MBD e ISO GPS
Automazione industriale, Consulenza ingegneristica, Efficientamento R&D, Formazione CAD, Sviluppo Prodotto
All on CAD mediante MBD e normativa ISO GPS migliorano qualità e processi R&D
La progettazione meccanica di prodotti e processi è stata rivoluzionata con la diffusione dei software CAD che permettevano una più rapida realizzazione e visualizzazione dei componenti. Oggi, MBD e ISO GPS possono essere considerati una seconda rivoluzione, poichè permettono una più completa gestione del progetto mediante software CAD e la diffusione mediante formati normati non solo di geometrie ma soprattutto di informazioni,
Il limite del CAD tradizionale: quando la geometria non basta
Chiunque lavori nella progettazione meccanica, che si tratti di sviluppo prodotto o automazione industriale, sa che un modello CAD 3D descrive perfettamente la geometria di un componente, ma molto meno il motivo per cui quella geometria è stata progettata in un determinato modo. Spesso accade inoltre che tali informazioni siano mancanti, o riportate in documentazione poco chiara, incompleta o mai aggiornata, poiché ogni documento aggiuntivo richiede tempo per la manutenzione, che spesso non c’è.
Due progettisti possono osservare lo stesso assieme e interpretarlo in modo differente. Lo stesso vale per un fornitore, un addetto al controllo qualità o un nuovo progettista che dovrà modificare il progetto dopo alcuni anni. Per comprendere realmente quali superfici siano funzionali, quali quote siano critiche e quali tolleranze garantiscano il corretto funzionamento dell’assieme, nella maggior parte dei casi è ancora necessario consultare numerose tavole 2D, talvolta incomplete o obsolete, ed altre volte ancora differenti da quelle nelle mani dei fornitori.
Questa frammentazione delle informazioni rappresenta una delle principali cause di incomprensioni tra progettazione, produzione e qualità. Il modello tridimensionale descrive la forma del prodotto, mentre la documentazione tecnica contiene l’intento progettuale. Il risultato è che la conoscenza rimane distribuita tra file differenti e, spesso, nella sola esperienza del progettista che ha sviluppato il componente. L’elevato numero di file e formati, inoltre, causa inefficienze negli uffici tecnici e incompletezza delle informazioni.
L’approccio Model-Based Definition (MBD) nasce proprio per superare questo limite, trasformando il modello CAD nel principale contenitore delle informazioni tecniche del prodotto. Al fine sia di ottimizzare la produzione dei documenti di progetto sia di rendere il processo di sviluppo sempre più visual.
Il caso studio: un calibratore per tubi
Per mostrare concretamente questo approccio, consideriamo un calibratore meccanico per tubi, composto da circa 20 componenti correlati tra loro e guidati in prevalenza dalle relazioni e interfacce tra:
- albero filettato;
- coni di regolazione;
- rullini;
- gabbia porta-rullini.
A un primo sguardo il modello appare come un normale assieme meccanico, il cui accoppiamento tra i componenti sembra risultare intuitivo. In realtà, ogni componente possiede superfici con funzioni molto diverse tra loro e un contatto anticipato può portare a malfunzionamenti. L’asse dell’albero rappresenta il riferimento geometrico principale, mentre le superfici coniche regolano il posizionamento dei rullini e dunque il diametro di calibratura mediante la gabbia che mantiene la corretta disposizione dei corpi volventi.
Comprendere queste relazioni è molto più importante che conoscere semplicemente le dimensioni dei componenti poiché permette di individuare rapidamente cause di eventuali malfunzionamenti, spunti di miglioramento ed ottimizzazione. Le scelte che hanno portato al dimensionamento dei componenti non sono però esplicite: quale forza deve applicare la molla? Perchè la scelta di un cuscinetto radiale? Perchè non ridurre il numero di componenti unendoli assieme?
ISO GPS: descrivere la funzione, non soltanto la geometria
È proprio qui che interviene la norma ISO GPS (Geometrical Product Specifications), corredata principalmente da ISO 8015, 1101 e 5459 e in linea di massima equivalente alla ASME Y14.5.
Le specifiche geometriche non servono esclusivamente a definire delle tolleranze, ma identificano la gerarchia funzionale dell’assieme e la catena di tolleranze applicabile al prodotto.
Nel caso del calibratore possono essere definiti alcuni elementi necessari, ma non sufficienti per tutti i componenti interessati, quali:
- datum primario [A] coincidente con l’asse dell’albero;
- datum secondario [B] sulla superficie di battuta;
- tolleranze di posizione delle sedi;
- profili di superficie dei coni; coassialità tra albero e gabbia;
- planarità delle superfici di riferimento.
Queste informazioni permettono di comprendere immediatamente quali caratteristiche influenzino realmente il comportamento del sistema, permettendo di intuire quale sia l’effettivo uso del prodotto. In altre parole, ISO GPS descrive come il prodotto deve funzionare e entro quali limiti geometrici e non solo dimensionali i componenti permettano il corretto accoppiamento e comportamento meccanico, non semplicemente come deve essere costruito il pezzo.
MBD: il modello diventa il contenitore della conoscenza
Attraverso Model-Based Definition, tutte queste informazioni vengono associate direttamente al modello tridimensionale. La norma di riferimento è la ASME Y14.41 “Digital Product Definition Data Practices” complementare alla ISO 16792 “Technical product documentation — Digital product definition data practices” che definiscono come inserire e gestire le Product Manufacturing Information (PMI), definite secondo ISO 16792 e ASME Y14.41, all’interno del modello CAD 3D.
Implementando le linee guida è possibile inserire nel modello 3D numerose informazioni, che è possibile visionare nel CAD 3D e riportare rapidamente nella tavola 2D, e possono essere brevemente riepilogate come:
- quote funzionali;
- datum;
- tolleranze geometriche;
- note e interfacce;
- Product Manufacturing Information (PMI).
Il progettista, il reparto produttivo, il controllo qualità e i fornitori consultano quindi un’unica sorgente di informazioni, mediante il formato STEP AP242, definito secondo lo standard ISO 10303-242, che permette la condivisione non solo delle geometrie ma anche delle annotazioni presenti nel modello 3D.
Non è più necessario aprire numerose tavole per ricostruire il significato delle quote poichè il modello stesso comunica l’intento progettuale. Il numero di documenti necessari alla comprensione del funzionamento del prodotto e dei componenti diminuisce drasticamente e con esso il tempo necessario al mantenimento delle informazioni e all’aggiornamento dei file. Questo semplifica anche il trasferimento della conoscenza tra progettisti, riducendo la dipendenza dall’esperienza delle singole persone.
Quote ISO GPS
Attribuzione di informazioni dimensionali e geometriche necessarie al funzionamento del componente.
Interfacce e note MBD
Evidenziazione delle superfici di contatto o funzionali e introduzione di note di progetto.
Implementazione rapida 2D
Inserimento diretto di annotazioni.
Dal disegno tecnico al knowledge transfer
Uno dei principali vantaggi di MBD non riguarda solamente la digitalizzazione della documentazione. Il vero valore consiste nella conservazione della conoscenza progettuale, ad esempio si rivela essenziale quando, dopo mesi o anni, il progettista che dovrà modificare questo calibratore potrebbe non conoscere chi lo ha sviluppato e le logiche di funzionamento. Potrebbe non avere accesso alle motivazioni che hanno portato a scegliere determinate tolleranze o non sapere quali superfici siano realmente funzionali e dunque commettere errori nel cercare di ridurne i costi o la complessità.
Un modello MBD, corredato da specifiche ISO GPS, rende invece queste informazioni immediatamente disponibili. Il CAD non rappresenta più soltanto la geometria del prodotto, ma diventa un linguaggio condiviso tra progettazione, produzione, controllo qualità e fornitori.
In un contesto industriale in cui la continuità del know-how è sempre più strategica, questo rappresenta probabilmente il contributo più importante di MBD e ISO GPS: trasformare il modello 3D in uno strumento di knowledge transfer, riducendo la dipendenza dalla memoria delle persone e aumentando la qualità della comunicazione tecnica lungo l’intero ciclo di vita del prodotto.
Nel suddetto contesto, lo sviluppo del Quality Framework System da parte di DMSC (Digital Metrology Standards Consortium) permette l’utilizzo delle informazioni e delle quote presenti nel modello nei software per la verifica della conformità dei componenti meccanici. la tendenza è dunque quella di implementare e custodire tutte le informazioni necessaria alla verifica e compresione di ogni componente in un unico file, da utilizzare anche per la redazione di report dimensionali e qualitativi.
Tecnologie e metodologie applicate
Per lo sviluppo del progetto sono stati utilizzati strumenti di progettazione e metodologie orientate al miglioramento continuo:
- Solidworks 2025 – modellazione CAD 3D parti, assiemi e tavole tecniche
- Microsoft PowerPoint – presentazione clienti, milestones e diagrammi
- Microsoft Excel – analisi dei processi produttivi e calcoli KPI
- Strumenti di misura vari per rilievi e dimensionamenti
L’integrazione tra progettazione meccanica e ottimizzazione dei processi ha permesso di ottenere una soluzione concreta, immediatamente comprensibile dai conoscitori della normativa ISO GPS e trasferibile.
Nota: Le immagini presenti in questo articolo hanno finalità puramente illustrative e potrebbero non rappresentare il prodotto o il sistema effettivamente sviluppato. Alcuni contenuti sono stati adattati o semplificati al fine di garantire la riservatezza delle informazioni tecniche e commerciali del cliente.
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