Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti

1. 1 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti Prof. Gianmaria Concheri Dip. ICEA – Lab. di Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale Università di Padova

2. 2 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Contenuti • Di cosa stiamo parlando: è neccessario usare il sistema ISO/GPS? • Vantaggi derivanti dall’implementazione della metodologia • Come funziona il sistema ISO/GPS – ASME/GD&T • Come mi può aiutare il progetto “Rapid Open innovation”

3. 3 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Di cosa stiamo parlando: è neccessario usare il sistema ISO/GPS? • La realtà industriale attuale è sempre più caratterizzata da una continua evoluzione verso modelli sempre più dinamici di interazione tra cliente e fornitore che mettono a dura prova le metodologie tradizionali di comunicazione tecnica. • In particolare nel settore della subfornitura meccanica, largamente diffusa nel nostro territorio, si rileva una esigenza sempre maggiore di accuratezza nella descrizione e nell’interpretazione dei requisiti funzionali e, conseguentemente, nella realizzazione e nell’interpretazione di disegni e documenti tecnici coerenti e completi che supportino adeguatamente le esigenze di co-design ed esternalizzazione della produzione.

4. 4 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) In alcuni ambiti, come quelli più avanzati dell’aerospaziale e dell’automotive, tale processo è già iniziato, ma comunque l’esperienza comune alla maggioranza delle realtà industriali è quella di una inadeguatezza del livello di conoscenza degli operatori e delle metodologie operative implementate negli enti di progettazione, produzione e controllo. Per contro, a livello normativo (ISO) è in atto un notevolissimo sforzo di sviluppo di uno schema innovativo e coerente di gestione del dato geometrico orientato proprio ad una migliore definizione della correlazione tra requisito funzionale, specificazione geometrica e relativa procedura di controllo, riassumibile nei principi di Specificazione Geometrica dei Prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS), che, se correttamente e coerentemente implementato, permette di superare i limiti delle attuali metodologie operative e rivoluziona la comunicazione tecnica intra ed inter-aziendale.

5. 5 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Vantaggi derivanti dall’implementazione della metodologia • Alle aziende del settore della meccanica di precisione per la subfornitura si propongono metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti, basate sui più recenti sviluppi della normativa ISO e sulle migliori pratiche internazionali, al fine di: • Esprimere compiutamente nella documentazione tecnica i requisiti funzionali dei prodotti per il consolidamento del know-how aziendale; • Ridurre l’ambiguità nell’indicazione e nell’interpretazione dei requisiti dimensionali e geometrici dei prodotti, per il miglioramento della comunicazione tra enti di progettazione, produzione e controllo qualità, nonché con clienti e fornitori nella gestione dei processi esternalizzati;

6. 6 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Ridurre gli scarti dovuti a incertezza nella specificazione dei requisiti funzionali piuttosto che a limiti del processo di fabbricazione; • Migliorare le operazioni di controllo, riducendo ambiguità e incertezza nella verifica delle prescrizioni geometriche e dimensionali, per ridurre o eliminare il rischio di contestazioni; • Permettere la crescita e il miglioramento continuo degli enti di progettazione, grazie ad un feed-back coerente sulle scelte progettuali da parte della produzione e del controllo qualità.

7. 7 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Come funziona il sistema ISO/GPS – ASME/GD&T Questo disegno è esauriente?

8. 8 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema n. 1: come funzionaSono i bordi del pezzo ad essere localizzati rispetto ai fori o viceversa?

9. 9 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema n. 2: come si misura Qualè l’orientamentocorretto del pezzoper controllare le tolleranzedimensionali?

10. 10 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema n. 3: requisito 1Qual’èla dimensione critica della zona di tolleranza (lato del quadrato o diagonale del quadrato) La zona di tolleranza dell'asse del foro è quadrata mentre la forma del foro circolare

11. 11 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema n. 4: requisito 2La quotatura determina l’accumulo dell'errore sulla posizione dei fori. Quale è la vera tolleranza funzionale? Zona di tolleranzadel foro 1 1 2 Zona di tolleranzadel foro 2

12. 12 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Ci fermiamo qui. In breve: una specificazione ambigua può portare a scartare il pezzo perché non conforme alle tolleranze prescritte a disegno anche se in pratica accettabile e funzionante, e viceversa!

13. 13 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Altro esempio: Questo disegno è esauriente?

14. 14 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema 1: cosa sto quotando? A cosa corrisponde la quota del gradino?

15. 15 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema 2: cosa sto quotando? Qual è la distanza del foro?

16. 16 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema 3: cosa sto quotando? A cosa corrisponde la quota del raggio?

17. 17 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Problema 4: angoli retti? E se gli angoli non sono proprio di 90°?

18. 18 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Mai incontrati problemi come questi? Il vostro Ufficio Tecnico come gestisce questi problemi? E se l’operatore che “sa come si fa” va in pensione? E se vi capita di dover far produrre dei componenti all’esterno? E se il vostro cliente vi contesta la fornitura? La soluzione si chiama Specificazione Geometrica dei Prodotti (GPS – GeometricalProductSpecification)

19. 19 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Torniamo al nostro esempio. La soluzione è:adottare una specificazione esauriente e non ambigua mediante l’uso corretto delle tolleranze dimensionali e geometriche…

20. 20 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Qual è il percorso per identificare una specifica geometrica corretta, completa e coerente? Come funziona?

21. 21 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: 1) Tolleranzedimensionaliutilizzate solo per definire le dimensionideglielementi e gliingombri.

22. 22 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: 2) Indicazione esplicita di un sistema di riferimento a tre piani ortogonali rispetto i quali localizzare in maniera univoca gli assi dei fori.

23. 23 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: 3) Glielementidiriferimentosono “qualificati” e organizzatigerarchicamente

24. 24 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: 4) Tutte le altre quote sono “quote teoricamente esatte” e definiscono la posizione teorica delle feature rispetto al sistema di riferimento.

25. 25 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: 5) Le zone di tolleranza dei fori sono definite mediante tolleranza di localizzazione (di forma cilindrica). È possibile ampliarle ulteriormente applicando il requisitodi massimo materiale.

26. 26 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: Indico rispetto a cosa misuro la quota del gradino!

27. 27 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: Indico qual’è la distanza del foro!

28. 28 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazionecorretta, completa e coerente: Indico a cosa corrisponde la quota del raggio!

29. 29 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Altro esempio: specificazione geometrica di un tavolo Requisito 1: la superficie del tavolo deve essere piana • Zona di tolleranza: • coppia di piani paralleli tra loro • distanti 0,5 mm Nota: un piano è piano indipendentemente da come è orientato nello spazio La forma è una proprietà intrinseca dell’elemento geometrico La zona di tolleranza si “adatta” all’elemento geometrico

30. 30 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazione geometrica di un tavolo (continua) Requisito 2: la superficie del tavolo deve essere “orizzontale” • Zona di tolleranza: • coppia di piani paralleli tra loro • distanti 0,5 mm • paralleli al riferimento A (pavimento) Nota: la zona di tolleranza ha stessa forma e dimensioni di quella della planarità. In aggiunta ha solo il vincolo di essere parallela al pavimento.

31. 31 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazione geometrica di un tavolo (continua) Requisito 3: la superficie del tavolo deve essere alla distanza di 800mm dal pavimento 800 • Zona di tolleranza: • coppia di piani paralleli tra loro • distanti 0,5 mm • paralleli al riferimento (pavimento) • il cui piano medio dista 800 mm dal riferimento Nota: la zona di tolleranza ha stessa forma e dimensioni di quella della planarità e del parallelismo. In aggiunta ha solo il vincolo di distanza dal pavimento.

32. 32 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Specificazione geometrica di un tavolo (continua) Riassumendo: A parità di tolleranza (0,5 mm nell’esempio), la specifica di localizzazione vincola non solo la posizione del piano, ma anche la sua orientazione (tolleranza di parallelismo = 0,5 mm) e la sua forma (tolleranza di planarità = 0,5 mm). 800 Ha senso invece specificare forma, orientazione e posizione se le tolleranze sono crescenti

33. 33 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Altri esempi di Specificazione geometrica

34. 34 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS)

35. 35 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) È necessario usare il sistema GPS? Un solo esempio. Fino al 2010 questa indicazione significava questo Anche in assenza di altre indicazioni

36. 36 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Oggi invece questa indicazione può significare anche questo In assenza di altre indicazioni Perché?

37. 37 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) La nuova UNI EN ISO 8015:2011 ridefinisce concetti, principi e regole fondamentali per l’attribuzione e la verifica delle specifiche GPS. Principi fondamentali: 5.1 Invocationprinciple Once a portionof the ISO GPS system isinvoked on a mechanicalengineeringproductspecification, the entire ISO GPS system isinvoked, unlessotherwiseindicated on the specification, e.g. byreferenceto a relevantdocument. … “Tolerancing ISO 8015” can optionallybeindicated in or near the title block for information, butisnotrequiredtoinvoke the ISO GPS system…. 5.5 Independencyprinciple By default, every GPS requirementfor a feature or relation betweenfeaturesshallbefulfilledindependentofotherrequirementsexceptwhenitisstated in a standard or byspecialindication (e.g. Ⓜ modifiersaccordingto ISO 2692 or CZ accordingto ISO 1101) as part of the actualspecification.

38. 38 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Ma io disegno solo il 3D. Cosa centra il sistema ISO/GPS? La Specificazione Geometrica dei Prodotti non è limitata al disegno 2D !!! Proiezioni Ortogonali e strumenti CAD 3D descrivono solo il modello geometrico nominale. Quindi non sono sufficienti a descrivere gli scostamenti ammissibili di forma, dimensione e posizione (tolleranze). Es : UNI EN ISO 1101:2013Geometrical Product Specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and runout –

39. 39 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • Perché non stiamo già utilizzando in sistema ISO/GPS? • grossi limiti nella formazione scolastica (e anche universitaria); • grave carenza “culturale” degli operatori e la mancanza di programmi di formazione e aggiornamento nell’ambito degli uffici tecnici; • disinteresse ed allontanamento dall’utilizzo delle prescrizioni normative da parte delle figure tecniche aziendali; • è accettata la mancanza di indicazioni relative ai requisiti funzionali nella documentazione tecnica di prodotto; • grossi dubbi sulla qualità delle procedure metrologiche per il controllo dei prodotti.

40. 40 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) • In sintesi • Metodologia evoluta di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GPS) basata sui più recenti sviluppi della normativa ISO per: • Esprimere compiutamente nella documentazione tecnica i requisiti funzionali dei prodotti (consolidamento del Know-how aziendale); • Ridurre l’ambiguità nell’indicazione e nell’interpretazione dei requisiti dimensionali e geometrici dei prodotti (miglioramento della comunicazione interna - progettazione/produzione/qualità ed esterna – clienti/fornitori). • Ridurre gli scarti dovuti a incertezza nella specificazione dei requisiti funzionali (piuttosto che a limiti del processo di fabbricazione) • Migliorare le operazioni di controllo nella verifica delle prescrizioni geometriche e dimensionali (ridurre o eliminare il rischio di contestazioni)

41. 41 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (GeometricalProductSpecification – GPS) Come mi può aiutare il progetto Rapid Open Innovation? Visita la piattaforma web al seguente indirizzo: w​ww.openinnovation-platform.net