4.2 E STRUTURAS DE D ADOS DOS M ODELOS DE I NFORMAÇÕES

4.2.1 ESTRUTURA DE DADOS DO MODELO DE CONHECIMENTO DE PROJETO

Ao Modelo de Conhecimento de Projeto (DKM — Design Knowledge Model) estão associadas as IeC geradas durante inúmeros ciclos que compõem o processo

de projeto de material de atrito, ou seja, o estabelecimento de uma fórmula, a fabricação de um lote-piloto e a realização de testes.

Cada ciclo é tratado como um experimento, que possui características e resultados específicos, podendo ser representado por meio de um diagrama de classes como mostrado na figura 4.1. A letra “k” existente após o nome de cada uma das classes, como por exemplo Experimento_k, representa a classe contida no modelo de conhecimento (knowledge) e tem como função garantir a independência das classes dos dois Modelos de Informações. A classe Experimento_k possui associada a ela outras cinco: Geometria_k, Formula_k, Processo_de_fabricacao_k,

Testes_k e Contextualizacao_de_projeto_k. Geometria_k Testes_k Formula_k _{Processo_de_fabricacao_k} Contextualizacao_de_projeto_k Experimento_k tem tem tem tem tem tem tem tem 1 n n n n n n 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Figura 4.1: Primeiro nível da estrutura de dados do DKM

A classe Geometria_k contém os atributos relacionados à forma, enquanto a classe Formula_k contém os atributos relacionados aos materiais (tipo e quantidade) que compõem o material de atrito, usado no experimento. Já a classe

Processo_de_fabricacao_k contém os atributos relacionados aos tipos de processos

de fabricação usados na manufatura, enquanto a classe Testes_k contém os atributos relativos aos resultados dos testes realizados para a validação ou verificação do atendimento da função do material de atrito.

A classe Contextualizacao_de_projeto_k é a responsável por armazenar parte do conhecimento (explícito e tácito) dos engenheiros durante a realização do experimento, por isso está ligada a todas as classes do DKM.

A classe Geometria_k está diretamente associada à Experimento_k, existindo entre elas uma relação de 1:1, ou seja, cada experimento é desenvolvido para um tipo específico de geometria, e, portanto, possui especificações próprias e únicas, sendo os resultados obtidos válidos para aquela forma (geometria). Um dos atributos mais importantes associado a essa classe refere-se à área de contato.

Outra classe diretamente associada à Experimento_k, existindo também entre elas uma relação de 1:1, refere-se à Formula_k. Cada experimento possui apenas uma única fórmula associada, ou seja, a geração de uma nova fórmula requer a criação de um novo experimento. A figura 4.2 mostra essa relação. Entretanto, associado à classe Formula_k, existem duas outras: a classe

Materia_prima_k e a classe Contextualizacao_de_projeto_k.

Experimento_k

Contextualizacao_de_projeto_k

Materia_Prima_k Formula_k tem

tem tem tem 1 n n 1 1 1 1 1

Figura 4.2: Relação entre as classes Experimento_k e Formula_k

A relação entre as classes Formula_k e Materia_prima_k é de 1:n, ou seja, a fórmula é composta por tantas matérias-primas quantas forem necessárias para poder se produzir aquele material de atrito. Os atributos relativos à classe

Materia_prima_k estão associados à sua identificação (nome, código,

especificação), a seu custo e à sua quantidade na fórmula (peso, volume e massa específica).

A relação entre as classes Formula_k e Contextualizacao_de_projeto_k é de 1:1, ou seja, associado à fórmula pode-se armazenar o conhecimento, ou parte dele, relativo à formulação daquele material de atrito específico. A classe

Também diretamente associado à classe Experimento_k existe a classe

Processo_de_Fabricacao_k, como mostrado na figura 4.3, cuja relação é de 1:n, ou

seja, para se fabricar o material de atrito são necessários vários processos. A atividade de fabricação contida no ciclo de projeto refere-se a um lote-piloto de peças produzido em laboratório e que será posteriormente testado.

Cada uma das subclasses de Processo_de_Fabricacao_k (Mistura_k,

Pre_forma_k, Prensagem_k, Tratamento_termico_k e Scorch_k) refere-se às

informações que representam as operações pelas quais passarão as matérias-primas até obter-se o produto-piloto para a realização dos testes.

Mistura_k

Mistura via seca_k Mistura via úmida_k

Pre_forma_k Prensagem_k Tratamento_Termico_k Scorch_k Experimento_k Contextualizacao_de_projeto_k Processo_de_fabricacao_k tem tem tem é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de 1 1 1 n n n

Figura 4.3: Relação entre Experimento_k e Processo_de_Fabricacao_k

A relação entre a classe de Processo_de_Fabricacao_k e suas subclasses é uma relação do tipo “herança” (é um tipo de), ou seja, os atributos da classe-mãe (Processo_de_Fabricacao_k) são herdados pelos filhos (Mistura_k, Pre_forma_k,

Prensagem_k, Tratamento_termico_k e Scorch_k).

Na operação de mistura, descrita na classe Mistura_k, os compostos atritantes, as resinas e as cargas são misturadas por rotação, obedecendo a uma determinada ordenação dos materiais, um tempo e uma velocidade angular. Além disso, se a resina utilizada for líquida, tem-se o processo chamado "por via úmida"; entretanto, se a resina for seca, tem-se o processo "por via seca", representados respectivamente pelas classes Mistura_via_seca_k e Mistura_via_umida_k.

Na operação de pré-forma, descrita na classe Pre_forma_k, a mistura, seja ela seca ou úmida, é prensada conformando os materiais — anteriormente misturados — na forma final do produto. Nessa etapa, atributos como tempo, temperatura e pressão são variáveis importantes e que influenciam as propriedades finais da material de atrito.

Na etapa seguinte de prensagem, descrita na classe Prensagem_k, os mesmos parâmetros de tempo, temperatura e pressão devem ser rigorosamente controlados, pois interferem nas propriedades mecânicas do material. Outro atributo importante é o número de “ventilações”, que está relacionado ao número de vezes que a prensa deve abrir durante a prensagem, para permitir que os gases possam ser liberados. Nesse processo se inicia a cura dos materiais.

Após a prensagem, existe o processo de tratamento térmico, descrito na classe Tratamento_termico_k, que refere-se ao processo de finalização da cura da resina, onde o material é mantido em uma estufa durante determinado tempo a uma certa temperatura.

A obtenção de algumas características especiais no material de atrito pode necessitar de outra operação de fabricação, o Scorch. Descrito na classe Scorch_k, este refere-se a um processo de “queima” superficial do material de atrito, tendo como finalidade garantir um bom desempenho desde a primeira freada.

Também associada ao processo de fabricação, existe a classe

Contextualização_de_projeto_k, em uma relação 1:n, ou seja, a cada um dos

processos ou operações poderão existir IeC que devam ser registradas, sendo as mesmas contextualizadas em relação ao experimento.

Uma vez produzido o lote-piloto, este passa por diversos testes, segundo diferentes normas e métodos, onde verifica-se o atendimento ou não das especificações de projeto. A figura 4.4 apresenta a classe Testes_k associada ao experimento por meio de uma relação 1:n, ou seja, um experimento pode sofrer “n” testes antes de ser aprovado ou rejeitado.

Teste_de_Laboratório_k Teste_Veicular_k Experimento_k é um tipo de é um tipo de 1 1 1 nn n n Contextualizacao_de_projeto_k tem Gráfico_k Testes_k tem tem tem 1 n

Figura 4.4: Relação entre as classes Experimento_k e Testes_k

Associada a Testes_k existe a classe Grafico_k, cuja relação é de 1:n, ou seja, podem existir “n” gráficos associados aos testes. Isso ocorre porque os engenheiros químicos e de aplicações normalmente se utilizam de gráficos para analisar o resultado dos testes.

A análise não é puramente objetiva, baseada em fatos, regras ou números, mas em algumas situações o bom senso e a experiência são fundamentais. Sendo assim, é imprescindível a existência da classe Contextualizacao_de_projeto_k, onde é possibilitado à equipe de projeto armazenar parte do seu conhecimento, associado aos testes realizados.

Os diversos tipos de testes de laboratório estão descritos na forma de um diagrama de classes e mostrados na figura 4.5. Os primeiros testes realizados com o lote-piloto são os testes físicos (Teste Físico), tendo um caráter restritivo, ou seja, se os resultados aqui obtidos não são satisfatórios, encera-se o experimento e inicia-se outro. Algumas grandezas verificadas, cujos atributos estão contidos na classe Teste Físico, são resistência ao impacto, resistência à compressão, resistência ao cisalhamento, dureza, densidade, porosidade, inchamento e ponto de fulgor, entre outros.

Associado à classe Teste_de_laboratório_k existe a classe

Maquina_teste_k, que tem como função armazenar a identificação de qual

resultados. A relação entre essas duas classes é 1:n, ou seja, para cada um dos diferentes tipos de testes de laboratório será utilizada uma máquina.

AK Master Eficiência_k MF 80930 Eficiência em

Dinamômetro_k

MF 80932 Atrito em

Dinamômetro_k AK Master Ruído_k MF 80931 Desgaste em Dinamômetro_k Teste_de_Laboratório_k Maquina_teste_k Teste Físico SAE J661_k é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de é um tipo de tem é um tipo de

Gráfico_k tem Testes_k tem Contextualizacao_de_projeto_k

1

n n

n

1 1

Figura 4.5: Relação entre as classes Teste_k e Teste_de_laboratório_k

Em uma segunda etapa dos testes de laboratório, com base nas especificações do produto e nos parâmetros que se deseja verificar, outros métodos de ensaio podem ser utilizados, sendo estes descritos por meio das classes

AK Master Eficiência_k, AK Master Ruído_k, MF 80930 Eficiência em Dinamômetro_k, MF 80931 Desgaste em Dinamômetro_k, MF 80932 Atrito em Dinamômetro_k e SAE J661_k. Esses ensaios normalmente são realizados

utilizando-se dinamômetros, tendo, portanto, também associadas as máquinas usadas. Os parâmetros normalmente medidos nesses ensaios referem-se à eficiência do material de atrito quanto ao desempenho (nível do coeficiente de atrito em diferentes temperaturas e pressões), ao desgaste e ruído.

O Anexo D apresenta a estrutura de dados completa para o Modelo de Conhecimento de Projeto.

Não existe a necessidade de que todos os testes de laboratório sejam realizados para aprovar ou reprovar o material de atrito que está sendo projetado. Contudo, somente será realizado o teste veicular se os resultados de laboratório satisfizerem as especificações de projeto.

Se as especificações não são atendidas, inicia-se um novo ciclo ou caso de projeto, onde é gerada uma nova fórmula e é produzido um novo lote-piloto, gerando por conseqüência um novo experimento, até que se consiga obter as especificações desejadas. Contudo, se as especificações de projeto são atendidas, o material é aprovado e pode ser produzido em escala industrial, sendo armazenado no Modelo de Produto.

A classe Contextualizacao_de_projeto_k, mostrada nas figuras 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5, tem a função de armazenar parte do conhecimento específico de cada um dos casos. E pode estar associada ao experimento de uma forma mais genérica, como aquele vinculado ao Experimento_k, bem como, de forma mais específica, com as classes Formula_k, Testes_k e Processo_de_fabricação_k, ou seja, cada uma dessas classes pode conter conhecimentos que a equipe, vinculada ao projeto, considera que devam ser armazenados. Por meio dos atributos desse objeto (descrição do problema, solução adotada e resultado esperado), parte do conhecimento é transformado em explícito, podendo ser reutilizado em projetos futuros.

No atributo descrição do problema são registrados os motivos pelos quais o material está sendo rejeitado, como, por exemplo, um valor reduzido do coeficiente de atrito em determinada temperatura e um ensaio específico.

No atributo solução adotada, o engenheiro registra que alterações serão realizadas buscando sanar o problema existente, como, por exemplo, acrescentar determinada quantidade de uma matéria-prima e reduzir a de outra.

No atributo resultado esperado são registrados, com base em conhecimentos anteriores, o que poderá acontecer com o novo experimento após a adoção da solução indicada. Por exemplo, o acréscimo da matéria-prima indicada consegue manter o coeficiente de atrito no nível desejado para a temperatura, na qual apresentava problema, mas isso normalmente ocasiona uma redução na capacidade de o material resistir ao esforço de cisalhamento.

Assim, partindo-se de alguns parâmetros iniciais, é possível recuperar casos de projeto semelhantes, possibilitando que experimentos antigos tornem-se um ponto de partida para novos projetos.

Ao Modelo de Produto estão associadas IeC abrangentes relacionadas a um produto específico. Para esse caso em particular, trata-se de pastilhas de freio usadas em veículos automotores. A estrutura de dados desse modelo é enxuta, armazenando as IeC associadas às diferentes fases do seu ciclo de vida.

Esse modelo refere-se aos produtos que serão produzidos em escala comercial, ou seja, após vários experimentos, obteve-se um material de atrito que atende às especificações estabelecidas pelo cliente, e que será homologado interna e externamente à empresa, e posteriormente fabricado.

Embora os Modelos de Produto e de Conhecimento de Projeto tenham o objetivo de armazenar IeC associadas ao material de atrito, suas estruturas são diferentes, mesmo que algumas classes de informações sejam semelhantes.

Essas diferenças estão relacionadas a objetivos diferentes. Enquanto o DKM interessa a uma fase específica do ciclo de vida do produto, o PM acompanhará o produto ao longo de toda sua vida, inclusive o projeto. A figura 4.6 apresenta o primeiro nível da estrutura, onde a classe Elemento de Atrito refere-se a uma determinada pastilha de freio desenvolvida para ser usada por um cliente e com uma aplicação específica.

Formula Acessórios Elemento de Atrito tem tem Aplicacao tem 1 1 1 ₁ n n

Figura 4.6: Primeiro nível da estrutura de dados do Modelo de Produto

As classes Aplicação e Acessórios são exemplos de informações presentes apenas na estrutura do Modelo de Produto, pelo fato de terem importância ao produto comercial, e não a seu projeto.

Os relacionamentos entre Elemento de Atrito, Aplicação e Acessórios são do tipo 1:n, ou seja, um elemento de atrito pode possuir várias aplicações, bem como diversos acessórios. A classe Acessórios refere-se ao tipo de plaqueta usada

(elemento metálico ao qual será colado o material de atrito), a cola ou adesivo utilizado, o tipo de mola do conjunto e a tinta usada na identificação do produto. A classe Aplicacao refere-se à identificação do cliente e da aplicação (veicular, industrial) para a pastilha de freio.

Associado também à classe Elemento de Atrito, encontra-se a classe

Formula, que possui os mesmos atributos daquela elaborada no último ciclo de

projeto, ou também chamado de caso de sucesso, e que será produzida em escala industrial. A relação entre essas classes é do tipo 1:1, ou seja, um elemento de atrito terá associado a si apenas uma fórmula. A alteração da fórmula significa a criação de um novo produto (elemento de atrito).

Uma vez que não existem mais experimentos, mas sim o produto elemento de atrito, a formulação deste passa a ter um papel essencial. A classe Formula tem associada a si quatro outras classes, como mostrado na figura 4.7.

Materia_Prima

Elemento de Atrito

Geometria Processo de Fabricação Validacao

Formula tem tem tem tem tem 1 n 1 n 1 1 1 n 1 n

Figura 4.7: Subclasses da classe Formula na estrutura do Modelo de Produto

A primeira classe associada refere-se à Materia_prima que permanece com os mesmos atributos da estrutura do Modelo de Conhecimento de Projeto. Contudo, outras três classes, que, no DKM, estavam associadas a Experimento, agora estão ligadas diretamente à Formula, quais sejam: Processo de fabricação, Validação e

A classe Geometria está diretamente associada à classe Formula, existindo entre elas uma relação de 1:1, ou seja, cada elemento de atrito e por conseqüência cada fórmula possui uma forma (geometria) específica.

A classe Validacao refere-se ao resultado dos últimos testes realizados com o experimento que gerou o caso de sucesso e que permitiram validá-lo. As subclasses associadas à classe Validacao são as mesmas contidas no Modelo de Conhecimento de Projeto (AK Master Eficiência, AK Master Ruído, MF 80930

Eficiência em Dinamômetro, MF 80931 Desgaste em Dinamômetro, MF 80932 Atrito em Dinamômetro e SAE J661). A relação entre Formula e Validacao é do tipo 1:n,

ou seja, para a validação do elemento de atrito, foi necessária a realização de inúmeros testes.

A classe Processo de Fabricação refere-se aos vários processos necessários para se fabricar o material de atrito em escala industrial. Essa classe possui as mesmas subclasses do Modelo de Conhecimento de Projeto (Mistura, Pre_forma,

Prensagem, Tratamento_termico e Scorch), sendo entretanto nesse modelo

inseridas as máquinas usadas na linha de produção e não mais no laboratório-piloto. A relação entre Formula e Processo de Fabricação é do tipo 1:n, ou seja, para a fabricação do elemento de atrito, é necessário que as matérias-primas que compõem a fórmula sejam submetidas a diferentes processos de manufatura.

O Anexo E apresenta a estrutura de dados completa do modelo de produto com todos os seus atributos.

4.3 CONSIDERAÇÕES

Neste capítulo foram apresentadas as estruturas de dados dos dois modelos de informações: Modelo de Produto e Modelo de Conhecimento de Projeto. As modelagens foram realizadas utilizando-se o UML e buscando-se garantir a interdependência dos modelos.

As estruturas elaboradas representam de forma íntegra e consistente as informações e os conhecimentos sobre o material de atrito e seu processo de projeto, permitindo a reutilização das IeC armazenadas, por meio do uso de

sistemas baseados em casos, como proposto no segundo objetivo específico elaborado no capítulo 1.

Observa-se que, mesmo que cada produto — elemento de atrito — seja diferente dos demais, é possível utilizar uma estrutura de dados comum para descrevê-los, ou seja, uma mesma estrutura foi definida para capturar as IeC dos diferentes tipos de produtos.

Percebeu-se, também, que atualmente as informações geradas no processo de projeto são armazenadas de modo não-integrado, dificultando a consulta aos resultados obtidos com os materiais anteriormente testados, ou até impedindo sua reutilização.

Considerando a abordagem proposta, os modelos de informações têm a função de armazenar e compartilhar as IeC envolvidas com a etapa de projeto. Contudo, um outro elemento é fundamental para o bom uso desses modelos: trata- se do mecanismo de recuperação das IeC, que, neste trabalho, está apoiado no conceito de conhecimento descrito por meio de casos.

Uma vez determinadas as estruturas de dados e a forma de modelagem das informações e do conhecimento, faz-se necessário estabelecer quais são os parâmetros usados para se recuperar IeC nos Modelos de Produto e de Conhecimento de Projeto, além de clarificar de que forma serão armazenados novos experimentos e elementos de atrito.