Nel disegno tecnico le tolleranze geometriche e dimensionali rappresentano
i limiti entro i quali le variazioni meccaniche dei componenti sono considerate accettabili.
Tali variazioni sono inevitabili a causa dell'intrinseca imperfezione di tutti i processi produttivi e
di assemblaggio; esse hanno inoltre la tendenza a propagarsi all'interno del prodotto, presentando spesso
effetti di amplificazione.
Per evitare impatti negativi sui requisiti di prodotto e sul rispetto della sua funzionalità
le variazioni vanno gestite con il metodo del Dimensional Management: implementare tale
metodologia dovrebbe rappresentare una parte essenziale del processo di sviluppo prodotto ed essere
un imperativo per tutte quelle aziende che puntano a massimizzare i margini di profitto
e la loro competitività.
Nella gestione delle tolleranze risultati ottimali si ottengono solo con un'attenta analisi preliminare e strategie efficaci di controllo qualità. Per questo è necessario seguire un metodo ingegneristico rigoroso, ed è indispensabile instaurare un'efficace collaborazione tra progettazione, industrializzazione, produzione, supply chain e controllo qualità.
L'obiettivo può essere riassunto con una frase: RICHIEDERE LA NECESSARIA PRECISIONE SOLO DOVE
EFFETTIVAMENTE SERVE.
Questa frase significa che utilizzare delle tolleranze
“troppo larghe” porta sì ad una economicità dei processi produttivi ma questa può andare a discapito
delle performance/funzionalità di prodotto, viceversa tolleranze “troppo strette”, pur garantendo elevata qualità,
possono impattare negativamente sui costi di produzione. Serve quindi trovare un equilibrio, una soluzione
di compromesso.
Per ottenere questo risultato sono necessari:
- Linguaggio tecnico standardizzato.
Risulta fondamentale predisporre una documentazione tecnica che garantisca un linguaggio comune, base per una univoca e non ambigua comunicazione tra tutte le parti coinvolte nel processo di sviluppo prodotto. Ad oggi tale linguaggio è dettato da standard e normative internazionali come ISO GPS (Geometrical Product Specification) e ASME GD&T. - Analisi delle tolleranze, Metodologia di calcolo della catena delle tolleranze per prevederne
l'impatto sui requisiti di prodotto.
E' l'unico metodo ad oggi disponibile per valutare i valori di ampiezza delle tolleranze che si ipotizza di usare nel progetto. Permette di accorgersi di potenziali rischi causati dalle tolleranze stesse e di risolverli prima di industrializzare il prodotto, ottimizzandone contemporaneamente il valore. Gli impatti potenziali sono: aumento della produttività, maggiore ripetibilità nei processi di assemblaggio (fondamentale per evitare frequenti fermi di linee automatiche), minor numero di scarti di produzione, minor numero di non conformità da gestire e risolvere, minimizzazione di riparazioni/rilavorazioni, solo per citare i più importanti.
Inoltre, tale metodologia, ed i vari strumenti a supporto, si prestano ottimamente ad essere implementati tramite una spinta digitalizzazione di tutte le informazioni di pertinenza dello sviluppo prodotto. Attraverso l'adozione di nuovi formati CAD di interscambio generico (STEP AP242 e/o QIF – Quality Information Framework), appositamente introdotti per supportare la radicale trasformazione digitale delle aziende manifatturiere in ottica MBD (Model Based Definition), è possibile automatizzare enormemente i vari passaggi di informazioni tra progettazione, produzione e controlli qualità. Questo permette di sfruttare al massimo le potenzialità delle attrezzature di nuova generazione (Industry 4.0), ridurre l'incidenza dell'errore umano nel passaggio di trascrizione dei vari dati e liberare tempo e risorse da impiegare per innovare prodotti/processi piuttosto che per eseguire compiti a scarsissimo valore aggiunto.
Le fasi della gestione delle tolleranze
- Definizione delle specifiche di prodotto in base ai requisiti funzionali.
- Analisi dell'assemblaggio per identificare le interazioni tra le diverse parti, la variabilità associata ai diversi tipi di giunzione (saldatura, incollaggio, foro/albero con/senza gioco, ecc.) e le catene di tolleranze.
- Assegnazione delle tolleranze, ovvero definizione dell'ampiezza delle tolleranze a disegno per garantire le funzionalità richieste ed i requisiti di assemblabilità.
- Analisi delle tolleranze, ovvero la valutazione dell'impatto delle tolleranze su prestazioni e assemblabilità del prodotto. Per questo tipo di analisi si utilizzano metodi analitici, fogli di calcolo o software di simulazione CAT (Computer Aided Tolerancing) dedicati. Gli approcci all'analisi più frequentemente utilizzati sono il “worst case” o quello statistico. In questa fase si bilanciano le esigenze relative alle performance del prodotto con le valutazioni sui costi di sviluppo.
- Verifica della conformità, ovvero i controlli dimensionali, effettuati per verificare che i componenti soddisfino le specifiche a disegno, i.e. "che siano in tolleranza".
- Iterazione ed ottimizzazione, ovvero le modifiche alle specifiche, alle tolleranze o ai processi di produzione, che si rendano necessari qualora si presentino delle difformità o qualsiasi tipo di anomalia.
