Точные измерения 101: Основы метрологии для производственного совершенства

Будь то создание авиации лопасти, автомобильной головки цилиндра или клапана на вентиляторе, точность в производстве критична. Вот что нужно знать о точных измерениях в производстве.

Потребность в точном измерении существовала так же давно, как люди ходят местами и строят вещи. Без этого не было бы способа хвастаться расстоянием, которое прошел ваш армейский полк, высотой пирамиды, которую вы построили, или обширностью ваших пахотных полей.

Это не было до тех пор, пока люди не начали массово производить взаимозаменяемые компоненты — в основном огнестрельное оружие и детали для машин — что точность стала одинаково важна для производителей и тех, кто использует их продукты.

Точность? Прецизионность? В чем разница? Заимствуя из популярной иллюстрации, прецизионный лучник может повторно поражать одну и ту же область на мишени, даже если это место нигде не близко к центру. Точный выстрел, с другой стороны, — это тот, который попадает в центр, независимо от того, уходит ли следующий выстрел в сторону. Приз забирает тот, кто может достичь обоих — прецизионности и точности — квалификатор, который так же верен для тира, как и для производственного пола.

Международный язык измерений

Обсуждения, такие как эти, попадают под прерогативу метрологии, науки измерения. Метрологи скажут вам, что определение точности любого объекта (насколько близко он подшел к цели) и прецизионности процесса, использованного для его производства (насколько часто он может повторить эту производительность), требует системы универсально принятых стандартов.

Это также требует единиц измерения, прослеживаемых к неизменным — но хорошо понятным — физическим явлениям. Например, Международная система единиц (SI) определяет 1 метр как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды, с аналогичными стандартами для времени, температуры, массы и многого другого.

Существует широкий ассортимент таких стандартов качества и организаций. Американское общество механических инженеров (ASME), например, продвигает Американские национальные стандарты в размерной метрологии, также известные как B89. Аналогично, есть различные стандарты от Американского национального института стандартов (ANSI), ASTM International и Международной организации по стандартизации (ISO). Добавьте к этим всю имперскую против метрическую дискуссию (также известную как США против всех остальных), и вы быстро увидите, почему метрология и измерение деталей могут быть немного запутанными, даже для экспертов.

Выполнение этих стандартов требует усилий. Производители всех размеров и специальностей много работают каждый год, чтобы достичь свою сертификацию качества ISO 9001:2015. Если вы в авиакосмической отрасли, вы также должны соответствовать AS9100, документу, опубликованному Обществом автомобильных инженеров (SAE) и Европейской ассоциацией авиакосмических промышленностей (AECMA). Производители медицинских устройств обязаны соответствовать стандартам качества, описанным в ISO 13485, в то время как автопроизводители давно следовали ISO/TS 16949 (но теперь должны перейти на стандарт Международной автомобильной задачной группы IATF 16949). Никакой сертификации или соблюдения этих стандартов — никакой работы.

Драматический сдвиг технологий измерения

Как и большинство производственных активностей, метрология — сложная область. И пока цехи могут приветствовать немного гармонизации и упрощения, никто не будет спорить с важностью соблюдения надежных стандартов качества. Без этого детали не подходят, продукты терпят неудачу, рост компании (и иногда человеческие жизни) находятся под угрозой. Именно поэтому производители должны старательно работать, чтобы понимать и соблюдать любые стандарты, применимые к типам деталей, которые они делают, и отраслям, которым они служат. Делать это означает чтение соответствующей документации, посещение занятий или семинаров, когда они доступны, выполнение самоназначенных руководств по качеству и опора на экспертов по мере необходимости.

Один из них — Дэн Скулан. Генеральный менеджер промышленной метрологии в Renishaw Inc., он говорит, что технология измерения проходит драматический сдвиг, по мере того как производители везде пытаются делать больше с меньшим.

«Дни, когда кто-то стоял у станка, с микрометром в руке, уходят», говорит Скулан. «Всё больше и больше цехов ставят КИМ (координатно-измерительные машины) и многоцелевые системы измерения, такие как наш Equator, на пол, или используют тактильные зонды в ЧПУ станках как неотъемлемую часть процесса обработки.»

Посмотрите это видео, чтобы узнать, как достижения в автоматизации станков и заводов, 3D печати, оснастке и станочной метрологии и аналитике помогают повысить производственный выход:

Эти типы автоматизированных технологий инспекции увеличивают гибкость, снижая затраты, он добавляет. Потому что одно устройство может выполнять множественные измерения, есть меньше нужды в выделенном жестком измерительном оборудовании, долго используемом во всей отрасли. И поскольку эти системы не делают человеческие ошибки, как забыть проверить особенность детали или записать размер, процесс контроля качества более последователен и надежен. Кроме того, размерная обратная связь автоматическая и немедленная. Люди также могут быть оповещены принять меры, когда значения отклоняются от номинала, или устройство может даже выключить станочный инструмент, если необходимо.

Патрик Салливан, стратегический специалист по распределительным продажам в Mitutoyo America Corp., видит вещи немного иначе.

«Автоматизация была текущим трендом годами, но тот тип производства не подходит для всех или для каждой детали», говорит он. «Есть очень много места для квалифицированных становиков, которые могут управлять станочным инструментом и делать точные измерения с ручными измерительными инструментами, давая им способность принимать правильные решения на лету, которые никакой робот не может. Не только сегодняшний становик может работать над улучшением процессов на полу цеха, с помощью передачиков сбора данных отдел качества может также получать хорошие, надежные данные и работать над тем, чтобы быть более проактивным в решении производственных вызовов».

Метрологические технологии: Последние цифровые разработки

Больше автоматизированных устройств инспекции не единственный драматичный сдвиг; детали также меняются.

«Автомобильная промышленность смещается к электрическим автомобилям, с батареями, моторами и датчиками, которые мы никогда не должны были измерять раньше», говорит вице-президент по продажам Mitutoyo, Майкл Крени.

«В то же время несколько ключевых отраслей ужесточают свои требования. Медицинские производители, например, нуждаются в электронных подписях, аудиторских следах и специфических учетных данных для входа, чтобы соответствовать руководящим принципам FDA», продолжает Крени. «И авиакосмическая отрасль давит на цифровые двойники и модели-ориентированную инженерию. Из-за этого увеличивающееся количество CAD моделей теперь содержат информацию о производстве продукта (PMI), которую мы можем использовать в нашем MeasurLink, MiCAT Planner и других типах качественного ПО».

Приходит еще один акроним: QIF, сокращение от quality information framework. Крени предлагает, что QIF можно рассматривать как преемника DMIS (Dimensional Measuring Interface Standard), квази-стандарта, под которым КИМ и другое автоматизированное измерительное оборудование долго работали. Однако этот десятилетиями старый язык начинает эволюционировать, как а) измерительные системы становятся более автоматизированными, и б) большее богатство цифровой информации становится доступным.

«DMIS — спецификация, которую каждый интерпретирует по-разному, и которой не хватает надежности, необходимой в цифровой производственной среде», говорит он. «Но QIF — совершенно другой мир. Способность импортировать CAD файл и иметь ваше качественное ПО извлекать релевантные размерные и допусковые данные, затем использовать их для создания автоматизированной измерительной рутины — это огромное развитие, и это то, что мы полностью поддерживаем. QIF собирается изменить всё».

Быстрый опрос: Обеспечение точных измерений

Без точных измерений в производстве детали не подходят, продукты терпят неудачу и клиенты могут быть поставлены под риск.

Какие шаги вы предпринимаете, чтобы обеспечить соответствие вашего бизнеса стандартам точных измерений?