Premessa
Il FEED (Front End Engineering Design) è una fase fondamentale nel progetto ingegneristico, che si occupa di definire con precisione gli aspetti tecnici ed economici prima della fase di dettaglio (definizione AI).
Richiamo al modello di costruzione
In precedenti articoli ho descritto un modello dinamico di costruzione che ho definito PMGK (Produttività, Mobilità, Struttura, Controllo) v. fig. 1. Secondo questo modello dinamico, l’andamento del progress e dei costi dipende dai parametri PMGK una volta che siano disponibili i tre fattori fondamentali della crescita: le risorse di costruzione, il design di cantiere con cui operano le risorse ed i materiali da montare.
La fig 1 rappresenta il sistema cantiere come flusso di materiali dallo Stock di cantiere allo Stock di assemblaggio in opera eseguito da risorse che dispongono delle informazioni necessarie contenute nei disegni di cantiere. In una versione semplificata del modello PMGK (detto PM sinusoidale), l’andamento delle risorse e quello del progress sono rappresentati in fig.1.1
Fig. 1.1 – Andamento delle risorse (a sinistra) e del progress (a destra) nel modello di costruzione PM semplificato (sinusoidale) – curve verdi.
Il problema che ci poniamo in questo articolo è di valutare come il risultato della costruzione può cambiare in funzione del lavoro di design e di procurement che precedono la costruzione stessa. Questo lavoro preparatorio viene denominato Front End Engineering Design (FEED).
Descrizione del FEED
Il cosiddetto Front End Engineering Design è quella fase fondamentale che precede la costruzione e che serve appunto a rendere disponibile al cantiere i tre fattori necessari (anche se non sufficienti) per la costruzione: design, risorse e materiali.
Fig. 2a – Il FEED dal Design al Procurement per la Costruzione
La parte a sinistra della fig. 2a rappresenta schematicamente le fasi che precedono la costruzione. In una prima fase il team di processo del Main Contractor (MC), responsabile del progetto, definisce lo schema di processo (chimico, fisico, etc..) che consentirà all’impianto di svolgere la funzione cui è destinato.
Dallo schema di processo il team di ingegneria del MC potrà produrre i documenti (specifiche tecniche, fogli dati, disegni, etc..) che serviranno al Procurement per approvvigionare sul mercato quanto serve al cantiere. Il Procurement effettuerà questa attività confrontandosi con il mercato di materiali, apparecchiature, servizi e manodopera di appalto.
La fase di design ed approvvigionamento non è di breve durata e, man mano che procede, il gruppo di design dovrà eseguire un’attività fondamentale ma poco nota che si potrebbe definire di “congruenza interna” della rete di materiali reperiti sul mercato. In effetti le interfacce fisiche di componenti diversi che devono collegarsi tra loro potrebbero non essere congruenti (diametri diversi, materiali diversi, etc..) ed anche le taglie dei componenti stessi potrebbero essere diverse da quanto valutato in fase di design iniziale perché il mercato produce le apparecchiature secondo taglie discrete. Questa fase di “congruenza interna” è un processo iterativo che richiede del tempo non trascurabile nel complesso del progetto..
Nascerà quindi un ciclo di revisione-approvazione tra gli elementi del progetto rappresentato con le frecce rosse grandi di Fig. 2b. Se la costruzione inizia troppo presto c’è il rischio non solo di non disporre ancora di tutti i componenti necessari per la fase di montaggio in cui ci si trova, ma potrebbe anche accadere che i progetti di montaggio sono stati approvati solo parzialmente e non ancora completamente (i.e. con tutte le revisioni necessarie) come viene spiegato oltre. Questo fatto ovviamente rallenta il cantiere costringendo a rifacimenti continui (cicli di rework) il che significa, in ultima analisi, eseguire il montaggio con bassa produttività. Nasce quindi un compromesso tra l’esigenza di iniziare prima possibile i lavori in cantiere (per rispettare i tempi di completamento) e quella di posticipare l’inizio del lavoro per poter disporre di un progetto che abbia completato il ciclo di revisioni per il cantiere.
Naturalmente il completamento della fase di “congruenza interna” del progetto non esclude al 100% che poi nella fase di montaggio ci siano ulteriori correzioni da fare al design di cantiere (frecce rosse piccole di fig. 2b) ma questo è in qualche modo inevitabile.
Il Dependency Structure Method (DSM)
Tutto ciò premesso, presentiamo brevemente il metodo detto Dependency (o anche Design) Structure Method (o anche Matrix) (DSM) che consente di modellare in modo strutturato il processo di “consolidamento” del progetto che, come detto in precedenza, è fondamentale per la riuscita del montaggio.
Nella fig. 3 viene illustrato il progetto semplificato di un impianto termico a vapore per la produzione di energia elettrica.
Nella matrice di fig. 4 vengono riportate le dipendenze funzionali dei vari elementi e si spiega il processo di consolidamento del progetto. La matrice, nella versione più generale, è uno strumento molto utile in quanto consente di capire quali sono gli elementi critici, le iterazioni richieste, l’organizzazione del team, l’efficienza del team di progetto, etc…
La matrice quadrata DSM si legge come segue: l’elemento 8 delle righe, che è l’acqua di raffreddamento del condensatore di vapore, richiede informazioni dall’elemento 3 delle colonne che è il condensatore di vapore. L’elemento 8 delle colonne, a sua volta, fornisce informazioni all’elemento 9 delle righe che rappresenta la media tensione necessaria per l’alimentazione del motore dell’elemento 8.
Le curve ricavabili dallo sviluppo del DSM mostrano un particolare interessante. Si nota infatti che nello step 3 del processo di consolidamento del progetto, 8 elementi su 9 totali sono stati resi congruenti (quindi si potrebbe ritenere di essere al 90% di sviluppo del progetto) e pronti per alimentare il cantiere ma, proprio dallo step 3, stanno partendo i cicli di revisione che potrebbero durare anche oltre lo step 4…Se il progetto finisse con lo step 4, nello step 3 si era al 60% di sviluppo e non al 90%. Questo fattore di apparente completezza del progetto deve essere contrastato con i cicli di design review.
La crescita del progetto che viene sintetizzata nella ultima tabella di fig.4 può essere modellata in modo qualitativo mediante Stock and Flow nell’ipotesi “granulare” di Stock di documenti.
La fase finale della modellazione consiste nel collegare il modello S&F di FEED con quello di costruzione. La simulazione dinamica dell’andamento del cantiere viene eseguita con il modello PM semplificato (sinusoidale) di cui si è detto all’inizio di questa nota.
Nella figura 5a viene riportato il risultato della costruzione nell’ipotesi di FEED incompleto (partenza del cantiere troppo anticipata) e nella fig. 5b il caso di FEED quasi del tutto completo (partenza del cantiere ritardata).
Fig. 5a – Curve di risorse e progress della costruzione con FEED incompleto
Fig. 5b – Curve di risorse e progress della costruzione con FEED quasi completo
Nel caso di FEED incompleto la costruzione (linea verde) cresce in ritardo e l’area della “campana” delle risorse è più grande (quindi maggiori costi) di quanto atteso (linea blu tratteggiata) a causa della minore produttività causata dai cicli di rework.
Nel caso di FEED quasi completo le curve del pianificato e del realizzato sono molto più allineate ma spostate più a destra.
Conclusione
Il ciclo di FEED è fondamentale per il successo della fase di costruzione e del progetto nel suo complesso e la sua modellazione mediante la DSM può ridurre significativamente i rischi per il MC. Per valutare la validità del ciclo di FEED occorre: 1 – far ricorso alle Design Review più volte; 2 – dimensionare i componenti sul mercato con i margini di taglia che coprono da futuri extra dimensionamenti. Questo fatto spiega anche perché è molto più facile gestire i progetti ripetitivi di quelli innovativi.
G. Iovino 24/05/2026