Aspectos gerais da modelagem funcional

Modelagem funcional é o nome dado para a atividade de desenvolver modelos de dispositivos, produtos, objetos e processos baseado nas suas funcionalidades e nas funcionali- dades de seus subcomponentes. Por suportar a decomposição funcional, a modelagem funcional conecta os requisitos de alto nível a detalhes de baixo nível, oferece uma visão holística do sis- tema e constrói a base para resolver os problemas de representação de produtos complexos e seus processos de desenvolvimento complexos. A modelagem funcional tem um papel impor- tante no ciclo de vida dos produtos: manutenção, diagnose, detecção de falha, reconhecimento de falha e geração de soluções podem ser executados eficazmente dentro do domínio da mode- lagem funcional (ERDENet al., 2008).

Daniilidis et al. (2011) demonstram que nem todas as funções de um produto apre- sentam o mesmo grau de independência da solução. Este grau de independência da solução depende do nível hierárquico que se encontra a função. Quanto mais abstratas forem as fun- ções, mais brandas são as hipóteses de problema derivadas e mais brandos são os pontos de entrada incluídos no espaço de soluções (Figura 2.10). Em projetos de reengenharia, os mo- delos funcionais são bastante detalhados por causa das soluções implementadas conhecidas. Por isto as hipóteses de problemas derivadas são menos abstratas, o que restringe o espaço de soluções e inibe soluções inovativas.

A relação entre o nível de abstração da solução e extrapolação do problema com o nível de inovação pode ser visto também no trabalho de Altshuller (2007), que analisando

Figura 2.10: Visão esquemática do espaço de solução. Adaptado de Daniilidis et al. (2011).

um grande número de patentes identificou que as invenções diferem em seu valor inventivo e propôs cinco níveis de inovação:

Nível 1: O problema e os meios de solução existem dentro da área de uma profis- são (um setor específico da indústria). São problemas de rotina resolvidos por métodos bem conhecidos dentro da especialidade;

Nível 2: O problema e os meios de solução existem dentro da área de uma indústria. São pequenas melhorias em um sistema existente utilizando métodos conhecidos dentro da indústria;

Nível 3: O problema e os meios de solução existem dentro de uma área de uma ciência. São melhorias fundamentais em um sistema existente utilizando métodos conhecidos fora da indústria;

Nível 4: O problema e seus meios de solução existem fora do limite da ciência onde o problema se originou. É uma nova geração de um sistema que traz um novo princípio para desempenhar as funções primárias do sistema;

Nível 5: O problema e seus meios de solução existem fora dos limites da ciência contemporânea. Neste caso é necessário primeiramente fazer uma nova descoberta e então, baseado neste novo dado científico, resolver o problema inventivo. É uma descoberta científica rara ou uma invenção pioneira de um sistema essencialmente novo.

Altshuller (2007) analisou 14 classes de invenções de 1965 a 1969 revelando a dispersão entre o níveis inventivos conforme a Figura 2.11.

Conforme as funções dão mais informação a respeito da solução, elas ficam em níveis mais baixos no modelo funcional. Daniilidis et al. (2011) ainda distinguem dois tipos

Figura 2.11: Dispersão das invenções nos níveis inventivos. Baseado em Altshuller (2007).

de informação, informação sobre a solução técnica e informação sobre a tecnologia aplicada. Uma solução técnica pode ser implementada utilizando diferentes tipos de tecnologia de acordo com o conhecimento disponível. Portanto funções contendo informação de tecnologia são mais elementares e estão posicionadas mais baixo na hierarquia funcional (Figura 2.12).

Figura 2.12: Estrutura funcional hierárquica de uma válvula de redução de pressão. Adaptado de Daniilidis et al. (2011).

corresponde às relações físicas e aos processos aplicados ao objeto (ERDENet al., 2008).

Umeda e Tomiyama (1997) e Far e Elamy (2005) consideram as funções como meios de mudar da tecnologia do raciocínio baseado no modelo (Model-Based Reasoning ou MBR) para a tecnologia do raciocínio funcional (functional reasoning). Enquanto que a tecno- logia MBR trata de "que o objeto faz", o raciocínio funcional trata de "para que é o objeto". Este entendimento é muito próximo do entendimento da separação dos domínios objetivo e subjetivo. O MBR acontece no domínio objetivo e o raciocínio funcional no domínio subjetivo. Far e Elamy (2005) mencionam quatro tarefas para as quais o raciocínio funcio- nal pode ser aplicado. Identificação: determina as funções associadas com uma dada estrutura. Explanação: responde porque um componente é necessário para realizar um comportamento pretendido. Seleção: usada para determinar e combinar componentes para desempenhar o com- portamento necessário para realizar as funções pretendidas. Verificação: usada para testar a funcionalidade de um estrutura dada sob certas condições do meio.

Esta tecnologia é importante, pois o CAD (Computer Aided Design) do futuro deve auxiliar o processo inteiro de desenvolvimento, incluindo o projeto funcional, não mais somente o projeto detalhado baseado em modelagem geométrica (TOMIYAMA et al., 1993) (UMEDA E TOMIYAMA, 1997). Por exemplo FBS Modeler e KIEF (knowledge intensive engineering

framework) de Tomiyama et al. (1993) e Yoshioka et al. (2004); KRITIK e IDeAL de Goel e Bhatta (2004); IDEA-INSPIRE de Chakrabarti et al. (2005); FEST-ER (function embodiment structure-extend recursively) e Schemebuilder de Bracewell e Sharpe (1996).

As empresas pressionadas a reduzir os tempos de desenvolvimento começaram a procurar novas formas de explorar os conhecimentos de engenharia acumulados. Os bancos de dados de projetos tradicionais, os quais meramente disponibilizam modelos CAD, desenhos e alguma documentação de versões, são inadequados para este propósito. Pesquisas focadas em repositórios de projetos (design repositories) buscam atender a estas demandas da indústria (SZYKMANet al., 2000).

Um repositório de projeto é um sistema inteligente de modelagem de objeto baseado em conhecimento usado para facilitar a representação, capturar, compartilhar e reutilizar o co- nhecimento de projeto corporativo. Repositórios de projeto tentam capturar uma representação mais completa do projeto que pode incluir caracterização da função, comportamento, regras de projeto e modelos de simulação por exemplo (SZYKMANet al., 2000). Este projeto conduzido

pela NIST (National Institute of Standards and Technology) foca em algumas áreas, dentre elas a identificação da taxonomia das funções e seus fluxos associados (SZYKMANet al., 1999b).