L05 Flashcards
Robust design e DOE
Il concetto di robust design consiste nel progettare e realizzare gli esperimenti in modo da garantire robustezza dei prodotti e dei processi, intesa come la capacità di garantire le stesse prestazioni in condizioni non ideali.
Un metodo per ottenere un robust design è il Design Of Experiment (DOE), basato su 7 step:
1) Identificare i parametri di controllo, di rumore e le metriche di performance: i primi sono i fattori che hanno influenza sulla performance e su cui posso agire; i secondi sono fattori di disturbo esterni; i terzi sono i parametri che vogliamo valutare per definire la performance del prodotto/processo
2) Formulazione della funzione obiettivo: questa è la funzione che vogliamo massimizzare/minimizzare/farle assumere un valore target
3) Sviluppo del piano sperimentale: esistono diversi approcci. Il più oneroso di tutti in termini di tempo è il full factorial in quanto considera tutte le possibili variazioni dei fattori di controllo entro determinati range. Poi abbiamo: fractional factorial (campione ridotto di combinazioni), orthogonal array (il più piccolo piano del fractional factorial che comunque tiene conto dei fattori principali) e one factor at a time (sconsigliata)
4) Esecuzione dell’esperimento
5) Svolgimento analisi: metodo analitico basico, basato sulle factor effect chart
6) Scelta dei fattori, mediante factor effect chart, che riducono la varianza del prodotto (fattori di robustezza) e quelli che possono essere usati per migliorare le performance (fattori di scala)
7) Riflettere e ripetere: si possono adottare delle tecniche statistiche per aiutare a interpretare dati sperimentali (ad esempio l’analisi di varianza, detta ANOVA).
Selezione dei materiali e metodo Ashby
Per la selezione dei materiali, nell’ottica del rispetto dei requisiti tecnici ed economici, è possibile adottare il metodo di selezione sistematica proposto dal prof. Ashby. Esso si sviluppa in 4 step fondamentali:
1) Traduzione: si devono tradurre i requisiti di progetto in:
a) Funzione (che cosa fa il componente?)
b) Obiettivi (cosa deve essere massimizzato/minimizzato?)
c) Vincoli (quali sono le condizioni essenziali da raggiungere?)
d) Variabili libere (quali variabili di progetto sono libere?)
2) Screening: eliminare i materiali che non soddisfano le caratteristiche ottenute nel punto 1
3) Classificazione: trovare i materiali migliori in relazione alle specifiche desiderate
4) Approfondimento delle caratteristiche dei migliori materiali scelti nella fase 3 in maniera tale da vedere più nel dettaglio quali si prestano meglio alle specifiche deliberate nel punto 1
Tuttavia, tale metodo non prende in considerazione il processo produttivo e quindi risulta insufficiente da solo. Infatti, non considerando il processo produttivo non vengono messi in evidenza aspetti di natura economica così come aspetti legati alle tolleranze (sia geometriche che dimensionali) e alla rugosità. È bene tenere a mente che il costo del materiale non dipende dal solo costo della materia prima, in quanto va considerato anche il relativo costo di lavorazione. È possibile che un materiale dal prezzo minore risulti comunque più costoso di uno dal prezzo maggiore in virtù delle maggiori spese necessarie durante la produzione/lavorazione.
Regola della chiarezza
Per chiarezza progettuale si intende la mancanza di ambiguità nel design del prodotto. Tale concetto applicato ai working principles significa poter chiaramente individuare i principi fisici in termini di rapporto causa-effetto, nonché la chiara definizione dei flussi in input e output di energia, materiali e segnali. Nell’ambito della produzione e controllo qualità, invece, significa chiarezza della documentazione tecnica e delle procedure di controllo, così come devono essere chiaramente definiti i processi di assemblaggio, manutenzione e riciclaggio.
Regola della semplicità
La regola della semplicità prevede che un sistema tecnico sia facilmente comprensibile, realizzabile e composto dal numero minimo di componenti. Questo si traduce nell’utilizzo di tecnologie meno raffinate durante la produzione, geometrie semplificate e simmetriche ove possibile così come istruzioni semplici per produzione e manutenzione. A livello produttivo, semplicità implica la minimizzazione dei tempi morti.
Regola della sicurezza
La regola della sicurezza consiste, da un punto di vista tecnico, in affidabilità e resistenza. Inoltre, si parla di sicurezza nei confronti dell’ambiente, inteso sia in termini di risorse umane che ambientali. La sicurezza è classificata in tre livelli:
1) Diretta, quando è presente nel sistema una soluzione che intrinsecamente ne garantisce la sicurezza. In tale ambito si possono usare tre approcci:
a) Safe-Life Principle, tutti i componenti e sistemi di connessione all’interno del sistema devono essere tali da garantirne il funzionamento, evitandone rotture/malfunzionamenti, per tutta la sua vita. Tale approccio richiede costi elevati
b) Fail-Safe Principle, viene accettata la possibilità di rotture del sistema a patto che non portino a gravi conseguenze
c) Ridondanza, vengono progettati dei sistemi (non sono ausiliari ma proprio parte del sistema effettivo) in grado di sopperire alla rottura di un componente
2) Indiretta, quando la sicurezza del sistema viene garantita mediante l’ausilio di elementi protettivi aggiuntivi, quali:
a) Sistemi protettivi
b) Dispositivi protettivi
c) Barriere protettive
3) Warning, quando mediante opportuni segnali (acustici, visivi ecc.) si va a gestire in maniera graduale l’avvicinamento a una situazione di pericolo
