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Engenharia e Desenvolvimento de Produto Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Ms. Marcio Nunes Revisão Textual: Prof. Ms. Claudio Brites Arquitetura do Produto • Introdução • O que é a Arquitetura de um Produto? • Modularidade • O Início do Projeto • Alterações no Produto • Variedade de um Produto • Padronização de Componentes • Desempenho do Produto • Manufaturabilidade • Gestão do Desenvolvimento do Produto • Estabelecimento da Arquitetura • Diferenciação Defasada • Planejamento de Plataformas · Compreender, dentro do curso sobre o desenvolvimento de um produto, a fase de elaboração de sua arquitetura. · Compreender as tarefas relativas ao desenvolvimento da arquitetura de um produto, suas características e implicações. · Avaliar o quanto o desenvolvimento da arquitetura é importante para que o produto atinja as especificações esperadas, considerando que o investimento em tempo e em recursos deve ser o menor possível. OBJETIVO DE APRENDIZADO Arquitetura do Produto Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu “momento do estudo”. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo. No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados. Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Arquitetura do Produto Contextualização O desenvolvimento de um produto não é tarefa fácil. Nos nossos dias, em que a competitividade é um fator de extrema importância, desenvolver um produto significa empenhar-se em tarefas importantes e trabalhar muitas vezes além dos limites do nosso conhecimento. A velocidade com que as informações trafegam fazem com que o fator tempo seja primordial. Desenvolver um bom produto requer muita habilidade, conhecimento específico, acompanhamento das tendências de mercado, dedicação etc. Além disso, existem fatores ambientais que acabam influenciando os projetos. O aquecimento global e a poluição das grandes cidades hoje estão na mira dos governos, de modo que normas e regras acabam influenciando o projeto de um novo produto. Assim, esta Unidade apresenta o desenvolvimento da arquitetura de um produto, que é a fase do desenvolvimento em que são definidos os blocos funcionais e a modularidade. Deste modo, você, caro(a) aluno(a), deve estar afinado(a) com essas tendências do mercado para compreender melhor os pormenores que cercam essa tarefa. Assim, absorva esses conceitos para a sua atuação profissional. 8 9 Introdução Nesta quarta Unidade da Disciplina de desenvolvimento de produtos veremos como é desenvolvida a arquitetura de um produto a partir das especificações conceituais. Você entenderá como a modelagem funcional do produto é impor- tante para a obtenção de alternativas de solução para o seu desenvolvimento, iniciando pela definição da função total e prosseguindo com a decomposição dessa função em funções de menor nível de complexidade. Discorreremos tam- bém sobre a modularidade. Para entendermos o conceito de arquitetura de um produto, podemos pensar no desenvolvimento das impressoras do tipo jato de tinta, por exemplo. Esse sistema de impressão tornou-se a tecnologia dominante para a impressão de documentos em residências e em pequenos escritórios devido à sua flexibilidade e baixo custo operacional. As impressoras jato de tinta oferecem excelente qualidade de impressão em preto e branco e qualidade de impressão colorida quase que fotográfica, com um equipamento que custa menos de US$ 200. Impulsionadas pelo aumento do valor das impressoras a cores, as vendas dos maiores produtores desse tipo de equipamento juntas somaram milhões de unidades por ano. No entanto, à medida que o mercado foi amadurecendo, o sucesso comercial exigiu que as impressoras estivessem sintonizadas com as sutis necessidades de segmentos de mercado mais específicos e que os custos de fabricação desses produtos fossem continuamente reduzidos. Um dos principais fabricantes, a Hewlett-Packard, respondeu a essas pressões com um aumento da variedade de produtos e reduziu os custos de fabricação. Para isso, a equipe encarregada do desenvolvimento de impressoras não profissionais da empresa provavelmente formulou as seguintes perguntas: • Como a arquitetura do produto afetaria a capacidade da empresa em oferecer uma maior variedade de produtos? • Quais seriam as implicações de custo das arquiteturas de produtos diferentes? • Como seria a arquitetura do produto considerado líder de vendas? • A equipe teria capacidade de completar um projeto de desenvolvimento dentro de 12 meses? • Como a arquitetura do produto influenciaria a capacidade da equipe em gerenciar o processo de desenvolvimento? O objetivo do desenvolvimento da arquitetura do produto é definir seus blocos físicos básicos em termos das tarefas que podem realizar e quais as suas interfaces com o restante do dispositivo. As decisões arquitetônicas permitem que o projeto detalhado e os testes desses blocos sejam atribuídos a equipes e/ou fornecedores, de modo que o desenvolvimento das diferentes partes do produto possa ser realizado simultaneamente, mesmo em locais diferentes. 9 UNIDADE Arquitetura do Produto O que é a Arquitetura de um Produto? Um produto pode ser idealizado em termos funcionais e físicos. Os elementos funcionais de um produto são as operações individuais e transformações que contribuem para o desempenho global do produto. Por exemplo, em uma impressora, alguns dos elementos funcionais são “armazenar papel” e “comunicar- se com um computador”. Os elementos funcionais são normalmente descritos em forma esquemática antes de serem reduzidos a tecnologias, componentes ou princípios físicos específicos. Os elementos físicos de um produto são suas peças, componentes e subsistemas, que juntos implementam as funções do produto. Os elementos físicos tornam-se mais definidos à medida que o desenvolvimento avança. Alguns dos elementos físicos são criados na etapa do projeto conceitual, e outros são definidos durante a fase do projeto detalhado. Por exemplo, a impressora jato de tinta tradicional incorpora um conceito de produto que envolve um dispositivo térmico de fornecimento de tinta, implementado por um cartucho de impressão. Este elemento físico está intimamente ligado ao projeto conceitual, onde foi idealizado. Os elementos físicos de um produto são normalmente organizados em vários blocos físicos principais. Cada um dessesblocos é composto por uma coleção de componentes que implementam as funções básicas do produto. A arquitetura de um produto é o esquema em que os elementos funcionais do mesmo são dispostos em blocos físicos e pelas interfaces as quais esses blocos interagem. É conveniente ressaltar, entretanto, que essa divisão em blocos possui uma conotação diferente daquela utilizada na fase do projeto conceitual. Naquela fase, as divisões tinham a finalidade de orientar a equipe no sentido de entender o funcionamento global do equipamento. Já o projeto da arquitetura é bem mais específico e é realizado com base nos conceitos obtidos anteriormente. Talvez a característica mais importante da arquitetura de um produto seja sua modularidade. Uma arquitetura modular tem as seguintes propriedades: • Os blocos implementam um ou mais elementos funcionais na sua totalidade; • As interações entre os blocos são bem definidas e, geralmente, são fundamentais para as funções primárias do produto. A arquitetura mais modular é aquela em que cada elemento funcional do produto é implementado por apenas um bloco físico e em que há algumas interações bem definidas com os demais. Essa arquitetura modular permite que uma alteração de projeto seja feita em um bloco sem exigir qualquer alteração nos demais para que o produto funcione corretamente. Cada bloco funcional pode também ser concebido de forma completamente independente dos outros. Em oposição a uma arquitetura modular, existe a arquitetura integral. Esta última exibe uma ou mais das seguintes propriedades: 10 11 • Elementos funcionais do produto são implementados usando mais de um bloco; • Um único bloco implementa muitos elementos funcionais; • As interações entre blocos estão mal definidas e podem ser incidentais às funções primárias dos produtos. Um produto que incorpora uma arquitetura integral será, na maioria das vezes, projetado para o melhor desempenho possível. A implementação de elementos funcionais pode possuir ramificações em vários outros blocos. Os limites entre os blocos podem ser difíceis de identificar ou podem até ser inexistentes. Muitos elementos funcionais podem ser combinados em alguns componentes físicos para otimizar certas dimensões de desempenho; no entanto, quaisquer modificações a qualquer componente ou recurso específico podem exigir um reprojeto amplo do produto. Veremos a seguir os principais aspectos que regem o desenvolvimento da arquitetura de um produto. Modularidade A modularidade é uma propriedade relativa de uma arquitetura de produto. Os produtos raramente são totalmente modulares ou integrais. Em vez disso, podemos dizer que apresentam maior ou menor modularidade quando comparados a outros produtos similares. As arquiteturas modulares compreendem três tipos básicos: slot, barramento e secional (ULRICH, 2012). Cada tipo incorpora um mapeamento interativo de elementos funcionais de interfaces e blocos bem definidos. As diferenças entre esses tipos estão na forma como as interações entre os blocos são organizadas. Vejamos as diferenças: • Arquitetura modular em slots: cada uma das interfaces entre blocos em uma arquitetura modular tipo slots é de um tipo diferente dos outros, de modo que os vários blocos do produto não podem ser intercambiados. Um rádio de um automóvel é um exemplo de um bloco em uma arquitetura modular tipo slot. O rádio implementa estritamente sua função, mas seu interfaceamento é diferente de qualquer outro componente do veículo (por exemplo, os rádios e os velocímetros possuem diferentes interfaces no painel de instrumentos); • Arquitetura modular em barramento: neste tipo de arquitetura há um barramento comum ao qual os outros blocos se conectam por meio do mesmo tipo de interface. Um exemplo básico seria um cartão de expansão para um computador pessoal. Os produtos não eletrônicos também podem ser construídos em torno de uma arquitetura modular em barramento. Por exemplo, iluminação retrátil, porta-objetos e racks de teto ajustáveis para automóveis representam uma arquitetura modular em barramento; 11 UNIDADE Arquitetura do Produto • Arquitetura modular secional: aqui, todas as interfaces são do mesmo tipo, mas não há nenhum elemento único ao qual todos os outros blocos estar anexados. A montagem é construída conectando os blocos uns aos outros por meio de interfaces idênticas. Muitos sistemas de conexão de tubulações aderem a uma arquitetura secional modular, assim como sofás, divisórias de escritório e alguns sistemas de computador. As arquiteturas modulares do tipo slot são as mais comuns porque, para a maioria dos produtos, cada bloco requer uma interface diferente para acomodar interações únicas entre esse bloco e o resto do produto. As arquiteturas do tipo barramento e secionais são particularmente úteis para situações em que a con- figuração global do produto deve variar amplamente, mas cujos blocos podem interagir de maneira padrão com o resto do produto. Essas situações podem surgir quando todos os blocos podem usar o mesmo tipo de energia, conexão de tubulação, conexão estrutural ou troca de sinais. O Início do Projeto A arquitetura do produto começa a surgir durante o desenvolvimento do conceito. Isso acontece de modo informal – nos esboços, diagramas de funções e primeiros protótipos da fase de desenvolvimento do conceito. Geralmente, a maturidade da tecnologia do produto básico determina se a arquitetura do produto será totalmente definida durante o desenvolvimento do conceito ou durante o design em nível de sistema. Quando o novo produto representa uma melhoria incremental em um conceito de produto existente, então a arquitetura do produto é definida dentro do conceito do produto. Isto se deve a duas razões: i) em primeiro lugar, as tecnologias básicas e os princípios de funcionamento do produto são predefinidos, conduzindo os esforços no sentido de se obter melhores formas de incorporar o dado conceito; e ii) em segundo lugar, à medida que a categoria de produtos amadurece, as considerações sobre a cadeia de suprimentos (produção e distribuição) e as questões sobre a variedade de produtos começam a se tornar mais proeminentes. A arquitetura do produto é uma das decisões de desenvolvimento que mais afeta a capacidade de uma empresa em oferecer uma variedade de produtos de alta eficiência. A arquitetura, portanto, é um elemento fundamental do conceito do produto. No entanto, quando o novo produto é o primeiro de seu tipo, o desenvolvimento do conceito geralmente se preocupa mais com os princípios básicos de trabalho e com a tecnologia-base do produto. Nesse caso, a arquitetura do produto é frequentemente o foco inicial da fase de desenvolvimento em nível de sistema. 12 13 As decisões sobre como dividir o produto em blocos funcionais e sobre o grau de modularidade a ser adicionado à arquitetura estão fortemente ligadas a várias questões importantes para toda a empresa, tais como alterações no produto, varie- dade de produtos, padronização de componentes, desempenho do produto, grau de manufatura e gerenciamento do desenvolvimento do produto. A arquitetura do produto, portanto, está intimamente ligada às decisões sobre as estratégias de marketing, as capacidades de fabricação e o gerenciamento de seu desenvolvimento. Alterações no Produto A arquitetura também define como o produto pode ser alterado. Os blocos modulares permitem que sejam feitas alterações a alguns elementos funcionais isolados do produto sem afetar necessariamente o projeto das demais partes. Alterar um bloco integral pode influenciar muitos elementos funcionais e exigir alterações em vários outros blocos relacionados. Alguns dos motivos para implementar alterações no produto são: • Atualização: à medida que as capacidades tecnológicas ou as necessidades dos usuários evoluem, alguns produtos podem acomodar essa evolução através de upgrades. Por exemplo, mudar a placa de circuito em uma impressora ou substituiruma bomba centrífuga em um sistema de resfriamento por um modelo mais eficiente; • Complementos: muitos produtos são vendidos por um fabricante como uma unidade básica, à qual o usuário adiciona componentes, muitas vezes produzidos por terceiros, conforme necessário. Esse tipo de alteração é comum na indústria de computadores pessoais (por exemplo, dispositivos de armazenamento em massa de terceiros podem ser adicionados a um computador básico); • Adaptação: alguns produtos de longa duração podem ser usados em vários ambientes de uso diferentes, exigindo adaptações. Por exemplo, as máquinas- ferramentas podem precisar ser convertidas de 220 volts para 110 volts e alguns motores de combustão podem ser convertidos de gasolina para gás natural, por exemplo; • Desgaste: os elementos físicos de um produto podem deteriorar-se com o uso, exigindo a substituição dos componentes gastos para prolongar a vida útil do produto. Por exemplo, os pneus dos veículos são substituídos após determinado tempo e a maioria dos rolamentos pode ser substituída; • Consumo: alguns produtos consomem materiais que podem ser facilmente reabastecidos. Por exemplo, copiadoras e impressoras frequentemente contêm cartuchos de impressão, pistolas de cola consomem cola em bastão, tochas possuem cartuchos de gás e relógios contêm baterias, que são geralmente substituíveis; 13 UNIDADE Arquitetura do Produto • Flexibilidade no uso: alguns produtos podem ser configurados pelo usuário para fornecer capacidades diferentes. Por exemplo, muitas câmeras fotográficas podem ser usadas com diferentes opções de lentes e flash, alguns barcos podem ser usados com várias opções de utilização, e as varas de pesca podem acomodar várias configurações de carretéis; • Reutilização: ao criar produtos subsequentes, a empresa pode querer alterar apenas alguns elementos funcionais, mantendo o restante do produto intacto. Por exemplo, os fabricantes de produtos eletrônicos de consumo podem querer atualizar uma linha de produtos alterando apenas a interface do usuário e o gabinete, mantendo o funcionamento interno de um modelo anterior. Em cada um desses casos, uma arquitetura modular permite que a empresa minimize as mudanças físicas necessárias para alcançar uma mudança funcional. Variedade de um Produto A variedade refere-se à gama de modelos de produtos que a empresa pode produzir dentro de um determinado período de tempo em resposta à demanda do mercado. Os produtos construídos em torno de arquiteturas de produtos modulares podem ser mais facilmente variados sem acrescentar uma tremenda complexidade ao sistema de manufatura. Por exemplo, fabricantes de relógios de pulso produzem centenas de modelos de relógios diferentes, mas esta variedade pode ser feita a um custo relativamente baixo, montando as variantes sob diferentes combinações de blocos padronizados. Padronização de Componentes A padronização de componentes é o uso do mesmo componente ou bloco funcional em vários produtos. Se um bloco implementa apenas um ou mais elementos funcionais amplamente úteis, então este bloco pode ser padronizado e utilizado em diversos produtos diferentes. Tal padronização permite que a empresa fabrique o bloco em volumes maiores do que seria possível de outra forma. Isso, por sua vez, pode levar a custos mais baixos e ao aumento da qualidade. A padronização de componentes também pode ocorrer fora da empresa, quando os produtos de diversos fabricantes diferentes usam um determinado bloco ou componente do mesmo fornecedor. Por exemplo, a bateria de um relógio de pulso é feita por um fornecedor e padronizada em várias linhas de produtos de outros fabricantes. 14 15 Desempenho do Produto Definimos o desempenho do produto como o quão bem um produto implementa suas funções pretendidas. As características típicas de desempenho do produto normalmente são a velocidade, eficiência, vida útil, precisão e ruído. Uma arquitetura integral facilita a otimização de características holísticas de desempenho e aquelas que são movidas pelo tamanho, forma e massa de um produto. Tais características incluem aceleração, consumo de energia, arrasto aerodinâmico, ruído e estética. Consideremos, por exemplo, uma motocicleta. Uma arquitetura convencional atribui o elemento funcional “suporte estrutural” a um bloco de quadro e o elemento funcional “conversão de energia” a um bloco de transmissão. Esta arquitetura integral permite que os projetistas de motocicletas explorem as propriedades estruturais secundárias da carcaça da transmissão, a fim de eliminar o tamanho e peso extra de uma caixa separada. A prática de implementar múltiplas funções usando um único elemento físico é chamada de compartilhamento de função. Uma arquitetura integral permite que a redundância seja eliminada através do compartilhamento de função (como no caso da motocicleta) e permite o assentamento geométrico dos componentes para minimizar o volume ocupado no produto. Essa partilha de funções também permite otimizar o uso de material, reduzindo potencialmente o custo de fabricação do produto. Manufaturabilidade Além das implicações de custos da variedade de produtos e da padronização de componentes descritas acima, a arquitetura do produto também afeta diretamente a capacidade da equipe em projetar cada bloco para que este seja produzido a um baixo custo. Há uma estratégia importante de projeto para fabricação, denominada Design for Manufactoring (DFM), a qual envolve a minimização do número de peças em um produto através da integração de componentes. No entanto, para manter uma determinada arquitetura, a integração de componentes físicos só pode ser facilmente considerada dentro de cada um dos blocos. A integração de componentes em vários blocos é difícil, se não impossível, e poderia implicar de forma significativa na alteração da arquitetura. Como a arquitetura do produto restringe as decisões de projeto detalhadas dessa maneira, a equipe deve considerar as implicações de fabricação na arquitetura. Por esta razão, a estratégia DFM começa durante a fase de projeto em nível do sistema enquanto o layout dos blocos é planejado. 15 UNIDADE Arquitetura do Produto Gestão do Desenvolvimento do Produto A responsabilidade pelo design detalhado de cada bloco é normalmente atribuída a um grupo relativamente pequeno dentro da empresa ou a um fornecedor externo. Os blocos são atribuídos a um único indivíduo ou grupo porque seu design exige uma resolução cuidadosa das interações entre os componentes do bloco. Com uma arquitetura modular, o grupo designado para projetar um bloco lida com interações funcionais conhecidas com outros blocos. Caso um elemento funcional seja implementado por dois ou mais blocos, como em algumas arquiteturas integrais, o projeto detalhado exigirá uma estreita coordenação entre os diferentes grupos. É provável que esta coordenação seja substancialmente mais envolvida e desafiadora do que a coordenação limitada necessária entre os grupos que projetam diferentes blocos em um projeto modular. Por esta razão, as equipes que dependem de fornecedores externos ou de uma equipe geograficamente dispersa optam frequentemente por uma arquitetura modular em que as responsabilidades de desenvolvimento podem ser divididas de acordo com os limites do bloco. Outra possibilidade é ter vários elementos funcionais alocados para o mesmo bloco. Neste caso, o trabalho do grupo que desenvolve este bloco envolve também uma grande dose de coordenação interna em um grupo maior. As arquiteturas modulares e integrais também exigem diferentes estilos de ge- renciamento de projetos. As abordagens modulares exigem um planejamento mui- to cuidadoso durante a fase de projeto em nível do sistema, mas o design detalhado preocupa-se principalmente em garantir que as equipes que desenvolvem os blocos atendam aos requisitos de desempenho, custo e cronograma. Uma arquitetura in- tegral pode exigir menos planejamento e especificaçõesdurante o projeto em nível de sistema, mas tal arquitetura requer substancialmente mais integração, resolução de conflitos e coordenação durante a fase de projeto detalhado. Estabelecimento da Arquitetura Como a arquitetura do produto terá implicações profundas para as atividades subsequentes de desenvolvimento do produto e também para a fabricação e comercialização do produto finalizado, deve ser estabelecido um esforço multifuncional da equipe de desenvolvimento. O resultado final dessa atividade é um layout geométrico aproximado do produto, contendo as descrições dos principais blocos e a documentação das principais interações entre os blocos. Recomendamos um método de quatro etapas para estruturar o processo de decisão, usando como exemplo o desenvolvimento de uma copiadora multifuncional do tipo jato de tinta. Etapa 1: Criar um Esquema do Produto Um esquema é um diagrama que permite que a equipe compreenda melhor os elementos constitutivos do produto. Um exemplo de um esquema para a parte que realiza a impressão da copiadora é mostrado na Figura 1. 16 17 No final da fase de desenvolvimento do conceito, alguns dos elementos do esquema são ainda considerados conceitos físicos, tal como o caminho do papel da bandeja para dentro ou para frente. Alguns dos elementos correspondem a componentes críticos, tal como o cartucho de impressão que a equipe espera empregar. No entanto, alguns dos elementos permanecem descritos apenas funcionalmente. Estes são os elementos funcionais do produto que ainda não foram reduzidos a conceitos ou a componentes físicos. Por exemplo, o “mostrador de status” é um elemento funcional necessário para a copiadora, mas a abordagem específica do sistema de monitoramento ainda não foi decidida. Encapsular impressora Cartucho de impressão Posicionar cartucho no eixo x Entrada do usuário Mostrador de status Mecanismo de pegar o papel Armazenar papel impresso Posicionar papel no eixo y Armazenar papel em branco Fluxo de energia ou mecânico Fluxo de materiais Sinais de controle Interface com computador Comando da impressão Comunicação com computador Suprimento de energia Controle da impressora Providenciar suporte estrutural Figura 1 – Esquema de desenvolvimento de uma copiadora multifuncional do tipo jato de tinta Fonte: Elaborado pelo conteudista Esses elementos que foram reduzidos a conceitos ou componentes físicos são geralmente centrais para o conceito de produto básico que a equipe gerou e selecionou. Os elementos que permanecem não especificados em termos físicos são normalmente funções auxiliares do produto. O esquema deve refletir a melhor compreensão da equipe sobre o estado do produto, mas não precisa conter todos os detalhes imagináveis, tal como “sensor de falta de papel” ou “blindagem contra possíveis emissões de rádio frequência”. Estes e outros elementos funcionais mais detalhados são adiados para uma etapa posterior. Uma boa regra é apontar para menos de 30 elementos no esquema, com a finalidade de estabelecer a arquitetura do produto. Se o produto é um sistema complexo, envolvendo centenas de elementos funcionais, então é útil omitir alguns dos menores e agrupar alguns outros em funções de nível superior a serem decompostas mais tarde. 17 UNIDADE Arquitetura do Produto O esquema criado não será definitivo. As escolhas específicas feitas na criação do esquema, como a escolha de elementos funcionais e sua disposição, definem parcialmente a arquitetura do produto. Por exemplo, o elemento funcional “controle da impressora” é representado como um único elemento centralizado na Figura 1. Uma alternativa seria distribuir o controle de cada um dos outros elementos do produto em todo o sistema e transferir a coordenação para o computador que envia o material a ser impresso. Como geralmente há uma grande variedade de possibilidades no esquema, a equipe deve gerar várias alternativas e selecionar uma abordagem que facilite a consideração de várias opções arquitetônicas. Encapsular impressora Providenciar suporte estrutural Armazenar papel impresso Armazenar papel em branco Bandeja de papel Mecanismo de impressão Mecanismo de pegar o papel Posicionar cartucho no eixo x Posicionar papel no eixo y Cartucho de impressão Interface do usuário Controle da impressora Fonte de alimentação Suprimento de energia Comunicação com computador Comando da impressora Interface com computador Cartão lógico Software proprietário Invólucro Chassis Entrada do usuário Mostrador de status Figura 2 – Divisão em blocos dos elementos funcionais da seção de impressão de uma copiadora Fonte: Elaborado pelo conteudista Etapa 2: Agrupar os Elementos O desafio desta etapa é atribuir cada um dos elementos do esquema a um bloco. Uma possível atribuição de elementos a blocos é mostrada na Figura 2, onde são usados oito blocos. É óbvio que existem várias outras alternativas viáveis. No limite, cada elemento poderia ser o seu próprio bloco, totalizando 15 blocos. Por outro lado, a equipe poderia decidir que o produto teria apenas um grande bloco e, em seguida, tentar integrar fisicamente todos os elementos do produto. De fato, a consideração de todos os agrupamentos possíveis de elementos traria milhares de alternativas. Um procedimento para gerenciar a complexidade das alternativas é começar com o pressuposto de que cada elemento do esquema será atribuído ao seu próprio bloco e, em seguida, agrupar sucessivamente elementos onde isso seja vantajoso. 18 19 Para determinar quando há vantagens em se agrupar, consideraremos estes seguintes fatores que podem ser utilizados como critérios de seleção: • Integração geométrica e precisão: a atribuição de elementos ao mesmo bloco permite que um único indivíduo ou grupo de indivíduos controlem as relações físicas entre os elementos. Os elementos que requerem uma localização mais precisa ou uma integração geométrica mais próxima podem ser melhor concebidos se fazem parte do mesmo bloco. No caso da copiadora multifuncional, isto sugeriria o agrupamento dos elementos associados ao posicionamento do cartucho no eixo X e ao posicionamento do papel no eixo Y, por exemplo; • Compartilhamento de funções: quando um único componente físico pode implementar vários elementos funcionais do produto, estes elementos funcionais são melhor agrupados. No caso da copiadora, a equipe poderia acreditar que a exibição de status e dos controles de usuário poderiam ser incorporados no mesmo componente, e assim agrupá-los; • Capacidades dos fornecedores: um fornecedor confiável pode ter recursos específicos relacionados a um projeto e, a fim de melhor tirar proveito desses recursos, a equipe pode escolher agrupar os elementos acerca dos quais o fornecedor tem experiência em um determinado bloco; • Similaridade das tecnologias de projeto ou produção: quando existir a probabilidade de que dois ou mais elementos funcionais possam ser implementados usando a mesma tecnologia de projeto e/ou produção, o ideal é incorporar esses elementos ao mesmo bloco a fim de permitir um design e/ou produção mais econômicos. Uma estratégia comum, por exemplo, é combinar no mesmo bloco todas as funções que provavelmente envolverão a eletrônica; isso permite a possibilidade de implementar todas essas funções em uma única placa ou cartão de circuito; • Antecipação de alteração: quando a equipe antecipa uma grande mudança em algum elemento, faz sentido isolar esse elemento em seu próprio bloco modular, de modo que as mudanças necessárias nesse elemento possam ser realizadas sem interromper nenhum dos outros blocos. No caso da copiadora, a equipe de desenvolvimento poderia antecipar a mudança da aparência física do produto ao longo de seu ciclo de vida, e assim optar por isolar todo o conteúdo do gabinete; • Adaptação variada: os elementos devem ser agrupados em conjuntos para permitir que a empresa varie o produto de forma que exista a possibilidade de agregar valorpara os clientes. A copiadora poderia, por exemplo, ser vendida em todo o mundo, considerando as regiões com diferentes padrões de energia elétrica. Como resultado, a equipe poderia criar um bloco separado para o elemento associado ao fornecimento de energia; 19 UNIDADE Arquitetura do Produto • Possibilidades de padronização: conforme já discutido, se um conjunto de elementos for útil para outros produtos, devem ser agrupados em um único bloco. Isto permite que os elementos físicos do bloco sejam produzidos em quantidades maiores. A padronização interna é um dos principais motivos para a utilização de um cartucho de impressão existente e, portanto, esse elemento é preservado, constituindo o seu próprio bloco; • Portabilidade das interfaces: algumas interações são facilmente transmitidas a grandes distâncias. Por exemplo, os sinais elétricos são muito mais portáteis do que os movimentos mecânicos. Como resultado, elementos com interações eletrônicas podem ser facilmente separados uns dos outros. Isto também é verdade, mas em menor grau para conexões mecânicas entre tubulações. No caso da copiadora, a flexibilidade das interações elétricas permite que a equipe possa agrupar as funções de controle e de comunicação em um mesmo bloco. Por outro lado, os elementos relacionados ao manuseio do papel são muito mais geometricamente limitados devido a interações mecânicas variadas. Etapa 3: Criar um Layout Geométrico Bruto Um layout geométrico pode ser criado em duas ou três dimensões, usando desenhos, modelos de computador ou modelos físicos (maquetes de papelão ou espuma, por exemplo). A criação de um layout geométrico força a equipe a considerar se as interfaces geométricas entre os blocos são viáveis e assim permitir a elaboração de relações dimensionais básicas entre os blocos. Ao elaborar uma seção transversal da copiadora, por exemplo, a equipe poderia perceber que há um compromisso fundamental entre a quantidade de papel que poderia ser armazenado na bandeja e a altura da máquina. Nesta etapa, assim como na anterior, a equipe pode gerar vários layouts alternativos para selecionar o melhor. Os critérios de decisão de escolha de layouts estão estreitamente relacionados aos problemas da Etapa 2. Em alguns casos, a equipe pode descobrir que o agrupamento de funções elaborado na Etapa 2 não é geometricamente viável e, portanto, alguns dos elementos teriam de ser redistribuídos em outros blocos. A criação de um layout bruto deve ser feita em coordenação com os designers industriais da equipe nos casos em que as questões de interface estética e humana do produto sejam importantes e fortemente relacionadas à disposição geométrica dos blocos. Etapa 4: Identificar as Interações Fundamentais e Incidentais Muito provavelmente várias pessoas estarão envolvidas no projeto de cada bloco. Como os blocos interagem uns com os outros de maneira planejada, esses diferentes grupos de pessoas terão que coordenar suas atividades e trocar informações. Para melhor gerenciar esse processo de coordenação, a equipe deve 20 21 identificar as interações conhecidas entre blocos durante a fase de projeto em nível de sistema. Existem duas categorias de interações entre blocos: i) Primeiro, as interações fundamentais, que são aquelas que correspondem às linhas no esquema que conectam os blocos uns aos outros. Por exemplo, uma folha de papel flui da bandeja de papel para o mecanismo de impressão. Essa interação é planejada, e deve ser bem compreendida, mesmo a partir do esquema mais antigo, pois é fundamental para o funcionamento do sistema; ii) Em segundo lugar, as interações incidentais são aquelas que surgem devido à implementação física particular de elementos funcionais ou devido à disposição geométrica dos blocos. Por exemplo, podem surgir vibrações induzidas pelos atuadores na bandeja de papel, as quais podem interferir no posicionamento correto do cartucho de impressão no eixo X. Enquanto as interações fundamentais são explicitamente representadas pelo esquema que mostra o agrupamento dos elementos em blocos, as interações incidentais devem ser documentadas de alguma outra maneira. Para um pequeno número de blocos interagindo entre si (cerca de 5 a 10), um gráfico é uma forma conveniente de representar as interações incidentais. A Figura 3 apresenta o esquema que mostra que vibrações espúrias não previstas poderiam ter surgido. O gráfico sugere que as vibrações e a influência térmica poderiam ser interações incidentais entre os blocos que geram calor e envolvem movimentos de posicionamento. Essas interações representam desafios no desenvolvimento do sistema, exigindo esforços de coordenação bastante focados dentro da equipe. Encapsulamento Aparência/Estilo Bandeja de papel Mecanismo de impressão Cartão lógico Cartão de interface do usuário In�uência térmicaVibrações Chassis Blindagem eletromagnética Interferência eletromagnética Fonte de alimentação Software de interfaceamento Figura 3 – Exemplo de um gráfi co de interação incidental Fonte: Elaborado pelo conteudista Podemos usar o mapeamento das interações entre os diversos blocos no sentido de fornecer orientação para estruturar e gerenciar as atividades de desenvolvimento restantes. Os blocos com interações importantes devem ser projetados por grupos com forte comunicação e coordenação entre si. Por outro lado, blocos com pouca interação podem ser projetados por grupos com menos coordenação. 21 UNIDADE Arquitetura do Produto É igualmente possível, através de uma coordenação cuidadosa do avanço do projeto, desenvolver dois blocos que interagem de maneira completamente independente. Isso é facilitado quando as interações entre os dois blocos possam ser reduzidas com antecedência, formando uma interface completamente especificada que será implementada por ambos os blocos. É relativamente simples especificar interfaces para lidar com as interações fundamentais, porém, é mais difícil fazê-lo para interações incidentais. Diferenciação Defasada Quando uma empresa oferece diversas variantes de um produto, a arquitetura é um fator determinante do desempenho da cadeia de suprimentos. Imaginemos, por exemplo, a fabricação de caixas de papelão aluminizado para acondicionar produtos alimentícios líquidos (leite longa vida ou sucos, por exemplo). Consideremos dois cenários ao longo da cadeia de suprimentos: no cenário A, a fábrica do papel aluminizado (por exemplo, a Klabin Celulose S.A.) fabrica as caixas para seus clientes dentro de suas próprias fábricas e posteriormente realiza as entregas, e num cenário B, a Klabin entrega o papelão em rolos para seus clientes e estes montam as caixas e envazam seus produtos. Qual dos dois sistemas é o mais vantajoso? É conveniente observar que a Klabin pode fornecer tanto o papelão aluminizado bruto em bobinas como as caixas já prontas (montadas e rotuladas) para seus clientes. O processo de adiar a diferenciação de um produto para o final da cadeia de suprimentos é chamado de “diferenciação defasada”, ou simplesmente adiamento, e pode levar a reduções substanciais nos custos de operação da cadeia de suprimentos, principalmente por meio de reduções nos requisitos de estoque. Para a maioria dos produtos, e especialmente para produtos inovadores, a demanda por cada versão de um produto é imprevisível. Em consequência, para oferecer consistentemente alta disponibilidade do produto ante tal incerteza de demanda, é importante que o estoque seja implementado em algum lugar mais próximo do final da cadeia de suprimentos. Como exemplo, podemos pensar na lanchonete McDonald’s tentando responder a flutuações instantâneas na demanda por batatas fritas logo após a colocação dos pedidos dos clientes. Em vez disso, mantém um estoque de batatas fritas que podem ser rapidamente acondicionadas e entregues. No caso da copiadora, o transporte por navio entre os locais de produção e distribuição pode exigir várias semanas. Portanto, para responderàs flutuações da demanda, são implantados estoques no caminho entre a fábrica e o distribuidor. A quantidade estocada para um dado nível de disponibilidade é uma função da magnitude da variação da procura. O adiamento permite a obtenção de reduções importantes no custo dos estoques porque há menos aleatoriedade na procura dos elementos básicos do produto (por exemplo, a plataforma) do que existe para 22 23 os componentes de diferenciação das variantes do produto. Isso ocorre porque, na maioria dos casos, a demanda por diferentes versões de um produto é pouco correlacionada, de modo que quando a demanda por uma versão é alta, é possível que a demanda por alguma outra versão do produto seja baixa. No caso das caixas de papelão aluminizado, a montagem e rotulagem das mesmas nas instalações do cliente tornam os custos com estoques menores, pois as possíveis variações de demanda são facilmente absorvidas neste caso, considerando que o estoque de papelão em bobinas ocupa significativamente menos espaço do que caixas vazias prontas para o envaze. Em resumo, há dois princípios de projeto que são condições necessárias para o adiamento da diferenciação: • Os elementos diferenciadores do produto devem ser concentrados em um ou mais blocos. A fim de diferenciar o produto, os atributos diferenciadores desse devem ser definidos por um ou mais componentes do produto. Considere o caso dos diferentes requisitos de energia elétrica para as copiadoras em distintas regiões geográficas. Se as diferenças entre um produto adaptado para energia 120 VAC nos Estados Unidos ou 127 VAC no Brasil forem associados a alguns componentes distribuídos em todo o produto (por exemplo, cabo de alimentação, interruptor de alimentação, transformador, retificador etc., todos em diferentes blocos), não haveria forma de defasar a diferenciação do produto sem que ocorresse atraso na montagem desses vários blocos. Se, no entanto, a única diferença entre esses dois modelos for um único bloco contendo um cabo de energia e uma fonte de alimentação modular, então a diferenciação entre as duas versões do produto requereria diferenciação em apenas um bloco e uma única operação de montagem; • O produto e seu processo de produção devem ser projetados de modo que o(s) bloco(s) diferenciador(es) possa(m) ser adicionado(s) ao produto nas proximidades do final da cadeia de suprimentos. Mesmo que os atributos diferenciadores do produto correspondam a um único bloco, o adiamento pode não ser possível. Isso pode ocorrer porque as restrições do processo de montagem ou o próprio design do produto podem exigir que esse bloco seja montado no início da cadeia de suprimentos. Por exemplo, pode-se imaginar que a etiqueta de identificação da copiadora seja um bloco de diferenciação primário devido a requisitos de linguagem diferentes para mercados distintos. Se o transporte do produto da fábrica para o centro de distribuição exigisse que a etiqueta fosse montada na fábrica, seria impossível adiar a diferenciação do produto no local de distribuição. Para evitar esse problema, o fabricante poderia desenvolver, por exemplo, um esquema de etiquetagem inteligente, no qual as copiadoras seriam separadas por região e todas aquelas destinadas ao mesmo mercado seriam empacotadas em um mesmo palete de transporte, que pode então ser embrulhado com filme plástico e carregado diretamente em um container. Essa abordagem permite que a diferenciação na identificação ocorra após as impressoras serem transportadas para o centro de distribuição. 23 UNIDADE Arquitetura do Produto Planejamento de Plataformas Tomemos como exemplo as impressoras do tipo jato de tinta. As empresas que as produzem fornecem tais equipamentos a clientes com diferentes necessidades. Consideremos os clientes pertencendo a três segmentos de mercado: familiar, estudantil e pequenas empresas (home-office). Para atender a esses clientes, os fabricantes teriam três alternativas: i) desenvolver três produtos inteiramente diferentes; ii) oferecer apenas um produto para os três segmentos; ou iii) diferenciar esses produtos utilizando somente um subconjunto de componentes das impressoras. Uma propriedade desejável da arquitetura do produto é que possa permitir que uma empresa ofereça dois ou mais produtos que são altamente diferenciados e ainda compartilhem uma fração substancial de seus componentes. Com isso, os custos totais de produção seriam menores. A coleção de dispositivos básicos compartilhados por esses produtos é chamada de plataforma de produto. O planejamento da plataforma de produto envolve o gerenciamento de um trade-off básico entre o que é comum e o que é diferenciado. Por um lado, há benefícios de mercado para oferecer várias versões muito diferenciadas de um produto. Por outro, há benefícios de projeto e de fabricação para maximizar o grau em que esses diferentes produtos compartilhem componentes comuns. Os dois sistemas de informação simples seguintes permitem que a equipe gerencie esse trade-off. Plano de Diferenciação Representa explicitamente as maneiras pelas quais múltiplas versões de um produto serão diferentes da perspectiva do cliente e do mercado. O plano consiste em uma matriz onde as linhas representam os atributos de diferenciação da impressora e as colunas, as diferentes versões ou modelos do produto. Esses atributos são as características do produto que são importantes para o cliente e que se destinam a serem diferenciadas em todos os produtos. Os atributos diferenciadores são geralmente expressos nas especificações do equipamento. A equipe utiliza o plano de diferenciação para codificar suas decisões sobre como os produtos serão diferentes. Sem restrições, o plano de diferenciação corresponderia exatamente às preferências dos clientes nos segmentos de mercado, os quais segmentados por cada produto diferente. Infelizmente, tais planos podem implicar em produtos muito caros. Plano de Não Diferenciação Representa explicitamente as formas pelas quais as diferentes versões do produto são fisicamente iguais. O plano consiste em uma matriz onde as linhas representam 24 25 os blocos do produto e as colunas, suas diversas versões. A equipe preenche as células em que os blocos comuns são os mesmos para cada modelo. A maioria dos engenheiros de fabricação provavelmente optará por utilizar apenas uma versão de cada bloco em todas as variantes do produto. Infelizmente, essa estratégia poderia resultar em produtos indiferenciados. Gerenciando o Trade-Off entre a Diferenciação e a Não Diferenciação O desafio no planejamento da plataforma é resolver a disputa entre o desejo de diferenciar os produtos e o desejo que esses compartilhem uma parte substancial de seus componentes. O exame do plano de diferenciação e do plano de não diferenciação revela vários trade-offs. Por exemplo, uma impressora para o mercado estudantil tem o potencial de oferecer o benefício de ser pequena o suficiente para caber em seus alojamentos. No entanto, este atributo de diferenciação implica que essa impressora precisaria de um bloco do mecanismo de impressão diferente, o que poderá tornar oneroso o investimento necessário para projetá-la e produzi-la. Vejamos como essas disputas podem ser gerenciadas: • As decisões de planejamento de plataformas devem ser alimentadas com estimativas das implicações de custos e receitas. Estimar a contribuição de lucro sobre o aumento de um ponto percentual na participação de mercado é um ponto de referência útil para medir o aumento dos custos de fabricação e da cadeia de suprimento de versões adicionais de um bloco. Ao estimar os custos da cadeia de suprimentos, a equipe deve considerar até que ponto a diferenciação implícita pelo plano de diferenciação pode ser adiada ou se deve ser criada no início da cadeia de suprimentos; • A iteração é benéfica. As equipes tomam melhores decisões quando fazem várias iterações com base em informações aproximadas do que quandovaticinam sobre os detalhes de relativamente poucas iterações; • A arquitetura do produto determina a natureza do trade-off entre diferenciar ou não o produto. A natureza do trade-off entre diferenciação e não diferenciação é flexível. Geralmente, as arquiteturas modulares permitem que uma proporção maior de componentes seja compartilhada do que as arquiteturas integrais. Isto implica que, quando confrontado com um conflito aparentemente intratável entre diferenciação e não diferenciação, a equipe deve considerar abordagens arquitetônicas alternativas, que podem fornecer oportunidades para aumentar a diferenciação e a uniformidade. No exemplo da impressora, a discussão entre diferenciar ou não pode ser resolvida por um compromisso. Os benefícios de receita de uma impressora para o pequeno mercado estudantil poderão não exceder os custos associados com a criação de um mecanismo de impressão totalmente diferente, mais leve e 25 UNIDADE Arquitetura do Produto pequeno. Os custos de diferentes mecanismos de impressão provavelmente serão especialmente altos, já que o mecanismo de impressão envolve investimentos significativos em ferramental. Além disso, como o mecanismo de impressão é criado no início da cadeia de suprimentos, o adiamento da diferenciação seria substancialmente menos viável se exigisse mecanismos de impressão diferentes. Por estas razões, a equipe provavelmente optaria por um único mecanismo de impressão comum e renunciaria aos possíveis benefícios de receita de um mercado mais restrito para atender aos estudantes. Assim, terminamos esta quarta Unidade na expectativa de que tenha lhe dado uma boa ideia sobre o desenvolvimento da arquitetura de um produto. Como vimos, as implicações são muitas e uma coordenação eficiente é um fator importante para o sucesso do empreendimento. 26 27 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Projeto e Desenvolvimento de Produtos BARBOSA FILHO, A. N. Projeto e desenvolvimento de produtos. São Paulo: Atlas, 2009. Elaboração de Projetos da Introdução a Conclusão CONSALTER, M. A. C. Elaboração de projetos da introdução a conclusão. [S.l.]: Ibpex, 2013. Moderno Gerenciamento de Projetos DALTON, V. Moderno gerenciamento de projetos. 2. ed. [S.l.]: Pearson, 2015. Inovação em Ambiente Organizacionais LOURES, R. C. R.; SCHIEM. M. Inovação em ambiente organizacionais: teorias, reflexos e práticas. [S.l.]: Ebpex, 2012. Desenvolvimento de Novos Produtos e Serviços PAIXÃO, M. V. Desenvolvimento de novos produtos e serviços. [S.l.]: Ibpex, 2013. O Gestor de Projetos RICHARD, N. O gestor de projetos. 2. ed. [S.l.]: Pearson, 2010. Product Design and Development ULRICH, T. K.; EPPINGER, S. D. Product design and development. 5nd ed. New York: McGraw-Hill, 2012. 27 UNIDADE Arquitetura do Produto Referências BAXTER, M. Projeto de produto: um guia prático para o design de novos produtos. São Paulo: E. Blücher, 2011. ROTONDARO, R. G.; MIGUEL, P. A. C. Projeto do produto e do processo. São Paulo: Atlas, 2010. ROZENFELD, H. et al. Gestão de desenvolvimento de produtos: uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, 2006. SLACK, N.; CHAMBERS, C. Administração da produção. São Paulo: Atlas, 2012. 28
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