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Abstract

Objective: To investigate the application of statistical process control (SPC) in defining accurate acceptance limits for tightening angles in threaded connections. The aim is to enhance process reliability and product quality by addressing gaps in existing standards, such as ISO 22514 and VDI 2645, through the integration of torque and angle data into a unified control framework. This research seeks to optimize manufacturing efficiency, reduce rework and production downtime, and contribute to sustainable industrial practices by minimizing waste and ensuring safer, more reliable products. Theoretical Framework: This research is grounded in the principles of Statistical Process Control (SPC), which provides the foundational methodology for analyzing and improving process variability. SPC focuses on monitoring and controlling manufacturing processes to ensure they operate at optimal efficiency and within defined limits, aligning with the standards outlined in ISO 22514 for process capability and performance. The study also draws upon the concepts presented in VDI/VDE 2645, which emphasize the role of torque and angle as auxiliary quantities for ensuring proper preload in bolted joints. These standards highlight the complexities of managing tightening parameters, such as torque and angle, and the need for precise assessment of their interrelation to guarantee joint integrity. The application of Gaussian distribution models and quantile-based methods provides statistical tools to identify outliers and define normal process behavior, particularly in non-normal data distributions. By integrating these theoretical perspectives, this study establishes a robust framework for enhancing the reliability and sustainability of fastening processes in industrial applications. Method: This research comprises a quantitative approach, focusing on the statistical analysis of torque and angle data collected from an automotive assembly line based in international deployed standards, to define an application method for fastening control. The study design included monitoring fastening events under controlled conditions, with torque as the primary controlled variable and angle as the monitored metric. Data collection was conducted through real-time observations using fastening controllers equipped with integrated torque and angle measurement systems. The data were analyzed using statistical tools, including Gaussian distribution models and quantile-based methods, to define control limits and identify outliers. The methodology ensured a comprehensive understanding of process variability and facilitated the development of a robust framework for evaluating joint quality. Results and Discussion: The results obtained revealed a significant improvement in the quality and reliability of threaded connections, with reduction in rework and minimized production downtime. The statistical analysis demonstrated that integrating torque and angle metrics effectively identifies process anomalies, allowing for precise control limit definition. Quantile-based methods proved superior in handling non-normal data distributions, enhancing the robustness of the process evaluation. In the discussion, these findings are contextualized within the theoretical framework, reinforcing the importance of statistical process control in industrial applications. The relationship between torque and angle as indicators of joint behavior aligns with prior studies, emphasizing their predictive value in ensuring connection integrity. However, limitations such as data dependency on equipment precision and the need for large sample sizes were identified. These factors highlight areas for future refinement and broader application in diverse industrial settings. Research Implications: The practical and theoretical implications of this research provide valuable insights into the application of statistical process control in fastening processes. The findings can significantly influence practices in the fields of industrial manufacturing and quality management, particularly in sectors such as automotive, aerospace, and construction. Practical implications include the enhancement of production efficiency, reduction in rework and downtime, and improved product safety and reliability. Theoretically, the study reinforces the importance of integrating torque and angle metrics in quality control, offering a robust framework for future research on non-normal data distributions and their implications for process optimization. Originality/Value: This study contributes to the literature by introducing an innovative approach to statistical process control in fastening processes, emphasizing the integration of torque and angle metrics for defining precise control limits. By addressing gaps in the practical application of statistical methods for non-normal data distributions, the research offers new insights into optimizing manufacturing efficiency and quality. The relevance and value of this study are evidenced by its potential to reduce rework, minimize downtime, and enhance product reliability in critical sectors such as automotive and aerospace. These contributions provide a robust foundation for advancing both academic understanding and industrial practices in quality management.

Alternate abstract:

Objetivo: Investigar a aplicação do controle estatístico de processo (CEP) na definição de limites de aceitação precisos para ângulos de aperto em conexões roscadas. O objetivo é aumentar a confiabilidade do processo e a qualidade do produto, abordando lacunas em padrões existentes, como ISO 22514 e VDI 2645, por meio da integração de dados de torque e ângulo em uma estrutura de controle unificada. Esta pesquisa busca otimizar a eficiência da fabricação, reduzir o retrabalho e o tempo de inatividade da produção e contribuir para práticas industriais sustentáveis, minimizando o desperdício e garantindo produtos mais seguros e confiáveis. Estrutura teórica: Esta pesquisa é baseada nos princípios do Controle Estatístico de Processo (CEP), que fornece a metodologia fundamental para analisar e melhorar a variabilidade do processo. O CEP se concentra no monitoramento e controle dos processos de fabricação para garantir que eles operem com eficiência ideal e dentro de limites definidos, alinhando-se com os padrões descritos na ISO 22514 para capacidade e desempenho do processo. O estudo também se baseia nos conceitos apresentados no VDI/VDE 2645, que enfatizam o papel do torque e do ângulo como quantidades auxiliares para garantir a pré-carga adequada em juntas aparafusadas. Essas normas destacam as complexidades do gerenciamento de parâmetros de aperto, como torque e ângulo, e a necessidade de avaliação precisa de sua inter-relação para garantir a integridade da junta. A aplicação de modelos de distribuição gaussiana e métodos baseados em quantis fornece ferramentas estatísticas para identificar outliers e definir o comportamento normal do processo, particularmente em distribuições de dados não normais. Ao integrar essas perspectivas teóricas, este estudo estabelece uma estrutura robusta para aumentar a confiabilidade e a sustentabilidade dos processos de fixação em aplicações industriais. Método: Esta pesquisa compreende uma abordagem quantitativa, com foco na análise estatística de dados de torque e ângulo coletados de uma linha de montagem automotiva com base em padrões internacionais implantados, para definir um método de aplicação para controle de fixação. O desenho do estudo incluiu o monitoramento de eventos de fixação sob condições controladas, com torque como a variável controlada primária e ângulo como a métrica monitorada. A coleta de dados foi conduzida por meio de observações em tempo real usando controladores de fixação equipados com sistemas integrados de medição de torque e ângulo. Os dados foram analisados usando ferramentas estatísticas, incluindo modelos de distribuição gaussiana e métodos baseados em quantis, para definir limites de controle e identificar outliers. A metodologia garantiu uma compreensão abrangente da variabilidade do processo e facilitou o desenvolvimento de uma estrutura robusta para avaliar a qualidade da junta. Resultados e discussão: Os resultados obtidos revelaram uma melhoria significativa na qualidade e confiabilidade das conexões roscadas, com redução no retrabalho e tempo de inatividade de produção minimizado. A análise estatística demonstrou que a integração de métricas de torque e ângulo identifica efetivamente anomalias do processo, permitindo uma definição precisa do limite de controle. Os métodos baseados em quantis provaram ser superiores no tratamento de distribuições de dados não normais, aumentando a robustez da avaliação do processo. Na discussão, essas descobertas são contextualizadas dentro da estrutura teórica, reforçando a importância do controle estatístico do processo em aplicações industriais. A relação entre torque e ângulo como indicadores do comportamento da junta se alinha com estudos anteriores, enfatizando seu valor preditivo para garantir a integridade da conexão. No entanto, limitações como dependência de dados na precisão do equipamento e a necessidade de grandes tamanhos de amostra foram identificadas. Esses fatores destacam áreas para refinamento futuro e aplicação mais ampla em diversos ambientes industriais. Implicações da pesquisa: As implicações práticas e teóricas desta pesquisa fornecem insights valiosos sobre a aplicação do controle estatístico de processos em processos de fixação. As descobertas podem influenciar significativamente as práticas nos campos de fabricação industrial e gestão da qualidade, particularmente em setores como automotivo, aeroespacial e construção. As implicações práticas incluem o aprimoramento da eficiência da produção, redução do retrabalho e do tempo de inatividade e melhor segurança e confiabilidade do produto. Teoricamente, o estudo reforça a importância da integração de métricas de torque e ângulo no controle de qualidade, oferecendo uma estrutura robusta para pesquisas futuras sobre distribuições de dados não normais e suas implicações para a otimização de processos. Originalidade/Valor: Este estudo contribui para a literatura ao introduzir uma abordagem inovadora ao controle estatístico de processos em processos de fixação, enfatizando a integração de métricas de torque e ângulo para definir limites de controle precisos. Ao abordar lacunas na aplicação prática de métodos estatísticos para distribuições de dados não normais, a pesquisa oferece novos insights para otimizar a eficiência e a qualidade da fabricação. A relevância de O valor deste estudo é evidenciado por seu potencial para reduzir o retrabalho, minimizar o tempo de inatividade e aumentar a confiabilidade do produto em setores críticos, como automotivo e aeroespacial. Essas contribuições fornecem uma base sólida para o avanço do entendimento acadêmico e das práticas industriais em gestão da qualidade.

Alternate abstract:

Objetivo: Investigar la aplicación del control estadístico de procesos (CEP) para definir límites de aceptación precisos para ángulos de apriete en conexiones roscadas. El objetivo es mejorar la confiabilidad del proceso y la calidad del producto abordando las brechas en las normas existentes, como ISO 22514 y VDI 2645, mediante la integración de datos de torque y ángulo en un marco de control unificado. Esta investigación busca optimizar la eficiencia de fabricación, reducir el retrabajo y el tiempo de inactividad de la producción, y contribuir a prácticas industriales sustentables al minimizar el desperdicio y garantizar productos más seguros y confiables. Marco teórico: Esta investigación se basa en los principios del control estadístico de procesos (CEP), que proporciona la metodología fundamental para analizar y mejorar la variabilidad del proceso. El CEP se enfoca en monitorear y controlar los procesos de fabricación para garantizar que funcionen con una eficiencia óptima y dentro de límites definidos, en línea con las normas descritas en la ISO 22514 para la capacidad y el rendimiento del proceso. El estudio también se basa en los conceptos presentados en VDI/VDE 2645, que enfatizan el papel del torque y el ángulo como magnitudes auxiliares para asegurar la precarga adecuada en las uniones atornilladas. Estas normas resaltan las complejidades de la gestión de parámetros de apriete, como el torque y el ángulo, y la necesidad de una evaluación precisa de su interrelación para garantizar la integridad de la unión. La aplicación de modelos de distribución gaussiana y métodos basados en cuantiles proporciona herramientas estadísticas para identificar valores atípicos y definir el comportamiento normal del proceso, en particular en distribuciones de datos no normales. Al integrar estas perspectivas teóricas, este estudio establece un marco sólido para mejorar la confiabilidad y la sostenibilidad de los procesos de fijación en aplicaciones industriales. Método: Esta investigación comprende un enfoque cuantitativo, centrado en el análisis estadístico de datos de torque y ángulo recopilados de una línea de ensamblaje automotriz según estándares internacionales implementados, para definir un método de aplicación para el control de la fijación. El diseño del estudio incluyó el monitoreo de eventos de fijación en condiciones controladas, con el torque como la variable controlada principal y el ángulo como la métrica monitoreada. La recopilación de datos se realizó a través de observaciones en tiempo real utilizando controladores de fijación equipados con sistemas integrados de medición de torque y ángulo. Los datos se analizaron utilizando herramientas estadísticas, incluidos modelos de distribución gaussiana y métodos basados en cuantiles, para definir límites de control e identificar valores atípicos. La metodología aseguró una comprensión integral de la variabilidad del proceso y facilitó el desarrollo de un marco sólido para evaluar la calidad de las uniones. Resultados y discusión: Los resultados obtenidos revelaron una mejora significativa en la calidad y confiabilidad de las conexiones roscadas, con reducción en el retrabajo y tiempo de inactividad de producción minimizado. El análisis estadístico demostró que la integración de métricas de torque y ángulo identifica efectivamente anomalías del proceso, lo que permite una definición precisa del límite de control. Los métodos basados en cuantiles demostraron ser superiores en el manejo de distribuciones de datos no normales, lo que mejora la solidez de la evaluación del proceso. En la discusión, estos hallazgos se contextualizan dentro del marco teórico, lo que refuerza la importancia del control estadístico de procesos en aplicaciones industriales. La relación entre el torque y el ángulo como indicadores del comportamiento de las uniones se alinea con estudios previos, lo que enfatiza su valor predictivo para garantizar la integridad de la conexión. Sin embargo, se identificaron limitaciones como la dependencia de los datos en la precisión del equipo y la necesidad de tamaños de muestra grandes. Estos factores resaltan áreas para un futuro refinamiento y una aplicación más amplia en diversos entornos industriales. Implicaciones de la investigación: Las implicaciones prácticas y teóricas de esta investigación proporcionan información valiosa sobre la aplicación del control estadístico de procesos en los procesos de fijación. Los hallazgos pueden influir significativamente en las prácticas en los campos de la fabricación industrial y la gestión de la calidad, en particular en sectores como la automoción, la aeroespacial y la construcción. Las implicaciones prácticas incluyen la mejora de la eficiencia de la producción, la reducción de las repeticiones de trabajos y el tiempo de inactividad, y la mejora de la seguridad y la fiabilidad del producto. En teoría, el estudio refuerza la importancia de integrar las métricas de par y ángulo en el control de calidad, ofreciendo un marco sólido para futuras investigaciones sobre distribuciones de datos no normales y sus implicaciones para la optimización de procesos. Originalidad/valor: Este estudio contribuye a la literatura al introducir un enfoque innovador para el control estadístico de procesos en los procesos de fijación, haciendo hincapié en la integración de las métricas de par y ángulo para definir límites de control precisos. Al abordar las lagunas en la aplicación práctica de los métodos estadísticos para distribuciones de datos no normales, la investigación ofrece nuevos conocimientos para optimizar la eficiencia y la calidad de la fabricación. La relevancia de un El valor añadido de este estudio se evidencia en su potencial para reducir la repetición de trabajos, minimizar el tiempo de inactividad y mejorar la fiabilidad de los productos en sectores críticos como el automotor y el aeroespacial. Estas contribuciones proporcionan una base sólida para avanzar tanto en la comprensión académica como en las prácticas industriales en materia de gestión de la calidad.

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