Projetos mecanicos na industria 4 0

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INDUSTRIA 4.0
Segundo o portal da industria(http://www.portaldaindustria.com.br/industria-de-a-z/industria-4-0/), a indústria 4.0 é um conceito que representa a automação industrial e a integração de diferentes tecnologias como inteligência artificial, robótica, internet das coisas e computação em nuvem com o objetivo de promover a digitalização das atividades industriais melhorando os processos e aumentando a produtividade.
Dentre as tecnologias que comentadas pelo portal da indústria, podemos destacar aqui:
Manufatura digital - é o uso de um sistema integrado, baseado em computador, que
consiste em simulação, visualização 3D, análises e ferramentas de colaboração para criar definições de processos de manufatura e produto simultaneamente.
Manufatura aditiva: consiste na fabricação de peças a partir de um desenho digital
(feito com um software de modelagem tridimensional), sobrepondo finas camadas de
material, uma a uma, por meio de uma Impressora 3D. Podem ser utilizados materiais
como plástico, metal, ligas metálicas, cerâmica e areia, entre outros.
Sistemas de simulação: utilização de computadores e conjunto de técnicas para gerar modelos digitais que descrevem ou exibem a interação complexa entre várias variáveis dentro de um sistema, imitando processos do mundo real.
Digitalização: consiste no uso de tecnologias digitais para transformar processos de produção, de desenvolvimento de produtos e/ou modelos de negócios, visando a otimização e eficiência nos processos. A transformação digital abrange: projeto e implementação de plano de digitalização, sensoriamento, aquisição e tratamento de dados.
Essas quatro tecnologias características da indústria 4.0 estão intimamente ligadas ao processo de desenvolvimento de projetos mecânicos e trazem para a engenharia a necessidade imprescindível de utilizar softwares para desenhos técnicos, cálculos, analise, modelagem entre outros na indústria 4.0.
ETAPAS DE UM PROJETO MECÂNICO.
Um projeto mecânico é um processo com passos ordenados para alcançar um determinado objetivo. Mas qual o primeiro passo? Qual a sequência de passos deve ser tomada??
É comum ao projetista em seu primeiro trabalho, buscar realizar todos os cálculos, e conhecendo as dimensões, partir para a montagem e produção dos desenhos técnicos. Porém essa sequência de passos costuma ter um problema muito grande, erros durante a montagem, fazendo com o projetista precise recalcular tudo e então redesenhar tudo. Por isso essa não é uma boa forma.
A sequência mais correta para se desenvolver um projeto mecânico é inicialmente entender bem o que se precisa projetar, obviamente, e então buscar por equipamentos semelhantes e/ou que executem a mesma função. A partir daí, o projetista pode fazer um rascunho ou rabisco, ainda sendo muito conceitual, imaginando como seria o equipamento quando finalizado. Posteriormente o projetista deve partir para a produção do CAD, - sim, é melhor fazer um CAD antes de executar os cálculos dimensionais - nos primeiros trabalhos existira muita dúvida sobre qual dimensão colocar, mas com tempo e com o auxílio da pesquisa que já foi feita, o projetista vai começar a intuir valores mais assertivos. Feito o CAD, o projetista deve então efetuar os cálculos dimensionais com base nas dimensões intuídas, se necessário - costuma não ser necessário - então deve alterar o CAD e refazer os cálculos do que for necessário. Tudo concluído, montagem pronta, cálculos conferidos, então é hora de fazer os desenhos técnicos - em 2D- para pode seguir pra fabricação. Seguindo essa sequência (projeto conceitual, desenho CAD 3D, cálculos dimensionais e desenho CAD 2D) o projetista será mais assertivo, economizará tempo e garantira mais qualidade ao seu trabalho.
O QUE É DIMENSIONAR E O QUANTO ISSO INTERFERE NOS PROJETOS MECÂNICOS?
Um projeto mecânico é uma sequência de processos que precisam ser executados a vistas de se obter como resultado as diretrizes de construção e/ou montagem de uma máquina, equipamento ou estrutura. Um dos processos mais importantes no projeto mecânico é o dimensionamento de peças e elementos do seu projeto. Muitas vezes somos contratados para elaborar um projeto mecânico, e o contratante querendo "mostrar que já sabe de tudo" nos fala sobre uma parte especifica do projeto como se esse fosse o todo, a comunicação visual e os desenhos técnicos. Por achar que engenharia é a arte de fazer desenhos, constantemente nos deparamos com contratantes que acreditam ser caros os valores dos nossos serviços, ou demorados os prazos solicitados, e por isso, vejo até alguns engenheiros que em face dessa pressão aceitam fazer um desenho tomando por projeto. NÃO FAÇAM ISSO!
Passamos anos na faculdade aprendendo sobre Matemática, Física e Engenharia para poder no momento em que for necessário criar provas matemáticas, baseadas em conceitos físicos e técnicos de que determinado sistema funciona, ou seja, dimensionar, ao final, fazemos um desenho e um relatório. Porém saber dar dimensões, e provar matematicamente que essas dimensões são suficientes para resistir as diversas solicitações ao qual o nosso projeto mecânico será submetido é a habilidade que mais diferencia o engenheiro em sua profissão, a habilidade de menos conhecimento da população em geral, até mesmo para quem trabalha com processos industriais e a habilidade pela qual exigimos os valores pagos aos nossos serviços. Por isso, dimensionar, é a atividade mais importante do engenheiro e o processo chave na produção de um projeto mecânico.
CAD E A SUA OBRIGATORIEDADE NOS PROJETOS MECÂNICOS.
É realmente obrigatório, se você tem um projeto mecânico a desenvolver, vai ter que escolher um programa de CAD, de preferência um programa que gere CAD em 3D. Porque isso?? É comum para projetistas mais inexperientes, tentar calcular todas as coisas e então partir para fazer o CAD, o que vai perceber nesse processo é que por muitas vezes o CAD tem problemas com a montagem, então o projetista tem que redesenhar e remontar tudo o que acaba implicando em muitas horas de retrabalho que poderiam ser evitadas caso o CAD fosse feito antes. Contudo, ainda existe felicidade para o projetista que tentou fazer o modelo 3D e percebeu o erro, pior seria se produzisse as folhas de desenho, encerrasse o desenvolvimento e mandasse fabricar sem conferir a montagem.
É possivelmente por esse motivo, que os projetista mais antigos, mandatoriamente faziam protótipos, pois na prototipagem, guardadas as relativas dimensões e escalas, era possível observar os problemas de montagem e dimensionamento. Hoje, porém, a prototipagem, propriamente dita, praticamente caiu em desuso sendo feito maquetes e modelos 3D, que ainda é um tipo especial de protótipo, para observar como será a síntese ou forma final do projeto.
Além disso, o CAD confere muita velocidade e qualidade em relação ao desenho manual sendo esse recomendado apenas para trabalhos em campo.
Assim é possível reafirmar que o CAD é realmente obrigatório, se você tem um projeto mecânico a desenvolver, e vai ser necessário escolher um programa de CAD que de preferência gere CAD em 3D.
CAD DESENHO MANUAL E OS PROJETOS MECÂNICOS.
A sigla CAD é utilizada para se referir a tecnologia de desenho assistido por computador. Esse tipo de tecnologia é baseada em um sistema para documentação técnica e desenho em 2D e 3D com o objetivo de substituir o desenho manual.
Já a muito tempo e principalmente na indústria 4.0 o desenho manual vem cada vez mais entrando em desuso por engenheiros e projetista, parte pela facilidade de se fazer um desenho em CAD, e parte pela necessidade de duplicar e/ou enviar os arquivos produzidos. Fato é, que o CAD conquistou espaço e veio para ficar.
Apesar do desenho a mão não está mais em uso para produzir documentos técnicos profissionais, é indispensável ao projetista conhecer essas técnicas de desenho manual principalmente as de desenho a mão livre, sem uso de instrumentos de desenho, pois por diversas vezes no trabalho em campo o projetista necessitara realizar croquise rabiscos que sejam "inteligíveis" e represente o que está sendo discutido para posteriormente replicar no computador por um sistema CAD.
Logo, as duas modalidades de produção de desenhos devem ser aprendidas e utilizadas pelo projetista mecânico, contudo o desenho a mão livre será mais indicado quando o projetista precisa apenas de uns rabiscos, mas esse rabiscos precisam ser inteligíveis, já para a produção de documentos técnicos o CAD leva infinita vantagem sobre o desenho manual tanto pela qualidade, quanto pela facilidade e a capacidade de duplicar o arquivo.
O QUE É UMA SIMULAÇÃO E QUAL SUA APLICAÇÃO NOS PROJETOS MECÂNICOS?
Todo modelo implementado em computador com o objetivo de imitar um sistema físico real e analisar o resultado sob determinadas condições de contorno aplicadas sobre esses referido sistema, é uma simulação.
Dessa forma uma simulação pode ser a criação de uma modelo 3D para avaliar montagens e posicionamentos, um algoritmo para analisar tensões solicitações de carga ou mesmo uma análise cinemática em um software matemático, todas essas são formas de simular um sistema real, ou seja, imitar o seu funcionamento em um computador para observar resultados.
Na elaboração de uma projeto mecânico, fazer simulações pode ser fundamental para o sucesso do equipamento, máquina ou estrutura que está sendo projetada, além de que, como já foi comentado nessa página, a indústria 4.0 praticamente exige do profissional o uso de tecnologias de digitalização, manufatura digital e sistemas de simulação para a execução do trabalho. Tecnologias que reduzem custos e prazos. Por isso para o projetista mecânico é necessário saber fazer as mais diversas simulações, e, o projetista "hacker" usa sempre as melhores ferramentas para executar o trabalho.
O QUE É UM ALGORITMOS E QUAL SUA APLICAÇÃO NOS PROJETOS MECÂNICOS?
Um algoritmo é uma sequência de ações que devem ser tomadas para resolver um determinado tipo de problema. Essa sequência de ações são procedimentos precisos, sem ambiguidade, padronizados e eficientes. Um software, pode ser definido, como uma coleção de algoritmos menores combinados de modo único.
Na elaboração de projetos mecânicos, quando temos que dimensionar uma peças ou elemento, seguimos uma determinada sequência de passos onde calculamos uma quantidade finita de variáveis e analisamos os resultados, ou seja, dimensionar é executar um algoritmo. E sabendo disso, porque fazer todo esse trabalho "na mão" se é possível escrever um algoritmo em um software de preferência do projetista, e recorrer a esse algoritmo quando necessário? Por isso considero muito importante que o projetista mecânico tenha em uma biblioteca digital uma serie de algoritmos para executar sempre que necessário e dimensionar peças e elementos. Isso pode dar velocidade ao seu trabalho, além de evitar que se cometa erros nos cálculos por conta do cansaço acumulado.
ENGENHARIA 4.0
A indústria 4.0 vem com diversas revoluções na engenheira em particular na área de projetos mecânicos com tecnologias características indústria como a manufatura digital, a manufatura aditiva, os sistemas de simulação e a digitalização de processos.
Essa revolução criou na engenharia a necessidade que o engenheiro 4.0(engenheiro atuante nessa revolução), esteja atento a utilização de softwares e aplicativos que possibilitem o trabalho em consonância com o conceito da indústria 4.0, fato que, a maioria dos trabalhos na área de projetos mecânicos nos dias de hoje tem prazos curtos e/ou buscam baratear o seu desenvolvimento com a utilização de ferramentas de cálculo, analise e modelagem mais poderosas, e por isso, não só de agora, se torna cada vez mais indispensável ao engenheiro desenvolver habilidades em softwares e apps que auxiliem nesse trabalho.
Entre esses softwares e aplicativos podemos citar:
CAD - Solidworks, FreeCad, AutoCad...
Computação numérica - Matlab, Scilab, Mathcad...
Geometria dinâmica - geogebra, desmos, Wolfram, Mathway...
Gestão - Projectmaneger, Melvin, Fremind, opennproject...
Existem ainda muitos outros softwares para outras situação, alguns exigem licenças, outros não, mas sem dúvida, a utilização de softwares e app se torna cada vez mais indispensável.
SOFTWARES PAGOS OU GRATUITOS? QUAL O MELHOR? QUAL A DIFERENÇA?
É evidente a necessidade de se utilizar softwares durante o desenvolvimento de projetos mecânicos, porém pode se restar ainda a dúvida sobre quais os melhores softwares e ainda se é melhor um software livre ou um software pago. Sobre essa última duvida temos aqui algumas vantagens dos softwares gratuitos e pagos.
Software livre
- Mais seguro, pois há menos esforço em hackear, e o esforço de uma comunidade toda em tornar mais seguros.
-Confiável, pois são constantemente atualizados, principalmente os mais antigos.
- Custo benefício, são geralmente gratuitos.
- Personalização, em sua grande maioria podem ser alterados para atender necessidades especificas já que costumam ter código aberto.
Software pagos
- Funcionalidades, pois normalmente os softwares pagos dados os seus investimentos possuem mais funcionalidades e são mais divulgados.
- Compatibilidade, ainda pelo mesmo motivo, os softwares pagos costumam ser mais compatíveis com mais sistemas.
- Universalidade dos arquivos gerados, pois por serem mais divulgados os softwares pagos normalmente tem arquivos que podem ser compartilhados com mais facilidade.
É verdade que existe ainda muita desconfiança sobre a utilização de softwares livres, as pessoas costumam em seu íntimo acreditar que se não precisar pagar pra usar é porque não presta, porém os desenvolvedores dos softwares costumam cobrar por algumas atividades de suporte ou recebem patrocínio para desenvolver, além do interesse dos usuários em melhorar cada vez mais os softwares utilizados, em vista disso temos sim muitos softwares livres que fazem frente e até superam alguns softwares pagos, sendo então uma excelente opção para o desenvolvimento do seu projeto mecânico.
QUAIS SOFTWARES LIVRES POSSO UTILIZAR NO DESENVOLVIMENTO DOS MEUS PROJETOS MECÂNICOS?
Softwares livre podem ser utilizados para o desenvolvimento do seu projeto mecânico com confiabilidade e segurança. Alguns softwares livres que podem ser utilizados são:
Scilab - Software que foi desenvolvido desde 1990 e distribuído pela internet desde de 1994. Hoje o software é mantido e desenvolvido pela Scilab enterprises. Tem como principal funcionalidade no desenvolvimento de projetos mecânicos um ambiente muito amigável para a construção de algoritmos que sirvam como rotina de cálculo. O Scilab é um software de linguagem própria, porém muito intuitiva que se assemelha a linguagem em Pascal, porém sem a necessidade de declarar variáveis. Pode ser adquirido sob os parâmetros da licença CeCILL que é compatível com a GPL.
FreeCad - Software que foi lançado em 2002 pela The FreeCad Team, e vem sendo constantemente aperfeiçoado pela comunidade do FreeCad. Tem como principal utilização a produção de modelos 3d e desenhos técnicos, e pode ser adquirido sob os parâmetros da licença LGPL2+.
Ftool - Software desenvolvido por professores e alunos da Puc/Rio entre 1992 e 1992 e desde então vem sendo atualizado por pesquisadores ligados a instituição. O Ftool é uma excelente solução para analises estáticas em 2D, e possui duas versões uma gratuita e outra paga.
Geogebra - Definido com um software matemático é uma excelente solução para a análise mecanismos, tanto analise posicional quanto cinemática. O Geogebra é desenvolvido e atualizado pela Markus Hohenwarer e disponibilizado sob os parâmetros da licença GPL.
Esses são os softwares mais essenciais, alguns outros podem ser utilizados que pretendo falar em outra publicação.
CAD/CAM/CAE E OS PROCESSOS DA ENGENHARIA 4.0.
O CAD é o desenho assistido por computador. Serve tanto para construção de maquetes digitais e modelos 3D quanto para a elaboração de documentação técnica, com os desenhos de conjuntos, montagem entre outros nos projetos mecânicos. Já a sigla CAE diz respeito a engenhariaassistida por computador, porém essa sigla é usada principalmente para tecnologias de simulação de esforços, térmicas e fluidodinâmicas.
Além disso, CAM é a manufatura assistida por computador, onde o computador opera maquinas-ferramentas - torno, fresa e etc. - por meio de controle numérico computadorizado (CNC).
A utilização dessas tecnologias vem se tornando cada vez mais uma necessidade aos processos de engenharia na indústria 4.0 seja pela precisão e qualidade conferida, seja pela velocidade ou até mesmo pela redução de custos. 
A tecnologia CAE oferece inúmeras vantagens em comparação com o processo analítico tradicional pois o processo analítico tradicional faz diversas considerações arredondamentos visando facilitar a execução dos cálculos. Já o CAE, por ser o computador o responsável por realizar os cálculos dimensionais do projeto mecânico, não necessita fazer tantas ponderações, tornando o resultado mais próximo do real. Contudo, para utilizar essa tecnologia, é necessário antes produzir um CAD, além de que, os softwares de CAE são pagos.
A tecnologia CAM, no projeto mecânico, tem por objetivo fabricar peças e elementos de maquinas usando CNC para garantir maior precisão dimensional ao projeto. E assim como o CAE necessita de um projeto em CAD para poder operar. 
A tecnologia CAD é então de suma importância e precede a utilização de outras tecnologias, por isso é necessário ao projetista mecânico, conhecer e utilizar com habilidade softwares de produção de CAD, como por exemplo o FreeCad, que é um software livre e confiável por razão de ser desenvolvido e melhorado continuamente a quase vinte anos.
QUAL O MELHOR SOFTWARE CAD?
O melhor software CAD do mundo é aquele que você sabe operar, e que lhe pareça mais amigável, pois escolher um software para utilizar em seus ´projetos mecânicos é também uma questão de afinidade e conhecimento da interface do software.
Mas para além de afinidade e amabilidade de interface existe também a necessidade, exemplo, se seu objetivo é trabalhar com projetos mecânicos de estruturas, utilizar o AutoCad é uma excelente solução, além de resolver o seu problema, a compatibilidade e universalidade desse software evitam dores de cabeça quanto a compartilhamentos. Porém se seu projeto mecânico é de maquinas, uma boa opção pode ser o FreeCad, que é um software leve, e pensado para engenharia mecânica, entretanto, não é um bom software para simulações, então, se seu objetivo é unir o melhor do CAD e CAE o Solidworks e o CATIA são opções bem conhecidas e que resolvem esse problema, mas ainda existe a possibilidade de que sua principal preocupação seja apenas as analise em CAE, daí não faz sentido utilizar softwares como Solidworks e CATIA, nesse caso o Ansys seria a melhor solução, fato que o Ansys não é muito recomendado para CAD, apesar de ser possível realizar CAD em Ansys.
Então podemos concluir que a escolha do melhor Software tem a ver com sua necessidade e afinidade com o software, sendo então uma decisão particular de cada projetista.
COMO E PORQUE UTILIZAR O FREECAD EM PROJETOS MECÂNICOS?
O FreeCad é um software que serve para a produção de modelos 3D, montagens de peças e produção de desenho técnico das peças, maquinas e equipamentos desenvolvidos no seu projeto mecânico. O trabalho no FreeCad se desenvolve em ambientes específicos, assim como em outros softwares de CAD, existe uma ambiente para desenvolver peças, outro para montagem e outro para produzir desenhos técnicos e etc..
O FreeCad é um software open-source, e vem sendo desenvolvido de e aperfeiçoado desde 2002. É permitido além da utilização do software, alterar o seu código fonte e/ou implementar novos ambientes.
O FreeCad pode ser instalado em Linux, Windows ou Mac sendo então um software multiplataforma. Em comparação com outros softwares, a utilização do FreeCad não é tão intuitiva, mas ainda assim é bastante simples de se utilizar.
Observando tudo que foi dito, o FreeCad, se torna uma excelente solução para projetos mecânicos, até mesmo porque foi desenvolvido com esse intuito, é necessário um tempo para se adaptar ao ambiente e aprender a utilizar com eficiência as ferramentas, porém, não é nada absurdo.
COMO E PORQUE UTILIZAR O GEOGEBRA EM PROJETOS MECÂNICOS?
O geogebra é o software matemático gratuito que pode ser utilizado no desenvolvimento de projetos mecânicos para simulação de mecanismos.
Apesar de serem utilizados em menor frequência do que já foram, uma vez que o controle eletrônico é mais eficiente, ainda existe em muitas situações a necessidade de projetar um mecanismo, por exemplo, uma mesa acionada manualmente, ou um amassador de latinhas, entre outros mecanismo principalmente de acionamento manual.
O software geogebra é uma boa solução para fazer análises de posição de mecanismos, e analise cinemática, observando velocidade e aceleração graficamente no software.
COMO E PORQUE UTILIZAR O FTOOL EM PROJETOS MECÂNICOS?
O Ftool é um Software de cálculo estrutural, e excelente solução para realizar analises estáticas em 2d.
No desenvolvimento de projetos mecânicos necessitamos muitas vezes realizar analises estáticas, seja de uma estrutura de apoio de maquinas, um pórtico ou mesmo para o dimensionamento de um eixo ou ainda outra questão especifica da máquina ou equipamento que você está estudando ou desenvolvendo, sempre surge essa necessidade.
O Ftool traz de forma gráfica e intuitiva uma solução para acelerar o desenvolvimento do seu projeto mecânico. No software, desenvolvido e mantido por pesquisadores ligados a Puc/Rio, o projetista pode definir material, forma e dimensões em 2D do que pretende simular, além dos pontos de apoio e a ordem - nível de restrição - desses pontos, e tem como resposta dessa simulação informações como deflexão de linha neutra, digrama de momento fletor, força cortante e força normal.
O Software é compatível com Windows e Linux, o que pode ser uma desvantagem. Foi desenvolvido em 1992 e vem sendo aperfeiçoado desde então.
Assim, como apresentado, o Ftool além de ser simples de usar, é confiável quanto ao seu uso, porém não é compatível com muitos sistemas operacionais, ainda assim se apresenta como uma excelente opção para realizar analises estáticas de apoios e elementos de maquinas.
COMO E PORQUE UTILIZAR O SCILAB EM PROJETOS MECÂNICOS?
O Scilab é um software de computação numérica, e excelente solução para criar rotinas de cálculo.
Por muitas vezes no desenvolvimento de projetos mecânicos precisamos repetir os cálculos de dimensionamento de uma peça ou elemento de maquinas diversas vezes até encontrar a melhor solução. Realizar esse trabalho na mão pode ser além de muito demorado, cansativo e estressante, por isso ter um algoritmo que possa te auxiliar a realizar os cálculos é extremamente oportuno para o projetista.
Além disso, o Scilab é um software livre de código aberto e que possui linguagem Propriá - linguagem Scilab - no ambiente de trabalho, porém muito intuitiva, não se faz necessário declarar variáveis e é case sensitive - diferencia A e a como duas variáveis diferentes - o que torna a utilização do software além de fácil eficiente.
O Software é multiplataforma podendo ser utilizado no Windows, Linux, Mac Os X e BSD. Foi desenvolvido em 1990 e vem sendo aperfeiçoado desde então.
Assim, como apresentado, o Scilab além de ser simples de usar, é compatível com muitos sistemas operacionais e confiável quanto ao seu uso, se tornando uma excelente opção para criar algoritmos de dimensionamento de peças e elementos de maquinas.