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Architettura Di Prodotto Per Un Aspirapolvere Ad Aria Compressa
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Architettura Di Prodotto Per Un Aspirapolvere Ad Aria Compressa

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  • 1. Progettazione preliminare per un Aspirapolvere ad Aria Compressa: l’Architettura di Prodotto L’AdP Rappresenta uno degli strumenti più idonei per sviluppare prodotti che incontrino al meglio le richieste dei Clienti e per ridurre la Varietà interna dell’azienda mantenendo bassi i costi di gestione e dell’offerta. In genere il processo di progettazione preliminare segue quello di realizzazione del Concept del prodotto, in cui vengono definite le funzioni principali del prodotto e le performance che esso deve possedere rispetto a queste. Il processo di definizione dell’Architettura di prodotto prende spunto da queste informazioni per sviluppare il prodotto nei suoi sottoassiemi e nei suoi componenti. L’architettura va definita con uno sforzo interfunzionale dal gruppo di progettazione visto che essa ha impatto sullo sviluppo successivo, sulla fabbricazione e commercializzazione del prodotto. Il risultato è dato da una configurazione geometrica per il prodotto, la descrizione dei blocchi principali che costituiscono lo costituiscono e la definizione delle interazioni tra i sottoassiemi che lo compongono. La fase di sviluppo del Concept per il caso studio trattato di realizzazione di un aspirapolvere ha portato all’idea centrale di funzionamento mediante aria compressa ed ad un’idea di massima circa gli elementi rappresentanti le funzioni ausiliarie alla funzione di aspirazione. La figura 1 mostra una bozza del Concept del prodotto e degli elementi funzionali che lo compongono. Fig. 1. Bozza del Concept del prodotto e rappresentazione degli elementi funzionali. Una rappresentazione che tiene conto dei flussi di materia ed energia è utile per individuare i legami tra gli elementi che influiscono sul comportamento fisico del prodotto. A tal fine si tratta inizialmente il prodotto come una blackbox in cui si individuano i flussi in entrata ed in uscita, figura 2.
  • 2. Fig. 2. Black-box del prodotto “Aspirapolvere ad Aria Compressa” e flussi di entrata e d’uscita Gli elementi costituenti l’Adp e i passi per l’implementazione sono descritti di seguito. 1. Definizione degli elementi funzionali Le funzioni di un prodotto derivano da ciò che un prodotto è destinato a svolgere. Possiamo rappresentare gli elementi funzionali e le interrelazioni esistenti tra loro e gli elementi esterni attraverso diagrammi definiti come “Strutture funzionali”. 1.1 Passo 1: Creare uno schema del prodotto: un diagramma che rappresenta l’idea degli elementi costitutivi del prodotto. Si distinguono tra elementi fisici ed elementi che vengono descritti solo funzionalmente. I primi rappresentano i fondamenti su cui si basa il concetto di prodotto scelto mentre i secondi sono elementi che non sono stati ricondotti ancora ad elementi fisici e che spesso rappresentano funzioni ausiliarie. Gli elementi funzionali individuati in fase di realizzazione del Concept vengono messi in relazione tra loro in base ai flussi che li attraversano. In figura 3 è mostrato il diagramma che evidenzia la struttura funzionale dell’Aspirapolvere. Fig. 3. Struttura funzionale del prodotto “Aspirapolvere ad Aria Compressa”.
  • 3. In fase di generazione dei concetti per il prodotto “Aspirapolvere ad Aria Compressa” si sono generati dei concetti più approfonditi riguardanti gli elementi funzionali. Nel seguito se ne riportano le descrizioni: o Entrata Aria Compressa: rappresenta un elemento capace di canalizzare il flusso di aria compressa in entrata. o Generazione Cono di Depressione: il concetto generato per questo elemento prevede la conversione dell’energia pneumatica in energia meccanica rotazionale e la trasmissione di tale moto ad un elemento girante capace di creare il risucchio di un flusso d’aria. A tali elementi va aggiunto un elemento che permetta l’attivazione del meccanismo mediante la libera espansione di aria compressa. o Deflusso Aria: elemento funzionale che permette il deflusso di Aria compressa esausta e di Aria proveniente dal Mix. o Sostegno e Copertura: è quell’elemento funzionale che permette l’integrazione di tutte gli elementi funzionali in un unico prodotto. Permette la separazione del prodotto dall’ambiente esterno e che sostiene le parti che lo compongono. o Convoglio del Mix: rappresenta la funzione di canalizzazione del Mix verso l’interno del prodotto. o Separazione del Mix: rappresenta quell’elemento capace di separare il Mix nelle due componenti Aria e Polvere. o Stoccaggio Polvere: rappresenta quell’elemento che permette lo stoccaggio della Polvere. Ad esso è associata anche la funzione di estrazione della polvere dopo l’utilizzo del prodotto. o Presa: rappresenta la funzione di presa in ergonomia del prodotto. D essa va associata la funzione di posizionamento del prodotto all’interno del suo ambiente esterno. o Attivazione: rappresenta l’elemento che permette l’accensione del prodotto rispetto alle funzioni che deve espletare. Tenendo conto dei concetti generati rispetto ai singoli elementi funzionali lo schema di figura 3 si modifica nello schema di figura 4. Tale schema tiene conto delle sottofunzioni specifiche di ogni singolo elemento funzionale e degli accoppiamenti che si hanno tra alcuni di loro. Gli accoppiamenti portano alla nascita di nuovi blocchi funzionali e alla soppressione di alcuni dei blocchi precedentemente individuati. In particolare: o Sostegno e Copertura: è un elemento che viene soppresso nel nuovo schema di dettaglio in quanto risulta un elemento estraneo alla composizione interna del prodotto. In realtà esso partecipa attivamente ad alcune funzioni come quelle di canalizzazione dell’aria in uscita. o Convoglio del Mix: questo elemento viene scomposto in due elementi di cui uno porta il medesimo nome mentre l’altro il nome di “Antifuoriuscita Polvere”. o Separazione del Mix: viene aggiunto a questo un elemento che permette il filtraggio della Polvere residua dell’Aria separata dalla Polvere. o Generazione Cono di Depressione: vengono individuate le funzioni di “Passaggio di Aria Compressa per l’Utilizzo”, “Generazione di Energia Meccanica Rotazionale” e di “Generazione della Forza di Aspirazione”. o Canalizzazione: vengono scomposti i sistemi di canalizzazione per le due tipologie di Aria in uscita dal prodotto e individuata la funzione di espulsione delle stesse. o Presa: viene scomposta nelle funzioni di “Presa” e “Posizionamento”. o Stoccaggio Polvere: viene aggiunto un altro elemento dal nome “Espulsione Polvere”. Vengono infine aggiunti i blocchi relativi al Sistema di Controllo del livello di pressione in entrata nel prodotto, della generazione e dello stoccaggio dell’Aria Compressa.
  • 4. 2. Mappatura degli elementi funzionali nei moduli del prodotto Definite le strutture funzionali è possibile mappare gli elementi funzionali nei singoli componenti secondo differenti tipologie di architetture. Architettura modulare. Richiede una mappatura uno ad uno delle funzioni sui componenti e specifica delle interfacce disaccoppiate tra i componenti in modo che le modifiche effettuate su un componente non richiedono cambiamenti su altri componenti. La modularità è una strategia per organizzare prodotti complessi in modo efficiente. I componenti o moduli vengono progettati indipendentemente ma il loro funzionamento è quello di un sistema integrato. I progettisti di sistemi modulari devono conoscere una quantità di informazioni maggiore rispetto al caso di progettazione integrata in modo da poter sviluppare delle regole di progetto che permettano ai moduli di funzionare in modo sostanzialmente autonomo. Distinguiamo tra: o Parametri nascosti di progettazione: sono decisioni che non impattano sulla progettazione preliminare ma possono essere scelti in un secondo momento all’interno della progettazione di dettaglio e possono essere modificati senza dare comunicazione agli elementi esterni al gruppo di progettazione del modulo. o Le regole visibili: sono quelle che impattano sulle decisioni di progettazione del sistema. Vengono stabilite per prime in un processo di progettazione e vengono comunicate. Esse sono:  Definizione delle funzioni in relazione ai bisogni dei clienti (già viste in precedenza).  Specifica dei moduli appartenenti al sistema e delle loro funzioni (fase attuale).  Le Interfacce che esplicano le interazioni e le connessioni.  Gli standard che identificano la conformità di un modulo alle regole di progettazione e le prestazioni degli stessi nei confronti di altri. I vantaggi dei prodotti con architettura modulare sono: o Vasta offerta di prodotti finiti mettendo a disposizione numerosi componenti. o I componenti comuni possono essere realizzati con migliori economie di scala e bassi costi. o Maggiore facilità a modificare e migliorare il prodotto cambiando singoli moduli grazie alle numerose interfacce disaccoppiate presenti. o Riduzione dei Lead Time di progettazione mettendo in parallelo, una volta definite le interfacce, più gruppi di progetto. o È più facile gestire un processo produttivo di tipo ATO per la presenza dei molti moduli e componenti comuni. o L’architettura modulare favorisce la standardizzazione perché predefinisce interfacce e lavora con moduli a mappatura uno ad uno. o Tra i vantaggi abbiamo ancora la riduzione della variabilità interna all’azienda visto che è possibile offrire prodotti come combinazione di componenti. La varietà è quindi creata nell’assemblaggio finale. Questo abbassa i costi di stoccaggio e di set-up in quanto nella progettazione integrale bisogna tener maggiormente conto dei lotti di produzione che possono avere impatto a seguito dell’alta varietà interna. Anche nel caso si riuscisse ad minimizzare tale costi permarrebbero comunque i costi indiretti di produzione a causa dei molti codici articolo.
  • 5. L’architettura integrale. Include una mappatura più complessa tra le funzioni e i componenti ed è caratterizzata da interfacce di tipo accoppiato in cui il cambiamento di un componente presuppone il cambiamento degli altri a cui è collegato. Con un’architettura integrale si ottengono prodotti con una maggiore qualità estetica e con peso e dimensioni inferiori dato che i componenti implementano più funzioni (ottimizzazione di performance globali del prodotto). Si applicano due strategie per pervenire a tali risultati: Function sharing: le proprietà fisiche ridondanti dei componenti sono eliminate tramite una mappatura di più di un elemento funzionale in un singolo componente (dimensioni e massa a scapito dei costi; ma attenzione perché i costi unitari possono diminuire a causa della riduzione della massa e della taglia come accade nel Geometric nesting). Geometric nesting: strategia per un uso efficiente dello spazio e dei materiali che coinvolge gli incastri e la disposizione dei componenti in modo da occupare il minor spazio possibile o in certi casi in modo da occupare un volume con una particolare forma (anche qui architettura integrale in cui il cambio di un componente ha impatto sugli altri a seguito interfacce). 2.1 Passo 2: Raggruppare gli elementi dello schema all’interno di blocchi funzionali attraverso un operazione di clusterizzazione gerarchica secondo i seguenti fattori: Integrazione geometrica e precisione: elementi che richiedono una collocazione precisa o una stretta integrazione geometrica. Tutti gli elementi dell’aspirapolvere hanno un grado di integrazione geometrica. Il compito di gestire questi accoppiamenti è delegato principalmente al componente che esplica la funzione di sostegno e copertura. Condivisione di funzioni: un singolo elemento che può performare molti elementi funzionali. Il componente Sostegno è Struttura è quel componente che esplica anche le funzioni di canalizzazione dei flussi di aria in uscita così come individuato in fase di studio dei concetti per i macro elementi funzionali. Capacità dei fornitori: raggruppare in un unico gruppo elementi di cui il fornitore ha esperienza. Similitudini nella tecnologia di produzione: quando più elementi funzionali possono essere implementati all’interno dello stesso blocco poiché utilizzano la stessa tecnologia. Il macroblocco funzionale Generazione del Cono di Depressione è stato pensato costituito da due giranti solidali allo stesso asse di rotazione. Ne segue che anche se il blocco è stato scomposto nei due sottoblocchi di conversione energetica e creazione di forza d’aspirazione, essi possono essere considerati come un unico blocco in sede di sviluppo successivo. La funzione di presa del prodotto risulta connessa alla funzione Sostegno e Copertura per le caratteristiche produttive. Localizzazione delle modifiche: creare un unico blocco modulare sugli elementi di cui si prevede di apportare modifiche successive. Tener conto delle varianti: raggruppare in modo da permettere di poter variare il prodotto per soddisfare diversi clienti. Permettere la standardizzazione: per l’utilizzo su altri prodotti. Euristiche di unione degli elementi funzionali basate sui flussi che interessano il prodotto. La figura 4 mostra i Moduli individuati attraverso le tecniche del Dominant Flow, Branching Flow e il Conversion and Trasmission Flow Modules. Essi sono riportati in Tab. 1 con le relative descrizioni ed i componenti che le implementano.
  • 6. Heuristic Criteria Heuristic Modules Components Manico della Pistola di Aspirazione con Pulsante di Modulo di Presa ed Attivazione Attivazione del Passaggio di Aria Compressa Modulo di Stoccaggio ed Espulsione Componente di Raccolta della Polvere separabile Polvere dalla Struttura Portante della Pistola Dominant Flow Modules Il risultato finale delle operazioni di Produzione e Modulo di Produzione e Stoccaggio Stoccaggio di Aria compressa si concretizza in una dell'Aria Compressa Bombola Rappresenta una o più griglie poste all'estremità Modulo di Output dell'Aria in Uscita posteriore della Pistola Covoglio Mix Bocchettone Convogliatore d'ingresso del Mix Sportellino posto tra il Bocchettone Convogliatore e Anti fuoriuscita polvere Branching Flow il componente di Raccolta della Polvere Modules Filtraggio Polvere Residua Filtro posto in fronte al meccanismo di Aspirazione Sistema di Passaggio Valvolva ad apertura meccanica Separazione del Mix Filtro di separazione del Mix Conversion and Conversione in En. Meccanica Transmission Girante con Pale trasversali Rotazionale Modules Generazione Forza d'Aspirazione Girante con Pale inclinate Other Criteria Identified Modules Identified Components NO Canalizzazione per l'Utilizzo Tubo di Gomma Condivisione di Canalizzazione Aria in Uscita Sistema di Copertura e Supporto Funzioni NO Sistema di Controllo Componente fornito dalla Ditta Tab. 1. Moduli e rispettivi componenti individuati 3. Specifica delle interfacce tra i moduli fisici (componenti) I componenti sono collegati tra loro mediante delle interfacce. La specifica delle interfacce definisce anche le interazioni primarie che avvengono tra i componenti e la geometria di accoppiamento quando si ha una connessione fisica. La tipologia d’Architettura dipende dalla tipologia d’interfaccia. In particolare: Integrale: Interfacce accoppiate. Slot. I componenti che compongono il prodotto non possono essere scambiati tra loro poiché le interfacce sono tutte diverse tra loro. Bus. È presente un elemento in cui sono connessi tutti i componenti con un interfaccia comune. Sectional. Tutte le interfacce sono dello stesso tipo e non c’è un singolo elemento a cui si attaccano tutti gli altri. Prima di descrivere le tipologie di Interfacce individuate è bene passare ad una rappresentazione grafica degli accoppiamenti tra i moduli.
  • 7. 3.1 Passo 3: Creare una configurazione geometrica (layout) per valutare la fattibilità delle interfacce geometriche tra i blocchi ed elaborare le relazioni dimensionali di base tra i blocchi. Può essere utile collaborare con designer industriali per fattori estetici e l’interfacce con gli utenti. La figura 6 rappresenta uno schema degli accoppiamenti geometrici tra i moduli. Fig. 6. Layout del prodotto “Aspirapolvere ad Aria Compressa”. 3.2 Passo 4: Identificare le interazioni principali e secondarie: ogni blocco è progettato da gruppi di persone diverse. Visto che i blocchi interagiscono tra loro bisogna che i gruppi collaborino tra loro e si scambino informazioni. Per gestire al meglio il gruppo dovrebbe identificare le interazioni fra i blocchi durante la fase pre-progettuale. Le interazioni principali sono quelle individuate nello schema del prodotto attraverso le linee che connettono componenti e gruppi funzionali. Le interazioni secondarie emergono a seguito delle particolari implementazioni fisiche e posizioni relative dei componenti. In generale si potrebbe anche lavorare senza coordinamento ma bisogna dapprima stabilire le interfacce da montare su i blocchi che sono a contatto. Questo può essere semplice per la gestione delle interazioni fondamentali ma più complesso per quelle secondarie. Possiamo quindi vedere il prodotto costituito da un componente che funge da slot (Sostegno e Copertura) e tutti gli altri componenti interfacciati tra loro in modo disaccoppiato.
  • 8. Conclusioni Il lavoro svolto ha portato alla suddivisione degli elementi funzionali e dei sottoelementi in moduli o componenti che devono esplicare la funzione propria degli elementi a cui si riferiscono. Dati le macrofunzioni ed il concetto del prodotto è stato possibile individuare il flussi di materia, energia e segnali che lo attraversano. Scomposte le macrofunzioni nei sottoelementi funzionali individuati in fase di concezione del prodotto, è stato possibile aggregare alcuni di essi in moduli capaci di esplicare le funzioni di questi in modo integrato. A causa della Architettura a slot del Prodotto, definite le interazioni e le geometrie principali, sarà molto più necessario un livello di coordinazione alto tra i gruppi di sviluppo ed il gruppo di sviluppo del componente “plancia”, piuttosto che tra i gruppi di sviluppo stessi.

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