Базовая метрология:что нужно знать о прецизионных измерениях

Независимо от того, создаете ли вы лопатку для аэрокосмической техники, головку цилиндра автомобиля или клапан вентилятора, точность изготовления имеет решающее значение. Вот что вам нужно знать о точных измерениях в производстве.

Потребность в точных измерениях существовала с тех пор, как люди ходили по разным местам и что-то строили. Без него невозможно было бы похвастаться расстоянием, пройденным вашей армией, высотой возведенной вами пирамиды или простором ваших пахотных полей.

Однако только когда люди начали массово производить взаимозаменяемые компоненты, в первую очередь огнестрельное оружие и детали для машин, точность стала одинаково важна как для производителей, так и для тех, кто использует их продукцию.
 

Точность? Точность? Какая разница? Взяв пример из популярной иллюстрации, точный лучник может неоднократно поражать одну и ту же область цели, даже если эта точка не находится рядом с мишенью. С другой стороны, точный выстрел — это тот, который попадает в яблочко, независимо от того, будет ли следующий выстрел ошибочным. Человек, который заберет домой приз, — это тот, кто может достичь и точности, и точности — квалификатор, который так же верен для стрельбы из лука, как и для производственного цеха.

Международный язык измерений

Обсуждения, подобные этим, относятся к сфере метрологии, науки об измерениях. Метрологи скажут вам, что для определения точности любого объекта (насколько близко он подошёл к цели) и точности процесса его изготовления (как часто он может повторять эти характеристики) требуется система общепринятых стандартов.

Для этого также требуются единицы измерения, прослеживаемые до неизменных, но хорошо понимаемых физических явлений. Например, Международная система единиц (СИ) определяет 1 метр как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды, с аналогичными стандартами для времени, температуры, массы и т. д.

Существует широкий ассортимент таких стандартов качества и организаций. Американское общество инженеров-механиков (ASME), например, продвигает американские национальные стандарты в метрологии размеров, также известные как B89. Точно так же существуют различные стандарты Американского национального института стандартов (ANSI), ASTM International и Международной организации по стандартизации (ISO). Добавьте к этому дискуссию об имперских и метрических единицах (т. е. США и всех остальных), и вы быстро поймете, почему метрология и измерение деталей могут сбивать с толку даже экспертов.

Соответствие этим стандартам требует усилий. Производители всех размеров и специальностей каждый год усердно работают, чтобы получить сертификат качества ISO 9001:2015. Если вы работаете в аэрокосмической отрасли, вы также должны соблюдать AS9100, документ, опубликованный Обществом автомобильных инженеров (SAE) и Европейской ассоциацией аэрокосмической промышленности (AECMA). Производители медицинского оборудования обязаны соответствовать стандартам качества, описанным в ISO 13485, в то время как автопроизводители уже давно следуют ISO/TS 16949 (но теперь должны перейти на стандарт IATF 16949 Международной автомобильной целевой группы). Нет сертификации или соблюдения этих стандартов, нет работы.

Измерение резкого изменения технологий

Как и большинство видов производственной деятельности, метрология является сложной областью. И хотя магазины могут приветствовать некоторую гармонизацию и упрощение, никто не будет спорить с важностью соблюдения надежных стандартов качества. Без него детали не подходят, продукты выходят из строя, рост компании (а иногда и человеческие жизни) находятся под угрозой. Вот почему производители должны усердно работать над пониманием и соблюдением любых стандартов, применимых к типам деталей, которые они производят, и к отраслям, которые они обслуживают. Для этого необходимо читать соответствующую документацию, посещать занятия или семинары, когда они доступны, соблюдать собственные рекомендации по качеству и при необходимости полагаться на экспертов.

Одним из них является Дэн Скулан. Генеральный менеджер по промышленной метрологии в Renishaw Inc., он говорит, что измерительные технологии претерпевают резкие изменения, поскольку производители во всем мире пытаются сделать больше с меньшими затратами.

«Дни, когда кто-то стоял у станка с микрометром в руке, уходят», — говорит Скулан. «Все больше и больше мастерских устанавливают КИМ (координатно-измерительные машины) и многоцелевые измерительные системы, такие как наш Equator, на полу или используют контактные щупы в станках с ЧПУ как неотъемлемую часть процесса обработки».
 

Посмотрите это видео, чтобы узнать, как достижения в области автоматизации машин и производства, 3D-печати, оснастки, а также машинной метрологии и аналитики помогают повысить производительность:

Эти типы автоматизированных технологий контроля повышают гибкость при одновременном снижении затрат, добавляет он. Поскольку одно устройство может выполнять несколько измерений, отпадает необходимость в специализированных жестких измерительных приборах, давно используемых в отрасли. А поскольку эти системы не допускают ошибок, связанных с человеческим фактором, таких как забывание проверить элемент детали или записать размер, процесс контроля качества является более последовательным и надежным. Кроме того, размерная обратная связь является автоматической и немедленной. Люди также могут быть предупреждены о принятии мер, когда значения отклоняются от номинальных, или устройство может даже отключить станок, если это необходимо.

Патрик Салливан, специалист по стратегическим продажам в Mitutoyo America Corp., смотрит на вещи немного по-другому.

«Автоматизация была постоянной тенденцией в течение многих лет, но этот тип производства не подходит для всех или каждой детали», — говорит он. «Существует очень много места для опытных машинистов, которые могут управлять станком и получать точные показания с помощью ручных измерительных инструментов, что дает им возможность принимать правильные решения на лету, что не может сделать ни один робот. Сегодняшний слесарь может не только работать над улучшением процессов в цеху, с помощью передатчиков сбора данных отдел качества также может получать качественные, надежные данные и работать, чтобы более активно решать производственные задачи».

Технология метрологии:последние цифровые разработки

Более автоматизированные инспекционные устройства — не единственный существенный сдвиг; части также меняются.

«Автомобилестроение переходит на электромобили с батареями, двигателями и датчиками, которые нам никогда раньше не приходилось измерять, — говорит вице-президент по продажам Mitutoyo Майкл Крини.

«В то же время несколько ключевых отраслей ужесточают свои требования. Производителям медицинских товаров, например, нужны электронные подписи, контрольные журналы и специальные учетные данные для входа в систему, чтобы соответствовать рекомендациям FDA», — продолжает Крини. «А аэрокосмическая промышленность активно продвигает цифровые двойники и проектирование на основе моделей. Из-за этого все больше моделей САПР теперь содержат информацию о производстве продукта (PMI), которую мы можем использовать в наших MeasurLink, MiCAT Planner и других типах программного обеспечения для контроля качества».

А вот и еще одна аббревиатура:QIF, сокращение от Quality Information Framework. Крени предполагает, что QIF можно рассматривать как преемника DMIS (Стандарт интерфейса измерения размеров), квазистандарта, в соответствии с которым долгое время работали КИМ и другое автоматизированное измерительное оборудование. Тем не менее, этот многолетний язык начинает развиваться по мере того, как а) измерительные системы становятся более автоматизированными и б) становится доступным большее количество цифровой информации.

«DMIS — это спецификация, которую все интерпретируют по-своему, и ей не хватает надежности, необходимой в среде цифрового производства», — говорит он. «Но QIF — это совсем другой мир. Возможность импортировать файл САПР и заставить ваше качественное программное обеспечение извлекать соответствующие данные о размерах и допусках, а затем использовать их для создания автоматизированной процедуры измерения — это огромная разработка, которую мы полностью поддерживаем. QIF изменит все».

Быстрый опрос:обеспечение точности измерений

Без точных измерений при производстве детали не подходят, продукты выходят из строя, а клиенты могут подвергаться риску.

Какие шаги вы предпринимаете для обеспечения соответствия вашего бизнеса стандартам точности измерений?