Exercicis: Expressió gràfica i CAD

Explica la diferència entre un croquis, un esbós i un plànol normalitzat, i indica en quin moment d'un projecte tècnic s'utilitza cadascun.

Explica què és un diagrama funcional de blocs i per a què s'utilitza. Què representa cada bloc i què representen les fletxes que els uneixen?

La figura mostra el diagrama funcional de blocs d'un equip de música, però un dels blocs està tapat amb un signe d'interrogació, tal com es mostra a la figura.

Indica quin bloc falta i explica quina funció fa dins del sistema, tenint en compte com canvia el senyal al seu pas.

Explica què són l'alçat, la planta i el perfil d'una peça i per què un plànol sol incloure les tres vistes en comptes d'una de sola.

Un plànol està dibuixat a escala 1:10. Explica què significa aquesta indicació i calcula quant fa al plànol una aresta real de $60\ \text{mm}$.

Què és acotar un plànol? Anomena els elements d'una cota (línia de cota, línies auxiliars de cota, extrems i xifra de cota) i explica per què la xifra ha de ser la mesura real de la peça i no la del dibuix.

Dona dos avantatges de fer un primer croquis a mà alçada i dos avantatges de modelar després amb un programa CAD, i indica en quin moment del disseny faries servir cadascun.

Explica què és un tall o secció en un plànol i en quins casos resulta imprescindible per entendre una peça (interiors buits, cavitats, peces dins d'altres).

Explica què signifiquen les sigles CAD, CAE i CAM, què es fa amb cada tipus d'eina i en quin ordre s'utilitzen al llarg del desenvolupament d'un producte, des de la idea fins a la fabricació.

Has dissenyat un llum d'escriptori i necessites dos documents gràfics: un per ensenyar la idea a un client i un altre perquè el taller el fabriqui sense errors. Indica quin tipus de representació triaries en cada cas i justifica la teva tria per la informació que ha de contenir.

Una rentadora rep com a entrades la roba, l'aigua, el detergent i el programa triat; com a sortides retorna la roba neta i l'aigua residual al desguàs. Dibuixa al teu quadern el seu diagrama funcional de blocs (entrada → procés → sortida) i escriu aquí quins blocs has dibuixat i quins fluxos de matèria, energia o informació circulen per cada fletxa.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Una peça real fa $240\ \text{mm}$. Calcula quant farà dibuixada a escala 1:20 i quant a escala 1:5, i indica en quin dels dos plànols hi cabrà més detall i per què.

Els fitxers STL i STEP serveixen per intercanviar models 3D. Explica què conté cada tipus (una malla de triangles enfront de la geometria exacta del sòlid) i raona quin faries servir per enviar una peça a imprimir i quin per continuar editant-la en un altre programa CAD.

Les eines CAE permeten simular una peça abans de fabricar-la. Posa un exemple de decisió de disseny que podria canviar després de veure una simulació d'esforços (reforçar una zona, aprimar-ne una altra) i explica què s'estalvia amb aquesta comprovació virtual (prototips trencats, material, temps).

En la fabricació CAM, l'ordinador genera les trajectòries de la màquina eina. Explica quines dades han de contenir aquestes trajectòries (eina triada, velocitat d'avanç, profunditat de cada passada) i quines conseqüències té que una d'aquestes dades sigui errònia.

El sistema de reg d'un jardí té aquest diagrama funcional: programador → electrovàlvula → difusors; a més, un sensor de pluja pot anul·lar el reg. Avui no ha regat a la seva hora. Ordena les comprovacions que faries sobre cada bloc (de la més probable a la menys probable) i justifica aquest ordre de diagnòstic.

Un equip ha implementat un sistema de reg automàtic connectant la sortida d'un sensor d'humitat del sòl directament al relé d'una electrovàlvula, configurat per obrir-se quan la humitat cau per sota del 30 %. En els assajos de camp observen dos problemes greus: la vàlvula pateix commutacions violentes i contínues (efecte rebot) quan la humitat ronda aquest 30 %, i les plantes més allunyades del sensor moren per estrès hídric malgrat que el sensor marca una humitat adequada.

Redissenya el diagrama funcional de blocs del sistema per resoldre ambdues disfuncions. Identifica quins nous blocs de condicionament de senyal, control lògic i realimentació has d'incorporar; defineix la naturalesa dels senyals que connecten cada bloc (analògic, digital o modulat) i justifica tècnicament com el teu disseny elimina el ciclatge destructiu de l'actuador.

Un dissenyador modela en CAD paramètric un suport en forma d'«L» amb quatre forats per a cargols M6 equidistants de les vores. Per estalviar temps, fixa la posició dels forats mitjançant distàncies numèriques absolutes a l'origen de coordenades, en comptes de definir restriccions geomètriques de simetria i desfasament respecte a les cares del sòlid. Quan el client sol·licita ampliar la longitud de la base de 100 mm a 160 mm i passar a mètrica M8, el model es trenca o genera una peça inservible.

1. a) Explica què passa geomètricament amb els forats en alterar únicament la cota de longitud en aquest model mal parametritzat.
2. b) Dissenya l'arbre d'operacions i les relacions paramètriques (restriccions geomètriques i equacions entre cotes) que garanteixin que qualsevol modificació futura en la longitud total o en el mètric del cargol adapti automàticament la posició, el diàmetre i l'avellanat dels orificis sense errors de reconstrucció.

Un taller de mecanització rep l'esbós en perspectiva isomètrica d'un eix escalonat amb una ranura de xaveta i un forat cec. L'operari afirma: «Com que el dibuix sembla ben proporcionat, puc mesurar amb regle calibrat directament sobre la perspectiva, deduir les profunditats i fabricar l'eix sense necessitat de plànols tècnics».

Refuta tècnicament l'afirmació de l'operari justificant almenys tres discrepàncies geomètriques o dimensionals crítiques que sorgiran entre la peça resultant i la prevista (considera coeficients de reducció isomètrica, ambigüitat visual en elements ocults i toleràncies dimensionals i geomètriques d'ajust). Determina quines vistes normalitzades, talls o seccions mínims i quina informació d'acotació són estrictament imprescindibles per assegurar la intercanviabilitat de l'eix.

A la cruïlla d'una avinguda, els conductors denuncien que, si un vianant prem el botó immediatament després de posar-se el semàfor vehicular en verd, aquest canvia a fase vermella en pocs segons, provocant frenades perilloses. A més, si diversos vianants premen repetidament el polsador mentre creuen, el sistema encadena cicles de vianants sense permetre descongestionar el trànsit rodat.

Dissenya el diagrama funcional de blocs d'un controlador de semàfor que corregeixi aquestes fallades. Identifica les entrades, els blocs de temporització, la lògica de control i les sortides cap als actuadors; especifica el tipus de senyal de cada flux (polsos lògics, senyals analògics de rellotge, busos d'estat) i elabora el diagrama d'estats o la seqüència lògica que garanteixi un temps verd vehicular mínim no扫interrompible i una gestió equilibrada de les peticions.

Un equip de desenvolupament ha de redissenyar amb urgència la carcassa ergonòmica d'una eina electroportàtil per alleugerir pes i millorar la ventilació del motor. El responsable proposa prescindir de la fase de croquis a mà alçada i començar directament modelant sòlids 3D en CAD per «estalviar temps i enviar com més aviat millor els arxius a mecanitzar».

Avalua críticament aquesta proposta:

1. a) Justifica per què forçar el salt immediat al modelatge CAD sol encarir el projecte i restringir la cerca de solucions òptimes en productes amb geometries orgàniques o d'interacció anatòmica.
2. b) Identifica en quina fita tècnica exacta del procés de disseny el croquis acotat deixa de ser suficient i es converteix en una font de riscos inadmissible per a la fabricació (considera l'anàlisi tèrmica per elements finits, les toleràncies d'ajust de la carcassa i la fabricació del motlle d'injecció).

Un taller rep el plànol de fabricació d'una placa d'ancoratge d'acer. En verificar la documentació, el responsable de control de qualitat troba tres anomalies tècniques:

1) Una distància entre centres de forats apareix acotada com a 120 ± 0,2 mm a l'alçat, però a la planta la mateixa cota figura com a 122 mm nominals sense tolerància.

2) El caixetí indica «Escala 1:1», però en contrastar el dibuix imprès amb un escalímetre, la cota retolada com a 200 mm mesura exactament 100 mm de paper.

3) A l'alçat es dibuixa una aresta oculta en línia de traços que no es correspon amb cap canvi de pla ni perforació a la planta ni al perfil.

Analitza l'impacte que tindria en la mecanització i en el muntatge final processar la placa ignorant cadascun d'aquests errors. A continuació, detalla el protocol de correcció tècnica que s'ha d'aplicar segons les normes UNE-EN ISO de dibuix tècnic (criteri de prevalença de cotes sobre dibuix, eliminació de cotes redundants i principi de correspondència de vistes).

Una empresa subcontractada ha de fabricar i acoblar 100 unitats d'un reductor d'engranatges dissenyat pel teu equip, amb la restricció que no disposaran de suport tècnic per resoldre dubtes durant el procés. Si únicament els lliuressis els plànols de desballestament amb les dimensions geomètriques nominals de cada peça, la probabilitat que els reductors quedin bloquejats o es trenquin en servei és gairebé total.

1. a) Justifica quina informació tècnica crítica absent en aquests plànols de desballestament nominals provocarà la fallada mecànica (analitza l'omissió de toleràncies dimensionals i geomètriques, ajustos normalitzats ISO per a rodaments, acabats superficials i parells de collament).
2. b) Estructura el dossier tècnic complet de fabricació que has de subministrar. Per a cada document del dossier, justifica quin problema concret de muntatge o mecanització evita i com es vinculen les marques del plànol de conjunt amb la llista de peces (BOM).

En una planta industrial s'avaria una casqueta de bronze que serveix de coixinet de fricció per a un eix rotatiu. Davant la urgència, un tècnic proposa mesurar amb un peu de rei la casqueta desgastada i encarregar al torn una rèplica idèntica amb aquestes mides exactes.

1. a) Justifica tècnicament per què aquest procediment de còpia directa provocarà amb alta probabilitat el gripatge o un joc inacceptable en instal·lar el nou component (analitza el desgast no uniforme, la discrepància entre mesura real i cota nominal de disseny, i la impossibilitat de deduir el sistema d'ajust eix-forat mesurant una sola peça usada).
2. b) Dissenya el protocol d'enginyeria inversa correcte que s'ha de seguir: determina quines mesures auxiliars sobre elements no deteriorats del conjunt (eix i allotjament) s'han de realitzar i quines taules de toleràncies i ajustos ISO (IT) s'han d'aplicar per elaborar el plànol de taller definitiu.

Repte del tema. Control de qualitat i ecodisseny d'un envàs domèstic.

Imagina que treballes a l'oficina tècnica d'una empresa envasadora. Has d'auditar un producte quotidià de casa teva (llaunes de refresc, brics de llet o els seus taps) i documentar una proposta de millora tècnica.

1. Metrologia i control de qualitat: Mesura amb regle o peu de rei $5$ unitats del mateix envàs o producte. Enregistra a LibreOffice Calc la seva alçària i diàmetre, calcula la mitjana i la desviació típica, i determina si compleixen una tolerància admissible de $\pm 0,5\text{ mm}$.

2. Expressió gràfica i CAD: Modela la peça a escala real utilitzant Tinkercad o FreeCAD. Genera un plànol acotat amb les seves vistes normalitzades principals (alçat, planta i perfil) aplicant la normativa bàsica d'acotació.

3. Anàlisi del cicle de vida (ACV): Identifica el material principal i el seu impacte ambiental. Proposa i justifica una modificació de disseny que redueixi la massa de material almenys un $5\,\%$ o faciliti la seva separació i reciclabilitat final.

Lliura un informe tècnic breu (dues pàgines) amb la taula estadística, captures del model CAD acotat i la teva proposta d'ecodisseny.

Es valorarà:

• Rigor en el mesurament empíric i aplicació correcta del control de qualitat estadístic.

• Precisió en el modelatge CAD 3D i compliment de normes d'acotació.

• Coherència tècnica i justificació ambiental de la proposta sobre el cicle de vida del producte.