Cicle de vida, metrologia i control de qualitat

Aquestes fases del cicle de vida d'un producte estan desordenades: (a) ús i manteniment, (b) fabricació, (c) fi de vida (reciclatge o rebuig), (d) disseny, (e) distribució i venda. Ordena-les i explica amb una frase què passa en cadascuna.

Al final de la vida útil d'un producte hi ha diverses opcions: reparar, reutilitzar, reciclar o rebutjar. Ordena-les de més a menys sostenible i explica la diferència entre reutilitzar i reciclar amb un exemple de cadascuna.

Una empresa de telefonia afirma a la seva campanya de publicitat que el seu nou model és «un 50 % més sostenible» perquè el seu embalatge és de cartó reciclat i ha retirat el carregador de la caixa. Les dades mitjanes d'una Anàlisi de Cicle de Vida (ACV) per a aquest tipus de terminal revelen el següent repartiment d'emissions de gasos d'efecte d'hivernacle: extracció de primeres matèries i fabricació de components: 78 %; transport i distribució: 4 %; ús i recàrrega durant dos anys: 16 %; fi de vida i tractament de residus: 2 %.

(a) Rebat quantitativament l'afirmació de l'empresa i justifica per què aquesta acció suposa un cas evident d'emblanquinament ecològic (greenwashing).

(b) Identifica quina és la fase crítica (hotspot) del cicle de vida i calcula quant es reduiria l'impacte anual prorratejat si, mitjançant un disseny modular i disponibilitat de recanvis, la vida útil del telèfon es duplicara de 2 a 4 anys.

(c) Proposa dues decisions tècniques concretes que l'equip de disseny hagi d'adoptar en la fase de concepció del producte per assegurar-ne la reparabilitat i el reciclatge efectiu al final de la vida.

Explica què és la metrologia i anomena dos instruments de mesura habituals en un taller de tecnologia, indicant quina magnitud mesura cadascun i amb quina unitat.

El peu de rei és un instrument habitual del taller. Explica quina magnitud mesura, amb quina precisió aproximada treballa (dècimes de mil·límetre) i per a què el faries servir en verificar una peça acabada de fabricar.

Un eix ha de mesurar $25 \pm 0{,}2\ \text{mm}$. En mesurar cinc peces s'obtenen aquestes mesures: $25{,}1\ \text{mm}$, $24{,}7\ \text{mm}$, $25{,}2\ \text{mm}$, $24{,}9\ \text{mm}$ i $25{,}3\ \text{mm}$. Calcula l'interval de mesures acceptable i indica quines peces passen el control de qualitat i quines no, justificant cada cas.

Un eix ha de mesurar $20 \pm 0{,}1\ \text{mm}$, és a dir, s'accepta qualsevol mesura entre $19{,}9\ \text{mm}$ i $20{,}1\ \text{mm}$. A la figura s'han representat sobre la recta de tolerància les mesures de tres peces (A, B i C), com es mostra a la figura.

Indica quines peces s'accepten i quines es rebutgen, i explica què significa que una peça estigui «fora de tolerància».

Per controlar eixos de $20 \pm 0{,}1\ \text{mm}$ en sèrie es fa servir un calibre «passa/no passa»: té un extrem calibrat a $20{,}1\ \text{mm}$, per on l'eix SÍ ha de passar, i un altre a $19{,}9\ \text{mm}$, per on NO ha de passar. Explica com es fa servir aquest calibre, quin avantatge té en producció davant de mesurar cada eix amb un peu de rei i quina informació es perd amb ell.

Unes peces es controlen una a una (control al 100 %) i unes altres per mostratge (es revisen només algunes de cada lot). Explica quan convé cada estratègia i justifica-ho amb dos exemples: cargols de ferreteria i pretensors de cinturó de seguretat d'un cotxe.

Un gràfic de control registra el diàmetre mitjà dels eixos produïts en vuit lots, amb la línia central (LC) i els límits de control superior i inferior (LCS, LCI), com es mostra a la figura.

(a) Indica quin lot queda fora dels límits de control. (b) Explica què significa que un procés estigui «fora de control» i en què es diferencia de la variació normal que hi ha entre lots. (c) Proposa dues actuacions immediates de l'empresa (amb la màquina i amb les peces d'aquest lot).

En el tornejat de passadors d'acer s'especifica una cota nominal de $50{,}00 \pm 0{,}20\ \text{mm}$. S'extreu una mostra consecutiva de 10 peces al final d'un torn de treball, i s'obtenen els següents diàmetres en mil·límetres:

$49{,}90;\ 50{,}15;\ 50{,}30;\ 50{,}05;\ 49{,}80;\ 50{,}10;\ 50{,}25;\ 49{,}75;\ 50{,}00;\ 50{,}35$.

(a) Determina quines peces no compleixen les especificacions de disseny i classifica-les raonadament entre peces irrecuperables (ferralla) i peces que admeten retreball (repassada al torn).

(b) Calcula la mitjana mostral $\bar{x}$ i el rang $R$ de la mostra. Compara el rang mostral amb l'interval de tolerància admissible i interpreta si el problema principal del procés rau en un error de centratge (ajust de zero) o en una variabilitat intrínseca (dispersió) excessiva.

(c) Sabent que l'operació consisteix en un tornejat exterior, prediu raonadament com afecta el desgast de la punta de l'eina al diàmetre resultant de les peces i quina compensació s'ha d'introduir en el programa CNC per corregir-ho.

El suport d'un robot mòbil està format per un allotjament en el qual s'han d'inserir en sèrie tres peces rectangulars $A$, $B$ i $C$. Les cotes de fabricació assignades són:

• Amplada del buit de l'allotjament: $L = 80{,}40 \pm 0{,}15\ \text{mm}$.

• Gruix de la peça $A$: $a = 20{,}00 \pm 0{,}10\ \text{mm}$.

• Gruix de la peça $B$: $b = 35{,}00 \pm 0{,}12\ \text{mm}$.

• Gruix de la peça $C$: $c = 25{,}00 \pm 0{,}08\ \text{mm}$.

Perquè el conjunt funcioni sense encallar-se ni vibrar, el joc de muntatge $J = L - (a + b + c)$ ha d'estar obligatòriament entre $0{,}05\ \text{mm}$ i $0{,}75\ \text{mm}$.

(a) Realitza l'anàlisi d'acumulació de toleràncies pel mètode del pitjor cas (worst-case) i determina el joc mínim ($J_{\min}$) i el joc màxim ($J_{\max}$) possibles.

(b) Interpreta els resultats: prediu si hi ha risc d'interferència (no poder muntar les peces) o de folgança excessiva, i indica sota quina combinació de cotes extremes es produiria la fallada.

(c) Si estrènyer les toleràncies de mecanització de les peces encareix el producte en un $40\ \%$, proposa una solució de disseny mecànic alternativa (sense canviar les toleràncies d'$A$, $B$ i $C$) que garanteixi l'ajust correcte del mecanisme.

Explica què és una norma tècnica (per exemple, una norma ISO o UNE) i per què els fabricants s'interessen a complir-la. Posa un exemple d'un producte quotidià la seguretat o compatibilitat del qual depèn d'una norma.

Distingeix entre control de qualitat (detectar productes defectuosos) i millora contínua (evitar que els defectes s'arribin a produir). Posa un exemple de cada concepte en una fàbrica de bicicletes i explica per què la segona estratègia sol sortir més barata a llarg termini.

Al taller de tecnologia, el $25\ \%$ de les unions soldades amb estany en els circuits dels projectes de robòtica presenten defectes funcionals (soldadures fredes, curtcircuits per ponts d'estany o components despresos després de poques hores d'ús).

(a) Fase P (Planificar): Aplica el diagrama d'Ishikawa per identificar almenys quatre causes arrel del problema agrupades en les 4M (Mà d'obra, Materials, Maquinària/Eines i Mètodes). A partir d'aquestes, formula una hipòtesi tècnica d'actuació comprovable.

(b) Fase H (Fer, de l'anglès Do) i Fase V (Verificar): Dissenya un pla d'assaig experimental a petita escala per validar la hipòtesi plantejada en la fase anterior sense aturar el treball de tot el grup. Defineix quina variable mesurable registraràs i quin criteri quantitatiu d'èxit determinarà si la solució és vàlida.

(c) Fase A (Actuar): Suposant que l'assaig experimental hagi reduït la taxa de soldadures defectuoses al $3\ \%$, proposa dues mesures concretes d'estandardització al taller que garanteixin que aquesta millora no es degradi amb les promocions d'alumnat següents.