Habilidades en metrología

Formación en metrología para la industria 4.0

La metrología se mueve con la digitalización. Las operaciones industriales más inteligentes, precisas y flexibles requieren sistemas de medición que coincidan.

Proceso de producción

Es necesario pasar el papel esencial del control de calidad e inspección (QC) de una etapa distintiva de posfabricación a su integración en el proceso de fabricación, e incluso antes, ahorrando tiempo y dinero, reduciendo los desechos y mejorando la fabricación y la creación de prototipos correctos por primera vez. Algunos dicen que el futuro de la fabricación se basará en la reducción del consumo de energía y los residuos, y la medición es fundamental para este objetivo. El trabajo del ingeniero de calidad se irá integrando gradualmente en el papel de los ingenieros y gestores de fabricación, de modo que el personal clave que gestiona las plantas poseerá conocimientos de metrología adecuados a la finalidad como norma.

El papel de los profesionales de la metrología está ganando más reconocimiento en la industria, a medida que todas las economías desarrolladas elaboran estrategias para acelerar la digitalización de la fabricación, conocida como «Industria 4.0» o 4IR. Los procesos de medición e inspección pueden prolongar el tiempo total de producción desde el diseño hasta el cliente, por lo que tiene sentido incorporar la medición en una etapa anterior del ciclo del producto. De ello se desprende que las personas de todos los niveles de la fabricación -diseño, ingeniería, producción e incluso gestión- deben tener una mayor comprensión de los principios de la metrología si se quiere realizar la Industria 4.0. Esto significa una mayor exigencia de una mejor formación en metrología a todos los niveles, desde la escuela hasta el doctorado. Los profesionales de la metrología en los Estados Unidos y Europa coinciden en que hay escasez de personas con conocimientos competentes de metrología en la industria, desde el nivel de técnico básico hasta el de doctor.

Se observan dos tendencias fundamentales en la formación en metrología:

  • La mayor necesidad de inspección de la calidad en el proceso pone de relieve la necesidad de contar con conocimientos de metrología competente en los puestos de trabajo de fabricación, y antes todavía en la ingeniería de diseño, más que como una disciplina separada y aislada.
  • A medida que la digitalización y la industria inteligente (4IR) se asienta, las organizaciones necesitarán capacitar a más profesionales de la metrología tanto en las técnicas de medición fundamentales como en las nuevas. Las organizaciones de formación a nivel mundial necesitan estructurar y señalizar esta formación mucho mejor, desde la escuela hasta el técnico y el doctorado.

 

Control de calidad e inspección en la fabricación

Muchas empresas de ingeniería por encima de un cierto tamaño tienen un ingeniero de control de calidad o de inspección dedicado. Tradicionalmente, aunque esa persona también puede ayudar en la fabricación, su principal trabajo es medir y verificar las muestras de los productos. Estas muestras se seleccionan con diferentes frecuencias y en diferentes números, dependiendo de las normas de la industria de destino de esas piezas. Las industrias con mayor criticidad de seguridad, como la nuclear, podrían requerir una verificación más frecuente de los lotes de piezas. En algunos casos el papel de ingeniero de control de calidad se combina con otro trabajo y a veces los ingenieros de producción tienen alguna formación en metrología, pero esto es inconsistente.

Sin embargo, el rol de QC sigue siendo un trabajo definido, distinto de los operadores de máquinas, los gerentes de fabricación y los directores de operaciones. Conlleva un alto grado de responsabilidad que se apoya en equipos extremadamente precisos, normalmente el uso de máquinas de medición de coordenadas o MMC.

«Hoy en día, las personas que diseñan todo el proceso empresarial necesitan comprender su proceso de control de calidad tanto como su proceso de fabricación«, dice Chuck Pfeffer, Director de Gestión de Productos – Metrología de Fábrica de FARO Technologies. «Hoy en día es más bien una consulta, como cuando un contratista entra para desplegar un sistema de metrología, pero la propiedad del conocimiento está fuera. Necesita moverse dentro de la fabricación.»

Además, un cliente OEM tendrá su propio personal de control de calidad y las organizaciones de verificación como ISO, ANSI, Bureau Veritas y BSI auditarán y validarán los procesos de fabricación y los productos con regularidad. Sin embargo, existe la opinión de que, aunque las inspecciones múltiples mejoran los niveles de seguridad porque es más probable que dicha práctica detecte piezas defectuosas, es costosa y excesiva. También existe la creencia de que se atribuye demasiada responsabilidad a la etapa final de la inspección.

«Si hemos llegado a una posición en la que dependemos de la medición de la producción como árbitro del éxito de la calidad y con ello vienen factores como la incertidumbre y el tamaño de la muestra, estamos arriesgando nuestra suerte», dice Jeremy Stern, Gerente Senior de Metrología del Tren Motriz de Jaguar Land Rover.

 

Inspección en tiempo real y medición en línea

Integración de la metrología en el proceso de producción

Las empresas manufactureras reconocen que ahora es importante integrar la metrología en una fase temprana del proceso de producción para aumentar la productividad y ahorrar dinero.

La inspección «en tiempo real» añade valor a la fabricación porque 1) alerta a la dirección y a los clientes sobre las piezas que han fallado o pueden fallar en una fase anterior del proceso y 2) da al cliente final una oportunidad más temprana de aceptar una concesión sobre un componente o un ensamblaje que es adecuado para el propósito pero que está fuera de las tolerancias de fabricación. Esto proporciona a los clientes los datos necesarios para tomar una decisión de ingeniería informada, cuando aceptan esas piezas -como suelen hacer- se ahorran grandes cantidades de chatarra. «Hay una cantidad significativa de residuos innecesarios en la fabricación de ingeniería porque los proveedores rechazan innecesariamente piezas que son lo suficientemente buenas, lo que se ha convertido en una cultura de precaución excesiva«, dice Chuck Pfeffer de FARO.Metrología en ingeniería y fabricación

La creencia de que más niveles de una empresa deben entender la metrología y la calidad es compartida en Autodesk. «Todos en el proceso empresarial, desde el diseño hasta el proceso final y el envío, deben participar en el control de calidad y la inspección – ya han pasado los días en que alguien se sienta detrás de un escritorio por su cuenta, imprimiendo un informe de control de calidad«, dice Kieran Gill, Consultor Técnico de Autodesk. «Ahora la gente quiere saber cuál será la calidad de esa pieza, lo que da a las empresas la mejor oportunidad de rectificar las cosas a medida que suceden. Las empresas necesitan que los datos inspeccionados en tiempo real, para que los clientes no tengan ningún retraso en sus productos y servicios

El modelo de inspección de final de línea, estándar de la industria, puede ser especialmente defectuoso para componentes grandes, como troqueles de prensa y moldes. Una herramienta de molde de 500 kg, una vez en la máquina, necesita ser levantada de la cama de la máquina herramienta en un montacargas y trasladada a una MMC, que puede necesitar una costosa base de granito para soportar tal masa, lo cual lleva tiempo. «¿Por qué? Un escáner óptico puede escanearla en su lugar, ver cualquier desviación de las tolerancias, y luego tomar la decisión de desechar o reelaborar la pieza o pasar a la siguiente etapa», dice Gill. Los procesos más automatizados se beneficiarán más al minimizar el desecho, añade. «Pueden determinar si es necesario desguazar las piezas antes en lugar de tener que terminar el trabajo y determinar la calidad del producto después de que haya terminado el proceso de fabricación«.”

Ingenieros de fabricación con formación en metrología

Es probable que el futuro profesional de la metrología de fabricación sea un ingeniero de fabricación con formación acreditada en metrología. Esta persona estará capacitada para utilizar -y, lo que es crucial, comprender- la medición MMC de final de línea, pero también nuevas técnicas para captar la medición en proceso. Se formará a un nivel competente en una variedad de nuevas técnicas de metrología relevantes, que abarcan tipos de metrología de exploración sin contacto, incluyendo la exploración óptica y la tomografía de rayos X, y comprenderá los problemas y limitaciones de la captura de la medición dimensional durante procesos como el mecanizado / fresado / torneado, la fabricación aditiva y los procesos de corte de metales (láser / plasma).

En términos de nuevas habilidades, Industria 4.0 trae un nuevo conjunto de desafíos en torno a la informática y los grandes datos. «Específicamente, el volumen de datos que se genere por la metrología integrada será de órdenes de magnitud mayores que los que los metrólogos han tratado en el pasado», dice Christian Young, del Centro de Metrología de la Universidad de Huddersfield.

 

Integración de la metrología en las disciplinas de ingeniería y fabricación

Muchos aceptan que la imagen de las carreras de ingeniería y la mucho menos visible carrera de profesional de la metrología necesita ser impulsada. «Hemos intentado durante varios años que los estudiantes asistan a la Conferencia de la Sociedad de Metrología Coordinada, una exposición itinerante», dice Chuck Pfeffer de FARO. «Hemos luchado para conseguir suficientes estudiantes para que vengan a ver la tecnología. No saben lo que se están perdiendo. Pero están compitiendo con otros campos de la ingeniería y otras profesiones

Medición en líneaUna solución es el movimiento gradual para integrar la metrología en todas las disciplinas de ingeniería y fabricación. A medida que las empresas cambien sus procesos para construir la metrología en un momento anterior y a lo largo de todo el ciclo de fabricación, la profesión de la medición adquirirá un perfil más alto orgánicamente – se espera. «Cuando la industria se dé cuenta de que necesita expertos en metrología como parte del proceso de fabricación y empiece a pedirlo, las instituciones educativas responderán», dice Pfeffer. «Crearán nuevos cursos de metrología para ser más competitivos a la hora de conseguir puestos de trabajo para sus estudiantes. Si la industria lo está exigiendo, entonces la educación debería proporcionarlo».

Algunos creen que, aunque la metrología no tiene un perfil alto, las nuevas herramientas de fabricación digital la están convirtiendo en un área más visible y respetada para las carreras de ingeniería. «La metrología se encuentra en el corazón de todo lo que hacemos aquí, en todos los procesos de fabricación, ya sean aditivos, sustractivos o híbridos«, dice Kieran Gill de Autodesk UK, que abrió su nueva planta de fabricación avanzada en Birmingham, Reino Unido, en febrero. «Para nosotros la medición se propone probar que el proceso de fabricación que estamos creando realmente dará los resultados correctos. Prueba que el proceso está entregando la alta calidad y los estándares que Autodesk espera.»

La medición incorporada permite una rápida retroalimentación, desde la fabricación en la línea de regreso al diseño y todo el camino hasta la gestión y el consejo. «Se pueden producir cambios más rápidos en los diseños, y la dirección puede tomar mejores decisiones financieras«, dice Gill.

 

Formación y cursos en metrología

En los EE.UU. y el Reino Unido, y probablemente en muchos países, la metrología como una carrera definida de ingeniería no está claramente indicada o impulsada al nivel que debería estar. «Como sucede con casi todos los metrólogos que conozco, caí en la metrología por accidente», dice Carol Hockert en una entrada de blog de 2017. Carol, que se formó como química, es la antigua jefa de la Oficina de Pesos y Medidas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos.

Es una historia familiar en otros lugares. «Nuestra opinión es que actualmente no existe un enfoque conjunto de la formación en metrología en el Reino Unido«, dice el profesor Liam Blunt del Centro de Metrología del Futuro en Huddersfield. La formación se realiza principalmente en la propia empresa y cada compañía tendrá sus propias políticas y procedimientos, por lo que aunque las normas con las que trabaja la gente son las mismas, las técnicas utilizadas pueden variar significativamente.

La formación en metrología en la industria está actualmente muy orientada a los proveedores«. Las empresas de equipos de metrología ofrecen formación como un servicio orientado a las ventas que se proporciona al comprar sus equipos, y aunque se trata de un modelo de negocio comprensible, están formando a la gente en el uso de sus dispositivos en lugar de enseñar la teoría que hay detrás de la práctica de la metrología y por qué las cosas se hacen de una forma determinada», dice Blunt.

El Centro cree que las empresas de metrología deben trabajar con las universidades para desarrollar la formación. «Por ejemplo, FARO es famoso por sus brazos de medición. Sería posible tomar nuestro curso de CMTrain y añadir un módulo que contemple específicamente este tipo de tecnología ya que los principios subyacentes son los mismos».

Aquí resumimos algunos de los cursos de formación en metrología en Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos.

Formación y cursos en metrología en el Reino Unido

El NPL, el laboratorio nacional de normas de medición del Reino Unido, ha desarrollado una «norma de aprendizaje pionera» para el técnico en metrología, aprobada por el Departamento de Educación. El grupo Metrology Trailblazer, que incluye a más de 30 empleadores y partes interesadas clave, elaboró tanto las normas de nivel 3 como las nuevas de nivel 5. Como primera norma de aprendizaje en metrología reconocida a nivel nacional, garantizará que la formación de aprendices sea pertinente para el futuro de la industria de la metrología. Cualquier organización puede examinar la nueva norma y elaborar un programa en función de esa norma.Metrología para la fabricación

«Buscamos una acreditación especial que cree vías de aprendizaje, y luego crear una estructura de curso que pueda desarrollarse en la metrología, es decir, un marco de capacitación«, dice Philip Cooper, Jefe de Capacitación y Consultoría de NPL.

La Universidad de Coventry tiene una gama bien desarrollada de cursos de metrología, desde cursos modulares de un día y cursos especializados de metrología de uno a tres días hasta un título básico de ingeniería en metrología, que es de dos años a tiempo parcial.

El Centro de Metrología del Futuro involucra a cuatro universidades y al NPL y tiene su sede en la Universidad de Huddersfield.

El Centro ofrece cursos que van desde una escuela de verano de metrología que cubre la formación básica, hasta cursos específicos de alto nivel como el CMTrain que está dirigido a operadores cualificados.

Sus cursos, dirigidos por la industria, combinan sesiones presenciales en la universidad para el aprendizaje práctico y recursos en línea, lo que significa que el operador puede aprender desde su lugar de trabajo en lugar de tener que estar liberado durante un largo período de estudio. «Actualmente estamos tratando de aumentar nuestra gama de cursos dirigidos a la industria para incluir temas como la incertidumbre de la medición y la metrología de coordinación para aplicaciones específicas, específicamente aeroespacial y de alas», dice el Hubs Liam Blunt. «Los cursos diseñados para satisfacer las necesidades de desarrollo profesional continuo de las empresas, por ejemplo, el curso CMTrain se imparte en Renishaw y figura en la lista de CPD de Rolls-Royce«.

Formación y cursos en metrología en Estados Unidos

La organización independiente y paraguas para las mejores prácticas de metrología en los EE.UU. es la Sociedad de Metrología Coordinada – https://www.cmsc.org. Lleva a cabo una conferencia anual. Este año se celebró en Reno, Nevada, del 23 al 27 de julio. La sociedad proporciona las mejores prácticas en metodologías de metrología e información sobre cursos de formación.

La universidad de los Estados Unidos con las mayores instalaciones de formación en metrología es el Centro de Metrología de Precisión, en el William States Lee College of Engineering en la UNC Charlotte. https://cpm.uncc.edu Organiza cursos cortos y la metrología es un tema central de sus programas de postgrado en ingeniería mecánica.

«Este programa va en la dirección correcta para formar ingenieros que apoyen los nuevos tipos de procesos de fabricación que incluyen la metrología integrada«, dice Chuck Pfeffer de FARO.

Formación y cursos en metrología en Alemania

Cursos en metrologíaAlemania tiene varias vías para la formación en metrología. Dos de las principales son el Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), el instituto nacional de metrología. El PTB tiene una asociación con la Universidad Tecnológica de Braunschweig (Brunswick) que ofrece formación en metrología relacionada con las máquinas herramienta y otras aplicaciones de fabricación. Éstas ofrecen un espectro de cualificaciones en conocimientos relacionados con la metrología.

La Universidad de Brunswick y el PTB también organizan conjuntamente varias conferencias relacionadas con la metrología que están vinculadas a la capacitación, por ejemplo, en la escuela de graduados en nanometrología. En segundo lugar, el PTB imparte regularmente seminarios de formación para ingenieros alojados en laboratorios de calibración para impartir capacitación en análisis de mediciones. Además, la VDI (Asociación de Ingenieros Alemanes) y la VDW (Asociación Alemana de Constructores de Máquinas-Herramienta) de Alemania ofrecen cursos de capacitación en metrología para miembros y terceros. También existe una ruta personalizada para empresas individuales, ofrecida por el PTB y la Academia DIN – el Instituto Alemán de Normalización – que tiene su propia empresa que ofrece seminarios de capacitación. Las organizaciones federales de vigilancia del mercado dirigen una academia en Munich, en la que su personal recibe formación durante dos meses y puede recibir cursos de desarrollo profesional para actualizar sus conocimientos, en disciplinas como la evaluación de la conformidad. «Con el auge de las tecnologías digitales, la complejidad de los instrumentos de medición, los servicios de medición y las tecnologías de medición está aumentando considerablemente», dice el Dr. Sascha Eichstädt, Jefe del Grupo de Personal Presidencial «Coordinación de la Digitalización» del PTB.

 

ESTUDIO DE CASO: DISEÑO PARA LA METROLOGÍA

Diseño para la Metrología es una iniciativa para cambiar el papel de la metrología en la fabricación, pasando de ser un control de producción a formar parte del proceso de ingeniería de diseño. Está dirigida por Jeremy Stern, Gerente Principal de Metrología de Tren Motriz de Jaguar Land Rover, y su colega Alan Olifent (Gerente Técnico de Metrología).

«Normalmente hay muy poca información específica de metrología en un dibujo de ingeniería«, dice Stern. «Esto tiene que cambiar, con los detalles de metrología incorporados en el diseño de tal manera que se especifique la única y correcta manera de medir. Armados con este conocimiento, los ingenieros deben utilizarlo para medir los productos durante las fases de verificación del diseño, evaluando las piezas tanto antes de que vayan a ser sometidas a prueba como cuando regresen. Esto permite, en última instancia, confirmar que las características especificadas del diseño ofrecen el rendimiento funcional del producto«.

Jaguar Land Rover invirtió 5 millones de libras en un laboratorio especial de metrología en sus instalaciones de Whitley a finales de 2016, donde los componentes se miden a nivel submicrónico para ayudar en esta actividad.

Por el momento, una tolerancia de un solo dígito en micrones requerida en un dibujo de ingeniería podría añadir muchos ceros a los costos de producción, ya que lograr esa tolerancia podría requerir un procesamiento especializado y costoso. La tendencia histórica típica de los ingenieros de diseño, cuando se enfrentan a un problema, es apretar las tolerancias en la creencia de que al hacerlo se reducirá la probabilidad de que el sistema falle. Al utilizar el enfoque de diseño para la metrología y trabajar con los ingenieros de diseño, están ahora mejor situados para comprender el rendimiento funcional y lo que deben ser las tolerancias sin degradar el rendimiento de la pieza y, al mismo tiempo, reducir los costos.Formación en metrología

«Se puede entonces cambiar todo el paradigma de control de calidad«, dice Stern. «Pregunte, ¿hay que controlar la fabricación del producto? Si es así, ¿es una expectativa realista confiar en la medición para lograr ese nivel de control? Si no es razonable, tenemos que volver a la mesa de dibujo – literalmente – y preguntar si tenemos el diseño correcto».

En relación con los planes de Diseño para la Metrología, se está trabajando en el desarrollo de un marco completo de formación y reconocimiento profesional para las personas que trabajan en metrología desde la escuela hasta el nivel de doctorado, para hacer de éste un viaje completo y coherente.