gestão da precisão dimensional para inserção na indústria 4...3. a precisÃo jÁ era requisito...
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Gestão da Precisão Dimensional
para Inserção na Indústria 4.0
André Roberto de Sousa
Ademir Linhares de Oliveira (in memorian)
Instituto SENAI de Inovação em Sistemas de Manufatura
Joinville, 27 de Junho de 2019
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Idealizador
Ademir Linhares de Oliveira, Dr. Eng
Diretor da GDTMETRO
Engenheiro Mecânico com Mestrado em Metrologia e
Doutorado em GD&T aplicado em peças plásticas, com
20 anos de experiência e treinamentos especializados
na Alemanha.
Engenheiro de Aplicação e Ministrante de Cursos de
Metrologia e GD&T por mais de 15 anos. Um dos
maiores especialistas em metrologia e GD&T no Brasil.
Pessoa humilde e com pureza d´alma, leal, honesto e
extremamente dedicado à sua família, como filho e como
pai.
04/10/1971 – 23/03/2019
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Ministrante
André Roberto de Sousa
Engenheiro Mecânico com Mestrado e Doutorado em
Metrologia e 27 anos de experiência em Metrologia
Industrial e Medição Tridimensional.
Professor do IFSC em Florianópolis nas áreas de
metrologia e engenharia de precisão. Coautor do livro de
Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial.
Coordenador de projetos de P&D cooperativos com
indústrias, e de projetos de educação continuada na área
de GD&T e Medição Tridimensional (programa FORMA3D).
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CONTEÚDO DA APRESENTAÇÃO
1. UM POUCO SOBRE AS REVOLUÇÕES NA HISTÓRIA DA INDÚSTRIA
MECÂNICA
2. INOVAÇÕES QUE CARACTERIZAM UMA INDÚSTRIA NO CENÁRIO DA 4ª
REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
3. A PRECISÃO JÁ ERA REQUISITO NO CENÁRIO DA INDÚSTRIA 2.0
4. DESAFIOS PARA A OBTENÇÃO PRECISÃO GEOMÉTRICA A CUSTOS
RACIONAIS
5. GESTÃO DA PRECISÃO DIMENSIONAL
6. MELHORIA DA ESPECIFICAÇÃO GEOMÉTRICA DO PRODUTO
7. OTIMIZAÇÃO DA EXATIDÃO DOS PROCESSOS DE MANUFATURA
8. MELHORIA DE CONFIABILIDADE DE PROCESSOS DE MEDIÇÃO
9. RESULTADOS ESPERADOS COM GESTÃO DA PRECISÃO DIMENSIONAL
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1. UM POUCO SOBRE AS REVOLUÇÕES
NA HISTÓRIA DA INDÚSTRIA MECÂNICA
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A ERA E A VEZ DOS SISTEMAS INTELIGENTES
Cada vez mais os sistemas ditos inteligentes nos rodeiam!
• Smart TV
• Smart Phone
• Carros Inteligentes
• Casas Inteligentes
• Estradas Inteligentes
• Sinais de trânsito inteligentes
• Geladeiras inteligentes
• Etc.
A internet e os sistemas inteligentes (Cyber Physical
Systems – CPS) estão causando uma revolução nas
nossas vidas, e irão causar muito mais.
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Muitos dos novos conceitos e tecnologias podem e devem ser utilizados
para produzir mais, melhor com menor custo e menor impacto ambiental.
A inserção de tecnologias inovadoras no contexto industrial está
causando uma nova revolução industrial, a 4ª revolução.
Máquinas
a vaporProdução
seriadaAutomação Fábrica
inteligente
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1ª Revolução Industrial
Produção Artesanal
Transição de métodos de produção artesanais para a
produção por máquinas, a fabricação de novos
produtos químicos, novos processos de produção de
ferro, o uso crescente da energia a vapor e o
desenvolvimento das máquinas-ferramenta.
Indústria 1.0 – 1780 a 1830
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As definições normalizadas de desenhos e
tolerâncias, incluindo o princípio de Taylor, o
calibrador passa-não-passa e o GD&T, surgiram
nesse período.
Nessa época (1956) surgiu a 1ª máquina de medir
tridimensional, do fabricante Ferranti, na Escócia.
2ª Revolução Industrial
• Produção seriada
• Divisão do trabalho
• Especialização do trabalhador
• Fordismo e Taylorismo
Nessa época surgiu a especialidade de ajustador mecânico,
também conhecido como “Sr. Lima”, o profissional que faz
as peças montarem quando não estão montando.
Indústria 2.0 – 1900
Montagem intercambiável: capacidade dos componentes serem
produzidos com tamanhos padronizados de modo que possam ser
montados com qualquer contra peça, sem que haja nenhum tipo de
ajuste manual para que isso ocorra.
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Em 1908 Henry Leland, co-fundador da
Cadillac Motor Car Company e gerente
geral, afirmou ter alcançado os mais altos
padrões da indústria automobilística quanto
à precisão e intercambiabilidade de peças.
Durante um concurso na Inglaterra, três
Cadillacs Modelo K de 1907 idênticos foram
desmontados, suas partes misturadas e os
carros remontados sob estritas
regulamentações entre 29 de fevereiro e 13
de março de 1908.
Então, cada carro correu sem falha por 500
milhas ao redor da pista de impressionando
as pessoas assistindo. Junto com o prêmio
a empresa recebeu uma citação dos juízes:
"Standard of the World", uma frase cunhada
pela Cadillac para este dia.
Intercambiabilidade de peças
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Depois da Segunda Guerra Mundial, iniciou-se uma fase de profundas evoluções
no campo tecnológico desencadeada pela junção entre conhecimento científico e
produção industrial.
3ª Revolução Industrial
• Inserção dos computadores e da
eletrônica na produção industrial.
• Informatização e Automação dos meios
de produção.
São desta época, os CLPs, sistemas CAE-CAD-
CAM, as Máquinas CNC, os Robôs, os Sistemas
da Qualidade e uma escalada na produção
industrial sem precedentes.
O “Sr. Lima” continua ativo em muitas empresas que
não utilizam as potencialidades que as modernas
técnicas de projeto e produção oferecem...
Indústria 3.0 – 1970
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1980 1985
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A primeira Ferrari inteiramente projetada e construída com recursos de CAD/CAM
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4ª Revolução Industrial
• Termo originário da Alemanha (Industrie 4.0) para
designar fábricas inteligentes que combinam
processos digitais com máquinas conectadas e
capazes de aprender.
... uma revolução tecnológica que transformará fundamentalmente a
forma como vivemos, trabalhamos e nos relacionamos. Em sua escala,
alcance e complexidade, a transformação será diferente de qualquer
coisa que o ser humano tenha experimentado antes",
Klaus Schwab, A Quarta Revolução Industrial.
Indústria 4.0 – 2010
Um tempo de grandes oportunidades e ameaças.
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Indústria 1.0 Indústria 2.0
Indústria 3.0 Indústria 4.0
O homem se apaixona
pela máquina
O homem pensa e comanda.
A máquina o ajuda a fazer.
O homem pensa e programa.
A máquina faz.
A máquina pensa, aprende,
programa e faz.
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2. INOVAÇÕES QUE CARACTERIZAM
UMA INDÚSTRIA NO CENÁRIO DA
4ª REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
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• Fábricas mais limpas e amigáveis com o meio ambiente
• Sistemas de produção com inteligência embarcada em muitos
dispositivos
• Processos extremamente flexíveis e com alta eficiência
• Capacidade de produção em massa de modo customizado
• Integração com o big data da internet e tecnologias de
armazenamento e processamento em nuvens
• Conexão entre os sistemas: integração física e integração
lógica
• Máquinas capazes de “enxergar” o que se passa ao seu redor,
aprender e tomar decisões autônomas
INOVAÇÕES QUE CARACTERIZAM UMA FÁBRICA INTELIGENTE
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Imagine uma fábrica que decide de modo autônomo o que produzir e quando
produzir, a partir de análise de demanda feito a partir de análise de dados da
imensa massa de informações da internet processada computacionalmente
em nuvens, de modo a aprender o melhor cenário e decidir o que se deve
produzir, com dispositivos de produção conectados ao mundo via internet.
DATA MINING CLOUD COMPUTINGBIG DATA
MACHINE LEARNING AUTONOMOUS DECISION
Clientes Decisão
IoT
FÁBRICA INTELIGENTE DE TINTAS
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3
cilindros
4
cilindros
V6 V8
Customização
em Massa
EXEMPLO NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA
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Busca DATA Mining
Demanda identificada e
volume estimado
População
conectada
Movimento de
busca
Identificado
INFORMAÇÃO DE
POSSE DA FÁBRICA...
3 cil4 cil
V6
V8
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Planejamento da Produção
Adequação de lay out
INFORMAÇÃO DE
POSSE DA FÁBRICA...
Alocação de meios de produção
Setup, Startup e Follow up
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Máquinas com capacidade de “sentir” o que se passa
ao seu redor, tomar decisões e aprender com elas.
Fabricação
Assistida
Medição in line com
Correção de processo
Peças
Instrumentadas
Manufatura Flexível
Inteligência artifical
Sensores Conectividade
Controle e
Adaptabilidade
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Ditado popular:
“Cuidado com o que fala, as paredes escutam...”
Ditado popular na indústria 4.0:
“Cuidado com o que fala e faz, as máquinas escutam, enxergam,
sentem calor, percebem esbarrões, vibrações, etc, se comunicam,
tomam decisões e aprendem”
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Relógio de ponto:
- Chegou o metrologista do 3º turno...
Máquina de medir:
- Semana passada ele colidiu 5 vezes a ponta de medição com a peça...
- Vou limitar a velocidade de trabalho para 50%...
Diálogo no cotidiano na indústria 4.0:
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Quando as fábricas forem assim, como
será uma fábrica que não seja assim?
Um tempo de grandes oportunidades e ameaças.
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Atenção: cuidado com modismos
Indústria 4.0 não é um clube que se paga e entra,
nem é uma certificação de qualidade
Indústria 3.0 Indústria 4.0
Percebe a diferença?
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3. A PRECISÃO COMO REQUISITO
NO CENÁRIO DA INDÚSTRIA 2.0
Você não está
lendo errado!
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Montagem intercambiável: capacidade dos componentes serem
produzidos com tamanhos padronizados de modo que possam ser
montados com qualquer contra peça.
2ª Revolução Industrial
• Produção seriada
• Divisão do trabalho
• Especialização do trabalhador
Indústria 2.0
“sem que haja nenhum tipo de ajuste manual para que isso ocorra”
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Problemas de implantar soluções de automação em processos sem precisão
• Aumento da velocidade com que se gera retrabalho e refugo
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Olhemos para um cenário comum
na Indústria Mecânica
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Pense numa indústria em que:
• Projetos mecânicos são conduzidos com base no
achismo e em requisitos de exatidão imaginários, com
tolerâncias que não refletem as necessidades reais dos
sistemas mecânicos.
• Desenhos têm especificação geométrica pobre, são
confusos e com erros, em desacordo com as normas
técnicas mais atuais.
• Processos de produção empregam equipamentos e/ou
métodos antiquados, e são incapazes de atender as
tolerâncias especificadas.
• Os clientes não confiam muito seus nos processos e
obrigam a controlar 100% das peças fabricadas
• As peças não montam como deveriam para atender aos
seus requisitos funcionais, necessitando de ajustes
manuais que diminuem a produtividade e comprometem
a qualidade.
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Pense numa indústria em que:
• Há dificuldade na interpretação das especificações de desenho, gerando
erros de comunicação e procedimentos errados de manufatura e medição.
• Os planos de controle dimensional não estão focados nas características que
são realmente significativas. Mede-se o que não é importante. Deixa-se de
medir o que é importante.
• A infraestrutura metrológica tem deficiências em máquinas e instrumentos,
procedimentos, ambiente apropriado e/ou métodos de trabalho.
• Os processos de medição geram informações erradas para análises de
produto e correções de processo.
• Há problemas de qualidade que geram conflitos com clientes e perdas de
produtividade de produção.
VAMOS ROBOTIZAR TUDO E TEREMOS
UMA FÁBRICA INTELIGENTE...
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A INTELIGÊNCIA FICA NO CÉREBRO, NÃO NOS MÚSCULOS!
FÁBRICA INTELIGENTE??
O investimento em modernização fabril sem a devida
atenção às questões de precisão dimensional de
produtos e processos pode ter como efeito apenas o
aumento da velocidade com que se gera refugos,
retrabalhos e perdas.
Além da nossa necessidade de modernização fabril,
é urgente também a nossa necessidade de
modernização de conceitos e práticas, em todos os
níveis corporativos, para a obtenção econômica da
conformidade dimensional de produtos no cenário da
Indústria 4.0.
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Modernização de Mentes,
Métodos e Máquinas
Junto com a modernização de máquinas precisamos modernizar métodos.
Para modernizarmos os métodos, precisamos modernizar as mentes.
MENTES MÉTODOS MÁQUINAS
Indústria 4.0
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MONTAGEM INTERCAMBIÁVEL ERA
REQUISITO NO CENÁRIO DA
INDÚSTRIA 2.0
MONTAGEM INTERCAMBIÁVEL ERA
REQUISITO NO CENÁRIO DA
INDÚSTRIA 3.0
MONTAGEM INTERCAMBIÁVEL É
REQUISITO NO CENÁRIO DA
INDÚSTRIA 4.0
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4. OBTENÇÃO DA PRECISÃO
GEOMÉTRICA A CUSTOS RACIONAIS
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Precisão Geométrica Importa e Impacta
Montagem Intercambiável
Funcionalidade e Confiabilidade
Segurança Operacional
Estética e Acabamento
Produtividade
Custos
Mas isso não pode ocorrer a qualquer custo.
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Perfeição só existe no mundo espiritual.
No mundo material, tudo é imperfeito.
Nesse mundo imperfeito, a busca desnecessária
pela perfeição gera muitos desperdícios.
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O Imperfeito custa muito menos e pode funcionar muito bem, desde
que estas imperfeições estejam consideradas na função do produto.
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Vão < 3 mm
Tudo começa com a análise dos requisitos funcionais.
Exemplo:
Requisito de segurança em cofre de
caixa eletrônico
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Cortes das chapas
Usinagens
Soldagens
Montagens
Verificação dos vãos
Desenhos de produto
R
E
T
R
A
B
A
L
H
O
Desvios
Desvios
Desvios
Desvios
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1. O projeto considera as variações que cada
componente pode ter para que, no conjunto, o vão de
3 mm não seja ultrapassado? As tolerâncias que
controlam estas variações estão definidas de modo
coerente com a precisão dos processos e máquinas
disponíveis?
2. Os processos e máquinas da produção são capazes
de atender as tolerâncias especificadas com boa
produtividade?
3. Os processos de medição empregados para ajustar os
processos de produção e para qualificar os produtos
possuem exatidão necessária para estas tarefas?
Perguntas que precisam ser respondidas com SIM:
1
2
3
4
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Especificação
Geométrica
Construção
Geométrica
Controle
Geométrico
Necessidades
ExpectativasAtendimento
Satisfação
Tudo começa e
termina no cliente
Da Engenharia À Metrologia
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Impacto da precisão no custo de produção
Tamanho do alvo
Especificação
Geométrica
Construção
Geométrica
Controle
Geométrico
Exatidão do tiro
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+0,05-0,05
50 +0,04-0,04
ISO14253
50 ± 0,05 ± 0,01
Especificação racional Fabricação capaz Controle preciso
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O Imperfeito pode funcionar muito bem.
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“PÉROLA DO COTIDIANO”
Não precisa medir! Foi projetado em CAD,
programado no CAM e usinado em CNC!
Cuidado! A sofisticação tecnológica cria o mito da perfeição.
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5. GESTÃO DIMENSIONAL
DE PRODUTOS
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Conjunto de operações sistêmicas destinadas a prever, evitar e reduzir a
ocorrência de variações dimensionais que causem problemas nos
produtos.
Objetivo: assegurar o atendimento de requisitos estéticos e funcionais,
permitindo a obtenção, sem retrabalhos, de alta qualidade no produto.
Envolve:
Planejamento dos requisitos do produto
Análise de tolerâncias
Melhoria de máquinas e dispositivos de produção
Garantia de confiabilidade nas medições
Product Dimensional Management
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Pilares da Gestão Dimensional de Produtos:
• Melhoria na especificação geométrica dos produtos com GD&T
• Otimização da Exatidão de Processos de Manufatura
• Metrologia Dimensional Confiável
Projeto robusto a variações dimensionais
Processos de produção com erros controlados
Especificação
Geométrica
Controle
Geométrico
Construção
Geométrica
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Na Gestão Dimensional de Produtos é necessário o entendimento e
controle da variação do processo de fabricação, buscando:
• Controlar a variabilidade do processo de manufatura para
assegurar que o cliente receba produtos o mais próximo possível do
projeto
• Assegurar que os efeitos da variação comum deste processo não
causem problemas no produto pois já estão previstos e
considerados pela engenharia do produto na sua especificação
geométrica.
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Reduzindo a variação dos processos de
fabricação, a empresa pode reduzir os custos
diretos e os efeitos indiretos de refugos e
retrabalhos.
Fazendo o projeto de produto ser mais tolerante
às variações de processo, a gestão dimensional de
produtos também reduzirá custos pela redução do
tempo para desenvolvimento e lançamento de
novos produtos e pelo amadurecimento mais rápido
de novos processos.
Produtos menos sensíveis às variações dos
processos de fabricação são mais confiáveis em
serviço, potencializando a aumento de satisfação
dos seus consumidores.
j 0,2m A
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GESTÃO DIMENSIONAL
Atuar no que seja evitável
Proteger do que seja inevitável
Tolerância
j 0,02m A
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GESTÃO DIMENSIONAL
Atuar no que seja evitável
Proteger do que seja inevitável
j 0,1m A
Tolerância
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Aumentar o tamanho do alvo e Melhorar a exatidão dos tiros
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6. MELHORIA DA ESPECIFICAÇÃO
GEOMÉTRICA DE PRODUTO
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Definição do
“Tamanho do alvo”
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Tradução
Requisitos do Produto Especificações geométricas
A Gestão Dimensional inicia com uma análise detalhada dos
requisitos do produto, fugindo da prática tradicional de definir
tolerâncias pouco antes da liberação dos desenhos, muitas vezes
tolerâncias “herdadas” ou tolerâncias “chutadas”.
Vão < 3 mm
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“PÉROLA DO COTIDIANO”
- O desenho está pronto?
- Está. Só falta colocar as tolerâncias.
5 minutos depois...
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Especificação geométrica conduzida com base no “achismo” e em
requisitos de exatidão imaginários, com tolerâncias que não refletem as
necessidades.
O Problema mais frequente:
Tolerâncias
Fabricação cara,
refugo, retrabalho, ...
Falhas de Montagem,
Baixa qualidade, ...
Ponto ótimoPrecisas Grosseiras
Especificação
Geométrica IdealCustos
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Produtos geometricamente mal especificados:
• São mais difíceis de produzir
• São mais difíceis de medir
• Causam mais problemas de montagem
• Requerem mais retrabalhos
• Provocam mais refugos
• São mais propensos a falhas
• Possuem desempenho inferior
• Deixam mais clientes insatisfeitos
• Sacrificam a sustentabilidade da empresa
“Sr. Lima”
IPMT: “IMPOSTO SOBRE PRODUTOS MAL TOLERADOS“
A variável tempo é crítica!
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As tolerâncias protegem a função do sistema mecânico
Definir a tolerância adequada para cada peça é uma atividade
crítica para o sucesso da empresa.
Se sua empresa trabalha com margem de segurança muito
pequena ou muito grande, a concorrência vai vencer sempre!!
As empresas que irão sobreviver no futuro são aquelas que conseguem gerar
produtos com alta qualidade e baixo custo. Em termo de precisão, isso pode ser
obtido ao se definir as maiores tolerâncias possíveis que cada componente permite.
Tolerância apertada Tolerância aberta
Produto
funcional
Cliente satisfeito mas
produto de alto custo
Cliente satisfeito e
produto de custo competitivo
Produto não
funcional
Lixo de alto custo Lixo de baixo custo
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Tradução
Requisitos do Produto Especificações geométricasVão < 3 mm
Como traduzir requisitos em especificações de desenho?
Existe algum método consagrado?
Existem normas consagradas?
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GD&T – Geometric Dimensioning and Tolerancing
Método de dimensionamento e expressão da variação dimensional do produto.
Análise da
função da peça
Identificação de
cotas funcionais
Especificação
das tolerâncias
Formalização
no desenho
A
B
ZB1
A1
Z
A
B
Z
A
B
Z
A
B
ZB1
A1
Z
B1
A1
Z
A1
Z
B1
A1
Z
B1
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GD&T – Geometric Dimensioning and Tolerancing
A linguagem GD&T é a forma mais consistente de expressar a variação
dimensional do produto, ao proporcionar os recursos necessários para que o
projeto possa informar os principais parâmetros geométricos, focando não somente
o produto, mas também levando em consideração os processos de fabricação, o
controle dimensional e a montagem.
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GD&T é muito mais do que tolerâncias geométricas
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É um idioma com mais de 200 regras e dezenas de símbolos para que se possa
expressar nos desenhos a variação geométrica permitida para o produto:
1. Tipo de tolerância
2. Forma da zona de tolerância
3. Tamanho da zona de tolerância
4. Modificador do tamanho da zona de tolerância
5, 6, 7. Referências que orientam ou
localizam a zona de tolerância
8. Modificador da Referência – Mobilidade
1 2 3 4 5 6 7 8
“Tipo, Forma, Tamanho
e Localização do alvo”
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Em que o GD&T pode ajudar?
• Promove a uniformidade na especificação e interpretação do desenho
eliminando conjecturas e suposições errôneas
• Assegura que os profissionais do projeto, da produção e da qualidade
estejam todos trabalhando na mesma língua
• Reduz custos decorrentes de erros de comunicação
• Aumenta a zona permissível de tolerância de fabricação
• Garante a intercambialidade entre as peças na montagem
• Não gera dupla interpretação minimizando controvérsias e falsas
suposições nas intenções do projeto
• Possui consistência matemática para ser usado em aplicações
computacionais
• Permite que o desenho seja uma ferramenta contratual efetiva do
projeto do produto
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GD&T – As “Gramáticas”
Norma ISO1101 - 2017 Norma ASME Y 14.5 - 2018
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Normas de GD&T são linguagens para a
especificação de tolerâncias, possuindo:
• Gramática (conceitos, regras,
exceções)
• Letras (símbolos)
• Frases e parágrafos
(indicadores de tolerâncias)
Datum, condição virtual, zona
de tolerância, feature, TED,
princípio da independência, ...
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Norma ISO1101 - 2017 Norma ASME Y 14.5 - 2018
Exemplos de empresas usuárias
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As normas estão em constante evolução:
• Necessidade de melhoria dos produtos
• Modernização dos processos de engenharia, manufatura e qualidade
• Necessidade de sustentabilidade dos processos
• Necessidade de garantia de qualidade em fornecimento global
Ex: Model Based Definition - A era do desenho sem papel
Mitutoyo
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As normas ISO e ASME são diferentes
em aspectos muito importantes!!
Antes de analisar um desenho temos
que saber que norma este segue!!
ISO OU ASME?
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Cartesiano GD&T
- Exemplo simples de algumas das vantagens do GD&T
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Cartesiano• Zona de tolerância mais
apertada do que o necessário
0,2
0,2
Tolerância de posição é 57% maior do que a tolerância cartesiana bidirecional.
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Cartesiano
• Não permite aumentar a tolerância
em função do tamanho do furo
20H8:
Dimensão de máximo material = 20,000 mm
Dimensão de mínimo material = 20,033 mm
20,000
20,033
Posição linear: ± 0,10 mm
INVARIÁVEL
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Cartesiano• Não define de modo claro as referências
para fabricação e medição
X
X
Y
Y
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GD&T• Zona de tolerância dimensionada
para o necessário
Tolerância de posição é 57% maior do que a tolerância cartesiana bidirecional.
n 0,28 mm
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GD&T • Recursos para aumentar a tolerância de
posição em função do tamanho do furo
Dimensão de máximo material = 20,000 mm
Dimensão de mínimo material = 20,033 mm
20,000 20,033
0,280
0,313
j
n
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• Define de modo claro as referências
para fabricação e medição
X
Y
GD&T
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Mitos do emprego de GD&T
• O GD&T aumenta o custo do produto
• Desenhos com GD&T demoram mais a serem elaborados
• O GD&T e suas normas são complexos e confusos
• O GD&T deve ser usado somente em casos críticos
• Dimensionamento e especificação de tolerâncias são etapas
separadas
• É possível aprender GD&T em 2 dias
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Há no Brasil muita deficiência na especificação geométrica
• Desenhos incompletos quanto a referências e tolerâncias
• Desenhos com excesso de informação geométrica
• Desenhos com erros de cotagem
• Desenhos com especificação de tolerâncias muito complexa
• Desenhos com características geométricas inviáveis de medir
• Falta de comunicação entre engenharia, produção e qualidade
• Conceitos falhos de GD&T
80% dos desenhos de engenharia gerada nos EUA apresenta
algum tipo de falha. Geralmente a geometria nominal é bem
definida. Os problemas normalmente residem nas tolerâncias.
Donald Day.
Centro de Tecnologia Mecânica e da Qualidade. Rochester, NY.
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18H7g6
j 0,1 m A B C
A
15
2
c 0,02u 0,05
A
c 0,02 A
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4X 18
j 0,02 m A B m C
B
C
30
±0
,14
0 ±
0,1
30 ± 0,1 40 ± 0,1
A
e 0,1
+0,027
0,000
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Cuidado!
• Documentação de engenharia tem valor legal.
• No caso de um problema grave que vá para a justiça,
o desenho pode ser prova do processo.
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Simulação de Tolerâncias: CAT – Computer Aided Tolerancing
Ferramentas computacionais de simulação para auxílio à definição de tolerâncias.
Análises por simulação tridimensional do efeito que a variação dos componentes
provoca na montagem e funcionalidade do produto.
Um grande facilitador na definição adequada das tolerâncias dos componentes
em função do requisito do produto, dos processos e do custo.
VisVSA Solidworks 3DCS
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Como funciona o CAT:
Componentes modelados em
CAD são analisados quanto
aos requisitos de exatidão
Com base nestas necessidades,
tolerâncias iniciais são atribuídas
a cada um dos componentes
1
2
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Como funciona o CAT:
No ambiente de montagem
CAD se define um requisito
geométrico a avaliar, como
uma distância.
A sequência e as restrições de
montagem dos componentes
são definidas
3
4
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Como funciona o CAT:
As tolerâncias individuais de cada
componente são combinadas e
avalia-se o efeito destas sobre o
requisito geométrico a avaliar
A contribuição de cada componente
na variação do requisito é calculada,
estabelecendo-se uma lista de
sensibilidade da montagem
6
5
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Como funciona o CAT:
As tolerâncias são alteradas e novas
simulações são realizadas até se
chegar na definição que atenda o
requisito geométrico ao menor custo.
Operações de fabricação mais
precisas recebem menor tolerância
para que maior tolerância seja
destinada a operações menos
precisas
7
8
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Com o emprego da cotação funcional com o GD&T e da simulação
computacional de tolerâncias é possível definir de forma consistente as
variações dimensionais dos componentes e simular computacionalmente
essas variações, garantindo uma condição ótima que permita atingir o nível
de qualidade pré-determinado ao menor custo.
Número de falhas de
montagem por milhão
Tolerâncias dos
componentes
“Capabilidade”
dos processos
de manufatura
Requisitos de
qualidade do
produto
“Ranking” das
tolerâncias mais
influentes
Análise de sensibilidade
do produto às variações
dos processos
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7. OTIMIZAÇÃO DA EXATIDÃO DOS
PROCESSOS DE MANUFATURA
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OS PROCESSOS DE PRODUÇÃO PRECISAM:
• ter boa produtividade e baixo desperdício
• apresentar alta disponibilidade operacional
• ter boa flexibilidade operacional
• ser sustentáveis econômica e ambientalmente
NO QUE SE REFERE À PRECISÃO, ISSO DEMANDA QUE OS PROCESSOS:
• estejam sob controle
• sejam capazes de produzir peças dentro das tolerâncias especificadas
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GESTÃO DIMENSIONAL DE PRODUTOS NA MANUFATURA
Reduzir a variabilidade de processos de produção
Reduzir os erros em relação às dimensões especificadas
Fora de controle Sob controle Sob controle e capaz
1. Pré Processo
2. Em Processo
3. Pós ProcessoPlanejamento e Implementação de Melhorias
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1. Pré-Processo
Máquina
Mão de Obra
Matéria-prima
AVALIAR DIAGNOSTICAR MELHORAR
Método
Meio ambiente
Medição
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Máquinas e ferramentais
• Efeitos térmicos
• Rigidez Finita
• Erros de controle
• Erros geométricos
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• Ensaios normalizados: Normas ISO230
ISO230-1: Exatidão geométrica de máquinas operando sem carga
ISO230-2: Determinação de exatidão e repetibilidade de posicionamento de eixos
controlados numericamente
ISO230-3: Determinação de efeitos térmicos
ISO230-4: Testes circulares para máquinas-ferramenta controladas numericamente
ISO230-5: Determinação da emissão de ruído
ISO230-6: Determinação de exatidão de posicionamento em ensaios diagonais
ISO230-7: Exatidão geométrica de eixos de rotação
ISO238-8: Vibrações
ISO230-9: Estimativa de incerteza dos ensaios geométricos
ISO230-10: Determinação da exatidão de medição de apalpadores usados em
máquinas CNC
ISO230-11: Instrumentos de medição adequados para testes geométricos em
máquinas-ferramenta
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ISO230-2
Renishaw
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ISO230-3
Máquina
quente
Máquina
fria
Deslocamento
(mm)
Tempo
Eixo Z
Eixo Y
Eixo X
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XY
Z
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Renishaw
ISO230-4
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Correção de erros pelo controlador
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Ensaio realizado em 1997 no CMPJ em Joinville – SC
Usinagem de peça antes e após a correção de erros no Centro de Usinagem
Sousa, A, Schneider, C. A. and Scavone, R.
A compensação de erros geométricos via CNC é rápida e eficiente, mas pouco praticada.
Revista Máquinas e Metais, Maio,1997.
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ANTES DO AJUSTE
APÓS O AJUSTE
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Para fabricantes de ferramental a confiança
na exatidão da máquina é crítica!!
• Complexidade e alta precisão
• Peça com enorme valor agregado
• Não pode errar
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O Ambiente
Temperatura
Vibrações
Umidade do ar
Contaminação
Luminosidade
Ergonomia
...
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O Ambiente
Temperatura A norma ISO-1 estabelece:
A temperatura de referência padronizada para
a especificação e verificação geométrica de
produtos está definida em 20º C.
“20°C é a regra do jogo”
Especificação
geométrica
Verificação
geométrica
20º C 20º C
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O Ambiente
Temperatura
1000 mm de aço: aumento de temperatura de 1°C → dilatação de 0,012 mm
1000 mm de Al: aumento de temperatura de 1°C → dilatação de 0,024 mm
Condição térmica
estável (20º C)
Especificação
Geométrica (GD&T)
Sala de Medidas
Produção
Condição térmica
instável
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O Profissional
Profissionais qualificados, que
entendem os princípios e fenômenos
que ocorrem na produção, não só
fabricam com maior exatidão como
também são mais motivados para
empreender ações que levem à
melhoria de qualidade de produtos e
processos.
A qualificação técnica tem efeito
também sobre o lado motivacional.
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2. Em Processo
Emprego de dispositivos e métodos para:
Setup de máquina
Setup de peça e correção de desvios
Setup de ferramenta e correção de desgastes
Renishaw
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Atuação direta no processo
Diagnósticos em
tempo real
Pouca movimentação
de materiais
Temperatura
instável
Vibrações
Impurezas no ambiente
Calor residual e
sujidade de processos
Medição in line
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Medição in line
Medição diferencial Medição absoluta
Mitutoyo
Renishaw
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Correção do efeito da temperatura em medição por coordenadas
operando em modo diferencial.
x1
x
1
Peça a medir
Peça calibrada
Resultado = Rx – (R1 – Valor Calibrado)
Compensação de erros
• Compensa erros causados pela temperatura ambiente
• Compensa erros de medição da máquina de medir
• Não considera o calor residual da peça
Medição in line em modo diferencial
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Material didático de apoio à palestra.
Correção do efeito da temperatura em medição por coordenadas
operando em modo absoluto.
x
• Compensa erros causados pela temperatura ambiente
• Considera o calor residual de erros na peça
• Assume que o gradiente espacial é pequeno
• Assume que a temperatura da peça é homogênea
•Temp. e material da Peça
•Temp. e material das escalas
Cálculo
do Erro
Resultado = Rx - Erro
Referenciado
para 20°C (ISO1)
Medição in line em modo absoluto
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CONTROLE ESTATÍSTICO DE PROCESSOS
• Um dos Pilares da Gestão Dimensional de Produtos
• Ferramenta de grande utilidade no contexto da Indústria 4.0
Processo MediçõesAnálises, determinação
de causas e ajustes
• Ensaio de capabilidade de máquina são recomendados para atestar sobre a
capacidade dos equipamentos em atender os requisitos de precisão esperados
3. Pós Processo
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Data Mining: “mineração de dados”
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MEDIÇÃO INTEGRADA
NA PRODUÇÃO
SERVIDOR DE
BASE DE DADOS
PROCESSAMENTOS
ESTATÍSTICOS (CEP)
• Caracterização dos processos
• Identificação de variações
• Sinalização de problemas
• Visualização remota
• Indicação de causas
• Determinação de correções
• Indicadores de capacidade
MeasurLink
Mitutoyo
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Data Mining para previsão de ataque cardíaco pelo twitter
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Data Mining para melhoria da precisão de processos
Os profissionais e sistemas computacionais capazes de analisar dados e obter
informações valiosas para diagnóstico e ajuste de processos terão um papel
de destaque cada vez maior na nova indústria.
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8. MELHORIA DE CONFIABILIDADE
DE PROCESSOS DE MEDIÇÃO
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Bons Processos de Produção só são possíveis
com bons Processos de Medição.
Processos de medição confiáveis, focados e integrados com a produção
• Percepção dos desvios
• Quantificação dos desvios
• Comunicação dos desvios
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• Proximidade com a
produção e conectividade
• Robustez operacional e
alta disponibilidade
• Capacidade de gerar
informações certas.
Confiabilidade Metrológica aumenta
de importância na Indústria 4.0 !
Requisitos básicos da Metrologia na Indústria 4.0
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Material didático de apoio à palestra.
Não existem medições perfeitas.
Apesar de todo o avanço tecnológico, os
sistemas de medição não são perfeitos, o
ambiente onde eles operam interfere no
resultado, assim como o operador.
Este é o lado difícil e desafiador da medição:
Conviver com as incertezas trazidas pelas
imperfeições dos instrumentos, ambiente,
operadores, etc. e, ainda assim, obter
informações confiáveis que levem à tomada
de decisões responsáveis e acertadas.Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
Albertazzi, A.; Sousa, A.
Fundamentos de Metrologia Científica e Industrial. Ed. Manole, 2018.
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Consequências de erros de medição
• Ações de correção indevidas em processos
• Erros em aprovação e reprovação de peças e ferramentais
• Atrasos nos processos de produção
• Atrasos nos processos de desenvolvimento de produtos
• Refugos e retrabalhos
• Perda de qualidade e competitivIdade
Ferramental
mal fabricado
Medição errada
aprova o estampo
Erros na
ferramentaria Problemas para o
processo seriado
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Especificação Geométrica
Construção
Geométrica
Capaz
Controle
Geométrico
Preciso
GD&T
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Material didático de apoio à palestra.
Especificação Geométrica
Construção
Geométrica
Capaz
Controle
Geométrico
Impreciso
GD&T
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Processo Medição Relatório
Paisagem Máquina fotográfica Fotografia
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Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
Paisagem Máquina fotográfica
Fotografia
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Material didático de apoio à palestra.
A Conquista da Confiabilidade Metrológica nunca sai de moda
Na Gestão Dimensional de Produtos os processos de medição devem ser
aperfeiçoados para atingir o nível de precisão demandado pelos requisitos
de projeto e processo.
Deve-se medir tão bem quanto necessário, não tão bem quanto possível.
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Fluxo de ações na medição tridimensional
IN
Posso
confiar?
OUT
Interpretação
do Desenho
Preparação
da Peça
Escolha de pontas e
calibração do apalpador
Alinhamentos
Matemáticos
Estratégia de
apalpação
Cuidados com a
Máquina e com
o Ambiente
Processamentos
Matemáticos
Geração de
relatórios
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COMO OBTER RESULTADOS CONFIÁVEIS
DE MEDIÇÕES IMPERFEITAS?
Com Conhecimentos
Com Habilidades
Com Atitudes
Máquina
imperfeita
Operador
imperfeito
Ambiente
imperfeito
Peça
imperfeita
Método
Imperfeito
Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
Controle de
Qualidade
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Peça a medir: erros de forma e baixa rigidez
Mesmo tendo-se operador, instrumento e ambiente bem controlados, ainda podem
ser cometidos erros de medição se a peça a ser medida possui dimensões
variáveis. Essa variação nas dimensões da peça pode ocorrer por causa de erros
de forma e/ou por causa de pouca rigidez da peça.
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Metrologista
O operador pode ser um grande fator
de influência nas medições, sejam elas
com instrumentos manuais ou
automatizados. Em muitas situações, o
operador é o principal responsável por
uma medição sem confiabilidade..
O pessoal empregado nas operações
de medição deve ser competente,
adequadamente qualificado e bem
informado sobre todo o processo em
que a medição está inserida.
Qualificação Operacional: Habilidades
Qualificação Metrológica: Conhecimentos
Qualificação Comportamental: Atitudes
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Método de Medição
Peça e Desenho Procedimento de Medição
Os Procedimento de Medição têm que ser definidos de modo consistente
com a necessidade da peça e validados metrologicamente para verificar se
os resultados possuem confiabilidade metrológica.
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Conflitos do GD&T de projeto para as atividades de medição
• Desenhos incompletos quanto a referências e tolerâncias
• Desenhos com excesso de informação geométrica
• Desenhos com erros de cotagem
• Desenhos com especificação de tolerâncias muito complexa
• Desenhos com características geométricas inviáveis de medir
• Falta de comunicação entre engenharia e metrologia
• Conceitos falhos de GD&T na engenharia e/ou metrologia
Antes de medir a peça
“meça o desenho”!!!
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Máquina de Medir / Instrumento de Medição
Requisitos necessários aos sistemas de medição empregados na medição de
peças e ferramentais.
• Capacidade de extrair a informação geométrica de interesse
• Exatidão para conferir confiabilidade necessária a esta informação geométrica
• Robustez operacional para operar no ambiente de medição
• Rapidez e praticidade para tornar o processo de medição produtivo
• Capacidade de comunicar os resultados para as ações corretivas nos processos
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• Necessidade de verificação frequente!!
Renishaw Mitutoyo
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Meio Ambiente
A temperatura de referência padronizada para
a especificação e verificação geométrica de
produtos está definida em 20º C.
Especificação
geométrica
Verificação
geométrica
20º C 20º C
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Não basta empregar processos de medição com boa exatidão.
As medições têm que ser focadas nas características realmente
significativas nas peças.
Medições focadas em características significativas
No conceito de gestão dimensional de produtos os planos de controle
são focados nas características mais significativas da função do
produto, pois resultam de um bom esforço de análises dimensionais
auxiliadas por computador. Evita-se o comum “mede tudo”.
Frequentemente...
Mede-se o que não é significativo
Deixa-se de controlar o que é significativo
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É necessário que as medições estejam próximas aos processos.
• Proximidade Física.
• Proximidade Informacional.
Ciclo decisório rápido e eficaz
Atualidade da informação obtida
Rapidez na utilização desta informação
In Line. On Time.
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9. RESULTADOS ESPERADOS COM A
GESTÃO DA PRECISÃO DIMENSIONAL
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VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS DA GESTÃO DIMENSIONAL
DE PRODUTOS
• Projeto dimensional otimizado e maduro através das
simulações computacionais
• Planos de controle gerados com melhor conhecimento das
características dimensionais significativas
• Processos de produção monitorados e melhorados
continuamente quanto sua capacidade de atender os
requisitos de exatidão existentes
• Medições integradas e com exatidão necessária para o
bom controle de produtos e processos, gerando
informações efetivas e de rápida utilização
• Amadurecimento mais rápido de produtos e processos
• Redução de tempos de desenvolvimento e lançamento de
produtos
Time to marketing speed up!!
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ALGUMA EMPRESA CONHECIDA APLICA ISSO?
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ALGUMA EMPRESA CONHECIDA APLICA ISSO?
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ANALISAR COMO ESTÁ SUA
EMPRESA NESSE CENÁRIO E NO
CAMINHO PARA AGREGAR AS
INOVAÇÕES DA INDÚSTRIA 4.0.
“DEVER DE CASA”
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Agradecimentos:
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Gestão da Precisão Dimensional
para Inserção na Indústria 4.0
André Roberto de Sousa
Ademir Linhares de Oliveira (in memorian)
Instituto SENAI de Inovação em Sistemas de Manufatura
Joinville, 27 de Junho de 2019