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Metrología y Ensayos
Este libro va dirigido al alumnado del módulo de Metrología y Ensayos del Ciclo Formativo de Grado Medio de Mecanizado. Resulta adecuado también para el personal de talleres o centros de producción, en general, y como libro de consulta para personal técnico. Reúne los conocimientos necesarios sobre Metrología y Ensayos, pero incluye también otras disciplinas imprescindibles para contar con una perspectiva global sobre la fabricación, sobre el taller y los procesos en el que tienen lugar, sobre los diferentes materiales que se emplean, sus métodos de obtención, las propiedades y características que los hacen adecuados o no para ciertos usos y los esfuerzos o tensiones a los que pueden estar sometidos. Todo ello se encuadra en el marco de la prevención y la calidad, dos constantes que deben determinar siempre la metodología de trabajo. Ambas disciplinas se han tratado de forma que se adapten a la fabricación mecánica.
María Moro Piñeiro
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María Moro Piñeiro es ingeniera industrial mecánica y posee una larga experiencia docente en Tecnología Mecánica y Metrología. Cuenta con una dilatada trayectoria como consultora en temas de calidad industrial e ingeniería de procedimientos.
Metrología y Ensayos
Se ha puesto un especial cuidado en afianzar los conceptos fundamentales para que se mantenga el rigor con el que se tratan los conceptos básicos y se ofrezca así, al alumnado, la posibilidad de que entienda las razones de cómo ha de proceder, la importancia de las calibraciones, así como la trazabilidad o la incertidumbre de las medidas, algo que resulta imprescindible.
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METROLOGÍA
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Índice general Unidad 1 Introducción a la Calidad
2.10 Normativa de prevención medioambiental. 2.11 Peligros en el taller mecánico.
1.1 Evolución del concepto de calidad.
Unidad 3 Ciencia de los Materiales
1.2 Historia de la Calidad.
3.1 Introducción a la Ciencia de Materiales
1.3 Sistema de Gestión de Calidad.
3.2 Características de los materiales
1.4 Documentación asociada a un plan de calidad.
3.3 Propiedades de los materiales.
1.5 El modelo (ISO). 1.6 El modelo europeo de gestión de la calidad total, (EFQM). 1.7 Herramientas más comunes para la obtención de la calidad. 1.8 Procesos. 1.9 Caracterización de los procesos, capacidad y estabilidad. 1.10 Control de procesos y representación gráfica de los mismos. 1.11 Indicadores de gestión de calidad. 1.12 Inspección y ensayo 1.13 Costes de la calidad y de la no calidad.
3.4 Materiales de taller. 3.5 Materiales férricos. El acero y sus clases. 3.6 Tratamientos térmicos. 3.7 Materiales no férricos. 3.8 Aleaciones más comunes. 3.9 Elasticidad de los materiales, ley de Hooke
Unidad 4 Metrología I 4.1 Introducción a la Metrología. 4.2 Principios básicos de Metrología 4.3 El Sistema Internacional de Unidades (SI) 4.4 Errores e Incertidumbres 4.5 Tolerancias
Unidad 2 Introducción a la Prevención de Riesgos Laborales 2.1 Prevención de Riesgos Laborales, concepto. 2.2 El plan de prevención. 2.3 Análisis de riesgos y tipos. 2.4 Factores físicos del entorno de trabajo. 2.5 Factores químicos del entorno de trabajo. 2.6 Sistemas de seguridad aplicados a las máquinas. 2.7 Equipos de prevención individual, EPI. 2.8 Normativa de prevención de riesgos laborales. 2.9 La Ley de PRL.
4.6 Planes de Calidad
Unidad 5. Instrumentos de Medición 5.1 Instrumentos de medida, características metrológicas. 5.2 Bloques patrón. 5.3 Calibres, pie de rey o calibradores. 5.4 Micrómetros de exteriores. 5.5 Micrómetros de interiores. 5.6 Relojes comparadores. 5.7 Instrumentos de verificación. 5.8 Control de magnitudes angulares. 5.9 Metrológia geométrica. 5.10 Controles microgeométricos.
Unidad 1 Introducción a la Calidad 1.1 Evolución del concepto de calidad Cuando se adquiere un producto o un bien, es necesario que quien lo fabrica o produce pueda garantizar que posee las cualidades necesarias para satisfacer a los clientes. Las empresas se han preocupado a lo largo del tiempo en mejorar la calidad de sus productos para adquirir lo que se denomina “prestigio de marca”. Durante la Revolución Industrial y hasta 1920, la calidad se lograba mediante inspecciones finales del producto. Es decir que una vez fabricados, los productos se sometían a inspección para poder asegurar que carecían de defectos o que funcionaban adecuadamente, evitando así reclamaciones, devoluciones o fallos que podrían poner en peligro el buen nombre del fabricante. Pero la inspección final sin dejar de ser útil, no puede por sí misma ser el único método o sistema seguido para asegurar la calidad, ya que presenta una serie de inconvenientes:
No evita los defectos, porque la inspección final se produce cuando los productos ya están terminados, por lo que permite que se arrastren defectos a lo largo del proceso que no se detectarán hasta el final lo que supone una pérdida de tiempo y de recursos. Además la inspección consume tiempo. La inspección no sirve para proporcionar información sobre las causas de la mala calidad. La inspección no añade valor, ya que el producto en si mismo no mejora por el hecho de haberlo inspeccionado si es correcto, y sin embargo le añade un coste, pues en el caso de ser defectuoso se ha elaborado hasta el final algo que es inservible. La inspección crea la falsa imagen de que la calidad depende de ella, cuando realmente depende de que los trabajadores realicen correctamente sus tareas y posean los medios adecuados para hacerlo. La existencia de una inspección final puede hacer que se relaje la prevención de fallos y defectos durante el proceso.
Hacia 1940 – 1950, coincidiendo con la Segunda Guerra Mundial, la calidad evolucionó, se desarrolló el Programa de Gestión de la Calidad y en lugar de basarse en una inspección final, la calidad se incorporó al propio sistema de fabricación mediante la inspección no ya de los productos terminados, sino de los procesos de fabricación de tal modo, que de existir algún fallo éste se pudiera detectar en el momento en el que se producía, sin esperar a que el producto estuviese terminado. En los años 1970 ‐ 1980 la calidad ya se había convertido ya en un campo de conocimiento que había incorporado el Control Estadístico de los Procesos, y por entonces se extendió a la fase de diseño. Actualmente desde que una empresa decide diseñar un producto, ya se tiene en cuenta la calidad para mejorar su diseño y evitar posibles fallos. Durante los años 1980 – 1990 la Calidad es considerada como un proceso estratégico y se abre paso la idea de la mejora continua. A partir de 1990 y hasta la actualidad la distinción entre producto y servicio desaparece y se entra en la etapa de la Calidad Total es decir el análisis del proceso en su conjunto incluyendo incluso las etapas de postventa. La calidad se define como: “conjunto de propiedades y características de un producto o servicio que le confieren su aptitud para satisfacer unas necesidades, ya sean implícitas o expresadas”. Es decir la Calidad referida a un producto se concreta en el cumplimiento
por parte del mismo de una serie de requisitos que deben poder ser formulados claramente, ser objetivos y no subjetivos y además han de ser medibles.
Figura 1.1 Evolución de la calidad.
Recuerda…En principio la calidad se conseguía a través de la inspección final pero posteriormente pasó a formar parte de los procesos de fabricación, y finalmente se amplió abarcando los procesos de diseño.
1.2 Historia de la Calidad El desarrollo de la Calidad debe mucho a personas como Edward Deming profesor de EE.UU, que tanto en su país como sobre todo en Japón difundió sus ideas para el logro de la calidad y la excelencia en la fabricación industrial basándose en: 1.‐ El concepto de mejora contínua. 2.‐ El control estadístico de procesos. El concepto de mejora continua puede sintetizarse en el llamado ciclo (PHVA) o diagrama de mejora continua. Esta es una herramienta de gestión muy eficaz que sirve para reducir los costes, mejorar la producción, ganar cuota de mercado y aumentar la rentabilidad. Su eficacia hace que haya sido introducida como herramienta de gestión por la familia de normas ISO 9000. La herramienta se basa en cuatro pasos:
Figura 1.2 Diagrama o ciclo PHVA. 1.‐ Planificar. 2.‐ Hacer. 3.‐ Verificar. 4.‐ Actuar. Planificar.‐ Consiste en establecer los objetivos a alcanzar e identificar los procesos necesarios para lograrlos. Hacer.‐ En esta fase se implementan los cambios y las acciones que es preciso realizar. Verificar.‐ Consiste en medir y valorar durante un periodo de prueba la efectividad de los cambios llevados a cabo. Actuar.‐ Si los resultados no se ajustan a las expectativas se realizarán las modificaciones o correcciones que resulten necesarias. Es importante entender que este ciclo debe realizarse continuamente pues solo así se conseguirá el objetivo de “mejora continua”. El Control Estadístico de Procesos, se fundamenta en la utilización de gráficos de control basados en técnicas estadísticas. Si se miden los resultados de un proceso mediante el uso de gráficos, se podrá contar con datos y criterios que permitan analizar las variaciones de los mismos que pueden estar indicando variabilidad o mala calidad y así contando con dicha información será posible tomar decisiones de mejora adecuadas procediendo a corregir lo que sea necesario, pero basándose en una información científica y objetiva, no en simples opiniones. Además medir los procesos posee la ventaja de dotar a la organización de datos históricos que le permiten contemplar cual ha sido su comportamiento a lo largo del tiempo respecto a la variable medida y por tanto prever su evolución en el futuro. Otro de los considerados como padres de la Calidad es Philip Crosby, su aportación a la Calidad fue alentar a las organizaciones a alcanzar la meta de producir con “cero defectos”. Esta filosofía de Calidad implica “hacerlo correctamente a la primera”. Para ello enunció sus 14 principios que son:
Implicación de la Dirección. Responsabilidad del equipo de mejora. Control y comprobación de las acciones. Costes de la calidad. Comunicación Realización de las necesarias correcciones. Definir fechas. Formación. Terminar las acciones de implementación. Fijar objetivos individuales. Prevención de errores. Reconocimiento de métodos. Intercambio de experiencias entre los responsables. La fuerza del ejemplo.
Otro de las personas relevantes en este campo es Joseph M. Juran, de Rumanía, quien realizó importantes aportaciones en el campo de la Gestión de la Calidad, según su filosofía la Calidad abarca 3 procesos:
Planificación.
Control.
Mejoramiento.
Estas referencias no estarían completas sin citar las grandes aportaciones de los ingenieros japoneses, uno de ellos Kaoru. Ishikawa propuso diferentes herramientas de Calidad y toda una filosofía respecto al logro de la misma, y es creación suya el diagrama causa – efecto, también llamado diagrama de Ishikawa. También el japonés Shigeo. Shingo, quien realizo importantes contribuciones a la Gestión de la Calidad como “Cero control de la Calidad”. Esta filosofía se basa en la idea de interrumpir la producción en el momento en el que se detecta el fallo, ya que los defectos de calidad son originados por fallos en el proceso e ideó sistemas tales como SMED, para el cambio rápido de herramientas o componentes de máquinas, que es extensivo a la fabricación y que enuncia que de la última pieza válida hasta la siguiente no deben transcurrir menos de 10 minutos, es decir una cantidad de minutos lo menor posible y expresables con un solo dígito.
Figura 1.3 Aplicación de SMED al cambio rápido de componentes en la Fórmula 1.
1.3 Sistema de gestión de calidad El objetivo último de cualquier empresa es su éxito, que garantizará su supervivencia en el mercado, un mercado en el que ha de competir con otras muchas empresas en un mundo global, que producen bienes similares. Los clientes, al ejercer su libertad de compra, determinarán que empresas son capaces de sobrevivir y cuales no. Por tanto desde el enfoque de la gestión de calidad, resulta necesario que la empresa cuente con un plan de calidad. El plan de calidad está asociado a una gestión debidamente documentada que establece su modo de hacer y que garantiza la solidez de sus métodos de trabajo. Uno de los objetivos de un sistema de gestión de calidad, (SGC) reside en conocer a los potenciales clientes y saber no solamente cuales son sus necesidades, sino también sus expectativas, así como todo aquello que pueda significar un valor añadido en el producto o servicio para intentar sorprenderlos con prestaciones únicas y novedosas y así lograr complacerlos y fidelizarlos. Las expectativas y requisitos de los clientes deben pasar a convertirse en especificaciones concretas del producto o servicio, especificaciones que se irán modificando y que irán evolucionando a lo largo del tiempo, ya que los avances tecnológicos y las novedades de todo tipo exigen a las empresas mejorar continuamente tanto en lo referente a sus productos como a sus procesos.
Recuerda…La visión actual de calidad se basa en satisfacer las especificaciones y expectativas expresadas y no expresadas de los clientes. 1.3.1 Proceso de implantación de un sistema de gestión de calidad. El proceso de implantación de un sistema de gestión de calidad, (SGC) requiere seguir una serie de pasos:
Establecer la política de calidad de la empresa y enunciar cual es su misión, su visión y sus valores. Definir las necesidades y expectativas de los clientes. Identificar los procesos y determinar cuales son las responsabilidades inherentes a cada uno, velando porque ninguna responsabilidad quede sin cubrir para lograr los objetivos de calidad. Determinar cuales son los recursos necesarios y ponerlos a disposición allí donde se requieran. Establecer los métodos de medición y control y definir cuales son los indicadores que servirán para verificar la eficiencia y la eficacia de cada uno de los procesos. Definir los sistemas que se utilizarán para prevenir y evitar las “no conformidades” o fallos y las causas que los provocan. Establecer un proceso o mecanismo para la mejora continua del sistema.
Recuerda…El proceso de implantación de un (SGC) pasa por establecer una política de calidad, definir las expectativas de los clientes, identificar los procesos relacionados, gestionarlos, definir lo que se debe hacer para evitar fallos y establecer procesos para la mejora continua. 1.3.2 Ventajas de un sistema de gestión de calidad Cuando una empresa asume realizar su actividad basándose en un sistema de gestión de calidad (SGC) y lo aplica rigurosamente consigue:
Concretar cual es su misión su visión y sus valores y compartir dicho conocimiento con todo su personal. Comprometer a todo el personal de la organización, desde la dirección, que es quien ha de liderar el proceso en el proyecto del logro de la excelencia y en la mejora continua. Enfocarse al cliente, que es la razón de ser de cualquier empresa, ya que en un sistema de gestión de calidad las necesidades de los clientes han de ser conocidas y satisfechas, y sus expectativas cumplidas y a ser posible superadas. Un sistema de gestión de calidad exige además que los procesos que se llevan a cabo en la empresa estén perfectamente definidos y sus interrelaciones con otros procesos identificadas y gestionadas de forma expresa y sistemática. Las decisiones que se toman en una empresa que funciona bajo un sistema de gestión de calidad están basadas en hechos objetivos, es decir en datos medibles o cuantificables que proceden de un análisis y se basan en información sólida, no en opiniones o creencias. La adopción de un sistema de gestión, no afecta únicamente a la organización que lo asume, sino también a sus proveedores que deben poseer y estar en condiciones de mostrar evidencias de la calidad de las materias primas o componentes que suministran. Así proveedor y fabricante se convierten en cooperadores necesarios y se relacionan entre sí para crear valor para ambos. La calidad consiste en última instancia en definir el objetivo permanente de la empresa. Cuando se instaura un sistema de gestión de calidad, la participación y formación de todo el personal que integra la empresa resulta esencial, ya que se requiere el compromiso de todos para lograr el éxito. La implantación de un sistema de gestión de calidad refuerza el liderazgo, ya que será necesario que la dirección mantenga la cohesión interna y una visión de conjunto entre todas las secciones, departamentos o partes de la empresa evitando que cada sección o departamento actúe pensando únicamente en sí mismo y no en el bien del conjunto. Un sistema de gestión de calidad está basado en los procesos, que han de estar clara y sólidamente establecidos. Con este sistema, los recursos, y las actividades que se realizan, deben ser gestionadas como procesos y las responsabilidades inherentes a cada uno de ellos asignadas y cubiertas.
Recuerda…Los sistemas de gestión de calidad poseen numerosas ventajas y sobre todo al basarse en los procesos garantizan que todo lo que se relaciona con la calidad está debidamente gestionado.
1.4 Documentación asociada a un sistema de gestión de calidad Un sistema de gestión de calidad implica contar con registros documentales en soporte papel o informático, que demuestren que los diversos procesos están perfectamente gestionados, es decir; definidos, concretados, controlados mediante mediciones y evaluaciones y con responsabilidades asignadas. Uno de los requisitos de un (SGC) es contar con un Manual de Calidad. El Manual de Calidad El Manual de Calidad es un documento en el que se especifica la misión y la visión de la empresa con respecto a la calidad, así como la política de la calidad y los objetivos que apuntan al cumplimiento de esas políticas. Un Manual de Calidad debe especificar:
El alcance del (SGC) Los procedimientos documentados
Pero suelen incluir además:
Organigrama de la empresa. Características del propio (SGC) Definición de la terminología especifica.
Recuerda…El Manual de Calidad es un documento que especifica la política de calidad de la empresa así como su misión, visión y valores y debe contar con los procedimientos documentados.
1.5 El modelo (ISO) El desarrollo de la Calidad se ha plasmado en una serie de normas. Concretamente en la familia de normas ISO 9000, cuya implantación y cumplimiento asegura un sistema de gestión de calidad, que evite la posibilidad de que productos con defectos lleguen al cliente y también garantiza la regularidad del producto, evitando la variabilidad y sobre todo asegurando que el producto cumpla una serie de requisitos establecidos y acordados por ambas partes; fabricante y cliente. La familia de normas ISO 9000 se expone a continuación:
ISO 9000 expone y describe los fundamentos del sistema de gestión de calidad y además especifica la terminología que se emplea. ISO 9001 indica como afecta esta normativa a la empresa que acomete las actividades de diseño y desarrollo, producción, instalación y servicio postventa. ISO 9002 especifica los requisitos correspondientes para las empresas que no llevan a cabo las actividades de diseño o desarrollo. ISO 9003 es un modelo aplicable cuando no se requiere un control de las actividades de diseño, compras o servicio postventa y en el que la inspección y ensayo se aplican, en principio, para garantizar que los productos y servicios acabados cumplan unos requisitos concretos. ISO 9004 señala las directrices necesarias para conseguir mejorar la eficiencia y también la eficacia del sistema con el objetivo de lograr la mejora del desempeño de la propia empresa y la satisfacción del cliente. ISO 19011 trata sobre los controles internos y externos del sistema de gestión, denominados auditorías, incluyendo en ellos la gestión medioambiental.
La aplicación de este conjunto de normativas para la gestión de la calidad, clarifica los requisitos exigibles al producto y como han de medirse estos, los medios empleados por la empresa para lograrlos, las actuaciones que han de llevarse a cabo en el caso de que se detecte algún fallo o no conformidad en cualesquiera de los aspectos que afecten o puedan afectar al cliente y en suma, facilita la comprensión entre ambas partes; empresa ‐ cliente.
Recuerda…(ISO) es un conjunto de normas para la gestión de calidad, destinadas a diferentes modalidades de empresas y trata sobre los distintos aspectos relacionados con dicha gestión.
1.6 El modelo europeo de gestión de la calidad total, (EFQM) El sistema europeo de gestión de calidad, que actualmente y desde el año 2000 se denomina modelo de excelencia (EFQM), es un sistema creado por una organización sin ánimo de lucro fundada en 1988 por 14 empresas.
El modelo europeo, (EFQM) establece que para que una organización sea excelente, debe ser excelente en su liderazgo, en su política, en su estrategia y en su gestión de las personas, recursos, alianzas y procesos. El objetivo final de una autoevaluación de (EFQM) consiste en la elaboración de planes que conduzcan a la mejora continua de la organización. Una organización puede llevar a cabo la autoevaluación que se conoce como enfoque por formulación. Los planes de mejora surgen como resultado de los trabajos llevados a cabo por los equipos de mejora y han de poseer; objetivos, indicadores, plazos y personas responsables. El modelo (EFQM) está basado en la autoevaluación. El hecho de que (EFQM) realice una autoevaluación no es en sí mismo una mejora, sino un primer paso para acometerla. El modelo (EFQM) es un modelo de calidad total que implica el compromiso y liderazgo de la dirección y la participación e implicación de todos los miembros de la organización en la que se implante.
El esquema lógico (REDER) está basado en 4 elementos; resultados (R), enfoque (E), despliegue (D), evaluación (E) y revisión (R). El modelo (EFQM) contempla 9 criterios; 5 agentes y 4 resultados. Los criterios agentes son; liderazgo, política, estrategia, personas, alianzas, recursos y procesos y los criterios resultados son; resultados en los clientes, resultados en las personas, resultados en la sociedad y resultados clave. Por cada uno de los 9 criterios del modelo (EFQM) la organización deberá identificar los puntos fuertes y las áreas de mejora.
Recuerda…El modelo (EFQM) es el sistema europeo de gestión de calidad para el logro de la excelencia en las organizaciones que puede ser aplicado a industrias, organizaciones o centros educativos.
1.7 Herramientas más comunes para la obtención de la calidad Para lograr la mejora de la calidad se emplean diferentes técnicas, herramientas o procedimientos, que facilitan la resolución de problemas y el aseguramiento de la calidad. Algunas de ellas se denominan “básicas” frente a otras más sofisticadas o complejas denominadas “avanzadas”. Entre las herramientas “básicas” destacan las siguientes: tormenta de ideas, diagrama causa – efecto, diagrama de correlación, diagrama de Pareto, diagrama de afinidad, histograma y formulario de recogida y análisis de datos. 1.7.1 Herramientas básicas Tormenta de ideas, “brainstorming”. Es un procedimiento que sirve para el reconocimiento de problemas y sus posibilidades de resolución, se emplea en las empresas y consiste en la búsqueda de soluciones o ideas en equipo. Para ello se crea un grupo formado por personas pertenecientes a la organización, que pueden aportar ideas respecto al objetivo seleccionado. Pero el “brainstorming” no es una simple discusión de grupo, sino que deben observarse ciertas directrices.
El grupo debe estar formado por un número reducido de personas. El grupo debe contar con conocimientos sobre el tema a discutir y sobre el procedimiento. Uno de sus miembros actuará como moderador. Cada reunión ha de tener un objetivo claro. Cada reunión debe ser preparada previa y específicamente. Cada miembro debe sentirse libre para expresar sus ideas sin temor al ridículo. Cuando sea posible, los miembros del grupo se basarán en ideas de los demás. Las ideas aportadas serán anotadas por el moderador y resumidas si fuera preciso.
Es tarea del grupo hacer una selección analítica de las ideas anotadas y proceder a eliminar aquellas que no se consideren adecuadas.
El resto de ideas se debatirá seleccionando aquellas que puedan parecer útiles para lograr el objetivo seleccionado.
Figura 1.4 Desarrollo de un brainstorming.
Recuerda…La tormenta de ideas es una herramienta básica para la mejora de la calidad y tiene unas ciertas reglas que cumplir, no es una discusión o intercambio de ideas sin más. Diagrama “causa –efecto”. Es una herramienta de calidad que consiste en realizar un gráfico compuesto por líneas y símbolos que representen las relaciones existentes entre los efectos observados y las causas que los han originado. Este tipo de diagrama fue muy utilizado por el Dr. Ishikawa, un ingeniero japonés famoso en este campo de conocimiento, por lo que se le conoce también como diagrama de Ishikawa o de “espina de pez”, debido a su forma. Resulta muy útil para relacionar causas y efectos. Lo que se pretende analizar es un efecto generalmente no deseado y a partir del mismo, las causas que lo han producido. Presenta la ventaja de mostrar en conjunto todos los factores asociados al mismo y también puede ayudar a mejorar alguna de las características de un producto mediante el estudio de las causas que están implicadas. Los procedimientos a seguir para la elaboración de este diagrama son los siguientes:
Definir claramente el efecto que se desea analizar. Escribir el efecto que se va a analizar en la parte derecha dentro de un cuadro y trazar una larga flecha que lo señale. Identificar categorías de causas, grandes líneas generales que permitan desarrollar un análisis detallado.
A las líneas generales se les irán adjuntando ramificaciones de asuntos o temas relacionados.
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