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L’approccio statistico alla qualificazione dei sistemi multicavità

8 luglio 2013

Con questo post voglio inaugurare una nuova sezione interamente dedicata all’uso degli strumenti della statistica per analizzare il processo di produzione delle materie plastiche e migliorarne la qualità.

Purtroppo la statistica e il controllo statistico di processo (SPC) sono considerate materie per specialisti e docenti universitari e sono poco conosciute ed usate dagli addetti dell’industria delle materie plastiche. Nella mia carriera professionale, invece, ho sperimentato personalmente che la statistica può fornire strumenti molto importanti per il miglioramento del processo e della qualità del prodotto.

Durante i miei studi di ingegneria chimica non ho mai studiato la statistica, ma nella mia attività lavorativa di responsabile sviluppo imballaggi in plastica di una grande multinazionale in un importantissimo progetto ho sentito la necessità di capire meglio il mio prodotto e il mio processo produttivo e di prendere delle decisioni basate su dati certi e su una chiara quantificazione del rischio.

Ecco allora che mi sono avvicinato alla statistica e alle sue metodologie. Il mio approccio ovviamente è stato ben diverso da quello dello studente o del docente universitario: sono partito dai miei bisogni di conoscenza del prodotto e del processo e ho cercato le metodologie statistiche che potevano darmi una risposta.

Giusto per entrare in argomento vi voglio presentare un caso tipico.

Qualificazione di un tappo a vite in polipropilene per un detergente.

Supponiamo di voler verificare le caratteristiche dimensionali di un tappo a vite per un detergente liquido prodotto in polipropilene con la tecnologia dello stampaggio ad iniezione. Lo stampo può avere un numero di cavità variabile da 4 a più di 100, supponiamo di avere uno stampo a 32 cavità.

Il nostro obiettivo è verificare se le dimensioni di tutti i tappi prodotti da tutte le diverse cavità siano in specifica nel breve e medio periodo.

Il problema non è semplice perché:

  1. E’ meglio controllare lo stampo o i tappi prodotti?
  2. I tappi da controllare devono essere prelevati tutti dalla stessa cavità o casualmente dopo aver mescolato tutti i pezzi prodotti?
  3. E’ conveniente produrre per un certo tempo e poi prelevare dei campioni o prelevare dei campioni ad intervalli regolari?
  4. Su una produzione di migliaia di pezzi, quanti ne devo prelevare per avere una risposta significativa?
  5. I controlli devono essere effettuati solo in fase di avvio di una nuova produzione o anche nel seguito?

Questi sono solo alcuni dei problemi che il responsabile di produzione o della qualità di un reparto di stampaggio deve giornalmente affrontare. A questi quesiti non si può dare una risposta solo “basata sull’esperienza personale” o a sentimento. La risposta deve essere cercata su solide basi scientifiche!

Mi voglio, adesso, soffermare sul primo quesito  “E’ meglio controllare lo stampo o i tappi prodotti?”

I materiali polimerici hanno la particolarità di ridurre il loro volume passando dallo stato fuso a quello solido. Tale fenomeno detto “ritiro” o “shrinkage” è di fondamentale importanza sia nella fase di progettazione dello stampo che in quella di controllo del pezzo. In fase di progetto si determina la dimensione della cavità in modo da ottenere quella che si vuole sul pezzo; per fare ciò non vi sono regole matematiche sicure al 100% ma solo conoscenze ed esperienze relative al materiale che si sta usando. In fase di accertamento delle caratteristiche del prodotto, invece, si possono seguire due diversi approcci:

  1. controllare dimensionalmente le cavità o le teste di produzione;
  2. controllare dimensionalmente il prodotto finito.

Il primo metodo ha il vantaggio di non essere influenzato dal ritiro dei materiali, ma, oltre ad essere a volte praticamente molto difficile, non assicura la soddisfazione del cliente: egli, infatti, è interessato soltanto al prodotto, alle sue caratteristiche e non al processo produttivo. Nella mia esperienza mi è sembrato più opportuno seguire il secondo approccio.

Vediamo adesso il secondo quesito “I tappi da controllare devono essere prelevati tutti dalla stessa cavità o casualmente dopo aver mescolato tutti i pezzi prodotti?”

Per rispondere a questo quesito dobbiamo prima chiederci se le cavità sono tutte uguali tra di loro e se producono pezzi uguali. Innanzi tutto precisiamo meglio il concetto di “uguale”. Due pezzi prodotti in successione non sono identici perché nel processo ci sono sempre delle variazioni naturali, persino una misura ripetuta due volte non da lo stesso risultato; poi se consideriamo il pezzo in plastica a causa dei fenomeni di ritiro ogni cavità si comporta come una diversa unità produttiva perché il polimero fuso arriva ad una certa temperatura, nella cavità c’è una certa pressione di iniezione e anche il raffreddamento può avere delle differenze.

Quindi prima di effettuare i controlli dovremo verificare se tutte le cavità producono pezzi che possono essere considerati “statisticamente uguali tra di loro”  in modo che la produzione costituisca un lotto omogeneo.

Bene, in attesa di analizzare gli altri quesiti e presentare i vari metodi statistici vi invito a leggere l’articolo “qualificazione_sistemi_multicavità” apparso sulla rivista De Qualitate.

image

Il tema dell’approccio statistico alla qualificazione dello stampaggio ad iniezione è ampiamente affrontato nel libro “Stampaggio ad iniezione scientifico”.

copertina-stampaggio_scientifico

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