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Fonte: Rozenfeld et al. (2006) 7.1 Sumário 7.2 Atualizar o Plano do Projeto Conceitual 7.3 Modelar funcionalmente o produto 7.4 Desenvolver princípios de solução para as funções 7.5 Desenvolver as alternativas de solução para o produto 7.6 Definir arquitetura 7.7 Analisar Sistemas, Subsistemas e Componentes (SSC) 7.7 Definir ergonomia e estética do produto 7.8 Definir fornecedores e parcerias de co-desenvolvimento 7.9 Selecionar a concepção do produto 7.10 Definir plano macro de processo 7.11 Atualizar estudo de viabilidade econômico-financeira 7.12 Avaliar fase 7.13 Aprovar fase 7.14 Documentar as decisões tomadas e registrar lições aprendidas - Entender como ocorre a geração e seleção da concepção do produto a partir das especificações-meta do produto. - Entender como a modelagem funcional do produto é importante para a obtenção de alternativas de solução para o produto, inicialmente pela definição da função total do produto a partir das especificações-meta do produto e seguindo com a decomposição dessa função em funções de menor nível de complexidade. - Entender os conceitos de estrutura de funções e árvore de funções. - Entender como representar os princípios de solução para as funções de menor complexidade, por meio de efeitos físicos e portadores de efeito. - Apresentar os diferentes métodos de criatividade e como esses podem ser usados para a obtenção de princípios de solução. - Entender como obter alternativas de solução para o produto a partir da matriz morfológica. - Definir o conceito de arquitetura, sua utilização para a representação das alternativas para o produto. - Entender coma a arquitetura modular pode ser utilizada. - Entender como pode ser iniciado o detalhamento das concepções desenvolvidas por meio da escolha dos materiais, processos de fabricação e montagem dos SSC,dentro dos conceitos de engenharia simultânea. - Entender a importância da interação entre o produto e as pessoas por meio das considerações de ergonomia e estética. - Mostrar como se pode escolher as parcerias e fornecedores. - Definir um procedimento sistemático para a seleção da concepção mais adequada para o produto. Com as alternativas de princípios de solução para as várias funções que compõem a estrutura de funções desenvolvida e selecionada para o sistema Próximo passo em direção à elaboração de modelos de concepção Combinação dos princípios de solução individuais para formar os princípios de solução totais para o produto. Ferramenta: Matriz Morfológica. - Dispõe simultaneamente as funções que compõem a estrutura funcional escolhida para o produto e as diversas possibilidades de solução para elas. - Possibilita uma análise das possíveis configurações para o produto projetado. Matriz morfológica - tendo como primeira coluna as funções identificadas na atividade de estruturação funcional. - gerar o maior número possível de princípios de soluções para cada uma das funções da matriz. - esses princípios de solução são combinados, formando os princípios de solução totais para o produto. - a representação dos princípios de solução são geralmente abstratos, não tendo uma geometria mais específica. - os princípios de solução totais desenvolvidos podem ser representados por esboços, croquis, diagramas de blocos, descrições textuais, modelos de papel, argila ou polímero etc. Desenvolvimento de um equipamento para a limpeza de mexilhões (Scalice, 2003). Função total do equipamento para limpeza de mexilhões. Estrutura funcional do equipamento para limpeza de mexilhões Matriz morfológica do equipamento para limpeza de mexilhões Continua ... . - Após a geração dos princípios de solução, deve-se combinar (integrar) os princípios de solução (síntese). - Um grande número de combinações é possível; contudo, existem restrições em razão da compatibilidade física e geométrica entre os princípios de solução e o próprio compartilhamento de funções. - A Figura a seguir, apresenta possíveis alternativas de solução, para o produto, em que cada coluna representa uma delas. Alternativas de solução para o processo de limpeza dos mexilhões. Continua ... Produto deve ser visto como sendo composto de diferentes partes, as quais estão relacionadas com os princípios de solução individuais adotados nos princípios de solução total (alternativas de solução) e com as funções a eles atribuídas. Dessa forma, as alternativas de solução são desdobradas em Sistemas, Subsistemas e Componentes (SSC) que deverão atender às funções do produto. Tarefas da atividade “Definir a arquitetura” Arquitetura de um produto: é o esquema pelo qual os elementos funcionais do produto são arranjados em partes físicas e como essas partes interagem por meio das interfaces. Cada alternativa de projeto ou modelo de princípio de solução total gerado na atividade anterior terá uma arquitetura específica. Representação da arquitetura de um elevador de automóveis (Gomes Ferreira, 1997) - No exemplo, são exibidos os elementos que constituem o produto, bem como os seus inter-relacionamentos, incluindo a sua estrutura. - Entretanto, não são representadas as formas exatas, dimensões, todas as quantidades dos elementos e materiais. - O desenvolvimento da arquitetura de um produto envolve a divisão e identificação dos sistemas, subsistemas e componentes individuais, sua localização e orientação. - A arquitetura de um produto pode ser classificada em modular e integral. Arquitetura modular -Aquela na qual cada função do produto é implementada exatamente por um módulo físico, e as interações entre os módulos são poucas e bem definidas. - Uma mudança de projeto pode ser feita em um módulo apenas, não sendo necessárias modificações em outros módulos para que o produto funcione corretamente. - Módulos podem ser de certa forma projetados, independentemente um dos outros. Arquitetura integral - Caracterizada por ter as funções do produto distribuídas em vários conjuntos de componentes; e as interações entre os componentes são mal definidas. - Modificações de projeto podem necessitar de um extenso trabalho de reprojeto do produto como um todo. - É um refinamento da atividade anterior - São identificados e analisados aspectos críticos do produto observados no ciclo de vida do produto, como questões de funcionamento, fabricação, montagem, desempenho, qualidade, custos, uso, descarte e outros. - As informações levantadas são importantes para a definição de parcerias de co-desenvolvimento e identificação dos possíveis processos de fabricação dos componentes e de montagem do produto. - Atividade que transforma as alternativas de projeto em concepções do produto. Tarefas da atividade “Analisar SSCs” - Conhecer quais são os parâmetros (formas, dimensões, propriedades dos materiais, etc.) críticos para o funcionamento do produto. - E buscar os valores desses parâmetros para se obter um desempenho satisfatório ou melhorar a manufaturabilidade dos componentes. - Critérios relacionados ao uso, aparência, produção, custos e outros devem ser considerados. - Modelos de princípios de solução total de produto devem ser desenvolvidos para se chegar aos chamados modelos de concepção do produto. - Um modelo de concepção deve ser suficientemente detalhado para ser possível verificar custos, pesos e dimensões totais aproximadas. - O desenvolvimento das alternativas de projeto, já com suas arquiteturas definidas, em modelos de concepção, passa pela definição das formas, materiais usados e um dimensionamento inicial dos SSCs. Exemplo - Elevador de automóveis (para o desenvolvimento daquela arquitetura em uma concepção para o produto) - Definição das formas: escolher o perfil aproximado das colunas de sustentação e as formas aproximadas do par parafuso e cubo dos garfos de sustentação. - Materiais usados nos SSCs: indicarque sua estrutura será construída por chapas de aço-carbono laminadas. - No caso da chapa laminada: já há indicação da forma com que o material será apresentado, do processo a que foi submetido (laminação) e dos processos envolvidos na construção do produto (corte, dobramento, aparafusamento e soldagem de chapas finas). Exemplo - Elevador de automóveis (para o desenvolvimento daquela arquitetura em uma concepção para o produto) - Informações fornecem uma estimativa preliminar de custos. - Dimensionamento inicial dos principais SSCs: • Estimar as alturas e distâncias dos parafusos e das colunas em função das dimensões dos automóveis. • Espessura da chapa pode ser dimensionada intuitivamente pela experiência do projetista. • Potência do conjunto moto-redutor pode ser grosseiramente estimada pela multiplicação da velocidade de elevação pelo peso do automóvel, aplicando-se os devidos coeficientes de incerteza. Modelo de concepção para um elevador de automóvel (Gomes Ferreira, 1997) Modelo de concepção - Representa o produto, sobretudo em linguagem gráfica, ou seja, em desenhos esquemáticos ou esboços. - Suas propriedades já se assemelham razoavelmente com as propriedades pretendidas no produto. - Dessa forma, é possível gerar uma BOM (Bill Of Material, Estrutura do Produto) inicial para cada concepção desenvolvida. - Seleção de materiais torna-se uma tarefa complexa pelo elevado número de alternativas encontradas no mercado. - Estima-se que existam mais de 100.000 diferentes materiais entre metálicos e não-metálicos. - Processo de seleção é dependente das propriedades dos materiais, do processo de fabricação e do projeto do componente. Sistemática para seleção de materiais Formas Comercialmente Disponíveis de Materiais P- placa ou chapa, F- folha, B- barra, T - tubo, A - arame, E- formas estruturais, L - lingotes para fundição. Os caracteres minúsculos indicam disponibilidade limitada. A maioria desses materiais são disponíveis na forma de pó. - Para auxiliar os projetistas a melhor avaliar os impactos do ciclo de vida relativos às suas decisões de projeto, empresas e pesquisadores desenvolveram vários métodos e ferramentas de auxílio às decisões de projeto, denominadas de abordagens DFX (Design For X, Projeto para X). - O "X" representa: qualidade, manufatura, produção ou meio ambiente. - Os métodos DFX podem se apresentar de diferentes formas (um procedimento ou um conjunto de regras ou diretrizes, ou um software) - DFX é uma das mais efetivas abordagens para a implementação da Engenharia Simultânea. DFXs mais encontrados na literatura. - Projeto para Manufatura (Design for Manufacturability, DFM) - Projeto para Montagem (Design for Assembly, DFA) - Projeto para Manufatura e Montagem (Design for Manufacturing and Assembly, DFMA) - Projeto para Qualidade (Design for Quality, DFQ) - Projeto para Reciclagem (Design for Recycling, DFR) - Projeto para Custo (Design for Cost, DFC) - Projeto para Ciclo de Vida (Design for Cycle of Life, DFCL) - Projeto para o Meio Ambiente (Design for Enviroment, DFE) - Projeto para Controle Dimensional (Design for Dimensional Control, DDC) - Projeto para Serviço (Design for Service, DFS) - Projeto para Confiabilidade (Design for Reliability, DFR) - Projeto para Desmontagem (Design for Disassembly, DFD) - Projeto para Manutenabilidade (Design for Maintainability, DFMt) - Projeto para Fatores Humanos (Design for Manability) - Projeto para Mínimo Risco (Design for Minimum Risk) - Projeto para Competição (Design for Competition) - Projeto para Modularidade (Design for Modularity) - Projeto para Inspeção (Design for Inspectability) - Projeto para Padronização (Design for Standards) - Projeto para Estética (Design for Aesthetics) - Projeto para Armazenagem e Distribuição (Design for Storage and Distribution) - Projeto para Mérito Técnico (Design for Technical Merit) - Projeto para Compatibilidade Eletromagnética (Design for Electromagnetic Compatibility) - Projeto para Segurança (Design for Safety) - Projeto para Auxílio na Logística (Design for Supportability) Design for Manufacturability (DFM, Projeto para Manufatura) - É uma abordagem que enfatiza aspectos da manufatura ao longo do processo de desenvolvimento do produto. - É uma das práticas mais integrativas durante o desenvolvimento do produto. - Componentes que formarão o produto após a montagem sejam fáceis de ser fabricados. - Projeto do produto e o projeto do processo não podem ser tratados como entidades separadas. - DFM já pode ser levado em conta na definição da arquitetura do produto e na análise dos SSCs. Design for Assembly (DFA, Projeto para Montagem). Direciona o projeto para que o produto tenha um menor número de peças, cuja união seja mais eficiente, melhorando a qualidade. Pode-se obter as seguintes vantagens: - Simplificação dos processos de montagem - Redução das operações de manipulação - Possibilidade de maior padronização e modularização dos produtos - Menor número de passos e ajustes (set-ups) de processamento - Menor quantidade de pontos/superfícies de encaixe - Redução de problemas de tolerância (stack-up). Ergonomia: está relacionada com as características, habilidades, necessidades das pessoas e com as interfaces entre as pessoas e os produtos. Os fatores humanos devem ser levados em conta para toda a pessoa que entrar em contato com o produto, quer seja na etapa de manufatura, como nas etapas de operação, manutenção e reparo, e descarte. Fatores humanos estão fortemente relacionados com a qualidade e a segurança do produto. - deseja-se que o produto funcione como esperado. - deverá existir uma boa compatibilidade entre o produto e o usuário dentro do espaço de trabalho. - os produtos sejam fáceis de usar. - controle do produto seja lógico e amigável. - espera-se que nenhum dos usuários possa vir a ser ferido e nenhuma das propriedades do produto venha a ser destruída com o uso do produto. Para um projeto adequado em termos de ergonomia (Magrab, 1997): • Adequar o produto às características físicas e ao conhecimento do usuário. Evitar que o usuário tenha que exercer movimentos e forças extremos e complicados. • Simplificar e reduzir as tarefas necessárias para a operação do produto (controles e funções óbvios; informações operacionais claras e visíveis). • Prever os possíveis erros humanos, implementar restrições para prevenir ações incorretas por parte do usuário, e informar ao usuário que determinados modos de operação foram selecionados. Ainda, considerar a idade, gênero, alcance, destreza, força e visão dos usuários. Problemas de ergonomia associados ao projeto do produto podem afetar o sistema de manufatura que produz o produto. Características do produto que influenciam a ergonomia do sistema de manufatura: • Fragilidade e peso dos componentes. • Tamanho, quantidade e torque de aperto dos elementos de fixação. • Posição e localização das superfícies. • Acessibilidade e folga dos componentes. • Identificação e diferenciação de componentes. Os produtos não deverão somente atender às funções técnicas, mas também ser esteticamente agradáveis para os clientes. Estética do produto Está ligada a tudo aquilo que o consumidor percebe, do ponto de vista da aparência, como a configuração das formas, das superfícies e das cores, predominando os aspectos relacionados à beleza. A definição de parcerias de co-desenvolvimento pode ocorrer durante toda a fase de Projeto Conceitual do produto. Durante a atividade de análise dos SSCs que serão identificadas o maior número de possibilidades de parcerias, sendo os parceiros formalmente definidos durante a atividade de seleção de concepções alternativas. QUESTÕES PARA AUXILIAR NA DEFINIÇÃO DOS FORNECEDORES E PARCEIROS. a) Perfil da empresa • Solidez: O fornecedor possui uma situação estável e vontadede investir em longo prazo? • Habilidade global: O fornecedor consegue suportar a empresa dentro da área geográfica em que a empresa opera? O fornecedor pode atuar em diferentes atividades do PDP (desenvolvimento, produção, lançamento, entrega e distribuição)? • Dependência: Qual o tamanho e a importância desse negócio para o fornecedor? A dependência será grande ou pequena? b) Gerenciamento • Gestão: O fornecedor utiliza procedimentos modernos de trabalho (equipes multifuncionais e planos de negócio em longo prazo)? • Satisfação do cliente: O fornecedor faz uso de procedimentos eficazes para monitorar a satisfação do cliente? • Procedimentos de TQM: O uso dos critérios para premiações da qualidade no próprio desenvolvimento da qualidade? • Gerência de risco: Pode incorporar riscos nos processos produtivos, como planos de contingência, proteção contra fogo? Pode incorporar riscos ambientais e perigos administrativos (Ex.: problemas em sistemas computadorizados)? c) Meio ambiente • Sistema de gestão ambiental: O fornecedor é certificado e aplica o sistema de gestão ambiental de acordo com a ISO 14001? • Avaliação ambiental da empresa: Como o fornecedor está sendo avaliado em termos das suas práticas, produtos e serviços? d) Qualidade • Sistema de qualidade: O fornecedor está certificado e aplica um sistema de gestão da qualidade? • Planejamento da qualidade: O fornecedor possui e aplica um procedimento para o planejamento da qualidade, incluindo o uso de métodos como FMEA? • Confiabilidade: O fornecedor acompanha a qualidade dos produtos finais e a influência de seus produtos com relação à garantia, frequências de falhas, reclamações de cliente etc.? • Resolução de problemas: O fornecedor possui um procedimento formalizado e eficaz para a resolução de problemas? e) Logística • Sistema logístico: O fornecedor aplica um sistema para o gerenciamento logístico do material que entra, do controle de produção e da distribuição? • Precisão na entrega: O fornecedor é capaz de satisfazer as exigências em termos de tempo e quantidade de entrega. • Flexibilidade: O fornecedor é capaz de se adaptar a mudanças e novas programações de entrega? f) Pós-mercado • Documentação: O fornecedor tem capacidade e vontade de auxiliar a empresa com documentação técnica do produto? • Literatura de apoio: O fornecedor é capaz de auxiliar na elaboração de manuais de operação e manutenção? • Cooperação: O fornecedor é capaz de fornecer partes sobressalentes em um prazo específico. Manterá os preços estáveis e apoiará os trabalhos pós-mercado? • Garantia: Qual é o tempo e a extensão de garantia que o fornecedor pode oferecer? g) Competência • Tecnologia industrial e de produto: Qual é o conhecimento que o fornecedor tem do produto? Dos sistemas funcionais, de pesquisa e desenvolvimento e dos processos industriais? • Engenharia industrial: Quais são os padrões que o fornecedor possui com relação aos meios e locais da produção, equipamentos, máquinas, ferramental e controle de produção? • Apoio e comunicação com o cliente: O fornecedor pode oferecer serviços, apoio, presença e velocidade de resposta? h) Desenvolvimento de produto • Apoio ao processo do desenvolvimento de produtos: Qual é a estrutura que o fornecedor possui em termos de desenvolvimento de produtos (recursos para pesquisa, engenharia do produto, verificação/testes e validação)? • Experiência de engenharia: O fornecedor possui experiência de engenharia devidamente documentada? • Tecnologia em engenharia do produto: O fornecedor faz uso de tecnologias modernas, apoio computacional (CAE/CAD)? • Protótipos: O fornecedor é capaz de fornecer protótipos dentro do prazo estipulado? • Pesquisa e desenvolvimento: Quais os recursos existentes para P&D? i) Produtividade • Processo interno de redução de custos: O fornecedor é capaz de conduzir uma racionalização tanto no produto quanto na manufatura? • Custos-meta: O fornecedor é capaz de trabalhar de modo cooperativo para a determinação e monitoramento dos custos- meta? j) Compras • Processos de fornecimento: O fornecedor é capaz de conduzir um processo efetivo de avaliação, seleção, fixando requisitos e desenvolvendo seus próprios fornecedores? • Desempenho dos subcontratados: O fornecedor é capaz de proceder um acompanhamento e avaliação sistemática dos fornecedores secundários com relação à qualidade, precisão de entrega, cooperação e taxa de melhoria? Vale destacar que os parceiros serão formalmente definidos durante a atividade de seleção de concepções alternativas. Escolher, dentre as concepções geradas pelas atividades anteriores, o melhor desses conceitos - o qual será transformado no produto final. Principal dificuldade: informações técnicas ainda limitadas e abstratas. Necessário a utilização de métodos ou procedimentos sistemáticos, compatíveis com a limitação de informações, e que auxiliem na tomada de decisão quanto à seleção da melhor concepção. Tarefas da atividade "Selecionar a concepção do produto". MANEIRA PARA A AVALIAÇÃO DAS VÁRIAS ALTERNATIVAS DE CONCEPÇÃO GERADAS Uso de uma matriz, na qual as alternativas e os critérios de avaliação são colocados na primeira linha e primeira coluna, respectivamente. Método é conhecido como Método de Pugh ou Método da Matriz de Decisão. Critérios de avaliação: especificações-meta, necessidades dos clientes, estética do produto, parcerias de co-desenvolvimento etc. Método - Uma das concepções geradas é escolhida como referência, e todas as outras concepções são comparadas com essa referência. - Para cada critério de avaliação, o julgamento poderá indicar que a concepção é "melhor que", "igual a" ou "pior que" a concepção de referência. - Ao final desse processo, um escore é montado para cada concepção alternativa (coluna). Método - Para os critérios em que uma dada concepção for considerada "melhor que", atribui-se um "+", para cada critério. - Para o critério que for julgado como sendo “igual a" referência, atribui-se um “S”. - Para o critério que obtiver um "pior que", tem-se um "-". - As concepções que obtiverem o escore numérico mais alto, ou o maior número de (+) que excede o número de (-) deverão ser consideradas como mais adequadas. Modelo de Matriz de Decisão Entretanto: - O "+" e o "-" não dão indicação de quanto melhor ou quanto pior do que a referência é a concepção para determinado critério de avaliação. - Os critérios de avaliação não são igualmente importantes. Assim: - Usar a matriz que considera um peso para cada critério de avaliação. - Peso total: soma de cada escore multiplicado pelo peso de importância de cada necessidade. Um S conta como 0, um "+" como +1 e um “-” como -1. Modelo de Matriz de Decisão com o peso dos critérios Identificação de possíveis processos de fabricação dos SSCs, identificando também o ferramental envolvido em tais processos. Normalmente existe mais de um método que pode ser utilizado para a fabricação de um componente para um determinado material. As grandes categorias de métodos de processamento de materiais são: • Fundição: moldes consumíveis (feitos de areia, gesso, cerâmica) e permanentes (feitos de metal). • Conformação e moldagem: laminação, estiramento, extrusão, forjamento, estampagem, cunhagem, trefilação, corte, dobramento e curvamento, repuxamento, rolamento, calandragem. • Usinagem: torneamento, limagem, rasqueteamento, corte, serramento, traçagem, roscamento, recartilhamento, fresagem, corte de engrenagens, aplainamento, mandrilamento, furação, alargamento, brochamento, retificação, brunimento, polimento, espelhamento, eletroerosão, usinagem química, usinagem eletroquímica, feixe elétrons e ultra-som, corte a laser, corte com jato d'água, oxicorte, corte com plasma. • União: por forma, força e material (soldagem, brasagem, difusão, colagem, e juntas mecânicas (parafusos, rebitesetc.)). • Operações de acabamento: esmerilhamento, rebarbação, polimento, lapidação, tratamento superficial (anticorrosão, revestimentos metálicos, revestimentos não-metálicos inorgânicos, pintura, proteção catódica, galvanização), tratamento térmico (recozimento, normalização, têmpera, revenido, isotérmico, endurecimento por precipitação, termoquímico) Adequabilidade de Materiais e Processos de Manufatura (Magrab, 1997) A equipe de projeto, quando da análise das alternativas de métodos para a produção, põe-se diante de variáveis de custo relacionadas aos materiais, mão-de-obra direta e indireta, ferramentas especiais, infraestrutura e capital a ser investido. A inter-relação dessas variáveis pode ser considerável e, portanto, a seleção do melhor processo de fabricação é uma tarefa nada fácil. A avaliação e a comparação das alternativas devem ser detalhadas e completas, de modo que se tome conhecimento por completo dos impactos dos vários fatores sobre os custos unitários. Atividade genérica descrita anteriormente. Critérios de Avaliação do Gate da Fase de Projeto Conceitual Atividade genérica descrita anteriormente. Atividade genérica descrita anteriormente. AULAS ANTERIORES - Utilização/Aplicação do Checklist para Obtenção de Requisitos de Produto. - Elaborar a Matriz da Casa da Qualidade. - Elaboração da Estrutura de Funções para o seu produto. HOJE - Elaboração da Matriz Morfológica do Produto. - Desenvolvimento de alternativas de solução para o produto. - Definição / Representação da Arquitetura do Produto.
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