A modularização tem potencial de gerar grandes benefícios às empresas, segundo Holmqvist e Persson (2003), porém a divisão de produtos em módulos não é uma tarefa simples. A forma como ocorre a divisão dos produtos em módulos e a extensão que a modularização alcança dentro dos produtos da empresa são determinantes para a definição dos possíveis benefícios.
Para maximizar os benefícios e auxiliar no processo de modularização são propostos métodos e ferramentas. Todos os métodos partem da premissa de agrupar componentes em módulos, porém cada método foi desenvolvido com diferentes pontos de vista de diferentes áreas de aplicação (DANIILIDIS et al., 2011).
Poucas empresas utilizam métodos e ferramentas formais em seus processos de desenvolvimento modular ou encontram dificuldades em aplicar as práticas por eles determinadas, conforme é constatado por Sonego (2013 apud KAHN et al., 2012).
De acordo com Holmqvist e Persson (2003), em linhas gerais, todos os métodos possuem ao menos duas etapas essenciais para o processo de modularização, são elas:
Fase de decomposição: o produto, ou uma gama de produtos, são divididos em partes menores, subfunções, agrupamentos ou elementos individuais. Estas partes são analisadas e padronizadas, incluindo a descrição completa de suas interfaces e interações. Quanto maior o nível de decomposição torna-se mais fácil encontrar as relações um-para-um entre funções e partes físicas, mas
também se torna mais difícil integrar as partes, devido a maior quantidade de elementos a serem analisados.
Fase de integração: nesta fase ocorre o processo de modularização, os elementos identificados e classificados na fase de decomposição precisam ser agrupados para formar módulos. A forma mais recorrente utilizada na literatura para realizar a integração são as matrizes, que representam as relações entre os componentes, distribuindo-os em linhas ou colunas, marcando e quantificando suas interações de acordo com critérios pré-estabelecidos.
O método MFD é descrito no capítulo 3 deste trabalho. Além do MFD existem outros métodos para realizar a modularização, cinco deles são apresentados de forma geral a seguir.
Matriz de Projeto Estruturado - DSM
Com base na estratégia de decomposição-integração e argumentando que a arquitetura do produto e a forma como ela é dividida durante o processo de desenvolvimento, tem implicações no desempenho do produto, na capacidade de mudança, na variedade e na produção, Pimmler e Eppinger (1994) propõem o método Matriz de Projeto Estruturado (DSM).
O objetivo principal do DSM é documentar as interações entre os elementos de um produto, que podem ser espaciais, de energia, de informação ou de material, identificando potenciais agrupamentos com base em critérios pré-estabelecidos pela equipe (SONEGO, 2013).
Conforme Pimmler e Eppinger (1994) as interações entre os elementos podem ser:
Espacial: identifica a necessidade de estar próximo ou uma orientação entre os elementos;
Energia: identifica a necessidade de transferência de energia entre os elementos;
Informação: identifica a necessidade de comunicação ou troca de sinais entre os elementos;
Material: identifica a necessidade de troca de material entre os elementos.
O método é realizado em três passos (PIMMLER; EPPINGER, 1994; SONEGO, 2013):
1. Decomposição do sistema em elementos: consiste na descrição do conceito do produto em termos de elementos físicos e funcionais que permitem atingir as funções do produto;
2. Documentação das interações físicas e funcionais entre os elementos: documenta as interações, que podem ser espaciais, de energia, de informação ou de material;
3. Agrupar os elementos em blocos: agrupa os elementos em blocos com base em critérios pré-estabelecidos pela equipe, tais blocos definem a arquitetura do produto.
O DSM é uma matriz onde os componentes do produto são registrados nas linhas e nas colunas. Para cada cruzamento de linha e coluna a equipe assinala se um grupo de componentes é fisicamente conectado a outro, de acordo com um esquema de quantificação estabelecido. Pressupõe-se que componentes que tenham conexões (com maiores valores quantificados) sejam agrupados em módulos (SONEGO, 2013).
Na visão de Pimmler e Eppinger (1994) os benefícios do DSM são significativos, pois as empresas não definem ou aplicam uma engenharia de sistemas de forma consistente em seus produtos, deste modo o método pode contribuir para uma visão mais detalhada das interações entre os diferentes elementos do sistema.
Projeto para X - DFX
Existem muitos trabalhos e estudos que pertencem a uma classe de ferramentas que pode ser denominada de Projeto para X (DFX), onde X representa certa fase da vida útil do produto ou representa uma virtude universal, como por exemplo, custo, tempo, eficiência, flexibilidade e etc. (ERIXON, 1998).
O DFX pode ser encarado como uma atividade centrada na meta com a finalidade de ajustar o produto para o sistema, por exemplo, o Projeto para Montagem (DFA), o Projeto para Manufatura (DFM) e assim por diante. Os diferentes aspectos do DFX podem ser combinados conforme ilustra a figura 2.12, no eixo horizontal encontram-se diferentes fases do ciclo de vida do produto, sendo relacionadas com as habilidades ou requisitos desejados pela empresa, descritos no eixo vertical. Por exemplo, pode-se combinar um projeto voltado para a montagem com foco em sua flexibilidade.
Figura 2.12 – Diferentes aspectos do DFX.
Fonte: Adaptado de Erixon (1998).
Entre as metodologias DFX destaca-se o DFM que é composto por um conjunto de métodos que incide sobre as possibilidades de aumentar a produção já durante a fase de projeto, também referenciado como Projeto para Manufatura e Montagem (DFMA). Este método tem sido aplicado com sucesso na indústria provando que pode gerar melhoras significativas na fase de concepção do projeto, impactando em um produto de maior qualidade e rentabilidade (ERIXON, 1998).
Conforme explica Erixon (1998) o objetivo principal do DFM é apoiar o projetista em encontrar um projeto que seja otimizado para todo o processo produtivo de uma empresa. Em linhas gerais, as orientações mais citadas foram desenvolvidas na década de 1980, sendo elas:
1. Minimizar o número total de partes de um produto; 2. Desenvolver um projeto modular;
3. Usar componentes padrões;
4. Projetar peças para serem multifuncionais; 5. Projetar peças para uso múltiplo;
6. Projetar peças para facilitar a fabricação; 7. Evitar fixadores separados;
8. Minimizar as instruções de montagem; 9. Maximizar a conformidade;
10. Minimizar o manuseio.
Ainda conforme enfatiza o autor, o projeto modular de produto já é postulado com regra do DFM há muito tempo. Apesar do DFM não ser um método voltado para a modularização, sua aplicação pode ter como ênfase a alteração da arquitetura do produto de modo a obter-se um acréscimo da modularidade.
Estudos mostram que os esforços de aplicação de métodos DFX ao nível mais elevado (nível de família de produtos) geram outros efeitos, como facilidade de produção e montagem. Tais efeitos podem ser classificados em cada nível com uma proporção de 100: 10: 1, ou seja, para cada efeito observado no nível mais elevado, dez efeitos são observados no nível de produto e cem efeitos no nível de componente. Isto revela um grande potencial de melhoria nas decisões de projeto tomadas em níveis mais altos (ERIXON, 1998).
Método Heurístico
Assumindo que exista uma estrutura de função ideal é possível considerar a abordagem heurística para realizar a identificação dos módulos desta estrutura. Define-se heurística como um método de educação ou de programação de computadores em que o aluno ou a máquina segue ao longo de linhas empíricas, utilizando regras para encontrar soluções ou respostas (STONE; WOOD; CRAWFORD, 1998).
Para a compreensão do método heurístico é preciso conhecer a definição de fluxo. Em modelos funcionais, conhecidos como estruturas funcionais, o fluxo se refere a energia, material ou sinal que passa através das subfunções do dispositivo (STONE; WOOD; CRAWFORD, 1998). Pode-se fazer uma analogia entre fluxo e tarefas de engenharia, onde cada tarefa pode ser realizada de forma paralela, sequencial ou em conjunto, em cada caso as dependências entre as subfunções são definidas de forma a respeitar o fluxo dado.
A proposta do método heurístico é realizar uma análise onde o projetista utiliza um conjunto de passos, empíricos na natureza, contudo provados cientificamente, para identificar os módulos em um produto. São apresentadas três estratégias heurísticas (STONE; WOOD; CRAWFORD, 1998):
1. Fluxo dominante: o conjunto de subfunções onde o fluxo passa através, desde a sua entrada ou inicio até a saída ou conversão do fluxo, define um módulo;
2. Fluxo ramificado: cadeias de função paralelas associadas com o fluxo que se ramificam constituem módulos. Cada um dos módulos tem interface com o restante do produto através do fluxo no ponto da ramificação;
3. Módulos de conversão-transmissão: uma subfunção de conversão ou um par de conversão-transmissão ou uma própria cadeia de subfunções constituem módulos.
Enquanto os outros métodos realizam a decomposição do produto de forma estrutural, o método Heurístico faz uma decomposição funcional, decompondo o produto em subfunções e agrupando-as de acordo com as interações de fluxo. (SONEGO, 2013).
Projeto para Variedade - DFV
De acordo com Martin e Ischii (2002), o Projeto para Variedade (DFV) é uma série de metodologias estruturadas para ajudar as equipes de desenvolvimento a reduzir o impacto da variedade no custo do ciclo de vida do produto.
Ainda segundo os autores, o método busca uma abordagem estruturada que ajuda a desenvolver a disposição dos elementos funcionais, o mapeamento de função-estrutura e as especificações de interface para uma família de produtos.
Dois tipos de variedade devem ser considerados no desenvolvimento de uma arquitetura de produtos: a variedade dentro da linha de produtos atual que esta sendo projetada (variedade espacial) e a variedade de gerações futuras do produto (variedade de gerações). O método DFV concentra-se no desenvolvimento de um projeto voltado para futuros produtos (variedade de gerações), mas também pode ser aplicado quando se deseja
variedade espacial. A figura 2.13 ilustra os significados de variedade espacial e variedade de gerações (MARTIN; ISHII, 2002).
Figura 2.13 – Variedade espacial e variedade de gerações.
Fonte: Adaptado de Martin e Ishii (2002).
Conforme a proposta de Martin e Ishii (2002) dois importantes indicadores formam o núcleo do método, são eles: o Índice de Variedade de Gerações (GVI) que representa a quantidade esperada de redesenho necessário para um componente atender às futuras necessidades do mercado e o Índice de Acoplamento (CI) que quantifica a força de acoplamento entre os componentes do produto, quanto maior o índice maior a probabilidade da mudança de um requerer a mudança do outro.
O método DFV, ainda de acordo com os mesmos autores, consiste em quatro passos:
Primeiro passo: gerar os índices GVI e CI para o projeto;
Segundo passo: ordenar os componentes. Classificar os índices GVI do maior para o menor. Os componentes com maior índice GVI tem maior chance de mudar, considerando fatores externos;
Terceiro passo: determinar onde concentrar os esforços. Através da avaliação dos índices GVI e CI a equipe deve iniciar as mudanças na arquitetura do
produto para desenvolver uma plataforma que seja facilmente aplicada em futuras gerações de produtos;
Quarto passo: desenvolver a plataforma do produto. Aplica-se uma abordagem prescritiva para melhorar a arquitetura do produto, reorganizar o mapeamento entre os componentes físicos e funções e definir interfaces.
Em termos gerais, o objetivo da equipe é projetar uma plataforma para que o projeto se torne padronizado em todas as gerações. Partes do projeto que não podem ser padronizadas devem ser modularizadas (MARTIN; ISHII, 2002).
O método DFV permite a quantificação de esforços de engenharia e das relações entre os componentes, através dos índices GVI e CI. Uma vez obtidos os índices deve-se tentar reduzi-los através de novas concepções para a arquitetura do produto.
House of Modular Enchancement - HOME
O método denominado Casa do Aprimoramento Modular (HOME) aborda questões relativas ao ciclo de vida do produto na fase de projeto, com o objetivo de elevar a modularidade (SAND; GU; WATSON, 2002).
Para atingir os objetivos relacionados ao ciclo de vida do produto são estabelecidas relações entre tais objetivos e os módulos. Uma matriz com informações do projeto modular é criada, com base em três aspectos principais: objetivos do ciclo de vida (manutenção, reuso, reciclagem), informação da arquitetura do produto e requerimentos funcionais, gerando nove matrizes, conforme estrutura observada na figura 2.14 (SONEGO, 2013).
Figura 2.14 – Estrutura das matrizes do método HOME.
Fonte: Adaptado de Sonego (2013).
Estas matrizes são combinadas para formar a Matriz de Indicação Modular (MIM) que é, por sua vez, transformada através do Método do Eixo Radial (RAM), gerando a Matriz de Indicação de Módulo Melhorada (EMIM) onde um algoritmo de agrupamento é aplicado para integrar os componentes do produto em módulos. De acordo com os autores da metodologia ela identifica fatores relacionados aos objetivos e relaciona-os aos componentes através de análise de interações, agrupando-os em módulos (SAND; GU; WATSON, 2002).