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UDESC – Universidade do Estado de Santa Catarina FEJ – Faculdade de Engenharia de Joinville DEPS – Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas Modelagem e Testes de Produtos Prof. Régis K. Scalice Atividade: Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Projeto Detalhado Projeto Conceitual Projeto Informacional Preparação Produção Testes exploratórios Testes de avaliação Testes de validação Testes comparativos Planejamento Atividade: Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Projeto Detalhado Projeto Conceitual Projeto Informacional Preparação Produção Testes exploratórios Planejamento • Quando: Podem ser realizados desde o início do processo • Foco: mercado • Objetivo: ganhar conhecimento do perfil do usuário e das necessidades dos clientes • Como: observação, entrevistas e discussões • Resultados: principalmente qualitativos Atividade: Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Projeto Detalhado Projeto Conceitual Projeto Informacional Preparação Produção Testes de avaliação Planejamento • Quando: envolve análise mais detalhada, ainda que informal, portanto deve ser realizada num ponto mais adiante do que no caso anterior • Foco: usabilidade ou funcionalidade do produto • Objetivo: assegurar que as escolhas do projeto sejam apropriadas • Como: modelos analíticos, simulações, mock-up • Resultados: quantitativos • O QUE É MODELAR? – É criar uma representação, seja física, gráfica ou matemática, de um determinado sistema físico real (existente ou não) • TIPOS DE MODELOS: – Modelos Icônicos – Modelos Analógicos – Modelos Matemáticos – Modelos Diagramáticos – Representação Gráfica Modelos, Simulação e Otimização • eikon (gr.) = imagem ou aparência • Características: – Equivalência geométrica – Qualquer tamanho (escala) – Bi ou tri-dimensionais • Propósito: – Visualizar texturas, formas, sombras, estética – Comunicar e registrar • Limitações: – Até 3 dimensões – Otimização por visualização – Limitado ao conceito do projetista Modelos Icônicos Modelos Icônicos - Exemplos Modelos Icônicos - Exemplos Modelos Icônicos - Exemplo • Características: – Obedece aos princípios de operação originais – Só é útil quando em operação – Determina resultados numéricos • Propósito: – Simular desempenho – Permite empregar diferentes fenômenos para simular problemas • Limitações: – Fidelidade depende de suposições – Depende dos equipamentos disponíveis • Exemplos: – Embarcações para teste em tanques de prova – Modelos de barragens e portos – Modelos de aviões para teste em túneis de vento – Simuladores de vôo – Modelos de estruturas (pontes, torres, ...) MODELOS ANALÓGICOS Q = 200.000 L/h Empresa A Empresa B 1,8 km 25” MODELOS ANALÓGICOS exemplo tubulação a longa distância [ ][ ]13TL :Vazão L :ocompriment e Diâmetro − Uso de parâmetros adimensionais (1:100) Q = 0,2 L/h 18m 1/4” • Características: – Representa de forma compacta e abstrata os princípios do problema original • Propósitos: – Usa ao máximo a generalização de problemas – Leva a resultados numéricos e a relações explícitas • Limitações: – Fidelidade depende de suposições (necessita comprovação experimental) – Solução depende da habilidade matemática XaVV Δ+= 2202 MODELOS MATEMÁTICOS MODELOS DIAGRAMÁTICOS • Características: – Representa de forma esquemática um problema real – Pouca semelhança entre o modelo e o real • Propósitos: – Simplifica a visualização e entendimento do sistema • Limitações: – Necessita aprender a “linguagem” – Depende da interpretação dos “iniciados” • Exemplos: REPRESENTAÇÕES GRÁFICAS • Características: – Auxílio à visualização, comunicação e previsão de projetos – Rápida visualização do comportamento geral • Propósitos: – Apresentar, de forma visual, variações de valores e proporções MODELOS COMPUTACIONAIS - CAD • Pensar: – Facilitam o entendimento do problema – Permite levantar e analisar questões específicas – Permite testar condições de uso a custos muito baixos • Comunicar: – Facilitam a descrição do que se está pensando – Mostram condições de uso • Prever: – Permite discutir diferentes cenários e analisar possíveis soluções USOS DOS MODELOS • Controlar: – Modelos, tal qual desenhos de montagem, são usados para garantir que o executado esteja de acordo com o projetado • Ensinar e Treinar: – Permitem que, por exemplo, mergulhadores de alta profundidade ou astronautas, exercitem seus procedimentos antes de entrar em contato com ambientes perigosos. • Uma imagem fala mais que mil palavras (o mesmo vale para grande parte dos modelos) USOS DOS MODELOS • SIMULAÇÃO: é submeter o modelo à ensaios para verificar como os Sistemas Físicos Reais (SFR) se comportam • ENVOLVE: – Protótipos (primeiros exemplares dos produtos para testes) – Modelos • NECESSIDADES: – Formulação de hipóteses – Planejar os ensaios – Registrar os resultados – Analisá-los • TIPOS: – Simulação Icônica – Simulação Analógica – Simulação Matemática Modelos, Simulação e Otimização • Características: – Assemelha-se à realidade (pode haver diferenças dimensionais, de materiais, etc.) • Cuidados: – Montagem da bancada – Escolha dos equipamentos – Coleta de dados – Controle das variáveis • Exemplos: – Túnel de vento (análise de arraste aerodinâmico em carros e aviões) – Modelo de Hidroelétrica: avaliação dos impactos ambientais SIMULAÇÃO ICÔNICA 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 aResultam tipicamente em Representações Gráficas SIMULAÇÃO ICÔNICA • Características: – Compara-se algo não-familiar ou de difícil manipulação com algo familiar ou de fácil manuseio – Faz-se um sistema comportar-se de modo análogo a outro – Pouca semelhança entre o sistema real e o análogo – Trabalha com a imaginação do Engenheiro – Exige conhecimentos variados: ótica, termodinâmica, física, botânica, biologia, etc. • Cuidados: – Verificar a compatibilidade entre o sistema analógico e real (modelos analógicos) – Verificar, ao se testar um protótipo final, a validade dos dados obtidos com essa simulação • Exemplos: – Usar água para representar o ar passando nas pás ed uma turbina – Amortecedor pode ser simulado como um sistema elétrico (idem para sistema de troca de calor) SIMULAÇÃO ANALÓGICA SIMULAÇÃO ANALÓGICA F (força) u (velocidade) b (atrito) i (corrente) R (resistência) V (tensão) Sistema mecânico Sistema elétrico R e p r e s e n t a ç ã o D i a g r a m á t i c a R e p r e s e n t a ç ã o M a t e m á t i c a b Fu ubF = ⋅= R Vi irV = ⋅= • Características: – Instrumento de previsão – Simulam o COMPORTAMENTO do sistema – Fornece as saídas do sistema (usando as entradas como dados) • Cuidados: – Selecionar corretamente o equacionamento – Determinar corretamente as variáveis • Exemplos: – Equação de Bernoulli – Equação de Torricelli – Toda e qualquer equação da física H reservatório saída 2 1 z SIMULAÇÃO MATEMÁTICA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL - CAE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL - CAM • OTIMIZAÇÃO: – DEFINIÇÃO: é o processo de procura por uma solução que forneça o máximo benefício segundo algum critério. – OBJETIVO: garantir máximo desempenho em determinados parâmetros (máxima produtividade, mínimo peso, máximo rendimento, mínimo consumo, etc.) – ENVOLVE: •Seleção entre alternativas • Dedicação e empenho até a melhor solução ser encontrada Modelos, Simulação e Otimização • Por evolução – otimização decorrente de alterações e melhorias em sua concepção, processo de fabricação ou estética. • Por intuição – ligado à experiência prévia, à tomadas de decisão, analogias e combinações de sistemas • Por tentativa – processo iterativo (tentativa e erro) • Gráfica – uso de esquemas. Grande flexibilidade de alteração. • Analítico – uso de equacionamentos matemáticos $ Volume produzido CUSTO TOTAL Custo de Mão de obra Custo de matéria prima Mínimo custo total MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO Atividade: Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Projeto Detalhado Projeto Conceitual Projeto Informacional Preparação Produção Testes de validação Planejamento • Quando: realizados mais ao final do desenvolvimento do produto • Foco: usabilidade, desempenho, confiabilidade, manutenabilidade, montagem e robustez. • Objetivo: verificar ser as especificações-meta foram atendidas de forma rigorosa e consistente. • Como: usualmente o 1º protótipo funcional • Resultados: Quantitativos (formais). Avaliações formais necessárias (segurança, requisitos legais, certificação). Atividade: Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Projeto Detalhado Projeto Conceitual Projeto Informacional Preparação Produção Testes comparativos Planejamento • Quando: realizados em qualquer estágio do DP. • Foco: decisões entre alternativas • Objetivo: determinar uma preferência • Como: Comparação com alguma opção (princípios de solução ou alternativas de projeto) • Resultados: determinar superioridade, estabelecer uma preferência, analisar vantagens ou desvantagens). Desenho Manual Protótipo Físico Teste e Reprojeto Evolução do Desenvolvimento de Produto (passado) Hardware Desenvolvimento do Produto 3D CAD Mock-up Digital Prototipagem Funcional Virtual Desenvolvimento Virtual do Produto Evolução do Desenvolvimento de Produto (futuro) Processo de Projeto Conceitual Trade-off Studies Data Management Detailed CAD&CAE Design Parameters Parametric CAD Automated CAE Model Functional Analysis UDESC – Universidade do Estado de Santa Catarina FEJ – Faculdade de Engenharia de Joinville DEPS – Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas Modelagem e Testes no Projeto Detalhado Ciclos da fase de projeto detalhado SSC: sistemas, subsitemas e componentes Criar e detalhar SSCs, documentação e configuração Integrar Completar BOM Finalizar documentos Decidir fazer ou comprar SSCs Desenvolver fornecedores Avaliar SSCs, configuração e documentação do produto e processo Planejar processo de fabricação e montagem Otimizar produto e processo Calcular Desenhar Criar, reutilizar, procurar Ciclo de otimização Ciclo de detalhamento Ciclo de aquisição Projetar recursos Apesar do ciclo de otimização ser mostrado agora, ele pode ocorrer durante a realização de todas as atividades e tarefas descritas no ciclos anteriores Alternativas para avaliação do produto e seus itens Sem protótipo Com protótipo virtual ou modelo Com protótipo não funcional Com protótipo funcional qualitativa analítica experimental Análise de falhas Análise de Tolerâncias Realidade virtual Clínicas (focus group) Planejamento de experimentos CAE: computer aided engineering CAT: computer aided tolerancing Análise Experimental de Tolerâncias Cálculos Específicos Simulações CAE, CAT
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