Medições de Precisão 101: Metrologia Essencial para Excelência na Manufatura

Seja criando uma pá aeroespacial, uma cabeça de cilindro automotiva ou uma válvula em um ventilador, precisão na manufatura é crucial. Aqui está o que você precisa saber sobre medições de precisão na manufatura.

A necessidade de medição de precisão existe há tanto tempo quanto humanos têm ido a lugares e construído coisas. Sem ela, não haveria como se gabar da distância que seu exército marchou, a altura da pirâmide que construiu, ou a extensão de seus campos aráveis.

Não foi até humanos começarem a produzir em massa componentes intercambiáveis, no entanto — armas de fogo e peças para máquinas, principalmente — que a precisão se tornou igualmente importante para fabricantes e aqueles que usam seus produtos.

Precisão? Exatidão? Qual a diferença? Pegando emprestado de uma ilustração popular, um arqueiro de precisão pode atingir repetidamente a mesma área em um alvo, mesmo que aquele ponto não esteja perto do centro. Um tiro exato, por outro lado, é aquele que atinge o centro, independentemente de o próximo tiro ir para longe. A pessoa que leva o prêmio para casa é aquela que consegue alcançar ambos — precisão e exatidão — um qualificador que é tão verdadeiro para o campo de tiro com arco quanto para o chão de fábrica.

A Linguagem Internacional das Medidas

Discussões como estas caem sob a alçada da metrologia, a ciência de medir. Metrologistas dirão que a determinação da exatidão de qualquer objeto (quão perto chegou do alvo) e a precisão do processo usado para fabricá-lo (quão frequentemente pode repetir aquele desempenho) requer um sistema de padrões universalmente aceitos.

Também requer unidades de medida rastreáveis a fenômenos físicos imutáveis — mas bem compreendidos. Por exemplo, o Sistema Internacional de Unidades (SI) define 1 metro como a distância que a luz viaja no vácuo em 1/299.792.458 de segundo, com padrões similares para tempo, temperatura, massa e mais.

Uma ampla variedade de tais padrões de qualidade e organizações existe. A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME), por exemplo, promove os Padrões Nacionais Americanos em metrologia dimensional, também conhecidos como B89. Similarmente, existem vários padrões do Instituto Nacional Americano de Padrões (ANSI), ASTM International, e a Organização Internacional de Normalização (ISO). Adicione a estes toda a discussão imperial vs. métrica (aka Estados Unidos vs. todos os outros), e você rapidamente vê por que metrologia e medição de peças podem ser um tanto confusas, mesmo para especialistas.

Cumprir esses padrões exige esforço. Fabricantes de todos os tamanhos e especialidades trabalham duro cada ano para alcançar sua certificação de qualidade ISO 9001:2015. Se você está na indústria aeroespacial, também deve cumprir AS9100, um documento publicado pela Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) e a Associação Europeia de Indústrias Aeroespaciais (AECMA). Fabricantes de dispositivos médicos são obrigados a atender aos padrões de qualidade descritos na ISO 13485, enquanto montadoras há muito seguem ISO/TS 16949 (mas agora devem fazer a transição para o padrão IATF 16949 da Força-Tarefa Automotiva Internacional). Sem certificação ou adesão a esses padrões, sem trabalho.

Mudança Dramática na Tecnologia de Medição

Como na maioria das atividades de manufatura, metrologia é um campo complexo. E embora oficinas possam receber um pouco de harmonização e simplificação, nenhum argumentará com a importância de aderir a padrões de qualidade robustos. Sem isso, peças não encaixam, produtos falham, crescimento da empresa (e ocasionalmente, vidas humanas) estão em risco. É por isso que fabricantes devem trabalhar diligentemente para entender e cumprir quaisquer padrões que se apliquem aos tipos de peças que fabricam e indústrias que servem. Fazer isso significa ler a documentação relevante, fazer aulas ou seminários quando disponíveis, cumprir suas próprias diretrizes de qualidade autoimpostas, e contar com especialistas conforme necessário.

Um destes é Dan Skulan. O gerente geral de metrologia industrial na Renishaw Inc., ele diz que a tecnologia de medição está passando por uma mudança dramática à medida que fabricantes em todo lugar tentam fazer mais com menos.

"Os dias de ter alguém em pé na máquina, micrômetro na mão, estão indo embora", diz Skulan. "Cada vez mais oficinas estão colocando MMCs (máquinas de medição por coordenadas) e sistemas de medição multiuso como nosso Equator no chão, ou usando sondas de toque em ferramentas de máquinas CNC como parte integral do processo de usinagem."

Assista a este vídeo para aprender como avanços em automação de máquina e fábrica, impressão 3D, ferramentas, e metrologia e análises baseadas em máquina estão ajudando a aumentar a produção:

Esses tipos de tecnologias de inspeção automatizadas aumentam a flexibilidade enquanto reduzem custos, ele adiciona. Como um único dispositivo pode realizar múltiplas medições, há menos necessidade de medição dura dedicada usada por muito tempo na indústria. E como esses sistemas não cometem erros humanos como esquecer de verificar uma característica da peça ou registrar uma dimensão, o processo de controle de qualidade é mais consistente e confiável. Além disso, feedback dimensional é automático e imediato. Humanos também podem ser alertados para agir quando valores desviam do nominal, ou o dispositivo pode até desligar a máquina-ferramenta se necessário.

Patrick Sullivan, especialista em vendas de distribuição estratégica na Mitutoyo America Corp., vê as coisas um pouco diferente.

"Automação tem sido uma tendência contínua por anos, mas aquele tipo de manufatura não é certo para todos ou para toda peça", diz ele. "Há muito lugar para maquinistas qualificados que podem operar uma máquina-ferramenta e fazer leituras precisas com ferramentas de medição manuais, dando a eles a capacidade de tomar as decisões certas na hora que nenhum robô pode. Não apenas o maquinista de hoje pode trabalhar para melhorar processos no chão de fábrica, com a ajuda de transmissores de coleta de dados o departamento de qualidade também pode receber bons dados confiáveis e trabalhar para ser mais proativo no enfrentamento de desafios de manufatura."

Tecnologia de Metrologia: Os Últimos Desenvolvimentos Digitais

Dispositivos de inspeção automatizados não são a única mudança dramática; peças também estão mudando.

"Automotivo está mudando para veículos elétricos, com baterias, motores e sensores que nunca tivemos que medir antes", diz o vice-presidente de vendas da Mitutoyo, Michael Creney.

"Ao mesmo tempo, várias indústrias-chave estão apertando seus requisitos. Fabricantes médicos, por exemplo, precisam de assinaturas eletrônicas, trilhas de auditoria e credenciais de login específicas para atender diretrizes da FDA", continua Creney. "E a indústria aeroespacial está pressionando forte em gêmeos digitais e engenharia baseada em modelo. Por causa disso, um número crescente de modelos CAD agora contém informação de fabricação de produto (PMI), que podemos aproveitar em nosso MeasurLink, MiCAT Planner e outros tipos de software de qualidade."

Aqui vem mais um acrônimo: QIF, abreviação de quality information framework. Creney sugere que QIF pode ser pensado como o sucessor do DMIS (Dimensional Measuring Interface Standard), o quase padrão sob o qual MMCs e outros equipamentos de medição automatizados operaram por muito tempo. No entanto, esta linguagem de décadas está começando a evoluir à medida que a) sistemas de medição se tornam mais automatizados, e b) uma riqueza maior de informação digital se torna disponível.

"DMIS é uma especificação que todos interpretam diferentemente, e que carece da robustez necessária em um ambiente de manufatura digital", diz ele. "Mas QIF é um mundo totalmente diferente. A capacidade de importar um arquivo CAD e ter seu software de qualidade extrair dados dimensionais e de tolerância relevantes, então usá-los para criar uma rotina de medição automatizada — é um enorme desenvolvimento, e é algo que apoiamos totalmente. QIF vai mudar tudo."

Enquete Rápida: Garantindo Medições de Precisão

Sem medições precisas na manufatura, peças não encaixam, produtos falham e clientes podem ser colocados em risco.

Que passos você está tomando para garantir que seu negócio cumpra padrões de medição de precisão?