Appunti Studi di fabbricazione

QUOTE E TOLLERANZE PER LA PRODUZIONE

Il mezzo attraverso il quale il progettista rappresenta le caratteristiche geometriche della parte/prodotto da realizzare è il disegno tecnico, che rappresenta il fondamento della comunicazione tra progettista e pianificatore di processo. Qualsiasi processo è caratterizzato dalla presenza di errori ed imprecisioni, dovute allo scostamento della geometria e delle dimensioni delle parti realizzate rispetto a quelle indicate nel disegno. Per cui, gli errori vengono considerati, in sede di progettazione, indicando nel disegno i limiti massimi di variabilità entro i quali è possibile accettare le parti, ossia gli intervalli di tolleranza (IT). Gli errori di lavorazione possono essere dimensionali, dove si ha una deviazione delle dimensioni reali rispetto a quelle nominali (danno luogo alle tollerenze dimensionali), oppure geometrici, dove si ha una deviazione delle superfici reali rispetto a quelle nominali, e si dividono in errori.

micrometrici (danno luogo alla rugosità) ed in macrometrici (danno luogo alle tolleranze geometriche). Una parte/prodotto è in grado di soddisfare le specifiche, definite dal progettista, osservando delle precauzioni:

• eseguire la lavorazione delle superfici rilevanti della parte, in una singola sottofase;
• utilizzare macchine ed utensili con errore di precisione più piccolo dell'intervallo di tolleranza delle parti da realizzare;
• controllare la flessione dell'utensile, agendo sui parametri di processo che influenzano le forze di lavorazione.

Il disegno di definizione, del prodotto finito, può avere delle quote funzionali non sempre ottenibili in modo diretto con le lavorazioni, a causa delle scelte di piano. Pertanto, vi è il passaggio dal disegno di definizione al disegno di fabbricazione, a causa della necessità di definire le quote di fabbricazione dalle quali si ottengono indirettamente quelle funzionali (si parla di trasferimento di quota).

Grazie a questa operazione, le quote necessarie per la lavorazione vengono trovate direttamente a disegno. Le strategie per ricavare la tolleranza della quota di fabbricazione, note quelle delle quote funzionali, da cui è stata ottenuta, sono: - metodo aritmetico: con esso, l'intervallo di tolleranza di una quota (risultante) è pari alla somma degli intervalli di tolleranza delle quote da cui è stata ottenuta (quote componenti): IT = ΣIT ; risult comp - metodo statistico: dato che i processi produttivi sono caratterizzati da grandezze che variano nel tempo, in modo casuale, a causa dei fattori di errore, allora i valori delle grandezze ottenute sono influenzati da tali variazioni; per cui, la distribuzione dei valori delle grandezze viene descritta da leggi statistiche, come quella di Gauss-Laplace. Indicando con x=variabile casuale e σ=deviazione standard, allora otteniamo una campana, di ampiezza pari alla probabilità che quella grandezza cada.

All'interno di quell'intervallo. Se la x è una quota, e la tolleranza è bilaterale simmetrica, si assume che ±3 è l'intervallo di tolleranza, pertanto la probabilità che x sia compresa entro IT=6 è pari al 99,75%, mentre lo 0,25% delle parti non rispetta le specifiche e viene scartato;

La legge che regola la somma di variabili casuali con valori medi e deviazione standard note, prevede che il valore medio/varianza della risultante sono pari alla somma dei valori medi/varianza delle componenti, pertanto si ottiene che IT = ∑IT e quindi l'intervallo di tolleranza di una quota sarà pari alla radice quadrata della somma dei quadrati degli intervalli di tolleranza delle quote da cui è stata ottenuta.

In definitiva, occorre far coincidere, per quanto possibile, i riferimenti di quotatura con quelli di lavorazione, infatti le superfici di riferimento sono scelte in modo da coincidere con quelle di quotatura.

8.

PROGETTAZIONE INTEGRATA DI PRODOTTO E PROCESSO Il "concurrent engineering" rappresenta l'insieme di metodologie e strumenti che consente un approccio integrato alla progettazione del prodotto e dei relativi processi di produzione. La necessità di un suo utilizzo deriva dall'aumento della complessità dei prodotti, dalle richieste di prodotti di alta qualità e dalla necessità di ridurre tempi e costi di realizzazione. Inoltre, il "concurrent engineering" rompe la sequenzialità nell'esecuzione delle fasi di progettazione, produzione, ecc, infatti le singole attività vengono eseguite in parallelo, per sfruttare le possibili sinergie. I principi fondamentali del CU sono infatti: - integrazione: relativa al contenuto delle informazioni e delle conoscenze, alle tecnologie ed agli strumenti usati ed all'utilizzo di team multidisciplinari per lo svolgimento delle attività; - simultaneità: relativa almodo attraverso il quale sono condotte le attività ed alle interazioni tra i diversi soggetti coinvolti nel processo di sviluppo del prodotto. Se osserviamo il confronto tra approccio simultaneo e sequenziale, notiamo che: - approccio simultaneo: implica un numero elevato di modifiche nelle prime fasi di progettazione che diminuiscono man mano che si avanza nelle attività fino ad essere quasi nullo nella fase di produzione. Questo comportamento è legato al fatto che le problematiche relative alla produzione sono anticipate durante la progettazione del prodotto. - approccio sequenziale: comporta un minor impegno nell'attività di progettazione, con l'esecuzione di poche modifiche nel progetto, che però aumentano man mano che si avanza nelle attività, poiché la progettazione non considera le problematiche di produzione. Ne deriva una riduzione del "lead time" per l'approccio simultaneo. Perciò, l'approccio simultaneo,

Rispetto a quello sequenziale è caratterizzato da un incremento dei costi di progettazione ma inferiore rispetto alla riduzione dei costi di produzione. Questo fa sì che vi sia una diminuzione del costo complessivo del prodotto se si progetta considerando simultaneamente tutti gli aspetti relativi al ciclo di vita del prodotto. Le ragioni che favoriscono il ricorso alla CE risiedono nella complessità tecnica dei prodotti sempre più elevata, combinata con la necessità di dare una risposta veloce alla domanda in evoluzione sempre più rapida, e quindi anche la necessità di realizzare cicli di vita del prodotto più brevi, ma anche l'aumento delle difficoltà nel modificare il progetto man mano che andiamo avanti nelle fasi del ciclo di realizzazione del prodotto. Altra cosa importante è che la maggior parte dei costi è impegnata in sede di progettazione: nella figura seguente riportiamo il costo totale in funzione del tempo,

e troviamo la curva relativa ai costi impegnati e quelli sostenuti. I costi impegnati sin dalle prime fasi risultano essere più elevati dei costi sostenuti, fino a che si congiungono in un punto, per cui la facilità nell'effettuare modifiche del progetto diminuisce all'avanzare delle varie attività. Più in dettaglio, i costi impegnati sono i costi che l'azienda dovrà sostenere in futuro e sono pari a circa l'80/85% dei costi relativi al ciclo di vita di un prodotto, determinati da decisioni intraprese in fase di progettazione, che se sono inadeguate comportano un aumento dei costi, mentre se adeguate, determinano un risparmio nelle fasi successive. Invece, i costi sostenuti sono bassi nella fase di progettazione mentre elevati nelle fasi successive. I principali vantaggi della CE sono la riduzione dei tempi di sviluppo del prodotto e dei tempi di produzione, ma anche un miglioramento della qualità del prodotto ed una riduzione.

dei costi complessivi, degli scarti, delle rilavorazioni, delle modifiche nella prima fase della produzione e nella costruzione dei prototipi. Quando abbiamo a che fare con l'approccio simultaneo, ci riferiamo alla metodologia "design for X" (DFX), ossia un metodo di progettazione sviluppato per migliorare la qualità e ridurre i costi ed i tempi di realizzazione di un prodotto. Integra i vari aspetti relativi al ciclo di vita del prodotto. Pertanto potremmo avere:

• design for manufacturing (DFM): sviluppata per facilitare la fabbricazione dei componenti;
• design for assembly (DFA): sviluppata per facilitare l'assemblaggio di un prodotto;
• design for disassembly (DFD): sviluppata per facilitare il disassemblaggio di un prodotto;
• design for recycling (DFR): sviluppata per progettare in modo che i prodotti siano idonei al riciclo;
• design for remanufacturing (DFRem): sviluppata per migliorare la rilavorabilità del prodotto;
• design for environment (DFE):

svolge un ruolo fondamentale nella realizzazione di un prodotto ambientalmente compatibile. I team multidisciplinari consentono di svolgere diverse attività, come la progettazione del prodotto e la pianificazione del processo. Per implementare la Compatibilità Ambientale (CE), è necessario creare una rete computerizzata tra i membri dei team, consentendo ai tecnici di collaborare sia all'interno dell'azienda che tra aziende diverse. I team sono composti da lavoratori della conoscenza con competenze professionali specifiche. Solitamente, un team è composto da non più di 10 membri, con un "team leader" che coordina le attività. Nel caso in cui la dimensione del team rappresenti un problema, è possibile suddividere il lavoro tra team più piccoli. La partecipazione ai team avviene su base volontaria per l'intera durata del progetto ed è un elemento chiave per il successo della CE.il team leader deve essere in grado di prendere decisioni rapide ed efficaci, gestire lo stress e le pressioni del lavoro, essere flessibile e adattabile ai cambiamenti, e avere una buona capacità di problem solving. Inoltre, è importante che il team leader sia in grado di creare un ambiente di lavoro positivo e collaborativo, favorire la comunicazione e la condivisione delle informazioni tra i membri del team, e promuovere lo sviluppo professionale e personale dei singoli componenti. Infine, il team leader deve essere in grado di valutare le performance del team e individuare eventuali aree di miglioramento, nonché gestire le risorse in modo efficiente per raggiungere gli obiettivi prefissati.le principali "soft skills" dei componenti del team sono la curiosità, la creatività, la capacità di pensare in modo indipendente.