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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 ConcheriDip. ICEA – Lab. di Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale

Università di Padova


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?

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.


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

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:

1. Esprimere compiutamente nella documentazione tecnica i requisiti funzionali dei prodotti per il

consolidamento del know-how aziendale;

2. 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;


3. Ridurre gli scarti dovuti a incertezza nella specificazione dei requisiti funzionali piuttosto che a

limiti del processo di fabbricazione;

4. Migliorare le operazioni di controllo, riducendo ambiguità e incertezza nella verifica delle

prescrizioni geometriche e dimensionali, per ridurre o eliminare il rischio di contestazioni;

5. 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

Questo disegno è esauriente?

Problema n. 1: come funzionaSono i bordi del pezzo ad essere localizzati rispetto ai fori o viceversa?

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

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Problema n. 2: come si misuraQual è l’orientamento corretto del pezzo per controllare le tolleranze dimensionali?


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Problema n. 3: requisito 1Qual’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


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Problema n. 4: requisito 2La quotatura determina l’accumulo dell'errore sulla posizione dei fori. Quale è la vera tolleranza funzionale?

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Zona di tolleranzadel foro 2

Zona di tolleranzadel foro 1


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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!


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Altro esempio:

Questo disegno è esauriente?


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Problema 1: cosa sto quotando?A cosa corrisponde la quota del gradino?


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Problema 2: cosa sto quotando?Qual è la distanza del foro?


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Problema 3: cosa sto quotando?A cosa corrisponde la quota del raggio?


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Problema 4: angoli retti?E se gli angoli non sono proprio di 90°?


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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)


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Torniamo al nostro esempio. La soluzione è:adottare una specificazione esauriente e non ambigua mediante l’uso corretto delle tolleranze dimensionali e geometriche…


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Qual è il percorso per identificare una specifica geometrica corretta, completa e coerente? Come funziona?


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Specificazione corretta, completa e coerente:1) Tolleranze dimensionali utilizzate solo per definire le dimensioni degli elementi e gli

ingombri.


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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.


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Specificazione corretta, completa e coerente:3) Gli elementi di riferimento sono “qualificati” e organizzati gerarchicamente


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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.


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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.


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Specificazione corretta, completa e coerente:Indico rispetto a cosa misuro la quota del gradino!


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Specificazione corretta, completa e coerente:Indico qual’è la distanza del foro!


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Specificazione corretta, completa e coerente:Indico a cosa corrisponde la quota del raggio!


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Altro esempio: specificazione geometrica di un tavoloRequisito 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


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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.


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Specificazione geometrica di un tavolo (continua)Requisito 3: la superficie del tavolo deve essere alla distanza di 800mm dal

pavimento

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.

800


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800

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).

Ha senso invece specificare forma, orientazione e posizione se le tolleranze sono crescenti


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Altri esempi di Specificazione geometrica


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È necessario usare il sistema GPS?

Un solo esempio. Fino al 2010

questa indicazione

significava questo

Anche in assenza di altre indicazioni


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Oggi invece

questa indicazione

può significare anche questo

In assenza di altre indicazioni

Perché?


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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 principleOnce 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 principleBy 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.


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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 –


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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.


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In sintesiMetodologia 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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Come mi può aiutare il progetto Rapid Open Innovation?

Visita la piattaforma web al seguente indirizzo:

w ww.openinnovation-platform.net


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http://www.openinnovation-platform.net/

http://www.openinnovation-platform.net/

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