di fare una manovra, salire dalla rampa opposta, posizionarsi verso la rampa successiva e posizionare il semirimorchio nella parte centrale che si è inclinata. Una volta sganciato il rimorchio, il trattore dell’autoarticolato può scendere dalla seconda rampa, avendo correttamente caricato il semirimorchio sul carro. Qui si capisce meglio: il percorso comprende due rampe fisse che si trovano ai due lati del binario e permettono la salita e la discesa dell’autoarticolato nella manovra di carico, e una parte centrale del carro che vediamo a sinistra in posizione di trasporto (parallela all’asse del binario) e a destra in posizione di carico/scarico (obliqua all’asse del binario). Questa operazione non necessit di unità di movimentazione e quindi riduce i costi. D’altro canto, però richiede gli spazi per realizzare le rampe di salita e di discesa affianco ai binari. Si noti come la presenza di più rampe suggerisce la possibilità (al netto di garantire un corretto afflusso dei mezzi) di effettuare più operazioni contemporaneamente! Quindi il drawback del Modalohr richiede un’infrastruttura molto più complessa di una semplice batteria di binari senza rampe. Ancora, il carro modalohr stesso richiede un costo superiore di un normale carro a tasca, in quanto possiede delle parti mobili e una serie di dispositivi di sicurezza necessari per effettuare le manovre (il carro deve garantire una certa stabilità). Quindi il carro modalohr riduce i costi di gestione e operativi per l’esercizio stesso della movimentazione, ma richiede superiori costi di investimento (sia per l’infrastruttura in sé, sia per il carro). Questo è un sistema più evoluto del carro modalohr che non richiede delle rampe fisse ai lati del binario, ma è il carro stesso ad adattarsi per la discesa e la salita, adattandosi al livello della pavimentazione circostante il binario. Quindi qui le parti componenti sono: il carrello anteriore con le ruote, il carrello posteriore con le ruote e la parte centrale che inizialmente è allineata ai carrelli e successivamente tramite un meccanismo si sporge di lato per consentire la salita del semirimorchio direttamente dalla pavimentazione. Quindi qui l’autoarticolato fa una manovra in retromarcia e si posiziona sulla rampa. Caricato il semirimorchio, la parte centrale si riposiziona in modo parallelo all’asse del binario. Ancora, per il trasporto dei semirimorchi esiste anche il CARRO A TASCA MOBILE: a differenza del carro a tasca fissa, il carro a tasca mobile non richiede che il semirimorchio venga agganciato da una unità di movimentazione, bensì richiede che venga spinto sul carro, facendolo salire sul carro, attraverso una rampa che viene posizionata su una delle estremità del carro stesso. Questo carro è anche noto come “carro wippen” (dal tedesco wippen vuol dire ponte). Da questa immagine notiamo cosa avviene col carro wippen: l’autoarticolato è composto da un trattore speciale (che non viaggia sulla strada ma è “speciale”, adibito all’utilizzo nella stazione ferroviaria) che aggancia il semirimorchio (che è stato portato in stazione da un autoarticolato normale) e attraverso una rampa dedicata porta in retromarcia in semirimorchio, facendolo salire sul carro. Questo trattore è come se fosse un’unità di movimentazione, ma lavorando a spinta e non a sollevamento è notevolmente più semplice del carrello che abbiamo visto con i carri a tasca fissa. Ma perché il carro si dice a tasca “mobile”? Perché, una volta che il semirimorchio è stato spinto sul carro ed è giunto all’estremo del pianale del carro, in quel momento il piano si abbassa, in modo da creare un avvallamento, una vera e propria tasca, che rimpiazza la tasca fissa realizzata tramite le cavità nel caso del carro a tasca fissa. Qui l’incavo si crea tramite il movimento del piano che si abbassa in automatico, stabilizzando le ruote e rendendo il trasporto più sicuro. Il carico e lo scarico in questo caso sono orizzontali e l’operazione è anche detta “Roll on-Roll off” ed avviene in linea col carro. Nel carro a tasca fissa, invece, carico e scarico avvengono in verticale tramite sollevamento e l’operazione viene detta “Lift on-Lift off”. Ancora, tra i carri ferroviari menzioniamo anche il CARRO BIMODALE: è una soluzione molto particolare in cui un’unità di trasporto stradale diventa un’unità di trasporto ferroviario→esistono dei semirimorchi che possono essere poggiti all’estremità su due carrelli. Se questo semirimorchio viene collegato rigidamente a questi carrelli si realizza un vero e proprio carro ferroviario, nel quale abbiamo i due carrelli di testa e di coda e la parte centrale costituita dal semirimorchio. Per assolvere la funzione di unità di trasporto ferroviario, il semirimorchio deve essere realizzato in modo particolare perché di fatto va a sostituire una parte del carro ferroviario: deve resistere alle sollecitazioni, agli sforzi che tipicamente vengono assorbiti da un carro ferroviario. Quindi intuiamo che deve essere particolarmente robusto. Il semirimorchio in questione è noto come semirimorchio bimodale e quando viene abbinato ai carrelli prende il nome di carro bimodale. L’operazione di abbinamento di semirimorchi e carrelli avviene tramite spinta da parte di un trattore, e ovviamente il semirimorchio è predisposto per questa operazione. È possibile così concatenare più semirimorchi per ottenere un vero e proprio treno di carri bimodali. Un’ultima soluzione ferroviaria è quella delle AUTOSTRADE VIAGGIANTI: l’intero mezzo, l’intera unità di trasporto stradale diventa un’unità di carico nel trasporto ferroviario→il veicolo (autotreno, autoarticolato, autocarro) sale su un carro ferroviario e viene trasportato. La differenza coi casi precedenti sta nel fatto che il posizionamento del mezzo deve tener conto anche della presenza del trattore, che verrà caricato anch’esso sul carro. Il mezzo di trasporto stradale deve salire sul carro, quindi deve essere resa possibile la salita. Il carro deve quindi essere accessibile dal mezzo che deve potersi inserire sul carro salendo tramite una rampa dedicata. I carri ferroviari in questo caso sono ribassati e sono noti come CARRI SAADKMS Questi carri ferroviari hanno delle ruote molto piccole proprio perché il carro deve essere molto basso e la rampa deve essere comoda per la salita del mezzo stradale, che con la sua motrice deve salire e percorrere la corsia tracciata da questi carri (collegati fra loro) finché non si mette in coda al successivo mezzo di trasporto. Quindi i mezzi salgono in sequenza su questo carro, ecco perché autostrada viaggiante, perché avremo praticamente dei carri sui quali sono presenti tutti questi mezzi stradali. Il personale si accomoderà poi in una carrozza dedicata. Questo è un sistema diffuso in quelle Nazioni che limitano la circolazione stradale e obbligano il passaggio al trasporto ferroviario (alcune regioni delle alpi svizzere ad esempio). È un trasporto molto oneroso, perché il conducente viaggia sul treno coi mezzi stradali, ma vengono pagati comunque con un costo orario, a differenza degli altri casi in cui viaggia solo il semirimorchio senza il conducente! FOCUS: GLI ASPETTI ECONOMICI DEL TRASPORTO Nella gestione dei trasporti noi dobbiamo conoscere le caratteristiche tecniche dei sistemi di trasporto, ma non solo. Oltre agli aspetti tecnici, ad orientarci nella scelta del sistema di trasporto ci sono gli aspetti economici, che ci aiutano a fare un’analisi più concreta della gestione dei trasporti, oltre che a fare delle scelte corrette anche dal punto di vista della convenienza economica. Dobbiamo allargare il campo di osservazione, perché a quei concetti tecnici come portata, volume, velocità si aggiungono altri elementi economici. Se pensiamo al costo del trasporto, e nel dettaglio del trasporto stradale (il più diffuso), dovremo valutare alcuni aspetti che ci porteranno a definire l’entità economica del trasporto, che si potrà ad esempio esprimere in €/km→in un trasporto dovremo chiederci qual è il suo corso in euro per ogni km percorso; oppure in €/tonnellata o €/pezzo (se la produzione non è di massa ma riguarda manufatti singoli). Di seguito troviamo gli aspetti economici da considerare: in primis, per determinare il costo totale del trasporto dovremo distinguere i costi tra costi fissi e costi variabili, che sono sicuramente la quota più influente. Oltre a questi costi, dovremo considerare l’utilizzo annuo che si fa di quel trasporto (il numero di km che complessivamente si riesce a percorrere col mezzo considerato), alcuni aspetti organizzativi che possono ottimizzare il trasporto come l'incidenza dei ritorni a vuoto (ottenuta considerando la presenza o meno di un ritorno assicurato del carico una volta che è stata effettuata una consegna->spesso, fatta la consegna al cliente, possiamo prelevare della merce da un nostro fornitore al ritorno e questo cambia notevolmente il quadro economico del trasporto). Ancora, altri fattori sono il costo del conducente (manodopera per il trasporto, facendo distinzione tra i dipendenti assunti dall'azienda e i lavoratori autonomi), gli aspetti legati alle dimensioni dell'azienda (maggiori sono, maggiori sono le disponibilità per l'espletazione delle mansioni) e al livello di specializzazione dell'attività. Concentriamoci sui fattori fondamentali: • I costi fissi sono quei costi che vanno sostenuti indipendentemente dall'esercizio dell'attività. Anche se non si viaggia, i costi fissi esistono e vanno inseriti nel conto economico aziendale. I costi fissi tipici dell'autotrasporto sono: gli ammortamenti dei veicoli (tipicamente con periodo contabile di 5 anni, quindi contabilizzeremo 1/5 del valore di acquisto del mezzo) e gli oneri finanziari ad essi collegati (legati agli interessi connessi al finanziamento sostenuto per effettuare l'acquisto del veicolo, perché tipicamente i veicoli vengono acquistati tramite mutuo bancario); i costi di assicurazione (contro il rischio civile ossia contro i danni a terzi, ma anche contro il furto, contro l'incendio e sul valore della merce, soprattutto se viene trasportata merce preziosa); le tasse di circolazione, la tassa di proprietà e altre tasse occasionali/temporanee dipendenti dalle normative vigenti • I costi variabili sono legati all'esercizio. Tra i costi variabili troviamo: il costo del combustibile; il costo del conducente (è un costo variabile perché esiste solo se c'è il trasporto. Varia tra personale dipendente e personale autonomo); il costo di manutenzione (non solo meccanica ed elettrica); il costo del pedaggio (autostrada, traghetti ecc.); il costo degli pneumatici (costi molto ricorrenti e prevedibili, ecco perché non rientrano nella manutenzione); le indennità di trasporto, vitto e alloggio per il personale. In questo quadro, escludendo i costi del personale, notiamo che nell'autotrasporto la ripartizione tra costi fissi e costi variabili è di circa del 70% a favore dei costi variabili->se aggiungiamo il costo del personale addirittura arriviamo ad una ripartizione dell'80% dei costi variabili sul costo totale, rispetto al 20% dei costi fissi. Quindi i costi variabili incidono molto di più sul costo totale. In più, tra i costi variabili, incide maggiormente il costo del personale, e a seguire il costo del combustibile, il costo di manutenzione e gli altri a seguire. LEZ 5 e 6: 5/10/2023 Nella scorsa lezione avevamo iniziato questa valutazione economica sui costi di trasporto. Abbiamo già menzionato le diverse di unità misura del costo di trasporto, e abbiamo visto come i costi si ripartiscono fra fissi e variabili. I più importanti costi variabili sono il costo del combustibile (normalmente gasolio) e il costo del personale di trasporto; i più importanti costi fissi sono i costi generati dall’acquisto dei mezzi e tutti i costi relativi ad assicurazione (per incidenti, incendi, furto, danni a terzi), tassa di proprietà (che si paga su tutti i veicoli), tasse straordinarie (formulate dai governi, ad esempio, per disincentivare il trasporto stradale). In un’ottica legata a favorire il trasporto intermodale (nel dettaglio quello combinato strada-ferrovia) e alla convenienza economica, siamo posti davanti alla scelta su qual è il miglior mezzo di trasporto stradale per soddisfare una precisa esigenza di trasporto. Il grafico di sopra ci ricorda quali possono essere le unità di misura più importanti nella valutazione dei costi di trasporto: l’€/km e l’€/Quintale (o €/tonnellate o €/kg)→il costo del trasporto in €/km (ossia quanto spendiamo per km di percorrenza) aumenta logicamente dai mezzi più leggeri ai mezzi più pesanti. Il costo del trasporto è composto da costi fissi e costi variabili. Per i costi fissi, maggiore è la quantità di merce che vogliamo trasportare (e quindi la portata richiesta), più dobbiamo orientarci verso dei veicoli più pesanti che quindi hanno un costo di acquisto maggiore che, a parità di tempo di ammortamento, hanno un costo di ammortamento annuo maggiore che risulta in un costo in €/km maggiore. Ovviamente, un veicolo più pesante ha una motorizzazione molto importante, con cilindrate molto elevate, e una MTT maggiore (e di conseguenza richiede una maggiore potenza di trazione), quindi consuma di più per ogni km; pertanto, anche i costi variabili sono superiori e risultano in un costo in €/km maggiore. Di conseguenza, veicoli più pesanti hanno un costo in €/km maggiore. Parlando ora dell’€/kg o €/tonn è esattamente il contrario! Con dei veicoli più pesanti, con una portata nettamente superiore, a parità di tempo di trasporto (ipotizzato uguale tra i diversi veicoli utilizzabili) riesco a ripartire il costo del trasporto su una quantità superiore di merce trasportata; quindi, i veicoli più pesanti hanno un costo di trasporto in €/tonn inferiore! Attenzione: tra un veicolo leggero ed un pesante non c’è una variabilità elevata nei costi del personale, l’unica differenza sta nel fatto che un veicolo leggero può essere guidato con una patente di grado meno elevato rispetto ai veicoli pesanti. Di conseguenza, tipicamente, per i veicoli pesanti il personale è leggermente più qualificato. Considerando quindi il costo del personale, faremo riferimento al costo orario, che viene stabilito dai Contratti Collettivi Nazionali del Lavoro, tipicamente pari a 25 €/h per il conducente con patente B e di circa 27 €/h per il conducente più qualificato (patenti C ed E). Attenzione, però, perché questo costo che comunque ha poche differenze, viene ripartito diversamente tra veicoli leggeri e pesanti se consideriamo la merce trasportata. Quindi, per un veicolo pesante, quel costo aggiuntivo rispetto al veicolo leggero riesce ad essere ammortizzato proprio grazie al fatto che il veicolo pesante ha una maggiore portata e quindi trasporta una maggiore quantità di merce. A titolo informativo, questo è un tipico furgone usato dai corrieri per fare le consegne in città. Vediamone adesso le specifiche tecniche: Adesso confrontiamolo col seguente autocarro a due assi: Quindi notiamo come la portata (MTT – TARA) del veicolo più pesante sia nettamente superiore, ma al contempo salgono notevolmente cilindrata e potenza massima e di conseguenza i costi relativi ai consumi. Questo si rifletterà in termini di minore percorrenza massima per litri di carburante (km/l). Per il furgone leggero parliamo di percorrenze massime di circa 7 km/l, per autocarri parliamo di circa 4 km/l fino ad arrivare agli autotreni e agli autoarticolati che consumano moltissimo e hanno una percorrenza massima di 2-3 km/l Vediamo adesso il seguente trattore di un autotreno: Quindi, su questo tipo di mezzi abbiamo un consumo di combustibile elevatissimo, che si esprime con una percorrenza massima di 2-3 km/l. Qui troviamo un’altra unità di misura: €/viaggio→conoscendo da dove dobbiamo partire e dove dobbiamo arrivare, possiamo trattare il costo totale di trasporto in termini di €/viaggio, e quindi di costi per singolo viaggio (andata e ritorno). Notiamo che tipicamente ci troviamo con l’unità di misura di €/km, che era superiore ad 1 (si noti che la tratta Milano Palermo, di 1200 km, costa 1500 €/viaggio). LE UNITA’ DI TRASPORTO-GLI ELEMENTI DI STABILIZZAZIONE Trattiamo l’argomento degli elementi di stabilizzazione dei container (nel trasporto navale, perché nell’intermodale i container non si possono sovrapporre): il container, come sappiamo, presenta 4 blocchi d’angolo sulla base e sulla testa per la movimentazione e la stabilizzazione. Sappiamo che esistono degli elementi, noti come twistlocks, che permettono di collegare in verticale un container con un altro container sottostante o sovrastante. È possibile anche collegare due colonne di container di fianco, quindi collegare due colonne di container in orizzontale, tramite i cosiddetti “midlocks”. Focalizziamoci adesso sui twistlocks: questi possono essere ad azionamento manuale, ad azionamento semiautomatico o ad azionamento automatico. Vediamoli nel dettaglio e cerchiamo di capirne il funzionamento! In alto vediamo un twistlock ad azionamento manuale (sinistra) e un twistlock ad azionamento semiautomatico (destra). I twistlock ad azionamento manuale sono molto semplici e vengono utilizzati soltanto alla base della colonna di container, in particolare quando bisogna collegare la base del primo container sul ponte della nave. Il funzionamento è semplice: la punta a freccia del twistlock (cerchiata in verde) viene inserita nei blocchi d’angolo, e viene fatta ruotare all’interno dei blocchi d’angolo nella base del container tramite azionamento manuale della leva. La rotazione della punta incastra il twistlock nel containter. I twistlock semiautomatici vengono utilizzati per collegare un container con quello sottostante o sovrastante: presentano una parte gialla che si inserisce manualmente nei 4 blocchi d’angolo alla base del container superiore (infatti c’è scritto “up” proprio ad indicare che va inserita sul container superiore, quello che si calerà sopra ad un altro container). Alla base di questo twistlock c’è un’altra punta a freccia sulla base che si inserisce automaticamente nel blocco d’angolo del container sul quale viene calato il container superiore, tramite un sistema a scatto automatico (tramite molla di ritorno) che prevede l’incastro della punta una volta che si cala il container sopra l’altro. Di seguito la figura ci permette di apprezzare entrambe le punte a freccia. La manopola arancione, invece, a cosa serve? Serve per staccare i due container perché i twistlock è un meccanismo bloccato internamente che non può sbloccarsi una volta che i container sono stati bloccati. Tirando quel pomello arancione, è possibile sbloccare i due container manualmente tramite delle aste con dei ganci. Questa azione sblocca il meccanismo interno dei twistlocks e dopodiché è possibile effettuare le operazioni di scarico e sollevamento dei container! Ecco perché semiautomatici, perché serve l’operatore per sbloccare i twistlock. Questo è invece un twistlock automatico: ha una forma particolare; infatti, è stato progettato per eliminare tutti i problemi dei twistlock semiautomatici e manuali. In particolare, se c’è un’oscillazione del container superiore rispetto a quello inferiore, i due container non si sganciano→le oscillazioni orizzontali non consentono lo sblocco. Se invece il container superiore viene sollevato in maniera perfettamente verticale rispetto a quello inferiore, il twistlock si sblocca. L’esigenza di progettare un twistlock automatico è legata all’eliminazione dei tempi necessari per sbloccare manualmente tutti i twistlock dei container. Il drawback è legato al fatto che anche una minima oscillazione orizzontale non consente lo sblocco, è necessario un sollevamento perfettamente verticale. ESERCITAZIONE SULLA LOGISTICA ESTERNA: Problema: determinare la soglia di convenienza economica, in termini di quantità annua di materiale trasportato, per la scelta del mezzo di trasporto stradale ottimale per carichi di rifiuti di cartone in balle. Si tratta di un tipico problema di “punto di equilibrio” tra costi imputabili a soluzioni gestionali diverse C’è la possibilità di scegliere il mezzo di trasporto stradale tra due alternative: un autocarro (medio) a tre assi e un autoarticolato (pesante, trattore e semirimorchio). La scelta come va fatta? L’impresa ha ben nota la tratta, conosce origine e destinazione del viaggio, e quindi conosce l’ubicazione del cliente e quindi il percorso da effettuare. Il decisore, avendo noti questi dati, vuole sapere quale fra i due mezzi conviene acquistare ed usare per il trasporto in funzione delle quantità che devono essere trasportate a questo cliente in un anno? È un problema di minimizzazione del costo di trasporto riferito ad un determinato tempo (1 anno) all’interno del quale il cliente ordina una certa quantità di merce. Per risolvere questo problema, dobbiamo sfruttare tutte le conoscenze acquisite sulla logistica esterna! DATI: • Distanza tra origine e destinazione delle marce (O-D): 100 km • AUTOARTICOLATO: unità di trasporto con semirimorchio. Lunghezza lorda (esterna): 13,60 m; Lunghezza netta (interna, al netto delle pareti di chiusura): 13,40 m; larghezza lorda: 2,55 m; larghezza netta interna: 2,40 m; Altezza netta interna: 2,40 m. OSS: (Le misure nette dipendono dallo spessore delle pareti e dagli spazi non saturabili tra le UdC*). • AUTOCARRO A 3 ASSI: UNITA’ DI TRASPORTO con CASSA MOBILE. LUNGHEZZA LORDA: 7,00 METRI; LUNGHEZZA NETTA: 6,50 METRI; LARGHEZZA LORDA: 2,55 METRI; LARGHEZZA NETTA INTERNA: 2,40 METRI; ALTEZZA NETTA INTERNA: 2,40 METRI *OSS: le dimensioni “lorde” sono le dimensioni esterne del mezzo, e differiscono da quelle “nette” che sono quelle interne, quelle effettivamente utili per trasportare la merce. La differenza tra lordo e netto dipende ad esempio dalle pareti del mezzo e dal fatto che non è quasi mai possibile affiancare le unità di carico in perfetta aderenza fra loro; quindi, ci sono sempre degli spazi inutilizzati che vanno a sottrarre spazio utile per la merce. • Percorrenza annua: 60000 km/anno; velocità media su strada: 60 km/h; • Dati economici AUTOARTICOLATO: COSTO DI ACQUISTO: 150.000 €; ASSICURAZIONE E TASSA DI PROPRIETA’: 4.500 €/ANNO; PERIODO DI AMMORTAMENTO: 5 ANNI; • Dati economici AUTOCARRO 3 ASSI: COSTO DI ACQUISTO: 100.000 €; ASSICURAZIONE E TASSA DI PROPRIETA’: 3.000 €/ANNO; PERIODO DI AMMORTAMENTO: 5 ANNI; • CARATTERISTICHE UNITA’ DI CARICO (UdC): TIPOLOGIA: BALLE DI MATERIALE PRESSATO; FORMA GEOMETRICA: PARALLELEPIPEDO; ALTEZZA: 1,10 METRI; LARGHEZZA: 1,10 METRI; LUNGHEZZA: 2,00 METRI; MASSA DI UNA UNITA’ DI CARICO: 1.100 kg. • Dati tecnico-economici di esercizio: OSSERVAZIONI PRELIMINARI SUI DATI DELL’ESERCIZIO: OSS: perché abbiamo bisogno anche dei dati sulle unità di carico? Le unità di carico hanno una loro geometria, pertanto noi vogliamo capire, in base ai mezzi di trasporto che abbiamo e tra i quali dobbiamo scegliere, qual è il riempimento che possiamo realizzare di questi volumi con quelle unità di carico? Abbiamo le informazioni circa il volume e la portata dei mezzi e le informazioni geometriche delle unità di carico, nonché il loro peso. Dobbiamo quindi fare due valutazioni: una in termini di spazio/volume perché dobbiamo capire lo spazio occupato dalla singola unità di carico al fine di fare una sistemazione ottimale della merce nel mezzo, rispettando il volume utile del mezzo; una in termini di portata, perché oltre al volume anche la portata è un limite del mezzo di trasporto→ottimizzare e rispettare il volume del mezzo non implica necessariamente il rispetto dei vincoli di portata! N.B: spesso queste operazioni vengono fatte tramite software di ottimizzazione. Questo problema è molto serio perché purtroppo non si riesce mai a saturare tutto lo spazio disponibile e quindi si hanno degli sprechi. Proviamo ad ipotizzare questa disposizione delle unità di carico nel volume utile del mezzo: in questo caso ipotizziamo di disporre l’unità di carico con il suo lato lungo perpendicolare al fianco. La sistemazione è quella che vediamo in figura, che comporta uno spazio inutilizzato, tanto in altezza, tanto in larghezza. Ottimizzato il volume, dobbiamo fare le considerazioni sulla portata: in questa configurazione riusciamo a sistemare 24 unità di carico, il cui peso è di 1,1 tonnellata. Potrei ipotizzare un’altra sistemazione? Beh, potrei disporre le unità di carico nell’altra posizione, ossia avendo il lato lungo parallelo al fianco. In questa seconda configurazione, tenendo conto delle dimensioni delle unità di carico, riuscirei a sistemare più unità di carico, in particolare 26 (perché nello spazio rimanente riuscirei ad inserire altre unità di carico girate, ossia come nella prima configurazione). In basso un’idea della seconda configurazione: Quindi la prima configurazione non è la sistemazione ottimale dal punto di vista del volume…il problema è la portata! Se sistemo 24 unità di carico sviluppo un peso di 24*1,1=26,4 tonnellate; se sistemo 26 unità di carico sviluppo un peso di 26*1,1=28,6 tonnellate→attenzione alla portata! Nei mezzi la portata dipende dall’allestimento del semirimorchio, dai suoi materiali, dalla tara, non posso dire con certezza che posso sistemare 26 unità. Devo quindi prima capire qual è la portata e in base alla portata posso fare una verifica della portata, ossia verificare che la mia disposizione geometrica delle unità di carico rispetti anche i vincoli della portata→devo trovare la soluzione, intesa come disposizione geometrica delle unità di carico che, rispettati i vincoli sulla portata, ottimizza il volume utile e minimizza lo spazio inutilizzato. La portata, quindi, è una condizione di partenza fondamentale che va rispettata. Possiamo ragionare allo stesso modo anche per la cassa mobile: in verticale abbiamo quella sistemazione su due livelli, e le unità di carico hanno il lato lungo parallelo all’asse longitudinale del mezzo. Grazie alla vista in pianta ci rendiamo conto che possiamo caricare 12 unità di carico nel mezzo. Se modificassimo la disposizione, ipotizzando il lato lungo trasversale al fianco del mezzo, dovremmo anche qui capire quante unità possiamo caricare, tenuto conto della portata del mezzo e dello spazio disponibile (considerando le dimensioni interne del mezzo e le dimensioni delle unità di carico), avendo chiaro l’obiettivo di massimizzare lo spazio disponibile e il numero di unità di carico da trasportare! OSS: un’altra osservazione da fare è quella sui dati relativi all’utilizzo dei mezzi. I dati riportano le informazioni sulla percorrenza annua e sulla velocità media su strada. Bisogna considerare questi dati perché sono molto importanti. I veicoli commerciali vengono utilizzati per un numero minimo annuale di km, al di sotto della quale si perde proprio la convenienza ad utilizzare ed acquistare il mezzo! Il dato della percorrenza annua è fondamentale (di solito si aggira su un minimo di 100000km annui). Anche la velocità è importante perché bisogna rispettare i limiti di velocità che dipendono dalla classe del veicolo e dalla tipologia di strada. Se il viaggio si svolge in autostrada, la velocità media sarà superiore. Attenzione che la velocità è media, che tiene conto di tutte le fermate (pause fisiologiche ecc.) che il conducente deve effettuare durante il tragitto, oltre che del normale andamento variabile della velocità nel tragitto. La velocità media si calcola dividendo il tragitto per il tempo totale di percorrenza (che contiene tutte le pause appena menzionate). OSS: Analizziamo i costi fissi: il costo di acquisto è maggiore per il veicolo più pesante (perché ha caratteristiche superiori); i costi di assicurazioni sono molto elevati e si utilizza un periodo di ammortamento tipicamente di 5 anni (che può anche non coincidere con gli anni di utilizzo del mezzo, che può essere sfruttato anche oltre la fine dell’ammortamento). Ancora, teniamo a mente che i costi fissi dei veicoli devono tener conto anche del calcolo degli interessi→abbiamo bisogno di capitale per acquistare i mezzi, che noi prendiamo in prestito e quindi il costo di ammortamento deve considerare gli interessi finanziari (tasso passivo sul prestito bancario). Per il calcolo si dovrebbe utilizzare il metodo dell’ammortamento francese, che non tiene conto del fatto che nel tempo gli interessi si riducono. Quindi si aumenta direttamente il costo di acquisto del 20% e si divide il risultato per il tempo di ammortamento del mezzo, in modo da ottenere un costo annuo [€/anno] costante che tiene già conto degli interessi, per evitare di dover ricalcolare ogni anno il costo. Al costo di ammortamento annuo si sommano il costo del bollo e il costo di assicurazione, che sono costi fissi annui. OSS: Per il calcolo del Costo Variabile si calcola dapprima il costo di un viaggio e si divide poi il costo ottenuto per la quantità di merce trasportata in un viaggio per ricavare un costo per ogni tonnellata trasportata [€/t]. OSS: Il costo di manutenzione è un costo variabile, che dipende quindi dall’esercizio dei mezzi. Non sapendo quali saranno i guasti e i problemi che affronteremo durante il trasporto, esso si calcolerà come percentuale del costo di acquisto del mezzo. Si esprime in €/anno e, se ad esempio il mezzo ci è costato 100000€ e il costo di manutenzione è il 10% del costo di acquisto del mezzo, devo prevedere che spenderò 10000€ di manutenzione su quel mezzo. È una valutazione che si fa grazie all’esperienza, ed è molto aderente alla realtà: di solito il costo di manutenzione si aggira tra il 5 e il 10% dei costi di acquisto del mezzo. OSS: il costo per gli pneumatici viene tenuto separato dal costo di manutenzione, perché nei mezzi di trasporto stradale il consumo delle ruote è un problema rilevante e fondamentale e soprattutto prevedibile, che quindi viene valorizzato tramite una propria voce di costo che tiene conto del numero di assi, del numero di ruote per asse, del costo del singolo pneumatico e del consumo del treno di gomme (quanti km fa in media un treno di gomme). RICHIESTA: DETERMINARE IL CAMPO DI CONVENIENZA ECONOMICA DEL TRASPORTO CON AUTOARTICOLATO E QUELLO DEL TRASPORTO CON AUTOCARRO IN FUNZIONE DELLA QUANTITA’ ANNUA DI MERCE DA TRASPORTARE. LA SOGLIA DI CONVENIENZA È ESPRESSA IN QUANTITA’ ANNUA DA TRASPORTARE (tonnellate/anno)→faremo un piano cartesiano con due rette che ci permetteranno di trovare le zone di convenienza (le regioni dove conviene più un veicolo rispetto all’altro) e la zona di indifferenza tra i due veicoli. La variabile dipendente è il costo di trasporto annuo [€/anno] mentre la variabile indipendente è la quantità di merce che deve essere trasportata nell’arco di un anno verso il cliente in questione [tonnellate/anno]. Intuitivamente, a parità di distanza da percorrere, possiamo prevedere che l’autocarro, avendo una portata superiore, sarà più conveniente per quantità trasportate superiori. Troveremo una quantità trasportata annua che segnerà la separazione tra le zone di convenienza dei due mezzi. L’iter risolutivo dell’esercizio è il seguente, e vale per ogni mezzo da considerare: Il punto di equilibrio sarà l’intersezione tra i due andamenti dei due veicoli. RISOLUZIONE: Il costo annuo di trasporto per ciascun mezzo è la somma di un costo fisso e di un costo variabile: CT = CF + CV [€/a] CF = Ammortamento, assicurazione, bollo. CV = Gasolio, personale, manutenzione, gomme, olio lubrificante. Chiaramente il costo variabile di trasporto in un anno dipenderà dalla quantità da trasportare in tale periodo, quindi: CT = CF + CVunit * Quantità annua Per i due mezzi considerati avremo due formule: CT1 = CF1 + CVunit 1 * Quantità annua CT2 = CF2 + CVunit 2 * Quantità annua Queste due formule sono due rette del tipo: y1 = K1 + m1 * x y2 = K2 + m2 * x che si incrociano in un punto che corrisponde alla quantità di merce trasportata in un anno per la quale i costi di trasporto con in due mezzi si equivalgono. Calcoliamo i diversi costi: πΆπΉ [ € πππ π‘π ππ ππππ’ππ π‘π ∗ 1,2 [€] € ]= + ππ π πππ’πππ§ππππ π π‘ππ π π ππ ππππππππ‘à [ ] ππππ πππππππ ππ ππππππ‘πππππ‘π [ππππ] ππππ OSS: La portata massima qui è di 26,4 tonnellate; quindi, non possiamo utilizzare la seconda configurazione che avevamo ipotizzato→caricheremo 24 unità di carico! Dove: € ππ € π πΆππ π‘π πππ ππππ ( ) = πππ π‘πππ§π(π΄π ) [ ] ∗ πππ π‘π πππ ππππ [ ] ∗ ππππ π’ππ πππππππ‘ππππ πππ ππππ [ ] π£ π£ π ππ € € ππ πΆππ π‘π ππππ ππ’πππππππππ‘π ( ) = πππ π‘πππ§π (π΄π ) ∗ πππ π‘π ππππ [ ] ∗ ππππ π’ππ πππππππ‘ππππ ππππ [ ] π£ ππ ππ ππ πππ π‘πππ§π [ π£ ] € € ππ§ πΆππ π‘π ππππ’π. ( ) = ∗ πππ π‘π ππππ’πππ‘πππ [ ] ∗ ππππππ ππππ π‘ππππ [ ] ππ π£ ππ§ π‘ππππ ππππ π’ππ ππππ’π[ ] π‘ππππ πΆππ π‘π ππππ ( € πππ π‘πππ§π (π΄π ) ) = πππ π‘π ππππππ ∗ ( + ππππππ π π ππππππ) π£ππππππ π£ππππππ‘à πππππ € %ππππ’π‘πππ§ππππ [ππππ] ∗ ππππ’ππ π‘π[€] € ππ πΆππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ ( ) = ∗ πππ π‘πππ§π (π΄π )[ ] ππ π£ π£ ππππππππππ§π [ππππ] OSS: tra i due mezzi il costo del conducente differisce perché nel mezzo più grande c’è un maggiore tempo di carico e scarico dovuto al fatto che il mezzo più pesante permette di trasportare una maggiore quantità di merce. Mezzi più grandi richiedono inoltre maggiori tempi di carico e scarico anche perché l’unità di movimentazione è più complessa. Il tempo di scarico poi si aggiunge al tempo di guida calcolato sulla velocità media e al tempo di attesa del conducente. OSS: come rendo il costo di manutenzione in unità di misura €/viaggio? Il costo di manutenzione che ottengo è in €/anno ed è una % del costo di investimento del mezzo. NON dovremmo usare il dato sulla percorrenza annua perché non è riferito sempre allo stesso cliente e ha molte variabili…in ogni caso lo utilizzo dividendo il costo di manutenzione annuo per la percorrenza annua e moltiplicando il tutto per la distanza totale del viaggio (andata e ritorno). Ovviamente il mezzo pesante ha un maggior costo di acquisto e quindi costo di manutenzione maggiore. Adesso il mezzo più leggero è quello che presenta un minore costo variabile! Vedremo, però, che il costo variabile va convertito da €/viaggio a €/tonnellata, perché devo capire il campo di convenienza in funzione delle quantità annue da trasportare complessivamente. € πππ π‘π π£ππππππππ [π£ ] € πππ π‘π π£ππππππππ [ ] = π‘ π‘ πππ π ππ π’π ππππππ [π£ ] Per fare questo, devo dividere il costo variabile a viaggio per la quantità che posso trasportare, e questo ribalta la situazione e la riporta a quella che ci aspettavamo: il mezzo pesante, anche se ha un costo per viaggio superiore, ha un costo variabile per tonnellata inferiore perché può trasportare più merce! A me interessa il costo a tonnellate e non a viaggio perché io vendo la merce a tonnellate! Grazie a tutti questi step, perveniamo ai grafici che mostrano gli andamenti dei due mezzi: 200.000 180.000 160.000 140.000 €/a 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 0 2000 4000 6000 t/a 8000 10000 12000 In rosa abbiamo l’autocarro e in blu l’autoarticolato. Sull’asse y abbiamo la spesa annua di trasporto e sull’asse x abbiamo la quantità ordinata dal cliente nell’arco di un anno. L’intercetta con l’asse y coincide coi costi fissi, che si sostengono comunque anche senza che il cliente ci ordini la merce. Il coefficiente angolare è l’inclinazione della retta che dipende dal costo variabile in euro a tonnellata che abbiamo appena calcolato. L’intersezione tra le rette è il punto di equilibrio→il valore di equilibrio sulle ascisse rappresenta il valore delle quantità trasportabili per le quali c’è indifferenza tra i due mezzi in termini di costi di trasporto annui→posso indifferentemente scegliere uno dei due mezzi perché spendo la stessa cifra. Per quantità inferiori a questa soglia, sono nella regione di convenienza dell’autocarro. Qui conviene l’autocarro perché avrei con l’autoarticolato un peso superiore dovuto al peso dei costi fissi. Questo vuol dire che quando ho investimenti e quindi costi fissi rilevanti, e ho piccole quantità, devo stare attento perché i costi fissi si ripartiscono su quella piccola quantità e sono più incidenti dei costi variabili sul costo totale; per quantità superiori alla soglia sono nella regione di convenienza dell’autoarticolato. Qui conviene l’autoarticolato perché per grandi quantità il costo fisso riesce a spalmarsi meglio e quindi prevale il vantaggio in termini di costi variabili in euro a tonnellata piuttosto che il costo di investimento fisso elevato. LE UNITA’ DI MOVIMENTAZIONE Sono il terzo pilastro della logistica esterna. Le unità di movimentazione si occupano di caricare le unità di carico sui mezzi di trasporto, scaricare le unità di carico dai mezzi di trasporto, trasferire le unità di carico da un mezzo di trasporto ad un altro (trasbordo, che avviene negli interporti nel trasporto intermodale) e gestire gli stoccaggi (la parte statica della logistica, la parte di gestione dei magazzini ai quali giungono i flussi dei materiali). Quindi le 4 funzioni delle unità di movimentazione sono: carico, scarico, trasbordo e stoccaggio. La prima unità di movimentazione che analizziamo è il CARRELLO ELEVATORE FRONTALE: è utilissimo sia per la logistica esterna che quella interna. È un carrello molto semplice, dotato di una propria motorizzazione, è semovente, ha un operatore a bordo e ha 2 ruote, due fisse e due rotanti (la differenza con l’automobile è che le ruote che impartiscono la rotazione del mezzo sono quelle posteriori e non quelle anteriori). Il carrello elevatore funziona attraverso un’attrezzatura di movimentazione e aggancio dell’unità di carico: le più semplici sono le forche, che servono per agganciare i pallet; per movimentare unità di carico più complesse come container e casse mobili non si usano le forche, ma si usano lo spreader e la pinza piggyback (per le casse mobili). Parlando di trasporto intermodale si prediligerà lo spreader montato sul carrello. Lo spreader viene montato in modo che sia mobile verticalmente, grazie alla presenza di un telaio nella parte anteriore del carrello (un telaio che funge da guida verticale, noto come montante) che permette allo spreader di muoversi. Questo è molto importante perché il carico viene movimentato avanti rispetto alla struttura del mezzo e le ruote si trovano tutte dietro il carico! Questa situazione crea un problema di equilibrio: avendo un carico davanti, il mezzo si può inclinare in avanti. La stabilità e la sicurezza delle unità di movimentazione sono un problema concreto. Di seguito vediamo la configurazione dei carrelli elevatori per i pallet, che però riguardano la logistica interna. Nella logistica esterna il carrello elevatore movimenterà container e casse mobili! A pieno carico un container da 20 piedi può pesare fino a 28 tonnellate e ha una tara di tonnellate 4 circa (peso da vuoto). Questa è la configurazione del carrello per frontale la movimentazione di container: lo spreader scorre sul montante verticale, un telaio ad hoc che funge da guida verticale. Ci sono carrelli per la movimentazione di container pieni e carrelli per la movimentazione di container vuoti. Questo perché il container vuoto pesa (tara) al massimo 4-5 tonnellate. Quindi se devo movimentare solo container vuoti perché devo usare un carrello con una portata elevata? Mi è sufficiente un carrello con una portata che coincide con la somma della tara del container più grande (da 40 piedi) e del peso dello spreader (l’attrezzatura). Nel carrello per container vuoti, quindi, la capacità di sollevamento è di 7-10 tonnellate, che ci conferma come nel calcolo venga considerato anche lo spreader e il suo peso (circa 7 tonnellate! Quindi pesa più di un container vuoto). Potrei anche usare delle attrezzature più leggere per movimentare i container vuoti oltre allo spreader tradizionale: parliamo di spreader più semplici come quello in figura, che al posto di avere 4 ganci possiede solo 2 ganci che si collegano solo su 2 blocchi d’angolo. L’attrezzatura è sì più leggera ma è circoscritta alla sola movimentazione dei container vuoti, perché per i container pieni è necessario lavorare con lo spreader tradizionale che lavora su tutti e 4 i blocchi d’angolo. Qui vediamo le caratteristiche dei carrelli che sollevano container pieni, e notiamo subito come la capacità di sollevamento sia ovviamente notevolmente superiore! La seconda unità di movimentazione è il TRATTORE PER TERMINALI: tipicamente usato negli interporti o nelle stazioni ferroviarie o da porto navale. È un trattore stradale molto complesso perché deve avere delle caratteristiche particolari di manovrabilità e visibilità. Un trattore del genere non ha bisogno di certo di velocità elevate. Questo trattore rimorchia e traina dei pianali su cui vengono appoggiati i container. Questo pianale si aggancia al trattore e viene trasportato nelle zone di movimentazione del porto/interporto ecc. Il trattore, nel caso di trasporto intermodale navestrada o nave-ferrovia può anche movimentare i semirimorchi a bordo delle navi, come in figura L’unità di movimentazione nota come MULTITRAILER ci permette di trasportare insieme più rimorchi tramite un trattore del terminal. Ovviamente le curve vanno fatte su un raggio molto ampio e le manovre sono complesse. Un limite di questo sistema è che il pianale deve essere caricato dalla gru che si vede nell’immagine di sopra che si occupa di movimentare i container. Il trattore in sé non è in grado di caricare i container, e quindi rimarrà fermo per tutte le operazioni di carico. Un’altra unità di movimentazione usata negli interporti e nei terminal navali è il CARRELLO CAVALIERE: si chiama così perché possiede un telaio gommato molto alto, con 4 ruote per lato ed è vuoto al centro. Questo sistema riesce a trasportare e caricare all’interno del telaio stesso! Si chiama cavaliere proprio perché si mette “a cavallo” dei mezzi dai quali deve caricare o scavalcare l’unità di carico. Questa unità ha il vantaggio di effettuare le movimentazioni tramite lo spreader all’interno della sua pianta, e questo permette (a differenza del carrello in cui il carico era davanti alle ruote) una maggiore stabilità. Questo sistema, essendo molto alto, quando il container è in alto sposta il suo baricentro verso l’alto, quindi durante la fase di trasporto (ricordiamo che è gommato, quindi oltre a caricare e scaricare può anche trasferire le unità di carico) deve tenere basso il carico per evitare la formazione di force centrifughe in curva che possono destabilizzare l’unità. Si dice che il cavaliere può movimentare “fino alla quarta altezza”: può movimentare, cioè, fino a 4 container uno sull’alto. Nella realtà però lo stoccaggio si fa solo su 3 livelli di altezza, affinché il quarto livello possa essere utilizzato per spostarsi sui livelli sottostanti e spostarsi tra i container. Questo sistema realizza degli “stoccaggi a nastro”, come nelle figure in basso. Non è un sistema velocissimo in quanto la struttura è imponente però ha degli ingombri laterali molto ridotti. Si noti come se il quarto livello fosse occupato da container (cosa che si può fare), il carrello non potrebbe più spostarsi tra le colonne. La disposizione a nastro permette un buon rendimento nell’utilizzazione degli spazi. Quindi di un’unità di movimentazione ci interesserà capire qual è la sua produttività media, ossia il numero di TEU che riesce a movimentare in un’ora. Questo dipende comunque dalle distanze da percorrere, e dalle caratteristiche dell’unità di movimentazione. Un’altra informazione rilevante è quella del costo medio: si noti come il carrello cavaliere arrivi a costare anche mezzo milione di euro. In alto i dati sulle velocità del carrello cavaliere, e ci accorgiamo come le velocità siano molto basse (addirittura in m/min) a causa della struttura stessa del carro, che predilige la stabilità alla velocità. Parliamo adesso di un’altra unità: il REACH STACKER. Noto anche come “carrello impilatore”, somiglia molto al carrello frontale ma ha una differenza sostanziale. Da fermo, infatti, può effettuare sia spostamenti verticali sia spostamenti orizzontali. Pur restando fermo, può spostare orizzontalmente l’unità di carico tramite un braccio estensibile costruito tramite un braccio telescopico meccanico incernierato sulla struttura del mezzo che funziona come un braccio vero e proprio che può sollevare l’unità di carico, allontanarla o avvicinarla al mezzo tramite degli elementi che si muovono di moto relativo (sfilano l’un l’altro). Così come per il carrello frontale, l’unità di carico è davanti alle ruote, quindi anche il reach stacker avrà il problema della stabilità quando il container è agganciato. L’altro problema è che, così come il carrello frontale, il container si trova trasversalmente all’asse della macchina; quindi, occlude totalmente il campo visivo frontale del mezzo→quando si sposta è necessario avere lo spazio sufficiente per far passare un container messo di traverso (almeno 20 metri). Nonostante ciò, la sua estrema flessibilità, agilità e portatilità, unite alla sua convenienza economica, lo rendono un’unità di movimentazione molto diffusa. Il reach stacker può arrivare fino alla “quinta e sesta altezza”, quindi può arrivare ad impilare fino a 6 container grazie al braccio telescopico. Attenzione, però: la portata, ossia la capacità di sollevamento dipende dal punto che il braccio deve raggiungere→perché, come vediamo in figura, in base alla distanza del carico dal fulcro il mezzo avrà un suo baricentro e farà da contrappeso al carico che viene movimentato. All’aumentare del braccio (distanza tra il carico e il punto di contatto delle ruote con la pavimentazione), quindi allontanandoci dal fulcro, la forza peso del container aumenta fino ad influenzare l’equilibrio dello stacker. Questo vuol dire che per movimentare su un punto più lontano, per mantenere l’equilibrio devo movimentare un carico inferiore! Questo a causa del fatto che la movimentazione avviene aldilà delle ruote anteriori…più ci allontaniamo, più si aggravano le condizioni di equilibrio, più sarà basso il carico che possiamo movimentare. In figura si vede molto bene questo concetto, infatti man mano che ci si allontana il carico si riduce sempre di più! C’è una soluzione che viene adottata per aumentare la portata: si possono utilizzare degli stabilizzatori davanti alle ruote, per spostare più in avanti il fulcro e quindi accorciare il braccio di azione della forza Il reach stacker è utilizzabile per il trasbordo, quindi e per trasferire un’unità di carico da un binario all’altro, senza muoversi e sfruttando il solo allungamento del braccio telescopico. Quindi il reach stacker può movimentare anche da fermo! Per quanto riguarda le aree di stoccaggio, il reach stacker può realizzare degli stoccaggi a catasta o a blocchi→tutti i container vengono impilati gli uni sugli altri, creando delle vere e proprie cataste di container. Questi blocchi, però, richiedono uno spazio notevole tra di loro per permettere al reach stacker di muoversi tra i blocchi! Un’unità di movimentazione non molto diffusa è il CARRELLO LATERALE: Possiede un telaio che si sposta e fa sporgere l’unità di carico per la sistemazione e il prelievo. Quello stesso telaio durante il trasporto si trova al di sopra del carrello. Vengono usati per ridurre l’ingombro del mezzo durante la movimentazione, perché il container è parallelo all’asse longitudinale del mezzo. Parliamo adesso della GRU PORTALE: A è molto simile al carrello cavaliere ma è notevolmente più imponente e resistente. È composta da due portali collegati tra loro, qui quali si muove un carrello con uno spreader abbinato tramite carrucole e funi. Questo spreader si può abbassare, sollevare e spostare lateralmente proprio grazie al carrello in alto (cerchiato in blu). Al di sotto di questi portali troviamo: binari, corsie per mezzi stradali e aree di stoccaggio Queste gru possono anche essere gommate o giacere anch’esse su dei binari. Quindi capiamo subito che queste gru permettono di fare trasbordo da carri ferroviari a mezzi stradali e viceversa. Ci sono però anche delle aree di stoccaggio: essendo molto alte, fino a 5-6 altezze, ed essendo molto lunghe, possono essere utilizzati per stoccaggi intensivi. Parliamo infatti di interasse tra i portali di anche 20-25 metri! Parliamo infine delle GRU PORTUALI: queste servono per caricare e scaricare le navi portacontainer. Si dividono in PANAMAX, POSTPANAMAX e SUPERPOST PANAMAX. Sono tutte fatte allo stesso modo, e ricordano le gru dei cantieri edilizi: hanno un braccio che sporge sullo specchio d’acqua e possiede uno spreader che si muove verso la nave e aggancia i container per caricarli sulla nave o scaricarli dalla nave. Le tre tipologie di gru sono distinte in base alle loro dimensioni e in base al tipo di nave che possono servire, e differiscono in base al numero di file di container che possono essere gestite sull nave→tra le tre tipologie di gru quindi cambia la sporgenza massima del braccio. Le navi PANAMAX sono abbinate alle gru PANAMAX, e possono passare all’interno del canale di Panama; le navi POSTPANAMAX sono abbinate alle gru POSTPANAMAX e non riescono a passare nel canale di Panama e devono seguire traiettorie differenti per arrivare a destinazione, ma sono ovviamente più grandi e più capienti; ; le navi SUPERPOSTPANAMAX sono abbinate alle gru SUPERPOSTPANAMAX e sono ancora più grandi e capienti. Più è grande la nave, più la gru deve essere sporgente e deve avere un braccio che può arrivare a 180 piedi, ossia circa 60 metri! Di queste gru ci interessa la velocità con cui vengono effettuate le operazioni: OSS: la nave “madre” è la nave che può muoversi negli oceani; le navi “feeder” si spostano tra porti della stessa area, e sono molto più piccole delle navi madre. Per le navi madre ovviamente il numero di operazioni all’ora è minore rispetto alle navi feeder. Queste gru, infine, sono azionate elettricamente e sono molto importanti. Nonostante ciò, essendo il traffico navale molto grande, l’infrastruttura portuale che è richiesta per gestire un così grande traffico è notevolmente caotica e complessa, viste anche le dimensioni elevate di queste gru. LEZ 7: 9/10/2023 Sempre per quanto riguarda le gru, quindi, è possibile calcolare il numero di unità di movimentazione necessarie considerando ad esempio di operare in un porto molto caotico come quello di Shangai. Considerando un traffico annuale di circa 4 milioni di container (TEU), quale sarebbe il numero di unità? Premessa: Ricordiamo sempre che dobbiamo sempre considerare la portata dell’unità di movimentazione (peso che l’unità può sollevare) adeguata alle esigenze. Un altro aspetto rilevante è quello circa la capacità di movimentazione e la produttività media dell’unità di movimentazione (espressa in TEU che possono essere movimentati in un’ora), perché influisce notevolmente sull’attività stessa di movimentazione nel terminal portuale o interportuale. Pertanto, ogni mezzo sarà caratterizzato dalla propria velocità, portata ecc. Quindi, a scopo esercitativo, facciamo riferimento a questa formula che esprime il calcolo del numero di unità di movimentazione necessarie per soddisfare un carico di traffico pari a Q (espresso in TEU/anno), considerando anche il numero n di turni di lavoro annuo e la capacità operativa dell’unità di movimentazione, Pt (TEU/turno). Il fattore P è detto fattore di sovraccarico, e maggiora la quantità Q di una certa %. Questo può essere ottenuto tramite analisi storica delle attività passate svolte nel terminale logistico, e ha la funzione di fattore cautelativo. Ipotizziamo quindi un fattore di sovraccarico di 1,1 (cioè, aumentiamo del 10% il carico di traffico). Per determinare il numero di turni di lavoro (che deve tener conto di tutte le pause necessarie per gli operatori e di tutte le pause tecniche necessarie per scambiare le informazioni necessarie all’attività lavorativa ecc.), il ragionamento è molto articolato: esso è ottenuto considerando che al turno lavorativo di 8 h vanno sempre sottratte le pause tecniche e le pause fisiologiche; pertanto, si riduce questo turno del 20% per ottenere un tempo netto di lavoro. Ancora, è impossibile ipotizzare 3 turni di lavoro al giorno per 365 giorni all’anno→c’è sempre l’esigenza di provvedere alle attività ordinarie e straordinarie di manutenzione degli elementi di movimentazione, in quanto oggetti meccanici molto complessi, che non potranno mai essere sempre attivi per il 100% del tempo a disposizione. Quindi a causa di queste esigenze di manutenzione si riduce ulteriormente il numero di ore nel turno. Grazie a questo si ottiene il numero di ore effettive adibite alla movimentazione. Si giunge quindi alla conclusione che il numero di turni di lavoro annuo possa essere pari all’80% del valore teorico: se immaginiamo di lavorare 3 turni al giorno (ipotizzabile ma impossibile), prima o poi ci dovremmo fermare per i rifornimenti e per la manutenzione. Questo significa che non avremo mai 3 turni al giorno per 365 giorni! L’ipotesi più semplice è la seguente: ππΈπ π∗π[ ] ππππ ππππ = [π’πππ‘à] π‘π’πππ ππΈπ π[ ] ∗ ππ‘ [ ] ππππ π‘π’πππ ∗ π’πππ‘à Con P=1,1; Q= 4 milioni di container all’anno (nel porto di Shangai); n=0,8*3*365= 876 turni/anno effettivi di lavoro; ππ‘ = 35 TEU/h (ottenuta come media dei dati presenti nella tabella precedente sulle gru→siamo tra 25 e 40 quindi facciamo una media di circa 35) = 280 TEU/turno Con questi dati avremo un numero ππππ pari a 18 unità di movimentazione→sarebbero necessarie 18 unità di movimentazione, 18 gru portuali con delle dimensioni molto elevate e con dei costi molto elevati a causa delle loro caratteristiche costruttive molto particolari. Una gru di questo tipo arriva a costare fino a 1 milione di euro, senza parlare di tutta l’infrastruttura circostante: rotaie per far spostare le gru, impianto elettrico ecc. In ogni caso, questo esercizio è importante perché è un calcolo molto diffuso nella logistica esterna. Infatti, è molto diffuso ricavare il numero di unità di movimentazione necessarie per far fronte ad un certo carico di traffico/di movimentazione, date le caratteristiche dell’unità di movimentazione. È un problema di dimensionamento della flotta di unità di movimentazione. Concludendo, le unità di movimentazione sono importanti non solo per il fatto che ciascuna tipologia di unità ha caratteristiche di velocità, capacità di sollevamento e potenzialità differenti, ma anche per un altro effetto importante, che deriva dalle differenti modalità costruttive e di funzionamento delle unità di movimentazione: parliamo delle modalità di stoccaggio, di realizzazione dei magazzini e dei depositi di unità di carico. Infatti, questi stoccaggi/depositi avranno un numero variabile di livelli/sovrapposizioni (di container sovrapposti) e una densità di stoccaggio differente in base alla tipologia di unità di movimentazione utilizzata e alle sue caratteristiche costruttive e di funzionamento. Avremo quindi notevoli differenze tra il carrello cavaliere (che consente uno stoccaggio a nastro) e il reach stacker o il carrello frontale con spreader (che lavorano per realizzare blocchi di container su più livelli, anche fino alla quinta-sesta altezza) e la gru a portale (che realizza stoccaggi a catasta nell’area tra i portali con un numero di livelli di sovrapposizione elevato). Quindi, in base alla scelta dell’unità di movimentazione, avremo una diversa disposizione delle unità di carico nei magazzini, e questo è molto importante perché una maggiore dispersione superficiale delle unità di carico nell’area in cui opera l’unità di movimentazione implica maggiori tempi di movimentazione (per raggiungere il punto di prelievo e arrivare fino al punto di stoccaggio) e quindi un conseguente appesantimento del trasporto in sé e della sua gestione. L’ideale sarebbe avere depositi concentrati, e quindi avere un coefficiente di utilizzazione dello spazio a disposizione il più elevato possibile. Questo vale anche per i magazzini di distribuzione, per i magazzini industriali di produzione (che verranno riempiti coi pallet, come vedremo in seguito). È fondamentale quindi capire con quale efficienza riusciamo ad utilizzare lo spazio a disposizione per lo stoccaggio. Per i depositi di container si utilizza un indice noto come indice di utilizzazione globale (u), e viene utilizzato nei terminali logistici, specialmente per gli interporti e nelle stazioni navali. Questo indice esprime il concetto appena spiegato, ossia il consumo di spazio legato allo stoccaggio e quindi alla scelta dell’unità di movimentazione. Per ottenere questo indice, come si procede? 1) Innanzitutto, bisogna calcolare il fabbisogno di superficie per lo stoccaggio di un container, in π2 →si stabilisce quindi una relazione tra il container e la superficie necessaria per effettuare il suo stoccaggio/deposito. Attenzione a come si considera la superficie di partenza…è fondamentale! La superficie dell’area di stoccaggio, che va divisa per il numero di unità di carico sistemate in quell’area, comprende anche le aree di movimentazione, per lo spostamento delle unità di movimentazione! E quindi, un conto è utilizzare un reach stacker che trasporta in senso trasversale un container da 40 piedi, e quindi richiede corridoi di almeno 12 metri, un conto è utilizzare altre unità di movimentazione. Poi, ogni unità ha i suoi pregi: il reach stacker ci permette di sovrapporre i container anche su molti livelli. Quando non abbiamo problemi di selettività del singolo container, e quindi non abbiamo bisogno di ricercare uno specifico container nelle operazioni di prelievo, possiamo puntare verso questo stoccaggio a catasta in grandi blocchi. Se invece ho particolari esigenze di selettività, quindi i container sono diversi fra loro nella catasta, e un container non vale l’altro, risulta più complicato ricercare il singolo container in queste condizioni, a maggior ragione se si dovesse trovare alla base di una catasta (che arriva anche a 5-6 livelli)! Esigenze di selettività maggiori richiedono di realizzare blocchi minori di container. Se un container vale l’altro (ad esempio tanti container vuoti oppure container di uno stesso operatore logistico), posso permettermi di realizzare cataste di grandi dimensioni. Da questi ragionamenti, scelta l’unità di movimentazione, possiamo scegliere quindi come realizzare il deposito dopo dimensionare i corridoi e la viabilità delle unità di movimentazione. Nella figura a sinistra notiamo come nelle opzioni E ed F abbiamo la stessa UdM (reach stacker) ma abbiamo due differenti opzioni di impilamento: due blocchi con 4 file da 3 altezze nel caso E, 4 blocchi con meno file nel caso F. Questo ci spiega come queste due soluzioni differiscano per le esigenze di selettività! Infatti, nella soluzione F avremo una maggiore esigenza di selettività! L’esito della scelta della UdM e dell’analisi delle esigenze di selettività si concretizza nella definizione della configurazione di piazzale per lo stoccaggio. Il piazzale, quindi, sarà organizzato con i corridoi e le aree di stoccaggio e avrà delle cataste di altezza definita. Il perimetro di questa area delimiterà una ben precisa superficie, che incorpora quindi sia le aree di stoccaggio sia le aree di passaggio/viabilità. Considerata questa superficie LORDA (stoccaggi+viabilità) e il numero di container che sono stoccati in questa superficie, è possibile calcolare il fabbisogno di superficie in ππ per singolo container. Ad esempio, se l’area considerata per l’organizzazione dello stoccaggio si estende per 1000 π2 e siamo riusciti a sistemare 100 containers, il fabbisogno di superficie per container sarà pari a 10 singolo π2 ππΈπ . πππππππ,π π‘ππππππππ π2 ππππ = [ ] πππππ‘πππππ π ππ π‘ππππ‘π ππΈπ 2) Ottenuto il dato sul fabbisogno di superficie per singolo container, dobbiamo confrontare questo dato con l’area della base del singolo container→sapendo che il TEU (container di riferimento da 20 piedi) è lungo circa 6 metri e largo quasi 2,5 metri, la sua superficie di base ππ sarà circa una quindicina di π2 . Da ciò si ottiene la formula per l’indice di utilizzazione globale: Dove: ππ è la superficie di base del container; ππππ è il fabbisogno di superficie per singolo container. Si noti che ovviamente u è adimensionale Quindi, quando facciamo lo stoccaggio dei container, possiamo avere tre tipologie di deposito: 1. A SPINA DI PESCE: più diffuso per i semirimorchi che per i container. questa configurazione viene usata per container depositati su sostegni o semirimorchi senza sovrapposizione; 2. A BLOCCHI O “A CATASTA”: i container sono sovrapposti fino a 4 livelli e posti uno accanto all’altro a formare cataste (tipicamente diffuso con UdM come transtainer, side-loader e reach stacker); 3. A NASTRO: è la configurazione tipica utilizzata quando si impiegano carrelli cavaliere o side loader. Impilamento sino a 2/3 livelli per strisce parallele. Attenzione: l’indice di utilizzazione globale potrà avere un valore maggiore, minore o uguale ad 1, a seconda del rapporto reciproco tra l’area di base del container e il fabbisogno di superficie per singolo container. • u>1: il fabbisogno di superficie per singolo container è inferiore all’area di base del singolo container. • u<1: il fabbisogno di superficie per singolo container è superiore all’area di base del singolo container. A noi interessa raggiungere valori elevati dell’indice u, e questo lo facciamo sfruttando al massimo la concentrazione delle UdC nell’area a nostra disposizione. Se realizziamo blocchi molto alti e molto ampi, avremo un ottimo indice u. In figura sono cerchiate le due migliori opzioni: il reach stacker con blocchi da 4 file e 3 livelli e la gru a portale con blocchi a 4 livelli. Tutti questi ragionamenti torneranno utili nella logistica interna per le scelte inerenti il dimensionamento della capacità di movimentazione e la valutazione degli indici di utilizzazione dei magazzini. Parliamo adesso dei trasporti intermodali! IL TRASPORTO INTERMODALE L’intermodalità è la soluzione, alla quale la logistica esterna deve tendere, nella quale si realizza una combinazione di sistemi di trasporto, le unità di carico vengono trasportate da unità di trasporto stradali a unità di trasporto ferroviarie o navali (e poi da queste ad altre unità di trasporto stradali o ferroviarie). Questa intermodalità tra “modi” di trasporto permette di ridurre notevolmente l’impatto ambientale, ridurre l’incidentalità (impatto sociale) e in alcuni casi di ridurre anche il costo del trasporto (perché si sfruttano dei modi di trasporto che permettono di sfruttare le economie di scala). Bisogna prestare attenzione però: se consideriamo i “costi esterni”, legati alla sicurezza e all’impatto ambientale, allora l’intermodalità è sicuramente l’ipotesi più conveniente; se consideriamo solo gli aspetti economici (che alla fine sono quelli che dettano le scelte delle imprese), non è detto che ci sia convenienza nel trasporto intermodale! Rispetto al trasporto “monomodale”, il trasporto intermodale presenta degli svantaggi: il primo di questi è legato alla necessità di effettuare le operazioni di trasbordo, che, come abbiamo visto, sono tutte quelle operazioni necessarie a trasferire le unità di carico (casse mobili e container) tra i diversi modi di trasporto, che richiedono un certo tempo e devono essere svolti in stazioni logistiche complesse note come inteporti; oltre a questo problema di tempo, il trasbordo espone la merce a dei rischi di natura meccanica (urti, danneggiamenti dovuti alla movimentazione), a furti (che richiede quindi di attivare polizze assicurative con costi addizionali); ancora, il trasbordo stesso implica la necessità di raggiungere gli interporti, e questo comporta tipicamente un allungamento del percorso seguito dalla merce e quindi un allungamento dei tempi di percorrenza (considerando anche che i trasporti ferroviari e navali sono a bassa velocità per il trasporto merci). Possiamo distinguere l’intermodalità in diverse forme: abbiamo una intermodalità tecnica, quando si fa riferimento all’intermodalità legata dalle condizioni geografiche ed infrastrutturali che esistono sul territorio (basti pensare al trasporto da effettuare da un continente verso un’isola non collegata a questo continente) e che obbligano all’intermodalità stessa; abbiamo un’ intermodalità ambientale, nel caso in cui ci sono degli obblighi di scambio legati alle normative vigenti che impediscono il danneggiamento ambientale di certe aree protette speciali; abbiamo intermodalità economica quando esistono delle condizioni economiche legati ai costi di trasporto che rendono l’intermodalità conveniente. Analizziamo nel dettaglio l’intermodalità economica: in precedenza abbiamo studiato la convenienza tra i diversi mezzi di trasporto stradale, costruendo l’espressione analitica del costo di trasporto tramite una valutazione fatta tramite le tonnellate annue di merce trasportata. Questo portava a determinare la convenienza tramite l’individuazione del punto di equilibrio. [€/viaggio] In quello studio, abbiamo esaminato l’articolazione dei costi di trasporto in fissi e variabili, e abbiamo notato come tra mezzi pesanti e leggeri ci siano convenienze differenti a seconda dell’unità di misura utilizzata: €/km o €/viaggio o €/tonnellata. Per valutare la convenienza economica del trasporto intermodale si utilizza l’unità di misura €/km per valutare il costo unitario di trasporto. Riferendoci al trasporto intermodale combinato, ossia trasporto stradale abbinato a trasporto su ferrovia, possiamo certamente dire che il costo unitario espresso in €/km per il trasporto stradale è maggiore cel costo unitario in €/km per il trasporto su ferrovia→il trasporto ferroviario al km costa meno rispetto al trasporto stradale. In un viaggio, da un’origine O ad una destinazione D, è possibile rappresentare il costo del viaggio in funzione del costo unitario che, come in figura, è rappresentato da una linea retta nel caso di trasporto monomodale→il costo del viaggio ha un andamento lineare la cui pendenza è proprio il costo unitario in €/km. In una situazione di trasporto monomodale (stradale o ferroviario), quindi, il costo del viaggio è proprio pari al prodotto del costo unitario (πππ ) in €/km per la distanza percorsa in km/viaggio € € ππ ] = πππ [ ] ∗ ππ−π· [ ] viaggio km π£ππππππ πΆππ π‘π πππ π£ππππππ [ Con i indicante il generico mezzo di trasporto. Se il mezzo di trasporto è quello stradale, il costo unitario in €/km risulterà maggiore rispetto al costo unitario in €/km utilizzando un trasporto ferroviario, per ragioni legate allo sfruttamento delle economie di scala. ππππππππ£πππππ < πππ π‘ππππππ Quando invece ci riferiamo al trasporto intermodale, c’è sempre il momento del trasbordo, in cui l’unità di carica passa dal modo stradale al modo ferroviario e viceversa, per raggiungere la destinazione finale: il trasporto intermodale combinato, infatti, è tipicamente composto da 3 tratti, un primo tratto su strada per raggiungere l’interporto, un tratto centrale di trasporto ferroviario con arrivo ad un secondo interporto (il più vicino alla destinazione) e una terza parte su strada per raggiungere la destinazione finale. Ci sono quindi due momenti, nel grafico del costo per il trasporto intermodale combinato, in cui si effettuano le operazioni di trasbordo. In un piano cartesiano la situazione sarebbe la seguente: Come ci arriviamo? Partiamo col mezzo stradale dall’origine O e arriviamo al primo interporto πΌ1 che si trova ad una certa distanza π1 . Questo tratto avrà un costo πΆ1 descritto da un andamento lineare il cui costo unitario in ππ‘1 è πππ . Nell’interporto si verifica il trasbordo, che si realizza sul posto, senza spostamenti grazie alle unità di movimentazione (tipicamente gru a portale) che trasbordano il container dal mezzo stradale al pianale del mezzo di trasporto ferroviario. Nel trasbordo si genera un costo ottenuto come somma del costo di trasbordo e del costo di accesso all’interporto. Nella valutazione del costo del viaggio, quindi, il costo avrà un aumento verticale ad indicare il costo di trasbordo ππ‘1 , la cui entità sarà tanto più alto a seconda dell’automazione del porto e della dotazione di unità di movimentazione, nonché delle attese che si verificano nell’interporto. Il costo del trasbordo, quindi, sarà la seconda componente del costo del viaggio, πΆ2 . Dall’interporto 1 si ha un viaggio con mezzo di trasporto ferroviario verso il secondo interporto, πΌ2 , che si trova ad una certa distanza π2 dal primo interporto. Questo trasporto ferroviario esprimerà la terza componente del costo del viaggio, πΆ3 , con un costo unitario in €/km, πππΉ , minore di quello su strada. Giunti al secondo interporto, si avrà la seconda operazione di trasbordo dal mezzo ferroviario ad un altro mezzo stradale, che esprimerà la quarta componente del costo del viaggio, πΆ4 , che avrà anche questa volta un andamento verticale in quanto anch’esso è un costo di trasbordo, ππ‘2 . Da qui raggiungeremo la destinazione D tramite un secondo trasporto stradale che esprimerà l’ultima componente del costo del viaggio, πΆ5 con la stessa pendenza del primo tratto su strada, πππ . Il costo del viaggio è quindi la somma del costo delle diverse componenti, nonché l’ordinata del punto coincidente con la destinazione. N.B: può anche accadere che l’interporto 1 o 2 sia collocato direttamente all0origine o alla destinazione, riducendo quindi il numero di trasporti su strada da effettuare. È un caso raro ma non impossibile→un esempio è lo stabilimento di Acciaierie Italiane (ex ILVA) a Taranto, che ha i binari direttamente nello stabilimento, quindi l’interporto termina proprio nella destinazione. Se avessimo realizzato lo stesso viaggio impiegando però un unico trasporto stradale, avremmo avuto una situazione come la seguente: π«πππππ Questo è il deltacosto tra il trasporto intermodale e il trasporto monomodale su strada (“trasporto tutto strada”) Saremmo arrivati, infatti, a sviluppare un costo del viaggio superiore. Questo perché, a differenza del monomodale, il trasporto intermodale ha un andamento spezzato grazie al fatto che si effettuano le operazioni di trasbordo, e il trasporto ferroviario ha una pendenza inferiore rispetto al trasporto stradale. Quindi, dal punto di vista economico, si nota una convenienza del trasporto intermodale. Questo π«πππππ dipende, anche geometricamente, da alcune caratteristiche della spezzata, fermo restando il fatto che la pendenza del trasporto ferroviario è minore rispetto a quello stradale: in primis dai costi del trasbordo (i segmenti verticali), e in particolare più essi sono grandi, più grande sarà il costo del trasporto intermodale→il π«πππππ si assottiglia all’aumentare dei costi del trasbordo; il π«πππππ si assottiglia anche se aumenta la pendenza del costo unitario in €/km del trasporto su ferrovia→π«πππππ si assottiglia se cmπΉ aumenta. Addirittura, potrebbe aumentare a tal punto da rendere più conveniente il trasporto tutto strada rispetto a quello intermodale! Ancora, il π«πππππ dipende dall’estensione del tratto d2 , questo perché più l’interporto 2 si allontana all’interporto 1, più percorriamo un tratto su ferrovia, mantenendo quindi un andamento a pendenza minore per un tratto più lungo, avendo a parità di costo di trasbordo un costo finale più basso, aumentando il π«πππππ , rendendo il trasporto intermodale molto più conveniente dal punto di vista economico. Quindi, i tre fattori che modificano il π«πππππ sono i seguenti (colorati come i corrispettivi in figura): • costi del trasbordo; • costo unitario in €/km del trasporto ferroviario; • distanza tra gli interporti, percorribile tramite il sistema di trasporto ferroviario. Questo grafico, però, ha un difetto: non è accettabile per una particolare condizione! In tutti i ragionamenti che abbiamo fatto, la distanza tra l’origine O e la destinazione D viene ipotizzata uguale sia che si parli di trasporto intermodale combinato sia che si parli di trasporto monomodale tutta strada, ma in realtà ciò non accade, ovviamente. Il trasporto tutto strada si svolge sempre su un percorso che, dal punto di vista dei km è minore in termini di estensione e sviluppo rispetto al trasporto intermodale combinato. Questo perché l’intermodale richiede di trovare e raggiungere gli interporti, allungando inevitabilmente il percorso. La soluzione corretta sarebbe quella di individuare due destinazioni differenti: una, π·1 , per il trasporto stradale; e una, π·2 , per il trasporto intermodale. Questo causerebbe il fatto che il costo del trasporto intermodale “continuerebbe” fino al punto π·2 che è più distante rispetto a π·1 ! Questo richiederebbe delle analisi più approfondite, che rendono le osservazioni fatte NON soddisfacenti. Useremo, per mostrare la convenienza del trasporto intermodale il metodo del trapezio intermodale, che dà una rappresentazione più realistica di quanto accade col trasporto intermodale, e permette di tracciare in maniera analitica il campo di convenienza del trasporto intermodale, evidenziandone (nella validità di certe ipotesi) le distanze minime che permettono questa convenienza. LEZ 8 e 9: 12/10/2023 Prima di approfondire il trapezio, approfondiamo gli inteporti. La figura in basso rappresenta la planimetria di un Interporto del Quadrante Europa, in provincia di Verona Questo è uno degli interporti più importanti d’Europa e possiede diverse aree di interesse. Una delle zone più importanti è sicuramente il raccordo ferroviario, ossia la zona in cui avviene il trasbordo dal trasporto ferroviario a quello su strada e viceversa tramite le unità di movimentazione. Ci sono anche dei centri servizi per manutenere eventualmente i mezzi stradali che arrivano all’interporto; ci sono delle strutture per ospitare i conducenti dei mezzi; c’è Autogerma, un centro commerciale automobilistico dal quale partono delle automobili che vengono acquistate; c’è un centro spedizionieri; il Quadrante Europa, oltre ad essere molto vicino al raccordo ferroviario è molto vicino sia all’autostrada del Brennero (che va verso Austria e Germania) e l’autostrada A4 che congiunge Piemonte e Veneto→è vicinissimo a delle arterie stradali e ferroviarie; c’è poi anche un’area mercatale, gli uffici della Dogana (per i carichi da e verso l’estero) e addirittura è presente un parco, per smorzare un po’ l’impostazione industriale e commerciale dell’interporto. L’interporto, quindi, è una struttura complessa che richiede investimenti molto onerosi che ricadono sui servizi offerti→chi va all’interporto e chiede un servizio di trasbordo, di certo non pagherà poco! Ecco qui una visione di un interporto che mette in evidenza le unità di movimentazione (si nota un reach stacker e una gru a portale), i container, i binari, i semirimorchi ecc. Qui invece, la gru a portale sta trasferendo tramite uno spreader dall’alto un semirimorchio su un carro pianale. Qui ricapitoliamo un po’ quanto detto nella lezione precedente, evidenziando i due casi in cui l’interporto può coincidere con l’origine o con la destinazione, generando così una riduzione del costo totale! CALCOLO DELLA CONVENIENZA ECONOMICA DEL TRASPORTO INTERMODALE TRAMITE IL TRAPEZIO INTERMODALE Disegniamo un trapezio, una figura molto semplice. Capiamo però cosa vogliono dire i diversi lati: • OD è il tratto su strada con costo unitario cm1, ed è il tratto che viene fatto dall’origine alla destinazione nel trasporto tutto strada; • OA è il tratto su strada con costo unitario cm1, ed è il tratto che viene fatto dall’origine al primo interporto; • BD è il tratto su strada con costo unitario cm1, ed è il tratto che viene fatto dal secondo interporto alla destinazione; • AB è il tratto su ferrovia con costo unitario cm2 e congiunge i due interporti. • In A e in B avremo dei costi di trasbordo ct che ipotizziamo uguali per entrambi gli interporti (ma quasi sempre ciò non è vero); • In O, l’origine, avremo dei costi di carico Cc; in D, la destinazione, avremo dei costi di scarico, Cs. Il trasporto intermodale converrà economicamente rispetto al trasporto tutto strada SE E SOLO SE: ∑ πππ π‘π ππ π‘πππ ππππ‘π π‘π’π‘π‘π π π‘ππππ > ∑ πππ π‘π ππ π‘πππ ππππ‘π πππ‘ππππππππ Esprimiamo quindi, analiticamente, questa disuguaglianza: πΆπΆ + πΆπ1 ∗ ππ· + πΆπ > πΆπΆ + πΆπ1 ∗ ππ΄ + πΆπ1 ∗ π΅π· + πΆπ + πΆπ + πΆπ2 ∗ π΄π΅ + πΆπ Sviluppando questa disuguaglianza, πΆπΆ e πΆπ si eliminano perché uguali in entrambi i trasporti, visto che si utilizzano le stesse UdC e le stesse UdM! Da ciò si ottiene: πΆπ1 ∗ ππ· > πΆπ1 ∗ ππ΄ + πΆπ1 ∗ π΅π· + 2πΆπ + πΆπ2 ∗ π΄π΅ E quindi: πΆπ1 ∗ (ππ· − ππ΄ − π΅π·) > 2πΆπ + πΆπ2 ∗ π΄π΅ Assumiamo che ππ· − ππ΄ − π΅π· sia una variabile composta π¦ e che π΄π΅ sia una variabile semplice π₯. La disuguaglianza precedente può essere riscritta in questo modo: π¦> πΆπ2 2πΆπ ∗π₯+ πΆπ1 πΆπ1 Questa relazione esprime un andamento lineare, con intercetta sull’asse y pari a coefficiente angolare pari a πΆπ2 πΆπ1 2πΆπ πΆπ1 e un La disuguaglianza espressa indica che affinché si verifichi la convenienza economica del trasporto intermodale sul trasporto tutto strada y deve essere maggiore della retta appena trovata, perciò deve essere al di sopra di questa retta! Quindi il generico punto P (π₯π ; π¦π ) sarà tale che la sua π¦π esprimerà un certo valore ππ· − ππ΄ − π΅π· e la sua π₯π esprimerà un certo valore π΄π΅. Possiamo calcolare la distanza di convenienza conoscendo questi tre termini ππ·, ππ΄ π π΅π·. Il problema è proprio che questa y è funzione di tre termini differenti→non posso quindi sapere con certezza come la distanza si distribuirà tra i tre termini. Vedremo come fare! Attenzione, però: non basta solo questa condizione. Il campo di convenienza si ottiene introducendo una condizione che tiene conto del fatto che il percorso che si sviluppa nel trasporto intermodale è maggiore del percorso che si sviluppa nel trasporto tutto strada! Questo perché dovendo raggiungere gli interporti, il percorso si allunga e questo si vede proprio grazie al trapezio! Perché, per definizione, la base maggiore ππ· è minore della somma di ππ΄ + π΄π΅ + π΅π·. Parlando quindi in termini di y ed x, questa costruzione geometrica tale per cui il percorso sul tutto strada è sempre inferiore al percorso intermodale come si ottiene? Vediamo cosa sono π₯ π π¦ nel trapezio: Dal disegno risulta chiaro che π₯ = π΄π΅ π π¦ = ππ· − ππ΄ − π΅π·. In particolare, focalizzandoci sulla π¦, per ottenerla devo sottrarre alla base maggiore i due lati obliqui del trapezio. Attenzione che questo NON si fa facendo le proiezioni di tali lati sulla base, bensì RIBALTANDO i lati obliqui sulla base, utilizzando O e D come centri di rotazione ottenendo sulla base i segmenti ππ΄′ = ππ΄ π π΅π·′ = π΅π·. Sapendo quindi che π¦ = ππ· − ππ΄ − π΅π· = π΄′ π΅ ′ , osservando anche geometricamente il disegno di sopra mi accorgo subito che π¦ < π₯. La condizione π¦ < π₯ è la seconda condizione per ricavare la zona di convenienza del trasporto intermodale, che va quindi abbinata alla prima condizione trovata, e prende il nome di condizione del percorso. Ma geometricamente cosa vuol dire π¦ < π₯? La retta π¦ = π₯ è la bisettrice del primo quadrante→dire π¦ < π₯ vuol dire riferirsi a tutti i punti del piano al di sotto di tale bisettrice. Adesso dobbiamo trovare l’area di convenienza del trasporto intermodale, che coincide con l’area verde, ottenuta come intersezione tra le due condizioni: πΆ 2πΆπ πΆπ1 πΆπ1 π¦ < π₯ ∩ π¦ > π2 ∗ π₯ + Quindi, l’aggiunta della seconda condizione va ad eliminare l’area in blu che rappresentava tutti quei punti che rendevano valida la condizione di convenienza del trasporto intermodale. L’area verde è il campo di convenienza che stavamo cercando! L’effetto della condizione del percorso è restringere l’area di convenienza, riducendola di un’area che non rispetta la condizione fondamentale per la quale il percorso dell’intermodale è ovviamente maggiore del percorso del trasporto tutto strada, proprio a causa della presenza degli interporti! Dell’area di convenienza, ci interesserà trovare il punto πππΌπ (π₯πππ ;π¦πππ ) , ossia il vertice di minimo dell’area di convenienza triangolare, che rappresenta il minimo di ascissa e di ordinata che per giunta di trova sulla bisettrice. In questo punto di minimo avremo modo di fare molti ragionamenti: alla fine noi dobbiamo capire qual è lo sviluppo stradale tra origine e destinazione, e quindi arrivare a capire qual è la distanza minima sulla quale troviamo convenienza nello scegliere un trasporto intermodale. ESERCIZIO DI APPLICAZIONE DELLE COMPETENZE DI LOGISTICA ESTERNA E SUL TRAPEZIO INTERMODALE (ESAME SCRITTO 14/07/2017) Le richieste dell’esercizio, quindi, sono due: 1. Trovare πΆπ1 π πΆπ1 ′, ossia i costi unitari di trasporto in €/km con i due diversi mezzi di trasporto; 2. Trovare, per entrambi i mezzi di trasporto, la distanza minima di convenienza del trasporto intermodale, ππ·πππ RISOLUZIONE: 1. Per trovare i due costi unitari di trasporto su strada per i due mezzi di trasporto, dobbiamo seguire diversi step. Risolviamo l’esercizio per l’autoarticolato. 1.1 in primis, dobbiamo determinare i COSTI FISSI. Per calcolarli, dobbiamo ricavare il costo di ammortamento in €/km (che tiene conto degli interessi), il costo della tassa di proprietà e di assicurazione, sempre in €/km. € Ammortamento [anno] € π΄πππππ‘πππππ‘π [ ] = km km ππππππππππ§π ππππ’π [[anno]] Con: ππππππππππ§π ππππ’π [[ Da cui: km ππ ]] = π£ππππππ‘à πππππ [ ] ∗ πππ ππ ππππππππππ§π [β] anno β Costo di acquisto ∗ 1,2 120000 ∗ 1,2 € anni di ammortamento 5 π΄πππππ‘πππππ‘π [ ] = = km km 2500 ∗ 75 ππππππππππ§π ππππ’π [[anno]] € € E quindi π΄πππππ‘πππππ‘π [km] = 0,15 km € € La traccia poi fornisce i costi di assicurazione e tassa di proprietà in anno, ossia 5000anno che divisi € per la percorrenza annua sono pari a 0,027 km € Quindi: πΆπΉ = π΄πππππ‘πππππ‘π + πππ π π ππ ππππππππ‘à ππ ππ π πππ’πππ§ππππ = 0,18 km 1.2 Adesso dobbiamo determinare i COSTI VARIABILI. Per calcolarli, dobbiamo ricavare tutti i seguenti costi: € (πππ π‘π πππ ππππ [ ]) € € π πΆππ π‘π πππππ’π π‘. ( ) = = 0,54 ππ ππππ π’ππ πππππ’π π‘πππππ [ππ/π] ππ € € ππ € πΆππ π‘π ππππ ππ’πππππππππ‘π (π£ ) = πππ π‘π ππππ [ππ] ∗ ππππ π’ππ πππππππ‘ππππ ππππ [ππ] = 0,045 ππ πΆππ π‘π ππππ’π. ( (ππ’ππππ πππππ ∗ πππ π‘π πππππ) [€] € € )= = 0,05 ππ ππ’πππ‘π ππππ’πππ‘πππ [ππ] ππ πΆππ π‘π πππππ’ππππ‘π ( (πππ π‘π ππππππ πππ πππππ’ππππ‘π) € € )= = 0,27 ππ π£ππππππ‘à πππππ ππ € %ππππ’π‘πππ§ππππ [ππππ] ∗ ππππ’ππ π‘π[€] € € πΆππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ ( ) = = 0,032 ππ ππ ππ ππππππππππ§π [ππππ] € Da qui, πΆπ = 0,935 ππ € € 1.3 Quindi, πͺππ [ππ] = πͺπ + πͺπ½ = π, ππ ππ 2. Dobbiamo trovare la distanza minima di convenienza del trasporto intermodale. Per farlo, dobbiamo trovareπ·πππ , tramite intersezione tra le rette π¦ = π₯ π π¦ = πΆπ2 πΆπ1 ∗π₯+ 2πΆπ πΆπ1 , questo perché la distanza minima risiede proprio in π¦πππ ! Infatti, nella dimostrazione delle pagine precedenti, abbiamo visto come π¦ = ππ· − ππ΄ − π΅π·; se quindi riusciamo a ricavare π¦πππ , conoscendo anche ππ΄ π π΅π· possiamo tranquillamente ricavare ππ·πππ perché ππ·πππ = π¦πππ + ππ΄ + π΅π· Risolviamo il sistema che interseca queste due equazioni: π¦=π₯ ∩ π¦= πΆπ2 πΆπ1 + πΆπ2 ∗π₯+ πΆπ1 πΆπ1 Molto rapidamente arriviamo a determinare l’equazione finale: π¦ ∗ (1 − πΆπ2 πΆπ1 + πΆπ2 )= πΆπ1 πΆπ1 E quindi: πΆπ1 + πΆπ2 πΆπ1 π¦πππ = πΆ (1 − π2 ) πΆπ1 Perciò ricaviamo che π¦πππ = 0,975 ππ e di conseguenza ππ·πππ = 1325 ππ Quindi, concludendo, 1325 km è la minima distanza tra origine e destinazione per la quale conviene il trasporto intermodale. Per distanza inferiori, converrà il trasporto tutto strada. OSSERVAZIONE FINALE: essendo Cm1 diverso da Cm1 ′, per l’autocarro avremo una distanza minima differente. Questo dovevamo aspettarcelo sin da subito perché sappiamo che mezzi leggeri hanno un costo unitario in €/km inferiore rispetto ai mezzi pesanti. FINE LOGISTICA ESTERNA LEZ 10: 16/10/2023 LA LOGISTICA INTERNA Così come per la logistica esterna, possiamo pensare che la logistica interna sia costituita da due parti essenziali: una parte dinamica e una parte statica. La parte dinamica della logistica interna è quella relativa agli spostamenti e al flusso dei materiali, e a tutti i sistemi di trasporto interno (detti di handling) che consentono di movimentare e trasportare il materiale; la parte statica della logistica interna riguarda invece i magazzini. Vedremo che esistono diverse categorie di magazzini: sicuramente avremo il magazzino delle materie prime all’interfaccia con l’approvvigionamento; avremo i magazzini interni o “interoperazionali”, nello stabilimento produttivo utili per la realizzazione di una certa gamma di prodotti perché serviranno spazi dedicati all’accumulo di materiali tra le fasi del ciclo di lavorazione dei prodotti, visto che tra le diverse fasi i tempi di lavorazione sono differenti; ci sarà poi il magazzino dei prodotti finiti, siano quelli destinati al consumatore finale, o siano dei semilavorati destinati ad altri stabilimenti produttivi. I TRASPORTI INTERNI La problematica della parte dinamica della logistica interna è quella di dover scegliere i sistemi di trasporto interno più idoneo a seconda dei materiali e dei flussi che bisogna garantire nel sistema di produzione. Se pensiamo alle diverse possibilità che esistono per la movimentazione del materiale, possiamo individuare delle caratteristiche dei sistemi di handling che ne permettono una classificazione. Un trasporto interno può essere caratterizzato sulla base di alcune caratteristiche. Sicuramente dobbiamo considerare il tipo di materiale che deve essere movimentato, perché potremmo trovarci davanti a due esigenze: trasportare del materiale sfuso (produzione continua) o materiale dei manufatti/parti/pezzi in lavorazione (produzione discreta o per parti). Inoltre, possiamo classificare i mezzi di trasporto interno sulla base di: • Stato del materiale movimentato: solido (UdC, colli, alla rinfusa), liquido o gassoso; • Funzionamento: a funzionamento continuo (nastri, trasportatori pneumatici ecc.), a funzionamento discontinuo (carrelli elevatori, paranchi); • Energia motrice: trasporto manuale (carrelli a spinta, piani a rulli), trasporto motorizzato (carroponti, gru); • Tipo di movimento: mezzi per il sollevamento in verticale, mezzi di trasporto in orizzontale, mezzi di sollevamento e trasporto, mezzi dotati di moto vibratorio, mezzi dotati di moto rotatorio; • Tipo di comando: con manovratore a bordo, con manovratore a terra, senza manovratore, automatici. Ecco un esempio di classificazione che unisce funzionamento e tipo di movimento: IL LAYOUT NELLA LOGISTICA INTERNA È un tema fondamentale. Ci ricorda molto l’argomento della localizzazione degli impianti su area geografica vasta (macroarea). Il problema ubicazionale si risolveva tramite il metodo del triangolo localizzativo di Weber, nel quale l’ottimizzazione della posizione dello stabilimento era l’esito di una minimizzazione dei costi di trasporto, da due fonti di approvvigionamento fino ad uno sbocco di mercato. Lì abbiamo capito come la posizione dell’impianto può essere fortemente influenzato dai costi di approvvigionamento e distribuzione. Quando pensiamo a come sono disposte le stazioni di lavorazione all’interno di un impianto di produzione, e quindi come si realizza effettivamente il ciclo di lavorazione in un impianto, cominciamo a capire che gli spostamenti tra i diversi centri di lavorazione (o anche tra reparti in caso di job shop) costituiscono un problema logistico legato ai costi di trasporto interno che inevitabilmente influisce sui costi di gestione della produzione e quindi sull’efficienza economica della produzione! Questo perché, se sbagliamo a posizionare reciprocamente due reparti o due macchine, tra le quali c’è uno scambio intenso di materiali, ci sono dei trasporti intensi, e quindi invece di posizionarli vicini li posizioniamo molto lontani, rischiamo di avere dei costi di trasporto interno eccessivi rispetto a quelli che potremmo avere in ottimizzazione. Cercheremo quindi di tenere fra loro il più vicini possibile quei centri di lavorazione/macchinari/reparti tra i quali si realizza un trasporto di materiale elevato. Quindi lo studio dei flussi logistici interni è una tematica rilevante nella definizione del Layout degli stabilimenti industriali (ossia lo studio della definizione plano-altimetrica delle macchine e dei reparti di produzione). Indubbiamente questo problema sorge solo quando nell’impianto viene prodotta una certa gamma di prodotti, ciascuno con il suo ciclo di lavorazione che prevede l’utilizzo di macchine/centri comuni ad altri prodotti! Se ci troviamo invece di fronte ad una produzione nella quale viene realizzato uno o pochi prodotti che vengono realizzati in quantità molto elevate, potremo immaginare di realizzare un impianto di produzione dedicato a quell’articolo prodotto in elevata quantità, perché quelle macchine saranno impegnate intensivamente su quella produzione, su quel prodotto, senza l’esigenza di condividere le risorse di produzione tra diversi prodotti. Possiamo dedicare l’impianto a realizzare diverse linee di produzione in serie e un layout dedicato per prodotto. In questo layout le macchine vengono installate in base al ciclo di lavorazione dello specifico prodotto (che impegnerà le macchine per tutto il tempo). È il caso della produzione delle automobili. Quando i volumi di produzione per un prodotto sono molto elevati, vale la pena effettuare un investimento mirato a dedicare l’impianto alla produzione di quel prodotto, e a costruire delle linee di produzione dedicate. In questi casi, quindi, la posizione reciproca delle macchine e quindi il layout è dettata dal ciclo di lavorazione, pertanto non c’è nulla da ottimizzare. Quindi in questi casi di produzioni monoprodotto parliamo di layout in linea, dove la linea può ovviamente svilupparsi in maniera rettilinea, ad U, a zig-zag. In ogni caso, indipendentemente dallo sviluppo della linea, questi layout sono accomunati da un unico punto di inizio e un punto di arrivo della linea, con le fasi che si susseguono sulla base della sequenza del ciclo di lavorazione. Quindi qui non abbiamo il problema vero e proprio del layout (qui scegliamo rettilineo, ad U o zigzag sulla base degli spazi che abbiamo a disposizione,), il problema logistico di handling si limita alla scelta e al dimensionamento del sistema di trasporto tra una stazione e l’altra. Il punto di partenza e il punto di arrivo sono sempre gli stessi, quindi il sistema di trasporto, una volta che progettato, configurato e realizzato è un sistema rigido, perché esegue sempre le stesse operazioni di handling e trasporto da una fase di partenza ad una fase di arrivo! Ecco un esempio di layout in sequenza stretta di diverse fasi di lavorazione, in cui i macchinari sono disposti in sequenza in accordo col ciclo di lavorazione. Adesso parliamo invece del caso vero e proprio di scelta del layout, quello problematico, in cui come dicevamo abbiamo una gamma di prodotti diversi (produzione multiprodotto) ciascuno con il proprio ciclo di lavorazione che prevede l’utilizzo di macchine/centri comuni ad altri prodotti. In questo caso entra in gioco il fattore logistico vero e proprio! Abbiamo N diversi cicli di lavorazione da realizzare per produrre diversi articoli. Qui parleremo di produzione per lotti e le risorse saranno condivise tra i diversi lotti di produzione; pertanto, bisognerà programmare in maniera ottimale la produzione e ovviamente ottimizzare la disposizione dei macchinari in funzione delle quantità dei diversi prodotti che dovranno essere spostate tra le diverse macchine! L’obiettivo è sempre quello di minimizzare i costi di trasporto interno tenendo conto dei flussi logistici interni. Ovviamente parleremo di macchine così come parleremo di centri di lavorazione o anche di reparti (raggruppamento di macchine della stessa tipologia). Quando parliamo di produzione per lotti, i sistemi di trasporto interno sono flessibili e possono cambiare percorso e seguire percorsi differenti a seconda del ciclo di lavorazione da realizzare; nel caso del layout in linea, invece, i sistemi di traporto interno possono essere rigidi e fissi! Quindi il problema del Layout nasce al fine di ridurre al minimo i costi di movimentazione dei materiali tra macchine/centri/reparti dell’impianto, in presenza di una gamma di prodotti con una certa varietà di cicli di lavorazione, che condividono un certo numero di macchine/centri. Ci sono diversi approcci e metodi per affrontare il problema del Layout, che alla base hanno tutti quanti in comune un problema di ottimizzazione della seguente funzione obiettivo: ππΌπ ∑ ∑ πππ ∗ πππ ∗ πππ π π Questa funzione mette insieme le quantità di materiale da trasportare da un reparto/macchina all’altro (πππ ), il costo di trasporto dell’unità di materiale per unità di distanza (πππ ) e la distanza tra i reparti/macchine (πππ ). Qui abbiamo due matrici: la prima, a sinistra che riporta su righe e colonne i diversi reparti/macchine e ogni casella individua le quantità di materiale che devono essere trasferite dall’i-esimo reparto al j-esimo reparto; la seconda, a destra, presenta sempre i reparti/macchine su righe e colonne però la generica casella individue il costo unitario di trasporto per il trasporto dall’i-esimo reparto al j-esimo reparto. Ovviamente ogni mezzo di trasporto interno ha una propria portata e altre caratteristiche fisse→se usiamo una sola tipologia di mezzo di trasporto interno nello stabilimento, il costo unitario di riferimento sarà sempre lo stesso! Il costo unitario è diverso e quindi usiamo quella matrice se utilizziamo mezzi di trasporto interno differenti! Quindi l’obiettivo è minimizzare la funzione obiettivo che rappresenta la sommatoria dei prodotti di quantità per costi unitari di trasporto per distanze tra tutti i reparti/centri/macchine del nostro stabilimento. Rispetto a questo problema di minimizzazione (produzione multiprodotto di N prodotti diversi ciascuno col proprio ciclo di lavorazione, in cui i cicli condividono alcune o tutte le fasi e quindi le macchine/reparti del ciclo→molteplicità di articoli, molteplicità di cicli di lavorazione, molteplicità di risorse richieste), possiamo usare diversi metodi semplificati di risoluzione. Questi metodi possono essere distinti in metodi di primo livello e metodi di secondo livello. I metodi di primo livello vengono fatti per fare una scrematura, una prima valutazione delle condizioni di trasporto nello stabilimento e si stabilisce una prima soluzione qualitativa, a seguito della quale è possibile ottimizzare tramite affinamenti successivi finalizzati ad ottenere una soluzione ottima. I metodi di base che possono essere utilizzati sono: • METODO DELLE INTENSITA’ DI TRAFFICO • METODO DEL TRIANGOLO DI BUFF 1.METODO DELLE INTENSITA’ DI TRAFFICO Già dal nome di questo metodo ci accorgiamo che l’obiettivo è valutare in maniera quantitativa l’intensità del traffico, l’entità del traffico che si sviluppa tra i vari centri di lavorazione, e l’obiettivo sarà quello di definire il Layout delle macchine/reparti per ridurre al minimo la funzione obiettivo prima vista. I dati di partenza sono sempre: i cicli di produzione di ciascun prodotto (perché parliamo di produzioni multiprodotto), ossia la sequenza delle operazioni elementari da realizzare per ottenere quel prodotto e la sequenza delle risorse da impegnare (macchine, reparti, centri di lavorazione). Oltre a questi dati di partenza abbiamo bisogno di sapere una quantità, che NON è la quantità da produrre in termini di numero di pezzi (non stiamo parlando della quantità che deve arrivare poi a magazzino nell’unità di tempo), ma stiamo parlando (in quanto in fase di ottimizzazione di logistica interna) del numero di unità di carico da trasportare, ossia il numero di movimentazioni che dobbiamo effettuare tra una fase di lavoro e l’altra nell’unità di tempo (giorno, mese, anno). Ma qual è, nel trasporto interno, la relazione tra unità di carico e singolo pezzo/articolo in lavorazione? La relazione tra questi due elementi dipende dalle caratteristiche dell’articolo che è in lavorazione (soprattutto quelle geometriche, ma anche quelle di peso) e dalla configurazione dell’unità di carico! Ricordiamo che l’UdC è il minimo elemento considerabile per il trasporto, ma non è detto che esso coincida col singolo pezzo che viene trasferito da una stazione all’altra. È possibile trasferire un pezzo alla volta, può accadere. Ma tipicamente nella produzione multiprodotto tra le diverse fasi del processo di produzione, il materiale si sposta in diversi contenitori/recipienti, siano essi pallet (su cui vengono sistemati più prodotti dello stesso tipo. Più i prodotti sono grandi e pesanti, meno ne potrò posizionare sul pallet e quindi meno ne trasferirò nel singolo trasporto) o siano cestelli, cassette metalliche e in plastica (nei quali vengono posizionati i pezzi). Chiaramente questa soluzione permette di ottimizzare il costo di trasporto interno perché posso trasportare più articoli in un singolo trasporto piuttosto che nel caso con trasporto del singolo pezzo. Ottenute le informazioni sui contenitori e sulle movimentazioni, parliamo adesso dei cicli di lavorazione: essi indicano, per ciascun prodotto, le sequenze tra le diverse fasi di lavorazione. I prodotti sono indicati con una lettera maiuscola, i reparti o le macchine sono identificati da un numero. Ogni prodotto avrà il proprio ciclo, e non è detto che tutti i prodotti utilizzino tutte le macchine. Notiamo come alcuni prodotti condividono le stesse macchine: ad esempio il prodotto D ed il prodotto E utilizzano entrambi la macchina 5, ma non hanno la stessa sequenza di lavorazione! Notiamo anche in basso la presenza delle informazioni circa le produzioni mensili, le produzioni per contenitori e la movimentazione intesa come numero di contenitori al mese. Si noti come per il prodotto A, ad una produzione mensile di 2000 pezzi al mese corrisponde una produzione per contenitore di 200 pezzi a contenitore (ogni contenitore, quindi, contiene 200 pezzi) e quindi 10 contenitori trasportati ogni mese per il prodotto A. La riga che ci interessa è quindi l’ultima, in cui si ha il numero di movimentazioni di unità di carico per unità di tempo, non ci interessa il numero di pezzi al mese! Ci interessa il totale delle movimentazioni nell’unità di tempo! Immaginiamo quindi che quel prodotto si sposterà con quei contenitori sempre nella stessa misura tra le diverse fasi: se dobbiamo produrre 2000 pezzi al mese di A, nel sistema si muoveranno 10 contenitori al mese tra tutte le macchine del ciclo di lavorazione di A! Si sposteranno 10 contenitori da 1 a 2, 10 contenitori da 2 a 4 e così via… Ottenute queste informazioni di base, il metodo delle intensità di traffico si sostanzia nella costruzione di una tabella nella quale abbiamo in colonna la sequenza delle fasi di lavorazione e in riga sempre la sequenza delle fasi di lavorazione, questa volta però in ordine inverso rispetto alle colonne. Il metodo consiste nell’inserire nelle diverse caselle (che indicano quindi il trasferimento tra diverse fasi del ciclo) le quantità che vengono movimentate tra le fasi. Con maggiore chiarezza: prendiamo la casella intersezione tra il centro 5 e il centro 6. Se torniamo nella tabella dei cicli di lavorazione alla pagina precedente, osserviamo che la movimentazione di contenitori dal centro 5 e il centro 6 (o viceversa dal centro 6 al centro 5) interessa i prodotti D ed E, rispettivamente per 50 contenitori mensili per entrambi i prodotti. Quindi complessivamente tra i centri 5 e 6 c’è da movimentare 100 contenitori al mese. Quindi, in questa tabella delle intensità di traffico, la generica casella i-j indica le quantità (intese come contenitori) che vengono movimentate (tramite scambio diretto) nell’unità di tempo tra il centro i e il centro j. Queste quantità sono anche note, per l’appunto, come intensità di traffico. Quindi bisogna proseguire e compilare la tabella inserendo tutte le intensità di traffico tra i diretti centri. Da questo punto in poi, cosa dobbiamo fare? Nella diagonale principale ogni casella rappresenta la somma delle movimentazioni che coinvolgono quello specifico centro, e si ottiene sommando le movimentazioni presenti sulla riga e sulla colonna relative ad uno stesso centro. Dopodiché, si cerca in maniera qualitativa di disporre su una mappa rudimentale i diversi centri di lavorazione in modo tale che siano più vicini fra loro i centri che hanno scambi più intensi, e quindi una maggiore intensità di traffico! Questo si fa quindi disponendo su una griglia a maglie uguali i diversi centri, in modo tale da riuscire ad avvicinare il più possibile i centri che hanno uno scambio più intenso: effettivamente, i centri 1 e 2 che hanno un’intensità di traffico di 430 contenitori, sono stati disposti vicini. Il posizionamento però è puramente qualitativo. Attenzione: il centro 6 ha scambi con moltissimi centri; quindi, dovrà avere vicino tutti i centri coi quali ha degli scambi! Questo reticolo viene ottenuto tramite un processo iterativo fatto da affinamenti successivi! Dopodiché, avuta un’idea della collocazione di massima, si passa ad adottare dei sistemi CAD per ottenere una disposizione più formale: prima si parte disegnando tutti i centri con delle sagome rettangolari con la stessa dimensione, e poi si possono dare ai centri le opportune dimensioni tramite una scala ben precisa. Chiaramente la disposizione rispetta sempre quella ottenuta tramite le valutazioni fatte sulle intensità di traffico. Fatto ciò, ottenute le dimensioni reali dei centri, si passa poi a determinare la vera e propria disposizione dei centri, in una configurazione in piana regolare che rispetta la pianta dello stabilimento (qui ogni reparto ha le proprie dimensioni reali e i propri spazi reali). 2.METODO DEL TRIANGOLO DI BUFF È molto simile al metodo delle intensità di traffico, ed è un metodo grafico. Si costruisce questo grafico in cui sulle colonne si riportano le diverse fasi del ciclo in sequenza, si tirano delle linee oblique a 45 gradi dall’estremità di ogni riga per realizzare un reticolo con delle caselle a rombo che riportano le quantità di materiale trasportato da una fase all’altra. Qui ci sono delle frecce orientate permettono di che ci capire la direzione del trasporto. Per capirci: prendiamo la casella in rosso, ci sta dicendo che dalla fase 1 alla fase 2 vengono movimentate 3 unità di carico, mentre dalla fase 2 alla fase 1 vengono movimentate 7 unità di carico nell’unità di tempo. Dopodiché si perviene allo stesso risultato del metodo dell’intensità di traffico. Questi erano i metodi di primo livello. Ottenuti i risultati qualitativi, quindi, esistono dei metodi di secondo livello che ci permettono di ottenere una soluzione ottimale, più formale→ci permettono di ottenere il Layout finale, la soluzione ottimizzata che prende spunto dalle soluzioni di massima ricavate nei metodi di primo livello. I metodi di secondo livello che analizzeremo sono: • METODO DEI MOMENTI; • METODO GRAFICO; • METODO DELLE CURVE DI ISOCOSTO. 1.METODO DEI MOMENTI Abbiamo parlato di produzione in serie (produzione monoprodotto con risorse dedicate) e produzione per lotti (produzione multiprodotto di prodotti in diverse quantità con condivisione delle risorse). L’idea alla base del metodo dei momenti è quello di ottimizzare la soluzione di base ottenuta secondo questa idea: il layout ottimale per ciascun prodotto da realizzare corrisponde alla sistemazione in linea dei centri di lavorazione previsti dal ciclo di lavorazione di quel singolo prodotto. Se avessimo solo quel prodotto disporremmo le macchine in accordo con la sequenza del ciclo di lavorazione. Avendone diversi, però, per valutare la posizione ottimale delle stazioni di lavorazione bisogna tenere conto di tutti i cicli di lavorazione dei diversi prodotti. L’idea è disporre le diverse stazioni in una linea e collocare poi in maniera ottimizzata le singole macchine/reparti lungo la linea calcolando un indice di posizione ponderato: abbiamo il numero N delle diverse postazioni di lavoro, e dobbiamo capire in quale posizione ciascuna stazione/macchine è nella sua collocazione ottimale, e questo si fa studiando i diversi cicli di lavorazione. Cioè, in accordo coi cicli, ciascuna macchina avrà una collocazione ottimale tra le diverse posizioni possibili, e questa si calcola grazie all’indice di posizione ponderato. Per ogni risorsa (macchina), conoscendo i cicli e le quantità di movimentazione, dobbiamo calcolare questo indice. Vediamo un esempio: dobbiamo disporre in maniera ottimale un numero N = 6 di risorse (macchine o reparti) usando il metodo dei momenti. Il layout di partenza è quello in cui disponiamo in linea le 6 risorse: Le risorse si numerano quindi da 1 a N e vengono disposte in linea, in ordine, e non è detto ovviamente che tutti i prodotti utilizzeranno tutte le risorse; essendo la produzione per lotti, però, siamo certi che i prodotti condivideranno alcune risorse. Fatta questa disposizione preliminare, dobbiamo studiare i cicli di lavorazione dei diversi prodotti. In questo esempio abbiamo tre prodotti: P1, P2 e P3. Ciascuno di essi ha un proprio ciclo, che indica la sequenza delle risorse impiegate, indicate da una lettera da A ad F (da non confondere con i numeri da 1 a N che indicano le N possibili posizioni in cui la singola risorsa può essere collocata). Notiamo quindi che nei cicli dei diversi prodotti la stessa risorsa può trovarsi in posizioni differenti! È il caso della risorsa che è nella posizione 1 per produrre il prodotto P1, mentre è nella posizione 2 nel ciclo del prodotto P3, mentre addirittura non è presente nel ciclo del prodotto P2. Le diverse sequenze, quindi, riportano le risorse in diverse posizioni, che abbiamo già definito nel layout di partenza: adesso dobbiamo capire in quale posizione ciascuna risorsa è nella sua situazione ottimizzata. La griglia poi ci fornisce anche il dato sul numero di contenitori trasportati nell’unità di tempo per ogni prodotto. Notiamo che i contenitori possono trasportare un numero di pezzi differenti in base al prodotto→visto che i contenitori non cambiano, è evidente che i prodotti avranno caratteristiche geometriche e di peso differenti. Il pezzo P2 sarà sicuramente più piccolo del pezzo P1, e il pezzo P3 sarà ancora più piccolo di P2! Più l’unità di prodotto è piccola, maggiore sarà la quantità trasportabile dal singolo contenitore! Capite tutte queste informazioni, possiamo arrivare al calcolo dell’indice di posizione ponderato: per fare questo andiamo a considerare la posizione che ciascuna risorsa ha in tutti i cicli dei diversi prodotti→la risorsa A sarà in posizione 1 nel ciclo del prodotto P1 e in posizione 2 nel ciclo del prodotto P3, mentre non sarà in altre posizioni. Ovviamente, ogni posizione per ogni risorsa avrà l’indicazione sulle quantità che verranno movimentate→A in posizione 1 avrà 300 contenitori perché in quella posizione verranno trasportati solo in contenitori del prodotto A; stessa cosa per la posizione 2 in cui c’è solo il prodotto P3. La risorsa E in posizione 3 è condivisa dal prodotto P1 e dal prodotto P3; pertanto, riporterà come valore delle quantità movimentate la somma delle quantità movimentate di entrambi i prodotti. Ogni risorsa, quindi, avrà anche il totale delle quantità movimentate (somma per riga). Quindi compiliamo risorsa per risorsa, colonna per colonna, inserendo le quantità di contenitori che vengono movimentati in quella posizione. Fatto ciò, possiamo calcolare l’indice di posizione ponderato: ππ = ∑π π=1 πππ ∗ π ∑π πππ L’indice di posizione ponderato per la risorsa i si ottiene rapportando la sommatoria a j (con j che va da 1 ad N) dei prodotti delle quantità movimentate nella risorsa i in ogni posizione j occupata, per la numerazione j della posizione e la somma complessiva delle quantità da movimentare nella risorsa i. Ottenuti gli indici di posizione ponderati, si scrivono le risorse riportando l’indice di posizione ponderato, che di fatto non ci fornisce altro che una posizione media ottimale per quella risorsa. Ad esempio, per la risorsa A, la posizione ottimale sarà quella più vicina alla posizione 1! E quindi se potessimo scegliere tra la posizione 1 e un’altra, sceglieremmo sempre la 1. Grazie all’indice di posizione, possiamo collocare le risorse nelle posizioni più vicine al loro indice: Questo è quindi il Layout ottimale, ottenuto abbinando le risorse (A, B, C ,D, E, F) alle diverse posizioni (1, 2, 3, 4, 5, 6) in base alla posizione media ottimale di ciascuna risorsa, ottenuta in base alle quantità che vengono movimentate nelle diverse risorse e ai cicli di lavorazione dei diversi prodotti. 2.METODO GRAFICO È utile sia per la sistemazione di macchine in reparto sia per quella dei reparti nello stabilimento. È un metodo prettamente qualitativo che consente di fare ottimizzazioni sulla base di un disegno nel quale viene riportata la soluzione di primo livello (i rettangoli sono i diversi reparti) e viene disegnata una particolare grafica che aiuta nell’ottimizzazione della disposizione. Questa grafica fa partire dal baricentro dei reparti delle linee di spessore diverso a seconda della quantità movimentata tra un reparto e l’altro. Costruendo queste strisce, notiamo che la movimentazione più intensa è quella che avviene tra i reparti trapani e frese, in cui abbiamo il trasporto più intenso. Se questa disposizione fosse ottimale, efficace e valida, dovremmo avere vicini i reparti tra i quali si sviluppano i trasporti più intensi. Ci sono ovviamente delle ottimizzazioni da fare: ad esempio potremmo scambiare di posizione il reparto rettifiche e il reparto trance perché quest’ultimo ha un’elevata intensità di traffico con il reparto trapani e il reparto aggiustaggio, e questo spostamento permetterebbe di avvicinare questi reparti. È un’ottimizzazione che ci permette di avvicinare i reparti, tra i quali ci sono i trasporti più intensi. Questa è una verifica qualitativa, poi andrebbero fatte comunque valutazioni approfondite, ovviamente. 3.METODO DELLE CURVE DI ISOCOSTO È un metodo quantitativo. In una situazione in cui ad una disposizione con delle postazioni già esistenti si vuole aggiungere una nuova postazione di lavoro, le curve di isocosto rappresentano quei punti del Layout dello stabilimento che presentano tutti lo stesso valore di costo di trasporto tra il nuovo centro che vogliamo aggiungere e quelli esistenti (coi quali ci sono ovviamente degli scambi logistici). Per arrivare ad una soluzione si fanno delle ipotesi semplificative: • Invarianza del costo unitari di trasporto interno per unità di percorso; • Quantità trasportate costanti tra il centro da aggiungere e quelli esistenti (cosa nella realtà non sempre vera); • Trasporti lineari (rettilinei) tra i centri. La soluzione di modifica del layout è data dalla minimizzazione della funzione che esprime il costo di trasporto tra il nuovo centro di lavoro e quelli allo stesso abbinati. Ciò che noi vediamo è che in queste ipotesi dobbiamo considerare solo le distanze, perché costi unitari e quantità sono invariate! Quindi il problema diventa un problema di minimizzazione delle distanze tra il punto che vogliamo aggiungere e i punti esistenti. I punti esistenti hanno coordinate note (π₯π ; π¦π ) mentre noi vogliamo trovare le coordinate del nuovo centro da inserire (x;y), nell’idea di trovare la distanza minima dai diversi punti A questo problema, seguono diverse soluzioni e casi possibili: il caso banale è quello di un solo centro esistente P0 al quale dobbiamo aggiungere il nuovo centro. In questo caso, essendo i trasporti rettilinei e i costi invarianti, è chiaro che le linee di isocosto sono circonferenze concentriche con centro P0 per cui man mano che ci si allontana aumenta il costo di avrà trasporto→la soluzione si avvicinandosi quanto possibile più all’unico centro esistente. Il secondo caso è quello con due centri esistenti, P1 e P2. In questo caso le curve di isocosto diventano delle ellissi e quindi la posizione ottimale si trova sul segmento che congiunge P1 e P2 (questo segmento non è altro che la curva di minimo costo che degenera poi in un segmento a causa del fatto che i trasporti sono rettilinei) L’ultimo caso è quello generico, in cui abbiamo 4 o più centri esistenti P1, P2, P3, P4,…,PN in cui le curve di isocosto sono irregolari e quindi come il triangolo di Weber la soluzione va trovata valutando gli ingombri effettivamente presenti nella planimetria. Attenzione: nel caso in cui le quantità trasportate (come succede normalmente) siamo diverse tra la macchina/reparto da aggiungere e quelli esistenti, la funzione da minimizzare cambia perché c’è da considerare anche le quantità oltre che le distanze! LEZ 11 e 12: 19/10/2023 LE UNITA’ DI CARICO Le unità di carico del trasporto interno sono fondamentali. L’UdC fondamentale nel trasporto interno è il pallet, soprattutto per la movimentazione dal magazzino delle materie prime verso l’inizio del ciclo di produzione e per la movimentazione dalla fine del ciclo di produzione verso il magazzino dei prodotti finiti. I pallet li abbiamo già studiati perché abbiamo visto che container e casse mobili vengono riempiti tipicamente riferimento allo di pallet. standard Faremo europeo dell’europallet le cui dimensioni sono quelle in figura. Che problemi ci poniamo per l’unità di carico pallet? Quando trasportiamo con il pallet dobbiamo fare in modo che la superficie del pallet (800x1200) sia utilizzata al meglio, sia ottimizzata. Devono essere ridotti al minimo gli spazi vuoti sulla superficie del pallet. Ma come riempiamo il pallet? Ricordiamo che l’UdC NON è la cassa in sé per sé: l’UdC è l’insieme del supporto e della merce che mettiamo sul supporto! Dobbiamo sistemare sul pallet in modo ottimale i materiali che dobbiamo trasportare. In questa logica di ottimizzazione della superficie, nel trasporto la merce che va a finire a magazzino (la merce arriva tipicamente dalla logistica esterna verso il magazzino delle materie prime e poi i prodotti finiti vengono sistemati a magazzino prodotti finiti) viaggia in delle confezioni, non viaggia di certo in maniera sfusa! Ogni articolo ha le proprie caratteristiche dimensionali e va confezionato. Il confezionamento più semplice è quello in scatole di plastica o cartone. Queste scatole possono essere poi anche confezionate a loro volta in scatole più grandi per formare dei colli o imballaggi. L’imballaggio classico è la scatola di cartone, e di certo non vengono realizzati con delle misure casuali, ma rispettano delle misure standard. Sono proprio gli imballaggi/colli ad essere sistemati sul pallet! Gli imballaggi hanno tipicamente una forma di parallelepipedo. Al magazzino la merce arriva sui pallet in questi imballaggi! Tralasciando le movimentazioni tra le fasi di lavorazione, l’UdC è quella che vediamo sopra in figura. Per la formazione di questa UdC (pallet+imballaggi), ci sono degli accorgimenti da rispettare: innanzitutto, gli imballaggi vanno sempre poggiati sul pallet sulla faccia di maggiori dimensioni, per garantire stabilità; poi, per strati diversi di sovrapposizione, i colli vanno disposti in maniera incrociata, anche qui per garantire maggiore stabilità della merce; ancora, non va mai superato il limite di altezza di 2 m per l’UdC nel suo complesso. Noi vogliamo ottimizzare la preparazione di questa unità di carico, e per farlo seguiamo questo metodo procedurale, noto come METODO PALLET O’GRAF. L’idea alla base di questo metodo è la seguente: se abbiamo un pallet di due dimensioni, B (lato lungo) e A (lato corto), dobbiamo cercare di sistemare gli imballaggi sul pallet in modo tale che tutta la lunghezza dei lati sia occupata. Questo non vuol dire ovviamente che tutta la superficie sarà occupata (quasi impossibile), però è un approccio che, se rispettato porta ad ottimi risultati. Quindi, se riusciamo a riempire entrambi i lati con gli imballaggi, anche sistemandone magari qualcuno girato rispetto gli altri (vedi cerchio in verde), possiamo dire di aver raggiunto un buon risultato. Partendo da questa idea di base, il metodo pallet o’graf si spiega tramite un modello matematico: il riempimento del lato lungo e del lato corto sono espressi tramite delle semplici relazioni matematiche. Le dimensioni a e b sono rispettivamente le dimensioni del lato corto e lungo dell’imballaggio/scatola. Se la condizione ideale è sistemare gli imballaggi in modo tale da riempire il lato lungo e il lato corto del pallet, allora potremo dire che: π΄ =π∗π+π∗π π΅ =π∗π+π ∗π E che significa? Ricordiamo che gli imballaggi tanto sul lato lungo tanto sul lato corto del pallet possono essere poggiati tanto mostrando il lato corto, tanto mostrando il lato lungo (vedi cerchio verde sopra). Quindi a riempire il lato corto A del pallet avremo un certo numero intero m di scatole rivolte sul loro lato corto e un certo numero interno n di scatole rivolte sul loro lato lungo. Stessa cosa per il lato lungo del pallet B, dove avremo un numero interno r di scatole rivolte sul loro lato corto e un certo numero interno s di scatole rivolte sul loro lato lungo. È fondamentale che m, n, r ed s siano interi perché parliamo chiaramente di scatole! Quindi la soluzione del metodo gira attorno alla ricerca di questi valori interi, ossia del numero di scatole necessarie per riempire il lato corto e il lato lungo del pallet, seguendo la logica di ottimizzare gli spazi e ridurre gli spazi liberi! B A A B Ovviamente noi possiamo trasformare queste incognite in delle variabili composte: π₯ → π ∗ π ππππ’ππ π₯ → π ∗ π π¦ → π ∗ π ππππ’ππ π¦ → π ∗ π Questo ricorda molto il procedimento seguito per il metodo del trapezio intermodale, e questa equivalenza con le variabili composte ci permette di costruire le due equazioni risolutive: π₯+π¦ =π΄ππ₯+π¦ =π΅ Riportando queste equazioni in un piano cartesiano, abbiamo due rette inclinate di 45 gradi, che incontrano gli assi nei punti A e B. Attenzione, però: di questo piano ci interesseranno tutti i punti per la soluzione finale? I punti che ci interessano di questo piano non sono tutti! Ricordiamo che m, n, r ed s sono interi, pertanto dobbiamo costruire un reticolo che ci indica tutti i punti del piano in cui le x e le y sono dei multipli interi delle dimensioni delle scatole. Dalla determinazione del reticolo il risultato è il seguente: Sommariamente, quindi, ci interessano solo i punti del reticolo le cui coordinate x ed y sono multipli interi di a e b, e che risultano i soli punti ammissibili per la soluzione del metodo matematico. Prendiamo 3 punti: P1 (a;b), P2 (a;2b) e P3(2a;3b). Questi tre punti rappresentano tre possibili ipotesi: P1 si trova sotto entrambe le rette, P2 è tra la prima e la seconda, P3 è oltre entrambe le rette. In particolare, P1 rappresenta una configurazione, una sistemazione degli imballaggi che non riempie né il lato corto né il lato lungo del pallet! P2, superando la retta A, permette con la sua configurazione di coprire il lato corto, superandolo addirittura (e sporgendo), ma non riempirà il lato lungo. P3, invece, va oltre il lato corto e va oltre il lato lungo, sporge da entrambi ed è sballato completamente. Vediamo qualche disegno per maggiore chiarezza Nel il caso del punto P1 in cui non riusciamo né a coprire il lato corto né a coprire il lato lungo! Nel caso del punto P2 invece si noti come la configurazione sporga oltre il lato corto e non riesca a riempire il lato lungo. Nel caso del punto P3 sforiamo entrambi i lati! Esistono, però, dei punti ottimali→sono i punti che cadono esattamente sulle rette! (e che quindi, permettono di riempire i lati del pallet) Non è detto che succeda sempre, e ovviamente dipende dalle dimensioni a e b degli imballaggi! Quindi potremmo usare i cataloghi e sfruttarli a nostro favore per trovare delle dimensioni ottimali! Visto che anche il pallet ha dimensioni standard, usando delle configurazioni relativi ai punti che cadono sulle rette, ci troveremmo in una situazione ideale, perché avremmo una sistemazione che riesce a riempire uno dei due lati! Vediamo un esempio: Prendiamo i punti P4 e P5, che giacciono rispettivamente sulle rette A e B: Questo vuol dire che, se ho degli imballaggi in grado di sistemare due lati corti e uno lungo sul lato A del pallet e tre lati corti e uno lungo sul lato B del pallet, sono riuscito ad ottimizzare gli spazi e a riempire i lati del pallet. Ovviamente non è detto che ci riusciamo, e vogliamo tendere sempre più a questa configurazione ottimale. Questa immagine ci fa capire quello che avevamo detto prima: per strati diversi, i diversi livelli di imballaggi vanno sistemati in maniera incrociata/contrapposta per garantire stabilità. Chiaramente ci sarà sempre uno spazio libero sulla superficie del pallet, però questa configurazione ottenuta dall’unione dei punti P4 e P5 è una soluzione ottimale (non ottima, ma sicuramente ottimale) perché ci consente di riempire i lati del pallet. Facciamo un’ultima considerazione: tabella fa la una comparazione tra il costo di trasporto della merce con pallet e senza pallet→potremmo evitare di usare il pallet, e direttamente caricare gli imballaggi nel magazzino o nell’unità di trasporto stradale. Dal punto di vista economico-gestionale, però, questa scelta non è conveniente: se non utilizziamo il pallet sul quale sovrapponiamo più strati di merce non riusciremo mai a trasportare tanta merce contemporaneamente con una sola movimentazione! Portare la merce una alla volta permette di eliminare i costi aggiuntivi legati al pallet in sé per sé (che deve avere certi requisiti e certe dimensioni standard) e i costi aggiuntivi legati al fatto che il costo del viaggio deve tenere conto del fatto che stiamo trasportando anche i pallet oltre alla merce. Trasportare il pallet ha un costo (perché il costo di trasporto si calcola anche in €/tonn e quindi se abbiamo anche il pallet, parte della portata dell’unità di trasporto sarà occupata dal pallet). Ancora, un pallet può essere “a perdere” o “riutilizzabile”: il pallet deve essere molto resistente, può resistere a carichi statici fino a 4 tonnellate (Pallet targato EPAL). Avendo un proprio peso, sono una spesa ingente, e quindi possono (e dovrebbero) essere riutilizzati per più trasporti→c’è però un problema di ritorno del pallet: il pallet deve ritornare alla base dopo aver consegnato la merce, e questo è fattibile se mi occupo io del trasporto andata e ritorno→il costo del pallet in questo caso lo devo ammortizzare su tutti i viaggi nei quali impiego quel pallet. Questo per quanto riguarda i pallet riutilizzabili! Per i pallet a perdere, invece, il costo grava tutto sull’unico viaggio e quindi il costo di trasporto è maggiore! C’è tutto un circuito di commercio di pallet usati e di recupero dei pallet targati EPAL, che hanno quindi un valore commerciale anche da usati, perché possono essere riutilizzabili! Infine, con un pallet, il costo di movimentazione è molto più basso proprio perché posso movimentare più imballaggi contemporaneamente. Per capire quindi se conviene usare il pallet o no, bisogna confrontare il costo di movimentazione con e senza pallet (che è a vantaggio del pallet) e il costo di trasporto con e senza pallet (che è a svantaggio del pallet)→tipicamente il confronto è quasi sempre a favore del trasporto con pallet, è molto raro che convenga trasportare la merce singolarmente e senza pallet, anche se il pallet ha costi aggiuntivi legato al pallet in sé e al trasporto e al problema del ritorno. I CARRELLI ELEVATORI È l’unità di movimentazione della logistica interna più diffusa e più importante. Noi ci concentreremo su carrelli elevatori a forche semoventi con operatore a bordo. Questi carrelli sono dei carrelli dotati di una motorizzazione propria, elettrica, a diesel o a gas, con operatore a bordo. In generale, i carrelli elevatori trasportano materiale allo stato solido, preparato su pallet o in contenitori “forcolabili”, ossia agganciabili dalle forche di cui è tipicamente dotato il carrello. Il funzionamento del carrello è intermittente, l’energia può essere anche manuale, il tipo di movimento è di sollevamento e di trasporto (quindi sia orizzontale sia verticale) e il comando è con operatore, c’è sempre l’operatore che non necessariamente è a bordo del carrello! Prima di soffermarci sui carrelli elevatori semoventi con operatore a bordo, vediamo qualche altra tipologia di carrello: Mentre adesso vediamo i carrelli che ci interessano. Possono essere elettrici, a diesel o a gas Il carrello elevatore a forche con operatore a bordo ha una serie di caratteristiche fondamentali: Tra i dati più importanti abbiamo Q, il carico che può essere gestito dal carrello, espresso in tonnellate o quintali e la grandezza H2, l’altezza massima di sollevamento forche, la massima altezza che può essere raggiunta dalle forche (vedremo che sarà fondamentale nei magazzini). Questa immagine è molto utile perché ci fa vedere il carrello sul pavimento nella sua operazione di spostamento (presumibilmente nel magazzino), e presenta una serie di quote e misure rilevanti, oltre a Q ed H2. Sicuramente sono da considerare le grandezze A e B: A ci fornisce la distanza dal punto di applicazione del carico Q dalla faccia interna delle forche e B ci fornisce la distanza dalla faccia interna delle forche all’asse che passa per il punto di contatto tra le ruote anteriori e il pavimento del magazzino su cui poggia il carrello→qui siamo nello stesso problema che coinvolgeva il reach stacker e il carrello frontale nella logistica esterna: infatti, anche qui, il carico da movimentare si trova davanti rispetto al carrello, e in particolare oltre la linea delle ruote anteriori. Questa situazione mina l’equilibrio, e può sbilanciare il carrello. La somma A+B di fatto rappresenta il braccio di azione della forza peso Q del carico, rispetto al punto di contatto tra le ruote anteriori e il pavimento, che rappresenta quindi un potenziale (e pericoloso) punto di rotazione dell’intero carrello→se non stiamo attenti, il carrello si sbilancia sulle ruote anteriori e il carrello può ribaltarsi! Quindi questo è il problema principale del carrello elevatore, che richiede quindi di dimensionare attentamente il carrello: Definita l la somma delle distanze A+B, e definito Q, infatti, è possibile stabilire la condizione di equilibrio del carrello elevatore. Il carico Q esercita sul carrello un momento squilibrante o ribaltante πΆ = π ∗ π che tende a squilibrare in avanti il carrello, mentre contemporaneamente c’è la forza peso P del carrello che esercita un momento equilibrante ππΈ = π ∗ π. Questo perché il carrello ha un suo peso e una zavorra nella parte posteriore inserita appositamente per contribuire col peso proprio del carrello a controbilanciare il momento squilibrante. La distanza e è il braccio di azione del peso proprio del carrello rispetto al punto di contatto delle ruote anteriori. In equilibrio quindi i due momenti devono uguagliarsi! Attenzione, però: il costruttore del carrello elevatore costruisce il carrello per una determinata portata, per una determinata Q. Il carico Q è la grandezza fondamentale quando si parla dei carrelli, è la massa che il carrello può sollevare. Il costruttore costruisce i carrelli per fasce diverse di Q e quindi l’impresa sceglie il carrello che fa al proprio caso e soddisfa le proprie esigenze di movimentazione. Il costruttore proporrà quindi un carrello con una certa portata Q, che viene sempre ottenuta in riferimento alla condizione di equilibrio studiata prima, e in riferimento ad una ben precisa posizione del carico, ipotizzato applicato al centro delle forche, che sono di lunghezza standard pari a 1,2 metri (quanto il lato lungo del pallet europallet). Questa è la situazione di riferimento in cui comunica il costruttore. Questo vuol dire che, se vogliamo sollevare una massa superiore rispetto a quella Q prestabilita, possiamo farlo solo ed esclusivamente nel caso la distanza l si riduce! Perché il costruttore che costruisce il carrello pensando a quella Q, lo fa in condizioni di equilibrio, ipotizzando quindi una distanza l adatta a quel carico. Per garantire le condizioni di equilibrio, quindi, se Q aumenta, l deve necessariamente ridursi; quindi, un carico maggiore deve avere un baricentro più vicino al punto di contatto delle ruote anteriori col pavimento. La riduzione di l deve essere proporzionale all’aumento di Q per mantenere sempre lo stesso momento squilibrante→quindi i carrelli non è che hanno un’unica portata: come si vede dalla figura di prima, ogni carrello presenta una targhetta nella quale viene specificato qual è il carico sollevabile in base alla posizione del baricentro sulle forche. Ciò che conta è che il momento squilibrante sia sempre lo stesso perché il peso proprio del carrello non cambia al variare del carico sollevato. Ecco un’ altra immagine di un carrello: si notano le forche (in verde), ed esse sono montate su una piastra orizzontale (in rosso), nota come zattera, che può scorrere verso l’alto su quella struttura verticale a due aste (in blu) che si chiama montante. Alla zattera si possono agganciare le forche o anche altre strumentazioni tramite degli uncini o dei ganci. Il carrello, considerato che ci sono diverse movimentabili, UdC può usare anche attrezzature differenti dalle forche, come questa pinza in figura a sinistra, utilizzabile ad esempio per movimentare blocchi di plastica. Il costruttore, però, progetta il carrello in riferimento all’utilizzo con le forche! Nonostante ciò, è possibile utilizzare altre attrezzature. Il problema, però, è il seguente: il costruttore del carrello indica per il carrello una certa portata Q che è una portata riferita all’utilizzo delle forche…che succede se cambiamo attrezzatura? L’attrezzatura ha un peso proprio! Di questo bisogna tenerne conto, perché il carrello deve avere una portata in grado di sopportare non solo il carico, ma anche il peso dell’attrezzatura! Quindi, se cambiamo attrezzatura, dobbiamo considerare il peso aggiuntivo dell’attrezzatura. Prima di sollevare il carico con la nuova attrezzatura, bisogna calcolare la portata residua del carrello al netto del cambio di attrezzatura, rispetto a quella di partenza. Quindi: ππ = πΆ − πππ‘π‘π Alla portata del costruttore va sottratto il peso della nuova attrezzatura, che va ad erodere parte della portata da quella di partenza. la portata del costruttore non vale più, va ricalcolata considerando il nuovo peso dell’attrezzatura e il suo nuovo baricentro! Al momento squilibrante del carrello con forche va sottratto il momento squilibrante con la nuova attrezzatura per ottenere la portata residua netta. LA TRAZIONE ELETTRICA DEI CARRELLI ELEVATORI: I CARRELLI ELETTRICI Il passaggio dalla motorizzazione diesel o gas alla trazione elettrica ha degli effetti positivi nella riduzione dell’impatto ambientale dei carrelli elevatori (parleremo di “green logistics”). L’utilizzo dei carrelli elevatori a trazione elettrica è in alcuni casi necessario (assenza di emissioni gassose e bassa rumorosità per impiego in ambienti chiusi, ad esempio i magazzini. Sarebbe impensabile usare un mezzo diesel in un ambiente chiuso, per problemi ambientali e di sicurezza legati ai gas di scarico) e in altri casi preferibile (per ragioni ambientali e/o economiche, in base agli obiettivi di gestione prefissati. Dal lato ambientale sappiamo che non c’è storia, e vedremo che anche negli aspetti economici, in base al contesto, il carrello elettrico ha una propria zona di convenienza rispetto al carrello tradizionale). Uno dei principali limiti all’utilizzo di carrelli elevatori elettrici è rappresentato dalla massima capacità di carico (portata) dei mezzi, che normalmente non supera le 5 tonnellate. Questo perché il carrello elettrico ha come cuore pulsante l’accumulatore, una batteria che fornisce l’energia necessaria alla movimentazione. Le batterie, per dare una potenza in uscita elevata devono avere dimensioni elevate (dimensioni proporzionali alla potenza erogata). Quindi per portate maggiori di 5 tonnellate le dimensioni della batteria sono troppo grandi, e l’ingombro del carrello sarebbe talmente grande da erodere spazio nel magazzino, sottraendolo allo stoccaggio. Il magazzino richiederebbe infatti corridoi e viabilità più grandi che andrebbero a penalizzare lo spazio adibito allo stoccaggio. Un altro importante inconveniente è costituito dalla discontinuità di servizio, dovuta alla ridotta autonomia dei mezzi, che risulta inversamente proporzionale all’energia di movimentazione richiesta in un turno di lavoro (ore nette di utilizzo, complessità delle operazioni di movimentazione, carichi trasportati nell’unità di tempo, ecc.). Anche l’accumulatore, in quanto apparecchio elettrico, ha una propria autonomia, in quanto presenta cicli di carica e di scarica. Quando utilizziamo un carrello elettrico, dobbiamo ricordarci che dopo un po’ dovrà essere sottoposto a cicli di carica. Questo processo di ricarica ovviamente non è come quello dei telefoni, e richiede anche 10-12 ore! Questo va contestualizzato ai ritmi di produzione, quindi l’autonomia è un problema molto serio. La trazione elettrica richiede la predisposizione di un sistema di gestione dei mezzi molto più complesso rispetto a quello necessario per i carrelli a motore Diesel. Innanzitutto, bisogna ricaricare l’accumulatore, e questo richiede impianti elettrici ad elevata complessità (tensioni industriali, anche 400V) oltre che di dimensioni generose. È necessario quindi costruire delle sale di ricarica ad hoc che rispondono a tutte le esigenze di sicurezza necessarie ad una gestione ottimale dell’impianto. Con la gestione delle batterie, bisogna anche considerare l’eventuale sviluppo di sostanze pericolose in fase di ricarica: le batterie sono ancora a Piombo, a celle elettrolitiche in cui si sviluppa acido solforico, che è molto aggressivo. Non si può entrare a contatto con questo acido quindi i locali di ricarica devono evitare il contatto con questa sostanza. Ancora, nella fase di ricarica si sviluppa anche un gas esplosivo: l’idrogeno (combustibile), che insieme all’ossigeno (che funge da comburente), generano rischio incendio. Questi ovviamente sono tutti dei costi aggiuntivi. Inoltre, non potendo tipicamente tenere fermo il carrello per tutta la durata della ricarica, sarebbe utile avere a disposizione più batterie intercambiabili, ma questo comporta di smontare e rimontare le batterie (come se fosse un pit stop). Facciamo un focus sull’accumulatore di trazione: si presenta come una scatola metallica all’interno del quale sono posizionati degli elementi elettrici in serie che sono delle celle elettrolitiche, ciascuna con un polo positivo e un polo negativo. Queste celle producono energia elettrica tramite dei processi elettrochimici. Ciascuna cella è connessa in serie all’altra. L’accumulatore è quindi una serie elettrica di elementi molto semplici. Ogni cella presenta oltre ai poli una parte centrale, un tappo, utilizzato per rabboccare il liquido, una soluzione di acqua ed acido solforico, l’elettrolita. Qui vediamo le piastre positive della cella: E qui le piastre negative: Le piastre positive sono realizzate con biossido di piombo (PbO2), mentre la piastra negativa è realizzata con piombo allo stato spugnoso (Pb). L’elettrolita è costituito da soluzione di acido solforico H2SO4 in acqua (concentrazione 35% v/v) con una densità di 1,26-1,27 kg/l a 30o C. Quindi, che succede nelle fasi di carica e scarica? In fase di scarica, la batteria fornisce l’energia per la movimentazione, nella fase di carica si ha la carica della batteria. Nella fase di scarica il biossido di piombo si combina con l’acido solforico formando solfato di piombo PbSO4, mentre l’ossigeno e l’idrogeno che si liberano dal biossido e dall’acido formano acqua (H2O). Questo processo prende il nome di solfatazione, che si chiama così perché l’elettrolita mette a disposizione lo ione solfato per formare il sale di piombo, cedendo energia per la movimentazione. La batteria continua fino ad un punto in cui la batteria si dice solfatata, e non riesce più a fornire energia. In questo momento si effettua la ricarica che avviene tramite il processo inverso noto come desolfatazione, nella quale si torna alla situazione iniziale delle piastre, con Piombo e acido solforico. Questo si ottiene fornendo energia alla batteria. Il ciclo di solfatazione e desolfatazione dovrebbe essere un processo reversibile, ma in realtà non è così a causa della presenza di residui di solfatazione per cui non torneremo mai alla situazione originale→a furia di eseguire i cicli di carica e scarica, arriveremo al punto in cui la desolfatazione non avviene più e la batteria va sostituita (tipicamente dopo circa 1200 cicli). Teniamo presente che la batteria da sola costa fino a 10000€! Qui è schematizzato molto bene ciò che abbiamo detto: Nell’elettrolita si forma dell’acqua nella fase di carica! Questo è lo schema tipico della batteria con la serie: Attenzione alla ricarica: fornendo energia elettrica all’acqua, sviluppo ossigeno e idrogeno molecolari perché scompongo l’acqua. Se do alla batteria più energia rispetto a quella necessaria per la ricarica, questa verrà utilizzata per elettrolisi dell’acqua, generando idrogeno ed ossigeno→questo è il motivo per il quale il processo di ricarica deve essere controllato, sia per evitare di sprecare energia, sia per evitare l’innesco di un incendio, ovviamente. Il caricatore della batteria di trazione è quindi un caricatore a controllo elettronico che disinserisce il circuito di ricarica dopo un certo tempo calcolato e progettato ad hoc per evitare questi problemi. Focalizziamoci adesso sulle caratteristiche delle batterie di trazione. I dati che identificano una batteria di trazione dal punto di vista delle caratteristiche tecniche sono: - La tensione nominale, che definisce la batteria; - La capacità; - Le dimensioni; - Il peso. Sono tutti elementi importanti nel momento in cui si deve decidere quale batteria può sostituire quella che ormai ha finito il suo ciclo di vita. OSS: il peso è importante anche perché la sostituzione della batteria avviene tramite unità di movimentazione adeguate a sollevare la batteria che può pesare anche 2 tonnellate LA TENSIONE NOMINALE: La batteria è una serie di elementi elettrolitici, e ciascuna cella ha una tensione propria (standard) di 2V. Messe in serie, la tensione ai capi del circuito serie è la somma delle singole tensioni. Quindi la tensione complessiva della batteria è la somma delle tensioni delle celle che compongono la batteria. Quindi se la batteria ha N celle elettrolitiche, la sua tensione nominale sarà: π = 2π [π] È importante ricordarsi il valore standard di 2 V, perché legato direttamente alla definizione di capacità della batteria. Capacità della batteria e tensione delle celle elettrolitiche sono legate fra loro! CAPACITA’ DELLA BATTERIA: la capacità della batteria è l’energia che la batteria può fornire all’utilizzatore (al carrello) fino al momento in cui la batteria si scarica. La capacità è il prodotto di una corrente elettrica (di scarica) per il tempo di scarica: πΆ = πΌππ ∗ π‘π [π΄β] La capacità si misura in amperora. Come facciamo a definire quando la batteria è scarica? C’è una regola: la batteria si scarica quando la tensione dei singoli elementi (celle) scende dal valore standard di 2V al valore di 1,7V. Quando la batteria è carica tutti gli elementi hanno la tensione di 2V, quando è scarica, tutti gli elementi hanno una tensione di 1,7V. Fintanto che la batteria è carica, essa eroga energia e il tempo di scarica, moltiplicato per la corrente di scarica (la corrente con la quale la batteria fornisce l’energia) ci fornisce la capacità della batteria. Il problema è che la capacità non è così immediata da calcolare! Perché non possiamo dire che la batteria ha un’unica capacità, non posso dire “questa batteria ha una capacità di 800Ah”! Chiariamo questo concetto: Il tempo di scarica, ossia quello che alla fine mi definisce la capacità, dipende dall’attività che viene svolta dal carrello: se il carrello lo tengo fermo e non lo uso, il tempo di scarica è infinito perché la batteria non fornisce energia; se invece uso il carrello intensamente, al massimo della portata e lo tengo continuamente in funzione (ricordando che il carrello fa sia spostamenti in orizzontale sia sollevamento verticale) la batteria sicuramente avrà un tempo di scarica breve. Questo vuol dire che il tempo di scarica dipende dalle condizioni di utilizzo del carrello, ossia da quanta corrente chiede alla batteria quando lavora! L’assorbimento di corrente dipende dalle modalità di svolgimento della movimentazione e, più esse sono onerose, più grande è la corrente assorbita. La capacità di una batteria così come viene definita dipende dalla modalità di utilizzo del carrello. Analizziamo il diagramma di sopra: sulle y abbiamo la tensione della singola cella elettrolitica, sulle x abbiamo il tempo di scarica. Le curve azzurre indicano l’andamento della tensione, che va dal valore di 2V al valore di 1,7 V in scarica. Queste curve hanno andamento diverso: la tensione ha una “rapida discesa” tanto maggiore è la corrente di scarica! Infatti, più la batteria eroga una corrente elevata, più la tensione scende velocemente al valore di 1,7→ricordiamo che la potenza elettrica è pari al prodotto di tensione e corrente; quindi, a parità di tensione, richiedere alla batteria una corrente più elevata equivale a richiedere una maggiore potenza. Per movimentare carichi più pesanti, serve una potenza maggiore; quindi, una maggiore corrente e quindi la tensione avrà un andamento più rapido, che causerà una scarica più rapida della batteria. Se lavoro con una corrente di 50 ampere, avrò un tempo di scarica di 1 ora, mentre con una corrente di 11 ampere, un tempo di scarica di oltre 10 ore. Quindi, la capacità come la calcolo? La capacità è il prodotto della corrente di scarica per il tempo di scarica→se con 50 A scarico in un’ora, la capacità è di 50 Ah; se con 11 A scarico in 10 ore, la capacità è di 110 Ah→la stessa batteria, sottoposta in condizioni operative diverse, ha capacità diverse. Quindi non esiste un’unica capacità della batteria, dipende dalle condizioni operative! È fondamentale quindi trovare un valore di paragone, di riferimento, utile per capire quale batteria acquistare per la sostituzione della vecchia batteria. Oltre a determinare la tensione nominale della batteria che mi serve, devo capire quale capacità indicare al fornitore: devo fare in modo che la batteria scelta corrisponda alle mie esigenze! Devo scegliere una batteria adeguata al carico che devo sollevare. Questo problema si risolve così: utilizzatori e produttori delle batterie si sono messi d’accorso per creare un valore di riferimento per scegliere le batterie→la capacità di riferimento che caratterizza una batteria è quella che corrisponde ad un tempo di scarica di 5 ore, a prescindere dal valore della corrente: parliamo della cosiddetta C5. Il produttore, quindi, quando produce la batteria, farà tante prove e cercherà il valore di corrente che dà una scarica in 5 ore. Dopodiché, con quella corrente e con quel tempo trova la C5. La C5 è la capacità che viene usata a fini commerciali ed è fornita dal produttore della batteria! La capacità della batteria poi è influenzata dalla temperatura e dalla densità dell’elettrolita e dalla modalità di ricarica. Parliamo adesso della ricarica della batteria: abbiamo detto che abbiamo un problema di tempi, perché i tempi di ricarica sono molto elevati. I caricabatteria possono essere di due tipi: • Wa: A corrente decrescente con continuità • WoWa: A corrente decrescente in due fasi Questi due tipi di ricarica per cosa differiscono? Con il sistema Wa il tempo di ricarica va dalle 12 alle 14 ore. Questo sistema prevede di collegare la batteria al caricabatterie. Il caricabatterie impone la sua tensione e la sua corrente alla batteria. Nel grafico abbiamo sulle x il tempo e sulle y tanto la tensione delle singole celle tanto la corrente di carica (espressa in % della C5). La tensione è quella imposta dalla batteria, che è un trasformatore. Al tempo 0 la batteria viene collegata al caricabatterie→col sistema Wa il caricabatterie impone una corrente circa pari al 16% e una tensione di partenza di circa 2V. Con lo scorrere del tempo, succede che la corrente imposta scende gradualmente, mentre la tensione imposta su ciascun elemento (il sistema è controllato ovviamente) cresce gradualmente. La regolazione di tensione e corrente è automatica nel tempo. In questo sistema è il caricabatterie a comandare la ricarica. C’è un momento in cui il caricabatterie fa partire un temporizzatore, un dispositivo che stacca automaticamente la ricarica, come se fosse un timer. Questo temporizzatore si attiva non appena la tensione raggiunge il valore di 2,4V (all’incirca al valore di 3,5 ore). Questo avviene per evitare che si inneschi l’elettrolisi e quindi si creino i gas nocivi quali idrogeno ed ossigeno. Da quel momento in poi, si stacca la ricarica e si ha una graduale riduzione della corrente. Adesso vediamo il sistema WoWa: il caricabatterie in questo caso parte da una corrente imposta più elevata (circa il 22-23% della capacità C5→se la C5 è di 100 Ah il caricabatterie imporrà una corrente di 22-23 AA), mentre la tensione di partenza è la stessa, circa pari a 2 V. Anche qui si ha la riduzione graduale della corrente, ma qui la discesa è diversa: la corrente rimane ad un valore elevato il più possibile, poi si ha una caduta brusca del valore della corrente e poi una fase decrescente fino alla fine della ricarica. Questo sistema quindi tiene maggiormente la corrente ad un valore elevato, e al momento dell’attivazione del temporizzatore (che si attiva sempre al raggiungimento della tensione di 2,4V) si ha una brusca riduzione della corrente. Questo sistema così gestito permette di accorciare il tempo di ricarica! Infatti, il tempo può raggiungere il valore di circa 8-9 ore di ricarica. La riduzione del tempo di ricarica è significativa, e in più, 8 ore se ci pensiamo sono proprio le ore corrispondenti ad un turno di lavoro come previsto dal Contratto Nazionale! Posso quindi ricaricare la batteria alla fine del turno, quindi se scelgo di lavorare su più turni e ho più batterie, questo sistema può essere molto utile perché riesce a coprire l’intero turno e non va oltre quella durata! Problematiche gestionali della trazione elettrica: • Scelta del caricabatteria (Wa o WoWa): il caricabatteria deve dare una tensione che è la somma delle tensioni delle celle elettrolitiche e una corrente che è pari al 16% della capacità C5 (16 A per ogni 100 Ah di capacità C5) • Sviluppo di gas durante la ricarica: si sviluppano idrogeno ed ossigeno a causa dell’elettrolisi. Occhio che l’idrogeno è più leggero dell’aria quindi può salire; pertanto, bisogna evitare che il tetto dello stabilimento abbia determinate forme che possono intrappolare l’idrogeno, e soprattutto bisogna assicurare un adeguata ventilazione delle sale di ricarica Tipicamente la ventilazione dell’aria è fatta in maniera forzata tramite sistemi di ventilazione forzata, tramite reti di ventilazione che aspirano l’aria all’interno del locale e la portano all’esterno, per evitare che l’idrogeno si diffonda nel locale. Le reti di ventilazione si collegano a degli elettroventilatori tramite dei collettori di aspirazione che sono collegati a delle tubazioni connesse alla catteria durante la ricarica. • Rabbocchi di acqua demineralizzata: il livello dell’elettrolita deve sempre essere adeguato alle reazioni chimiche. L’acqua demineralizzata permette di sopperire alle perdite (per evaporazione dell’elettrolita) che si verificano durante le operazioni di ricarica delle batterie. Il rabbocco può essere fatto manualmente o automaticamente, e si effettua tramite serbatoi ad hoc posizionati in alto e delle tubazioni che raggiungono la batteria. Ovviamente la batteria è dotata di canalizzazioni che portano l’acqua demineralizzata nelle diverse celle • Manipolazione di acidi; • Presenza di elementi in tensione (380 V); • Movimentazione batterie (handling nesting): quando va sostituita perché scarica, occorre usare un mezzo di movimentazione di adeguata portata per movimentare la batteria. La batteria si trova sotto il sedile del carrello Tipicamente per estrarre la batteria possiamo usare altri carrelli elevatori oppure possiamo utilizzare un paranco o altri sistemi con ganci o sistemi automatici molto complessi, che fanno utilizzo di veri e propri magazzini di batterie da sostituire. • Realizzazione di idonei locali di ricarica e della rete di alimentazione elettrica. OSS: un altro dato molto importante per la gestione dei carrelli è il consumo di energia del carrello: Per il carrello diesel, il consumo è paragonabile a quello di un classico sistema di trasporto stradale. In questo caso, però, invece di fare riferimento al consumo in l/km, intenderemo il consumo del carrello facendo riferimento ai litri di gasolio consumati nelle ore di lavoro→il consumo si misurerà in l/h per ogni ora di funzionamento. Anche qui si pone il problema dell’incertezza del dato, come per la capacità: non esiste un consumo univoco, dipende dalle condizioni di utilizzo! Se lavoro intensamente, il carrello consumerà di più. Anche qui utilizzeremo un valore di riferimento: il consumo VDI, cioè, riferito ad un ciclo di lavoro ben determinato, per avere un valore certo di riferimento. Per il carrello elettrico, invece, il consumo di energia è misurato in Kwh/h cioè in energia in energia elettrica assorbita per ogni ora di riferimento. Questi consumi forniti dal produttore si riferiscono ad un ciclo di lavoro standard, noto come VDI, sia per il carrello diesel sia per quello elettrico. Questo ciclo di lavoro di riferimento ci permette di comparare i diversi carrelli, per capire qual è il miglior carrello dal punto di vista del consumo. Il percorso del ciclo standard di lavoro viene costruito nei centri di produzione dei diversi produttori, che testano i carrelli e definiscono il dato sul consumo in VDI. Tipicamente i carrelli riportano un consumo pari a VDI 60: il dato di consumo viene fornito a seguito di una ripetizione di 60 volte in 60 minuti del test VDI. Si fa il pieno al carrello, si fanno 60 cicli in 60 minuti e si va a calcolare il consumo del carrello dopo aver effettuato di nuovo il pieno: il consumo non è altro che il delta di diesel che viene rabboccato nel carrello. Nel carrello elettrico è più complicato perché si misura l’assorbimento di energia per riportare il carrello al 100% di ricarica. Quindi possiamo confrontare diversi carrelli sulla base del consumo calcolato sul ciclo di lavoro standard VDI: avremo carrelli differenti, di costruttori differenti, ma visto che i dati sono relativi al ciclo standard, questi carrelli sono confrontabili! LEZ 13: 23/10/2023 Tra le attrezzature alternative alle forche per i carrelli elevatori abbiamo in genere pinze che possono servire per movimentare bobine di carta, gomme, materiale edile, fusti, più pallet contemporaneamente. I CONVOGLIATORI: NASTRI TRASPORTATORI I convogliatori sono delle Unità di Trasporto interno di tipo fisso, ossia sono quelle unità per le quali il percorso seguito dal materiale trasportato NON cambia, e quindi il punto di origine e di destinazione del trasporto non cambiano mai. In questa categoria sono compresi: trasportatori a rulli, trasportatori a nastro e trasportatori a catena. Questi convogliatori si sposano maggiormente per le produzioni dedicate, in cui le fasi sono disposte in una successione stretta che rispecchia il ciclo di produzione dell’unico prodotto che viene prodotto in grandi quantità. Queste produzioni, tipicamente di processo (siderurgico, chimico) sono caratterizzate da flussi di materiale, per le quali non è possibile distinguere l’unità di materiale. Il layout di queste produzioni è semplice, ed è dettato dalla sequenza delle fasi del ciclo. Non dovendo gestire diverse tipologie di prodotti e quindi diversi cicli, è già nota l’origine e la destinazione del materiale; pertanto, il problema logistico è minimo, e si risolve implementando i convogliatori. Il trasporto è rigido, è sempre lo stesso e non varia mai nel tempo. Noi ci focalizzeremo sui trasportatori a nastro. Qui vediamo un modulo di un trasportatore a rulli: non è altro che un telaio metallico sul quale sono montati dei rulli girevoli. Un rullo è composto da una camicia metallica girevole che può ruotare attorno al suo asse e poggia su un supporto interno che fa da snodo all’asse stesso. L’asse centrale rimane fisso ai due perni alle estremità del telaio, mentre il cilindro esterno si poggia su dei cuscinetti a sfera che permettono il moto relativo tra il cilindro e l’asse. L’utilizzo dei cuscinetti a sfera permette anche un attrito interno molto ridotto grazie alla presenza delle sfere. Attenzione perché l’attrito è volvente e non radente! I colli quindi si poggiano sulla rulliera, e possono muoversi sia a spinta, sia per gravità sia tramite un sistema motorizzato (tipicamente un motore elettrico) che permette a qualche rullo di ruotare e di movimentare in automatico i colli nel convogliatore. Questo invece è un nastro trasportatore, e anche qui le estremità bianche sono i rulli che supportano il tappeto in gomma che sostiene il materiale da movimentare. In generale, i convogliatori sono dei mezzi di movimentazione molto semplice, alcuni addirittura funzionano gravità. Un esempio esclusivamente a di trasportatore a gravità è proprio il convogliatore a sinistra, che è un convogliatore ad elica. Tipicamente usato per percorsi semplici, in cui tramite questa elica i colli scendono per gravità per poi scendere su una rulliera a gravità. Quindi in questi casi il materiale si sposta esclusivamente tramite la gravità. A destra, invece, abbiamo un esempio di trasportatore orizzontale, tra i quali rientrano i trasportatori a rulli, a nastro e a catena. In questo caso possiamo trovare rulli (o dischi) e il sistema può essere motorizzato o a spinta. Quest’altro, invece, è un convogliatore aereo, che può essere motorizzato, sospeso su delle rotaie o a pavimento e seguono dei percorsi fissi. Ciò che ci interessa maggiormente è il NASTRO TRASPORTATORE: Il nastro trasportatore lavora sia con materiali alla rinfusa, sia con colli, e ovviamente con materiali fisici. Il funzionamento del nastro trasportatore è di tipo continuo, infatti l’unità si muove con continuità e non ha funzionamento intermittente (non sarebbe coerente con la produzione continua degli impianti nei quali si installa). Il nastro trasportatore è ovviamente un sistema motorizzato tramite sistemi di motorizzazione ad energia elettrica. Il movimento può essere unicamente orizzontale oppure combinato, obliquo, se permette un trasporto orizzontale e verticale, quindi permette di trasportare il materiale per una certa distanza orizzontale e permette di superare un certo dislivello, cambiando quota. Il nastro trasportatore, poi, non ha un operatore, richiede solo di essere regolato in partenza e di essere manutenuto periodicamente (esempio, sostituzione dei rulli), ma non è richiesta la presenza dell’operatore→costo di esercizio basso, è un convogliatore semplice, economico e ad elevata resistenza. Il nastro trasportatore è composto da un tappeto in gomma che viene tenuto SEMPRE in tensione da due rulli/cilindri, uno detto cilindro motore/di trazione o di traino, e uno detto cilindro di rinvio. È fondamentale ricordarsi che i cilindri tengono il tappeto sempre in tensione, sia nella parte superiore, sia nella parte inferiore. Questa tensione si sviluppa tenendo lontani di una certa distanza fra loro i due rulli (come quando teniamo per mano un elastico allontaniamo le dita e lo mettiamo in tensione). È fondamentale studiare le tensioni e le caratteristiche tecniche del nastro perché influiscono direttamente sui costi di acquisto e di gestione, in quanto direttamente coinvolti nei consumi energetici. Ritornando a questa immagine, il rullo di destra è quello di traino è quello vicino al carter giallo, ove è posizionato il motore elettrico che aziona il rullo. Il rullo di rinvio invece è nella parte opposta. Il nastro si monta su una struttura di sostegno, un telaio in carpenteria metallica con dei sostegni. Notiamo anche che il nastro si sviluppa su un tratto superiore, su quale si poggerà il materiale da trasportare, e un tratto inferiore, quello “scarico”, di ritorno, che dalla testa del nastro ritorna verso la coda a trasporto effettuato. La posizione del nastro è FISSA, in quanto è un convogliatore. La parte superiore, sulla quale poggerà il materiale, deve avere un sostegno, perché non è sufficiente la presenza del rullo di traino e di rinvio e la loro tensione per sostenere il materiale per tutta la lunghezza del nastro: sotto il nastro bisognerà inserire o dei rulli di sostegno o un piano di appoggio sul quale poggiare il nastro, facendolo strisciare. Ovviamente, coi rulli di sostegno ci sono dei punti di contatto tra nastro e rulli, e quindi l’attrito sarà volvente e molto basso; con il piano di appoggio, essendoci un contatto continuo tra nastro e piano, ci sarà un attrito radente, molto più gravoso, che crea una forza resistente opposta al moto maggiore rispetto al primo caso. Il piano di appoggio, però, garantisce un supporto più omogeneo, stabile, continuo e quindi permette di evitare deformazioni nel nastro che potrebbero esserci nei rulli. Ancora, i rulli hanno un altro difetto: la manutenzione. È infatti necessario manutenere i cuscinetti a sfera, che si usurano col tempo, essendo anche gli ambienti produttivi ricchi di polveri e materiali leggeri che possono insediarsi nei cuscinetti (se non protetti al meglio), creando attriti maggiori e quindi un deterioramento rapido. I rulli, però, hanno il vantaggio enorme della semplicità nella dinamica delle forze che si instaurano nel sistema e una intrinseca facilità di sostituzione dei rulli. Il piano di appoggio, poi, può presentare problemi di adesione del tappeto alla superficie, nel momento in cui l’atmosfera dovesse essere ricca di umidità→”effetto ventosa” che può addirittura impedire l’avviamento del nastro. Questo richiederebbe di introdurre soluzioni costruttive (scanalature) per evitare questo problema. Come abbiamo detto, la tensione si genera allontanando tra loro rullo di traino e rullo di rinvio. Normalmente, il rullo di rinvio si monta sul telaio del nastro per fare in modo che la posizione sia regolabile in orizzontale, e che il rullo di traino sia facilmente allontanabile dal rullo di rinvio per creare la tensione. Il tappeto è in materiale elastico, e quindi tende col tempo ad allentarsi; pertanto, per evitare che si riduca la tensione, questo sistema ha necessità di essere regolato frequentemente per mantenere la tensione a livelli adeguati. La distanza tra i rulli di supporto nel tratto carico è ovviamente inferiore rispetto alla distanza tra i rulli nel tratto scarico, perché non c’è materiale. La distanza tra i rulli di sostegno nel tratto carico come si calcola? Quando si trasportano dei colli, la distanza tra i rulli deve essere inferiore alla metà della lunghezza del collo trasportato, in modo tale che esso poggi sempre su almeno un paio di rulli. La scelta di tutte le caratteristiche del nastro è una procedura guidata di dimensionamento. Il cuore del nastro trasportatore è l’unità di trazione, costituita da un motore elettrico (2), un riduttore meccanico ad ingranaggi (modifica le velocità di rotazione dell’albero motore rispetto all’albero di trazione del nastro) e un giunto grazie al quale il riduttore si collega col rullo di trazione del nastro (3). Il gruppo di trazione sviluppa l’assorbimento di energia, perché è da lì che nasce il fabbisogno di energia e potenza elettrica, e quindi da lì deriverà il calcolo dei consumi elettrici. Questo invece è il sistema usato per il tensionamento del nastro trasportatore. Si agisce tramite delle chiavi esagonali che permettono lo scorrimento verso l’esterno del rullo di rinvio tramite scorrimento su una barra scanalata. Il tenditore può anche essere a gravità: in questo caso si utilizza un rullo al quale viene collegato un peso fisso. Il rullo scorre sul rullo di traino ma si avvolge anche sul rullo tensionamento. di Il tensionamento avviene grazie a questo rullo sospeso che può cambiare verticale. la sua posizione Nella costruzione di un nastro trasportatore ci sono molti accorgimenti da considerare, in particolare nella scelta dei rulli di testa e coda. Bisogna considerare, infatti: flessibilità del nastro e dei profili applicati; flessione ammissibile del tamburo e forza periferica massima di trazione sul nastro. I rulli non devono flettersi: considerato che tutto il tappeto deve essere sempre in tensione, questi rulli subiscono una forza di flessione da parte del tappeto; pertanto, devono avere un diametro minimo per evitare la flessione. Un altro problema molto importante è quello del centraggio del nastro: bisogna stare attenti ad avere sempre il perfetto allineamento dei due rulli di testa e coda, perché convergenza una determina leggera uno spostamento del nastro, che tende ad uscire dai rulli. I rulli devono avere gli assi perfettamente paralleli→un accorgimento costruttivo può essere quello di utilizzare rulli con le estremità troncoconiche ad autocentraggio, che permette di riequilibrare ogni forma di decentraggio. Un altro accorgimento è quello di usare rulli scanalati, nel quale è presente una guida che va ad incastrarsi con una protuberanza interna del nastro. Ancora, è possibile usare dei dischi di guida o dei rulli di guida che permettono di aggiustare la posizione del nastro se esso tende a sbandare, opponendosi a tale sbandamento. Poi ci sono una serie di accessori per il nastro trasportatore: ci sono dei dispositivi per caricare e scaricare il nastro, ossia degli scivoli sul quale viene accompagnato il materiale che scende con una determinata velocità verso il nastro, senza creare urti e sovraccarichi; ci sono anche degli scaricatori meccanici, delle palette deviatrici che si spostano per deviare la traiettoria del materiale. Queste palette possono essere fisse, alla fine del nastro, o mobili; possono essere anche esse dotate di nastro o addirittura esistono delle varianti laterali che agiscono perpendicolarmente alla direzione del materiale. In assenza di scaricatore, il materiale che giunge alla fine del nastro può lasciare il nastro con la velocità che ha preso durante il percorso. I nastri possono essere piani o concavi: un nastro concavo può ospitare una maggiore quantità di materiale, ma ovviamente richiede dei supporti molto complessi, in quanto deve poggiare su un numero elevato di rulli che vengono disposti secondo un arco di circonferenza (che aumentano in numero e si riducono in dimensione all’aumentare della concavità). Il tappeto del nastro è realizzato in gomma e tessuto. Inserendo nello spessore del nastro in gomma delle tele di tessuto, si riesce a conferire un’elevata resistenza al tappeto→la resistenza del tappeto è fondamentale sia perché sempre in tensione, sia perché nella parte superiore c’è il materiale che grava col suo peso sul tappeto, che quindi deve resistere a delle sollecitazioni. Il numero di tele e le caratteristiche di resistenza dipendono dalla tensione che si sviluppa all’interno del nastro→un nastro più resistente è anche più costoso: devo cercare di ridurre gli sforzi, la potenza e quindi le tensioni, per ridurre i costi. Tra gli altri accessori presenti nel nastro possiamo trovare i raschiatori: il nastro, trasportando anche materiale sfuso, può sporcarsi con del materiale che rimane aderente al tappeto. Il raschiatore, che può essere fisso o a spazzola rotante, serve per pulire il tappeto da tutte le parti residue che rimangono nella parte inferiore. La spazzola si compone di materiale metallico non abrasivo che permette di pulire il tappeto senza romperlo. Esistono anche raschiatori che possono essere montati sulla superficie interna, perché il nastro può spostarsi anche internamente e non solo esternamente. Questi invece sono accessori di supporto che permettono di trattenere il materiale quando il nastro è inclinato, e servono per evitare il riflusso, ossia il ritorno indietro del materiale quando il nastro è inclinato. LEZ 14 e 15: 26/10/2023 ESERCIZIO/ESEMPIO: SCELTA DI UN NASTRO TRASPORTATORE Il nastro trasportatore è un convogliatore, un sistema di trasporto interno che svolge un trasporto fisso da un punto di origine ad un punto di destinazione fissi. È usato in quelle tipologie di impianti in cui il materiale segue sempre uno stesso percorso (ad esempio industria alimentare, siderurgica ecc.) e ha un unico ciclo di lavorazione che viene svolto in maniera continuativa. Quindi il nastro trasportatore è un sistema di trasporto interno continuo, che quindi è sempre in movimento. È importante da conoscere per la gestione di questi impianti, perché sono molto diffusi. Messi insieme, tutti i nastri utilizzati in un impianto, sono un investimento molto importante, per non parlare dei relativi consumi che sono una voce rilevante del conto economico (insieme alla manutenzione). Nel nastro trasportatore parleremo di costi di manutenzione, ammortamento ed energia elettrica (visto che il nastro non richiede la presenza dell’operatore ed è un sistema automatico alimentato elettricamente). La scelta di un nastro trasportatore è importante perché l’investimento è notevole, il costo di acquisto è ingente e vanno gestiti anche i costi energetici per il funzionamento; quindi, la progettazione deve essere fatta correttamente→il nastro non deve essere né sottodimensionato (un nastro sottodimensionato ha problemi di portata, e non rispetta la capacità di trasporto), né sovradimensionato (un nastro sovradimensionato comporta costi energetici eccessivi che gravano sul conto economico). Dobbiamo capire se il sistema che viene proposto dal costruttore è progettato adeguatamente! I dati tecnici del nastro trasportatore vengono ricavati a partire dai seguenti dati di partenza: - Caratteristiche del materiale da trasportare (ad esempio, il peso specifico); - Portata da realizzare (in [t/h] o in [m^3/h]): in questo sistema continuo la portata è un flusso di massa o un flusso di volume; - Distanza (orizzontale) di trasporto (lunghezza del nastro): questa è determinata dal layout, è la lunghezza di sviluppo del nastro che collega due fasi successive del ciclo di lavorazione; - Eventuali dislivelli da superare (altezza del nastro): il nastro consente anche di effettuare un trasporto verticale, che unito a quello orizzontale permette di trasportare secondo un percorso obliquo il materiale. Il trasporto verticale è critico a causa del peso del materiale da trasportare, quindi bisogna stare molto attenti. Quindi un nastro obliquo si caratterizza con: dislivello da superare, lunghezza del nastro (distanza tra il centro del rullo di traino e il centro del rullo di rinvio), lunghezza del tappeto caricata con materiale (che non coincide con la lunghezza del nastro perché possono esserci parti scariche nella lunghezza complessiva). Dati il tipo di materiale e la portata da realizzare in [t/h] o [m^3/h] si determina la larghezza del nastro (tramite tabelle empiriche) e si sceglie la velocità di trasporto ottimale in [m/s]. Fissata la combinazione larghezza-velocità si calcolano la resistenza al moto, la potenza assorbita e la tensione nel nastro, dalla quale si deduce il tipo di nastro da utilizzare (n. di tele, caratteristiche di resistenza). Si ricavano infine: i diametri dei tamburi di trazione e di rinvio considerando l’angolo di avvolgimento, il coefficiente di attrito e il tipo di nastro ed effettuando le necessarie verifiche; il contrappeso per il tensionamento del nastro; il numero di rulli di sostegno del nastro in base all’interasse ottimale, funzione della larghezza del nastro. La procedura di scelta delle caratteristiche del nastro è interamente guidata grazie a manuali tecnici e tabelle provenienti da esperienze empiriche. Nel nastro trasportatore la portata volumetrica è legata alla larghezza del nastro e alla posizione che assume il materiale sul tappeto e alla velocità con cui si sposta il nastro, e quindi è il prodotto di una velocità per la sezione, dove per sezione intendiamo la sezione del materiale che si dispone sul nastro (piano o concavo). Il materiale è fermo sul nastro, e viene trasportato dal nastro→questa sezione si muove con la velocità del nastro (non c’è moto relativo tra nastro e materiale trasportato) e quindi la portata si ottiene come prodotto della sezione del materiale sul nastro e la velocità di traslazione del nastro. Questi due termini sono fondamentali: la velocità del nastro influenza la potenza assorbita dal nastro (sono direttamente proporzionali) e quindi è rilevante nel calcolo dei consumi energetici; la sezione, inoltre, ci indica come il nastro abbia delle dimensioni ben definite, quindi bisogna ottenere, con le condizioni di funzionamento, una sezione del materiale che ci faccia stare tranquilli in termini di possibili cadute di materiale dal nastro. Quindi il materiale può sì disporsi su diversi livelli sul nastro, ma bisogna farlo rispettando certi limiti dimensionali. Attenzione, perché, minore è la velocità, maggiore è la sezione a parità di portata; se aumentiamo la velocità, si riduce la sezione. Questa sezione non può andare oltre certi limiti per evitare cadute di materiale da destra e sinistra Per arrivare al calcolo della sezione c’è una procedura guidata che parte dalla portata che vogliamo realizzare: Ogni materiale ha le proprie caratteristiche in termini di peso specifico, ma oltre a questo dobbiamo valutare se il materiale è o meno abrasivo→il nastro col tempo si consuma e questo consumo dipende anche dalle caratteristiche del materiale. È fondamentale conoscere il grado di abrasività del materiale: più il materiale è abrasivo, minore deve essere la velocità del materiale, per evitare che sorgano attriti tra materiale e nastro che causano maggiore usura del nastro in diversi punti a maggiore velocità. La portata da realizzare viene calcolata in base alle esigenze del nostro impianto. Ottenuto il flusso di materiale che ci serve nel processo, dobbiamo passare ad una portata tabellare descritta tabella da di una manuale come questa, in cui abbiamo tutti i valori possibili che rapportano la portata che vogliamo realizzare alla larghezza del nastro. Quindi se abbiamo una portata da realizzare di 10, non prenderemo 5 ma prenderemo 12 nella tabella→prendiamo la portata immediatamente superiore a quella che ci serve. Determinata larghezza del la nastro, passiamo alle velocità. La procedura anche qui è guidata grazie a questa tabella che ci permette di determinare la velocità del nastro tenendo conto se il materiale è abrasivo o non abrasivo. Avendo scelto (quasi sempre) una portata differente da quella che effettivamente ci serve e ovviamente superiore a quella che ci serve, rispetto alla velocità massima ottenuta dalla tabella, noi prenderemo un valore inferiore rispetto a quello trovato. Questo perché la portata dovrebbe essere inferiore rispetto a quella presa dalla tabella! Quindi, andiamo a prendere il dato della velocità dalla tabella e lo riduciamo→in genere prendiamo un valore del 70% rispetto a quello suggerito dalle tabelle. Dopodiché, dobbiamo fare una verifica della sezione: preso il 70% della velocità, devo essere sicuro che la sezione abbia un valore corretto→non deve essere eccessiva: il limite della sezione è quello che si riferisce alla portata della tabella. Quindi la sezione risultante di riferimento è il prodotto della velocità ridotta al 70% e la portata presa dalla tabella. La nostra sezione di materiale ovviamente NON deve superare questa sezione di riferimento OSS: e se confrontando le sezioni noto che la mia sezione è eccessiva, che devo fare? Ricordiamo che tra velocità e sezione (a parità di portata) c’è andamento discorde; quindi, se devo abbassare la sezione devo aumentare la velocità e prenderò magari il 75% o l’80%. Chiaramente devo stare sotto rispetto alla velocità suggerita perché la velocità è legata alla potenza, quindi ai consumi e quindi ai costi. Quindi dobbiamo sempre coniugare esigenze tecniche ed economiche. Ricordiamo, però, che la potenza è il prodotto di una velocità per una forza. Fissata la velocità tramite questi ragionamenti, qual è adesso la forza che serve per tenere il nastro in movimento per effettuare il trasporto? Ricordiamo che il nastro è realizzato con il tappeto in gomma, i rulli principali che lo tengono in tensione, tutti i rulli che sostengono il nastro, sono a contatto col nastro e si muovono mentre funziona, il materiale che viene trasportato dal nastro (che ha un peso che si scarica sui rulli), l’attrito nei cuscinetti, che è volvente essendo tutti gli elementi rotanti. La relativa forza di attrito dipende dal materiale che costituisce i cuscinetti e le parti interne e dal peso che si scarica nei punti di contatto (è come se fosse un attrito radente, ma è strutturalmente differente vista la struttura stessa del nastro). Maggiore è il peso, maggiore è il coefficiente d’attrito, perché esso di fatto indica il peso che si scarica sui punti di contatto. Raccolte tutte queste idee, quali sono le componenti che andiamo a considerare per capire qual è la forza che dobbiamo imprimere per far girare continuamente questo sistema mentre trasporta il materiale? Abbiamo visto che ci sono 4-5 componenti: alcune sono dipendenti dal fatto che il materiale si scarichi in maniera naturale oppure no, che ci siano resistenze dovute alla presenza di deviatori che deviano la traiettoria del materiale, esercitando una pressione sulla barriera di uscita dal nastro, in posizione obliqua; ci sono delle componenti dipendenti dai raschiatori che servono a staccare il materiale che rimane aderente al nastro; ma le più importanti sono sicuramente quelle che vengono dall’attrito interno delle parti che si muovono, dal peso del materiale che viene caricato e dal dislivello che bisogna superare. Per tutte le altre componenti (scaricatori fissi o mobili e tutte le altre parti accessorie), ci sono i dati tabellati già forniti. Le formule utilizzate per calcolare la forza legate all’attrito volvente hanno tutte la stessa forma: “coefficiente di attrito per un peso per unità di lunghezza per una lunghezza” Il coefficiente f è il coefficiente di attrito, q è un valore unitario di massa che ci dice la massa propria del nastro trasportatore per ogni metro di nastro. La stessa q esiste anche per il peso del materiale trasportato per metro di nastro. L’obiettivo finale è quindi mettere insieme tutte le componenti di resistenza per calcolare la forza R necessaria a tenere in movimento il nastro e farlo funzionare come progettato. Quindi, all’equilibrio sul nastro va applicata questa forza R, pari all’insieme di tutte le resistenze. Quella forza poi sarà fondamentale per calcolare la potenza e quindi l’assorbimento energetico e di conseguenza i consumi, in un’ottica di gestione di aspetti tecnici ed economici congiuntamente. Posso mettere in relazione questa forza R con le tensioni che si sviluppano nel nastro. Ricordiamo che il tappeto del nastro è SEMPRE in tensione, sia nel tratto superiore, sia nel tratto inferiore. Definiamo T la tensione che si sviluppa nel ramo superiore, ed è la tensione maggiore, e t la tensione che si sviluppa nel ramo inferiore, ed è la tensione più piccola. Con questo schema riesco a mettere in relazione la forza da applicare R con le tensioni che agiscono sul rullo, perché il movimento di tutto il nastro dipende dalla forza impiegata per far girare il rullo e dalle tensioni che si sviluppano sui due rami: una concorde col moto (t), una opposta al moto (T). Queste forze contribuiscono all’equilibrio alla rotazione del cilindro: il cilindro, in rotazione, ruota “verso sinistra”. Se seziono il nastro, trovo che la tensione t è quella favorevole al moto (e quindi concorde a R), mentre la tensione T che sta nel ramo superiore, tende ad opporsi al movimento. All’equilibrio alla rotazione ottengo questa relazione: π ∗π+π∗π = π‘∗π Con r raggio del cilindro del nastro. Da ciò si perviene alla relazione fondamentale: π = π−π‘ Che mette in relazione la forza R con le tensioni che si sviluppano nel nastro. Questa relazione è importante perché ci dice che R è pari alla differenza tra quelle due tensioni! Quindi posso avere R=10 con T=100 e t=90 così come posso avere T=50 e t=40…e questo è molto rilevante, perché le tensioni si sviluppano nel nastro! La tensione di picco che si sviluppa nel rullo è T; quindi, un conto è se T è 100, un conto è se T è 50 perché il nastro alla fine deve resistere alla tensione massima. Più le tensioni sono alte, più il nastro è costoso perché deve resistere di più. A parità di R, e quindi tenendo costanti i consumi, devo cercare di abbassare la T. L’obiettivo è quindi garantire sempre la stessa R per far funzionare il nastro, però internamente al nastro devo sviluppare tensioni basse e io devo andare sempre verso il minimo di T. Ma come faccio ad ottenere il minimo di T? C’è un’altra relazione, che viene dalla teoria delle trasmissioni con cinghia. Questa relazione ci dice che le due tensioni, T e t, che si generano per questo tipo di trasmissione in cui non c’è slittamento (c’è aderenza) tra cilindro e nastro, è la seguente: π = π πΌ∗µ π‘ Dove: α è l’angolo di avvolgimento del nastro sul cilindro e µ è il coefficiente di attrito tra superficie del cilindro e nastro. Se quei due esponenti crescono si verifica una riduzione di T, a parità di R→quindi devo cercare di avere un angolo di avvolgimento grande (magari tramite un rullo di sostegno che aumenta l’angolo); oppure, devo anche cercare di aumentare il coefficiente di attrito tra cilindro e nastro e quindi usare nastri più economici, meno resistenti (un esempio tipico è quello di utilizzare un rullo come quello in figura, creato tramite dei particolari rivestimenti in gomma sui quali si avvolge il nastro. Questo aumento del coefficiente di attrito fa ridurre la tensione nel nastro, la resistenza del nastro, il numero di tele e di rinforzo interno, e quindi il costo del nastro! Nota R, si calcola la tensione massima del nastro T, utile per la scelta del nastro, in funzione dell’angolo di aderenza e del coefficiente di attrito: T = k1 ∗ R t = k2 ∗ R Scelto il tipo di nastro (ad es. nucleo in tele sintetiche e rivestimento in gomma) e nota la resistenza unitaria delle tele, si determina il numero di tele del nastro, N: N = T K ∗ B Dove: K = resistenza [N/m] di una tela B = larghezza nastro [m] È anche necessario calcolare la tensione minima “t” del nastro per verificare la condizione di massima inflessione tra due rulli nel tratto meno π‘ > π‘πππ , πππ π‘πππ = 50 ∗ π ∗ π΅ teso. Deve risultare: ESERCIZIO SUL NASTRO TRASPORTATORE: Si scelga un sistema di trasporto a nastro per il trasferimento continuo di 50 [t/h] di argilla idratata in una cava di materiale inerte composta da un dislivello di 85 [m] e su una distanza orizzontale tra origine e destinazione di 300 [m]. Si ipotizza che siano utilizzati due nastri piani provvisti di scaricatori fissi e che il punto di carico sia a 1 [m] dall’estremità inferiore di ciascun nastro. Quando trasportiamo su lunghe distanze, usiamo un sistema di nastri a cascata. Guardando il profilo della cava, per arrivare fino alla sommità, si può scegliere una coppia di nastri con due pendenze diverse. Ipotizziamo di adottare questa configurazione (la dovremo progettare noi): Grazie a questo, possiamo calcolare le caratteristiche geometriche di questa configurazione, conoscendo i dislivelli e le distanze in orizzontale, visto che sappiamo come è fatta la cava. Dall’analisi del profilo altimetrico si stabiliscono le collocazioni dei due nastri trasportatori in modo che abbiano, se possibile, lunghezze paragonabili e, soprattutto, cercando di ridurre gli sviluppi lineari e le pendenze. Si ricavano quindi i dislivelli da superare e le lunghezze dei nastri calcolando le distanze planimetriche e le pendenze, verificando che l’inclinazione di nastri sia ammissibile per il tipo di materiale interessato. Andiamo in tabella e vediamo le informazioni per l’argilla: Dalla tabella ricaviamo le informazioni sul peso specifico (che ci servirà per convertire da portata massica a portata volumetrica) e sulla massima inclinazione in gradi rispetto all’orizzontale, per evitare che il materiale possa scivolare e tornare indietro. La prima cosa da fare, quindi, fatto il disegno, è che gli angoli ricavati non superino la massima inclinazione in gradi. Quindi, tramite semplice goniometria: Per il primo trasportatore risulta h1 = 50 m e d1 = 158 m, per il secondo h2 = 35 m e d2 = 142 m. L’analisi circa gli angoli di inclinazione ci conferma il non superamento delle inclinazioni massime per l’argilla; quindi, possiamo mantenere la configurazione che abbiamo ipotizzato. L’obiettivo è arrivare grazie a questi calcoli a definire le lunghezze l1 e l2 dei nastri trasportatori (ossia le distanze tra i centri dei rulli dei nastri). Queste lunghezze non sono altro che le ipotenuse dei triangoli rettangoli che hanno come lunghezze dei cateti le distanze orizzontali e verticali dei nastri. C’è però un piccolo problema: a causa dell’inclinazione del nastro, ci sarà un riflusso di materiale→parte di materiale tornerà indietro! Devo introdurre quindi dei coefficienti di riduzione della portata, che contabilizza la perdita di parte della portata a causa del riflusso. Per tener conto del riflusso, quindi, la portata va maggiorata tenendo conto del prodotto di entrambi i coefficienti di riduzione, visto che i due nastri sono in serie e quindi per ciascuno di essi si presenterà riflusso. Trovata la portata effettiva maggiorata (ππ ), passiamo da portata massica a portata volumetrica (ππ£ ) grazie al peso specifico (πΎ) dell’argilla bagnata (2 t/π3 ): ππ£ = ππ 64,6 π3 = = 32,3 πΎ 2 β Assumendo una velocità pari al 70% di quella massima si calcola la sezione media di flusso per la portata richiesta, verificando che non sia superiore a quella della portata di riferimento: π£πππ = 0,7 ∗ 2,0 [π/π ] = 1,4 [π/π ] 32,3 ππππ π΄πππ = = 3.600 = 6,4 ∗ 10−3 [π2 ] π£πππ 1,4 38 (3.600) ππππ π΄πππ = = = 5,3 ∗ 10−3 π2 π£πππ₯ 2,0 ππππβé π΄πππ > π΄πππ π π ππ’ππππ‘π π£πππ π 1,7 π/π : 32,3 (3.600) ππππ π΄πππ = = = 5,2 ∗ 10−3 π2 → ππΎ! π£πππ 1,7 OSS: dalla potenza elettrica possiamo calcolare i consumi annui, conoscendo le ore di funzionamento annue del convogliatore! Aumentando ο‘ e ο si riducono le tensioni nel nastro (T e t), con vantaggi sulla scelta e sul costo del nastro, sulla potenza di trazione (peso del nastro), sulle dimensioni dei rulli (diametro minimo) e sui rischi di slittamento. Il coefficiente di aderenza può essere aumentato utilizzando rulli di trazione rivestiti con idonei materiali (rulli “gommati”) e ricorrendo a tenditori a contrappeso. L’angolo di avvolgimento può essere esteso mediante controrulli posti a ridosso del rullo di traino oppure impiegando due tamburi motori Assumendo un angolo di avvolgimento di 300 ° = 5,23 rad e un coefficiente di aderenza di 0,35 (rullo gommato con doppia puleggia motrice) si ha: k1 = 1,25 e k2 = 0,25 da cui: π = π1 ∗ π = 1,25 ∗ 7,77 ππ = 971 [ππ] π‘ = π2 ∗ π = 0,25 ∗ 7,77 ππ = 194 [ππ] La tensione massima di lavoro nel nastro per unità di lunghezza vale pertanto: π= π 971 ππ ππ = = 19,5 π΅ 50 ππ ππ Si sceglie un nastro in gomma e tela classe 200 a 2 tele con un carico di lavoro di 20 kg/cm e con diametro minimo del rullo di trazione (e di rinvio) di 250 mm La larghezza dei rulli di testa e coda si calcola dalla tabella: Quindi b = 1,08 ∗ 500 + 12 = 552 mm Bisogna verificare che la tensione sul lato di ritorno sia maggiore del valore che evita inflessioni eccessive: π‘ > 50 ∗ π ∗ π΅ = 50 ∗ 2 ∗ 0,5 = 50 ππ π‘ = 194 ππ > 50 →ππΎ E calcolare dalle tabelle l’interasse dei rulli superiori e inferiori: ESERCIZIO SUI CARRELLI ELEVATORI: COSTI DI GESTIONE DATI: Costo carrello Diesel 50 q (5 t): 90.000 € Costo carrello elettrico 50 q (5 t): 80.000 € Costo pinza per balle (Q=3.200 kg): 6.000 € Costo batteria: 7.500 € Costo caricabatteria: 3.500 € Costo gru cambio batteria: 20.000 € Costo impianto elettrico: 10.000 € Costo impianto ventilazione: 5.000 € Costo di una gomma superelastica: 350 € Costi fissi: ammortamento (5-10 anni), assicurazione RC Costi variabili: energia, gomme, manutenzione Manutenzione: 5% valore carrello (€/anno) Energia elettrica: 0,15 €/kWh Gasolio: 1,3 €/l Turni/anno: 2 x 300 [giorni/anno] (turni consecutivi) Durata turno: 8h Tempo di scarica batteria: 6h Tempo di ricarica batteria: 8 h (sistema WoWa) Grado di utilizzo operativo: 60% (Tfunz./Tturno) Calcoleremo i costi di gestione di un carrello diesel e di un carrello elettrico, tenendo conto delle differenze tra queste due soluzioni. Il punto principale nell’analisi di uso e funzionamento di un carrello elettrico è capire di quante batterie abbiamo bisogno: mi basta una sola batteria o no? Se lavoro su un certo numero di turni dovrò preventivare delle sostituzioni delle batterie. Ancora, le batterie vanno movimentate, estratte e ricaricate, e devono essere predisposti una serie di sistemi, ad esempio per rendere sicuri gli ambienti di ricarica, come abbiamo già visto nella sezione teorica dedicata. La logica di gestione è sempre la stessa: distingueremo, infatti, tra CF (che NON dipendono dal grado di utilizzo del mezzo) e CV (che dipendono dal grado di utilizzo del mezzo). L’esercizio ci fornisce sempre i dati economici relativi all’acquisto e alla predisposizione delle due diverse soluzioni tra le quali scegliere. OSS: nonostante il dato dell’esercizio, ad oggi costa più un carrello elettrico che un carrello diesel. Inoltre, vanno considerati i costi delle attrezzature di sollevamento, che rientreranno nei costi di ammortamento. OSS: per il carrello elettrico dovremo contabilizzare anche tutti i costi relativi alle infrastrutture legate all’impiego di un sistema di quel tipo, come il costo delle batterie e del caricabatteria, la gru per il cambio delle batterie, l’impianto elettrico e di ventilazione. OSS: per entrambe le soluzioni avremo dei costi fissi, tra i quali abbiamo l’ammortamento (che calcoleremo come sempre fatto, ma con alcuni accorgimenti→usiamo 5 anni di ammortamento per ammortizzare l’unità di movimentazione, il carrello; usiamo 10 anni di ammortamento per le infrastrutture accessorie del carrello elettrico, come la gru, l’impianto elettrico ecc. perché normalmente hanno una vita utile maggiore e quindi hanno un periodo di ammortamento più ampio) e l’assicurazione per il rischio civile. I costi variabili riguarderanno l’energia, le gomme e la manutenzione, e trascureremo la manodopera in quanto si ritiene di usare la stessa manodopera per entrambe le soluzioni, rendendo inutile la contabilizzazione del suddetto costo in un’ottica puramente di confronto. OSS: dobbiamo ricavare dalle tabelle della teoria, i dati sul consumo dei mezzi nel ciclo standard VDI→7,6 l/h per il diesel e 14,5 kWh/h per il carrello elettrico. OSS: il grado di utilizzo operativo, poi, ci dice che di tutto il tempo del turno, solo una certa % è utilizzata effettivamente per le operazioni di sollevamento e di funzionamento operativo, e su questo faremo i calcoli. Il seguente grafico riporta scarica e ricarica delle batterie a partire dall’inizio della giornata lavorativa: sulle y c’è la % di carica della batteria, sulle x c’è il numero di ore della giornata lavorativa, che parte dall’inizio del turno (ora 0) e finisce alla fine dei turni della giornata (nel nostro caso, all’ora 16 perché ho due turni consecutivi): Grazie a questo grafico riusciamo a capire di quante batterie abbiamo bisogno. Il carrello si scarica dopo 6 ore di turno, questo vuol dire che all’ora 6 devo sostituire la batteria del carrello. La linea blu descrive quindi il processo di scarica della batteria del carrello, che parte dal 100% e arriva allo 0% all’ora 6. Si suppone un processo di scarica lineare in 6 ore. Dalla sesta ora ho necessità di sostituire la batteria per evitare di fermarmi, considerato che devo lavorare su due turni consecutivi da 8 ore ciascuno. All’ora 6 monterò la seconda batteria, e manderò in ricarica la prima batteria, che impiegherà 8 ore per ricaricarsi. La seconda batteria avrà anch’essa un processo di scarica di 6 ore, e si scaricherà quindi all’ora 12. All’ora 12, però, la batteria 1 che era in ricarica, non si è ricaricata al 100%! Non potendomi fermare, ho necessità di una terza batteria, quindi sostituirò la seconda batteria, la metterò in ricarica, e lavorerò fino alla fine del turno con una terza batteria. Questo vuol dire che, per garantire la continuità di funzionamento nelle 16 ore di lavoro, oltre alla batteria inclusa nel carello, avrò bisogno di DUE batterie aggiuntive, che andrò ad inserire nei costi di gestione perché le dovrò acquistare. Adesso, passiamo alla valutazione dei costi di gestione, per capire quale tra le due è l’alternativa più conveniente: 1. CARRELLO DIESEL € 1.1 COSTI FISSI [ππππ]: € π΄πππππ‘πππππ‘π (ππππ) = (πππ π‘π ππππππππ+ππ‘π‘πππ§π§ππ‘π’ππ)+%πππ‘ππππ π π ππππ ππ ππππππ‘πππππ‘π = (90000+6000)+20% = 5 € 23040 ππππ € π΄π π πππ’πππ§ππππ π π‘ππ π π (ππππ) = πππ π‘π ππππππππ ∗ %π π’ πππ π‘π ππ ππππ’ππ π‘π = 90000 ∗ 0,02 = € 1800 ππππ € € πΆππππ πΉπΌπππ (ππππ) = π΄πππππ‘πππππ‘π + ππ π πππ’πππ§ππππ π π‘ππ π π = πππππ ππππ € 1.2 COSTI VARIABILI [ππππ]: πππππ ππ π’π‘ππππ§π§π = ππππππ ππ πππ£πππ ππππ’π ∗ ππ’ππππ π‘π’πππ ππ ππππππ ∗ β πππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π ∗ ππ’ππππ ππ πππ ππ π’π π‘π’πππ = 300 ∗ 2 ∗ 8 ∗ 0,6 = 2880 ππππ € € β πΆππ π‘π πππππ’π π‘. (ππππ) = πππ π‘π πππ ππππ [ π ] ∗ π‘ππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π [ππππ] ∗ π € ππππ π’ππ πππ ππππ ππ·πΌ [β] = 1,3 ∗ 2880 ∗ 7,6 = 28454,4 ππππ ππ’ππππ ππ πππππ πππππ = πππ ππππ£πππ§ππππ, π‘ππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π 2000 = 1,44 πππππ πππππ ππππ € πΆππ π‘π ππππππ πππππ (ππππ) = ππ’ππππ ππ πππππ πππππ ∗ 4 ∗ πππ π‘π πππππ = 1,44 ∗ 4 ∗ € 350 = 2016 ππππ € € πΆππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ (ππππ) = %ππππ’π‘πππ§ππππ [ππππ] ∗ (πππ π‘π ππππππππ + € ππ‘π‘πππ§π§ππ‘π’ππ)[€] = 0,05 ∗ (90000 + 6000) = 4800 ππππ € πΆππππ ππ΄π πΌπ΄π΅πΌπΏπΈ (ππππ) = πΆππ π‘π πππππ’π π‘πππππ + πππ π‘π ππππππ πππππ + € πππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ = πππππ, π ππππ € 1.3 COSTI TOTALI CARRELLO DIESEL [ππππ]: € πΆππππ ππππ΄πΏπΈ πΆπ΄π π πΈπΏπΏπ π·πΌπΈππΈπΏ (ππππ) = πΆππππ πΉπΌπππ + πΆππππ ππ΄π πΌπ΄π΅πΌπΏπΈ = € πππππ, π ππππ 2. CARRELLO ELETTRICO € 2.1 COSTI FISSI [ππππ]: ππ’ππππ ππ πππ‘π‘ππππ πππππ’ππ‘ππ£π = 2 € π΄πππππ‘πππππ‘π (ππππ) = (πππ π‘π ππππππππ+ππ‘π‘πππ§π§ππ‘π’ππ+ππ’ππππ ππ πππ‘π‘ππππ πππππ’ππ‘ππ£π∗πππ π‘π πππ‘π‘ππππ)+%πππ‘ππππ π π ππππ ππ ππππππ‘πππππ‘π (πππππππ‘π+πππππππππ‘π‘ππππ+πππ’)+%πππ‘ππππ π π ππππ ππ ππππππ‘πππππ‘π = (80000+6000+2∗7500)+20% 5 + + (20000+10000+3500+5000)+20% 10 = € 28860 ππππ € π΄π π πππ’πππ§ππππ π π‘ππ π π (ππππ) = πππ π‘π ππππππππ ∗ %π π’ πππ π‘π ππ ππππ’ππ π‘π = 80000 ∗ 0,02 = € 1600 ππππ € € πΆππππ πΉπΌπππ (ππππ) = π΄πππππ‘πππππ‘π + ππ π πππ’πππ§ππππ π π‘ππ π π = πππππ ππππ € 2.2 COSTI VARIABILI [ππππ]: πππππ ππ π’π‘ππππ§π§π = ππππππ ππ πππ£πππ ππππ’π ∗ ππ’ππππ π‘π’πππ ππ ππππππ ∗ β πππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π ∗ ππ’ππππ ππ πππ ππ π’π π‘π’πππ = 300 ∗ 2 ∗ 8 ∗ 0,6 = 2880 ππππ € € β πΆππ π‘π πππππππ (ππππ) = πππ π‘π πππππππ‘πππ [ππβ] ∗ π‘ππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π [ππππ] ∗ ππβ € ππππ π’ππ πππππππ‘πππ ππ·πΌ [ β ] = 0,15 ∗ 2880 ∗ 14,5 = 6264 ππππ ππ’ππππ ππ πππππ πππππ = πππ ππππ£πππ§ππππ, π‘ππππ ππ ππ’ππ§ππππππππ‘π 2000 = 1,44 πππππ πππππ ππππ € πΆππ π‘π ππππππ πππππ (ππππ) = ππ’ππππ ππ πππππ πππππ ∗ 4 ∗ πππ π‘π πππππ = 1,44 ∗ 4 ∗ € 350 = 2016 ππππ € € πΆππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ (ππππ) = %ππππ’π‘πππ§ππππ [ππππ] ∗ (πππ π‘π ππππππππ + ππ‘π‘πππ§π§ππ‘π’ππ + πππ π‘π πππ‘π‘ππππ ∗ ππ’ππππ ππ πππ‘π‘ππππ πππππ’ππ‘ππ£π)[€] = 0,05 ∗ (80000 + 6000 + 2 ∗ 7500) = € 5050 ππππ € πΆππππ ππ΄π πΌπ΄π΅πΌπΏπΈ (ππππ) = πΆππ π‘π πππππππ + πππ π‘π ππππππ πππππ + € πππ π‘π ππππ’π‘πππ§ππππ = πππππ ππππ € 2.3 COSTI TOTALI CARRELLO ELETTRICO [ππππ]: € πΆππππ ππππ΄πΏπΈ πΆπ΄π π πΈπΏπΏπ πΈπΏπΈπππ πΌπΆπ (ππππ) = πΆππππ πΉπΌπππ + πΆππππ ππ΄π πΌπ΄π΅πΌπΏπΈ = € πππππ ππππ CONCLUSIONE: in queste condizioni (e a parità di portata), conviene acquistare un carrello elettrico, in quanto il suo costo totale in €/anno è inferiore rispetto al carrello diesel. La differenza tra le due soluzioni qual è? In termini di costi fissi pecca il carrello elettrico, perché richiede una serie di infrastrutture accessorie; in termini di costi variabili, invece, il carrello elettrico è notevolmente più performante perché la componente principale, quella del consumo energetico, è nettamente inferiore rispetto al consumo di gasolio. LEZ 16: 30/10/2023 I CONVOGLIATORI: TRASPORTATORI A COCLEA, TRASPORTATORI A TAZZE E TRASPORTATORI PNEUMATICI Sono tre classici convogliatori che vengono utilizzati per materiali “sciolti”, anche se nel caso del trasportatore pneumatico è anche possibile il trasferimento di materiali di dimensioni finite. Questi tre sistemi vengono generalmente impiegati per il trasferimento di materiali solidi allo stato sfuso. 1. TRASPORTATORE A COCLEA (VITE DI ARCHIMEDE) Il trasportatore a coclea è una macchina di trasporto fisso, con un punto fisso di carico e uno fisso di scarico (tipico dei convogliatori), ed è abbastanza semplice. È anche noto come “vite di Archimede”, viste le sue origini antiche che lo vedevano impiegato per il sollevamento di acqua. È costituito da un contenitore cilindrico metallico con una bocca di immissione del materiale (a sinistra in rosso) e un condotto di scarico al termine della lunghezza (a destra in blu). A differenza degli altri sistemi, per realizzare il movimento non sfrutta un moto orizzontale di traslazione bensì un moto di rotazione. Nella tubazione metallica troviamo un’elica che si avvolge su un albero, alle quali estremità sono collegate le estremità del contenitore cilindrico. Questa elica può essere a passo costante o a passo variabile. Il passo è la distanza tra due creste successive dell’elica, misurata secondo la direzione di una retta generatrice, coincidente con l’asse del cilindro. L’albero è ovviamente messo in rotazione perché il sistema funziona con moto rotatorio. Nella sua rotazione, l’elica riesce a realizzare un effetto di spinta grazie al quale riesce a trasportare il materiale che entra nel contenitore cilindrico. In quanto convogliatore, il funzionamento è continuo, in quanto l’albero ruota continuamente; ancora, il sistema è motorizzato ed azionato mediante motore elettrico posto in asse con l’elica (in verde); lo spostamento del materiale è pressoché orizzontale al netto di qualche minima inclinazione consentita; infine, non è richiesto l’operatore, il funzionamento è autonomo. Il trasportatore a coclea, come per il nastro, è caratterizzato da una portata intesa come flusso di materiale, e si inserisce bene in tutti i contesti produttivi caratterizzati da processi continui di prodotti realizzati in grandi quantità (siderurgico, alimentare, chimico) con un unico ciclo di produzione. è interessante conoscere la portata del trasportatore a coclea. Questa portata può essere intesa sia in termini portata di massica [kg/s o t/h] che di portata volumetrica [m^3/s o m^3/h]. Similmente al nastro, anche qui la portata è effetto della sezione del materiale e di una velocità di avanzamento. Essendo questa una macchina che si sviluppa secondo un volume cilindrico lo spazio tra la superficie cilindrica e l’albero centrale sul quale si monta l’elica non è altro che una corona circolare. Ipotizzando, però, che il diametro dell’albero sia piccolo, possiamo assumere questo spazio una superficie a tutti gli effetti circolare. Fatte queste ipotesi, la portata volumetrica è il prodotto della sezione circolare (trascurando il diametro dell’albero) e della velocità di avanzamento del materiale, determinata dalla rotazione della coclea. La velocità di avanzamento come si calcola? Il ragionamento che possiamo fare è questo: la sezione circolare è ovviamente ππ· 2 4 con π· diametro della coclea; la velocità invece è espressa come π ∗ π dove d è il passo della coclea, la distanza tra due creste successive dell’elica rispetto alla generatrice posta sull’asse del cilindro, ed n è il numero di giri al minuto compiuti dall’albero. Questo è chiaro perché la velocità di avanzamento è il rapporto tra la distanza percorsa e il tempo di percorrenza. Se consideriamo lo spazio lineare corrispondente al passo d, notiamo che il tempo occorrente per spingere il materiale dalla posizione di una cresta a quella successiva è esattamente pari al tempo che serve alla coclea per effettuare un giro completo, perché sappiamo che in un giro completo la cresta torna alla sua posizione originale, facendo muovere il materiale di una lunghezza pari al passo. Dividendo il passo per il tempo necessario per compiere un giro, ricaviamo la velocità di avanzamento del materiale. Infatti, essendo π la velocità in rad/s, arriviamo al seguente risultato: π[ πππ ] → πππ π’ππ πππ‘ππ§ππππ πππππππ‘π, π’π ππππ πππππππ‘π è ππππ π 2π. π πΌπ π‘ππππ πππππ π ππππ π ππππππππ π’π ππππ πππππππ‘π è π‘ = ππ π ππππ π ππ [ 2π π ππππ π πππ π ∗ 2π ],π = , π ππ’ππππ π [ ]= πππ 2π π 60 ππ ππππ πππ’πππ§π π£ = π π π∗π π∗π = = = 2π π‘ 2π 60 π La portata è fondamentale perché da questa possiamo passare alla potenza, che determina i consumi energetici: Possiamo calcolare la potenza tramite una formula empirica: la potenza è il prodotto della portata π e della lunghezza πΏ della coclea. La formula è empirica perché ottenuta da quelle approssimazioni fatte in partenza, trascurando il diametro dell’albero. Noto poi il numero di ore di funzionamento della coclea, e conoscendo la potenza assorbita, è possibile desumere il valore del costo energetico di funzionamento del trasportatore a coclea, come prodotto della potenza e del tempo di funzionamento. Come ricaviamo il tempo di funzionamento? A partire dal carico di trasporto che vogliamo trasportare, ad esempio un certo numero di tonnellate annue [t/anno], dividendo questo valore per la portata π della coclea ottenuta in precedenza [t/h o t/s o kg/s] otteniamo il tempo necessario per realizzare il trasporto. Se devo ad esempio trasportare un carico di trasporto di 1000 t/anno di materiale con una portata di 1 t/h mi occorreranno 1000 h/anno di funzionamento! Questo significa che dovrò consumare in un anno un’energia pari alla potenza π della coclea moltiplicata per il tempo di funzionamento. Quindi, se questa coclea assorbe una potenza π= 10 kW, in un anno consumerò 10000 kWh, dal quale, conoscendo il costo in €/kWh, posso calcolare la spesa annua di energia. 2. TRASPORTATORE A TAZZE Utilizzato prevalentemente per il sollevamento (trasporto in verticale). Anche questi non richiedono l’operatore, hanno motorizzazione elettrica e trasportano secondo un trasporto fisso e materiali continuo solidi alla rinfusa. È come se fosse un trasportatore a nastro disposto in verticale: all’interno c’è un vero e proprio nastro trasportatore con un rullo di traino motorizzato in testa (6). Questo nastro presenta delle tazze (3) lungo il suo sviluppo, che non sono altro che dei contenitori che effettuano il trasporto in verticale perché vengono riempite di materiale alla base del trasportatore tramite una bocca di immissione (2). Il materiale entra nei contenitori, va verso l’alto, dopodiché la tazza si rovescia e viene scaricato il materiale nella sommità della struttura. Per applicazioni più gravose in termini di materiale e portate, al posto del nastro in gomma è possibile utilizzare delle catene (figura a sinistra) collegate tramite delle corone alla motorizzazione. Le tazze ovviamente si collegano alle loro estremità alle catene. Anche qui è fondamentale calcolare la portata del trasportatore, per giungere al tempo di funzionamento e quindi ai consumi energetici. Dovremo considerare le caratteristiche de materiale in termini di peso specifico, le caratteristiche geometriche e volumetriche delle tazze, il coefficiente di riempimento, la velocità dell’elevatore, il peso del materiale contenuto in una tazza e il passo del trasportatore. In un trasportatore a tazza, quindi, la portata (massica, in kg/s) è pari al prodotto del coefficiente di riempimento delle tazze per la velocità con cui si sposta il nastro per il rapporto tra il peso del materiale contenuto nella tazza e la distanza tra le tazze (il passo del trasportatore a tazze). Si osservi che il rapporto tra peso e passo non è altro che una densità di materiale per unità di lunghezza [kg/m ], che ci dice come il materiale si distribuisce per ogni metro di trasportatore! È possibile passare poi alla portata volumetrica ricordando che il peso è pari al prodotto del volume della tazza per il peso specifico del materiale. Ora vogliamo capire come calcolare la potenza assorbita: la potenza dell’elevatore a tazze è legata alla forza che è necessario applicare per effettuare il sollevamento nel tratto carico (di salita) dell’elevatore. Questo carico non è altro che un carico da vincere per effettuare il trasporto, la forza peso del materiale da trasportare nel tratto verticale π»: πΉπ = π» ∗ π π Dove π» non è altro che la lunghezza del tratto carico, tutta la lunghezza di sollevamento. Non bisogna dimenticarsi delle forze di attrito che si oppongono al moto, e si suppongono pari al 5% della forza peso, così come dobbiamo considerare la presenza di una serie di resistenze accidentali, degli urti che vengono calcolati come 1,4 volte la portata da realizzare in t/h π‘ πΉππ‘π‘ = 5% πΉπ π πΉπππ = 1,4 ∗ π [ ] β Definita, quindi: πΉ = πΉπ + πΉππ‘π‘ + πΉπππ La potenza assorbita dal sollevatore a tazze è: π[ππ] = π πΉ[ππ] ∗ π£[ π ] 102π Dove si considera anche la presenza del rendimento di funzionamento. Calcolato poi il tempo di funzionamento come visto per il trasportatore a coclea, si può ricavare l’energia consumata e quindi i costi energetici. 3. TRASPORTATORI PNEUMATICI I trasportatori pneumatici sono dei convogliatori, trasportano materiale solido alla rinfuso e in alcuni casi anche piccoli pezzi contenuti in cilindrici, non l’operatore, dei bussolotti richiedono hanno un funzionamento fisso e continuo e il trasporto si sviluppa sia in orizzontale che in verticale. Anche questo trasportatore è azionato da motori elettrici ma il suo funzionamento si basa sulla spinta pneumatica esercitata dal flusso d’aria sul materiale da trasportare: il flusso d’aria si muove ad una certa velocità all’interno di tubazioni cilindriche, e sposta il materiale da un punto di origine ad un punto di destinazione. Questi sono i bussolotti di cui parlavamo prima. In generale, poi, il trasporto penumatico ha molti vantaggi: non richiede manodopera; può realizzare percorsi anche molto complessi nelle tubazioni, che si sviluppano secondo il percorso da realizzare; l’impianto è molto semplice, poco ingombrante e facile da montare; permette trasporti verticali e orizzontali; il materiale da trasportare è isolato dall’esterno, muovendosi in una rete di tubazioni. D’altro canto, però, presenta anche svantaggi: basandosi sulla spinta impressa un flusso d’aria ad alta velocità, per imprimere all’aria l’energia cinetica necessaria, occorre impiegare tanta energia per comprimere l’aria e portarla nelle condizioni adgeuate di pressione e velocità; ci sono problemi di manutenzione legati all’abrasione che si genera a causa attriti tra materiale e metallo che compone le tubazioni; ci sono problemi di deterioramento del materiale proprio a causa degli attriti; ci sono problemi “ambientali”, in quanto il sistema preleva aria dall’esterno e reimmettendola all’esterno, e questo richiede di eliminare dall’aria le eventuali particelle che possono rimanere nell’aria; ci sono problemi di intasamento delle tubazioni, perché se il flusso d’aria non è sufficientemente potente e veloce si può avere occlusione delle tubazioni a causa dei depositi di materiale; ci sono impianti che non possono coprire distanze elevate→tipico degli impianti che lavorano in aspirazione; ci sono limiti alle dimensioni dei materiali da trasportare. Qui una panoramica delle diverse velocità che deve assumere l’aria per movimentare i diversi tipi di materiale. Vale sempre però che la forza di spinta che è possibile ottenere da un flusso di aria che viaggia ad una certa velocità dipende dalla sezione trasversale al flusso e dal quadrato della velocità relativa tra aria e materiale→maggiore è la velocità, maggiore sarà l’effetto di spinta. Gli impianti pneumatici si possono distinguere in tre categorie principali: in pressione , in depressione e misti (combinazione di pressione e depressione). Gli impianti in pressione sono tutti quelli che lavorano con una pressione dell’aria che movimenta il materiale maggiore della pressione atmosferica; Gli impianti in depressione sono tutti quelli che lavorano con una pressione dell’aria che movimenta il materiale minore della pressione atmosferica. IMPIANTI IN PRESSIONE: Hanno vantaggi e svantaggi: costruttivamente, il sistema si compone di un compressore, una macchina operatrice che fornisce energia cinetica all’aria facendo sì che possa spingere i materiali. La differenza tra gli impianti in pressione e in depressione è che nei primi il compressore è all’inizio del circuito, nei secondi si trova a valle del sistema. Dopo il compressore, troveremo sempre un sistema/silo per l’immissione del materiale nelle tubazioni, un sistema di uscita che permette di separare il materiale in arrivo a destinazione dall’aria alla quale si è mescolato e un filtro che si occupa di filtrare l’aria di tutte le particelle solide ancora presenti che inquinerebbero l’ambiente. Lavorando con pressioni superiori a quella atmosferica, si possono percorrere anche lunghe distanze di trasporto (qualche km), potendo fornire una spinta molto elevata; inoltre, il sistema possiede un punto di immissione/origine e uno o più destinazioni/punti di scarico. Le pressioni possono arrivare anche a 9-10 bar. Ecco un altro schema costruttivo di un impianto in pressione: in basso a sinistra abbiamo il compressore, che aspira l’aria in ingresso dall’ambiente e mette in pressione e velocità l’aria. Nella tubazione di trasporto, in rosso, si innesta un sistema di immissione (in blu) del materiale nella tubazione→essendo l’aria ad una pressione superiore a quella atmosferica, dovremo utilizzare dei sistemi, come ad esempio una valvola rotante che immette a forza il materiale nella tubazione. Dopodiché il materiale viaggia con l’aria e giunge a destinazione dove incontra (in verde) un sistema di separazione dell’aria dal materiale che viene trasportato. Dipendendo la spinta dal quadrato della velocità relativa, al ridursi di questa velocità si riduce la spinta. Se si annulla la velocità, l’aria non esercita più una spinta sul materiale→per separare l’aria dal materiale si opera riducendo la velocità relativa, e questo si fa agendo sulla portata volumetrica. In particolare si aumenta bruscamente la sezione del flusso di aria a parità di portata, riducendo drasticamente la velocità relativa e quindi la spinta. Questo si ottiene collegando la tubazione ad un recipiente/serbatoio (camera di decantazione o ciclone) di grandi dimensioni, in cui sfocia il flusso, permettendo la separazione. Il materiale cade verso il basso. Ci sono sistemi che ovviamente faranno uscire solo il materiale dal sistema, per non disperdere l’aria all’esterno prima della depurazione. Il flusso di materiale esce dal basse grazie a un sistema a tenuta e l’aria esce dalla parte superiore, tramite una tubazione che consente all’aria di terminare il suo percorso in un filtro di depurazione per scaricare l’aria in atmosfera. IMPIANTI IN DEPRESSIONE: Questi impianti funzionano in maniera opposta. Il principio è quello dell’aspirapolvere, che sfrutta un’aspirazione generata da un ventilatore per catturare la polvere, tramite un flusso d’aria in aspirazione che risucchia questa polvere. L’impianto in depressione funziona così: la macchina operatrice, il ventilatore centrifugo, si trova alla fine del sistema, dove crea nella tubazione una depressione. La depressione genera l’effetto di aspirazione all’estremità opposta del circuito. Avviene un risucciho d’aria dall’esterno, che ad una certa velocità permette di trasportare il materiale che entra per risucchio nella tubazione. Gli elementi circuitali, poi, sono gli stessi del sistema in pressione. Il materiale entra tramite un cannello di aspirazione. Funzionando in depressione, il sistema funziona con più origini/punti di carico e un solo punto di scarico. Possiamo quindi creare un sistema composto da una rete di tubazioni convergenti che fanno tutti capo ad un ventilatore centrifugo e ad un unico scarico (in blu). Il ciclone e il filtro funzionano identicamente al sistema in pressione. Questo è uno schema del sistema in depressione. IMPIANTI MISTI: Il difetto del sistema in depressione è che lavorando a pressioni inferiori a quella atmosferica (1 bar), il salto di pressione massimo è di 1 bar! Questo salto energetico è molto limitato, considerati quelli che si possono ottenere nei sistemi in presisone. Questo salto, poi, deve far fronte a tutte queste resistenze. Più il sistema è complesso, più le resistenze sono grandi. A parità di salto energetico possiamo via via generare velocità sempre più basse, quindi abbiamo forti limitazioni nelle distanze percorribili nel trasporto con sistemi in depressione. Il sistema misto è un sistema che unisce i sistemi in pressione e depressione, ponendo la macchina operatrice a metà del circuito: a sinistra c’è una parte che funziona in depressione, e a destra c’è una parte che funziona in pressione. La macchina operatrice al centro aspira dalla parte di sinistra e spinge verso la parte di destra, imprimendo velocità all’aria. Il limite di questo sistema è che l’aria si miscela al materiale nella parte in depressione fluisce tramite la macchina operatrice (che è un ventilatore centrifugo o un ventilatore assiale) e quindi bisogna stare attenti a cosa accade nella macchina, perché aspira anche materiale. Bisogna quindi usare accorgimenti che permettono al materiale di scavalcare il ventilatore. La soluzione è quella nel disegno, in materiale cui il viene aspirato e si miscela con l’aria nella porzione in depressione. Dopodiché avviene una separazione in una camera di decantazione (4), che viene messa in depressione dalla porzione in depressione. Il ventilatore (6) aspira l’aria dalla tubazioine in alto nella camera di decantazione e la separa dal materiale come abbiamo visto prima. Il materiale che si separa grazie all’aumento di sezione, cade verso il basso e viene immesso nel ramo a valle del ventilatore e si miscela nuovamente con l’aria che viene messa in pressione e velocità dal ventilatore. In basso un’immagine che meglio chiarisce questa soluzione costruttiva: Di fatto si realizza un ponte nella camera di decantazione, che separa per poco il materiale dall’aria per generare la pressione dell’aria. Alla fine del sistema, poi, ci sarà un altro ciclone e il filtro che funzionano come in un sistema in pressione. Quindi questo sistema coniuga i vantaggi dei sistemi in pressione (distanze e pressioni elevate con più punti di scarico) con quelli dei sistemi in depressione (più punti di aspirazione). LEZ 17 e 18: 2/11/2023 Nel ciclone, la miscela aria-materiale assume un moto vorticoso: l’aria viene immessa in maniera tangenziale, e comincia ad assumere un moto vorticoso. Questo moto, causa la separazione del materiale, che ha una certa inerzia, e quindi si scontra con le pareti del ciclone, perdendo via via velocità grazie all’attrito con le pareti, per poi sistemarsi alla base del ciclone. L’aria, invece, si separa dal materiale, e avendo una minore inerzia, riesce a risalire il ciclone, confluendo verso la bocca di uscita verso il filtro. Questo mi permette di evitare che il materiale entri nella macchina ma confluisca direttamente in uscita alla macchina, ricongiungendosi con l’aria dopo la compressione della stessa. Bisogna chiaramente stare attenti a tenere chiuso ermeticamente il fondo del ciclone per evitare che il materiale e l’aria escano da lì senza separarsi. Oltre al ciclone, anche il filtro è molto importante, per depurare l’aria prima dell’immissione in atmosfera, oltre che alla macchina in sé che da la pressione e la velocità all’aria. Ci sono poi dei dispositivi differenti per l’immissione del materiale nel circuito→questi ultimi sono l’unica vera e propria differenza tra i sistemi in pressione e depressione: nel sistema in depressione, il materiale viene aspirato da un tubo che viene calato nel materiale. Sono tubi molto particolari, concentrici, che agevolano l’aspirazione. L’immissione del materiale è molto facile in un sistema in depressione. Le cose si complicano e non di poco nel sistema in pressione: essendo la pressione interna maggiore di quella esterna, pensare di caricare il materiale tramite aspirazione è impossibile a causa di un flusso opposto di aria che si opporrebbe all’ingresso del materiale, avendo una pressione superiore a quella esterna. Qui sono necessari dei sistemi particolari che forzano l’entrata del materiale all’interno della tubazione, vincendo la pressione che si oppone. I sistemi sono tipicamente due: l’Ugello Venturi e le Valvole rotanti (o stellari). 1.Ugello Venturi: l’effetto Venturi descrive il comportamento di un flusso di un gas a regime in una tubazione sulla base di pressione, velocità e densità→c’è invarianza, per un gas a regime, nella somma di energia di pressione e cinetica del gas nelle diverse sezioni della tubazione. Quando un gas si sposta con un flusso a regime, la somma di energia cinetica e di pressione non varia di sezione in sezione. Ricordiamo, però, che la portata è il prodotto di sezione e velocità. Se in una tubazione ho quindi sezioni differenti, a parità di portata deve variare la velocità: se si restringe la sezione, deve aumentare la velocità per mantenere invariata la portata. Questo comporta un aumento dell’energia cinetica del gas, e quindi, per la costanza dell’energia, se aumenta l’energia cinetica si deve ridurre l’energia di pressione, legata al valore della pressione del gas nella sezione. Quindi, se ho un restringimento di sezione, aumenta la velocità e l’energia cinetica e quindi si riduce l’energia di pressione e quindi la pressione esercitata dal gas in quella sezione→riesco, quindi, restringendo la sezione, a ridurre la pressione! Posso quindi arrivare a riduzioni della pressione tali da portarmi anche a valori al di sotto della pressione atmosferica. Quindi, parto con una pressione maggiore di quella atmosferica, conduco tramite la tubazione l’aria in questa strozzatura, riducendone la pressione al di sotto del valore atmosferico, e poi riallargo nuovamente la sezione per aumentare nuovamente la pressione. Questo effetto è molto importante: posso infatti immettere il materiale nel tratto in depressione, perché aprendo la tubazione in quella zona non avrei un flusso d’aria che si oppone all’ingresso del materiale, avendo una pressione inferiore a quella esterna. Quindi, in questa configurazione la tubazione presenta una tramoggia, una vaschetta nella quale viene depositato il materiale. Sotto questa vasca c’è la strozzatura della tubazione dove avviene la depressione dell’aria precedentemente messa in pressione dal compressione a monte. Questa depressione favorisce l’immissione del materiale e dopodiché la sezione si allarga nuovamente rimettendo l’aria nuovamente in pressione (maggiore di quella atmosferica). 2.Valvole rotanti: dette anche rotocellule. La valvola rotante è posta al di sopra della tubazione in pressione, con pressione superiore a quella atmosferica. Sopra la valvola è presente la vasca in cui è depositato il materiale. Se connettessi direttamente vasca e tubazione in pressione, il materiale verrebbe sputato fuori a causa della pressione. Tra vasca e tubazione è presente un albero su cui sono montate delle palette che ruotano in una cassa cilindrica. Questo sistema realizza delle camere a tenuta perfetta. Sull’albero le palette sono montate radialmente, e il complesso albero + palette si trova in una cassa cilindrica che presenta due aperture, una in alto e una in basso. Queste palette, ruotando, generano delle camere nella cassa cilindrica: il materiale entra dall’apertura in altro, le palette ruotano contenendo il materiale nelle camere generate. Il materiale quindi si muove trascinato nella camera fino ad arrivare verso il basso, nella apertura inferiore. A contatto con l’apertura inferiore c’è la tubazione in pressione. Accade che l’aria in pressione entra nella camera in cui è presente il materiale che, di fatto, per effetto della pressione dell’aria, entra nella tubazione, mentre quell’aria rimane “intrappolata” nella camera tra le palette. È come se l’aria in pressione andasse a svuotare la camera, ripulendola e facendo entrare il materiale nel tubo in pressione. È un sistema molto ingegnoso e che garantisce bassissime perdite. Di seguito un’immagine del sistema: la cassa cilindrica è cerchiata in rosso e la valvola in blu. A dire il vero, per caricare il materiale in un sistema in pressione, è anche possibile utilizzare un sistema a coclea a passo decrescente a tenuta! L’aria in pressione (messa in pressione dal compressore), giunge nella zona in cui è presente una coclea. Il materiale viene immesso dall’alto nella tubazione della coclea, e questa coclea, grazie alla sua caratteristica di passo decrescente, permette di immettere il materiale nella tubazione in pressione: ma perché? Man mano che ci avviciniamo alla tubazioine in pressione, la distanza tra le creste si riduce, proprio per evitare che l’aria in pressione si opponga all’immissione del materiale. Il passo decrescente permette di accogliere una certa quantità di materiale nello spazio tra due creste successive. Andando avanti, lo spazio disponibile si riduce sempre di più, a parità di materiale. Il materiale si compatta, riducendo lo spazio utile, tanto che alla fine della coclea il materiale è talmente compresso che spinge contro la tubazione e riesce ad entrare nella tubazione. ESERCIZIO: SCELTA DEL TRASPORTATORE PNEUMATICO In questi sistemi abbiamo due flussi diversi: il flusso di aria e il flusso di materiale. Avremo quindi DUE portate, ed entrambe sono fondamentali per il sistema pneumatico. Oltre alla portata dovremo interessarci anche alla potenza del sistema. Fortunatamente anche qui ci sono dei manuali che ci forniscono il rapporto aria/materiale→è un rapporto che ci dice automaticamente di quanta portata (volumetrica) di aria ho bisogno per trasportare una certa portata (massica) di materiale con un certo peso specifico. Il rapporto aria/materiale, quindi, lega la portata volumetrica di aria e la corrispettiva portata massica di materiale. I valori del rapporto aria/materiale sono tabellati e tipicamente sono sempre gli stessi: avendo il dato sulla portata di materiale da trasportare, grazie al rapporto aria/materiale possiamo determinare la portata di aria che ci serve. Quindi capire la portata di aria per trasportare il materiale è semplice. D’altro canto, dobbiamo anche lavorare in termini di potenza: ci sono una serie di resistenze che si oppongono al flusso nel circuito. Il problema è proprio quello di riuscire a far muovere aria e materiale vincendo queste resistenze. Abbiamo due famiglie di resistenze: le resistenze sull’aria che si muove e le resistenze lato materiale che si muove. Tutte queste componenti di resistenza, sommate fra loro, ci daranno la resistenza complessiva. Queste sono le resistenze che troviamo per l’aria: c’è bisogno di vincere la resistenza quando l’impianto viene avviato, perché dobbiamo mettere in movimento tutta l’aria che inizialmente è ferma; venendo aspirata, l’aria entra nel circuito, e quindi deve vincere le resistenze in ingresso; nelle tubazioni, l’aria deve vincere l’attrito delle superfici interne delle tubazioni; l’aria deve vincere eventuali dislivelli perché può variare la quota nel trasporto; l’aria deve vincere le perdite localizzate (ad esempio nelle valvole o nei gomiti); l’aria deve vincere anche le resistenze lato ciclone e filtro. Per il materiale, ovviamente, vengono a mancare le componenti legate al filtro, perché non giungerà mai nel filtro, e quella legata al ciclone, perché nel ciclone il materiale si separa dall’aria! Quindi, ottenute le perdite totali per aria e materiale, le perdite totali di pressione sono la somma dei contributi per aria e materiale. Le perdite, in quanto perdite di pressione, sono espresse tipicamente in kg/m^2. Attenzione, però: l’energia di cui abbiamo bisogno per il movimento e il trasferimento di materiale è un’energia di pressione, che viene data dalla macchina che effettua lavoro sull’aria. È l’aria, che con la sua velocità e la sua pressione, deve realizzare il trasporto, quindi è l’aria che deve avere l’energia tale da vincere TUTTE le resistenze, anche quelle del materiale. Pertanto, la macchina generatrice del lavoro, deve sprigionare una potenza da fornire all’aria per vincere TUTTE le resistenze! Quindi, il calcolo della potenza si fa considerando la portata di aria, in quanto è l’aria l’elemento di trasporto. Capite le resistenze, avendo grazie al rapporto aria/materiale la portata di aria, possiamo calcolare la potenza conoscendo il rendimento della macchina operatrice. La perdita di pressione è in kg/m^2, la portata volumetrica di aria è in m^3/h pertanto la potenza viene espressa in kW con le opportune semplificazioni tra ore e secondi. Noto ovviamente il valore della potenza in kW, otteniamo l’energia moltiplicando la potenza per le ore annue di funzionamento e quindi il costo orario energetico del sistema, come sempre. LEZ 19: 13/11/2023 PARANCHI I paranchi sono mezzi di trasporto molto diffusi all’interno degli stabilimenti industriali. La sostituzione della batteria di un carrello elevatore, ad esempio, avviene tramite utilizzo di una gru a bandiera che contiene un paranco. Il paranco è un mezzo dedito al solo sollevamento (trasporto verticale) o al sollevamento e trasporto del materiale (trasporto verticale e orizzontale/traslazione). A differenza del trasporto a nastro, non è un convogliatore, infatti può avere svariati punti di origine e destinazione. Le caratteristiche del paranco sono: - Stato del Materiale Movimentato→ SOLIDO - Funzionamento→ INTERMITTENTE/DISCONTINUO: parleremo infatti di “cicli di funzionamento” - Energia motrice→ MOTORIZZATO (motore elettrico o pneumatico/ad aria compressa. Normalmente il paranco pneumatico ha una portata inferiore rispetto a quelli elettrici, nonostante abbia una capacità di regolazione della portata migliore. I paranchi elettrici sono più economici e più semplici) o MANUALE - Tipo di Movimento→ MEZZO DI SOLLEVAMENTO (Paranchi fissi) o MEZZO DI SOLLEVAMENTO E TRASPORTO (Paranchi su rotaia) - Tipo di Comando→ CON MANOVRATORE (e quindi un costo aggiuntivo per l’utilizzo. Aldilà del costo energetico, nei costi di gestione valuteremo anche i costi orari della manodopera) Il paranco è costituito sostanzialmente da un tamburo (un cilindro scanalato), oppure un disco sagomato, su cui si avvolge e si svolge l’elemento di sollevamento, che può essere una fune metallica (più diffusa per sollevamenti di portate elevate) o una catena che presentano un gancio all’estremità (che consente l’effettivo sollevamento). La fune poi può essere sistemata sul paranco per avere più avvolgimenti per ridurre lo sforzo di sollevamento. Quindi abbiamo paranchi a fune e paranchi a catena: i primi sono prediletti per portate maggiori, i secondi non vanno oltre le 12 tonnellate. Un’osservazione: il gancio è utilizzabile come elemento di sollevamento solo se l’oggetto da sollevare presenta delle parti che possono essere collegate al gancio. Di solito, il gancio non è sufficiente: per sollevare ad esempio una batteria di trazione è necessario avere un accessorio di sollevamento che si collega al gancio. Il tutto è messo in moto da un’unità motrice con un dispositivo di comando (tipicamente un telecomando cablato). Il principio di funzionamento dei paranchi è quello delle taglie, cioè dei sistemi di carrucole che consentono di sollevare un peso riducendo la forza necessaria al sollevamento. Il tamburo deve essere messo in rotazione per realizzare l’avvolgimento della fune. Il modo in cui viene realizzato l’avvolgimento porta alla distinzione tra paranchi manuali e motorizzati. Il paranco MANUALE è costituito da una catena che presenta all’estremità un gancio per il collegamento al carico. La catena si avvolge su un disco opportunamente sagomato. Questo a destra è sempre un paranco manuale, che però è fissato in un punto ben preciso. L’azionamento avviene ad opera di un manovratore che agisce su una seconda catena. Quest’ultima è collegata ad un ingranaggio atto a ridurre la forza da applicare alla catena di comando per sollevare il carico. I paranchi MOTORIZZATI sono di due tipi: elettrici o pneumatici. 1.I PARANCHI PNEUMATICI: Sono caratterizzati da un sistema motore ad aria compressa. L’alimentazione della macchina avviene attraverso una rete di aria compressa. Il motore, tramite la forza dell’aria compressa, mette in movimento il tamburo in modo che avvenga il sollevamento. I paranchi pneumatici sono caratterizzati da: • Portata regolabile con continuità: il motore pneumatico è idoneo in caso di elevata frequenza dei cicli di sollevamento. La velocità di sollevamento è importantissima perché determina il tempo dedicato alla movimentazione il costo del personale. Con il sistema pneumatico è facile ottenere velocità di sollevamento regolabili a seconda delle esigenze. • Buona resistenza ad umidità, polveri e vapori: Il motore pneumatico non provoca scintille ed è idoneo negli ambienti particolarmente a rischio di esplosione o incendio. • Essere poco soggetti ad avarie; • Portate limitate: limiti di portata da 3 a 5 tonn; • Costi a parità di portata maggiori rispetto a quelli elettrici; • Costi di esercizio elevati→il motore ad aria compressa è molto oneroso così come è elevato l’investimento per la rete di distribuzione dell’aria compressa. 2.IL PARANCO ELETTRICO: Ha caratteristiche diverse dal paranco pneumatico: non può subire un numero di accensioni o di avviamenti troppo elevato. Quindi, azionare frequentemente un motore elettrico non è una soluzione ottimale. Il numero di avviamenti in un determinato tempo deve essere limitato. Ancora, la velocità di sollevamento è regolabile grazie all’utilizzo degli inverter. Ciò comporta un notevole aumento dei costi. Dal punto di vista della capacità di sollevamento, e cioè della portata del sistema, i motori elettrici sviluppano potenze notevoli che ci permettono di superare le 10 tonn di portata. Il paranco elettrico è più economico rispetto quello pneumatico, e offre una vasta gamma di soluzioni. Un paranco elettrico è solitamente costituito da: • CARCASSA: di protezione ed attacco, è il contenitore di tutti i meccanismi del paranco; • TAMBURO SCANALATO: su cui si avvolge la fune (o un disco sagomato se il paranco è a catena); • FUNE: è l’elemento di trazione del paranco a fune. La fune si deve avvolgere in maniera regolare sul tamburo. • CATENA: alternativa alla fune. La catena va ad avvolgersi su un disco sagomato. • MOTORE ELETTRICO (e ingranaggio): necessario per movimentare il tamburo (o il disco). • RIDUTTORE MECCANICO: il meccanismo per la trasmissione motore-tamburo (o disco) necessario per raggiungere il numero di giri prestabiliti e la forza periferica sul tamburo necessaria per il sollevamento. • APPARECCHIATURA DI COMANDO: è il telecomando o la pulsantiera che serve per azionare il paranco. • BOZZELLO: è all’estremità della fune/catena, nel punto di collegamento col carico. È rappresentato dal gancio o dall’assieme gancio + carrucole (nel caso in cui il sistema si sviluppa con più “tiri di fune”). Il gancio può ruotare attorno ad un asse verticale per orientarsi meglio al carico. I paranchi a fune si distinguono dai paranchi a catena soprattutto in termini di portata sollevabile: i paranchi a catena di solito sono prediletti per portate fino a 3 tonnellate. Per portate superiori, si preferisce il paranco a fune. Un paranco elettrico è caratterizzato anche dai cosiddetti “tiri di fune” • TIRI DI FUNE: I paranchi elettrici possono avere 1 - 2 - 4 – 8 “tiri di fune”. Con il termine tiri di fune si indicano i rami di fune che possono essere individuati quando si guarda un paranco. Il paranco in figura, ad esempio è a 4 tiri di fune, perché sono riconoscibili 4 rami della fune. La fune è sempre una e si avvolge sul tamburo. Questa fune, poi, può sviluppare sulle carrucole e sui rinvii per sviluppare diversi rami. Un’estremità della fune non si sposta mai, è fissa; l’altra parte della fune invece si avvolge sul tamburo, e nel farlo può passare in altri elementi nel bozzello a dar luogo a più tiri di fune. LA FUNE RIMANE SEMPRE UNICA! Più tiri di fune ci sono, più si riduce la tensione nella fune, riducendo lo sforzo complessivo di sollevamento, in quanto si spalma sui diversi rami. Più aumentano i tiri di fune, più si complica il bozzello! Questo è lo spaccato di un paranco elettrico. Da sinistra verso destra troviamo: il motore elettrico; una intermedia parte che comprende tutti i meccanismi, le ruote dentate, gli ingranaggi necessari ad avere la velocità giusta per l’avvolgimento della fune sul tamburo; una parte centrale con il tamburo scanalato; una parte inferiore con il bozzello che comprende il gancio e due carrucole (4 tiri di fune); una parte terminale in cui alloggiano le componenti elettroniche (i paranchi moderni sono tutti composti da dispositivi elettronici di rilevazione dati come tempi di funzionamento ecc. che sono molto importanti. Soffermiamoci su un particolare: questo è un anello concentrico che abbraccia il cilindro e serve come guida per lo svolgimento e avvolgimento della fune sul tamburo, in modo tale che essa sia guidata sempre verso la scalanatura corretta, per evitare delle sovrapposizioni tra gli avvolgimenti e per evitare che ci sia un’usura anomala della fune, che è l’elemento principale di trazione e che deve rimanere sempre in condizioni perfette. Anche nel paranco a catena la catena si sistema coi suoi anelli su un disco sagomato ad hoc, e anche la catena viene guidata per non avere scivolamento e slittamento. La catena, però, non ha tiri, non si avvolge. L’estremità della catena sprovvista di gancio va ad alloggiare in una scatola chiusa che impedisce ovviamente alla catena di sfuggire. Il paranco a catena non è molto sicuro, motivo per il quale non si eccede mai il sollevamento di 2-3 tonnellate. La Sicurezza del Paranco Essendo i paranchi delle macchine che devono operare in piena sicurezza, queste devono essere dotate di dispositivi di protezione da urti e sovraccarichi, nonché dalle cadute eventuali del carico. Questi accorgimenti tecnici cercano di ridurre al minimo la probabilità di incidenti. A tal fine è possibile utilizzare motori elettrici con sistemi “autofrenanti”. Autofrenanti nel senso che sono normalmente in posizione di blocco, e quando bisogna effettuare il movimento, vengono sbloccati tramite comando. Il freno è sempre inserito. È anche ovvio avere un sistema di questo tipo perché, se fosse il contrario, dovremmo attivare il freno tramite un segnale elettrico, ma come sappiamo i problemi legati all’alimentazione elettrica possono essere molto frequenti. Pertanto, è sempre meglio avere il freno in negativo, sempre attivo, ed attivare il suo sblocco tramite energia elettrica, cosicché esso sia sempre attivo, scongiurando tutti gli imprevisti del caso. Un tipico sistema autofrenante è quello con il motore a rotore conico: tipicamente il motore elettrico ha rotore e statore cilindrici e concentrici. In questo caso il rotore e lo statore sono conici nella parte interna del motore. Questa forma insolita ha un senso: l’albero su cui si monta il rotore permette al rotore di scorrere longitudinalmente sul suo asse. In posizione di riposo, a paranco non utilizzato, un giunto elastico e una molla elicoidale spingono il rotore conico e l’albero verso l’esterno, contro la calotta di chiusura del motore su cui si trova il disco di frizione, che fa contrasto con l’albero. La parte terminale dell’albero ha un disco che va proprio in contatto con una superficie di attrito montata sulla calotta del motore. Quindi, quando è fermo, l’albero (che è collegato al tamburo), spinto contro il disco di frizione, tiene sempre attivo il freno; pertanto, in questa situazione, il movimento non è possibile e il tamburo non può ruotare poiché tenuto fermo dall’albero. Quando viene inserita l’alimentazione elettrica, le forze elettromagnetiche che si generano tra rotore e statore, portano il rotore verso l’interno, e di conseguenza anche l’albero, che si stacca dalla calotta e dalla frizione. Staccando l’alimentazione, si torna di nuovo in condizioni di freno. N.B: i motori elettrici che si usano sono ovviamente anche qui in CA! Questi sono dei possibili difetti che possono affliggere le funi e le catene dei paranchi. Tipi di paranco PARANCO FISSO: tipicamente usato nei cantieri edili, si monta su un braccio che sporge rispetto ad un montante verticale al quale è connesso tramite una cerniera. È un paranco molto semplice e sostanzialmente fisso, con movimenti abbastanza limitati PARANCHI MOBILI SU ROTAIA SINGOLA O DOPPIA: sono paranchi che hanno possibilità di traslare. Si montano sempre su una o più travi. Il paranco montato su singola trave può spostarsi lungo la trave: tramite spinta sul carico stesso una volta agganciato; tramite movimento attivato da un’azione manuale su una catena che provoca la traslazione dell’interno paranco; tramite un meccanismo elettrico che attiva un secondo motore che attiva delle ruote che permettono la traslazione paranco del (questo sistema ha doppia motorizzazione) OSS: Quando il paranco è montato su una trave il sistema è detto MONOROTAIA; quando il paranco si poggia su due travi il sistema è detto BIROTAIA o CARRO-PONTE. Il carro-ponte è molto utilizzato nelle fabbriche. Il vantaggio del carro-ponte è aggiungere un grado di libertà di movimento rispetto al paranco che si poggia su una trave fissa alle estremità. La presenza della doppia trave permette al carro di scorrere nel senso ortogonale all’asse delle travi. Quindi il carro-ponte può muoversi (vedere le frecce): in verticale (il bozzello), lungo le travi (il carrello blu) e nel senso ortogonale alle travi (l’intero carro-ponte). Quindi è un sistema che permette tre gradi di libertà, e questo permette di coprire anche un’intera area di produzione in uno stabilimento CRITERI DI SCELTA DI UN PARANCO Come per tutti i sistemi di trasporto, anche per il paranco dobbiamo capire come effettuare la scelta in modo da soddisfare il fabbisogno di movimentazione. In genere, un paranco viene utilizzato per lo spostamento di carichi vari. Raramente, infatti, è utilizzato per lo spostamento di un unico carico. Dati i rischi di movimentazione con il paranco, tra i vari carichi da movimentare, è ovvio prendere come riferimento il carico massimo. Considerando la situazione più gravosa, cioè quella di carico massimo, ci si mette nelle condizioni cautelative. Ovviamente la caratteristica principale di un paranco è la sua portata, cioè il numero max di kg o tonn che il paranco può sollevare. Trattandosi di mezzi di sollevamento e trasporto particolarmente rischiosi, le norme per la realizzazione e la scelta sono abbastanza gravose. Tutti i meccanismi del paranco, i quali sono particolarmente sollecitati dal punto di vista meccanico, hanno un numero predefinito di cicli o ore di funzionamento rispetto ad un tempo di circa 10 anni. Ciò significa che in 10 anni di vita del paranco il numero di cicli o ore di funzionamento è predeterminato. Tale numero non deve essere superato anche se il limite viene raggiunto prima dei 10 anni. Ogni anno, quindi, è necessario effettuare verifiche sulla sicurezza per capire se il limite stabilito dalle norme è stato raggiunto. Al raggiungimento del 10° anno il paranco deve essere revisionato completamente e sottoposto a interventi meccanici di manutenzione particolari. Le norme che ci guidano nella scelta dei paranchi sono le norme F.E.M. (Federazione Europea della Movimentazione) o le norme ISO. Tali norme indicano che gli elementi per la scelta della classe di sicurezza un paranco sono sostanzialmente 2: 1)TEMPO MEDIO DI FUNZIONAMENTO GIORNALIERO DELLA MACCHINA; 2)TIPO DI CARICO AL QUALE LA MACCHINA È SOTTOPOSTA (FATTORE DI CARICO). Questi due fattori non sono indipendenti l’uno dall’altro. Al contrario, essi sono strettamente correlati. Un paranco, infatti, può lavorare a regimi differenti dal punto di vista del carico e del tempo: una macchina può essere caricata poco e lavorare tanto o caricata molto e lavorare poco. Queste 2 situazioni sono paragonabili dal punto di vista delle sollecitazioni meccaniche, della resistenza dei materiali e della durata del mezzo. Il tempo medio di funzionamento giornaliero di sollevamento di un paranco è dato da: π= 2∗π»π ∗πΆ∗ β π 60∗π£ [β/ππππππ] Dove: v [m/min]: VELOCITÀ DEL GANCIO, la velocità di sollevamento e discesa del gancio (generalmente sono uguali); h/g [h/gg]: NUMERO DI ORE LAVORATIVE AL GIORNO; π»π [m]: CORSA O ALTEZZA DI SOLLEVAMENTO MEDIO DEL GANCIO→la corsa è un elemento geometrico che contraddistingue il paranco. Si tratta del percorso massimo che il gancio può effettuare. La posizione del gancio ha, infatti, un punto di minimo in basso e un punto di massimo in alto. Si considera la corsa media perché, a seconda della condizione di esercizio, la corsa verticale può essere impiegata pienamente o parzialmente; C [cicli/h]: NUMERO DI CICLI VERTICALI ALL’ORA RICHIESTI→ Un ciclo operativo tipico di un paranco, detto “ciclo di salita e discesa” è solitamente costituito da alcune fasi elementari: fase di sollevamento, una volta agganciato il carico; fase di arresto per un tempo variabile una volta effettuato il sollevamento; fase di discesa del carico; nuova fase di arresto in modo da sganciare il carico e riportare il paranco nella posizione iniziale. Questo ciclo si può sviluppare con corse diverse. Possiamo, infatti, avere corse di salita e discesa uguali o diverse, sfruttando a pieno o meno l’intera corsa. I cicli sono da studiare per bene ogni volta che ci troviamo di volta ad un problema del genere ad una scelta del genere. Abbiamo le corse che possono essere diverse. Per conoscere i cicli, dato fondamentale per il calcolo del tempo medio, è necessario studiare il ciclo produttivo. Se il paranco ha motore di traslazione, nel calcolo del tempo di funzionamento è necessario tener conto anche delle operazioni di traslazione. Il tempo medio di funzionamento giornaliero per le operazioni di traslazione si calcola attraverso la formula assolutamente identica a quella per il sollevamento: dove: Pm = percorso medio = L/2 = metà della lunghezza della trave su cui il paranco si sposta→qui non ci interessa la media delle corse orizzontali, ma si usa per conversione la metà della lunghezza della trave sulla quale può spostarsi il paranco; C/h = numero cicli di traslazione che si intende fare in un’ora; Ti = ore di impiego giornaliere; v [m/min] = velocità di traslazione. E quindi il tempo medio di funzionamento giornaliero è la somma dei tempi medi di funzionamento giornaliero di sollevamento e traslazione. Il secondo fattore critico è il coefficiente di carico cubico medio, calcolabile attraverso la formula: A differenza del tempo di funzionamento, espresso in ore, il fattore di carico cubico è un fattore relativo, cioè un numero puro compreso tra 0 e 1. Il fattore è, infatti, un indice di utilizzazione relativo alla capacità di sollevamento che ci dice quanto è utilizzato il paranco rispetto alla sua capacità nominale. (ad es. il paranco è utilizzato per una capacità inferiore a quella prevista o per la capacità massima). Questo fattore è adimensionale e qualitativo, che esprime il tipo di carico che il paranco deve sostenere. Utilizziamo questo fattore perché normalmente, rispetto alla portata nominale, il paranco solleva diversi carichi. Quindi è necessario capire qual è l’utilizzo del paranco rispetto al limite, alla sua portata. Il paranco solleverà N carichi diversi, tipicamente inferiori alla sua portata massima, che esprimeranno un profilo di carico NON massimo, meno gravoso. Un coefficiente k=1 indicherebbe uno sfruttamento intenso del paranco; valori di k tra 0 e 1 indicano profili di sfruttamento del paranco più equilibrati, ricchi di pause e con una più equa distribuzione dei carichi. 0 è il caso ipotetico in cui il paranco non è mai utilizzato; 1 è il caso in cui il paranco è usato sempre per la sua massima portata. A seconda del valore del fattore di carico, le norme individuano 4 tipi di carico: - k1 ≤ 0,5 → CARICHI LEGGERI (L1)→Sollecitazioni correntemente molto basse, quasi mai massime. - 0,5 < k2 ≤ 0,63 → CARICHI MEDI (L2)→Sollecitazioni correntemente basse, spesso massime. - 0,63 < k3 ≤ 0,80 → CARICHI PESANTI (L3)→ Sollecitazioni sovente massime, correntemente medie. - 0,8 < k4 ≤ 1 →CARICHI MOLTO PESANTI (L4)→ Sollecitazioni di norma vicino alle massime casi a seconda del valore del fattore. Le classi indicano le misure di sicurezza da adottare per il paranco, infatti k più alti indicano condizioni più gravose in termini di sicurezza. Le classi si possono essere identificate in maniera grafica. Consideriamo un diagramma che mette in relazione tempo di funzionamento % e carico % rispetto al carico nominale. Se il paranco viene utilizzato per tutto il tempo con il carico massimo, il diagramma è tutto pieno. Se il paranco viene utilizzato per il 50% del tempo con il carico massimo e per il 50% del tempo con il carico medio, il diagramma sarà pieno per metà e parzialmente riempito per l’altra metà. In pratica è possibile determinare il PROFILO DI CARICO, che è l’espressione grafica del fattore k. ATTENZIONE: il “tipo di carico” è un indice qualitativo delle condizioni di sollecitazione, e NON assoluto. È infatti espresso da un valore relativo adimensionale, compreso tra 0 e 1 Una volta individuato il fattore di carico e il tempo medio di funzionamento giornaliero, possiamo individuare la classe di robustezza dei gruppi meccanici che costituiscono il nostro paranco. Le diverse classi secondo la classificazione FEM-ISO sono le seguenti: A parità di profilo di carico, all’aumento del tempo di funzionamento corrisponde un aumento della classe. Le classi sono, invece, costanti in diagonale. Questo vuol dire che la stessa classe corrisponde ad un tempo di utilizzo molto breve con profili di carico alti ed a tempi di utilizzo più elevati con profili di carico minore. Nelle tabelle dei fornitori considereremo il paranco caratterizzato da portata nominale relativa alla nostra massima esigenza di sollevamento insieme alla classe individuata. LEZ 20 e 21: 16/11/2023 ESERCIZIO: ESEMPIO DI SCELTA E VERIFICA DI UN PARANCO Si voglia scegliere un paranco (e quindi la classe) per la movimentazione di batterie di carrelli elevatori aventi peso unitario di 2.000 kg con una frequenza di 1 cambio/h. La disposizione planimetrica è quella della figura seguente, in cui si prevede l’utilizzo di un paranco mobile su monorotaia sospesa di lunghezza pari a 4 m. DATI DEL PROBLEMA • Corsa salita/discesa del gancio: 1 [m] • Tipologia paranco: a fune a 4 o 2 tiri su rotaia • Velocità di sollevamento/discesa: 4 [m/min] • Velocità di traslazione: 8 [m/min] • Peso dell’attrezzatura di sollevamento: 50 [kg] • Cicli orari di lavoro per ogni cambio batteria: - n.2 cicli di traslazione - n.4 cicli di sollevamento/discesa • Attività produttiva di 24 ore al giorno CICLO OPERATIVO PER OGNI CAMBIO BATERIA: - Posizionamento carrello con batteria scarica a bordo - Traslazione a vuoto paranco da posizione inizio ciclo - Discesa a vuoto gancio per estrazione batteria scarica - Aggancio e salita con batteria scarica (fine 1o ciclo vert.) - Ritorno paranco con batteria scarica (fine 1o ciclo trasl.) - Discesa gancio con batteria scarica - Rilascio batteria scarica e salita a vuoto (fine 2o ciclo vert.) - Scambio manuale batteria scarica / batteria carica - Discesa a vuoto gancio per presa batteria carica - Aggancio e salita con batteria carica (fine 3o ciclo vert.) - Traslazione verso il carrello con batteria carica - Discesa con batteria carica - Rilascio batteria carica e salita a vuoto (fine 4o ciclo vert.) - Ritorno a vuoto a posizione di inizio ciclo (fine 2o ciclo trasl.) OSS: Il paranco, per effettuare le operazioni, effettua una traslazione di 2 m, esattamente la metà della lunghezza della trave lunga 4m. Questa situazione è casuale. Bisogna fare attenzione al fatto che ai fini del calcolo del tempo medio di funzionamento dobbiamo sempre considerare L/2, cioè la metà della lunghezza della trave. Se, in questo caso, la trave fosse stata lunga 5 m, per il tempo medio di funzionamento avremmo dovuto considerare una traslazione di 2,5 m, nonostante l’indicazione dell’effettivo spostamento. 1)Scelta della portata nominale del paranco: scegliamo 2.500 kg, ma perché? La portata deve essere MAGGIORE della massa da sollevare (carico + attrezzatura = 2000+50 kg) →tra le portate più vicine a quella che supera la massa da sollevare scegliamo il valore di 2500 kg. È una scelta guidata dal catalogo del paranco. 2)Calcoliamo FATTORE DI CARICO CUBICO “k” β1 = Carico utile /Carico 2000 ππ Nominale: 2500 ππ = 0,8 γ = Peso Accessori/Carico 50 ππ Nominale: 2500 ππ = 0,02 Essendo il denominatore lo stesso possiamo considerare: π½1 + πΎ = 2.000 + 50 = 0,82 2.500 T1 =testrazione (salita+traslazione+discesa) + tinserimento(salita+traslazione+discesa) = 2 ∗ [πΆπ/ππ + πΆπ‘π/ππ‘π + πΆπ/ππ] = 2 ∗ [1/4 + 2/8 + 1/4] = 1,5 [πππ] Dove per estrazione ci si riferisce all’estrazione della batteria scarica; per inserimento si fa riferimento all’inserimento della batteria carica. Queste due operazioni avvengono sulle stesse corse e con le stesse velocità; pertanto, è possibile raddoppiare il valore calcolato per una delle due operazioni. Ta = tfunzionamento senza carico (traslazione+discesa+salita + discesa+salita+traslazione) = πΆπ‘π/ππ‘π + πΆπ/ππ + πΆπ/ππ + πΆπ/ππ + πΆπ/ππ + πΆπ‘π/ππ‘π = 2/8 + 1/4 + 1/4 + 1/4 + 1/4 + 2/8 = 1,5 [πππ] Ttot = T1 + Ta =3 [min] t1 = T1/Ttot = tempo di funzionamento del mezzo con il carico / tempo totale di funzionamento π‘1 = 1,5/3 = 0,5 ta = Ta/Ttot = tempo di funzionamento del mezzo senza il carico / tempo totale di funzionamento π‘π = 1,5/3 = 0,5 Il nostro caso è semplificato perché consideriamo un carico che ha sempre lo stesso peso. La formula che utilizziamo, non avendo altri carichi π½π , è: 3 π = √(π½1 + πΎ)3 ∗ π‘1 + πΎ 3 ∗ π‘π = 0,65 Quindi 0,63 < π ≤ 0,80 → siamo in Regime di carico “PESANTE” L3 3)Calcoliamo il TEMPO MEDIO DI FUNZIONAMENTO GIORNALIERO 3.1 Per le operazioni di SOLLEVAMENTO è: π»π,ππππ = (π ∗ πͺπ ∗ πͺ/π ∗ π»π )/ (ππ ∗ π½π) [π/ππππππ] πππππ β ] ∗ 24[ππππππ] β = 0,8 [β/ππππππ] (60 ∗ 4 [π/πππ]) 2 ∗ 1[π] ∗ 4 [ ππ,π πππ = OSS: Nel nostro caso la corsa di sollevamento e discesa è sempre pari ad 1 e quindi πΆπ = 1[π]. Se però le corse effettuate dal paranco non fossero tutte uguali, Ce sarebbe pari alla media delle corse effettuate. C/h = 4 [cicli/h] perché in 1h si effettua 1 solo cambio che prevede 4 cicli di sollevamento. 3.2 Per le operazioni di TRASLAZIONE è: π»π,πππππ = (π ∗ πͺππ ∗ πͺ/π ∗ π»π) / (ππ ∗ π½ππ) [π/ππππππ] πππππ β ] ∗ 24 [ππππππ] β β = 0,4 [ ] π ππππππ (60 ∗ 8 [ ]) πππ 2 ∗ 2 [π] ∗ 2 [ ππ,π‘πππ π = C/h = 2 [cicli/h] perché in 1h si effettua 1 solo cambio che prevede 2 cicli di traslazione TEMPO MEDIO FUNZIONAMENTO GIORNALIERO: π»ππ = π»π ππππ + π»π πππππ [π/ππππππ] πππ = 0,8 + 0,4 = 1,2 [β/ππππππ] 4)Individuiamo la CLASSE FEM grazie alla tabella, entrando con tempo medio di funzionamento al giorno Tm e classe di carico k (classe L3, Servizio Pesante) In alternativa possiamo usare anche quest’altra tabella, molto più semplificata ma che rende comunque ed è sufficiente per scegliere la classe FEM corretta per il paranco. Scegliamo quindi un paranco di classe FEM 2m! 5)Adesso, abbiamo indicazioni sulla classe FEM, e abbiamo la portata. Dobbiamo scegliere dal catalogo i possibili paranchi, tenendo conto quindi dei dati tecnici. Il catalogo si presenta nel seguente modo, e si entra a partire dalla portata e dal numero di tiri: Ricordando che il nostro paranco può essere a 4 o a 2 tiri di funi, abbiamo 3 modelli tra cui scegliere: 24V2I, 22L2I e 32V2I. Possiamo scegliere il modello 24V2 perché la sua velocità di sollevamento di 6 m/min riduce il tempo di funzionamento! Facciamo, però, una riflessione: I paranchi sono macchine di sollevamento sollecitate in condizioni dinamiche (cicli di carico ripetuti con sollecitazioni “a fatica”) progettate per un determinato periodo di utilizzo teorico. Per ogni classe FEM e per ogni regime di carico (L1-L2-L3-L4) sono definiti il massimo numero di ore di funzionamento e il massimo numero di cicli operativi che garantiscono un utilizzo sicuro per 10 anni. La norma FEM 9.755 prevede che venga controllato il periodo residuo di utilizzo di ogni apparecchio di sollevamento di serie. Questo perché il regime di lavoro effettivo può discostarsi da quello teorico assunto come riferimento per la classe di utilizzo selezionata al momento dell’acquisto. L’utilizzatore del paranco deve periodicamente valutare l’effettivo utilizzo della macchina in base alle ore di funzionamento e alle condizioni di carico effettive per escludere il superamento del tempo massimo di impiego previsto. Per il nostro paranco, incrociando il tempo medio di funzionamento giornaliero con la nostra classe di carico, avremo 3200 ore di durata di vita dei meccanismi in 10 anni di esercizio. Questo vuol dire che, al massimo, in 10 anni di esercizio per il nostro paranco dobbiamo realizzare al massimo 3200 ore di funzionamento→320 ore all’anno! Devo stare attento a questo valore, ogni anno devo controllare quante ore ho fatto, perché io in 10 anni non posso assolutamente superare queste 3200 ore perché la norma mi obbliga a seguire questo valore limite! Questo perché i paranchi sono molto delicati dal punto di vista della sicurezza. COSTI DI GESTIONE DEL PARANCO Per quanto riguarda i costi fissi, bisogna considerare che, per utilizzare un paranco, non è sufficiente acquisire soltanto la macchina che effettua il sollevamento. È necessario anche considerare la trave su cui il paranco è fissato o si muove, realizzare la strutture adeguate a sostenere il paranco e il carico da sollevare. Oltre all’acquisizione del macchinario, quindi, è necessario sostenere costi di investimento per la realizzazione di tali strutture, da ripartire sugli anni di vita utile del mezzo di sollevamento. Si tratta, quindi, di costi fissi. Un costo fondamentale, relativo all’utilizzo del paranco, è quello del personale. Il paranco è purtroppo un mezzo che richiede l’intervento dell’operatore per le operazioni di movimentazione. Il tempo di funzionamento, infatti, deve necessariamente coincidere con il tempo di presenza dell’operatore. Moltiplicando quest’ultimo dato per il suo costo orario, si ottiene il costo della manodopera. Altra voce di costo molto importante è quella relativa alla manutenzione. Come già detto, le norme prevedono un numero massimo di cicli o di ore di funzionamento nell’arco di dieci anni. È necessario verificare il raggiungimento del limite oltre il quale bisogna effettuare la revisione del mezzo. Non bisogna trascurare i costi di consumo energetico del mezzo. Individuata la classe, in base alla portata, al fattore di carico ed al tempo medio di funzionamento, il catalogo del fornitore indica il modello che ci interessa, la potenza del motore elettrico di azionamento del paranco e quella del motore di traslazione. Per valutare il costo annuo di esercizio relativo al consumo energetico dobbiamo associare il dato relativo alla potenza al tempo di utilizzo del mezzo. E’ chiaro che, per il calcolo del tempo di utilizzo, ci si riferisce tempo totale di utilizzo che troviamo nel fattore di carico cubico, che ci indica un tempo effettivo, e non tempo al tempo medio di funzionamento, che è un dato fittizio. Moltiplicando il tempo effettivo di funzionamento nell’arco di una giornata per le ore di lavoro al giorno e per i giorni di lavoro all’anno si ottiene tempo annuo di funzionamento. Moltiplicando quest’ultimo dato per la potenza del motore elettrico si ottiene il valore dell’assorbimento annuo energetico, espresso in [kWh]. Costi del personale e di manutenzione vengono, quindi, calcolati come percentuale del costo annuo di acquisto del mezzo (6-7-10%). LEZ 22 e 23: 23/11/2023 I MAGAZZINI INDUSTRIALI Nella Logistica Industriale, abbiamo una componente statica e una componente dinamica. Fino ad ora abbiamo visto la parte dinamica, ossia quella del trasporto e dello spostamento vero e proprio di materiale. La parte statica è quella di cui si interessano i magazzini industriali. I magazzini rappresentano i punti di snodo del flusso logistico e sono elementi gestionali fondamentali perché consentono di organizzare in modo ottimale gli approvvigionamenti e la produzione (gestione dei lotti di acquisto e di fabbricazione). I magazzini industriali si pongono, infatti, come interfaccia tra logistica interna e logistica esterna, oltre ad essere parte integrante sia dell’una che dell’altra. In corrispondenza di una qualsiasi sospensione del flusso di materiale troviamo uno stoccaggio, un deposito. La funzione del magazzino è, quindi, quella di sconnettere le diverse fasi logistiche che possono essere interne, esterne o miste. Le strutture destinate allo stoccaggio dei materiali possono essere classificate in base alla funzione svolta nell’ambito del flusso logistico. È quindi possibile distinguere tra: Magazzini (o depositi) di FABBRICA: i quali si distinguono a loro volta in: • Magazzini di materie prime; • Magazzini interoperazionali: atti ad immagazzinare materiali tra un’operazione e l’altra; • Magazzini di prodotti finiti. Magazzini (o depositi) DISTRIBUTIVI: fanno parte della catena logistica esterna. Quando da un unico punto di origine si ha la necessità di servire un territorio molto ampio, si cerca di sfruttare al massimo la capacità di trasporto dei mezzi pesanti sino al raggiungimento di punti in cui il grosso carico viene scomposto in carichi più piccoli. Ecco perché i magazzini distributivi vengono tradizionalmente suddivisi in: • Depositi centrali (al servizio di grandi aree geografiche) • Depositi periferici (al servizio di aree territoriali limitate) Il termine “deposito” o “magazzino” pone enfasi sulla capacità del sistema di stoccare materiali. In generale, la logistica distributiva, quindi quella a valle, è quella che presenta la maggior parte dei problemi gestionali, in quanto sappiamo che la catena logistica a valle è notevolmente più lunga e complessa di quella a monte. Le strutture distributive di stoccaggio si sono evolute nel tempo da una logica incentrata sulla produzione e sul massimo utilizzo degli impianti (“push”), che persegue il minimo costo unitario di produzione, ad una logica orientata al cliente (“pull”), che tende a minimizzare il costo della gestione delle scorte. Nella logica “push” è importante la grande capacità di stoccaggio dei magazzini, che devono fungere da grandi serbatoi di materiale; con la logica “pull” diventa essenziale la capacità di organizzare gli ordini e smistare i prodotti tenendo basse le giacenze (Just In Time), con i magazzini che diventano dei piccoli serbatoi di materiale ma che permettono maggiori capacità gestionali dei flussi logistici. Il magazzino, con la sua struttura, è un investimento, un bene che deve essere realizzato. Al netto della sua complessità ed automazione, è un investimento che, oltre alla funzione di “scatola” ossia di deposito merci, bisogna considerare tutti gli aspetti accessori al magazzino: oltre agli aspetti gestionali legati all’effettiva capacità del magazzino di contenere le unità di carico (tipicamente pallet), ci sono aspetti organizzativi e una serie di elementi (impianti antincendio, impianti idrici, impianti elettrici, norme di igiene e sicurezza, illuminazione) che costituiscono degli impieghi economici molto elevati, che crescono notevolmente al crescere delle dimensioni e delle capacità del magazzino. Come sappiamo, i costi di gestione si dividono in costi fissi (ammortamenti e oneri legati all’investimento in sé) e costi variabili (consumi, movimentazione, personale), e bisogna tener conto di entrambi, perché grandi magazzini implicano impegni economici e gestionali elevati. Ma quindi, conviene avere magazzini piccoli? Sì, sia per questa motivazione, sia per ciò che abbiamo detto in merito al passaggio ad una logica di tipo pull, in cui l’obiettivo è migliorare la risposta alle richieste dei clienti, coordinarsi bene per soddisfare nel minor tempo possibile le richieste, operando a scorte basse. Il focus è sulla rapidità di risposta, piuttosto che sulla massima utilizzazione dell’impianto. La riduzione delle scorte permette di ridurre gli impieghi di capitale, legati al fatto che, come sappiamo, le scorte a magazzino rappresentano un costo, inteso come immobilizzazione di capitale. Quantità minore di merce, materie prime, prodotti finiti a magazzino, comportano minore capitale immobilizzato e quindi minori costi di gestione. In questa evoluzione hanno giocato un ruolo decisivo: - il costo di gestione delle scorte (capitale immobilizzato cui corrisponde un costo), dimensioni dei magazzini e oneri di esercizio (dotazione mezzi, consumi, personale, ammortamento fabbricati e aree di stoccaggio); - la rapida obsolescenza tecnica ed economica dei prodotti, dovuta al progresso tecnologico e ad una competizione sempre più pressante su scala mondiale; - lo sviluppo di sistemi di comunicazione ed informativi elettronici in grado di ridurre i tempi di gestione degli ordini e di organizzazione dei trasferimenti di merce e la nascita di tecniche produttive pull come il JIT, la Lean Manufacturing ecc. Tutto questo ha condotto alla modifica della struttura distributiva tradizionale nella nuova struttura distributiva, detta snella: Nella struttura classica si aveva un primo stadio di magazzini distributivi centrali o grandi depositi, che potevano essere a livello multiregionale o nazionale. Da questi, la distribuzione avveniva verso magazzini periferici, magari uno per regione o comunque per aree geografiche limitate. Da questi, poi, la distribuzione giungeva verso i punti vendita effettivi. Quindi la struttura tradizionale prevedeva depositi centrali e depositi periferici, e quindi una ramificazione molto ampia della catena logistica. Da questa, privilegiando la logica di tipo pull, i magazzini distributivi centrali si sono quindi trasformati in “Centri di Distribuzione”, in cui prevale la funzione di smistamento e organizzazione delle spedizioni rispetto a quella di stoccaggio. Allo stesso modo, i depositi periferici si sono ridotti in numero e convertiti in “Transit Point”, in cui le merci stazionano per il tempo strettamente necessario allo smistamento e alla spedizione. I transit point, infatti, sono dei punti adibiti esclusivamente al transito→addirittura si vuole arrivare a far perdere a questi punti la capacità di stoccaggio, e rendere le operazioni di transito continue, senza stoccaggio alcuno. Quindi il materiale entra nel punto di transito e senza soste intermedie viene subito smistato verso le diverse uscite. Questo richiede ampie capacità di riconoscimento delle diverse merci e ampie capacità di gestione di ordini e smistamenti. I termini “centro di distribuzione” e “transit point” sottolineano proprio la capacità del sistema di gestire con rapidità ed efficacia le procedure d’ordine, lo smistamento e la spedizione, più che la funzione di semplice stoccaggio. La struttura tipica di un magazzino Focalizziamoci sulla logistica esterna. Tipicamente i CEDI hanno una struttura ripetitiva, classica. In un magazzino ci sono sempre delle aree di ingresso e ricevimento della merce, in cui vengono scaricati i mezzi di arrivo e in cui vengono fatti una serie di controlli di qualità sulle condizioni della merce in arrivo (perché il trasporto è quasi sempre traumatico per la merce, e può causare danneggiamenti alla merce). Il flusso di materiale, come possiamo evincere nel layout in basso raffigurante il tipico schema in pianta di un CEDI, va dall’alto verso il basso. INGRESSI Subito dopo questa parte iniziale di ricezione e controllo, ci sono delle aree di sosta della merce in arrivo. Se lavoriamo con i pallet, questi vengono stoccati in quest’area, e la merce rimane ancora nelle condizioni in cui è entrata, senza essere scomposta. Poiché però, in uscita, normalmente in un CEDI bisogna mettere insieme merci diverse per destinazioni diverse, la merce così come entra nelle UdC non è tipicamente già pronta per soddisfare le esigenze distributive dei clienti: nel CEDI la merce arriva nelle UdC direttamente dai singoli fornitori. Quindi in ingresso i diversi pallet hanno la merce di un singolo fornitore; il cliente in uscita, può fare l’ordine di merce diversa proveniente da fornitori diversi e quindi da UdC differenti→devo in qualche modo disfare le UdC in ingresso, scomporle, prendere le diverse merci che mi interessano e metterle insieme per creare delle nuove UdC→quindi c’è un’area di stoccaggio e prelievo, in cui avviene questa operazione di disfacimento delle vecchie UdC e di creazione delle nuove UdC che riflettono gli ordini dei clienti in uscita. Dopodiché, questa merce viene preparata e imballata e viene inviata in un’area di attesa spedizione, in cui queste nuove UdC vengono stoccate in attesa di essere spedite. In questa area, quindi, sono fondamentali le destinazioni geografiche delle UdC, e cercherò di sistemare le UdC dirette verso le stesse aree geografiche in una zona concentrata di quest’area. Ad esempio, le UdC dirette verso la provincia di Bari le concentrerò in una zona; le UdC dirette verso la provincia di Foggia le concentrerò in un’altra zona e così via. Quindi avrò una serie di uscite in base ai diversi snodi ai quali il CEDI si collega. Vediamo invece un esempio di layout per un magazzino di materie prime o prodotti finiti: ARRIVI SPEDIZIONI Qui siamo in una FABBRICA e NON in un CEDI! Infatti, notiamo una parte superiore, la zona degli arrivi, e una parte inferiore, la zona delle spedizioni. Al centro, tra arrivi e spedizioni, possiamo avere, ad esempio, tutta la zona in cui avviene la produzione. A noi, ovviamente, interessano le aree riquadrate in giallo: ritroviamo l’area di ricezione e l’area delle spedizioni. Ma la cosa da evidenziare è la presenza costante di aree di viabilità (indicate dalle frecce in grassetto), ossia tutti quei piazzali e quelle strade, presenti sia a monte del magazzino degli arrivi, sia a valle del magazzino delle spedizioni, dalle quali arrivano i mezzi contenenti la merce da prelevare e i mezzi che devono essere caricati con la merce da inviare al cliente. A seconda del traffico di questa viabilità che si genera nel magazzino in ingresso e in uscita, dovremo dimensionare accuratamente il magazzino per garantire tutte le manovre di accostamento, scarico e carico. Non sono operazioni semplici, e richiedono mezzi di carico e di scarico, tipicamente carrelli elevatori. Questi mezzi preleveranno la merce dalle UdT in arrivo in diverse modalità possibili. Addirittura, potranno farlo entrare all’interno dei semirimorchi, estraendo i pallet con le forche. In alternativa, possono lavorare sul fianco del mezzo, dipende tutto da come esso si accosta al magazzino. Comunicanti coi piazzali ci sono le banchine, che sono le aree in cui si muovono i carrelli elevatori che prelevano i pallet dai mezzi e li portano nello stabilimento o che prelevano i pallet per caricarli sui mezzi di trasporto in partenza. Le banchine sono spazi fondamentali, che vanno accuratamente dimensionati perché costituiscono costi! Qui vediamo evidenziata un’area di arrivo: ci sono i portoni d’ingresso e attraverso questi ci sono dei tunnel. Oltre i portoni ci sono le rampe che consentono accedono alle UdM di accedere ai punti di prelievo delle UdC nel mezzo di trasporto, ossia nel semirimorchio. In basso nella figura vediamo dei pallet che sono già stati portati dentro e sono già pronti per essere scomposti o smistati per la preparazione degli ordini (se parliamo di CEDI) oppure per essere inviati alla produzione (se siamo in FABBRICA). Di seguito, invece, vediamo schematizzato il flusso di preparazione degli ordini, a partire dal magazzino che si vede in basso nella figura seguente. Quel magazzino è il punto in cui vengono stoccate le UdC provenienti dai diversi fornitori. I carrelli elevatori si muovono in questo magazzino e portano i pallet verso le stazioni di confezionamento. In queste stazioni ci sono dei banchi di lavoro, nei quali l’operatore manualmente prende i pezzi che interessano dai diversi pallet e compone il nuovo imballaggio destinato al cliente finale. L’operatore ha un imballaggio, tipicamente in cartone, nel quale compone l’ordine. Questa scatola, una volta composta, verrà inviata tramite nastri trasportatori o rulliere verso l’uscita. Prima, però, viene fatta la pesatura, l’etichettatura e la chiusura dell’imballaggio tramite operazioni automatiche svolte da dei macchinari ad hoc. Nel caso di imballaggi multipli può anche essere effettuato un avvolgimento. Gli imballaggi vengono poi smistati nelle diverse piattaforme di spedizione, in base alla destinazione che devono raggiungere. Qui invece vediamo le stazioni di pesatura, nastratura e la presenza di software di gestione che gestisce automaticamente queste operazioni e traccia il percorso degli articoli inseriti negli imballaggi e degli imballaggi verso la destinazione. Qui sotto una rappresentazione del prelievo dei pallet da parte dei carrelli elevatori: Lo schema seguente, invece, è sempre un flusso di preparazione degli ordini, ma che viene svolto in assenza di carrelli elevatori: l’assenza di carrelli elevatori comporta la presenza di ulteriori piccoli magazzini (i rettangoli in celeste con scritto picking). In questi magazzini, gli operatori prelevano direttamente la merce da una serie di scaffali e compone l’imballaggio da spedire. Quindi qui l’operatore non preleva dal pallet ma preleva dal piccolo magazzino. Qui invece viene rappresentata l’interazione dell’operatore col magazzino per comporre l’imballaggio. Nella figura, poi, il magazzino prende il nome di “magazzino a gravità”, dal quale l’operatore preleva la merce e poi compone l’imballaggio che sarà alle sue spalle pronto per essere creato. Questa operazione è anche nota come picking manuale, che può essere anche agevolato da sistemi elettronici. Nei sistemi tradizionali, l’ordine viene confezionato analizzando un elenco cartaceo degli articoli da prelevare. L’operatore quindi segue questo elenco, come se fosse una checklist. Nei sistemi moderni, l’operatore scannerizza un codice a barre e, come vediamo in basso, sulla base delle diverse scaffalature compaiono dei segnali luminosi su un display che guidano il prelievo dei diversi articoli. L’operatore vede una spia luminosa che indica che quell’articolo deve essere prelevato in quella quantità. Dopo aver prelevato quell’articolo, schiaccia il pulsante di conferma presente sul display. I diversi display si illuminano in sequenza per guidare l’operatore nella composizione dell’intero imballaggio→in questo caso il picking è detto “pick to light” Questo è un esempio di portone industriale che è possibile trovare nelle aree di arrivo e di uscita nei magazzini, nelle quali i mezzi vengono scaricati o caricati delle UdC. Notiamo una cosa: questi portoni NON sono a livello del piazzale; quindi, la banchina è più in alto rispetto al piazzale su cui si muovono i mezzi! Ma perché questo dislivello? Perché il pianale del semirimorchio su cui si trovano i pallet, è rialzato ovviamente rispetto alla strada, perché il veicolo ha le gomme e un suo telaio. Questo problema di dislivello mi impedisce di usare il carrello sul piazzale, perché la merce è rialzata e il carrello deve accedere al semirimorchio. Il mezzo accede a questo portone in retromarcia, e consente al carrello di entrare nel vano di carico (semirimorchio). Ovviamente non c’è un solo portone, ce ne sono tanti per permettere a più carrelli di operare simultaneamente. Ci sono ovviamente più possibilità di carico e scarico: il carrello elevatore, infatti, può anche operare sul fianco del semirimorchio, e questo dipende da come il mezzo si accosta alla banchina: se i mezzi si accostano parallelamente alle banchine, e i semirimorchi sono “centinati”, ossia apribili (composti da dei sostegni sormontati da un telo apribile), il carrello elevatore può operare anche lateralmente. Questo ovviamente comporta anche una modifica strutturale dei piazzali: Se si fa un accostamento parallelo, la strada può essere lunga anche 10 metri. Se faccio un accostamento perpendicolare alla banchina, i mezzi (autoarticolati ecc.) si accostano alle banchine in retromarcia. La lunghezza di un autoarticolato arriva anche a 16 metri, e in più è richiesto un piazzale che permetta tutte le manovre di uscita, oltre quelle di accostamento. Quindi parliamo di piazzali lunghi al più 42 metri. È possibile, poi, aumentare la larghezza del piazzale, aumentando gli ingressi e quindi i mezzi che possono accostarsi. Questo causa l’aumento della lunghezza della banchina, ovviamente. Più è corta la banchina, più si allunga il piazzale, ma la configurazione è più compatta. Quindi le lunghezze di banchina e piazzale sono inversamente proporzionali→devo trovare la configurazione migliore per avere le condizioni di lavoro più favorevoli. Questa è una configurazione intermedia. In generale, tutto dipende dall’area a disposizione e dai costi di realizzazione delle banchine. Tornando indietro, ovviamente, quando il mezzo si accosta in retromarcia, è difficile avere perfetto allineamento col portone e con la banchina. Ci sono dei dislivelli variabili che variano a seconda dell’allestimento del mezzo. È necessario quindi un raccordo tra la banchina e il piazzale. Questo scompenso viene colmato tramite delle rampe incassate nella banchina, che possono alzarsi ed abbassarsi in funzione dell’altezza del piano di carico e dell’altezza della banchina. Serve per colmare i dislivelli tra banchina e piano di carico del semirimorchio. Questa è una vista complessiva di un magazzino, con le aree di stoccaggio, preparazione ordini e spedizione: Questo in basso è un esempio di sistema automatico di smistamento dei colli in arrivo. Questo è molto diffuso nei transit point, in cui come avevamo visto, l’obiettivo è quello di annullare gli stoccaggi per effettuare uno smistamento automatico della merce in arrivo. Una soluzione di questo tipo è composta da un convogliatore a nastro o a rulli che presenta dei deviatori che deviano il percorso dei colli, spingendoli fuori dal trasportatore per inviarli verso la zona di smistamento. Chiaramente questi sistemi sono controllati tramite strutture informatiche. I sistemi di deviazione della traiettoria sono molteplici: ci sono le “divert shoes”, quegli elementi che vediamo in figura; ci sono dei veri e propri rulli pneumatici che si alzano e deviano la traiettoria del collo, oppure delle ruote o dei dischi orientabili che svolgono la stessa funzione. I pacchi, quindi, viaggiano in questa zona e vengono smistati nella zona di spedizione in base a dove devono essere spediti. L’imballaggio passa nella zona di carico, dove viene scannerizzato il suo codice a barre, che include anche l’informazione sull’uscita alla quale deve essere smistato l’imballaggio. Ovviamente questa operazione di smistamento può anche essere fatta dall’operatore, che viene assistito da display e sistemi elettronici per effettuare il picking. In ogni caso, NON ci sono aree di deposito, quindi nel transit point non avviene stoccaggio. Lo stoccaggio delle UdC nei magazzini Relativamente allo stoccaggio nei magazzini possiamo definire i seguenti indici che caratterizzano la gestione di un magazzino: 1)Indice di utilizzazione superficiale: è dato dalle UdC (quantità di merce) immagazzinabili per π2 di area di stoccaggio. Si fa riferimento alla superficie lorda. Non è possibile utilizzare tutta l’area per lo stoccaggio in quanto è necessario concedere spazio di manovra alle UdM. Tale superficie potrà essere recuperata sfruttando lo spazio in altezza. Si ottiene come rapporto fra le UdC stoccate nel magazzino e la superficie lorda del magazzino (superficie di stoccaggio + viabilità). Mi dà idea di quanto efficientemente sfrutto la superficie del magazzino. 2)Indice di selettività: è il rapporto tra il numero di UdC direttamente accessibili (ossia senza doverne movimentare altre per raggiungerle) e il numero totale di UdC stoccate nel magazzino (che dipende dalla capacità del magazzino, al netto delle zone di viabilità). È un valore adimensionale. 3)Indice di utilizzazione volumetrica: rapporto tra il volume delle UdC stoccate e il volume totale del magazzino. Bisogna considerare nel volume del magazzino: altezza del locale, superficie di stoccaggio e superficie di viabilità/manovre. Ci dà idea dell’efficienza di sfruttamento del volume di magazzino disponibile. Esistono, inoltre, due logiche di stoccaggio: 1)LIFO (Last-In, First-Out): l’ultima UdC ad essere stoccata è la prima ad essere prelevata; 2)FIFO (First -In, First-Out): la prima UdC ad essere stoccata è la prima ad essere prelevata. È una soluzione indispensabile nello stoccaggio di materiali soggetti a deperibilità e scadenza. Le strutture di stoccaggio possono essere classificate in 1)MAGAZZINO PESANTE: se le UdC movimentate hanno peso superiore ai 500 Kg; 2)MAGAZZINO LEGGERO: se le UdC movimentate hanno peso inferiore ai 500 Kg. Per lo stoccaggio, nei magazzini, ci soffermeremo su due aspetti: strutturale e gestionale. Quello strutturale ci descrive proprio come è strutturato il magazzino dal punto di vista costruttivo e come scegliere la struttura più idonea per il nostro magazzino; quello gestionale ci descrive come dare la giusta capacità ricettiva ad un magazzino (quante UdC possono essere collocate nel magazzino) e come stabilire qual è la potenzialità di movimentazione idonea rispetto alle esigenze di stoccaggio, espresse come quantità di merce che deve essere sistemata e quantità di merce che deve essere prelevata. Nella parte gestionale sarà fondamentale il ruolo delle UdM, specialmente il carrello elevatore, col quale si opera nei magazzini. LA PARTE STRUTTURALE DELLO STOCCAGGIO NEI MAGAZZINI Esistono due grandi tipologie di strutture di stoccaggio: CATASTE e SCAFFALATURE 1)CATASTA: è la soluzione che consiste nella semplice sovrapposizione diretta delle UdC, senza strutture portanti. È adatta quando vogliamo fare stoccaggi molto semplici ed economici. Si usa uno spazio pavimentato, al chiuso o all’aperto, nel quale vengono stoccate le UdC con semplice sovrapposizione. È una soluzione facilissima da realizzare, a patto che siano verificate alcune condizioni: la sovrapposizione delle UdC (specialmente pallet, ma non solo) implica che il materiale contenuto nelle UdC abbia una resistenza tale da sopportare il carico delle unità sovrapposte. La condizione più critica è quella sopportata dall’unità posta alla base, in quanto lo stoccaggio è a diversi livelli di sovrapposizione. Quando il materiale è leggero, non ci sono problemi; quando il materiale è pesante, bisogna valutare la sua resistenza. Ancora, lo sviluppo in altezza della sovrapposizione ha ovviamente un limite. Sovrapporre delle UdC impone di realizzare una pila di UdC; ovviamente, più si sale, maggiori sono i problemi di equilibrio, considerato anche l’impossibilità (o quasi) di avere allineamento perfetto. Questo causa problemi di stabilità nella pila, senza considerare anche la tipologia di superfici che vengono a contatto nell’impilamento: il pallet è una struttura regolare, ma non sappiamo se la parte superiore lo è altrettanto. Di solito, non si superano i 3-4 livelli di altezza, nonostante il carrello possa andare anche oltre. C’è anche un altro limite nelle cataste: le cataste, infatti, sono affiancate fra loro, come a voler realizzare un blocco unico. Il problema è che in una stessa pila le UdC devono essere tutte relative alla stessa merce! Questo perché, se mettessimo insieme pallet di merci differenti, e volessimo andare a prelevare un particolare pallet, dovremmo ricercare all’interno della catasta, estraendo tutte le UdC vicine a quella da raggiungere. In questa disposizione omogenea, invece, le cataste devono essere monomateriale, e questo permette una movimentazione molto più facile, che avviene a partire dal livello superiore. La costruzione delle cataste avviene dal basso verso l’alto, mentre l’estrazione delle UdC avviene dall’alto verso il basso. Ipotizzando di avere note le UdC da sistemare nella catasta, la superficie lorda del magazzino, e il massimo livello raggiungibile in altezza: Per le cataste l’indice di selettività è abbastanza basso, perché ci sono poche UdC raggiungibili direttamente rispetto alla totalità delle UdC stoccate. Ovviamente, se la catasta è monoprodotto e se possiamo operare con logica LIFO, questo non è un problema, a meno che non dobbiamo rispettare una logica di prelievo FIFO (che ci obbliga a prelevare per prime le UdC alla base) e possiamo operare solo su un fronte per il prelievo. Per le cataste l’indice di utilizzazione superficiale quanto vale? Più stringo i corridoi, più l’indice aumenta, quindi dipende dai carrelli elevatori che scelgo, e dalle loro dimensioni. Bisogna scegliere se risparmiare sul carrello o sulla superficie del magazzino. In generale, per la catasta, l’indice di utilizzazione superficiale è comunque basso, perché ci sono limiti in altezza che non consentono di recuperare la superficie di manovra con più livelli di sovrapposizione. Per le cataste, che hanno limiti sulle altezze di impilamento e sulla stabilità, l’indice di utilizzazione volumetrica sarà molto basso, perché non riuscirò a sfruttare a pieno il volume del magazzino→per magazzini molto alti, non conviene usare la catasta, useremo le scaffalature. Le cataste hanno l’unico vantaggio dal punto di vista economico: banalmente, richiedono solo la pavimentazione, non richiedono strutture portanti né altro e quindi non comportano costi aggiuntivi. Addirittura, se il materiale può subire le intemperie, posso addirittura mettere la catasta fuori dal magazzino. 2)SCAFFALATURE: possono essere di diverso tipo. Il magazzino più semplice è il magazzino a scaffalature bifrontali. Come si evince in figura, è composto da dei telai metallici, con dei piani su cui vengono collocate le UdC pallettizzate. Questi telai, in quanto metallica, in carpenteria se opportunamente progettati possono raggiungere altezze elevate. L’unico limite in altezza è dato proprio dalla massima altezza raggiungibile dalle forche del carrello elevatore, ipotizzando di avere un magazzino molto alte (10-12m). La scaffalatura bifrontale non ha particolari limiti in altezza, il limite sta nell’UdM. La scaffalatura in sé per sé è una struttura di appoggio per le UdC. Le scaffalature bifrontali garantiscono un indice di selettività unitario! Questo perché le scaffalature bifrontali, come ci dice il nome, consentono di sistemare sullo stesso piano le UdC da entrambi i lati; pertanto, tutte le UdC sono immediatamente raggiungibili, perché ci sono anche corridoi su tutti i lati. Anche se tutte le UdC fossero diverse fra loro, sarebbero tutti raggiungibili→il magazzino a scaffalature bifrontali è da preferire quando nel magazzino si ospitano tanti prodotti differenti. Gli indici di utilizzazione superficiale e volumetrica dipendono da due fattori: i corridoi necessari tra una scaffalatura e l’altra; l’altezza delle scaffalature e quindi l’UdM che possiamo utilizzare. Maggiore è l’altezza raggiungibile dal carrello e minore è l’ampiezza dei corridoi, maggiori saranno questi due indici! Queste scaffalature sono semplici, non richiedono molto impegno costruttivo, e garantiscono indici abbastanza elevati. Per migliorare l’indice di utilizzazione volumetrica e l’indice di utilizzazione superficiale, al posto di un magazzino a scaffalature bifronti è possibile utilizzare un magazzino a scaffalature drive-in: in questo magazzino è possibile eliminare i corridoi→si fa in modo che il carrello elevatore si muova dentro la scaffalatura, senza utilizzare corridoi. Il carrello può entrare nella struttura metallica, che però è realizzata in modo particolare: è come se fosse un insieme di telai collegati tra loro nella parte superiore, senza corridoi. Grazie a questo, il carrello può entrare nella struttura. Il problema è che ovviamente devono esserci dei binari a diverse quote che consentono di poggiare l’UdC sui diversi livelli. Questa struttura ha il vantaggio di eliminare i corridoi, aumentando gli indici di utilizzazione. Quando, però, il carrello deve entrare nella scaffalatura, deve entrare con l’UdC già posizionata all’altezza giusta, ancor prima di entrare nella scaffalatura, altrimenti una volta entrata non può più spostare l’UdC che incontrerebbe inevitabilmente i binari. Questo vuol dire che la sistemazione e la movimentazione sono abbastanza lente, perché richiede prima di portare l’UdC all’altezza prestabilita e poi di inserirsi nella scaffalatura, facendo attenzione ad entrare correttamente. Tutto questo avviene molto lentamente. Quindi, da un lato cresce l’indice di utilizzazione, dall’altro lato, si complicano le movimentazioni e quindi i tempi di immissione e scarico. Non sono adatti per magazzini con molte movimentazioni giornaliere. In quanto “drive-in”, si lavora solo su un fronte secondo una logica LIFO, e tipicamente il magazzino è chiuso nell’altra estremità (si poggia su una parete). Per questi motivi, l’indice di selettività è molto limitato: per raggiungere la primissima unità immessa, bisognerebbe svuotare tutto il magazzino! Si può limitare il problema destinando una fila ad un prodotto specifico. Questo invece è un magazzino a scaffalature drive-through, che elimina il problema del drive-in, utilizzando un’estremità per immettere le UdC, e l’altra estremità prelevare le per UdC, lavorando così su due fronti. La selettività, qui, è migliore rispetto alla catasta, perché si può lavorare anche per colonne, cosa che non era possibile nella catasta che richiedeva per forza di lavorare dall’alto verso il basso. Qui è possibile “sezionare” lo stoccaggio, lavorando anche nelle file centrali senza dover per forza rimuovere quelle superiori. Questo è invece magazzino dinamico a gravità: ha come vantaggio quello di ridurre il tempo delle movimentazioni. Si compone di una scaffalatura nella quale si possono inserire le UdC su un lato della struttura, e queste unità possono riempire la scaffalatura con un movimento generato dalla forza di gravità. I piani della scaffalatura sono tipicamente realizzati tramite delle rulliere inclinate (di qualche grado percentuale). Le UdC vengono inserite nella rulliera nella parte più alta, e senza utilizzare motorizzazioni, le UdC scendono verso il punto più basso per effetto della gravità. Assumendo una certa velocità, ovviamente, le rulliere devono essere composte da una sezione frenante nella parte più bassa, in cui i rulli hanno una certa resistenza che riesce a frenare le UdC in caduta. Inserita la prima UdC, le successive andranno a contatto con la prima, riempendo così la corsia automaticamente. Le corsie possono essere anche molto lunghe, potendo occupare anche tutto il magazzino. Qui, quindi, la movimentazione è ridotta, e lo spazio per i carrelli è composto da due semplici corridoi, uno per l’immissione e uno per il prelievo. Le corsie possono svilupparsi su più altezze. Quindi, gli indici di utilizzazione superficiale e volumetrica sono buoni, perché tutta la parte centrale è occupata dalle UdC; l’indice di selettività, invece, è limitato come nel drive-in, perché la logica di prelievo è per forza FIFO. Questo magazzino è “dinamico” proprio perché non richiede motorizzazione. Magazzini simili sono usati nel picking manuale. I tempi di movimentazione sono molti ridotti perché ci sono pochi corridoi. Un altro magazzino è il magazzino a scaffalature mobili. In questo magazzino, l’idea è questa: le scaffalature sono bifrontali ma non sono fisse nel pavimento, ma sono mobili. Questo permette di creare i corridoi spostando le scaffalature sul pavimento, senza creare corridoi fissi. Le scaffalature, quindi, possono essere mosse per creare in base alle esigenze un corridoio. Questi sono magazzini a corridoio mobile, e questo permette notevoli vantaggi sugli indici di utilizzazione. Il problema però è un altro: le scaffalature devono essere guidate, motorizzate, e il pavimento deve essere particolare→costi elevati. Più è importante massimizzare gli indici di utilizzazione, più mi conviene questo investimento. Un esempio è quello dei magazzini frigoriferi o gli archivi dei documenti cartacei. Le scaffalature sono bifrontali, però sono compattate, quindi per raggiungere una precisa UdC potrei anche dover spostare interi scaffali. Quindi, tutto sommato, l’indice di selettività è bassissimo, perché comunque dobbiamo spostare le scaffalature! Infine, abbiamo i magazzini con scaffalature dotati di trasloelevatori. Sono magazzini molto interessanti nonché i più complessi tra i magazzini a scaffalature. Sono molto costosi e giustificabili solo quando vengono richieste molte movimentazioni e il magazzino ha alta ricettività. Questo magazzino si basa su scaffalature bifrontali o a profondità multipla (su un lato della scaffalatura posso sistemare più di una UdC. Cioè, posso mettere due UdC per lato, una dietro l’altra). Questo magazzino si basa su una macchina che esegue automaticamente il trasporto per immettere e prelevare le UdC dalle scaffalature: il trasloelevatore. Non è altro che un ascensore che si sposta verticalmente e orizzontalmente per tutta la profondità del magazzino. Non è altro che un ascensore che si sposta verticalmente e orizzontalmente per tutta la profondità del magazzino. Non ha limiti in altezza! Questo ascensore si muove su guide fissate sul pavimento e sul soffitto e presenta una piattaforma per accogliere l’UdC. I movimenti in orizzontale e verticale possono avvenire contemporaneamente. Non necessitando di carrelli e operatori, il corridoio è strettissimo. Ecco perché, con questo magazzino, possiamo “traslo-elevare” l’UdC! Il vantaggio è avere un indice di utilizzazione superficiale altissimo, stesso per l’indice di utilizzazione volumetrica. Poi, se le scaffalature sono bifrontali, l’indice di selettività è unitario; se sono a profondità multipla, l’indice di selettività è più basso. Le scaffalature possono essere leggere o pesanti, in base al peso delle UdC. LEZ 24 e 25: 30/11/2023 ASPETTI GESTIONALI DEL DIMENSIONAMENTO DEI MAGAZZINI Grazie agli aspetti gestionali, si è nelle condizioni di poter dimensionare un magazzino, sia in termini di capacità ricettiva, che di capacità di movimentazione, che sono i due aspetti fondamentali del dimensionamento di un magazzino. Analizziamo la procedura, con i diversi passi, che ci permettono di determinare la capacità ricettiva di un magazzino, ossia il numero di UdC che possono trovare posto nel magazzino e la potenzialità di movimentazione, ossia il numero di UdC per unità di tempo che devono essere movimentate per gestire i flussi in ingresso e in uscita. Qual è la logica con cui si affronta il problema di dimensionamento? 1)AGGREGAZIONE DEGLI ARTICOLI Innanzitutto, si parte dalle UdC→nel magazzino dobbiamo sistemare le UdC e quindi dobbiamo studiarle, perché da esse dipendono le caratteristiche tecniche del magazzino. Le UdC sono realizzate con i pallet, sui quali sistemiamo i colli/imballaggi. Come sappiamo, le UdC possono avere dimensioni diverse: lo standard europallet può essere con pedana in legno o plastica, e le sue dimensioni sono diverse da quelle di altri standard. Quindi, già sapere il tipo di UdC da movimentare influisce sulla struttura del magazzino, in quanto esse devono trovare sistemazione in spazi opportuni. La struttura da realizzare deve essere in grado di ospitare le UdC. Se dovessimo avere pallet rispondenti a standard diversi, potremmo organizzare aree di magazzino diverse, con scaffalature diverse, adibiti a pallet diversi. Poi, le UdC hanno anche altezze diverse e dobbiamo prestare attenzione, fermo restando che dobbiamo sfruttare gli spazi del magazzino, considerato anche che i vari livelli delle scaffalature hanno tutti la stessa altezza. Quindi, oltre all’ingombro in pianta, c’è anche il problema dell’ingombro in verticale! Quindi, anche qui, le UdC che hanno una certa altezza trovano posto in una certa area del magazzino, le UdC che hanno altezze diverse, troveranno posto in altre aree del magazzino (magari si può dedicare un’area per tutte le UdC con altezza inferiore a una certa soglia e un’altra area per tutte le UdC con altezza superiore a quella soglia). I vani del magazzino in cui viene sistemata una UdC sono noti come celle o posto pallet. Il posto pallet è lo spazio nella scaffalatura dove trova posto l’UdC. La valutazione dell’aggregazione delle UdC tiene quindi conto sicuramente delle dimensioni in pianta e dell’altezza delle UdC, ma non solo. Infatti, un altro aspetto da considerare è l’indice di selettività: è chiaro che, se abbiamo un assortimento ampio di articoli, e quindi è probabile che dovremo prelevare articoli diversi nel corso della gestione, tenderemo ad avere un magazzino con maggiore indice di selettività, perché questo fattore diventa importantissimo nel dimensionamento. Se invece raggruppiamo UdC che sono tutte dello stesso articolo, l’indice di selettività perde di importanza, perché posso prendere una qualsiasi delle UdC nelle scaffalature, senza doverne movimentare altre per prelevarne una specifica. Quindi, anche qui, potremmo pensare di suddividere gli articoli in diverse classi e dedicare un magazzino ad ogni articolo. Ancora, bisogna considerare anche le caratteristiche di resistenza, peso specifico, fragilità e conservabilità dei materiali contenuti nelle UdC! Ad esempio, il peso specifico del materiale va a scaricarsi sulle strutture delle scaffalature; quindi, materiali pesanti, avranno bisogno di scaffalature pesanti; materiali leggeri no. Quindi se in un magazzino ho sia materiali pesanti che materiali leggeri e dimensiono il magazzino a favore di quelli pesanti, sicuramente avrò spese maggiorate e spreco di risorse, perché una parte potrebbe essere realizzata con una struttura meno resistente. Potremmo quindi raggruppare le UdC per differenti classi di peso e dedicare aree diverse del magazzino. Se i materiali sono fragili, poi, devo evitare danneggiamenti dei materiali, magari limitando le velocità di movimentazione per tutti i materiali fragili (magari dedicandone un’area del magazzino o un magazzino proprio) o tramite attrezzature che smorzano gli urti. Per la conservabilità, dobbiamo valutare se ci sono UdC con prodotti deperibili, ed è fondamentale che io raggruppi tutte le UdC con prodotti deperibili in magazzini raffreddati, ad alta conservabilità. Quindi, nel primo step del dimensionamento io devo utilizzare criteri di tipo geometrico (formato in pianta e standard delle UdC), volumetrico (spazi tridimensionali da occupare) e ponderale (peso delle UdC, fragilità e conservabilità). Il messaggio che deve passare è che il magazzino si deve adattare alle caratteristiche delle UdC! 2)VERIFICA DEI VINCOLI ESTERNI In questa fase si valutano tutti quei limiti “al contorno” di natura urbanistica-architettonica, come ad esempio la possibilità effettiva di poter realizzare un magazzino con una certa altezza e un certo volume: le regole urbanistiche ci dicono quali sono i limiti in altezza e i rapporti tra i volumi dei fabbricati e le superfici disponibili (indice volumetrico di costruzione), oltre le quali non possiamo andare. Poi ci sono una serie di limiti, come ad esempio la possibilità di realizzare il magazzino tramite finanziamenti esterni di un investitore (quindi la disponibilità di risorse economiche e finanziarie). 3)CALCOLO DELLA POTENZIALITA’ DI MOVIMENTAZIONE Fondamentale per definire le condizioni di funzionamento del magazzino. La potenzialità di movimentazione riguarda la movimentazione, ossia l’operazione che ci consente di portare dall’esterno e caricare nel magazzino le UdC o di estrarre dal magazzino le UdC. Il problema qual è? Nel magazzino dobbiamo gestire un flusso in ingresso e un flusso in uscita: considerato un certo arco di tempo (1 giorno, 1 turno di lavoro ecc.) abbiamo bisogno dell’informazioni circa il numero di UdC da immettere ed estrarre, questo perché noi ci interessiamo delle questioni gestionali del magazzino e quindi di gestione ottimale delle risorse per svolgere l’immagazzinamento. Le potenzialità di movimentazione in ingresso e in uscita indicano il fabbisogno di movimentazione di immissione e di prelievo. Parleremo distintamente di potenzialità in ingresso e di potenzialità in uscita, e si calcolano come il numero di UdC che devono essere movimentate (immissione o prelievo) nell’unità di tempo (generalmente l’ora). ππππ/ππ’π‘ = [ πππΆ ] → ππ ππ’π, π° ππ πππ ππ ππππ’ππ π‘πππ β Questo dato ci fa capire di quanti mezzi di movimentazione (carrelli elevatori) avremo bisogno per soddisfare questi fabbisogni di ingresso e di uscita. Questo ci permette di determinare la flotta di carrelli elevatori da acquistare, quindi i relativi costi di acquisto, costi fissi, costi variabili, costi del personale ecc. Ok ma… come individuiamo effettivamente la potenzialità di movimentazione per un magazzino che dobbiamo realizzare (magazzino ex-novo, problema di gestione) o per un magazzino che dobbiamo gestire (problema di ottimizzazione)? Si ragiona: su dati raccolti nei precedenti anni, con l’esperienza, se stiamo facendo una verifica su un magazzino esistente; tramite previsioni delle quantità in arrivo e in partenza, per magazzini da progettare ex-novo, e questo è tutt’altro che semplice. La difficoltà nella previsione dei dati sta proprio nel fatto che questi dati guardano a tutto ciò che succede nel magazzino ora per ora; pertanto, si evince subito come sia molto più facile farlo su magazzini esistenti, e sia estremamente complesso per magazzini che nemmeno esistono e devono essere progettati. In generale, comunque, ci si basa su dati storici e sull’esperienza. Prima di entrare nel merito del calcolo della potenzialità di movimentazione, occorre dare due definizioni propedeutiche: ciclo di movimentazione semplice e ciclo di movimentazione combinato. Ricordiamoci come sono fatti i magazzini: ci sono i portali, staccati dal pavimento per favorire l’ingresso del mezzo, e le banchine su cui su muovono le UdM per caricare le UdC. Il ciclo di movimentazione semplice è un ciclo di movimentazione nel quale le UdM compiono un percorso che nel caso dell’operazione di immissione prevede: prelievo dell’UdC dalla banchina, trasporto all’interno del magazzino, sistemazione dell’UdC nel posto pallet, ritorno a vuoto dal magazzino alla banchina; allo stesso modo, nel caso dell’operazione di prelievo, il carrello parte dall’ingresso del magazzino, entra nel magazzino a vuoto, preleva un UdC dal posto pallet e la porta fuori a bordo del mezzo. Il ciclo di movimentazione combinato, invece, combina prelievo e immissione: il carrello si trova sulla banchina all’ingresso del magazzino, prende l’UdC dal mezzo, entra nel magazzino, sistema l’UdC nel posto pallet e, anziché tornare fuori, si muove nel magazzino e preleva un UdC da un altro posto pallet (banalmente anche quello accanto a quello dove ha caricato l’UdC) e la porta fuori, caricandola nel mezzo. Quindi, con un singolo ciclo, svolge sia un prelievo che un’immissione. Noi faremo riferimento a cicli di movimentazione semplice, anche se quelli combinati hanno numerosi vantaggi, in primis relativi ai costi e alle risorse impiegate! Quindi, fatte le opportune riflessioni, ci mettiamo nel caso in cui abbiamo a disposizione dei dati storici nel nostro sistema gestionale, in particolare dati circa le estrazioni e le immissioni avvenute nel passato (giorni, mesi e anni precedenti). La base informativa a disposizione è pressoché questa: giorno per giorno, ora per ora, turno per turno, sono riportati i flussi in ingresso e uscita nel magazzino. Grazie a questa base informativa, non facciamo altro che fissare un periodo di osservazione, più o meno lungo, per capire come ha funzionato il magazzino nel passato. Potrei osservare cosa è successo al magazzino in termini di estrazioni e immissioni nello scorso anno, negli scorsi due anni, tre anni ecc. → la definizione dell’ampiezza della finestra temporale di osservazione, per estrarre dei dati utili nella verifica della potenzialità di movimentazione, da cosa dipende? Dal fatto che, nella singola giornata, il magazzino è soggetto a forte variabilità dei flussi, che rendono impossibile una previsione dei dati fatta analizzando la singola giornata: il giorno dopo, la situazione potrebbe essere completamente differente rispetto al giorno prima. Abbiamo bisogno di fare riferimento a dati medi, stando attenti alla deviazione standard dei dati. Quindi, dovendo ottenere dati statisticamente attendibili, dobbiamo ridurre la dispersione rispetto al valore medio. Per ridurre questa variabilità dei dati, ipotizzando che di anno in anno la situazione nel magazzino sia pressoché regolare, dobbiamo ALLARGARE l’orizzonte temporale di osservazione! Questo ci permette ovviamente di raccogliere molti più dati, aumentando l’affidabilità degli stessi. Generalmente, ipotizzando una regolarità annua del magazzino (niente crisi economiche, pandemie, sconvolgimenti del mercato, niente revamping dell’impianto), è sufficiente un orizzonte temporale di massimo 2-3 anni. Quindi, tornando alla tabella, capiamo perché è strutturata così: la strutturazione si articola per settimane (ogni anno ha 52 settimane), e per ogni settimana vengono riportati tutti i giorni lavorativi. Per ogni giorno lavorativo vengono riportati i flussi orari di movimentazione per tutte le ore del turno giornaliero di lavoro→quindi avremo, nell’ipotesi di avere 1 turno giornaliero da 8 ore, 52*5*8 dati sui flussi. Per esempio, il lunedì della prima settimana lavorativa, nella prima ora del turno lavorativo, sono arrivate 7 UdC nel magazzino (la tabella in basso riguarda i flussi in ingresso, ma vale lo stesso anche per i flussi in uscita). Di questi dati, in particolare, quali mi interessano per fare il calcolo sulla potenzialità? Sia per i flussi in ingresso, sia per i flussi in uscita, io devo costruire due serie statistiche: la serie 1, ossia la serie delle medie dei flussi orari giornalieri (ottenuta facendo giorno per giorno la media dei flussi orari che interessano quel giorno); la serie 2, ossia la serie dei massimi dei flussi orari giornalieri (ottenuta riportando per ogni giorno, il massimo valore di flusso registrato nell’arco di quella giornata). Calcolo media dei flussi e massimo tra i flussi per ogni giorno e costruisco le due serie. Queste serie sono quelle che mi guidano nella scelta della potenzialità: di entrambe le serie calcolo minimo, massimo e valor medio. Nel dettaglio, dalla prima serie prenderò il dato sul valore minimo, e dalla seconda serie prenderò il dato sul valore massimo. Quindi prenderò il minimo dei flussi medi orari giornalieri e il massimo tra i massimi dei diversi flussi orari giornalieri. (N.B La differenza tra flussi in ingressi e in uscita è che per gli ingressi parleremo di “arrivi”, mentre per le uscite parleremo di “partenze”) Detto ciò, la potenzialità di movimentazione si sceglie tra questi due valori estremi, ma non è disponibile una formula che parte da questi due valori e ci restituisce un risultato preciso. Bisogna fare qualche ragionamento quali-quantitativo: Prendiamo come esempio gli ingressi: quando arrivano i mezzi di trasporto, che devono scaricare, possono restare all’interno dello stabilimento per un tempo limitato, perché i trasportatori hanno i loro viaggi da fare, non vengono mica solo al nostro stabilimento. Esistono delle norme nazionali che prevedono che, superato un certo tempo di attesa per lo scarico, ci siano delle penali a carico di chi ordina il trasporto. Questo viene fatto per tutelare i trasportatori affinché possano sfruttare al massimo i loro trasporti. Accade che, arrivato il mezzo, bisogna subito scaricarlo: questo vuol dire che bisogna dare priorità allo scarico del mezzo. Se non abbiamo un numero sufficiente di carrelli e, quindi, una sufficiente potenzialità di movimentazione per prendere le unità dal mezzo e portarle nel magazzino, come facciamo per evitare le penali? Svuoto il mezzo e temporaneamente deposito le UdC sulla banchina; dopodiché, con calma, le trasferisco nel magazzino, tanto per quello non ho priorità particolari. Quindi, per potenzialità di movimentazioni basse, mi sposto verso il limite inferiore (il minimo della serie 1), devo immaginare spazi delle banchine molto ampie, e quindi dimensionarle affinché siano ampie e consentano di depositare temporaneamente le UdC; d’altro canto, per potenzialità di movimentazione alte, mi sposto verso il limite superiore (il massimo della serie 2), quindi non mi interessa avere banchine profonde, perché sono sicuro, coi miei mezzi a disposizione, di effettuare rapidamente lo scarico del mezzo. Quindi, per i flussi in ingresso, per questo grafico che riporta il costo in €/anno sulle ordinate e l’intervallo di potenzialità di movimentazione sulle ascisse, la determinazione della potenzialità di movimentazione ottimale è l’esito di un problema di trade-off. Il trade-off è economico, e si ha tra i costi relativi alla realizzazione delle banchine all’ingresso e i costi della flotta di movimentazione: più aumenta la potenzialità di movimentazione, più aumentano i costi legati alla movimentazione (aumentano sia i costi fissi che i costi variabili, ovviamente). Nel dettaglio, l’aumento è a gradino, e quel gradino è determinato dal momento in cui si aggiunge una UdM, dove ricordiamo che questo incremento è un costo fisso, un incremento verticale dei costi che non dipende dalla movimentazione ma solo dal fatto che ho aggiunto un mezzo in più nella mia flotta. Quindi, ipotizzando di avere una flotta iniziale di 1 carrello, i costi della movimentazione aumentano linearmente fino alla saturazione della singola UdN e poi hanno un gradino, corrispondente all’aggiunta di una UdM in più alla flotta. Dopo l’aggiunta, i costi riprendono a variare linearmente sino alla saturazione della seconda UdM, e così via di UdM in UdM. Allo stesso modo, più aumenta la potenzialità di movimentazione, più si riduce il costo delle banchine, che ha un andamento decrescente. La potenzialità ottimale dipende dalla somma di questi due costi: la somma dei due costi è espressa dalla curva del costo totale (costo di movimentazione + costo di realizzazione delle banchine). La potenzialità di movimentazione ottimale coincide con il punto di minimo della curva di costo totale. Per i flussi in uscita, bisogna fare una riflessione leggermente diversa: l’andamento delle curve è identico, solamente che il costo decrescente NON è il costo di realizzazione della banchina, ma è il costo che riguarda le penali nella consegna dei carichi. Questo perché i mezzi in partenza devono arrivare puntuali al destinatario, essendoci dei contratti di consegna, che prevedono penali in caso di ritardo. Queste penali si riducono all’aumentare della potenzialità di movimentazione. Fatta questa modifica concettuale alla curva di costo decrescente, il resto è totalmente identico. Ora, supponiamo di aver trovato la PM ottima, in ingresso e in uscita. Come ci organizziamo per gestire la movimentazione? Avere una ben precisa PM vuol dire avere un certo numero di carrelli. Nelle piccole aziende, normalmente, gli stessi carrelli si occupano tanto degli arrivi, tanto delle partenze. Non ci sono flotte dedicate agli arrivi e flotte dedicate alle partenze. Nelle grandi aziende, invece, è possibile trovare due flotte distinte per arrivi e per partenze. Ottenuta la PM in ingresso e la PM in uscita, occorre ricavare il numero di carrelli per l’ingresso e il numero di carrelli per l’ingresso. Quando invece i carrelli sono gli stessi sia per gli arrivi che per le partenze, possiamo avere due possibilità. Nella prima ipotesi, siamo i carrelli per un turno per le entrate e per un turno per le uscite, organizzando il magazzino dedicandolo nel primo turno alla ricezione degli arrivi e nel secondo turno alla gestione delle partenze. In questo caso, calcolando due diverse potenzialità e ipotizzando che ragionevolmente esse siano differenti tra ingressi e uscite, devo ovviamente dimensionare la flotta scegliendo di dimensionarla facendo frotte alla massima potenzialità tra le due che ho ottenuto. Nella seconda ipotesi, non faccio distinzione fra i turni e gestisco ingressi e uscite nello stesso turno. In questo caso devo SOMMARE le potenzialità in ingresso e uscita per dimensionare la flotta di movimentazione. La differenza è notevole in termini di investimento. Quindi, ricapitolando: Distinguo in due turni arrivi e partenze→dimensiono sulla base del fabbisogno massimo NON distinguo arrivi e partenze in due turni→dimensiono sulla base della somma dei fabbisogni 4)CALCOLO DELLA POTENZIALITA’ RICETTIVA (n° di UdC stoccabili) Adesso ci soffermiamo sulla capacità ricettiva, ossia il numero di posti pallet che il nostro magazzino deve garantire per una corretta operatività. La capacità ricettiva si misura in termini di numero di UdC stoccabili nel magazzino. Questa capacità ricettiva va definita e determinata, perché è evidente come una maggiore capacità ricettiva implichi maggiori costi fissi (investimenti) e costi variabili (gestione del magazzino). Pertanto, è importante non sbagliare la scelta della capacità ricettiva: una capacità ricettiva sovrastimata vuol dire spazio nel magazzino non utilizzato, rischio di costi superiori a quelli strettamente necessari, e noi vogliamo ottimizzare le condizioni gestionali del magazzino! Anche qui possiamo partire dall’analisi di dati storici disponibili nei sistemi informatici di gestione del magazzino, oppure possiamo fare delle previsioni. I dati, questa volta, non sono relativi a partenze e arrivi, ma relativi alle quantità che in periodi di tempo prestabiliti sono state rilevate all’interno del magazzino, per singoli articoli. Quindi dobbiamo analizzare l’andamento degli stoccaggi di tutti gli articoli che avranno posto nel magazzino. Quindi l’analisi da condurre è di natura statistica! In questo caso i dati raccolti nella tabella sono relativi agli stoccaggi medi e agli stoccaggi massimi registrati in un certo periodo di tempo, su un arco temporale di osservazione più o meno ampio. Per capirci, guardiamo la seguente tabella: abbiamo sulle righe i diversi prodotti/articoli (detti “voci a magazzino”) che possono entrare nel magazzino, per i quali vengono riportati i dati circa le giacenze medie (valori medi delle giacenze) e le giacenze massime registrate nelle diverse settimane dell’anno. L’idea è che il magazzino ospita diversi prodotti, e i diversi prodotti avranno ovviamente diverse frequenze di movimentazione; quindi, anche la sistemazione a magazzino degli articoli deve essere funzionale alle condizioni operative→gli articoli più movimentati devono essere facilmente raggiungibili; gli articoli meno movimentati possono occupare anche aree meno facilmente raggiungibili nel magazzino. Le giacenze a magazzino sono ovviamente misurate in termini di numero di UdC. Anche qui, maggiore è la variabilità dei dati, più occorre allargare l’orizzonte temporale di analisi. L’idea rimane sempre di avere dati significativi dal punto di vista statistico, e quindi la settimana risulta il miglior compromesso (avremmo potuto anche avere il mese, in caso di maggiore variabilità dei dati). Ricaviamo anche qui due serie importanti: il massimo delle giacenze massime registrate per ogni singolo articolo e la sommatoria delle giacenze medie dei diversi prodotti per ogni settimana. Si riporta poi, grazie alla prima serie, anche la somma dei massimi delle giacenze massime dei diversi prodotti, che coincide proprio con il valore limite/massimo della capacità ricettiva: è ovvio, se sommo i massimi tra i massimi delle giacenze, sono certo che il mio magazzino non dovrà ospitare mai più di quel valore. È un riferimento cautelativo, il valore pessimistico della capacità ricettiva, molto elevato. Il nostro obiettivo è ridurre al minimo le dimensioni del magazzino; quindi, devo cercare di non utilizzare questo valore cautelativo, correndo il rischio di dover sistemare nel magazzino una quantità per la quale non ho il numero sufficiente di posti pallet. Siamo disposti a correre un rischio di sottodimensionamento. Della sommatoria dei valori medi delle giacenze (la seconda serie), ricaveremo il valore minimo, il valore massimo e il valore medio. Raccolti questi dati, cosa dobbiamo fare? Entra in gioco la scelta della logica di sistemazione delle UdC nel magazzino. Abbiamo diversi criteri di collocazione delel UdC nei vari posti pallet disponibili. Le diverse soluzioni a disposizione sono: • Criterio “shared storage” o “a posti condivsi”; • Criterio “dedicated storage” o “a posti dedicati” • Criterio “class-based storage” o “per classi”. Dobbiamo, sulla base dei dati raccolti, scegliere la capacità ricettiva ottimale scegliendo tra uno di questi tre criteri. Criterio shared storage: entriamo nel magazzino per collocare una UdC e la sistemiamo nel primo posto pallet libero a disposizione nelle scaffalature. Quindi, il criterio è quello di minimizzare il percorso che il carrello deve fare nel magazzino. Non abbiamo postazioni dedicate, prestabilite. Non abbiamo zone del magazzino dedicate per i diversi articoli, tutti i posti disponibili sono disponibili per tutti gli articoli. Non avendo un’assegnazione fissa degli articoli, dobbiamo tener traccia di quello che facciamo, dei posti utilizzati, perché altrimenti non sapremmo come capire dove sono collocati i diversi articoli→abbiamo bisogno di un sistema informatico che ci aiuta a localizzare i diversi pallet nelle diverse postazioni. Ma questo non è un problema, la rintracciabilità del pallet nello shared storage è ormai pratica diffusa. Nel momento in cui possiamo utilizzare lo shared storage (ci sono dei limiti all’impiego), la capacità ricettiva si determina in un modo preciso: in particolare, andremo a considerare la sommatoria delle giacenze medie, e prenderemo il valore massimo e il valore minimo. Lo shared storage è utilizzabile SOLO in un caso: nel caso in cui gli andamenti nel tempo delle giacenze medie dei diversi articoli sono tali che ci sia una “compensazione”/bilanciamento tra aumento di giacenza di alcuni articoli e diminuzione di altri. Ad esempio, supponiamo di avere due soli articoli dei quali abbiamo l’andamento nel tempo delle giacenze medie dei diversi articoli. Supponiamo che entrambi gli articoli abbiano lo stesso valore massimo della giacenza. In particolare, supponiamo che all’inizio dell’anno l’articolo 1 abbia giacenza massima e alla fine dell’anno la sua giacenza si azzeri; supponiamo invece che per l’articolo 2 l’andamento sia esattamente opposto, ossia massimo alla fine dell’anno e nullo all’inizio. Se prendessi come riferimento la quantità massima di questi due articoli e la considerassi indipendente per i due articoli, se considerassi una logica cautelativa, sarebbe opportuno dimensionare il mio magazzino assegnandogli una capacità ricettiva pari a 200 (la somma dei due massimi). È proprio qui che entra in gioco lo shared storage: se noto gli andamenti nel tempo, osservo che la somma delle giacenze dei due articoli, settimana per settimana, è sempre 100! Quindi, se studio le giacenze, stando attento, posso assegnare al magazzino una capacità ricettiva più piccola grazie alla capacità che gli articoli hanno di compensarsi: i posti lasciati liberi dagli articoli che vengono prelevati, possono essere occupati dagli articoli che vengono caricati. Ecco perché “posti condivisi”, perché i posti non sono riservati per articolo, ma gli articoli si compensano evitando di avere capacità ricettive eccessive. Quando, anche con N articoli, mi accorgo di questo bilanciamento, posso usare lo shared storage per risparmiare notevolmente sui costi di gestione e sugli investimenti. La regola che sottende lo shared storage è la presenza di una bassa correlazione tra le giacenze e un andamento contrapposto tra le giacenze nel tempo. Con lo shared storage, in queste condizioni, il dimensionamento del magazzino può essere eseguito con riferimento alla sommatoria delle giacenze medie dei vari articoli, anziché fare riferimento alla somma dei massimi, con notevoli risparmi. I valori da considerare come minimo e massimo, per determinare l’intervallo dei valori nel quale scegliere la capacità ricettiva finale, saranno il minimo della sommatoria delle giacenze medie e il massimo della sommatoria delle giacenze medie ricavati nei periodi di osservazione. Stabilito l’intervallo, però, per determinare la capacità finale dobbiamo porci una domanda: c’è la possibilità di esternalizzare lo stoccaggio? Esternalizzare o terziarizzare lo stoccaggio vuol dire fare riferimento ad un servizio esterno di stoccaggio, offerto da terzi, che mettono a disposizione i loro magazzini e il loro spazio. Questo accade quando non riusciamo a fare fronte autonomamente a dei picchi di carico che saturano i nostri volumi a disposizione nel magazzino. Quindi avremo il caso in cui potremo avvalerci della terziarizzazione e il caso in cui non potremo avvalerci. Se la terziarizzazione è impossibile, si considera come valore della capacità ricettiva il massimo della serie; Se la terziarizzazione è possibile, il ragionamento è più interessante e tiene conto di un problema di trade-off. In questo problema si considerano due funzioni di costo: il costo di gestione del magazzino, F1, che aumenta all’aumentare della capacità ricettiva; i costi della terziarizzazione, F2, che diminuiscono all’aumentare della capacità ricettiva (più è ricettivo il magazzino, meno farò ricorso a terzi). Avendo andamento discorde, troverò il valore minimo della somma dei costi F1 e F2, e in corrispondenza di questo minimo di costo troveremo la capacità ricettiva ottimale, che minimizza i costi totali. Questo per quanto riguarda i posti condivisi, con andamenti delle giacenze nel tempo NON correlati e discordi. Criterio dedicated storage: se, invece, avessimo avuto un andamento nel tempo delle giacenze nel tempo correlato; quindi, in presenza di correlazione degli andamenti nel tempo delle giacenze (che quindi hanno sviluppi simili nel tempo), usiamo il dedicated storage, andando a prendere i massimi delle giacenze di ciascun articolo. Nel dedicated storage andiamo a dedicare una parte del magazzino a ciascun articolo. In particolare, ad ogni articolo è dedicata una parte del magazzino il cui numero di posti è pari al massimo della giacenza ricavata per quell’articolo. Nel dedicated storage c’è un problema aggiuntivo: l’allocazione dell UdC non è casuale come nello shared storage, ma viene fatta rispettando le aree dedicate nel magazzino. E quindi, qual è la logica di assegnazione delle aree dedicate nel magazizno? Devo calcolare la frequenza con la quale ciascun articolo viene movimentato, perché le diverse aree del magazzino avranno una distanza differente dalla porta di accesso dei mezzi. Naturalmente, i costi di movimentazione dipendono dalle distanze percorse; pertanto, un articolo ad alta movimentazione avrà un’area dedicata molto vicina alle porte di ingresso, in modo tale che i mezzi di movimentazione non facciano un percorso molto lungo, proprio perché lo faranno molte volte. Gli articoli a più bassa movimentazione, invece, verranno posti in aree più lontane. Introduciamo allora l’indice di accesso, che viene definito per ogni articolo: definiamo per ogni prodotto i del magazzino, l’indice di accesso, πΌπ΄π come il numero medio di accessi effettuati per quell’articolo ad un singolo vano in un periodo di tempo fissato. Si ottiene rapportando il numero medio di movimentazioni fatte per quell’articolo in un certo periodo di tempoi e il numero di posti pallet dedicati per quell’articolo: πΌπ΄π = πΌππ πππππ π π [ ] π° ππ πππππ πππππππ‘π π ∗ πππππ Con πΌππ,π numero di UdC del tipo i movimentate nel tempo T. L’unità di misura dell’indice di accesso è quella di una frequenza: 1/T Questo indice ci permette di capire, in quanto frequenza di movimentazione, come assegnare i posti nel magazzino: gli articoli con più alto indice di accesso verranno posizionati vicini all’ingresso; gli articoli con più basso indice di accesso potranno essere posizionato più lontani nel magazzino. Criterio class-based storage: è una via di mezzo tra lo shared e il dedicated. Si parte dal calcolo dell’indice di accesso per i diversi articoli e si raggruppano gli articoli in un certo numero di classi (tipicamente da 2 a 5), dove ogni classe raggruppa articoli con indice di accesso quantomeno simile. Quindi avremo classi di articoli con indice di accesso simile. A questi raggruppamenti, poi, vengono dedicate aree del magazzino, che vengono posizionate nel magazzino sulla base dell’indice di accesso, come nel dedicated storage. Poi, all’interno di ciascun gruppo di articoli, farò i ragionamenti sulle correlazioni: vado a guardare l’andamento nel tempo delle giacenze degli articoli nello stesso gruppo e, se questi andamenti sono contrapposti e non correlati, userò per quel gruppo un criterio shared storage, condividendo i posti e quindi scegliendo per quei posti una capacità come visto nello shared; se, invece, gli andamenti sono correlati, dimensionerò il gruppo in base ai massimi. La capacità complessiva del magazzino verrà fuori dalla somma delle capacità dei singoli gruppi, studiando la correlazione degli andamenti. In basso un esempio di quanto dicevamo per le aree dedicate in base all’indice di accesso: evidentemente A ha il maggior indice di accesso! 5)SCELTA DEL TIPO DI MAGAZZINO Quindi, conclusi i discorsi circa capacità ricettiva e capacità di movimentazione, occorre capire quale tipo di magazzino ci conviene scegliere. Le variabili decisionali per questa scelta sono: indice di accesso e indice di selettività. Considerati questi due fattori, usiamo questa guida alla scelta: Adesso dobbiamo capire come assegnare le dimensioni al nostro magazzino e dobbiamo capire meglio come dimensionare la flotta dei carrelli, data la nostra potenzialità di movimentazione. 6)CONSIDERAZIONI GEOMETRICHE Vediamo un attimo questo esempio: Questa è la vista tridimensionale di un magazzino a scaffalature bifrontali, con indice di selettività pari a 1, nel quale il carrello si muove tra i diversi corridoi. Abbiamo 5 livelli di stoccaggio e 3 corridoi che scaffalature. separano È le importante studiare dal punto di vista geometrico questa configurazione. Per fare ciò, vediamo la vista in pianta: Focalizziamoci sulla striscia in rosso tra le scaffalature e il piccolo segmento in rosso. Il segmento in rosso lo ritroviamo N volte nella striscia, in particolare esso si ripete per un numero pari ai corridoi del magazzino. Quindi, preso quel segmento, moltiplicato per N, ottengo la striscia. Se prendo quella striscia e la moltiplico per un certo numero x di volte, ottengo l’intera planimetria del magazzino. Oltre allo sviluppo in pianta, il magazzino si sviluppa anche in quota, in altezza. Concentriamoci su una porzione verticale che comprende metà di una scaffalatura e metà di un’altra. Dopodiché, riportiamo tutto nella vista tridimensionale. La chiave del discorso è questa: in un magazzino classico a scaffalature bifrontali, se replichiamo N volte quella figura tridimensionale a destra in rosso, otteniamo l’intero magazzino! Quella figura tridimensionale in rosso prende il nome di modulo unitario. Questo modulo elementare, ripetuto un certo numero di volte, restituisce l’intera struttura del magazzino, ed è fondamentale per il dimensionamento e per la scelta delle caratteristiche geometriche del magazzino. C’è una relazione tra il modulo unitario e l’indice di utilizzazione superficiale del magazzino. In particolare, l’indice di utilizzazione superficiale del magazzino si può calcolare direttamente dal modulo unitario: mi basta dividere il numero di unità che si trovano nel modulo unitario per la superficie del modulo unitario! Noi faremo riferimento sempre alle dimensioni medie, pertanto, consideriamo la singola cella/posto pallet. Il magazzino è fatto con degli elementi strutturali in carpenteria metallica orizzontali e verticali. Su queste strutture è presente il posto pallet, sui quali viene sistemata l’UdC. A sinistra vediamo la sistemazione in altezza di un UdC nel posto pallet. Ovviamente l’UdC non può andare ad incastro, deve esserci un gioco in altezza, larghezza e profondità tra il posto pallet e l’UdC stessa. La linea rossa è quella che corre in mezzeria delle strutture in carpenteria. Quando calcoleremo l’altezza delle scaffalature, prenderemo in considerazione l’altezza della singola cella, misurata come hm, che si riferisce proprio alla linea rossa, e coincide con l’altezza media del posto pallet. Lo stesso viene fatto per la larghezza Lm e per la profondità. La cella deve avere dei margini cautelativi per consentire ovviamente una certa mobilità dell’UdC al suo interno e la movimentazione stessa (inserimento ed estrazione). NON ESISTE INCASTRO! Generalmente i margini sono di 10-20 cm Di conseguenza, come si può sistemare in quello spazio un europallet? Abbiamo due possibilità: Guardando la cella, possiamo vedere o il lato corto o il lato lungo del pallet. Entrambe le soluzioni sono possibili ma ci sono delle differenze. La configurazione A è quella col lato corto parallelo al corridoio e la configurazione B è quella col lato lungo parallelo al corridoio. Notiamo subito che, con la configurazione A la scaffalatura diventa ovviamente più profonda, nella configurazione B la scaffalatura è meno profonda ma è più larga, a parità di celle. Quindi nella configurazione A si allarga il corridoio, mentre nella configurazione B si allunga il corridoio, e quindi aumenta il tragitto medio da percorrere, i tempi e i consumi. Nella configurazione A il corridoio è sì più corto, ma si allargano sia il corridoio sia la scaffalatura! Per capirlo, vediamo questa figura: il carrello si deve posizionare di fronte alla scaffalatura per sistemare nella cella l’UdC, In figura vediamo lo spazio di cui il carrello necessita per fare le opportune movimentazioni. All’ingombro del carrello va aggiunto l’ingombro dell’UdC che viene trasportata. Pertanto, se sulle forche ho un UdC con il lato corto parallelo al corridoio, il parametro b è il lato lungo dell’UdC. Questo parametro si somma ad uno spazio di sicurezza e alla lunghezza del carrello, per determinare la larghezza D del corridoio. Quindi, nelle due configurazioni, si modifica b: è maggiore nella configurazione A, minore nella configurazione B. Maggiore è b, maggiore è la larghezza del corridoio necessaria per la movimentazione. Vediamo un po’ di esempi: Quindi, quanto più la larghezza del corridoio si riduce, si riduce la differenza tra le diverse configurazioni, in particolare in termini di superficie del modulo unitario. La larghezza del corridoio si può ridurre utilizzando un carrello più compatto. Più compattiamo l’UdM, più riusciamo a ridurre la differenza tra le disposizioni. Chiaramente, non dimentichiamo mai che il modulo unitario è un fattore geometrico tridimensionale; pertanto, dobbiamo considerare anche l’altezza. Avendo le informazioni sull’altezza del posto pallet e sul numero dei livelli, possiamo calcolare l’indice di utilizzazione superficiale grazie alla proiezione del modulo unitario in pianta. Il vero problema sta nel capire il numero di livelli del magazzino avendo a disposizione un carrello che ha limiti nella quota raggiungibile dalle forche. La quota massima raggiungibile dalle forche del carrello è nota come altezza forche. Conoscendo l’altezza forche, le caratteristiche geometriche dell’UdC e l’altezza della cella/posto pallet (hm) posso ricavare il numero di livelli realizzabili con quel carrello: basta banalmente dividere l’altezza forche per l’altezza del posto pallet, arrotondandola all’intero superiore (i livelli sono un valore intero, ovviamente). Fatto questo, posso calcolare l’indice di utilizzazione superficiale dividendo il numero di pallet che possono essere sistemati nel modulo unitario per la superficie del modulo unitario Vediamo un esempio per calcolare l’indice di utilizzazione superficiale: OSS: la superficie del modulo unitario si calcola come base per altezza, dove la base ovviamente è la somma dell’ampiezza del corridoio per due volte la larghezza del posto pallet (10 cm cautelativi + lato lungo nel caso di disposizione A), mentre l’altezza è pari alla profondità del posto pallet (10 cm + 10 cm cautelativi + lato corto nel caso di disposizione A). LEZ 26: 18/12/2023 Vediamo altri esempi per prendere la mano con i calcoli: Vediamo, adesso, un esempio molto particolare, ossia quello del magazzino a gravità. Come sappiamo, il magazzino a gravità è un magazzino a scaffalature che ha un’elevata efficienza di stoccaggio, perché riduce al massimo il numero di corridoi per immissione e prelievo delle UdC. Questo è possibile realizzando delle scaffalature tramite piani inclinati rispetto all’orizzontale, cosicché l’UdC possa muoversi su di essi grazie a delle rulliere. Le UdC vengono immesse nella parte soprelevata (vedi figura alla prossima pagina) e vengono prelevate nella parte a contatto col pavimento. Calcoliamo quindi l’indice di utilizzazione superficiale, e vediamo proprio come, rispetto agli altri magazzini a scaffalature è molto più elevato: MODULO UNITARIO OSS: la superficie del modulo unitario ricordiamoci che viene calcolata come la superficie IN PIANTA DEL MODULO; pertanto, si considera la striscia cerchiata in rosso, ottenuta sezionando il magazzino con un piano parallelo al pavimento. Si osservi che la pianta del magazzino è tale che alle estremità sinistra e destra del magazzino avviene il carico delle UdC, mentre lo scarico avviene in un corridoio centrale, più largo di quelli laterali. Questo proprio perché nel corridoio centrale confluiscono DUE FLUSSI DI CARICO. Il modulo unitario comprende: il corridoio di carico, metà del corridoio di scarico e tutte le celle che costituiscono un canale a gravità. Se osservassimo questo modulo in tutto il suo sviluppo verticale e lo moltiplicassimo per N volte otterremmo, come sempre, la configurazione dell’intero magazzino. Quindi, se il corridoio di scarico è ampio L, i corridoi di carico sono ampi L/2. Attenzione a non confondere questa L con quella nella figura dell’esercizio, che corrisponde invece alla lunghezza del canale a gravità! La figura seguente chiarisce meglio questo aspetto, con la striscia in giallo e rosso che indica proprio il modulo unitario: OSS: il disegno NON è semplificato! Qui le UdC sono effettivamente tutte compattate fra loro, a contatto. Per questo esercizio, ogni canale può accogliere fino a 10 UdC contigue. Un’altra riflessione è quella sull’angolo di inclinazione del canale, α, che deve essere molto piccola per fa sì che la lunghezza effettiva del canale (l’ipotenusa del triangolo rettangolo, in blu) sia praticamente pari alla lunghezza del cateto (in verde). Parliamo, quindi, di angoli che si aggirano attorno ai 4-5°. È un’approssimazione molto buona, che sfruttiamo. Per arrivare all’indice di utilizzazione superficiale, calcoliamo la superficie in pianta del modulo unitario e capiamo quante UdC gravano su quella superficie. Per quanto riguarda la superficie del modulo unitario, non abbiamo molti problemi: conosciamo le ampiezze dei corridoi, il numero di pallet accolti in un canale e le dimensioni dei pallet. Ricordiamoci, poi, che per determinare il numero di livelli di stoccaggio dobbiamo sempre fare riferimento all’altezza massima delle forche, perché è questa a determinare il massimo sviluppo in altezza utile del magazzino! A questa altezza forche, però (e qui c’è la particolarità del magazzino a gravità), va sottratta l’altezza NON UTILIZZABILE per via dello sviluppo inclinato del canale, che si ottiene tramite banale trigonometria. Quindi l’inclinazione ha un effetto peggiorativo, perché riduce il numero di livelli di stoccaggio. Ottenuta quindi l’altezza “netta”, divisa questa per l’altezza del posto pallet, ricaviamo il numero di livelli di stoccaggio, sommando a questo valore il valore 1. Che, se confrontato con gli altri esempi, è nettamente migliore! 7)UDM: TEMPI CICLO E POTENZIALITA’ DI MOVIMENTAZIONE Parliamo adesso della movimentazione nel magazzino. Calcolare il numero di UdM che servono per gestire correttamente il magazzino è fondamentale. Dobbiamo capire come è possibile calcolare la potenzialità di movimentazione di un mezzo, che ha le proprie caratteristiche cinematiche che dipendono da svariati fattori. Da questa potenzialità, dipende il dimensionamento della flotta di mezzi effettivamente necessaria per far fronte alle esigenze di magazzino. Per calcolare la capacità di movimentazione di un carrello, dobbiamo introdurre alcune definizioni riguardanti i tempi del ciclo di immissione e del ciclo di prelievo di una UdC. Questi cicli sono tutti CICLI SEMPLICI (non combinati). In particolare, prendendo come punto di partenza del carrello la banchina, per prelevare dal mezzo l’UdC: • In un ciclo semplice, sia esso di immissione o di prelievo, c’è SEMPRE una fase in cui il carrello si muove a vuoto, ossia senza l’UdC; • In un ciclo combinato, invece, si uniscono le esigenze di immissione e le esigenze di prelievo; pertanto, il carrello non si muove mai a vuoto. È difficile da realizzare, tant’è che normalmente un carrello è dedicato o a immissione o a prelievo. Focalizzandoci sui cicli semplici: • Il ciclo semplice di immissione è quello che ci consente di portare l’UdC all’interno del magazzino e prevede ritorno a vuoto dell’UdM; • Il ciclo semplice di prelievo è quello che ci consente di estrarre l’UdC dal magazzino e prevede un’andata a vuoto dell’UdM. Adesso cerchiamo di capire quali sono le operazioni che si svolgono in ciascun ciclo. Sono sempre le stesse e vanno ricordate perché a ciascuna di esse è assegnato un tempo di attività che influisce sulla capacità di movimentazione del mezzo. Per un ciclo semplice di immissione e per un normale carrello elevatore a forche (che possono anche essere retrattili per esigenze di compattezza), le operazioni sono: ricevimento dei dati e delle informazioni sufficienti per individuare l’UdC da portare all’interno del magazzino; spostamento del carrello per il prelievo e posizionamento per l’aggancio; ciclo forche per il prelievo/aggancio (inserimento delle forche nel pallet per agganciarlo); percorso di andata del carrello; posizionamento dell’UdC in corrispondenza della cella assegnata per quella UdC per l’immissione; ciclo forche per l’immissione dell’UdC (fino a prima le forche erano in basso per esigenze di sicurezza; nel secondo ciclo forche, invece, esse si sollevano ad una certa altezza prestabilita per l’immissione nella cella. Dopodiché il carrello si avvicina alla cella e deposita l’UdC); discesa forche a vuoto (fino alla quota 0); percorso di ritorno. Per il ciclo semplice di prelievo, invece, il percorso avviene “al contrario”, partendo dal magazzino e depositando l’UdC nel mezzo. Qui nel primo ciclo forche, le forche si alzano per il prelievo. N.B: la retrattilità delle forche aumenta i costi del carrello ma permette di utilizzare carrelli più stretti. Alla fine, in questi cicli semplici, distinguiamo tempi fissi e tempi variabili: i tempi fissi sono quelli che NON dipendono dalla posizione da raggiungere, e sono uguali per tutti i cicli (esempio, ricevimento dati e ciclo forche); i tempi variabili sono quelli che dipendono dal percorso e dalla quota da raggiungere per fare il prelievo o l’immissione (esempio, percorso di andata e ritorno, sollevamento e abbassamento forche. In soldoni, TUTTI i tempi di traslazione verticale e orizzontale). Questi tempi sono tutti tempi medi, in quanto tipicamente dipendono dall’operatore. Cerchiamo di calcolare questi tempi e di legarli alle caratteristiche del carrello: I tempi fissi sono facili da calcolare. Concentriamoci sui tempi variabili: Il tempo variabile di prelievo dipende da 4 contributi: due dipendenti dallo spostamento orizzontale, d, e due dipendenti dallo spostamento verticale, h*(J-1)→considero h*(J-1) perché per prendere l’ultimo pallet in altezza, il carrello deve superare in altezza tutti i J-1 livelli inferiori, di altezza h. I 4 contributi riguardano rispettivamente: il primo, il percorso di andata alla velocità di traslazione senza carico; il secondo, il sollevamento forche a vuoto fino al livello dove si trova l’UdC da prelevare, alla velocità di sollevamento a vuoto; il terzo, l’abbassamento forche con carico fino alla quota zero, con velocità di sollevamento con carico; il quarto, il percorso di ritorno con carico, alla velocità di traslazione con carico. I tempi dei sollevamenti verticali vengono divisi per 2 perché si considera il valore medio tra la massima quota raggiungibile dalle forche e la quota zero. N.B: in questi calcoli usiamo come distanza orizzontale da percorrere un valore d, inteso come distanza media da percorrere, che si basa sull’ipotesi di shared storage. Se così non fosse stato, avremmo dovuto calcolare la distanza media tenendo conto di tutti quelli che erano gli articoli con maggiore frequenza di movimentazione e fare una media pesata. Per bypassare ciò, si semplifica ipotizzando lo shared storage e una equiprobabilità nelle frequenze di movimentazione dei diversi articoli. Vediamo questo esempio: Introduciamo una definizione fondamentale, ossia il concetto di throughput: è collegato alla capacità di movimentazione dell’UdM. Il throughput di un magazzino indica il numero di unità che attraversano il magazzino nell’unità di tempo. Ipotizziamo come unità di tempo l’ora o il turno. In questa unità di tempo, se il magazzino è in equilibrio/a regime in termini di ingressi e uscite (non c’è squilibrio fra le due), il magazzino è attraversato da un numero costante di UdC. Se così non fosse, avremmo uno squilibrio (riempimento o svuotamento del magazzino). Quindi, nei magazzini, si parla sempre di throughput. Dire che un magazzino ha un throughput di 100, vuol dire che in un’ore/un turno il magazzino è attraversato da 100 UdC in ingresso e 100 UdC in uscita; pertanto, nell’unità di tempo, un magazzino movimenta un numero di UdC complessive pari a due volte il throughput. Grazie al throughput, si definisce il tempo medio di ciclo semplice, ottenuto mediando tempo di prelievo e tempo di immissione. Il tempo medio di ciclo semplice viene usato per calcolare la capacità di movimentazione di un mezzo, ossia il numero di UdC che un carrello può gestire in ingresso o in uscita nell’unità di tempo, tipicamente un turno (8 ore). In particolare, la capacità di movimentazione (UdC/giorno) si ottiene in questo modo: Dove 8 sono le ore giornaliere del turno e 3600 sono i secondi per ogni ora. Alla fine, non vuol dire altro che dividere il tempo massimo disponibile per la movimentazione per il doppio del tempo medio di ciclo semplice. In questo calcolo si trascurano tutti i problemi che ben conosciamo circa i carrelli elevatori, come la durata della batteria e la manutenzione. 8)DETERMINAZIONE DEL LAYOUT OTTIMALE DEL MAGAZZINO Il problema fondamentale, qui, è la determinazione del rapporto ottimale tra le due dimensioni in pianta di un magazzino tradizionale (rettangolare) a scaffalature bifrontali. Il magazzino ha un lato sul quale si trova l’accesso del carrello elevatore e un “lato cieco”, che non ha ingressi. In generale abbiamo anche più ingressi in un magazzino. Il caso tipico è quello in cui l’ingresso si trovi al centro di uno dei due lati. Di solito, il problema si affronta facendo questa ipotesi: indichiamo il lato lungo del magazzino con U e il lato corto del magazzino con V. La superficie in pianta del magazzino è pari a A=U*V. Il nostro obiettivo è quello di trovare il rapporto ottimale tra U e V nel caso in cui il magazzino abbia ingresso puntuale (schematizzabile come un punto) posto al centro del lato lungo (che quindi è anche il fronte del magazzino). Ancora, ipotizziamo che tutte le postazioni del magazzino abbiano la stessa probabilità di essere utilizzate (equiprobabilità di utilizzo delle celle di stoccaggio→logica di gestione shared storage). Fatte queste ipotesi, se facciamo un calcolo di ottimizzazione del percorso medio (orizzontale, siamo in pianta) che viene effettuato dal carrello per svolgere le operazioni di prelievo e di immissione, siamo in grado di trovare il rapporto ottimale. Il percorso medio di un carrello che deve entrare nel magazzino per fare un’operazione completa (un prelievo e una immissione) è molto semplice da determinare nell’ipotesi di equiprobabilità delle postazioni: in primis, il magazzino è simmetrico proprio grazie a questa equiprobabilità, tant’è che possiamo tagliare a metà il magazzino, tanto ciò che accade a destra accade anche a sinistra con la stessa probabilità di verificarsi e nelle stesse condizioni geometriche. Superato l’ingresso, il carrello compie un tratto parallelo al lato lungo e un tratto parallelo al lato corto del magazzino. Prendiamo come esempio la parte di destra: nella metà di destra della pianta del magazzino, se c’è equiprobabilità, il tratto parallelo al lato lungo è pari al percorso medio tra il minimo che può percorrere (caso in cui il carrello entra nel magazzino e si trova esattamente in linea col corridoio dal quale deve prelevare l’UdC→tratto orizzontale NULLO) e il massimo che può percorrere (caso in cui il carrello deve percorrere tutta la metà del lato lungo→tratto orizzontale U/2), in particolare pari ad U/4. Gli stessi ragionamenti posso farli sul tratto parallelo al lato corto, pari quindi a V/2 ((0+V)/2). Se facciamo un’operazione di immissione e una di prelievo, quindi in ipotesi di ciclo semplice, la somma di questi due tratti è fatta 4 volte, 2 volte per operazione. Detto questo, proviamo ad impostare una funzione che descriva il percorso che viene svolto facendo un’operazione di immissione e una di prelievo. Chiamiamo questa funzione r; risulta: π π π = 4 ∗ ( + ) = π + 2π 4 2 Noi vogliamo MINIMIZZARE questa funzione r, che è una funzione di due variabili. Queste due variabili sono legate fra loro dalla superficie in pianta del magazzino, A, che per noi è un dato, tant’è che noi vogliamo trovare qual è il rapporto ottimale tra U e V a parità di superficie. L’idea è quindi, tramite la superficie, esprimere una variabile in funzione dell’altra. Esprimiamo quindi V in funzione di U: π΄ =π∗π →π = π΄ π Da cui: π(π) = π + 2 π΄ π La minimizzazione si ottiene derivando la funzione e annullandola: ππ 2π΄ = 1− 2 ππ π ππ = 0 → π = √2π΄ ππ Di conseguenza: π= π΄ π΄ √π΄ √2π΄ π = = = = π √2π΄ √2 2 2 π Quindi, il rapporto ottimale tra le due misure è π = 2 → πΌ = ππ½ Cioè, in sostanza troviamo che il rapporto ottimale tra le due dimensioni del magazzino è quello tale che la lunghezza del magazzino sia pari a due volte la sua profondità. Con questa condizione, data una certa superficie (legata alla capacità ricettiva e all’indice di utilizzazione superficiale del magazzino), dando quella proporzione ai due lati riusciamo a garantire una minimizzazione del percorso medio da effettuare per le operazioni di prelievo e di immissione. Chiaramente è fondamentale il rispetto delle ipotesi di partenza. Se cambiano le ipotesi cambiano anche i rapporti ottimali. Vediamo qualche caso particolare: LEZ 27: 21/12/2023 ESERCIZIO: DIMENSIONAMENTO DI UN MAGAZZINO SERVITO DA CARRELLI ELEVATORI
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