1 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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”

Di cosa stiamo parlando: è neccessario usare il sistema ISO/GPS? 3 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 (Geometrical Product Specification – 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.

Vantaggi derivanti dall’implementazione della metodologia 5 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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.

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

8 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Problema n. 1: come funziona Sono i bordi del pezzo ad essere localizzati rispetto ai fori o viceversa? A cosa serve questo componente?

Problema n. 2: come si misura 9 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Problema n. 2: come si misura Qual è l’orientamento corretto del pezzo per controllare le tolleranze dimensionali?

10 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Problema n. 3: requisito 1 Qual’è la 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 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Problema n. 4: requisito 2 La quotatura determina l’accumulo dell'errore sulla posizione dei fori. Quale è la vera tolleranza funzionale? Zona di tolleranza del foro 1 1 2 Zona di tolleranza del foro 2

Ci fermiamo qui. In breve: 12 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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!

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

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

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

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

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

Specificazione Geometrica dei Prodotti 18 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 – Geometrical Product Specification)

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

Specificazione corretta, completa e coerente: 21 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, completa e coerente: 1) Tolleranze dimensionali utilizzate solo per definire le dimensioni degli elementi e gli ingombri.

Specificazione corretta, completa e coerente: 22 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, 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.

Specificazione corretta, completa e coerente: 23 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, completa e coerente: 3) Gli elementi di riferimento sono “qualificati” e organizzati gerarchicamente

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

Specificazione corretta, completa e coerente: 25 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, 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 requisito di massimo materiale.

Specificazione corretta, completa e coerente: 26 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, completa e coerente: Indico rispetto a cosa misuro la quota del gradino!

Specificazione corretta, completa e coerente: 27 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, completa e coerente: Indico qual’è la distanza del foro!

Specificazione corretta, completa e coerente: 28 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Specificazione corretta, completa e coerente: Indico a cosa corrisponde la quota del raggio!

La forma è una proprietà intrinseca dell’elemento geometrico 29 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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

Specificazione geometrica di un tavolo (continua) 30 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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.

Specificazione geometrica di un tavolo (continua) 31 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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.

Specificazione geometrica di un tavolo (continua) Riassumendo: 32 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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

Altri esempi di Specificazione geometrica 33 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS) Altri esempi di Specificazione geometrica

34 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – GPS)

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

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

Principi fondamentali: 5.1 Invocation principle 37 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 Invocation principle Once a portion of the ISO GPS system is invoked on a mechanical engineering product specification, the entire ISO GPS system is invoked, unless otherwise indicated on the specification, e.g. by reference to a relevant document. … “Tolerancing ISO 8015” can optionally be indicated in or near the title block for information, but is not required to invoke the ISO GPS system…. 5.5 Independency principle By default, every GPS requirement for a feature or relation between features shall be fulfilled independent of other requirements except when it is stated in a standard or by special indication (e.g. Ⓜ modifiers according to ISO 2692 or CZ according to ISO 1101) as part of the actual specification.

Cosa centra il sistema ISO/GPS? 38 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 1101:2013 Geometrical Product Specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and runout –

Perché non stiamo già utilizzando in sistema ISO/GPS? 39 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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 Metodologie evolute di specificazione e verifica geometrica dei prodotti (Geometrical Product Specification – 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)

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