Il Tolerance Management nell Ingegneria di prodotto e di processo. Torino, Centro Congressi Lingotto aprile 2010

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Cristiano Marrone
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1 Il olerance Management nell Ingegneria di prodotto e di processo olerance Management e sviluppo prodotto Carlo La orre 4S Group Membro del Polo MESP -MEccatronica e Sistemi vanzati di Produzione orino Silvia Durando Iveco Customer Satisfaction & Quality

4S Group Membro del Polo MESP -MEccatronica e Sistemi vanzati

2 Sviluppo Prodotto e Concurrent Engineering tools Lancio Progetto pprovazione analisi fattibilità Delibera attrezzamento produttivo Delibera a produrre Pianificazione dello sviluppo dei prodotti Definizione concept Scelta del Concept Sviluppo prodotto e processo Prove funzionali ttrezzamento produttivo e lancio commerciale Prove durata/ affidabilità Monitoraggio della produzione Rilascio prodotto/ processo NLISI FUNZIONLE & V.E. OOLS FME PROGEO FME PROCESSO CLSSIF. CRERISICHE PRODOO CLSSIF. PRMERI PROCESSO GGIORNMENI GGIORNMENI OLERNCE MNGEMEN CONROL PLN PROOIPI PRESERIE PRODUZIONE GGIORNMENI

produttivo e lancio commerciale Prove durata/ affidabilità Monitoraggio della produzione Rilascio prodotto/ processo NLISI FUNZIONLE

3 olerance Management Che cos è Il olerance Management è una metodologia per la definizione, l analisi e l ottimizzazione delle tolleranze di un prodotto costituito come insieme di più parti Per ogni prodotto costituito da più parti è possibile: fissate le tolleranze delle parti, determinare la tolleranza dell assieme nalisi delle tolleranze fissata la tolleranza dell assieme, determinare le tolleranze delle parti llocazione delle tolleranze 3

costituito da più parti è possibile: fissate le tolleranze delle parti, determinare la tolleranza dell assieme

4 olerance Management che cosa serve definire il valore ottimale delle tolleranze delle parti e dell assieme, garantendo sia le funzioni richieste al prodotto sia il soddisfacimento dei requisiti tecnologici del processo produttivo individuare quindi la soluzione ottimale per soddisfare le esigenze di: PROGEZIONE - tolleranze più restrittive consentono un miglior soddisfacimento dei requisiti funzionali del prodotto PRODUZIONE - tolleranze meno restrittive diminuiscono i costi di produzione Benefici attesi: Soddisfacimento degli obiettivi funzionali per rispondere alle esigenze del cliente Riduzione dei costi di produzione 4

tolleranze più restrittive consentono un miglior soddisfacimento dei requisiti funzionali del prodotto PRODUZIONE - tolleranze meno restrittive diminuiscono

5 Legame tra Engineering e Manufacturing Engineering Design olleranze Manufacturing Engineering Funzionalità Prestazioni ccoppiamenti (giochi/ interferenze) Robustezza rispetto alla variabilità Strette Esigenze contrapposte olleranze Producibilità Montabilità Vincoli dei macchinari/ attrezzature Minimizzazione rilavorazioni e scarti Costi di produzione Larghe Il olerance Management è il link tra Design e Manufacturing 5

Esigenze contrapposte olleranze Producibilità Montabilità Vincoli dei macchinari/ attrezzature

6 Legame tra Engineering e Manufacturing La La Produzione Produzione deve deve ridurre ridurre la la variabilità variabilità del del processo processo e e regolarlo regolarlo sul sul valore valore nominale nominale della della caratteristica caratteristica C p = La La Progettazione Progettazione deve deve allargare allargare le le tolleranze tolleranze compatibilmente compatibilmente con con la la funzionalità funzionalità del del prodotto prodotto olleranza prescritta olleranza naturale 6

caratteristica C p = La La Progettazione Progettazione deve deve allargare allargare le le tolleranze tolleranze

7 olleranze e degrado della funzione Degrado della funzione Funzione a gradino Non accettabile ccettabile Non accettabile LI alto Valore nominale alto LS Funzione di perdita medio medio basso nullo basso LI LI = limite inferiore di tolleranza prescritta LS = limite superiore di tolleranza prescritta olleranza Valore nominale LS 7

perdita medio medio basso nullo basso LI LI = limite inferiore di tolleranza

8 Caratteristiche di prodotto e degrado della funzione Caratteristica più importante Cliente più soddisfatto Minore probabilità di non conformi Caratteristica meno importante Cliente meno soddisfatto Maggiore probabilità di non conformi 8

Minore probabilità di non conformi Caratteristica meno

9 Classificazione dell importanza delle caratteristiche IMPORNZ DELL FUNZIONE Bassa Media lta lta di Sicurezza IMPO DELL CRERISIC SULL FUNZIONE Qualunque sia l entità Basso Medio lto Basso Medio lto Qualunque sia l entità CLSSE DI IMPORNZ DELL CRERISIC SECONDRI SECONDRI IMPORNE SECONDRI IMPORNE CRIIC CRIIC DI SICUREZZ 9

l entità Basso Medio lto Basso Medio lto Qualunque sia l entità CLSSE DI

10 Processo di gestione delle tolleranze Sono definite le tolleranze delle parti? UE NESSUN / LCUNE nalisi delle tolleranze delle parti per calcolo tolleranza assieme llocazione delle tolleranze non definite, fissata la tolleranza dell assieme È stata definita la tolleranza dell assieme? SI NO Verifica delle tolleranze allocate sulle parti, ai fini della loro fabbricabilità. In caso di non soddisfacimento, il processo di allocazione va ripetuto modificando i vincoli per le parti Verifica del valore calcolato per l assieme con quello definito NOK OK Ridefinizione delle tolleranze delle parti per soddisfare l obiettivo Le tolleranze e le relative capability ottenute devono essere mantenute nel processo produttivo 10

la tolleranza dell assieme? SI NO Verifica delle tolleranze allocate sulle parti, ai fini della loro fabbricabilità.

11 Processo di gestione delle tolleranze nalisi Definizione tolleranza e classificazione della caratteristica per ogni parte V n i ± i ; C/C C p, C pk Strumenti Esperienza nalisi funzionale Funzione di perdita Classificazione caratteristiche Calcolo tolleranza dell assieme V n ± 1.5 ± 0.01 pproccio additivo / probabilistico H? B 3.5 ± 0.05 C ± 0.0 unità di misura in mm 11

funzionale Funzione di perdita Classificazione caratteristiche Calcolo tolleranza dell

12 Processo di gestione delle tolleranze llocazione Definizione tolleranza e classificazione della caratteristica dell assieme V n ± ; C/C C p, C pk Calcolo tolleranze delle parti V n i ± i, considerando eventuali vincoli funzionali espressi mediante la classificazione delle caratteristiche per le parti Strumenti Esperienza nalisi funzionale Funzione di perdita Classificazione caratteristiche pproccio additivo / probabilistico 1.5 ±? Verifica delle tolleranze ottenute per le parti, ai fini della loro fabbricabilità. In caso di non soddisfacimento, il processo di allocazione va ripetuto modificando i vincoli per le parti H = 7 ± 0.08 B C ± 3.5 ±?? unità di misura in mm 1

funzionale Funzione di perdita Classificazione caratteristiche pproccio additivo / probabilistico 1.5 ±?

13 pprocci metodologici : additivo e probabilistico Parte n-esima olleranza n pproccio additivo = n restrittivo ssieme I valori di una caratteristica in un processo produttivo si concentrano attorno al valore nominale e quindi hanno bassa probabilità di cadere in prossimità dei limiti di tolleranza pproccio probabilistico Nell ipotesi di indipendenza tra le parti e di normalità della distribuzione delle misure delle parti componenti σ = σ + σ σ n = = nat = 6σ n Composizione di varianze 13

quindi hanno bassa probabilità di cadere in prossimità dei limiti di tolleranza pproccio probabilistico Nell ipotesi di

14 llocazione delle tolleranze Confronto approccio probabilistico vs additivo Esempio Composizione di tre parti, B, C per determinare la tolleranza delle parti, dopo aver fissato la tolleranza dell assieme e nell ipotesi di ripartirla uniformemente: 1.5 ±? H = 7 ± 0.08 B 3.5 ±? C ±? H = + B + C = B = C = H 3 = unità di misura in mm = Probab. H = + B + C = B = C = H 3 = = dditivo = 0.09 > 0.05 i =,B, C i i = prob add pproccio probabilistico: vantaggio di aumentare le tolleranze richieste alle parti, riducendo i costi di produzione 14

H = + B + C = B = C = H 3 = unità di misura in mm 0. 16 3 = 0. 09 Probab. H = + B + C = B = C = H 3 = 0. 16 3 = 0. 05 dditivo = 0.09 > 0.

15 Confronto tra i metodi di calcolo MEODO FORMUL RISULO PPLICZIONE Worst Case nalysis = i i Non statistico roppo restrittivo, molto costoso Quando si richiede totale intercambiabilità Root Sum Square σ = / 3 i i ) ( Statistico Processi gaussiani con C p =C pk =1 Quando sono consentiti 700 ppm di assiemi non montabili Extended Statistical nalysis σ ( = i / 3C i ) pk Statistico Processi gaussiani con C p e C pk qualsiasi Quando sono richiesti bassi valori di ppm di assiemi non montabili Dati misurati σ = i σ i Statistico Processi con σ misurati in produzione Quando sono disponibili dati della produzione 15

assiemi non montabili Extended Statistical nalysis σ ( = i / 3C i ) pk Statistico Processi gaussiani con C p e C pk qualsiasi Quando sono richiesti

16 Simulazione con il Metodo di Montecarlo nalisi delle tolleranze Simulazione di diversi tipi di distribuzioni delle dimensioni delle parti per ottenere la distribuzione dell assieme con i relativi ppm di non conformi. La simulazione consiste nell assegnare casualmente valori alle dimensioni delle parti per calcolare le dimensioni risultanti dell assieme, iterando il processo da 5000 a volte per raggiungere il grado di precisione richiesto. llocazione delle tolleranze Lo stesso procedimento è utilizzato per l allocazione delle tolleranze delle parti, fissata la distribuzione dell assieme con un predefinito obiettivo di ppm di non conformi. nalisi delle tolleranze llocazione delle tolleranze 16

La simulazione consiste nell assegnare casualmente valori alle dimensioni delle parti per calcolare le dimensioni risultanti dell assieme, iterando il processo da 5000 a 10000

17 Simulazione con il Metodo di Montecarlo nalisi delle tolleranze Fissate le tolleranze delle parti calcolare la tolleranza dell assieme olleranze delle parti olleranza dell assieme llocazione delle tolleranze Fissata la tolleranza dell assieme calcolare le tolleranze richieste alle parti olleranza dell assieme llocazione tolleranze sulle parti ssembly Function LI LS LI LS ssembly Function LI LS Calcolo difettosità Difettosità massima accettabile LI LS Manufacturing Engineering 17

dell assieme calcolare le tolleranze richieste alle parti olleranza dell assieme llocazione tolleranze sulle parti

18 Capability e difettosità CLSSE CRERISIC OBIEIVI DI CPBILIY PERCENULE DEL CMPO DI OLLERNZ OLLERNZ OLLERNZ DELL BILERLE UNILERLE CRERISIC US NEL C mk P pk C pk PROCESSO REGIME (*) ppm (*) ppm (*) Secondaria 1,50 1,33 1,16 86 % Importante 1,67 1,50 1,33 75 % 64 3 Critica,00 1,83 1,67 60 % 0,6 0,3 (*) Ipotesi di distribuzione normale centrata sul valor nominale della caratteristica. La percentuale del campo di tolleranza utilizzata coincide con la tolleranza naturale del processo (nat). 18

1,67 1,50 1,33 75 % 64 3 Critica,00 1,83 1,67 60 % 0,6 0,3 (*) Ipotesi di distribuzione normale centrata sul valor nominale

19 olerance Management e Sviluppo Prodotto Grazie per l attenzione! Carlo La orre 4S Group Silvia Durando Iveco 19

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