Mentre si modella, il sistema CAD può calcolare il costo di fabbricazione?

Fig. 1 - Per le operazioni di tornitura viene utilizzata questa formula per calcolare la velocità di asportazione Va del materiale (espressa in mm3/min): Va = Vp ∙ f ∙ d dove Vp è la velocità periferica del componente in rotazione (mm/min), f è il la velocità di alimentazione, ovvero di quanto avanza il componente ad ogni rotazione (mm), e d è la profondità del taglio (mm). Noto Va il software risale così al costo dell’operazione: tempo [min] = volume materiale asportato [mm3]/Va [mm3/min] Costo [€] = tempo [min]∙costo macchina [€/min]
Fig. 1 - Per le operazioni di tornitura viene utilizzata questa formula per calcolare la velocità di asportazione Va del materiale (espressa in mm3/min): Va = Vp ∙ f ∙ d dove Vp è la velocità periferica del componente in rotazione (mm/min), f è il la velocità di alimentazione, ovvero di quanto avanza il componente ad ogni rotazione (mm), e d è  la profondità del taglio (mm). Noto Va il software risale così al costo dell’operazione: tempo [min] = volume materiale asportato [mm3]/Va [mm3/min] Costo [€] = tempo [min]∙costo macchina [€/min]
Fig. 1 – Per le operazioni di tornitura viene utilizzata questa formula per calcolare la velocità di asportazione Va del materiale (espressa in mm3/min):
Va = Vp ∙ f ∙ d
dove Vp è la velocità periferica del componente in rotazione (mm/min), f è il la velocità di alimentazione, ovvero di quanto avanza il componente ad ogni rotazione (mm), e d è la profondità del taglio (mm).
Noto Va il software risale così al costo dell’operazione:
tempo [min] = volume materiale asportato [mm3]/Va [mm3/min]Costo [€] = tempo [min]∙costo macchina [€/min]
Negli ultimi anni l’esigenza di valutare il costo di un progetto fin dalle primissime fasi di sviluppo è diventata sempre più importante e quindi i software CAD stanno cercando di soddisfarla introducendo degli strumenti di valutazione del costo sempre più veloci e sempre più automatizzati.

In un periodo di altissima competizione questi strumenti forniscono un ausilio determinante alle varie figure coinvolte nella gestione di una commessa:

l’imprenditore può sapere già nelle prime fasi di concezione del progetto se gli obbiettivi di margine da raggiungere possono essere erosi da costi di produzione eccessivi. Se tali target non fossero raggiunti può fare subito intervenire il reparto progettazione per operare delle modifiche atte a ridurre i costi.

Il progettista, in quanto questi strumenti abbattono finalmente le barriere tra progettazione e produzione, permettendo di avere delle valutazioni del costo in tempo reale. Ciò gli permette di operare delle scelte nell’ottica del “Design to Cost” fin dalle prime fasi di progettazione quando l’impatto sui tempi e sui costi di progettazione è molto basso.

Fig. 2 - Alcuni dati presenti nel database dei software di costing per poter calcolare il costo: è possibile personalizzarli inserendo i propri parametri di costo. La prima tabella contiene le varie tipologie di materiali ed il parametro di costo al Kg. La seconda contiene tempi d’attrezzaggio, i costi macchina e di mano d’opera, e la velocità massima della macchina, ed infine la terza contiene i parametri della macchina che vengono utilizzati per il calcolo della velocità di asportazione del materiale. È possibile reperire le informazioni su questi ultimi parametri nei cataloghi degli utensili da taglio o tramite i software forniti dai produttori di utensili.
Fig. 2 – Alcuni dati presenti nel database dei software di costing per poter calcolare il costo: è possibile personalizzarli inserendo i propri parametri di costo. La prima tabella contiene le varie tipologie di materiali ed il parametro di costo al Kg. La seconda contiene tempi d’attrezzaggio, i costi macchina e di mano d’opera, e la velocità massima della macchina, ed infine la terza contiene i parametri della macchina che vengono utilizzati per il calcolo della velocità di asportazione del materiale. È possibile reperire le informazioni su questi ultimi parametri nei cataloghi degli utensili da taglio o tramite i software forniti dai produttori di utensili.

Il reparto produzione o il terzista in quanto è possibile dare delle stime di costo molto più rapide e precise (ripetibili e sulla base di dati misurabili) rispetto alle valutazioni basate su calcoli manuali, fogli Excel, o sull’esperienza.

Gli strumenti di “costing” oggi disponibili possono effettuare valutazioni sia su componenti prodotti con lavorazioni per asportazione di truciolo, sia particolari in lamiera prodotti con processi di deformazione plastica. Il calcolo si basa su parametri geometrici e topologici che vengono calcolati dal CAD (volume del componente finito, volume asportato di materiale, perimetro esterno della lamiera o delle asole interne, ecc..), e su un database contenente parametri utili a calcolare il costo (dimensioni del materiale grezzo e costo al Kg, costo delle lavorazioni e di attrezzaggio delle macchine).

Fig. 3 - Esempio di un componente prodotto con lavorazioni per asportazione di truciolo su cui il software di costing effettua una valutazione del costo. Nella prima fase di calcolo del costo l’utente sceglie il tipo di materiale grezzo da utilizzare e le sue dimensioni e il software calcola il costo del materiale grezzo utilizzando i dati di costo nel database ed il peso del tondo grezzo. Le operazioni da effettuare vengono determinate automaticamente sia in base alla geometria, sia in base alle feature di modellazione utilizzate (es. una lavorazione verrà effettuata per trapanatura invece che per fresatura se la feature di modellazione che è stata utilizzata è una foratura). Nel caso in esame il costing rileva che per produrre il componente dal pieno è necessario svolgere delle operazioni di tornitura esterna e foratura. Il software quindi calcola il volume di materiale asportato tramite una serie di operazioni booleane rispetto al grezzo di partenza, per poi calcolare il costo del componente sulla base della velocità di asportazione del materiale (Va) e del costo macchina. La valutazione finale del costo suddivide il contributo del costo di del materiale grezzo (63%) dal costo delle operazioni di lavorazione meccanica (37%).
Fig. 3 – Esempio di un componente prodotto con lavorazioni per asportazione di truciolo su cui il software di costing effettua una valutazione del costo. Nella prima fase di calcolo del costo l’utente sceglie il tipo di materiale grezzo da utilizzare e le sue dimensioni e il software calcola il costo del materiale grezzo utilizzando i dati di costo nel database ed il peso del tondo grezzo. Le operazioni da effettuare vengono determinate automaticamente sia in base alla geometria, sia in base alle feature di modellazione utilizzate (es. una lavorazione verrà effettuata per trapanatura invece che per fresatura se la feature di modellazione che è stata utilizzata è una foratura). Nel caso in esame il costing rileva che per produrre il componente dal pieno è necessario svolgere delle operazioni di tornitura esterna e foratura. Il software quindi calcola il volume di materiale asportato tramite una serie di operazioni booleane rispetto al grezzo di partenza, per poi calcolare il costo del componente sulla base della velocità di asportazione del materiale (Va) e del costo macchina. La valutazione finale del costo suddivide il contributo del costo di del materiale grezzo (63%) dal costo delle operazioni di lavorazione meccanica (37%).

Fig.3BNel caso delle lavorazioni per asportazione di truciolo il software calcola dei tempi per svolgere l’operazione sulla base di formule ormai consolidate nel campo delle lavorazioni meccaniche, e da questi deriva dei costi di lavorazione. La figura 1 mostra la formula utilizzata per le operazioni di tornitura mentre la figura 2 mostra un estratto di alcuni dati presenti nel database del costing che possono essere utilizzati per un calcolo dei costi di operazioni di tornitura.

La valutazione del costo può diventare altamente dettagliata aggiungendo ulteriori parametri, come ad esempio il costo della manodopera, il costo di attrezzaggio, o il costo di ulteriori operazioni come la finitura superficiale, i trattamenti termici, o la verniciatura. La figura 3 mostra una valutazione di costo effettuata su di un componente prodotto con lavorazioni per asportazione di truciolo.

Fig. 4 - Scegliendo di produrre il componente a partire da due particolari che vengono saldati, si ha una drastica riduzione del costo rispetto al caso precedente. Il software di costing è in grado di mostrare il costo totale ed il contributo che viene dato dai singoli particolari.
Fig. 4 – Scegliendo di produrre il componente a partire da due particolari che vengono saldati, si ha una drastica riduzione del costo rispetto al caso precedente. Il software di costing è in grado di mostrare il costo totale ed il contributo che viene dato dai singoli particolari.

Il componente dell’esempio risulta avere un costo molto elevato dal momento che il materiale grezzo da utilizzare ha un volume molto elevato, e la quantità di materiale da asportare è molto grande. In un caso come questo il progettista, nell’ottica del “Design to cost” può pensare a metodi alternativi di fabbricazione per ridurre il costo. Ad esempio, come mostrato in figura 4, potrebbe pensare di produrre il componente come due particolari separati saldati: in questo modo si ha un abbattimento del costo di oltre il 74 %.