Caratterizzazione statistica del processo di trattamento termico nella realizzazione di Bull Gears e analisi delle problematiche logistiche dell’azienda Carraro Drive Tech S.p.A.

In questo capitolo viene illustrata come ê stata realizzata l’ottimizzazione del processo di trattamento termico al quale è sottoposta la ruota dentata 335268 oggetto di studio. Il trattamento termico è considerato un processo critico in quanto, se non eseguito correttamente, influisce pesantemente sulle caratteristiche qualitative del prodotto che si desidera realizzare.

L’ottimizzazione ê stata condotta per mezzo di un esperimento programmato denominato DOE (Design of Experiment), consistente in un metodo statistico per progettare e allestire in maniera ottimale un processo e si avvale di considerazioni rientranti nella fisica computazionale quando si determinano le superfici di risposta dell’esperimento condotto.

Un esperimento programmato è una prova, o una serie si prove, in cui lo sperimentatore fa variare deliberatamente le variabili di ingresso di un processo (Fig. 5.1), in modo da poter osservare ed identificare le corrispondenti variazioni della risposta in uscita. dei fattori (controllabili) di input di un processo/sistema, osserva la risposta in un uscita e quindi, grazie ad opportune elaborazioni statistiche inferenziali, determina quali fattori inducono una variazione significativa nella risposta. Alcune delle variabili di processo, x1, x2,…, xp, sono controllabili, mentre altre variabili, z1, z2,…,zq, sono incontrollabili (p.e. vibrazioni di macchina) e sono denominate come rumori.

Un esperimento è multi-obiettivo in quanto vuole:
* determinare le variabili più influenti sulla risposta y;
* determinare come variare le x più influenti per fare in modo che:
- la risposta y sia più vicina possibile alla specifica;
- la variabilità di y sia molto piccola;
- l’effetto delle variabili incontrollabili sia minimizzato.

Gli esperimenti possono essere usati sia nella messa a punto sia nello sviluppo di un processo allo scopo di:
- ridurre il tempo per progettare/sviluppare nuovi prodotti e processi;
- valutazione dei materiali, delle alternative di progetto, settare componenti e sistemi di tolleranza;
- caratterizzare e migliorare le prestazioni dei processi esistenti (come nel caso del trattamento termico in questione). In un processo è possibile andare avanti con un set di valori per i parametri che si ritiene essere corretto, ma in realtà esiste un set migliore di quello finora utilizzato che può essere scovato grazie ad un DOE, che permette, attraverso un determinato numero di prove, un orientamento verso una precisa direzione senza dover condurre delle prove a caso e talvolta innumerevoli;
- migliorare l’affidabilità e le prestazioni dei prodotti;
- raggiungere robustezza di prodotto e processo.

In generale, tutti gli esperimenti sono progettati ed i dati ottenuti elaborati con metodi statistici, tuttavia solo alcuni in modo adeguato ed opportuno, altri invece sono pianificati poco e male ed analizzati in modo improprio. Un esperimento deve essere debitamente progettato prima della sua esecuzione. L’SPC e la programmazione degli esperimenti sono collegati; se un processo ê sotto controllo statistico, ma ha ancora bassa capacità, è necessario ridurre la variabilità per migliorare il processo. La programmazione statistica degli esperimenti è un metodo statistico attivo dove vengono effettuate prove sul processo eseguendo cambiamenti negli ingressi ed osservando i cambiamenti nelle uscite, tale informazione può condurre ad un miglioramento del processo; mentre, il controllo statistico di processo è un metodo statistico passivo in cui si osserva il processo in attesa che certe informazioni conducano a cambiamenti utili.

La programmazione statistica degli esperimenti ê per l’ingegnere uno strumento di importanza critica per il miglioramento del processo produttivo. Nell’applicarla a nuovi processi può condurre a: un aumento di volume prodotto, una riduzione della variabilità e più preciso rispetto delle specifiche, una riduzione dei tempi di sviluppo e una riduzione dei costi complessivi. Inoltre, gioca un ruolo fondamentale nelle attività di progetto, quando si sviluppano nuovi prodotti o si migliorano quelli esistenti. Per poter usare tale programmazione ê necessario avere un’idea chiara dell’obiettivo dell’esperimento e un’idea dei fattori da studiare.

La procedura di programmazione di un esperimento DOE prevede:
* riconoscimento ed enunciazione del problema: una chiara enunciazione del problema e degli obiettivi dell’esperimento contribuisce, spesso, ad una migliore comprensione del processo e alla successiva soluzione del problema;
* scelta dei fattori e dei loro livelli: si deve scegliere quali fattori far variare nell’esperimento, l’intervallo in cui ogni fattore deve essere fatto variare, e gli specifici livelli ai quali devono essere eseguite le prove. Per far ciò occorre un’ottima conoscenza del processo, data da una combinazione di esperienza pratica e di comprensione teorica;
* selezione della variabile di risposta: essa deve fornire informazioni utili sul processo;
* scelta del piano sperimentale: essa comporta la considerazione della dimensione del campione (numero di replicazioni), la scelta di un opportuno ordine delle prove per l’esecuzione dell’esperimento;
* esecuzione dell’esperimento: ê opportuno monitorare, durante l’esecuzione dell’esperimento, il processo per assicurarsi che tutto sia eseguito secondo il
* analisi dei dati: va eseguita utilizzando metodi statistici, in modo che i risultati e le conclusioni siano obiettivi, piuttosto che basati su un’opinione;
* conclusioni e raccomandazione: una volta che i dati sono stati analizzati, l’esperimento deve condurre a conclusioni pratiche sui risultati e raccomandare una linea di azione.