Projeto de Máquinas Agrícolas - Uma Abordagem Sistemática

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
 
DEPARTAMENTO DE 
ENGENHARIA AGRÍCOLA 
 
 
 
 
Apostila 
 
ENG 431 -PROJETO DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS 
 
 
 
PROJETO DE ENGENHARIA 
UMA APROXIMAÇÃO SISTEMÁTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Traduzido e adaptado por 
Ricardo Capúcio de Resende 
 
Viçosa, MG – 2005 
 
 
 
 
 2 
Índice 
Prefácil ........................................................................................................................................................................4 
1. Introdução .......................................................................................................................................................................5 
1.1. Campo de atividades ................................................................................................................................................5 
1.1.1. Tarefas e atividades...........................................................................................................................................5 
1.1.2. Tipos de projeto ................................................................................................................................................6 
1.1.3. Necessidade e natureza da sistematização do processo de projeto....................................................................6 
1.2. O desenvolvimento de uma metodologia de projeto ................................................................................................7 
1.2.1. História..............................................................................................................................................................7 
1.2.2. Métodos modernos de projeto ...........................................................................................................................9 
1.2.3. Outras propostas..............................................................................................................................................12 
1.2.4 Comparação geral e declaração do objetivo do livro pelos autores..............................................................13 
2. Fundamentos .................................................................................................................................................................15 
2.1. Sistema, usina, equipamento, máquina, montagem e componente.........................................................................15 
2.2. Conservação de energia, material e sinais..............................................................................................................16 
2.3. O relacionamento funcional ...................................................................................................................................16 
3. O processo de projeto....................................................................................................................................................16 
3.1. Resolvendo um problema geral..............................................................................................................................16 
3.2. Fluxo de trabalho durante o processo de projeto....................................................................................................17 
4. Clarear a tarefa ..............................................................................................................................................................20 
4.1. Elaboração de uma lista de requisitos (especificação de projeto) ..........................................................................20 
4.2. O Desdobramento da Função Qualidade (QFD) ou “Casa da Qualidade” .............................................................23 
5. Projeto conceitual..........................................................................................................................................................30 
5.1 Abstraindo para identificar problemas essenciais ...................................................................................................30 
5.2 Estabelecimento de uma estrutura de funções.........................................................................................................30 
5.2.1 Função total......................................................................................................................................................30 
5.2.2 Quebrando a função total em subfuncões.........................................................................................................31 
5.2.3 Considerações físicas .......................................................................................................................................31 
5.2.4 Uso prático de estruturas de funções................................................................................................................33 
5.3 Procurando por princípios de solução para atender as subfunções..........................................................................34 
5.3.1. Auxílios convencionais ...................................................................................................................................35 
5.3.2. Métodos com canal intuitivo ...........................................................................................................................37 
5.3.3 Elaboração de uma matriz morfológica............................................................................................................40 
5.4 Combinando princípios de solução para satisfazer a função total...........................................................................44 
5.5 Selecionando combinações adequadas....................................................................................................................45 
5.6 Fixando em variantes conceituais ...........................................................................................................................47 
5.7 Avaliando variantes de concepção contra critérios técnicos e econômicos.............................................................48 
5.7.1 Princípios básicos.............................................................................................................................................48 
5.7.2 Identificando critérios de avaliação..................................................................................................................49 
5.7.3 Pesando critérios de avaliação..........................................................................................................................50 
5.7.4 Compondo parâmetros .....................................................................................................................................52 
5.7.5 Estimando valores ............................................................................................................................................53 
5.7.6 Determinando o valor total...............................................................................................................................54 
5.7.7 Comparando variantes conceituais ...................................................................................................................54 
5.7.8 Comparação aproximada de variantes de solução............................................................................................57 
5.7.9 Estimando incertezas da avaliação ...................................................................................................................57 
5.7.10 Procurando por pontos fracos.........................................................................................................................59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
Índice de Figuras 
 
Figura 1.1. A atividade central do projeto de engenharia segundo Dixon e Penny .............................................................5Figura 1.2. Passos de projeto de acordo com Hansen .......................................................................................................10 
Figura 1.3. Passos de projeto de acordo com Rodenaker ..................................................................................................11 
Figura 2.1. Sistema: “Acoplamento” a...h elementos do sistema; i, l, k elementos de conecção; S sistema geral; S1 
subsistema “Acoplamento Flexível”; S2 subsistema “embreagem”:E entradas; S saídas ................................................15 
Figura 3.1. Processo de decisão geral ................................................................................................................................17 
Figura 3.2. Passos do processo de planejamento e projeto ................................................................................................18 
Figura 4.1. Lista de checagem para elaboração da lista de requisitos ...............................................................................21 
Figura 4.2. Lista de requisitos de uma semeadora adubadora para plantio direto .............................................................22 
Figura 4.3. Elementos básicos da casa da qualidade – QFD .............................................................................................23 
Figura 4.4. Exemplo hipotético de alocação hierárquica dos requisitos do consumidor ...................................................24 
Figura 4.5. Alocação dos requisitos de projeto (RP) na matriz planejamento (hipotético) ...............................................24 
Figura 4.6. Preenchimento das matrizes de relacionamento e correlação .........................................................................25 
Figura 4.7. Colunas de avaliação de mercado (exemplos hipotéticos)...............................................................................26 
Figura 4.8 Exemplo de uma Casa da Qualidade hipotética............................................................................................... 28 
Figura 4.9. Casa da qualidade para uma semeadora adubadora para o plantio direto........................................................29 
Figura 5.1 Passos do projeto conceitual.............................................................................................................................30 
Figura 5.2 Símbolos para representar subfunções numa estrutura de funções...................................................................31 
Figura 5.3 Função total e subfunções de uma máquina de ensaios de tração.....................................................................32 
Figura 5.4 Estrutura de funções completa de uma máquina de ensaios de tração em corpos de prova.............................32 
Figura 5.5 Exemplo de estrutura de funções para uma semeadora adubadora para plantio direto....................................33 
Figura 5.6 Parede de uma haste (talo) de trigo...................................................................................................................35 
Figura 5.7 Construção “sandwich” para estruturas de baixo peso.....................................................................................36 
Figura 5.8 Ganchos de um carrapicho e fecho tipo Velcro................................................................................................37 
Figura 5.9 Características para variação na procura (área física).......................................................................................40 
Figura 5.10 Características para variação na procura (área de projeto da forma)..............................................................41 
Figura 5.11 Matriz morfológica para uma colhedora de alho............................................................................................42 
Figura 5.12 Combinando princípios de solução.................................................................................................................45 
Figura 5.13 Extrato da lista de propostas de solução para um sistema de medição de combustível..................................47 
Figura 5.14 Quadro de seleção para um sistema de medição de combustível....................................................................47 
Figura 5.15 Estrutura de uma árvore de objetivos..............................................................................................................49 
Figura 5.16 Árvore de objetivos com fatores de peso........................................................................................................50 
Figura 5.17 Árvore de objetivos com fatores de peso para um aparelho de testes de cargas de impacto..........................52 
Figura 5.18 Escalas de valores...........................................................................................................................................53 
Figura 5.19 Quadro de correlação entre magnitude dos parâmetros e escala de valores...................................................54 
Figura 5.20 Avaliação de quatro variantes de concepção de aparelho para testes de cargas de impacto..........................55 
Figura 5.21 Diagrama de taxas...........................................................................................................................................56 
Figura 5.22 Determinação da taxa total pelos métodos da linha reta e hiperbólico...........................................................57 
Figura 5.23 Avaliação binária de variantes de solução......................................................................................................57 
Figura 5.24 Lista de checagem com tópicos principais para avaliação durante a fase conceitual.....................................58 
Figura 5.25 Perfil de valores para comparação de duas variantes......................................................................................59 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4 
Prefácil 
 
 O objetivo desta apostila é apresentar uma metodologia de projeto de engenharia para 
utilização no desenvolvimento de máquinas. A maior parte dessa apostila foi traduzida e adaptada 
do livro: Engineering design: A Systematic Approach, dos autores Gerhard Pahl e Wolfgang Beitz. 
Objetivou-se apresentar conhecimento introdutório ao assunto para suprir a carência de literatura 
nessa área do conhecimento, escrita em português. Ao elaborar essa apostila procurei condensar as 
informações do livro citado acima, dando maior ênfase ao projeto conceitual.
 5 
1. Introdução 
 
 
1.1. Campo de atividades 
 
1.1.1. Tarefas e atividades 
 
 A principal tarefa do projetista é aplicar o conhecimento científico para solucionar um 
problema técnico e depois otimizar esta solução, utilizando os materiais disponíveis e respeitando 
as restrições tecnológicas e econômicas. 
 Projeto é a tentativa de satisfazer certas demandas da melhor maneira possível. Ele é uma 
atividade de engenharia que influencia todas as esferas da vida humana. Baseia-se em descobertas e 
leis da ciência, usando-as para criar produtos úteis. 
 O processo de projeto pode ser colocado no centro de duas correntes que se interceptam 
(Figura 1.1.). 
POLÍTICA
SOCIOLOGIA,
PSICOLOGIA
ECONOMIA
PROJETO DE
ENGENHARIA
PROJETO
INDUSTRIAL
PROJETO
ARTÍSTICO
ARTE
CIÊNCIA CIÊNCIA DEENGENHARIA
TECNOLOGIA DE
ENGENHARIA PRODUÇÃO
 
 Figura 1.1. A atividade central do projeto de engenharia segundo Dixon e Penny 
 
Psicologicamente, projeto é uma atividade criativa baseada em conhecimentos de 
matemática, física, química, mecânica, termodinâmica, hidrodinâmica, engenharia elétrica, 
engenharia de produção, tecnologia de materiais e teoria de projeto. Todas com conhecimento 
prático e experiência em campos específicos. Iniciativa, decisão, compreensão econômica, 
persistência, otimismo, sociabilidade e trabalho emequipe, são essenciais para projetistas e 
indispensáveis para os que ocupam posição de responsabilidade. 
 Em relação à sistemática, projeto é uma otimização de certos objetivos com restrições 
parcialmente conflitantes. Requisitos mudam com o tempo, então uma solução particular só pode 
ser otimizada numa conjuntura particular. 
 Em relação à organização, o processo de projeto influencia essencialmente a manufatura, o 
processamento de matéria prima e os produtos. Durante a atividade de projeto, é necessário uma 
colaboração próxima com trabalhadores de áreas diversas. Então para coletar as informações que 
precisa, o projetista deve estabelecer ligações próximas com vendedores, compradores, contadores, 
planejadores, engenheiros de produção, especialista em materiais, pesquisadores, engenheiros de 
testes e especialista em normalizações. Trocas freqüentes de experiências e um bom fluxo de 
 6 
informação são essenciais em projeto de máquinas. Portanto essas atividades devem ser encorajadas 
por organização apropriada e exemplo pessoal. 
 
1.1.2. Tipos de projeto 
 
 Projeto original envolve a elaboração de um princípio de solução original para um sistema 
ou máquina; para a mesma, similar ou nova tarefa. 
 Projeto adaptativo envolve uma adaptação de um sistema conhecido para uma nova tarefa, 
mantendo o mesmo princípio de solução. Usualmente fazem-se projetos originais de algumas partes 
ou subsistemas. 
 Projeto variante envolve variação do tamanho e/ou arranjo de certos aspectos de um dado 
sistema, as funções e o princípio de solução permanecem inalterados. Usualmente substituem-se 
materiais ou alteram-se as restrições e a tecnologia. 
 
1.1.3. Necessidade e natureza da sistematização do processo de projeto 
 
 O projetista tem que ser uma pessoa versátil. Se considerarmos a vasta faixa de produtos que 
ele ajuda a fazer e o conhecimento especializado ou experiências que ele enfrenta, fica claro que seu 
trabalho não se encaixa em uma estrutura rígida. Porque o projeto tem um efeito crucial nos valores 
técnicos e econômicos do produto, os métodos de produção só podem ser otimizados dentro da 
estrutura de trabalho que ele estabeleceu. O projetista deve dirigir-se por uma aproximação 
confiável. 
 Uma metodologia de projeto deve: 
• Encorajar uma aproximação direta ao problema. 
• Promover a invenção e a compreensão, facilitando a procura por soluções ótimas. 
• Ser compatível com conceitos, métodos e descobertas de outras disciplinas. 
• Não confiar em chances. 
• Facilitar a aplicação de soluções conhecidas. 
• Ser compatível com o processamento eletrônico de dados. 
• Ser facilmente compreendida. 
• Refletir o pensamento do gerenciamento científico moderno, reduzindo a carga de trabalho, 
economizando tempo, evitando erros humanos e ajudando a manter o interesse ativo. 
 
 Tal aproximação irá guiar o projetista às possíveis soluções mais rápido e diretamente. 
Como as diversas áreas do conhecimento têm se tornado mais científicas, e como o uso de 
computadores tem necessitado de uma preparação lógica dos dados, o projeto também deve se 
tornar mais lógico, mais seqüencial, mais transparente e mais aberto à correções. Uma contribuição 
mais significativa dos projetistas de máquinas só é possível quando seus métodos e estilo de 
trabalho estão alinhados com os desenvolvimentos da ciência e com as práticas industriais. 
 Isso não significa que a intuição ou a experiência são menos importantes. Pelo contrário, o 
uso adicional de procedimento sistemático serve para aumentar o rendimento e a criatividade de 
projetistas talentosos. O sucesso real é pouco provável sem intuição. 
 No ensino de métodos de projeto, deve-se incentivar e guiar as habilidades próprias do 
estudante, encorajar a criatividade, e ao mesmo tempo convencê-lo da necessidade de uma 
avaliação objetiva dos resultados. Procedimentos sistemáticos ajudam a tornar o processo de projeto 
mais compreensível, e também facilita o trabalho do professor. Porém, o estudante deve ser 
advertido contra o tratamento da opinião do professor como dogma. O melhor professor tenta 
meramente dirigir os esforços do estudante do inconsciente para o consciente. Como resultado, 
quando ele colabora com outros engenheiros, o projetista não vai meramente defender sua opinião, 
mas será capaz de tomar a liderança. 
 A utilização de uma metodologia de projeto sistematizada pode produzir uma verdadeira 
aproximação racional, e conseqüentemente, soluções gerais válidas. Isto é, soluções que poderão ser 
 7 
utilizadas com freqüência. Ele também ajuda a estabelecer um plano de trabalho baseado num 
planejamento de projeto racional. Essa aproximação possibilita ao projetista prever quanto tempo 
gastará não só no estudo de viabilidade, mas também na procura por soluções e na avaliação dos 
resultados. A sistematização do processo de projeto aumenta a confiança nas leis de similaridades 
que são muito úteis nos testes de modelos. Ela possibilita o uso consistente de especificações 
normalizadas, variações de tamanho e métodos modulares, Além disso, a sistematização do 
processo de projeto facilita racionalizações posteriores, não só na atividade de projeto, mas de todo 
o processo de produção. 
 Tempo é dinheiro! Projeto sistematizado facilita o desdobramento racional do computador e 
de sistemas de dados. Por isso, é relativamente fácil determinar a quantidade de trabalho necessária 
de ser ser executada por computador. Essas observações também são aplicáveis para as atividades 
indiretas do projeto, como coleta de informações sobre normas técnicas, componentes, materiais 
etc.. 
 Uma aproximação racional também deve cobrir os custos computacionais do projeto. 
Cálculos preliminares mais rápidos e mais confiáveis têm se tornado uma necessidade no campo do 
projeto e devem ser realizados com ajuda de informações consistentes. É essencial desenvolver 
métodos com os quais seja possível estimar custos finais, pelo menos aproximados, mesmo num 
estado inicial do processo de desenvolvimento. Para isto também é necessária uma aproximação 
sistemática racional. 
 
 
1.2. O desenvolvimento de uma metodologia de projeto 
 
1.2.1. História 
 
 Todo desenvolvimento tem antecedentes. Eles maturam quando existe uma necessidade, 
quando a tecnologia certa está disponível e quando eles são economicamente viáveis. Isto também é 
aplicável ao desenvolvimento de metodologias de projeto de máquinas. 
 É difícil determinar a real origem da sistematização do processo de projeto. Qualquer um 
que olhar os croquis de Leonardo da Vinci deve ficar surpreso e maravilhado com a abundância de 
variações sistemáticas de possíveis soluções que Leonardo usava. Na era pré-industrial, projeto era 
associado próximo à arte! 
 Com o crescimento da mecanização, como Redtenbacker mostra em Princípio da mecânica 
e de construções de máquinas, as atenções se tornaram cada vez mais focadas no número de 
características e princípios chamados: esforço suficiente, rigidez suficiente, baixo desgaste, pouco 
atrito, uso mínimo de materiais, fácil manuseio, fácil montagem e racionalização máxima. 
 Estas idéias foram desenvolvidas por Reuleax. Visto que os requisitos eram quase sempre 
conflitantes, ele sugeriu que o julgamento de sua importância relativa ficaria a cargo individual da 
inteligência e bom senso do projetista. 
 Outras contribuições para o desenvolvimento do projeto de engenharia foram feitas por 
Back e Riedler. Eles salientaram que também são importantes a seleção de materiais, a escolha de 
métodos de produção e a provisão de esforços adequados. Rotscher mencionou outras 
características essenciais ao projeto de máquinas como: finalidade específica, caminho de carga 
efetivo reduzido, manufatura e montagem eficientes. Ele citou que as cargas devem ser conduzidas 
pelo menor caminho, e se possível por forças axiais, preferencialmente doque por momentos 
fletores. Caminhos de carga longo não só desperdiça material e aumenta os custos, mas também 
requer mudanças consideráveis na forma. Cálculos e leiaute devem passar de mão em mão. O 
projetista começa com o que lhe é dado e com montagens conhecidas. O mais cedo possível, ele 
deve fazer desenhos em escala para garantir o layout espacial correto. Cálculos podem ser usados 
para obter estimativas iniciais para o layout preliminar, ou valores precisos para checar o projeto 
detalhado. 
 Laudien, examinando os percursos das cargas nas máquinas advertiu: para uma conexão 
rígida, junte as partes na direção das cargas; se flexibilidade for requerida, junte as partes pelo 
 8 
caminho indireto das cargas; não faça provisões desnecessárias; não super especifique; não satisfaça 
mais exigências do que o requerido; salve-se por simplificações e construções econômicas. 
 Idéias sistemáticas mais modernas surgiram em 1920, quando Erkens propôs uma 
aproximação passo a passo. Ela era baseada em testes e avaliações constantes e também no balanço 
de exigências conflitantes. Esse processo deve ser continuado até que uma rede de idéias do projeto 
emerja. 
 Técnicas de projeto mais compreensivas foram apresentadas por Wögerbauer. A tarefa do 
projetista foi então dividida em tarefas subsidiárias e essas em tarefas operacionais. Ele também 
examinou os vários inter-relacionamentos entre as restrições identificáveis, que o projetista deve 
levar em conta. No entanto, ele falhou por não apresentar a procura por soluções na forma 
sistematizada. Sua procura sistematizada começa com uma solução descoberta mais ou menos 
intuitivamente e é variada de forma mais compreensível possível em relação à sua forma básica, 
materiais e métodos de manufatura. O resultado abundante de possíveis soluções é então reduzido 
por testes e avaliações, sendo o custo o critério crucial. 
 Então a necessidade e racionalização do processo de projeto foi sentido antes da Segunda 
Guerra Mundial, mas seu avanço foi impedido pelos seguintes fatores: 
• Ausência de um meio confiável de representar idéias abstratas. 
• A visão de que o projeto é uma forma de arte, e não uma atividade técnica como qualquer outra, 
era compartilhada por muitas pessoas. 
 O progresso da sistematização do processo de projeto teve então que esperar até que estes 
obstáculos fossem superados, e que as técnicas sistemáticas fossem adotadas mais amplamente. 
 Idéias modernas de projeto tiveram um grande impulso com Kesselring, Tschochner, 
Niemann, Matousek e Leyer. Esses homens não foram somente meros pioneiros importantes. Seus 
trabalhos continuam provendo sugestões úteis para as fases individuais e passos do projeto 
sistematizado. 
 Kesselring explicou as bases de seu método de aproximações sucessivas em 1942 na sua 
teoria de composição técnica, na qual se destaca a avaliação das formas de variantes de acordo com 
critérios técnicos e econômicos, Kesselring apresentou consideráveis fundamentos de princípios 
científicos e restrições econômicas. Na teoria de projeto da forma, da qual derivou a teoria acima, 
ele mencionou cinco princípios básicos: princípio do custo de manufatura mínimo, princípio do 
mínimo espaço requerido, princípio do mínimo peso, princípio de perdas mínimas e princípio do 
manuseio ótimo. 
 O projeto e otimização de partes individuais e artefatos técnicos simples, é o objetivo da 
teoria de projeto da forma. Ela é caracterizada pela aplicação simultânea de leis físicas e 
econômicas e leva à determinação da forma e dimensões dos componentes, na escolha apropriada 
dos materiais e métodos de fabricação, etc.. Se a otimização de características selecionadas é levada 
em conta, a melhor solução pode ser encontrada com a ajuda de métodos matemáticos. 
 Tschochner menciona quatro fatores fundamentais de projeto, chamados princípio de 
trabalho, material, forma e tamanho. Eles são interconectados e dependentes dos requisitos, do 
número de unidades a serem fabricados, dos custos, etc.. O projetista começa com o princípio de 
trabalho, determina outros fatores fundamentais (materiais e forma) e encaixa-os com a ajuda de 
dimensões escolhidas. 
 Niemann inicia o projeto com um layout em escala da máquina completa, mostrando suas 
principais dimensões e seu arranjo geral. Em seguida ele divide todo o projeto em partes que podem 
ser desenvolvidas paralelamente. Ele continua definindo a tarefa, variando sistematicamente 
possíveis soluções e finalmente selecionando a solução ótima. Esses passos geralmente estão em 
concordância com os usados em métodos mais recentes. Niemann sempre deu atenção à falta de 
métodos para chegar à novas soluções. Ele deve ser considerado um pioneiro no desenvolvimento 
de uma metodologia sistematizada de projeto de máquinas, exigindo consistentemente e 
encorajando seu desenvolvimento. 
 Matousek listou quatro fatores essenciais: princípio de trabalho, material, manufatura e 
projeto da forma. Seguindo Wögerbauer, ele elaborou um plano geral de trabalho baseado nestes 
 9 
quatro fatores. Ele adicionou que se o aspecto custo não for satisfatório, todos os outros quatro 
fatores devem ser examinados novamente de maneira iterativa. 
 Leyer é mais interessado com o projeto da forma. Ele distingue três fases principais de 
projeto. Na primeira, o princípio de trabalho é esboçado com a ajuda de uma idéia ou uma 
invenção. Na segunda fase o layout e o projeto da forma são desenvolvidos, sustentados por 
cálculos. Durante esta fase, princípios ou regras tem que ser levados em conta. Por exemplo, usa-se 
o princípio de espessura de parede constante, o princípio de construções leves, o princípio do 
caminho mínimo das cargas e o princípio da homogeneidade. A terceira fase é de implementação. 
As regras de Leyer de projeto da forma são de muito valor, porque na prática as falhas são muito 
mais freqüentes devido a um princípio de trabalho ruim, do que de um projeto detalhado pobre. 
 
1.2.2. Métodos modernos de projeto 
 
 Essas tentativas preliminares abriram caminho para desenvolvimentos intensivos, 
principalmente por professores universitários, que aprenderam a arte de projeto através do contato 
prático com produtos de complexidade cada vez maiores. Eles perceberam que a maior confiança na 
física, matemática, teorias de informação e o uso de técnicas sistemátizadas não só são possíveis, 
mas, com a crescente divisão do trabalho, são indispensáveis. Estes desenvolvimentos foram 
fortemente afetados por requisitos de industrias particulares, na qual eles se originaram. A maioria 
veio da engenharia de precisão, transmissão de potência e eletro-mecânica, nas quais os 
relacionamentos sistemáticos são mais claros do que na engenharia pesada. 
 
 
 
a) Projeto sistemático de acordo com Hansen 
 
 Hansen e outros membros da escola de Ilmenau prosseguiram com suas propostas no início 
da década de 50. Hansen apresentou um sistema de projeto mais compreensível na segunda edição 
de seu trabalho publicado em 1965. Ele resumiu seu procedimento da seguinte forma: 
• Determine a essência da sua tarefa, porque isto é comum a todas soluções. 
• Combine intencionalmente os elementos 
• Desenvolva estas combinações para todas as soluções. 
• Determine os problemas de cada solução e tente eliminá-los ou reduzir seus efeitos. 
• Selecione a solução com o menor número de problemas. 
• Providencie documentação para permitir a avaliação prática. 
 
 Essas regras de procedimento formam a base de um sistema que compreende quatro fases. A 
figura 1.2 mostra os passos para a fase conceitual. Hansen começa com a análise crítica e 
especificação da tarefa, na qual o leva ao princípio básico de funcionamento. Isto deve ser 
formulado abstratamente para compreender qualquer solução conceptível e deve englobar a função 
total derivada da tarefa. O segundo passo é a procura sistemática por elementos desolução e suas 
combinações em recursos de trabalho. Hansen deu muita importância ao terceiro passo, no qual 
qualquer problema é revisado para melhorar o desenvolvimento dos recursos de trabalho. No quarto 
e último passo, esses recursos de trabalho melhorados são avaliados para determinar qual deles é 
ótimo para a tarefa. 
 Em 1974, Hansen publicou um outro trabalho, A ciência do projeto. Nele ele usa análise de 
sistemas e teoria de informação, para definir o processo de projeto e a natureza de artefatos 
técnicos. 
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b) Projeto sistemático de acordo com Rodenaker 
 
 Rodenaker está acima de todos os outros. Seu método de projeto original foi o que causou o 
maior impacto. Ele começou pelo fato de que toda máquina deve satisfazer certas finalidades ou 
funções. Rodenaker vê o projeto como uma transformação de informação, partindo do abstrato para 
o concreto. Ele considera o projeto como o reverso de experimentos físicos. A figura 1.3 mostra os 
principais passos do método de Rodenaker. Ele começa pela definição e abstração dos requisitos e 
pelo estabelecimento de uma estrutura de funções. Depois ele procura pelos processos físicos 
apropriados e finalmente pela forma de projeto requerida. Rodenaker desenvolveu seus princípios 
sistemáticos baseados em exemplos tirados da engenharia de processos. No entanto, suas idéias são 
aplicáveis no desenvolvimento de sistemas técnicos. 
 Rodenaker propôs as seguintes regras: 
1. Clarear a tarefa, ou seja, os relacionamentos requeridos. 
2. Estabelecer uma estrutura de funções, ou seja, o relacionamento lógico. 
3. Escolher o processo físico, ou seja, o relacionamento físico. 
4. Determinar o leiaute, ou seja, o relacionamento de construção. 
5. Checar a lógica, os relacionamentos físicos e de construção, por meios de cálculos apropriados. 
6. Eliminar fatores perturbadores e erros. 
7. Finalizar o projeto geral. 
8. Fazer revisão do projeto escolhido. 
Tarefa
PB
MT MT MT
MTM MTM MTM
MTO
(Concepção, layout)
Considerações preliminares
Princípio básico
Procura por e combinação de elementos de solução elementares
Meios de trabalho
(Princípio de trabalho, princípio do projeto da forma)
Revisão de falhas
Meios de trabalho melhorados
(Princípio de trabalho, princípio do projeto da forma)
Concepção
(Layout, documentos de produção
MTM
Avaliação racional
Meio de trabalho ótimo
(Princípio de trabalho, princípio do projeto da forma)
 
Figura 1.2. Passos de projeto de acordo com Hansen: 
1. A partir da tarefa via meio de trabalho para a concepção 
2. A partir da concepção via princípio de trabalho para o layout 
3. A partir do layout via projeto da forma para os documentos de produção 
 11 
Saída
Entrada
Energia, m ateriais e sinais
Função de uma Máquina
atendida por um
Processo Físico
realizado pelas
Características do Projeto da Forma
do projeto geral
Fatores
pertubadores
Flutuações de
propriedades
Mudanças de
propriedades
 
 Figura 1.3. Passos de projeto de acordo com Rodenaker 
 
Nesse método, as estruturas de funções são baseadas somente nas funções derivadas de dois 
valores lógicos. Essas funções são separação, conecção (pelo fluxo de energia, material e sinal em 
sistemas técnicos) e chaveamento. Sendo atendidos os requisitos lógicos, dá-se o próximo passo que 
é a escolha dos processos físicos (regra 3). Rodenaker usa efeitos físicos e equações, prestando 
atenção particular ao fator tempo. Experimentação é considerada a melhor fonte de informação. 
 Rodenaker então desenvolve o layout e o projeto da forma. Em seguida, executa-se a 
variação das superfícies, materiais e movimentos, para alcançar as características requeridas (regra 
4). O trabalho feito até aqui deve ser checado por cálculos apropriados, como as tensões dos 
componentes (regra 5). Rodenaker é preocupado particularmente com a identificação e eliminação 
de fatores perturbadores que causam flutuações qualitativas e quantitativas (regra 6). 
 Nós podemos resumir isto tudo dizendo que o fator principal do projeto sistemático de 
acordo com Rodenaker, é a determinação dos processos físicos fundamentais. Na sua aproximação, 
ele não só faz o tratamento sistemático de idéias concretas de projeto, conforme delineado acima, 
mas também propõe uma metodologia de invenção de novos dispositivos e máquinas, através da 
procura por novas aplicações de efeitos físicos conhecidos, como um meio de chegar à soluções 
originais. 
 
c) Algoritmo do procedimento de seleção para projetos baseados em catálogos de projeto, de 
acordo com Roth 
 
 Roth dividiu o processo de projeto em várias fases, cada qual com passos específicos, que 
dependendo dos resultados, deve ser repetida várias vezes. 
 A primeira fase é a análise do ambiente do produto, conduzindo a uma definição precisa do 
problema. Esta definição inclui a função e a especificação dos requisitos técnicos e dos custos. Em 
seguida o relacionamento funcional tem que ser elaborado em dois passos. Para descobrir a 
estrutura de função total, todo o tratamento na definição do problema deve ser associado a um 
sistema de funções gerais. As “funções gerais” definidas por Roth se referem às características 
gerais que determinam vários artefatos técnicos (conectar, mudar, armazenar e chavear material, 
energia ou informação). Uma vez tenha sido determinado o relacionamento das funções gerais, as 
combinações possíveis de sub-funções são definidas repetitivamente em problemas elementares, 
nos quais podem ser catalogados. 
 O próximo passo, a determinação da estrutura de funções especial, é a tentativa de resolver 
estes problemas elementares com ajuda de equações físicas básicas, isto é, efeitos físicos 
expressados, se possível, em fórmula matemática. 
 O produto real é então elaborado. Inicialmente soluções são desenvolvidas para resolver os 
problemas elementares. Uma solução geral é então elaborada, combinando estas soluções de acordo 
 12 
com a estrutura de funções global. Variações desta solução vão produzir soluções gerais distintas. 
As melhores soluções podem ser escolhidas e modificadas de acordo com os requisitos de 
produção. As variantes resultantes são avaliadas, e a mais promissora para o problema, pode ser 
determinada antes dos desenhos de produção e documentação serem completados. 
 Roth se refere ao processo como um “algoritmo de procedimento de seleção baseado no 
projeto por catálogos”. Ele sugere que as informações necessárias para cada passo individual do 
projeto podem ser melhor escolhidas de catálogos, com ajuda de características de seleção. 
Conseqüentemente, Roth dá muita importância à compilação destes catálogos de projetos. 
 
d) O método de projeto algoritmo-físico de acordo com Koller 
 
 As características essenciais do método de Koller são a quebra do processo de projeto em 
um número grande de passos e a ênfase focada nas conecções físicas elementares. O objetivo é a 
algoritimização e a conseqüente facilidade de computadorizar o projeto. Ele distingue entre síntese 
de função, síntese qualitativa e síntese quantitativa. 
O uso de computadores sempre necessita de formulações de regras claras, que governam 
cada passo elementar. Koller reduz processos técnicos complexos num número finito de funções 
físicas, e então estipula regras para implementá-las. Sua premissa básica é que essas funções podem 
ser expressas por elementos de máquinas conhecidos, e também por elementos que estão por serem 
desenvolvidos. O ponto de partida de Koller é o fato de que num sistema técnico só as propriedades 
e estado de energia, material e sinal, com seus respectivos fluxos, podem ser mudados em 
magnitude e direção. Juntamente com entradas e saídas físicas, Koller obteve 12 operações básicas 
mais suas funções inversas correspondentes. Dentre elas pode-se citar chaveamento e isolamento, 
aumentare diminuir, conectar e desconectar. 
 Pelo fato dos sistemas técnicos envolverem tanto relacionamentos lógicos quanto 
relacionamentos físicos a síntese de funções deve produzir uma estrutura de funções constituída por 
operações básicas inter-relacionadas fisicamente. 
 Koller mantém isto na fase qualitativa do projeto. As operações básicas dos sistemas 
técnicos dependem exclusivamente dos efeitos físicos, químicos e/ou biológicos. A escolha do 
efeito apropriado produz princípios de solução para a realização das operações básicas. Esses 
princípios de solução podem ser combinados em montagens e no sistema geral. Finalmente o 
projeto qualitativo exige a determinação das formas, nas quais Koller inventou várias regras de 
projeto. Para cada passo, foram estipuladas variações do material ou da forma. Deste modo, abre-se 
caminho para várias variantes de solução. A síntese quantitativa de Koller compreende atividades 
de projeto clássicas de cálculo e layout. 
 De acordo com seu objetivo de algoritimizar e computadorizar o processo de projeto, Koller 
coloca ênfase particular em desenvolvimentos elementares, ou passos, e nas regras matemáticas 
claras. 
 
1.2.3. Outras propostas 
 
 Teoria de sistemas, como uma ciência interdisciplinar, usa procedimentos e auxílios para 
análise, planejamento, e seleção de projeto ótimo de sistemas complexos. 
 A maioria dos sistemas dinâmicos consiste em uma coleção de elementos ordenados, inter-
relacionados pelas virtudes de suas propriedades. Um sistema é também caracterizado pelo fato de 
ter um domínio que corta seus ligamentos com o ambiente. Esses ligamentos determinam o 
comportamento externo do sistema. Então é possível definir a função expressando o relacionamento 
entre as entradas e saídas, e, portanto mudanças nas variáveis do sistema. 
 A partir da idéia de que os artefatos técnicos podem ser representados como sistemas, foi um 
pequeno passo para a aplicação da teoria de sistemas ao processo de projeto. Os objetivos da teoria 
de sistemas correspondem amplamente às expectativas que tivemos de um bom método de projeto, 
como especificado no início deste capítulo. A aproximação de sistemas reflete a apreciação geral, 
 13 
de que problemas complexos são melhores manuseados com passos fixos, cada um envolvendo 
análise e síntese. 
 
Projeto como um processo que aprende 
 
 Um complemento para estes métodos citados anteriormente é baseado na visão de que a 
ênfase unilateral em métodos discursivos é inadequada e não pode, para todos os casos, satisfazer o 
projetista. Por esta razão, várias tentativas têm sido feitas para desenvolver métodos de projeto com 
a ajuda de técnicas de controle automáticas, envolvendo retro-alimentação constante. Estes métodos 
não só ajudam a elucidar o relacionamento entre o projetista e o ambiente, mas também ilumina o 
campo de ação do processo de pensamento humano. 
 Deste modo Wächter tem argüido por analogia com essas concepções cibernéticas (como 
controle e aprendizado), que o processo criativo é a forma mais complexa do “processo de projeto 
que aprende”. Aprendizado representa uma forma elevada de controle, uma forma que envolve não 
só mudança quantitativa às regras constantes, mas também mudanças nas próprias regras. 
Similarmente, projetar altera quantidades técnicas, bem como princípios de trabalho. 
 Em termos estruturais, aprendizado e controle podem ser considerados como um processo 
comparável circular (apesar de diferenças qualitativas). O sistema de projeto que aprende, recebe 
um problema do ambiente e retorna uma solução para o mesmo. Ações discursivas e intuitivas 
produzem soluções e idéias que são mantidas no armazenamento do sistema aprendiz. Uma 
comparação da solução proposta com a exigência do ambiente, pode gerar discrepâncias que 
precisam de novas decisões, conduzindo à novas ações. Quando as discrepâncias são reduzidas a 
um mínimo, a solução ótima está em mãos. Um ciclo neste processo de otimização é chamado de 
elemento aprendiz. O sistema aprendiz não deve ser considerado isoladamente do ambiente. Em 
outras palavras, o ambiente não só impõe meramente os requisitos e recebe as soluções, mas 
freqüentemente tem o papel de descobri-las. Nós distinguimos entre o ambiente passivo, que 
apresenta informações às exigências e um ambiente ativo, que reage às informações retornadas pelo 
sistema aprendiz. Em outras palavras, o ambiente ativo está diretamente envolvido na descoberta da 
solução. Qual o problema nisto para o propósito de otimização? O processo de projeto deve ser 
tratado não estaticamente, mas dinamicamente, como um processo de controle no qual a retro-
alimentação da informação deve ser repetida até que o conteúdo da informação tenha atingido um 
nível no qual uma solução ótima possa ser encontrada. Desta forma o processo aprendiz sempre 
aumenta o nível de informação, e, portanto facilita a procura pela solução. 
 
1.2.4 Comparação geral e declaração do objetivo do livro pelos autores 
 
 Engineering Design: a systematic approach, Pahl e Beitz 
 
 Examinando de perto os métodos que descrevemos, prova-se que estes foram fortemente 
influenciados pelos campos de especialização dos autores. Eles são bastante semelhantes entre si, 
muito mais do que os vários conceitos podem sugerir. 
 Em particular, muitos destes métodos foram influenciados pela engenharia de produtos de 
precisão e tecnologia de transmissão de potência, nos quais sustentam uma estrutura fortemente 
semelhante aos sistemas eletrônicos. Isto tem sugerido a quebra de funções e associado sub-
soluções em elementos semelhantes à construção de blocos funcionais da eletrônica. Além disso, a 
compilação de esquemas de classificação e catálogos de projeto, bem como a combinação de 
elementos de solução, são mais fáceis neste campo do que na engenharia mecânica geral. 
 Em todos estes métodos examinados os requisitos são abstratos, com o objetivo de chegar a 
uma solução geral válida. O grau no qual os vários autores quebram suas funções, diferem de caso 
para caso. Todos enfatizam a importância de processos físicos durante a primeira fase. Eles também 
compartilham a idéia de avançar passo a passo, partindo do qualitativo para uma fase quantitativa. 
Além disso, todos eles estipulam uma variação e combinação deliberada de elementos de solução de 
 14 
variada complexidade. Todos tentam algoritimizar o processo de projeto e expressá-lo por regras ou 
leis simples. 
 Com a ajuda dos métodos examinados acima, junto com nosso próprio trabalho, nós 
devemos no que se segue, esforçar para apresentar uma teoria compreensível de projeto de 
engenharia geral. A maioria dos argumentos foi elaborada a partir de uma série de “papers” que nós 
publicamos entre 1972 e 1974. Nós temos discutido essa metodologia com projetistas práticos e 
engenheiros pesquisadores com profundidade, testando-a repetidamente na prática para aperfeiçoá-
la. Nossa própria teoria de projeto não pretende ser a palavra final no assunto. Ela simplesmente 
tenta combinar os vários métodos de maneira coerente e prática. Nós esperamos que ela possa servir 
como uma introdução para o aprendiz, como uma ajuda e ilustração para o professor e como fonte 
de informação, e talvez futuro aprendizado para o prático. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
2. Fundamentos 
 
Projetar é uma atividade de várias faces. O projeto não é só baseado na matemática, física e seus 
ramos, mas também na tecnologia de produção, ciência dos materiais, elementos de máquinas, 
gerenciamento industrial, que não serão tratados neste texto. 
 
2.1. Sistema, usina, equipamento, máquina, montagem e componente 
 
Tarefas técnicas são executadas com a ajuda de artefatos técnicos como usina, equipamento, 
máquina, montagem e componentes.A aplicação e a forma das tarefas são muito variadas e 
complexas. Então artefatos técnicos devem ser tratados como sistemas conectados ao ambiente por 
meios de entradas e saídas. Um sistema pode ser subdividido em subsistemas. Tudo que pertence a 
um sistema particular é determinado por seu contorno. As entradas e saídas atravessam o contorno 
do sistema. Com essa aproximação é possível definir sistemas apropriados em qualquer estágio de 
abstração, análise e classificação. 
Um exemplo concreto é o acoplamento combinado mostrado na figura 2.1. Ele pode ser 
tratado como dois subsistemas. Um acoplamento flexível e uma embreagem. Os subsistemas 
acoplamento e embreagem podem ser subdivididos em elementos do sistema, nesse caso 
componentes. É possível considerar este sistema em termos de suas funções. Neste caso o sistema 
total “acoplamento” pode ser dividido nos subsistemas “amortecer e embrear”. O segundo pode 
também ser dividido em “mude a força de operação da embreagem para força normal” e “transfira 
torque”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.1. Sistema: “Acoplamento” a...h elementos do sistema; i, l, k elementos de conecção; 
S sistema geral; S1 subsistema “Acoplamento Flexível”; S2 subsistema “embreagem”: 
E entradas; S saídas 
 
c 
a 
b 
e 
g 
f 
h 
l 
i d 
Fronteira do Sistema S1 S2 
S 
k 
E 
E 
S 
 
 16 
 
Dependendo do uso, várias subdivisões podem ser feitas. O projetista deve estabelecer 
sistemas particulares para propósitos particulares, e deve especificar suas várias entradas e saídas e 
fixar seu domínio, ou seja, seu contorno. 
 
2.2. Conservação de energia, material e sinais 
 
Todo sistema técnico envolve a conversão de energia, material e sinal, nos quais devem ser 
definidos em termos quantitativos, qualitativos e econômicos. 
No que se segue nós vamos lidar com: 
• Energia: mecânica, térmica, elétrica, química, ótica etc. 
• Material: gás, líquido, sólido, pó etc. 
9. Sinais: magnitude, indicadores, controle de pulso, dados, informações etc. 
 
2.3. O relacionamento funcional 
 
 Para resolver um problema técnico nós precisamos de um sistema com um relacionamento 
entre entradas e saídas reproduzidos claramente. O termo função é aplicado para descrever o 
relacionamento das entradas e saídas de um sistema, cujo propósito é realizar uma tarefa. A função 
então é uma formulação abstrata da tarefa, independente de qualquer solução particular. 
 Se a tarefa geral já foi definida adequadamente, isto é, se as entradas e saídas de todas as 
quantidades envolvidas e suas propriedades requeridas são conhecidas. Então é possível especificar 
a função total. 
 A função total freqüentemente pode ser dividida em subfunções correspondentes à sub-
tarefas. O relacionamento entre as subfunções e a função total é governado por certas restrições. 
Algumas subfunções têm que ser atendidas antes do que outras. Normalmente é possível ligar as 
subfunções de várias maneiras e então criar variantes. As ligações devem ser compatíveis. A 
combinação das subfunções na função total produz uma estrutura de funções, que deve ser variada 
para atender a função total. 
 É usual fazer um diagrama de blocos no qual o processo e os subsistemas dentro de um dado 
bloco (caixa preta) são ignorados a princípio. 
 Funções são definidas por um verbo e um substantivo, por exemplo “aumenta pressão”; 
“transfere torque”; “reduz velocidade”. Elas são derivadas das conversões de energia, material e 
sinais discutidos anteriormente. 
 É usual distinguir entre funções principais e auxiliares. As funções principais são as 
subfunções que estão diretamente ligadas à função total. As funções auxiliares são aquelas que 
contribuem para isto indiretamente. 
 
 
3. O processo de projeto 
 
 
3.1. Resolvendo um problema geral 
 
 Uma parte essencial de um método de resolver problemas envolve passo a passo análise e 
síntese, progredindo do qualitativo para o quantitativo, sendo cada passo mais concreto do que o 
anterior. 
 O trabalho de projeto pode ser considerado como uma conversão de informação. Depois de 
cada passo novo, é necessário melhorar os resultados do anterior, isto é, repeti-lo com um nível de 
informação superior. 
 17 
 Toda tarefa envolve primeiramente a confrontação com o problema. Procura-se informação 
sobre: a tarefa em si, as restrições, os princípios de solução possíveis e as soluções conhecidas para 
problemas similares. 
 Em seguida, procura-se definir os problemas essenciais num plano mais abstrato, para fixar 
os objetivos e as principais restrições, abrindo o caminho para a procura por soluções. 
 O próximo passo é a criação. As soluções são desenvolvidas por vários meios e então 
variadas e combinadas sistematicamente. Se o número de variantes é grande, então se deve fazer 
uma avaliação, seguida por decisão, na qual a melhor solução é selecionada. 
 Decisões envolvem as seguintes considerações (Fig. 3.1): 
• Se os resultados do passo anterior atingiram o objetivo, o passo seguinte pode ser começado; 
• Se os resultados são incompatíveis com o objetivo, o próximo passo não pode ser iniciado; 
• Se a repetição do passo anterior é viável financeiramente e promete bons resultados, o passo 
deve ser repetido com um nível de informação superior; 
• Se a resposta da pergunta anterior é não, o desenvolvimento deve ser interrompido. 
 Figura 3.1. Processo de decisão geral 
 
3.2. Fluxo de trabalho durante o processo de projeto 
 
As principais fases envolvidas numa atividade de projeto são: 
 
• Clarear a tarefa 
• Projeto conceitual 
• Projeto preliminar 
• Projeto detalhado 
 
A figura 3.2 mostra este processo passo a passo. A cada passo uma decisão tem que ser 
tomada para que o próximo passo possa ser executado, ou para que o passo anterior tenha que ser 
repetido. Continuar até o fim só para descobrir que um erro sério foi cometido num estágio inicial 
deve ser evitado de qualquer forma. 
 
 
 
 
Passo Anterior 
Os resultados são satisfatórios em termos do 
objetivo 
Próximo passo planejado 
A repetição do passo é viável 
financeiramente e promissora 
Repita o passo com um nível superior de 
informação 
Pare o desenvolvimento 
Sim Não 
Não 
Sim 
 18 
Figura 3.2. Passos do processo de planejamento e projeto 
 
 
Tarefa 
Mercado, empresa, economia 
Planejar e clarear a tarefa: 
Analisar o mercado e a situação da empresa 
Encontrar e selecionar idéias de produtos 
Formular uma proposta de produto 
Clarear a tarefa 
Elaborar uma lista de requisitos 
Desenvolver o princípio da solução: 
Identificar os problemas essenciais 
Estabelecer estruturas de funções 
Procurar por princípios e estruturas de trabalho 
Combinar e definir variantes conceituais 
Avaliar segundo critérios técnicos e econômicos 
Desenvolver a estrutura de construção: 
Projeto da forma preliminar, seleção de materiais e cálculos 
Selecionar os melhores layouts preliminares 
Refinar e melhorar os layouts 
Avaliar segundo critérios técnicos e econômicos 
Definir a estrutura de construção: 
Eliminar pontos fracos 
Checar erros, influências perturbadoras e custos mínimos 
Preparar lista preliminar das partes e documentos de 
produção e montagem 
Preparar os ducumentos de produção e operação: 
Elaborar os desenhos detalhados e a lista de componentes 
Completar as instruções de podução, montagem, transporte e 
operacionais 
Checar todos os ducumentos 
Lista de requisitos: Especificação de projeto 
Conceito: Princípio de solução 
Layout preliminar 
Layout definitivo 
Documentação do produto 
Solução 
In
fo
rm
aç
ão
: 
ad
ap
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de
 
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do
 
pr
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pi
o
 
 19 
Clarear a tarefa 
 
 Esta fase envolve a coleta de informações sobre os requisitos que devem ser implementados 
à solução e também as restrições envolvidas. Nesta fase elabora-se a especificação detalhada. 
 
Projeto conceitual 
 
 A fase de projeto conceitual envolve o estabelecimento de uma estrutura de funções, a 
procura por princípios de soluções viáveis, e suas combinações em variantes de concepção. A fase 
de projeto conceitual é extremamente importante e deve ser executada cuidadosamente. Nas fases 
seguintes, projeto preliminar e projeto detalhado, é muito difícil ou impossível corrigir problemas 
fundamentais da concepção. Uma solução de sucesso é mais provável de surgir a partir da escolha 
de princípios mais apropriados, do que da concentração exagerada nos pontos finos. Isto não quer 
dizer que se deve dar pouca atenção a detalhes. 
 As variantes de concepção elaboradas devem ser avaliadas. Variantes que não satisfazem a 
especificação são eliminadas, as restantes são avaliadas e a melhor concepção de solução é 
selecionada. 
 
Projeto preliminar 
 
 Durante esta fase, o projetista, parte da concepção, determina o leiaute e as formas, e 
desenvolve um produto de acordo com considerações técnicas e econômicas. 
 Freqüentemente é necessário produzir vários leiautes em escala para obter mais informações 
sobre as vantagens e desvantagens das diferentes variantes, abrindo caminho para avaliações 
técnicas e econômicas. 
 Obtido o melhor leiaute, pode-se checar a função, esforços, compatibilidade espacial etc.. 
 
Projeto detalhado 
 
 Esta é a fase do processo de projeto na qual o arranjo, a forma, as dimensões e as 
propriedades das superfícies de todas partes individuais são especificadas. É nesta fase que todos os 
desenhos e outros documentos de fabricação são produzidos. 
 É importante que o projetista não relaxe sua vigilância neste estágio. É um erro pensar que o 
projeto detalhado não é importante, as dificuldades freqüentemente aparecem da falta de atenção a 
detalhes. Correções devem ser feitas durante esta fase e passos anteriores repetidos visando 
melhoramentos nas montagens e componentes. 
 
 No diagrama mostrado na figura 3.2, as atividades cruciais são: 
• Otimização do princípio de solução 
• Otimização do leiaute, formas e materiais 
• Otimização da produção. 
 
 As atividades de projeto influenciam uma a outra, e são executadas simultaneamente durante 
uma extensão considerável. 
 A figura 3.2 não inclui modelos e protótipos porque as informações que eles fornecem 
podem ser necessárias em qualquer ponto do processo de projeto. 
 
 
 
 
 
 20 
4. Clarear a tarefa 
 
 
 Toda tarefa envolve certas restrições que podem mudar com o tempo. No entanto, é 
importante compreender bem estas restrições na fase inicial de projeto quando se procura uma 
solução ótima. A tarefa deve ser claramente definida bem no início do projeto para que 
amplificações e correções durante a subseqüente elaboração possa ser confinada ao essencial. Para 
isto, e também para se ter uma base para decisões, deve-se elaborar uma lista de requisitos que deve 
ser continuamente consultada. 
 Nesta fase deve-se responder as seguintes perguntas: 
• Qual é realmente o problema? 
• Quais são os desejos e expectativas implícitos? 
• As restrições especificadas realmente existem? 
• Quais campos estão abertos para desenvolvimento? 
 
 Idéias de solução pré-concebidas ou indicações concretas freqüentemente têm um efeito 
negativo no desenvolvimento de uma máquina. Somente as funções requeridas, com as entradas e 
saídas apropriadas, e as restrições específicas da tarefa devem ser especificadas logo no início do 
desenvolvimento da máquina. 
 
4.1. Elaboração de uma lista de requisitos (especificação de projeto) 
 
 Na elaboração da especificação detalhada, deve-se classificar os requisitos de projeto em 
desejáveis e indispensáveis. É importante definir os requisitos de maneira clara, quantificando-os 
quando possível. A especificação de projeto não só reflete o estágio inicial do desenvolvimento, 
mas, desde que revisada e atualizada continuamente, reflete também o progresso do projeto. Os 
dados podem ser coletados com ajuda da lista de checagem mostrada na figura 4.1. A lista de 
requisitos deve refletir não somente os objetivos gerais e específicos, como também as restrições. 
Os seguintes passos são recomendados: 
 
Componha os requisitos 
 
• Preste atenção aos tópicos principais da lista de checagem e determine os dados quantitativos e 
qualitativos. 
• Questione: 
 Qual o objetivo que a solução deve satisfazer? 
 Que propriedades ela deve ter? 
 Que propriedades ela não deve ter? 
• Componha informações adicionais. 
• Especifique claramente os requisitos separando-os em indispensáveis e desejáveis. 
• Se possível, classifique os desejáveis como sendo de maior, média ou menor importância. 
 
Organize os requisitos em ordem de clareza 
 
• Primeiramente defina os objetivos e as características principais. 
• Então desdobre-os de acordo com os principais tópicos da lista de checagem (figura 4.1). 
 
Coloque os requisitos em formulário padrão e circule-o entre as pessoas envolvidas no projeto. 
Examine objeções e recomendações, e se necessário, incorpore-as na especificação. 
 
 
 21 
 
Tópicos principais Exemplos 
Geometria Tamanho, altura, largura, comprimento, diâmetro, espaço requerido, 
número, arranjo, acoplamento, extensão, etc. 
 
Cinemática Tipo de movimento, direção de movimento, velocidade, aceleração, etc. 
 
Forças Direção da força, magnitude da força, freqüência, peso, carga, 
deformação, rigidez, elasticidade, forças inerciais, ressonância, etc. 
 
Energia Saída, eficiência, perdas, atrito, ventilação, pressão, estado, temperatura, 
aquecimento, refrigeração, abastecimento, armazenamento, capacidade, 
conversão, etc. 
 
Material Fluxo e transporte de materiais, propriedade físicas e químicas do produto 
inicial e final, materiais auxiliares, materiais perecíveis, etc. 
 
Sinais Entradas e saídas, forma, indicador, equipamento de controle, etc. 
 
Segurança Sistemas de proteção direta, segurança operacional e do meio ambiente. 
 
Ergonomia Relacionamento homem-máquina, tipos de controle, posição dos 
controles, conforto do assento, luminosidade, etc. 
 
Produção Fatores limitantes, máxima dimensão possível, métodos de produção 
preferenciais, meios de produção, qualidade desejada e tolerâncias, sobras. 
 
Controle de 
Qualidade 
Possibilidades de testes e medições, aplicação de normas especiais, etc. 
 
Montagem Regulagens especiais, instalação, localização, fundação, etc. 
 
Transporte Limitação de guindastes, vão livre, meios de transporte (altura e peso), 
natureza e condições dos despachos, etc. 
 
Operação Desgaste, uso especial, área de marketing, ambiente, etc. 
 
Manutenção Intervalos de serviços, inspeção, trocas e reparos, pintura limpeza, etc. 
 
Custos Custo de manufatura máximo permitido, custo de ferramentas, 
investimento e depreciação, etc. 
 
Planejamento Data final para o desenvolvimento, plano de projeto e controle, data de 
entrega, etc. 
 
Figura 4.1 Lista de checagem para elaboração da lista de requisitos 
 
 
 A figura 4.2 mostra um exemplo de uma lista de requisitos simplificada para o 
desenvolvimento de uma semeadora adubadora para o plantio diretona palha. 
 
 
 22 
UFV Lista de Requisitos-Especificação Semeadora Adubadora Para O 
Plantio Direto Na Palha 
Identificação/Classificação 
Pag. 01 
Mudanças Desejável 
Indispensável 
 
Requisitos de Projeto 
Responsável 
 
 
I 
 
 
I 
 
I 
 
 
I 
 
 
 
I 
 
 
 
D 
 
 
I 
 
 
D 
 
 
I 
 
 
I 
 
 
D 
 
 
I 
 
 
I 
 
 
I 
 
 
 
D 
 
 
D 
 
 
1- BAIXO CUSTO DE AQUISIÇÃO 
Preço máximo compatível com similares do mercado 
 
2- DESEMPENHO DE ALTA CONFIABILIDADE 
 
3- SISTEMAS OTIMIZADOS 
Maximizar: eficiência, consumo de energia, materiais e componentes 
 
4-MECANICA SIMPLES 
Sistemas simples, poucos componentes, preferência por sistemas 
rotativos. 
 
5-PESO 
Compatibilizar peso com desempenho, consumo de potência, custos, 
manobrabilidade e transporte. 
 
6-FACILIDADE DE AJUSTE 
Rapidez e facilidade das regulagens, minimizar uso de ferramentas 
 
7-CONSUMO DE POTÊNCIA 
Possibilidade de ser tracionada por um animal 
 
8-MATERIAIS COMUNS 
Utilização de materiais normalizados facilmente encontrados no 
mercado 
 
9-VIDA ÚTIL 
Boa relação custo-benefício com vida útil de 6 anos 
 
10-PEÇAS NORMALIZADAS 
Uso de componentes normalizados 
 
11-PROJETO MODULAR 
Facilitar ajustes, intercâmbio de peças e conferir versatilidade ao 
projeto. 
 
12-PROCESSOS CONVENCIONAIS DE FABRICAÇÃO 
Facilitar fabricação e manutenção 
 
13-DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO 
Segurança no uso 
 
14-CENTRO DE GRAVIDADE 
Posição que facilite o manuseio e otimize o corte da palha e a abertura 
de covas 
 
15-ADVERTÊNCIAS ESCRITAS 
Evitar uso incorreto e acidentes 
 
16-ASPECTOS ESTÉTICOS 
Promover empatia do cliente 
 
 
 Substituir pelo n° 
Figura 4.2 Lista de requisitos de uma semeadora adubadora para plantio direto 
 
 
 
 
 
 23 
4.2. O Desdobramento da Função Qualidade (QFD) ou “Casa da Qualidade” 
 
Projeto é um esforço de equipe, mas como o marketing e a engenharia conversam entre si? 
 
QFD é a abreviatura do termo em inglês, Quality Function Deployment, que significa 
desdobramento da função qualidade. A Mitsubishi Indústria Pesada foi a primeira a formalizar o 
uso do QFD (1972). No ocidente, o primeiro contato com o QFD só veio a acontecer em 1983 com 
o artigo de Kogure e Akao “Desdobramento da função qualidade e o controle de qualidade amplo-
empresarial”, sendo que o primeiro estudo de caso aconteceu em 1986 na Ford. 
 A essência do QFD ou “Casa da Qualidade” é o fato de que os produtos devem ser 
projetados para refletir os desejos e gostos do consumidor. Ela é um tipo de mapa que proporciona 
os meios para planejamento e comunicação interfuncional. A casa da qualidade é um meio 
sistemático de assegurar que a demanda do consumidor ou mercado (requisitos, necessidades ou 
desejos) seja traduzida de forma precisa em especificações técnicas relevantes e ações concretas, ao 
longo de cada estágio do ciclo de projeto e desenvolvimento do produto. 
 O sucesso no uso da técnica QFD tem trazido várias melhorias e vantagens no processo de 
projeto e desenvolvimento de novos produtos, dentre outros podem-se citar: 
• Mudanças de engenharia de projeto têm sido reduzidas de 30 a 50%. 
• O ciclo de projeto têm sido encurtado de 30 a 50%. 
• Os custo de início de operação têm sido reduzidos de 20 a 60%. 
• As reclamações de garantia reduziram mais de 50%. 
• O planejamento de garantias é mais estável. 
• A comunicação entre os diferentes agentes que atuam no desenvolvimento do produto é 
favorecida. 
• A tradução dos requisitos do consumidor, que são vagos e difíceis de serem mensurados, é 
facilitada. 
• Facilita-se a identificação das características que mais contribuem nos atributos de qualidade. 
• Favorece o balanceamento criterioso no processo de projeto. 
• Percebe-se melhor quais as características e funções que devem receber maior atenção. 
 
 
 A casa da qualidade é uma matriz onde são 
posicionados os três elementos básicos de planejamento da 
qualidade no desenvolvimento do produto, conhecidos como 
os “quês”, “como” e “quanto” (veja a figura 4.3). Os “quês” 
são os requisitos básicos do consumidor (RC), expressados 
nas próprias palavras do consumidor. Os “como” são os 
requisitos de engenharia de projeto (RP), ou seja, são as 
características funcionais e de desempenho do produto, 
definindo como tecnicamente se pode satisfazer os RC. Os 
itens “quanto” definem os RP através de valores objetivos 
específicos, isto é, quanto será necessário para satisfazer o 
respectivo RP. Sempre que possível, os itens “quanto” devem 
ser mensuráveis. 
 O primeiro passo é a alocação dos RC coletados na parte esquerda da matriz (“quês”) de 
maneira hierárquica, veja a figura 4.4. É normal verificar que os RC não possuem estrutura nem 
clareza. Para melhor definição dos RC é usual expandi-los em ramos hierárquicos (primários, 
secundários e terciários). Os requisitos primários são os desejos e expectativas básicas do 
consumidor. O nível secundário serve para prover a definição do nível primário precedente. O nível 
terciário define melhor o nível secundário e o nível primário. Dessa forma, pode-se obter uma lista 
estruturada e melhor definida dos RC. Esta tarefa é a parte mais crítica do processo e 
“COMO”
RELACIONAMENTO
“QUANTO”
“Q
 U
 E
 S”
 
 
Figura 4.3 Elementos básicos da 
casa da qualidade - QFD 
 
 24 
freqüentemente a mais difícil. É necessário expressar o que o consumidor realmente quer, evitando-
se influenciar o que ele espera do produto. 
 
Necessidades do consumidor 
Primárias Secundárias Terciárias 
Cobertura de 
garantia 
Baixo 
consumo de 
energia 
Baixo custo 
operacional e 
de 
manutenção 
Assistência 
técnica 
adequada 
 
Econômico 
 
 
Silencioso Confortável 
Fácil 
transporte 
Leve 
Robusto 
 
Seguro Confiável 
 
 Figura 4.4 Exemplo hipotético de alocação hierárquica dos requisitos do consumidor 
 
 O segundo passo é listar os RP (“como”) do produto final que afetam ou se relacionam 
diretamente com os RC (“quês”). Os RP devem ser alojados na parte superior (horizontal) da 
matriz, veja a Figura 4.5. Os RP descreverão o produto em termos mensuráveis, afetando 
diretamente a percepção do consumidor. 
 
Requisitos de Projeto 
Necessidades do Consumidor 
Primárias Secundárias Terciárias Ba
ix
o
 
pe
so
 
Co
m
pa
ct
o
 
B
ai
x
o
 
ru
íd
o
 
Co
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M
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D
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Co
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s.
 
de
 
en
er
gi
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Se
gu
ra
n
ça
 
Fá
ci
l d
e 
in
st
al
ar
 
Cobertura de 
garantia 
Baixo cons. 
de energia 
Baixo custo 
operacional e 
de 
manutenção 
Assistência 
téc. adequada 
 
Econômico 
 
 
Silencioso Confortável 
Fácil transp. Leve 
Robusto 
 
 
Seguro Confiável 
 
 Figura 4.5 Alocação dos requisitos de projeto (RP) na matriz planejamento (hipotético) 
 
 No terceiro passo são realizados os respectivos relacionamentos entre RP e RC no centro da 
“Casa da qualidade”, veja a Figura 4.6. Para isso, utiliza-se um processo de aplicação de critérios de 
importância dos parâmetros. Estes relacionamentos são representados por diferentes simbologias de 
fatores de relevância, que correspondem à intensidade no relacionamento entre RC e RP (forte, 
moderado, fraco ou nenhum). A matriz de relacionamento indica quanto cada RP afeta cada um dos 
 25 
RC. O preenchimento da matriz de relacionamento utilizando os símbolos apropriados possibilita 
uma indicaçãorápida de que os RP do produto final cobrem adequadamente, ou não, os RC. A 
ausência de símbolos ou uma freqüência maior de símbolos de relacionamento fraco indicam que 
alguns requisitos de projeto (RP) ou requisitos do consumidor (RC) não estão devidamente 
endereçados. Neste caso, o projeto terá pouca probabilidade de satisfazer as necessidades do 
consumidor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Requisitos de Projeto 
Necessidades do Consumidor 
Primárias Secundárias Terciárias Ba
ix
o
 
pe
so
 
Co
m
pa
ct
o
 
B
ai
x
o
 
ru
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o
 
Co
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M
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D
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Se
gu
ra
n
ça
 
Fá
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st
al
ar
 
Cobertura de 
garantia ∆ ● ● ○ ● ● 
Baixo cons. 
de energia ● ● ∆ ○ ∆ ○ ● 
Baixo custo 
operacional e 
de 
manutenção 
Assist. téc. 
adequada ○ ○ ● ● ○ ∆ ∆ ● 
 
 
Econômico 
 
 
 
Silencioso ∆ ∆ ● ∆ ∆ Confortável 
Fácil transp. Leve ● ● ∆ ● ● ∆ ○ ∆ ∆ 
Robusto ○ ● ○ ● ● ○ ● ○ 
 
 
Seguro Confiável 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 4.6. Preenchimento das matrizes de relacionamento e correlação 
 
 O quarto passo é a correlação entre os RP, compondo o “telhado” da casa da qualidade (veja 
a Figura 4.6). Cada célula na matriz de correlação está relacionada com um par de RP. Para cada 
célula é feita a seguinte pergunta: Qual é a extensão da mudança na especificação de uma 
característica que afeta uma outra? Seguindo o mesmo procedimento anterior, são utilizados cinco 
símbolos de correlação: positivo, fortemente positivo, negativo, fortemente negativo e nenhum. As 
células indicando uma forte correlação positiva ou negativa identificam características do produto 
que irão requerer maior coordenação e comunicação entre os grupos de desenvolvimento. A 
correlação positiva ajuda a identificar os RP que têm um íntimo relacionamento, possibilitando 
X 
# 
Fortemente positivo 
Positivo 
Negativo 
Fortemente negativo 
∆ 
 
Forte relacionamento = 5 
Médio relacionamento = 3 
Fraco relacionamento = 1 
Nenhum relacionamento = 0 
● 
○ 
 26 
dessa maneira, evitar um esforço duplicado no projeto. Correlação negativa representa condições 
que possivelmente precisarão de balanceamento entre estes fatores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Requisitos de Projeto Avaliação de Mercado 
Necessidades do Consumidor 
Primárias Secundárias Terciárias Ba
ix
o
 
pe
so
 
Co
m
pa
ct
o
 
B
ai
x
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v
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Pe
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po
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ân
ci
a 
Cobertura de 
garantia ∆ ● ● ○ ● ● 5 3 1 3 5 
Baixo cons. 
de energia ● ● ∆ ○ ∆ ○ ● 1 3 3 5 3 
Baixo custo 
operacional e 
de 
manutenção 
Assist. téc. 
adequada ○ ○ ● ● ○ ∆ ∆ ● 5 5 4 2 5 
 
 
 
Econômico 
 
 
 
 
Silencioso ∆ ∆ ● ∆ ∆ 3 3 1 2 3 Confortável 
Fácil transp. Leve ● ● ∆ ● ● ∆ ○ ∆ ∆ 5 4 1 3 5 
Robusto ○ ● ○ ● ● ○ ● ○ 3 5 2 3 3 
 
Seguro Confiável 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.7. Colunas de avaliação de mercado (exemplos hipotéticos) 
 
 
 No lado direito da “casa da qualidade” avaliam-se os aspectos de mercado para cada 
requisito do consumidor (RC), veja a Figura 4.7. 
 O quinto passo é o preenchimento da coluna “valor do consumidor”. Faz-se a seguinte 
pergunta em relação a cada um dos RC. Quão importante é esta necessidade para o consumidor? 
Através de pesos que variam de 1 (sem importância) a 5 (muito importante) classifica-se a 
importância dos RC de acordo com o próprio consumidor. 
 O sexto passo é o preenchimento da coluna “nosso”. Seguindo a abordagem anterior 
pergunta-se. Quão bem a empresa está fazendo para alcançar as necessidades do consumidor? Por 
meio de uma auto avaliação em equipe, ou através dos próprios consumidores, é feita a 
classificação da posição da empresa em relação aos requisitos em estudo, atribuindo valores de 1 a 
5. 
X 
# 
Fortemente positivo 
Positivo 
Negativo 
Fortemente negativo 
∆ 
 
Forte relacionamento = 5 
Médio relacionamento = 3 
Fraco relacionamento = 1 
Nenhum relacionamento = 0 
● 
○ 
 27 
 O sétimo passo é o preenchimento das colunas “competidores” seguindo a mesma 
abordagem anterior. Para isto são usadas informações disponíveis ou utilizando o próprio 
julgamento da equipe. 
 No oitavo passo a coluna “metas” é preenchida baseando-se na avaliação realizada no 
sétimo passo. Metas realísticas são estabelecidas em função da avaliação do que o consumidor acha 
do desempenho dos competidores e da própria empresa. 
 Em seguida (nono passo), na coluna “razão de melhoria”, são computadas as razões de 
melhorias para cada RC, dividindo o peso da meta pelo desempenho da empresa na respectiva linha. 
Por exemplo, para um RC que a meta foi estabelecida com um peso 5, e o julgamento da empresa 
na coluna “nosso” foi estabelecida com um peso 3, a razão de melhoria será de 5/3 = 1,66. 
 No décimo passo são avaliados aspectos relacionados com as características que 
influenciariam diretamente uma venda, computando os dados de cada RC na coluna “fatores de 
venda”. Um fator de 1,5 indica um requisito que é um fator de venda importante. Um fator de 1,2 
indica que é uma característica de venda moderadamente forte. Um fator de 1 indica uma 
característica que não tem impacto nas vendas. 
 O décimo primeiro passo finaliza o lado direito da casa da qualidade. Com todas as linhas 
preenchidas passa-se ao cálculo do peso de importância de cada RC na coluna “peso de 
importância”, que é o produto dos valores das colunas, “valor do consumidor”, “taxa de melhoria” e 
“fatores de vendas”. O resultado provê uma ordem de classificação das necessidades do 
consumidor. 
 O décimo segundo, o décimo terceiro e o décimo quarto passo são realizados na parte 
inferior da “casa da qualidade” (Figura 4.8). 
 Décimo segundo passo. Um outro fator a avaliar, são os aspectos técnicos dos produtos da 
empresa e dos competidores. Para isto são colocados os valores das características de engenharia 
dos produtos competidores, relativos aos RP especificados na matriz. Os dados utilizados são 
obtidos usualmente através de testes ou avaliações conduzidas dentro da empresa. A informação 
cobre o produto da empresa e dos competidores. Em seguida, são realizadas comparações entre a 
avaliação de mercado e as avaliações das características de engenharia do produto, dando a 
possibilidade de se encontrar áreas de inconsistência entre o que o consumidor diz e os resultados 
da avaliação da equipe de projeto. 
 Décimo terceiro passo. Após a identificação e análise de cada RP e também do 
relacionamento destes requisitos aos respectivos RC, segue-se um processo de tomada de decisão 
para estabelecer e incluir os respectivos valores objetivos (meta) de cada RP. 
 Décimo quarto passo. Aqui é calculada a ordem de importância de cada RP. Para cada 
elemento simbólico foi dado um peso de 1 a 5, como indicado na Figura 4.8. Na parte inferior da 
matriz são colocados os valores e ordem de importância dos RP. Estes valores são calculados 
através