Studio e sviluppo di un supervisore per macchina continua della produzione di carta per imballaggi

Dipartimento di Ingegneria Dell'Informazione

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Robotica e

dell'Automazione

Tesi di Laurea

Studio e sviluppo di un supervisore per macchina continua della

produzione di carta per imballaggi

Relatori :

Prof. Ing.

Andrea Caiti

Dipartimento Di Ingegneria Dell'Informazione & Centro E.Piaggio

Ing.

Marco Santinelli

Lucart Group S.p.A

Il Candidato

Andrea Malagoli

Sommario

L'obiettivo della presente tesi è lo studio e lo sviluppo di un sistema di supervisione di cartiera, ovvero uno strumento atto al monitoraggio istantaneo delle prestazioni di una linea di produzione della carta (paper machine) e alla compilazione, in automatico, di una serie di reportistiche di supporto alle attività strategiche aziendali. Strumento utile per la denizione di budget e politiche da intraprendere per il miglioramento delle performance dell'intero processo produttivo.

La tesi è stata svolta nello stabilimento di Porcari (Lucca) della società Lucart S.p.A., all'interno dell'ucio engineering in compartecipazione con il reparto produttivo.

Nella prima parte di studio sono stati analizzati i diversi fattori produttivi associati al processo, e i parametri prestazionali che li identicano (Key Performance Indicator).

Nella seconda fase è stato eettuato uno studio che ha portato all'identicazione del sistema di misura e controllo del processo. Acquisite le informazioni necessarie è stato progettato e implementato un prototipo per il monitoraggio delle performance di una parte signicativa della macchina. Lo strumento installato a bordo linea è stato validato attraverso l'analisi dei dati raccolti in un periodo di durata 30 giorni.

Nell'ultima parte di studio sono state denite le principali speciche di progetto indi-rizzate al controllo e alla gestione delle grandezze rilevanti per l'intera linea produttiva. Tale studio costituisce la base per lo sviluppo futuro di un sistema evoluto che risponda alle attuali e future esigenze aziendali.

Abstract

The aim of this thesis is the study and development of a paper mill supervision system, a tool for the instant monitoring of the performance of a paper production line, and the compilation of reports for strategic activities. This is a useful tool for the denition of budgets and policies for improving the performance of the production process.

The thesis was carried out in the plant of Porcari (Lucca) of the company Lucart S.p.A., within the engineering oce in partnership with the production department.

In the rst phase were analyzed the dierent production factors associated to the process, and the performance parameters that identify them (Key Performance Indicator). In the second phase the study led to the identication of the measurement and control system. Acquired the necessary information a prototype was designed and implemented to monitor the performance of a signicant part of the machine. The instrument installed on board the line was validated by analyzing the data collected during thirty days of monitoring.

In the last part of the study were dened the main project specications for the control and monitoring of relevant quantities for the entire production line. This study forms the basis for the future development of an evolved system for current and future business needs.

Indice

1 INTRODUZIONE 7

1.1

Contenuto della tesi

. . . 7

1.2

Contesto di studio

. . . 8

2 LA CARTA 9 2.1

Le origini

. . . 9

2.2

Le materie prime usate nel presente

. . . 11

2.2.1 Le materie prime brose . . . 11

2.2.2 Le materie prime non brose . . . 14

2.3

La diusione delle tecniche di lavorazione

. . . 14

3 IL CICLO PRODUTTIVO OGGETTO DI STUDIO 16 3.1

La preparazione dell'impasto

. . . 16

3.1.1 Pulper (spappolatore) . . . 17

3.1.2 Ranatore . . . 17

3.1.3 Miscelazione, diluizione ed epurazione . . . 18

3.1.4 Il trattamento dei maceri . . . 18

3.2

La macchina continua

. . . 19

3.2.1 La cassa d'ausso . . . 20

3.2.2 Formazione . . . 20

3.2.3 Presse . . . 21

3.2.4 Essiccamento (monolucido e cappe) . . . 21

3.2.5 Crespatura . . . 22

3.2.6 Avvolgimento (pope) . . . 23

3.3

La ribobinatrice

. . . 24

4 IL DISTRETTO CARTARIO DI LUCCA E LUCART GROUP S.P.A. 26 4.1

Il territorio

. . . 26

4.2

I numeri

. . . 27

4.3

L'export

. . . 27

4.4

Lucart Group S.p.A. - La storia

. . . 28

4.4.1 I mercati . . . 28

4.4.2 Il presente . . . 29

5 IL SISTEMA ORGANIZZATIVO AZIENDALE 31 5.1

Business Intelligence

. . . 33

5.2

Gli strumenti di front-end e back-end

. . . 34

5.2.1 Report statici e report dinamici . . . 35

5.2.2 KPI, scorecard e dashboard . . . 35

6 DEFINIZIONE DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI CHIAVE (KPI) 36 6.1

La struttura degli indicatori

. . . 36

6.2

Indicatori relativi ai macchinari

. . . 37

6.3

Indicatori relativi alle materie prime

. . . 43

6.4

Indicatori relativi alle utilities

. . . 44

7 CALCOLO DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI CHIAVE (KPI) 46 7.1

Denizione di ruoli e compiti

. . . 46

7.2

Idoneità degli strumenti di supporto alla raccolta dei dati

. . . 46

7.3

Misura dei tempi ciclo ideali di produzione

. . . 47

7.3.1 Macrofamiglie . . . 47

7.3.2 Tempi-ciclo-ideali . . . 48

7.4.1 Raccolta degli orari di lavoro . . . 50

7.4.2 Raccolta del volume di materia processata . . . 51

7.4.3 Raccolta delle fermate interne . . . 52

7.4.4 Raccolta degli scarti, rilavorazioni e non conformità . . . 53

7.4.5 Raccolta dei consumi di materie prime . . . 55

7.4.6 Raccolta dati relativi alle utilities . . . 56

7.5

Calcolo degli indicatori

. . . 57

7.5.1 Fattore di utilizzo (FU) . . . 57

7.5.2 Tasso di rendimento sintetico (TRS) . . . 58

7.5.3 Perdite tempi produzione (PTP) . . . 62

7.5.4 Perdite formato (PF) . . . 63

7.5.5 Indice di non conformità (INC). . . 63

7.5.6 Perdite di velocità e scarto (PVS) . . . 64

7.5.7 Resa materie prime (RMP) . . . 64

7.5.8 Energia elettrica specica (EEs) . . . 65

7.5.9 Energia termica (gas) specica (ETgs) . . . 65

7.5.10 Energia termica (vapore) specica (ETvs) . . . 66

8 DATI DI CAMPO 67 8.1

Flusso dati supervisore di cartiera

. . . 67

8.2

Distributed control system (DCS)

. . . 68

8.2.1 Indagine sul campo . . . 68

8.3

Misura della velocità di lavoro della ribobinatrice

. . . 71

9 IMPLEMENTAZIONE DI UN PROTOTIPO PER IL MONITORAGGIO DELLE PERFORMANCE DELLA RIBOBINATRICE 72 9.1

Flusso dati

. . . 72

9.1.1 Dati di base . . . 72

9.1.2 Dati da compilare . . . 73

9.1.3 Elaborazione dati . . . 73

9.1.4 Foglio raccolta dati . . . 73

9.2

Flusso di lavoro (gure operative)

. . . 73

9.2.1 Capoturno. . . 74 9.2.2 Operatore . . . 74 9.2.3 Team di controllo . . . 74 9.3

Flusso di lavoro (LM)

. . . 75 9.3.1 Turno . . . 75 9.3.2 Lavorazione . . . 75 9.3.3 Fermate . . . 75 9.3.4 Difetti . . . 76

9.4

Cruscotto di interfaccia uomo/macchina

. . . 76

9.4.1 Produzione . . . 78 9.4.2 Note turno . . . 78 9.4.3 Fermate . . . 78 9.4.4 Operatore . . . 78 9.4.5 Velocità . . . 78 9.4.6 Indicatori . . . 79

9.5

Installazione Line Monitoring

. . . 79

9.5.1 Prerequisiti per installare il sistema LM . . . 80

9.5.2 Installazione LM . . . 80

10 SPECIFICHE PER LO SVILUPPO DEL SISTEMA DI SUPERVISIONE DI

CAR-TIERA 88

10.1

Line Monitoring

. . . 88

10.1.1 Struttura hardware . . . 88

10.1.2 Struttura software (cruscotto) . . . 89

10.1.3 Menù operatore . . . 89

10.1.4 Indicatori di performance . . . 91

10.1.5 Parametri di processo . . . 91

10.1.6 Andamento ribobinatrice . . . 95

10.2

Line Reporting

. . . 95

10.2.1 Report di andamento del turno . . . 95

10.2.2 Report di analisi delle fermate . . . 96

10.2.3 Report di analisi del costo del prodotto . . . 99

10.2.4 Report di periodo . . . 100

10.3

Daily Operations Meeting (DOM)

. . . 102

1 INTRODUZIONE

1.1

Contenuto della tesi

In linea con l'industria 4.0, ogni azienda moderna necessita di strumenti semplici ma ecaci, in modo da garantire la connettività, la raccolta, l'aggregazione e l'analisi dei parametri di processo, con investimenti minimi ed un rapido ritorno economico.

Le linee di produzione della carta sono soggette a numerose cause che ne determina-no perdite di ecienza rispetto alle eettive potenzialità: soste, guasti, sprechi e scarti riducono la produzione, portando ad inevitabili perdite economiche alle aziende che ne subiscono le conseguenze.

Non esiste un miglioramento ecace se non si basa su misure sistematiche, un moni-toraggio continuo dello stato del processo e una conoscenza in tempo reale di indicato-ri di performance (KPI), i quali permettono di stabilire l'eettiva ecienza produttiva dell'impianto.

Lo studio svolto nell'azienda Lucart Group S.p.A. durante il periodo di tesi, ha come obiettivi principali:

ˆ la conduzione di un'indagine sul campo, allo scopo di analizzare il processo produttivo

e i fattori che ne determinano le prestazioni;

ˆ sviluppare un prototipo di sistema di supporto al monitoraggio istantaneo delle

per-formance in merito a: velocità di marcia, produttività e fermi produzione per una parte signicativa della macchina presa in esame;

ˆ implementare ed estendere il sistema prototipato, attraverso delle speciche di

proget-to, all'intero processo produttivo con una particolare attenzione ai consumi energetici e di materia prima;

ˆ riunire in un unico strumento le raccolte dati, così da consentire una realizzazione in

automatico di una serie di reportistiche di supporto alle attività strategiche aziendali. L'elaborato è strutturato nei seguenti capitoli:

ˆ il capitolo 2 presenta una breve storia sulle origini della carta, le materie prime del passato e del presente ed inne la diusione negli anni delle tecniche di lavorazione della carta;

ˆ nel capitolo 3 si aronta il ciclo produttivo oggetto di studio, una breve descrizione

di come viene preparato l'impasto broso e le principali funzionalità di ogni singola sezione di cui è composta la macchina continua;

ˆ il capitolo 4 fornisce una panoramica generale del distretto cartario di Lucca, con i

numeri e l'export che hanno contraddistinto il settore nella provincia sino ad oggi; e in particola l'azienda che ha permesso la stesura di questo elaborato, Lucart Group S.p.A., una delle più importanti realtà su questo territorio;

ˆ nel capitolo 5 si descrivono gli aspetti teorici del sistema organizzativo aziendale, e i principali strumenti di front-end e back-end;

ˆ il capitolo 7 mostra una possibile modalità di raccolta ed elaborazione periodica

dei dati, inoltre viene riportata attraverso un esempio, la procedura di calcolo degli indicatori prestazionali;

ˆ nel capitolo 8 si descrive l'indagine eettuata sul campo per individuare quali

infor-mazioni possono essere ritenute utili allo sviluppo del sistema di supervisione;

ˆ il capitolo 9 aronta in successione i passi per lo sviluppo del prototipo di sistema

di monitoraggio delle performance per una parte signicativa di macchina, la sua installazione sul campo e la reportistica da esso creata;

ˆ nel capitolo 10 si descrivono le principali speciche di progetto, indirizzate al controllo

e al monitoraggio di grandezze rilevanti per l'intera linea produttiva. Un sistema di supervisione che risponda alle attuali e future esigenze aziendali;

ˆ il capitolo 11 ripercorre le fasi dello studio svolto durante il periodo di tesi; gli sviluppi

e gli aspetti che hanno portato alla conclusione del progetto. 1.2

Contesto di studio

La tesi è stata svolta presso la società Lucart Group S.p.A nello stabilimento di Porcari (Lucca). Oggi Lucart Group, a livello europeo, è il principale produttore di carte mono-lucide sottili per imballaggi essibili e rientra tra i primi 10 produttori di carte e prodotti tissue.

La capacità produttiva di carta di Lucart Group è di 310.000 tonnellate/anno, ripartita su 10 macchine continue e 55 linee di converting. Il fatturato consolidato è di circa 400 milioni di euro e le persone impiegate sono circa di 1.300.

Il gruppo ha un totale di sei stabilimenti di cui cinque in Italia, tre di questi nella provincia di Lucca, ed uno stabilimento in Francia (Laval sur Vologne).

Lo stabilimento di Porcari è costituito da tre macchine continue per la produzione di carta, un impianto di trattamento dei maceri, una centrale di cogenerazione e un impianto di trattamento delle acque di processo.

2 LA CARTA

2.1

Le origini

I materiali usati, prima dell'invenzione della carta, come supporto per la scrittura erano: argilla, legno, osso, bambù, papiro e pergamena.

Il papiro fu il supporto scrittorio più comune sin dal 3000 a.C. in Egitto, grazie anche all'abbondanza dell'omonima pianta nel delta del Nilo. Una pianta acquatica della famiglia delle Cyperaceae, il Cyperus papyrus, la quale portò ad una rivoluzione nel campo della scrittura grazie alle sue caratteristiche di buona pieghevolezza e leggerezza ed un colore chiaro, qualità utili agli scrittori dell'epoca.

Il midollo della pianta veniva prima tagliato in strisce sottili, che venivano poi sovrap-poste in due strati perperndicolari tra loro e il più possibile omogenei. Il reticolo una volta bagnato con acqua e pressato, veniva lasciato asciugare all'aria, si formava così un foglio. I fogli di papiro erano però molto fragili e destinati a rovinarsi con l'uso e dicilmente permettevano all'epoca di formare un libro.

Nel III secolo d.C. il papiro venne sostituito dalla pergamena, il principale supporto scrittorio durante il medioevo. Tale materiale, ottenuto dalla lavorazione di pelle di ani-male (agnello o vitello), dalla struttura coriacea ed elastica, era meno incline al degrado nel tempo ma aveva un costo maggiore rispetto al suo predecessore.

Figura 1: Il viaggio storico della carta

Figura 2: La cartiera cinese

I primi procedimenti di fabbricazione della carta prevedevano la macerazione in acqua dell'impasto broso, e una volta risciaquato, battuto in mortai di pietra no ad ottenere un'impasto uniforme. La massa brosa così ottenuta, una volta diluita con acqua; veniva versata sopra la cosiddetta forma, una specie di graticcio costituito da bastoncini di bambù.

L'impasto veniva così ltrato, con una perdita consistente di acqua, e le bre che permanevano sul graticcio andavano a costituire un foglio di opportuno spessore che una volta levato dalla forma, veniva lasciato essiccare all'aria. In gura 2 viene mostrato il procedimento per la fabbricazione della carta.

L'impiego della carta come supporto per la scrittura è da collegare con il diondersi della cultura nei periodi più antichi; questa infatti era un privilegio per pochi. In Cina, ancor prima di essere utilizzata come supporto alla scrittura, veniva impiegata come vestiario. Al VI secolo d.C. risale l'uso della carta igenica, prodotta con bre di paglia di riso, un prodotto che risultava più morbido e meno costoso. Inne la carta moneta risale al IX secolo d.C., grazie alla necessità di sostituire la moneta metallica durante le rotte commerciali.

2.2

Le materie prime usate nel presente

Oggi le materie prime che danno il via al processo produttivo si distinguono in:

ˆ Materie prime brose ˆ Materie prime non brose

Le prime costituiscono il corpo del processo, le seconde danno al prodotto nito alcune caratteristiche tecnologiche particolari come: grammatura, spessore, permeabilità, colore e stampabilità.

2.2.1 Le materie prime brose

La materia brosa di cui è costituita la carta è la cellulosa. La cellulosa è un polisaccaride costituito da carbonio idrogeno e ossigeno.

In natura la si può trovare in stato quasi puro, grazie alle bre epidemiche che avvolgono il seme del cotone. In tutti gli altri vegetali la cellulosa non si trova allo stato puro, bensì legata agli altri costituenti del legno, dette sostanze incrostanti.

La cellulosa

La cellulosa la si può estrarre dalle piante portando in soluzione, attraverso solventi (a caldo e sotto pressione), le sostanze incrostanti. Ciò è possibile grazie alle proprietà della cellulosa, una delle quali gli permette di resistere ai comuni reagenti chimici. Il processo impiegato e la natura delle specie legnose utilizzate andranno a caratterizzare la qualità e il comportamento delle materie prime brose, e di conseguenza il prodotto nale.

A seconda del tipo di processo di dissoluzione usato, possiamo ottenere:

ˆ pasta chimica; ˆ pasta meccanica; ˆ pasta semichimica.

Il primo sarà un prodotto con caratteristiche cartarie molto apprezzabile, la cui disso-luzione si ottiene attraverso reagenti chimici; il secondo subisce invece un trattamento esclusivamente meccanico con caratteristiche inferiori al precedente; l'ultimo prodotto lo si può ottenere attraverso un trattamento chimico blando ed un successivo trattamento meccanico, una pasta parzialmente disincrostata con caratteristiche intermedie agli altri due tipi.

Da menzionare sono anche le paste chemitermomeccaniche (CTMP) e chemimeccaniche (CMP) nelle quali le sostanze incrostanti vengono ammorbidite con un processo termo-chimico o solo termo-chimico.

Pasta Processo Resa% (*) Specie brose impiegate

CHIMICA Chimico 40-50 Conifere e latifoglie MECCANICA Meccanico 90-95 Conifere e latifoglie

SEMICHIMICA Chimico-meccanico 55-65 Latifoglie CTMP-CMP Chimico-meccanico 80-90 Latifoglie

(*) Quantitativo ottenibile da 100 kg di legno secco espresso in %

Tabella 1: Caratteristiche delle paste per tipologia di pasta

Figura 3: Balle di cellulosa

La carta da macero

Con il termine carta da macero o bre di recupero si intende quella carta che ha già adempito allo scopo per la quale è stata fabbricata e spesso riutilizzata nel ciclo produttivo. L'utilizzo del macero da parte delle aziende produttrici di carta porta a beneci ecologici ed economici. Un minor utilizzo delle materie prime vergini porta ad un minor abbatti-mento degli alberi e non solo, come ad esempio l'impatto ecologico, notevolmente ridotto in quanto molto meno materiale verrà inviato in discarica per lo smaltimento. L'impatto economico per l'azienda non è da sottovalutare, grazie a una riduzione del consumo delle acque, in quanto il ciclo delle acque interne è sempre più chiuso.

Figura 4: Carta da macero

Carta da contenitori Tetra Pak

La carta da contenitori Tetra Pak è costituita da bre di cellulosa vergine, questo per-mette di ottenere un prodotto con eccellenti doti di resistenza e assorbenza, caratterizzato da una tonalità avana chiaro tipica del colore naturale del legno.

L'innovativo processo di trattamento del Tetra Pak messo a punto negli stabilimenti di Lucart Group, ha inizio con la separazione dei materiali: ogni contenitore viene scomposto nella porzione cellulosica (circa il 75% del suo peso), e in quella alluminio/plastica. Questa operazione di separazione viene realizzata attraverso un'azione sico-meccanica, brevettata e non prevede l'utilizzo di sostanze chimiche pericolose per l'ambiente.

La parte cellulosica verrà lavorata con lo scopo di ottenere bobine e gli scarti di la-vorazione tornano invece utili per la produzione di penne, righelli ed altro materiale di cartoleria. La parte rimanente, l'alluminio e il politilene, viene invece riutilizzato nelle mescole che ricoprono i pali per gli ormeggi di Venezia.

2.2.2 Le materie prime non brose

Il processo di trasformazione delle materie prime brose in carta, prevede una lavorazione e un mescolamento con materie prime non brose, esse conferiscono al prodotto nale caratteristiche particolari.

Questi prodotti vengono anche denominati come ausiliari e si distinguono in:

ˆ sostanze di carica;

ˆ sostanze collanti.

Sostanze di carica

Vengono comunemente adoperati i carbonati (carbonato di bario, di calcio e di ma-gnesio); gli ossidi (biossido di titanio); i silicati (asbestina, bentonite, caolino e talco); i solfati (solfato di bario e di calcio) ed i solfuri (solfuro di zinco). Queste sostanze portano ai seguenti vantaggi:

ˆ migliore ricettività dell'inchiostro; ˆ migliore lisciatura;

ˆ maggior grado di bianco;

ˆ favoriscono la formazione del foglio.

Sostanze collanti

Sono principalmente: l'amido, la resina, la caseina, le cere e le resine sintetiche.

Conferiscono al prodotto nito la caratteristica di impermeabilità ai liquidi e agli inchiostri (rendendolo in questo modo scrivibile).

2.3

La diusione delle tecniche di lavorazione

L'arte cartaria dalla Cina si diuse, se pur lentamente visto che gli imperatori di quell'e-poca preferivano mantenere segrete queste tecniche di lavorazione, verso Levante e verso Occidente. Il primo a beneciarne fu il Giappone ed intorno al VI secolo d.C. anche la Corea, due paesi con i quali la Cina aveva ottimi rapporti commerciali.

La diusione della carta nei paesi ad Occidente della Cina iniziò ad opera degli arabi, i quali dal VII secolo d.C. iniziarono già a sviluppare il processo produttivo ideato dai Cinesi.

Solo nell' XI secolo d.C. questa tecnica di lavorazione arrivò in Europa, passando dalla Spagna per poi arrivare in Italia. Un cammino molto lungo durato dieci secoli, compensato però dalla velocità con cui la fabbricazione della carta si sia poi diusa nel nostro continente e dai progressi tecnici apportati dai cartai europei.

La prima modica apportata dal nostro continente sul processo produttivo, riguardò le materie prime impiegate; le cartiere europee infatti, producevano carta sfruttando bre derivanti dai cenci e dagli stracci.

Si passò poi alla meccanizzazione della molitura degli stracci (eseguita manualmente no a quel momento); l'introduzione della collatura dei fogli con gelatina animale (andando a sostituire le colle vegetali); la creazione di vari tipi di carta per poi arrivare alla ligranatura dei fogli.

Con la nuova tecnica dei caratteri mobili per la stampa, la carta nella seconda metà del XV secolo, assume il ruolo di strumento e di veicolo insostituibile per la diusione della cultura e dell'informazione.

Inne, in America, dopo le colonizzazioni europee del XVI secolo, iniziarono a dion-dersi le tecniche di produzione della carta grazie a Spagnoli e Olandesi.

Il legno venne sfruttato come materia prima solamente agli inizi del 1900, quando a causa della scarsità degli stracci e quindi della materia prima, si comiciò a studiare la possibilità di produrre un impasto contenente materie brose di diverso genere, in grande quantità e ad un basso costo.

Figura 5: Primo esemplare di macchina continua

La nuova, elevata possibilità di sfruttare materia prima, portò ad un rapido sviluppo del processo produttivo ed alla necessità di dover meccanizzare e rendere più autonoma possibile tale produzione.

In gura 5 è rappresentato il primo esemplare di macchina continua, ideato dal francese Louis Robert nel 1799, riusciva a produrre a velocità notevole e a basso costo d'esercizio un nastro continuo di larghezza 60 cm.

3 IL CICLO PRODUTTIVO OGGETTO DI STUDIO

In sintesi, il ciclo di produzione della carta, ha inizio con l'estrazione della cellulosa dagli alberi, prosegue con la produzione di bobine di carta attraverso la macchina continua con la lavorazione di miscele di cellulose diverse e si conclude con la trasformazione di queste grandi bobine madri nei prodotti niti.

Figura 6: Ciclo produttivo

Il legno, trattato nelle fabbriche di cellulosa, viene prima di tutto scortecciato, poi smi-nuzzato in chips e trattato con ranatori (per ottenere paste meccaniche), con vapore (per le paste termomeccaniche), con liscivi (per le paste chimiche). Conclusi i trattamenti, la cellulosa prodotta viene confezionata e inviata in cartiera per le successive trasformazioni. Una volta trasferite in cartiera, queste miscele di cellulosa, vengono spappolate con acqua e subiscono i processi di epurazione, così da eliminare possibili residui inquinan-ti, e di ranazione, per conferire determinate caratteristiche meccaniche al prodotto. In ingresso alla macchina continua avremo una sospensione di acqua e materiale broso (concentrazione minore dell'1%) dalla quale verrà prodotta la carta.

Lungo la macchina continua la sospensione subisce via via un progressivo asciugamento, che avviene: per drenaggio naturale e per aspirazione (tela di formazione), spremitura (presse), evaporazione (monolucido e cappa) così da ottenere bobine di carta con umidità intorno al 5%.

Le bobine rappresentano la materia prima delle cartotecniche, attraverso le quali si procede alla produzione ed al confezionamento dei prodotti niti.

3.1

La preparazione dell'impasto

La fase di preparazione dell'impasto è di vitale importanza per l'intero processo produttivo. Solo un corretto trattamento dei prodotti brosi e l'aggiunta di prodotti ausiliari lo renderà idoneo alla fabbricazione della carta con le caratteristiche volute.

In gura 7 vengono rappresentate le fasi del processo di preparazione dell'impasto e successivamente verranno descritte in maniera sintetica le relative funzioni.

Figura 7: Preparazione impasto

3.1.1 Pulper (spappolatore)

Il pulper è costituito da una vasca in lamiera cilindrica con una forma tronco-conica nella parte inferiore e da una girante dotata di lame posta sul fondo, la quale ruotando conferisce al uido un moto vorticoso (gura 8).

Il materiale broso impregnato d'acqua subisce delle lacerazioni, dando luogo gradual-mente ad una densa sospensione brosa. La concentrazione nale della pasta spappolata è generalmente del 4%.

Concluso lo spappolamento, attraverso l'apertura di una valvola, la sospensione viene separata dal materiale non sucientemente disintegrato attraverso una lamiera forata, ed inviata nella vasca di deposito.

3.1.2 Ranatore

Nella fase di ranazione la sospensione brosa subisce un trattamento meccanico, permet-tendo cosi la modica di alcuni parametri che caratterizzeranno il prodotto nito, come: l'opacità, la porosità, l'impermeabilità e la stampabilità.

La bra in sospensione acquosa ad una concentrazione intorno al 4% subirà un trat-tamento meccanico, obbligata a passare tra lame dello statore e del rotore in moto rela-tivo tra loro. Questa lavorazione conferirà solidità al foglio prodotto, favorendo anche il miglioramento delle caratteristiche visive del foglio.

Le caratteristiche cartarie del foglio dipendono dunque, oltre che dalle qualità delle bre, dalle condizioni in cui viene eseguita la ranazione.

Figura 8: Pulper 3.1.3 Miscelazione, diluizione ed epurazione

L'impasto ranato viene avviato alla fan pump, una pompa il cui compito è sia quello di miscelare la sospensione brosa con l'acqua di diluizione per raggiungere la concentrazione richiesta (circa l'1% di bre), sia quello di alimentare l'impasto in cassa d'ausso con una pressione suciente alla successiva alimentazione alla zona di formazione.

La diluizione generalmente viene realizzata impiegando le acque di lavorazione pro-venienti dalla macchina continua, permettendo in questa maniera di ridurre i consumi, recuperando le bre di cellulosa e le sostanze di carica presenti nelle acque di processo.

Prima di giungere alla macchina continua, l'impasto viene spinto attraverso i selettori (macchine ad azione centrifuga con un cestello rotante), ultimo sistema di epurazione dell'impasto.

3.1.4 Il trattamento dei maceri

L'utilizzo della carta da macero come materiale broso, prevede dei trattamenti specici prima di entrare nel processo produttivo come la pura cellulosa.

Fasi di ranazione e miscelazione si ripetono in modo da eliminare tutti quei materiali estranei, chiamati anche contaminanti, come inchiostri, vernici, plastica, vetro, ferro, colle ecc. fattori che possono precludere la qualità del prodotto nito. Questi impianti, che si occupano di epurare la carta da macero, vengono detti di rigenerazione.

Figura 9: Trattamento Maceri

3.2

La macchina continua

La macchina continua ha lo scopo di trasformare la materia prima brosa nel prodotto nito, ovvero il foglio di carta. Prima che l'impasto entri nel ciclo di fabbricazione dovrà subire i trattamenti di ranazione, miscelazione, epurazione e diluizione.

Il processo di trasformazione prevede una sequenza di operazioni, rappresentate nello schema di gura 10 e successivamente descritte.

3.2.1 La cassa d'ausso

La cassa d'ausso è il primo componente della macchina continua. Ha il compito di con-vogliare l'impasto broso, molto diluito (oltre il 99% di acqua), nella zona di formazione. Questo usso deve essere quanto più uniforme possibile, costante e omogeneo su tutta la larghezza della tela. L'uscita dell'impasto avviene attraverso un'apertura posta nella parte inferiore della cassa, ed è regolabile per compensare le variazioni di grammatura lungo il prolo.

Le velocità della tela e del getto si avvicinano molto e il loro rapporto è denito scor-rimento, questo indice inuirà sulle caratteristiche meccaniche del foglio. Se la velocità della tela supera quella del getto, le bre tenderanno ad orientarsi e allinearsi nello stesso senso di scorrimento della tela, causando uno squilibrio tra caratteristiche meccaniche del foglio in senso longitudinale e trasversale. Per contenere queste dierenze è opportuno creare delle piccole turbolenze in modo da evitare la formazione di correnti preferenziali.

Figura 11: La cassa d'ausso 3.2.2 Formazione

L'impasto proveniente dalla cassa d'ausso, una volta rilasciato sulla tela subisce il fe-nomeno di drenaggio, sia naturale per gravitazione che attraverso particolari sistemi di aspirazione, al ne di rimuovere parte dell'acqua dallo strato broso.

La tela formatrice è un nastro senza ne che avvolge due o più cilindri che lo fanno ruotare in continuo.

Figura 12: La tela formatrice 3.2.3 Presse

Per ridurre ulteriormente la quantità residua di acqua si ricorre all'utilizzo delle presse, costituite da cilindri tra cui passa il foglio di carta adagiato sul feltro.

La velocità di lavorazione delle macchine continue è in aumento, questo comporta però una modica della sezione presse in quanto viene richiesta una maggiore pressione eserci-tata dai cilindri o un aumento dell'area di contatto in modo da consentire al nastro una maggior permanenza sotto l'eetto della pressione e, di conseguenza, un aumento della quantità di acqua estratta.

Il feltro ha un compito fondamentale: l'acqua di spremitura che fuoriesce dal foglio a causa della pressione esercitata dalle presse, si trasferisce al feltro senza disturbare il contesto broso evitando così di distruggerne la struttura.

Le presse sono costituite da coppie di cilindri contrapposti, di dimensioni e numero variabili a seconda della carta da fabbricare.

La parte della macchina continua chiamata zona umida termina con la pressa aspirante, essa permette il trasferimento del foglio dal feltro al monolucido aspirando gran parte dell'acqua residua.

La carta entra nella zona detta secca (seccheria), un complesso di cilindri il cui compito è quello di asciugare il foglio di carta, cioè disidratarlo quasi completamente. L'essicazione della carta avviene in tre fasi:

1. la temperatura della carta viene portata no al punto di evaporazione dell'acqua, tra

i 60 e 70°C;

2. innalzamento rapido della temperatura oltre 100°C, raggiunti i 120°C si ha una fase

di temperatura costante no a evaporazione totale dell'acqua presente nella carta;

3. diminuizione della temperatura poichè l'acqua libera è ormai evaporata e quella residua presenta legami chimici e meccanici forti con le bre.

Figura 13: Il monolucido

Il monolucido è il grande cilindro su cui la pressa aspirante trasferisce il foglio. La supercie del cilindro è scaldata dal vapore contenuto all'interno. La trasmissione del calore avviene per conduzione.

Tutta la seccheria è ricoperta da una cappa metallica al ne di evitare correnti di aria fredda e realizzare una buona ed omogenea distribuzione del calore.

3.2.5 Crespatura

Con il termine tissue si intendono tutti i prodotti di carta destinati all'uso igenico e sanitario, hanno quindi la caratteristica di essere soci e voluminosi. Queste proprietà vengono date alla carta grazie alla crespatura, azione realizzata da una lama in acciaio, posta a contatto col monolucido, che ha il compito di staccare il foglio ormai asciutto lasciando impresse una serie di piccole onde.

L'eetto della crespatura dipende da alcuni fattori, tra cui: il grado di adesione del foglio al monolucido, dall'angolo tra la lama e la tangente alla supercie del cilindro e dal tiro, ovvero la dierenza di velocità tra il cilindro essiccatore e l'arrotolatore.

3.2.6 Avvolgimento (pope)

Quando il foglio si distacca dal monolucido, viene avvolto su un'anima (pope) che ha la funzione di supporto per la carta. Si va a creare così una bobina del peso di diversi quintali e dalla lunghezza desiderata.

Monolucido e pope hanno velocità di rotazione dierenti per evitare di perdere l'eetto della crespatura, tale dierenza viene determinata in base alla percentuale di allungamento desiderata per la carta.

Figura 14: Il pope

Raggiunto il diametro desiderato per la bobina, viene tolta dal ciclo continuo della macchina e sostituita automaticamente da un nuovo supporto in maniera da non fermare la produzione. E' necessario quindi predisporre vicino alla bobina completa, una nuova anima pronta per essere avvolta dal foglio.

Una volta uscita dal processo, la bobina viene trasportata per mezzo di un carroponte posizionato sopra la macchina continua, alla ribobinatrice.

3.3

La ribobinatrice

Le bobine in uscita dalla macchina continua, prima di entrare nella fase di converting, devono essere sottoposte all'operazione di ribobinatura, realizzata sempre in cartiera ma a valle della macchina continua.

La ribobinatrice permette l'accoppiamento dei veli di più bobine, realizzando così bobi-ne di carta a 2, 3 o 4 veli. Non solo, permette anche il taglio delle stesse riducendo la loro larghezza per adattarla al formato richiesto dalle macchine di converting. La ribobinatrice è dotata di un numero di svolgitori pari a quello dei veli che dovranno essere quelli della bobina.

Figura 15: La ribobinatrice

Conclusa l'operazione di ribobinatura, le bobine vengono confezionate e rivestite con un lm termoretrattile.

Pirma di passare al magazzino prodotti niti vengono identicate con un'etichetta sulla quale è presente un codice a barre, questo codice permetterà di identicare il cliente destinatario della bobina e il suo peso.

4 IL DISTRETTO CARTARIO DI LUCCA E LUCART GROUP

S.P.A.

4.1

Il territorio

Figura 17: Territorio Lucchese

L'area territoriale della provincia di Lucca, ha un'estensione di circa 750 kmq e comprende 12 comuni: Capannori, Porcari, Altopascio, Pescia, Villa Basilica, Borgo a Mozzano, Fabbriche di Vallico, Gallicano, Castelnuovo Garfagnana, Barga, Coreglia Antelminelli e Bagni di Lucca.

La gura 17 mostra come, morfologicamente, questa area si trovi in una posizione strategica che ha permesso negli anni l'aermarsi del settore cartario. A nord troviamo la presenza delle Alpi Apuane, che, inserendosi tra il litorale marino e il retropaese ap-penninico, formano una vallata inframontana: la Media Valle e la Garfagnana percorsa dal sistema uviale del Serchio. Nella zona sud troviamo la Piana Lucchese, un ampia zona pianeggiante di tipo alluvionale, che si estende sino al territorio pesciatino della Valdinievole.

L'abbondanza di acqua e la posizione baricentrica rispetto all'Italia e al bacino del Mediterraneo, sono due fattori che hanno reso il territorio lucchese la culla della produzione della carta in Italia.

In passato il ruolo dell'acqua era duplice: veniva usata come forza motrice per muovere le macchine della cartiera, e rappresentava anche una delle principali materie prime per la fabbricazione della carta a mano detta anche al tino.

4.2

I numeri

Il distretto cartario di Lucca comprende più di 100 aziende con un fatturato pari a quasi 3.500 milioni di euro, ed un numero degli addetti oltre le 6.500 unità. Da menzionare anche la componente del settore metalmeccanico, all'interno del distretto, in particolare per la produzione dei macchinari, con un fatturato annuo di oltre 2.500 milioni di euro ed un numero di addetti di oltre 8.000 unità.

Il 78% delle imprese è costituito da cartiere che producono carta per ondulati, tis-sue e cartoni per usi alimentari, industriali e imballi; il restante 22% è costituito da cartotecniche.

Tipologie di produzione

Carta per ondulatori Carta tissue

950.000 T/anno 900.000 T/anno

40% del totale in Italia 80% del totale in Italia 5% del totale Europeo 17% del totale Europeo 4.3

L'export

L'export nell'industria cartaria è di circa 700 milioni di euro, più dell'80% delle esportazioni vede come destinatari i seguenti Paesi Europei: Francia, Germania, Grecia, Paesi Bassi, Spagna, Svizzera e Austria deniti come mercati principali. Da menzionare anche il Regno Unito, l'Ungheria, la Slovenia, il Portogallo, la Polonia e la Repubblica Ceca.

Per quanto riguarda le esportazioni al di fuori della Comunità Europea, vanno citate la Svizzera, il Medio Oriente e l'Asia. Il mercato americano ha una quota molto bassa in quanto gli USA, ed il Canada, così come i paesi Scandinavi, hanno al loro interno una grande disponibilità di materia prima, la cellulosa, gli impianti hanno grandi dimensioni, e quindi vengono realizzate economie di scala interne.

4.4

Lucart Group S.p.A. - La storia

La storia di Lucart Group ha inizio negli anni trenta, quando la famiglia Pasquini decide di impiantare a Villa Basilica (Lucca), un'azienda di produzione della carta.

Inizialmente la produzione era rivolta principalemente al mercato delle carte monolucide per imballaggi essibili, per tovaglie e per sottopiatti, ma alla ne degli anni ottanta il Gruppo ha diversicato la propria attività dedicandosi anche alla produzione delle carte tissue ad uso igenico sanitario (asciugatutto, stronacci, carta igenica, tovaglioli, ecc.).

Figura 18: Stabilimento Lucart di Porcari 4.4.1 I mercati

Lucart Group è presente nei mercati di riferimento, in tutta Europa, con una struttura organizzativa mirata a sviluppare un rapporto collaborativo e reciprocamente interessante con la clientela.

L'obiettivo primario di marketing è quello di conquistare la ducia dei clienti, favorendo cosi l'instaurarsi di rapporti duraturi di partnership, grazie alla qualità dei prodotti e dei servizi oerti.

Figura 20: Brand di Lucart Group 4.4.2 Il presente

Oggi Lucart Group, a livello europeo, è il principale produttore di carte monolucide sottili per imballaggi essibili e rientra tra i primi 10 produttori di carte e prodotti tissue.

Gli impianti produttivi nei vari stabilimenti del Gruppo, consentono di realizzare un'am-pia gamma di prodotti con il controllo su tutte le fasi del processo, dalla scelta delle ma-terie prime, pura cellulosa o carta da macero, no alla denizione delle caratteristiche del prodotto nito.

La capacità produttiva di carta di Lucart Group è di 310.000 tonnellate/anno, ripartita su 10 macchine continue e 55 linee di converting.

Il fatturato consolidato è di circa 400 milioni di euro e le persone impiegate sono circa 1300.

Figura 21: Lucart in sintesi

Lucart Group ha ottenuto nel corso degli anni importanti e signicativi riconoscimenti delle principali industrie europee per la fornitura di bobine jumbo di carte tissue e airlaid.

5 IL SISTEMA ORGANIZZATIVO AZIENDALE

Il sistema organizzativo aziendale è denito come: l'insieme delle attività, dei processi, delle risorse tecnologiche (hardware e software) e delle persone che hanno come ne quel-lo di gestire l'informazione. La gestione dell'informazione richiede il seguente elenco di attività:

ˆ acquisizione dei dati;

ˆ elaborazione dei dati al ne di produrre informazioni; ˆ archiviazione dei dati grezzi e delle informazioni;

ˆ trasmissione dei dati e delle informazioni; ˆ presentazione dei dati e delle informazioni.

E' possibile individuare tre categorie di attività aziendali (Figura 23), all'interno delle quali troviamo attori dierenti che svolgono attività operazionali in base al compito a loro conferito.

1. Le attività strategiche, che consistono nella denizioni di quelli che saranno gli

obiet-tivi azziendali e delle politiche che permetteranno il loro raggiungimento (come ad esempio la scelta dei mercati e delle risorse).

2. Le attività tattiche, che permettono un'allocazione ecace ed eciente delle risorse

dell'azienda per il conseguimento degli obiettivi preposti dal managment strategico, oltre ad attività di controllo sul raggiungimento di tali obiettivi (per esempio la denizione di budget e un'attenta programmazione della produzione).

3. Le attività operative, ovvero la conduzione a regime delle attività aziendali (esempi

possono essere la gestione dei magazzini, degli ordini e delle fatturazioni).

Il personale che si colloca in ciascuno di questi livelli, ha esigenze e requisiti diversi in quanto a informazioni a loro necessarie per svolgere il proprio compito.

1. L'alta direzione richiede informazioni analitiche di sintesi, come ad esempio stime

sull'andamento futuro delle grandezze misurate, presentate attraverso supporti graci tali da permettere una veloce ed intuitiva percezione dell'andamento dell'azienda.

2. Le direzioni funzionali necessitano anch'esse di dati analitici sintetici, tuttavia le

richieste sono relative a dati che permettono una valutazione complessiva ed un riepilogo dei risultati raggiunti in un dato periodo di attività.

3. Il personale esecutivo non richiede dati sintetici, le attività da loro svolte esigono dati

di dettaglio, forniti con tempestività (possibilmente in tempo reale).

Fanno inne parte del sottosistema direzionale le attività strategiche e le attività tattiche, il sottosistema operativo ingloba invece le attività operative.

5.1

Business Intelligence

La Business Intelligence è un insieme di entità interconnesse che rendono possibile la raccol-ta regolare ed organizzaraccol-ta dell'intero patrimonio dati generato da un'azienda. Attraverso elaborazioni, analisi e aggregazioni, ne consentono la trasformazione in informazioni, il lo-ro mantenimento, reperibilità e presentazione in una forma semplice ma ecace, in modo da costituire un sostegno alle decisioni strategiche, tattiche ed operative.

Figura 24: Attività di Business Intelligence

E' possibile collocare la Business Intelligence (d'ora in poi BI), principalmente nel sottosistema direzionale ma in parte anche nel sottosistema operativo. Le persone che fanno parte di ogni livello aziendale, se in contatto con la BI, eviteranno di preoccuparsi del reperimento dati o della loro elaborazione e conservazione; consentirà loro di avere accesso ai dati, analizzarli e interagire con essi al ne di ottenere informazioni utili alla gestione dell'intera azienda o parte di essa, migliorandone l'ecienza (conseguentemente le performance).

L'utilizzo della BI nelle attività strategiche e tattiche ha come scopo quello di un'analisi dei trend di certe misure, con la possibilità di approfondire su quali siano le cause che hanno determinato un loro andatmento positivo o negativo. Lo schema mostrato in gura 25 spiega in sintesi quale sia il processo decisionale a supporto della BI.

Figura 25: Schema di utilizzo della BI

La BI sta assumendo un ruolo importante anche nelle attività operative, nelle quali si ha la necessità di dati operazionali di dettaglio aggiornati in tempo reale. Il maggior dettaglio dei dati e la massima tempestività con cui essi devono essere disponibili caratterizzano la BI operativa e si dierenzia da quella utilizzata dai livelli decisionali.

Possiamo inne elencare quali siano i vantaggi che un sistema BI può apportare in azienda:

ˆ maggior capacità analitica e conoscenza del business; ˆ maggiore velocità di reazione agli eventi;

ˆ maggior ecacia negli interventi.

La presenza di questi tre elementi, si concretizzano in un miglioramento delle perfor-mance aziendali.

5.2

Gli strumenti di front-end e back-end

Con i termini front-end e back-end intendiamo gli stadi iniziale e nale di un processo; a livello software il front-end è la parte del sistema che si occupa di gestire l'interazione con l'utente, il back-end si occupa invece di elaborare i dati. Nel nostro caso, il front-end è la fase di presentazione dei dati all'utente nale e l'insieme degli strumenti informatici per realizzarla. Come mostrato in gura 24, si da il via al processo decisionale non prima di aver immagazzinato ed elaborato i dati per evolverli allo stato di informazione.

I principali strumenti di front-end sono classicabili nelle seguenti categorie:

ˆ report dinamici; ˆ report statici;

5.2.1 Report statici e report dinamici

I report sono una delle modalità più utilizzate per usufruire delle prestazioni della Business Intelligence. Il report non è altro che un documento elettronico o in forma cartacea, il quale contiene dati presentati in diverse modalità di formati:

ˆ tabelle semplici o complesse; ˆ graci di vario genere;

ˆ immagini.

I report statici presentano all'utente, dati in un formato non manipolabile in alcun modo, a dierenza dei report dinamici il cui contenuto può essere modicato in base ai parametri selezionati dall'utente o da modiche eettuate manualmente (correzioni su non conformità del dato), è permessa inoltre una navigazione dei dati grazie a link ad altri documenti che ne favoriscono l'analisi dinamica degli stessi.

5.2.2 KPI, scorecard e dashboard

KPI, scorecard e dashboard fanno parte dei sistemi di Corporate Performance Measure-ment (CPM). Il CPM ha come obiettivo la misurazione e l'interpretazione delle perfor-mance dei processi di business e dei loro fattori di successo.

I parametri prestazionali chiave (noti come KPI, acronimo di Key Performance Indi-cator), sono un insieme di indicatori che permettono il monitoraggio di una determinata attività o processo. Permettono di rivalutare o consolidare le strategie intraprese da un'a-zienda, devono quindi avere un legame stretto con gli obiettivi chiave che il sottosistema direzionale si propone di raggiungere.

Prima di denire i KPI bisogna che si deniscano quelli che saranno gli obiettivi o budget, meglio se a lungo termine, dell'azienda.

Attraverso la denizione e il monitoraggio continuo di un set di parametri prestazionali chiave, si può costruire un cruscotto di controllo delle prestazioni in modo da aiutare il team di gestione del processo ad individuare le aree di miglioramento, denire adeguati interventi di incremento delle prestazioni, vericare e misurare i progressi compiuti in modo da facilitare il raggiungimento degli obiettivi aziendali.

Il dashboard è lo strumento più utilizzato in tema di business intelligence, ed è in grado di fornire tutte le informazioni utili per il raggiungimento degli obiettivi aziendali in maniera semplice e sintetica. Permette la visualizzazione, su una o più schermate, delle informazioni in modo che esse possano essere monitorate a colpo d'occhio dagli utenti del livello strategico, e diventare così il punto di partenza di analisi più approfondite.

6 DEFINIZIONE DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI

CHIA-VE (KPI)

6.1

La struttura degli indicatori

Il concetto sul quale si basa il sistema dei parametri prestazionali chiave è quello di pro-duttività globale dell'impianto, mettere in relazione il risultato eettivamente realizzato dall'impianto (misurato attraverso i suoi volumi produttivi) e la quantità di risorse (fattori produttivi) eettivamente coinvolte per ottenerlo.

La produttività di un impianto, intesa come globale, dovrà tenere conto dei singoli fattori di produzione (macchinari, manodopera, utilities, ecc.), poichè attraverso il loro monitoraggio è possibile valutare le prestazioni dell'impianto, identicare punti di forza e debolezza, e stabilire quali interventi di miglioramento possono ritenersi necessari.

Lo studio svolto in azienda durante il periodo di tesi, si è focalizzato con maggiore attenzione su tre fattori di produzione:

ˆ macchinari; ˆ materie prime;

ˆ utilities (energia elettrica, gas, vapore).

Ad ogni fattore produttivo è associato un set di KPI, grazie ai quali si ottengono delle chiare indicazioni sulla produttività del singolo fattore.

Gli indicatori sono stati suddivisi in due famiglie:

1. di primo livello, detti anche indicatori base, i quali permettono un'analisi a livello

macro delle performance dell'impianto e l'individuazione di margini di miglioramento se confrontati rispetto a benchmark o analizzati nel tempo;

2. di secondo livello, detti anche sottoindicatori, in grado di fornire informazioni più

dettagliate sul comportamento degli indicatori di primo livello.

L'insieme degli indicatori deniti per ciascuno dei fattori produttivi (gura 26), andrà a costituire un cruscotto di controllo dell'impianto, in grado di fornire un'analisi completa delle prestazioni dell'intero processo.

Nei successivi paragra viene fornito un quadro schematico sulla funzionalità di ciascun indicatore, suddiviso per fattore di produzione di appartenenza. Per ognuno di essi viene riportato:

ˆ obiettivo; ˆ denizione;

ˆ formulazione analitica; ˆ frequenza di rilevazione.

Figura 26: I fattori produttivi

6.2

Indicatori relativi ai macchinari

La produttività dei macchinari è una misura della capacità dell'azienda di ottenere il massimo risultato dal capitale investito, e dipende da due aspetti:

ˆ l'ecienza dell'azienda di dotarsi, investendo il minor capitale possibile, di macchinari

capaci di processare la maggior quantità di prodotto per unità di tempo;

ˆ la capacità giornaliera dell'azienda di processare la maggior quantità di prodotto sfruttando al massimo la produttività dei macchinari di cui si è dotata.

Il primo è di natura commerciale ed esula dal presente studio, il quale si concentra maggiormente sul secondo aspetto.

Figura 27: Indicatori di performance relativi ai macchinari

Oltre agli indicatori di prestazione, è stato necessario individuare altri fattori che inuenzano il volume di produzione giornaliero della macchina, vale a dire:

ˆ velocità massima di produzione in condizioni ideali per tipo carta (VMP/A): il valore

massimo di tonnellate/h di prodotto che può essere processato nell'unità di tempo, in base al tipo di carta che si intende lavorare (ad esempio un fattore limitante è l'asciugamento del velo di carta: maggiore è la grammatura, a parità di tipologia di prodotto, e minore sarà la velocità massima di produzione consentita);

ˆ velocità massima monolucido per tipo carta (VMm/A): la massima velocità raggiungi-bile nella macchina continua in condizioni ideali in base al tipo di carta in produzione, calcolata sulla velocità periferica del cilindro monolucido;

ˆ tempo di calendario (Tc): tempo totale che intercorre in un intervallo fra due date o

fra due giorni a prestabiliti orari della giornata. La giornata lavorativa dell'azienda inizia all'orario d'ingresso del primo turno, cioè alle 6:00 di mattina e si conclude alle ore 6:00 del giorno successivo; ha quindi una durata di 24 ore ed è suddivisa su tre turni di otto ore ciascuno;

ˆ tempo fermate esterne senza presenza personale (Tfest_sp): periodo di tempo

du-rante il quale la macchina non ha prodotto per cause esterne all'azienda e senza la presenza del personale diretto (ad esempio fermate istituzionali come Natale e Capodanno, assemblea/sciopero, necessità di mercato o logistiche);

ˆ tempo disponibile (T0): tempo di calendario meno il tempo non disponibile per

at-tività di produzione in assenza di personale diretto, a causa di fattori indipendenti dall'area di produzione. La macchina continua è programmata per produrre ad un determinato regime di lavoro ed è disponibile il personale diretto;

ˆ tempo fermate esterne con presenza personale (Tfest_cp): tempo di fermo linea in

presenza del personale diretto a causa di fattori che non dipendono dall'area di produ-zione (ad esempio un disservizio programmato da parte del fornitore di energia elettri-ca durante il giorno, o fattori climatici che hanno portato al blocco della produzione, mancanza materia prima, mancanza utilities, ecc.);

ˆ tempo disponibile per la produzione (T1): tempo in cui la macchina è programmata e

disponibile per la produzione, in assenza di fermate esterne (con o senza la presenza del personale);

ˆ tempo fermate esterne (Tfest): somma dei due tempi relativi alle fermate esterne, con o senza personale;

ˆ tempo fermate interne (Tnt): periodo di arresto macchina in presenza di personale

diretto, dovuto essenzialmente a manutenzione della stessa (fermate meccaniche o elettriche), cambi produzione o cambi feltro (fermate produzione) o rottura del velo, cambi coltella e lavaggi;

ˆ tempo di produzione eettivo (T2): tempo durante il quale la macchina è in marcia

e arrotola carta al pope, in assenza di fermate di ogni genere.

La gura 28 mostra le relazioni che intercorrono tra i tempi appena citati.

Figura 28: Convenzioni relative ai tempi per le cartiere del gruppo (tempi misurabili)

Tipo carta Grammatura (g) VMm/A (m/min) VMP/A (t/h) MPP/A (t/giorno)

CELL 37-41 660 8,34 200 CELL 42-44 550 8,36 201 CEEL 44-50 470 8,38 201 T200RS 20-22 990 6,74 162 T200RS 23-25 950 7,39 177 T200RS 26-28 900 7,87 189

Tabella 2: Velocià massima di produzione in condizioni standard per tipo carta (VM/A)

La produzione giornaliera di ogni singola fase del processo viene esaminata attraverso i seguenti tre indicatori di produzione:

ˆ produzione al pope (Pp): la quantità di carta che viene prodotta al pope (o

arrotola-tore), la bobina verrà pesata dopo una sua pulitura;

ˆ produzione etichettata (Pe): il prodotto in uscita dalla sala macchine il quale ha

Le non conformità si suddividono a loro volta in due macrofamiglie:

ˆ prodotto non conforme vendibile: parte della produzione etichettata con piccoli difetti

che la rendono non conforme ma potenzialmente vendibile, declassata o riutilizzata con particolari accorgimenti;

ˆ prodotto non conforme scarto: prodotto con difetti tali da essere inviato

immediata-mente alle materie prime.

La massima produzione possibile all'arrotolatore per tipo carta (articolo prodotto), nell'u-nità di tempo sulla macchina continua, lo si può esprimere attraverso il seguente parametro:

ˆ massima produzione possibile al pope (MPP/A): essa terrà conto della massima ta-vola utilizzabile della macchina continua, delle massime velocità realizzabili, della grammatura dell'articolo in produzione e dell'allungamento da realizzare.

La dierenza tra produzione al pope ed etichettata viene identicata attraverso il seguente parametro:

ˆ scarto industriale (Si): ovvero la quantità di carta prodotta al pope che non viene

etichettata. E' dovuto essenzialmente a: scarto generato dalla dierenza del formato della tavola pope e la tavola delle bobine risultanti, varie puliture o parti di bobine tagliate al pope.

La gura 29 mostra uno schema delle quantità appena descritte e la loro relazione.

Figura 29: Convenzioni relative agli indicatori di produzione per le cartiere del gruppo

Sono stati introdotti una serie di indicatori, deniti su base giornaliera, in grado di tener conto di diversi aspetti e distinguere in che misura essi concorrono a determinare il volume di produzione giornaliero, gura 27.

Gli indicatori di primo livello sono:

ˆ TRS pope; ˆ TRS ribo;

E' stato possibile denire altri 4 indicatori di secondo livello:

ˆ perdite tempi produzione; ˆ perdite formato;

ˆ indice di non conformità; ˆ perdite di velocità e scarto.

Di seguito viene fornito uno schema sintetico e schematico degli indicatori introdotti.

Tasso di rendimento sintetico (TRS)

Obiettivo: valutare la quantità di carta prodotta in un determinato tempo rispetto alla carta teoricamente producibile dalla macchina in condizioni di massima velocità e condizioni di funzionamento ideali per il tipo di articolo in esame. Questo indicatore lo si puo' valutare alla macchina continua o a valle della stessa: nel primo caso verrà presa in considerazione la produzione al pope, nel secondo la produzione etichettata conforme.

Denizione: rapporto tra la produzione giornaliera (Pp o Pec) e la massima produ-zione possibile (MPP/A), espresso in termini percentuali.

Formulazione:

ˆ al pope: T RSpope(%) = (P p/MP P A) · 100

ˆ alla ribobinatrice: T RSribo(%) = (P ec/MP P A) · 100

Frequenza di rilevazione: giornaliera.

Fattore di utilizzo (FU)

Obiettivo: valutare la capacità di utilizzare l'impianto di produzione rispetto al tempo di calendario.

Denizione: rapporto tra il tempo di produzione eettivo (T2) e il tempo calendario (Tc), espresso in termini percentuali.

Formulazione: F U(%) = (T 2/T c) · 100 Frequenza di rilevazione: giornaliera.

Perdite tempi produzione (PTP)

Obiettivo: valutare l'incidenza delle perdite di tempo di produzione (o quantità), dovute alle fermate interne della macchina continua.

Denizione: rapporto tra la somma dei tempi dovuti a fermate interne (Tnt) e tempo totale disponibile per la produzione (T1), espresso in termini percentuali.

Perdite formato (PF)

Obiettivo: valutare l'incidenza delle perdite di tempo di produzione (o quantità), dovute a un minor sfruttamento della larghezza carta massima possibile della macchina continua.

Denizione: quantità di materia non etichettata a causa di una dierenza tra formato prodotto in macchina continua e formato medio etichettato a valle della ribobinatrice.

Formulazione:

P F (%) = [1 − (F ormato medio venduto/F ormato massimo prodotto)] · 100 Frequenza di rilevazione: giornaliera.

Indice di non conformità (INC)

Obiettivo: valutare la percentuale di quantità di carta denita non conforme a valle del processo, sia se essa sarà considerata in un secondo momento rivendibile o di scarto, rispetto alla produzione totale etichettata.

Denizione: rapporto tra produzione non conforme e produzione totale etichettata, espresso in termini percentuali.

Formulazione:

IN C(%) = [(P roduzione N C vendibile + P roduzione N C scarto)/P e] · 100 Frequenza di rilevazione: giornaliera.

Perdite di velocità e scarto (PVS)

Obiettivo: valutare l'incidenza delle perdite di tempo di produzione (o quantità), dovute a scarti industriali e una minor velocità rispetto a quella descritta dal parametro VMP/A.

Denizione: termine percentuale che esprime la quantità di perdita di produzione a causa di scarti industriali o microrallentamenti rispetto alla velocità target.

Formulazione:

ˆ al pope: P V S(%) = 100 − (T RSpope + P T P )

ˆ alla ribobinatrice: P V S(%) = 100 − (T RSribo + P T P + P F + INC)

Frequenza di rilevazione: giornaliera.

Per l'indicatore riguardante le perdite di formato, è necessario andare a denire: il formato massimo prodotto e il formato medio venduto, per questa trattazione rimandiamo al capitolo 7.

6.3

Indicatori relativi alle materie prime

La macchina continua sottoposta allo studio della presenti tesi, fa uso, a seconda del prodotto da etichettare, di percentuali dierenti di macero e cellulosa. Questo processo non è quindi destinato alla produzione di carta tissue, la quale prevede una percentuale del 100% di cellulosa, bensì alla produzione di carta da imballaggi.

Il responsabile di magazzino dovrà quindi gestire le due materie prime in maniera disgiunta, ma comunque in relazione tra loro, in modo che siano lavorate quantità di materie diverse per tipologia di carta, corrispondenti ad una sorta di ricetta.

Per tenere traccia del consumo giornaliero di entrambe le materie prime, è necessario introdurre due ulteriori parametri, vale a dire:

ˆ cellulosa caricata (Cell): quantità di cellulosa inviata al pulper per la

preparazio-ne dell'impasto broso, espressa in tonpreparazio-nellate e suddivisa per tipo di cellulosa (ad esempio a bra corta o a bra lunga);

ˆ macero caricato (Mac): quantitativo di macero caricato al pulper per la preparazione

dell'impasto broso, espresso in tonnelate e suddiviso per tipo di macero (ad esempio stampato alta grammatura o rigato con stampe).

Figura 30: Indicatori di primo livello relativi alle materie prime

L'indicatore di primo livello, come mostrato in gura 30, che terrà conto della produt-tività delle materie prime è:

ˆ resa materie prime.

Di seguito è fornito il quadro sintetico dell'indicatore citato.

Resa materie prime (RMP)

Obiettivo: valutare la capacità dell'impianto di trasformare la materia prima inviata al processo in prodotto etichettato.

Denizione: rapporto tra il volume di produzione etichettata e il quantitativo di materia prima inviata al pulper (caricato totale), espresso in termini percentuali.

6.4

Indicatori relativi alle utilities

All'interno del termine utilities sono raggruppate le principali risorse energetiche richieste per il funzionamento dell'intero processo produttivo, eventualmente trasformate e distri-buite alle diverse unità che le sfruttano grazie ad impianti di servizio (impianto elettrico, impianto gas, ecc.). Per il settore in esame, le utilities che richiedono una maggiore attenzione sono generalmente:

ˆ energia elettrica;

ˆ gas; ˆ vapore.

Il loro impiego richiede una gestione molto oculata, dato che assorbono una buona parte delle risorse nanziarie aziendali.

Per ognuna di esse sono stati deniti degli indicatori di primo livello che permettono di valutare il consumo specico delle risorse in termini di quantità di energia consumata per unità di risorsa processata.

Figura 31: Indicatori di primo livello relativi alle utilities

All'interno dello stabilimento è presente un impianto di cogenerazione alimentato a gas, per la produzione di energia elettrica e vapore, così da poter soddisfare i fabbisogni energetici attraverso fonti dierenti.

Di seguito viene fornito uno schema sintetico degli indicatori introdotti.

Energia elettrica specica (EEs)

Obiettivo: valutare la capacità dell'azienda di trasformare il vettore energia elettrica in quantità di prodotto nito.

Denizione: rapporto tra la quantità di energia elettrica consumata dall'impianto in un mese e la materia processata nello stesso periodo.

Formulazione: EEs(MW h/tonnellate) = Consumo Energia elettrica/P ec Frequenza di rilevazione: mensile.

Energia termica (gas) specica (ETgs)

Obiettivo: valutare la capacità dell'azienda di trasformare il vettore termico (associato al consumo di gas) in quantità di prodotto nito.

Denizione: rapporto tra la quantità di energia termica (relativa al gas) consumata dall'impianto in un mese e la materia processata nello stesso periodo.

Formulazione: ET gs(MW h/tonnellate) = Consumo Energia termica (gas)/P ec Frequenza di rilevazione: mensile.

Energia termica (vapore) specica (ETvs)

Obiettivo: valutare la capacità dell'azienda di trasformare il vettore termico (associato al consumo di vapore) in quantità di prodotto nito.

Denizione: rapporto tra la quantità di energia termica (relativa al vapore) consumata dall'impianto in un mese e la materia processata nello stesso periodo.

Formulazione: ET vs(MW h/tonnellate) = Consumo Energia termica (vapore)/P ec Frequenza di rilevazione: mensile.

7 CALCOLO DEI PARAMETRI PRESTAZIONALI CHIAVE (KPI)

La colonna portante del sistema proposto per il monitoraggio delle prestazioni dell'impian-to, è rappresentata dalla modalità di raccolta ed elaborazione periodica dei dati, necessari al calcolo degli indicatori precedentemente citati e sui quali si fondano le attività di analisi ed individuazione delle proposte di miglioramento del sistema produttivo.

Da ciò deriva che l'adabilità del sistema è conseguenza diretta dell'adabilità dei dati raccolti ed elaborati, che a sua volta dipende dall'aver progettato, e quindi impostato, un sistema di raccolta dati ecace (dati corretti) ed eciente (con il minor sforzo).

All'interno del presente capitolo vengono discussi i principali passi ritenuti necessari per una procedura di raccolta dei dati, al ne di un'elaborazione degli indicatori.

La metodologia proposta per la raccolta dati prevede una serie di attività preliminari, per garantire il suo corretto utilizzo da parte di chi ne sarà a stretto contatto all'interno dell'azienda, come:

ˆ denizione di ruoli e compiti;

ˆ verica dell'idoneità degli strumenti di supporto alla raccolta dei dati; ˆ misura dei tempi ciclo ideali di produzione;

correlate ad una serie di attività per la misurazione, raccolta e rilevazione dati, che andranno periodicamente vericate ed implementate dal personale addetto.

7.1

Denizione di ruoli e compiti

La raccolta dati è l'attività che richiede il maggior sforzo comune all'interno dell'azienda; prevede infatti un'elevata collaborazione e comunicazione tra le diverse funzioni e livelli aziendali (capitolo 5). Nonostante sia un'attività trasversale alla normale conduzione del processo, necessita di un gruppo di lavoro, chiaramente identicato in azienda, il cui compito è quello di collezionare i dati e sintetizzarli.

Il sistema di elaborazione dati, dovrà essere convalidato e consolidato nel tempo e costantemente monitorato da un supervisore di reparto e/o dagli stessi operatori diretta-mente coinvolti nel processo di produzione.

Per far ciò si ritiene necessario:

ˆ mirare a un coinvolgimento del personale, condividendo l'importanza della misura

come strumento di valorizzazione del funzionamento dell'intero sistema, per ottenere risultati più vantaggiosi con minore sforzo;

ˆ prevedere una formazione continua del personale, così da renderlo partecipe al

pro-getto e metterlo nelle capacità di raccogliere informazioni in maniera corretta e senza eccessive perdite di tempo.

7.2

Idoneità degli strumenti di supporto alla raccolta dei dati

I fogli di raccolta dati, siano essi cartacei o elettronici, devono avere una struttura ben denita, così da facilitare la loro consultazione da parte degli operatori e/o dei responsabili di reparto.

L'azienda non può trascurare l'importanza di predisporre un'apposita modulistica, che sia facilmente fruibile per la registrazione dei dati, così da evitare fallimenti nelle operazioni di raccolta e di conseguenza durante le successive fasi di analisi.

Durante il periodo di studio, sono state individuate delle criticità in questo ambito, in base alle quali sono state elaborate alcune indicazioni, che se rispettate potranno portare ad un calo delle inecienze vericatesi durante la raccolta dati.

ˆ Evitare la raccolta di informazioni se ridondanti;

ˆ ridurre possibilmente al minimo i campi liberi, favorendo la scelta tra voci prestabilite; ˆ prediligere la raccolta di informazioni ritenute necessarie;

ˆ assicurarsi che sia chiaro quali informazioni si intende raccogliere; ˆ minimizzare il più possibile i tempi di compilazione;

ˆ assicurarsi della rintracciabilità del foglio raccolta dati (sempre presenti data, posi-zione, compilatore, ecc.).

Nel seguito si andrà a denire una possibile procedura per la rilevazione dati, con una ipotetica congurazione dei moduli per la loro raccolta, così da denire in maniera rapida gli indicatori prestazionali citati nel capitolo precedente.

7.3

Misura dei tempi ciclo ideali di produzione

Prima di introdurre il sistema adottato per il calcolo degli indicatori, è necessario fornire una panoramica sull'attuale metodo di calcolo dei tempi-ciclo-ideali dell'unità produttiva per la lavorazione di tutti i possibili prodotti.

Questo parametro rappresenta il tempo minimo necessario per la lavorazione di die-renti tipologie di carta, ed è utilizzato come riferimento dai KPI. In particolare, si riferi-sce ad una condizione di funzionamento ideale della macchina, cioè in assenza di guasti, rallentamenti o piccole fermate, possibili lavorazioni difettose, ecc.

Visto il numero di prodotti e varianti che generalmente vengono realizzati in un processo come quello in esame, il primo passo per una corretta identicazione dei tempi-ciclo-ideali, sta nell'eettuare una sensata suddivisione dei prodotti in macrofamiglie.

7.3.1 Macrofamiglie

Le diverse macrofamiglie vengono denite andando a raggruppare i prodotti che necessi-tano dello stesso processo produttivo e presennecessi-tano tempi-ciclo-ideali di lavorazione molto simili tra loro.

I criteri utilizzati sono i seguenti:

ˆ caratteristiche impasto broso : è bene mantenere in famiglie distinte prodotti

dalle caratteristiche siche e tecniche diverse, conferitegli dalla diversa tipologia di impasto broso adoperato per la loro produzione;

ˆ fascia di grammatura : uno dei fattori che limita il tempo minimo di lavorazione è la velocità con cui deve asciugarsi il prodotto nella fase di essiccamento (par. 3.2.4). Un prodotto ad alta grammatura necessita di più tempo, comportando così una la-vorazione lenta, a dierenza di un prodotto con le stesse caratterictiche tecniche ma