Arquitetura de Produtos (Modular e Integral)

Os princípios das arquiteturas de produtos foram introduzidos na literatura por Abernathy e Utterback (1978) e posteriormente desenvolvidos por pesquisadores como Ulrich (1995), Baldwin e Clark (1997, 2000), Robertson e Ulrich (1998), Sanchez (2000) e Mikkola e Gassmann (2003). A arquitetura do produto é o arranjo dos elementos funcionais de um produto em vários módulos físicos, incluindo o mapeamento dos elementos funcionais aos componentes físicos e a especificação das interfaces entre os componentes físicos. A arquitetura de produto também pode ser entendida como a estrutura em que os componentes funcionais do produto são dispostos em partes físicas e a forma como ocorrem as interações entres as partes através das interfaces. (MIKKOLA; GASSMANN, 2003; CHEN; LIU, 2005).

Ulrich (1995) dividiu a arquitetura de produto em três principais elementos: i) o arranjo dos elementos funcionais; ii) o mapeamento dos elementos funcionais com os componentes físicos; e iii) as especificações das interfaces entre os componentes físicos. Conforme mostra a Figura 6, o arranjo dos elementos funcionais contempla o mapeamento das funções do produto (F1 – Função 1; F2 – Função 2; F3 – Função 3). Posteriormente, esses elementos funcionais (F1, F2, F3) devem ser conectados aos componentes físicos (C1 – Componente físico 1; C2 – Componente físico 2; C3 – Componente físico 3). Finalmente, devem ser definidas as interfaces entre os componentes físicos (C1, C2, C3), ou seja, deve-se especificar como esses componentes irão se comunicar entre si.

Figura 6: Elementos da arquitetura de produtos

Fonte: Ulrich (1995).

Persson e Ahlstrom (2006) exemplificam os elementos da arquitetura de produtos da seguinte forma: em um nível geral, a função de um automóvel é transportar motorista e passageiros de um determinado ponto a outro. Tal função principal pode ser dividida em subfunções (transportar de forma segura, com temperatura agradável (ar condicionado), com ambiente agradável (som automotivo), entre outras). O primeiro aspecto da arquitetura de produtos é que essas diferentes subfunções podem ser operacionalizadas por elementos funcionais e realizadas por diferentes módulos. Como essas funções são realizadas em componentes, o mapeamento dos elementos funcionais dos componentes físicos é o segundo aspecto da arquitetura do produto. O terceiro aspecto da definição de arquitetura de produto se concentra nas interfaces. Uma especificação de interface define o protocolo para as interações primárias através

de interfaces dos componentes e também determina se há uma conexão geométrica. (ULRICH, 1995).

A arquitetura de produtos pode apresentar duas configurações: arquitetura modular e arquitetura integral. Arquiteturas modulares de produtos são caracterizadas por interfaces dissociadas e mapeamento de um-para-um entre as funções e os componentes físicos. Tais aspectos permitem que cada elemento de caracterização funcional possa ser alterado mudando-se apenas os respectivos componentes, tornando possível que o desempenho de cada componente seja modificado independentemente. (ULRICH, 1995; SANCHEZ; MAHONEY, 1996). Uma arquitetura integral inclui um complexo (não diferenciado) mapeamento de elementos funcionais para componentes físicos e interfaces acopladas e não padronizadas entre componentes. (MILTENBURG, 2003). Nesse sentido, o desempenho é otimizado em nível de sistemas, e mudanças na funcionalidade do produto exigem alterações em vários componentes. (ULRICH, 1995).

Na Figura 7 é ilustrada, por meio de um produto, a diferença entre arquitetura modular e integral.

Figura 7: Exemplos de Computadores com arquitetura integral e modular

A pesquisa sobre modularização tem explorado as propriedades da arquitetura de produtos modulares, sugerindo que existem diferentes classificações para essas arquiteturas. (SALVADOR; FORZA; RUNGTUSANATHAM, 2002). Ulrich e Tung (1991) propõem uma classificação para os tipos de arquiteturas modulares com base nas configurações geométricas da arquitetura de uma família de produtos. A tipologia de Ulrich e Tung (1991) captura diferentes abordagens possíveis para combinar módulos, distinguindo-os entre variantes e módulos comuns. Ulrich (1995) propõe uma tipologia que relaciona a propriedade da interface entre os módulos como critério de classificação. As classificações das arquiteturas de produtos modulares são ilustradas na Figura 8:

Figura 8: Classificações das arquiteturas modulares

Fonte: Traduzido de Salvador, Forza e Rungtusanatham (2002).

Ulrich e Tung (1991) descrevem a constituição da natureza do produto final e contextualizam como as variantes de produtos podem ser obtidas com a utilização de cada classificação da arquitetura modular. Ulrich (1995) aborda a natureza das

interfaces entre os componentes, explicando e classificando as interfaces entre os módulos e produtos. Sob o prisma da gestão, um ponto relevante para a modularização de produtos complexos se refere à necessidade de decidir o grau adequado de modularidade.

Usando as definições de Ulrich (1995), Sanchez e Mahoney (1996) e Miltenburg (2003), a tomada de decisão quanto à arquitetura de um produto tende a ser se ele será modular ou integral. Ao se decidir por produtos modulares, é preciso considerar o acoplamento entre os módulos que irão compor o produto. Nesse sentido, pode-se inferir que o produto modular é composto por módulos com grupos de componentes nos quais há um forte acoplamento entre os componentes do módulo, mas um fraco acoplamento entre os diferentes módulos que compõem o produto. (PERSSON; AHLSTROM, 2006). Tal definição permite a utilização do termo grau de modularidade. O grau de modularidade descreve o grau de acoplamento entre os diferentes módulos de um produto. (ERENS; VERHULST, 1997). No entanto, conforme Campagnolo e Camuffo (2009), ainda não existe uma medida e uma metodologia sistemática amplamente adotada que auxilie os designers e engenheiros a aumentar a modularidade de um produto. A inexistência de metodologia para medir o grau adequado de modularidade também é destacada por Gershenson, Prasad e Zhang (2004).

A arquitetura modular de produtos oferece potencial para lidar com desafios atribuídos à rápida mudança tecnológica, que exige constantemente o lançamento de novos produtos. (ULKU; SCHMIDT; DIMOFTE, 2012). Nessa direção, Ramachandran e Krishnan (2008) propõem a utilização de módulos atualizáveis com o objetivo de proporcionar às empresas uma melhor gestão na introdução de produtos. A atualização dos módulos (upgrade) também pode proporcionar a redução da necessidade de constantes inovações no desenvolvimento de novos produtos. (KRISHNAN; RAMACHANDRAN, 2011). O design modular permite a atualização de produtos a partir da substituição de componentes ou módulos e não do produto como um todo. Ulku, Schmidt e Dimofte (2012) citam o exemplo da câmera fotográfica GXR da Ricoh, que possui uma lente/sensor atualizável que pode ser substituída por módulos tecnologicamente avançados. A possibilidade de atualização de produtos é ilustrada na Figura 9:

Figura 9: Decisão da arquitetura de produtos

Fonte: Adaptado de Ulku, Schmidt e Dimofte (2012).

Dessa forma, entende-se que a utilização da arquitetura de produtos modulares é uma estratégia para gestão das atividades de desenvolvimento de produtos e de sistemas de produção complexos, apresentando implicações desde a engenharia de projetos até a estratégia de negócios. (MIKKOLA; GASSMANN, 2003; FREDRIKSSON, 2006). Na próxima seção, discutem-se conceitos relativos às abordagens da modularidade.