La scelta dei parametri tipici di un sistema manifatturiero, stante la garanzia del rispetto delle specifiche qualitative del prodotto da ottenere, è da sempre stata effettuata nell’ottica della riduzione dei costi e dei tempi di produzione. Gli approcci e i modelli per il raggiungimento di tali obiettivi sono ampiamente condivisi ed applicati. Per meglio sottolineare tale affermazione, si consideri a titolo esemplificativo un semplice processo di tornitura. Il costo e il tempo per realizzare un singolo componente vengono calcolati considerando i contributi relativi alle operazioni non produttive (imputabili alla fase di messa a punto della macchina utensile), alla lavorazione propriamente intesa, all’utilizzo degli utensili e alla loro sostituzione.
Durante la fase di pianificazione del processo possono essere identificati i parametri (quali velocità di taglio, profondità di passata, avanzamento) ottimali per la minimizzazione di tempi o costi di lavorazione. Se si concentra l’attenzione sugli effetti della velocità di taglio, è noto che all’aumentare di questo parametro il tempo di lavorazione diminuisce, consentendo una diminuzione del costo relativo. Tuttavia, nel contempo, si ha solitamente un aumento dell’usura degli utensili (tanto più repentino quanto più il materiale è di difficile lavorabilità), con incremento dei costi connessi al loro acquisto e ai tempi di cambio utensile. Pertanto, le due curve che quantificano gli andamenti di costo e di tempo di lavorazione in funzione della velocità di taglio sono caratterizzate da un punto di minimo, analiticamente calcolabile. Tipicamente la velocità di taglio ottimale per avere il minimo costo non coincide con quella per il minimo tempo di produzione, e l’intervallo tra le due condizioni relative di ottimo viene assunto come range di massima efficienza. La soluzione del problema, ovvero la scelta dei parametri di processo da utilizzare, può essere affidata a criteri di ottimizzazione multi-obiettivo o alla non meno importante esperienza del tecnologo.
È interessante notare come negli anni si sia assistito a un crescente riguardo, sia accademico che industriale, nei confronti dell’identificazione di analoghi criteri di ottimizzazione volti alla minimizzazione del consumo di energia e di risorse, ovvero alla diminuzione dell’impatto ambientale. La letteratura di riferimento, seppur di sviluppo recente, si sta rapidamente consolidando a testimonianza di un progressivo cambiamento del punto di vista nell’analisi dei processi manifatturieri. Nuovi studi, alcuni dei quali in corso d’opera, stanno dimostrando che l’ottenimento delle curve relative al consumo primario di energia o delle emissioni in funzione dei parametri di processo (quali la velocità di taglio) porta all’identificazione di altre condizioni di ottimo che vanno ad aggiungersi a quelle relative a costi e tempi di lavorazione. È quindi ragionevole ipotizzare che sia necessario ripensare in maniera olistica e multi-obiettivo ai range di massima efficienza del processo, includendo gli indicatori di performance caratteristici della sostenibilità tra i target di ottimizzazione.
di Paolo C. Priarone