Metodologia de projeto de componente de Ullman (1992)

No processo de projeto do produto, Ullman (1992) parte da idéia do desenvolvimento simultâneo na evolução do produto e inclui, além das informações funcionais da forma geométrica e material, o processo de fabricação e montagem, procedimento chamado de projeto concorrente. Para Ullman, o projeto concorrente é a evolução simultânea do produto e processo de produção. A simultaneidade entre processo do produto e produção, para Ullman, é realizada por com nove passos – como mostrado na Figura 2-10.

Segundo Ullman, o refinamento do conceito do produto requer, também, a simultaneidade, na própria definição de função dos quatro elementos básicos: (i) forma; (ii) material; (iii) manufatura; (iv) montagem. Nesse sentido, a técnica de Ullman é baseada no uso do conhecimento funcional dos conceitos geradores das formas geométricas. Segundo Ullman, a geração das formas geométricas é produzida pela geração do conhecimento das restrições espaciais, propriedades do material, disponibilidade de tecnologia (limitações e capacidade) para produção. Assim, no projeto concorrente, o processo de projeto de componentes (denominado nesta tese de peça) desenvolveu-se em separado, mas simultâneo

ao processo de projeto do produto, como mostrado na Figura 2-10.

Figura 2-10: Etapas do projeto de produto e produção baseados no projeto de componentes em separado (ULLMAN, 1992)

Na Figura 2-10, no quarto passo do projeto de componentes do produto, Ullman, explicita a dependência de conhecimento funcional das restrições espaciais do terceiro passo para gerar as interfaces funcionais definidas no quinto e sexto passos, definidores da geometria dos componentes que configurarão o produto. A necessidade do conhecimento funcional das

restrições de material, forma geométrica e processo de fabricação, segundo Ullman, são

essenciais nos três primeiros passos. No primeiro passo, o conhecimento sobre produtos

existentes, ou concorrentes, é necessário para apoiar as pesquisas por produtos já existentes.

No segundo passo, o conhecimento funcional sobre as propriedades dos materiais ajuda na seleção de materiais e técnicas de produção. No terceiro passo, o conhecimento funcional

sobre as restrições espaciais das especificações de projeto apóia o conhecimento funcional

das restrições espaciais. Os passos restantes refinam, ajustam, revisam ou definem novas submontagens, ou componentes, para as interfaces funcionais definidas nos passos anteriores.

Para Ullman, a concepção do produto começa com o próprio conceito do produto, isto é, com uma idéia que pode ser representada na forma de um esboço, com notas, ou por uma abstração que poderia algum dia tornar-se um produto. Essa forma de pensar o produto requer o refinamento dos conceitos funcionais do mesmo a partir da consideração dos requisitos relacionados às formas geométricas, ao material e ao processo de manufatura, isto é, fabricação e montagem. Nesse sentido, o Modelo de Função de Ullman está relacionado aos quatro principais requisitos do produto – como mostrado na Figura 2-11. Na Figura 2-11, observa-se que a função exerce um papel central no mapeamento das restrições relacionadas

ao produto, subsistema e peça, mas de acordo com o conhecimento funcional das relações: (i) função versus forma geométrica; (ii) função versus material; (iii) função versus fabricação; (iv) função versus montagem.

Figura 2-11: Conhecimento funcional baseado nas restrições dos quatro elementos básicos: (i) forma geométrica; (ii) material; (iii) fabricação; (iv) montagem (ULLMAN, 1992)

A definição de função de Ullman (1992) é similar a de Pahl e Beitz (1988, 1996). Assim, para Ullman, a função pode ser descrita em termos do fluxo lógico de energia, material e informação (sinal). Para Ullman, no projeto mecânico, a função define como o comportamento de um ser humano ou de uma máquina seria necessário para realizar os requisitos de projeto. O comportamento justificaria o quê o produto deveria fazer. Nesse sentido, a relação entre função e o fluxo de energia, material e sinal (informação) pode se estabelecer nos seguintes níveis:

(1) Função associada ao fluxo de energia – o fluxo de energia transforma, armazena, transmite, transfere (conduzindo), suprime e dissipa. Segundo Ullman, todas as sentenças funcionais usadas para descrever o fluxo de energia são ações de palavras (verbos) e estas descrições são características de todas as sentenças funcionais.

(2) Função associada ao fluxo de material – são funções associadas com o fluxo de material e podem ser divididas em três tipos principais:

(a) Através do fluxo ou processo de conservação dos materiais – onde o material é manipulado para mudar sua posição ou forma geométrica. Nesse sentido, algumas descrições normalmente associadas com o fluxo de material são: posicionar, levantar, subir, retirar (ação de levantar), pegar ou agarrar (ação de segurar), suportar, movimentar, transladar, rotacionar;

(b) Divergindo o fluxo ou dividindo o material em dois ou mais corpos – ‘os termos que descrevem o fluxo de divergência são: desmontar e separar’;

(c) Transmitindo o fluxo ou montagem ou função de materiais.

(3) Função associada ao fluxo de informação (sinal) – pode ser na forma de sinais: mecânicos, elétricos e software – através de interfaces entre homem/máquina para sistemas de

controle automático.

Os papéis dos requisitos no processo de projeto de componentes foram demonstrados em uma experiência empírica de McGinnis e Ullman (1992), denominada de técnica da análise das verbalizações usadas em um processo de projeto de componente. Os papéis dos requisitos nos experimentos surgiram nas declarações verbalizadas pelos projetistas quando inter- relacionavam informações funcionais relevantes sobre/em função do seu conhecimento funcional tácito entre função versus forma geométrica, material ou fabricação e montagem – como mostrado na Figura 2-11.

McGinnis e Ullman utilizaram duas estruturas semânticas para explicar a transformação/evolução do conhecimento funcional incluído em uma funcionalidade, uma para descrever o conhecimento funcional relacionado aos requisitos de projeto e outra para descrever o conhecimento funcional relacionado aos processos causais. Assim, o conhecimento funcional incluído nas descrições textuais de função em linguagem natural era de dois tipos:

(1) Features de forma, para expressar o conhecimento funcional relacionado aos conceitos funcionais e operações dos componentes/peças do produto. Em outras palavras, as

features de forma eram features relacionadas com a geometria, topologia e tolerância ao

longo do processo de projeto de componente como qualquer outra feature usada para descrever a estrutura física do objeto de projeto;

(2) Features funcionais, para expressar o conhecimento funcional relacionado aos comportamentos das interações entre as interfaces funcionais das possíveis estruturas topológicas dos componentes do produto. Em outras palavras, as features funcionais foram relacionadas à finalidade de uso, ou comportamento (in)desejado, do componente.

McGinnis e Ullman, também, utilizaram a tecnologia de features para diferenciar pontos de vistas funcionais dos projetistas. Por exemplo, na etapa do projeto conceitual do componente, uma feature furo passante pode ser importante para um projetista de manufatura (se ele se posicionar em relação aos processos de manufatura), mas pode não ser importante para um projetista de controle de qualidade (se ele se posicionar em relação aos padrões de controle de qualidade). Do mesmo modo, algumas formas geométricas ou features pela designação de suas funcionalidades comportam-se como features funcionais e podem ser críticas para um projetista de projeto, mas pode não ser importante para um projetista de fabricação.

As features de forma configuravam as características físicas dos objetos de projeto no processo de projeto de componente. Ao passo que, as features funcionais explicavam o

propósito funcional que os objetos de projeto deveriam realizar individualmente e quais os comportamentos que eles deveriam exibir no processo de projeto de componente, mas em relação ao processo de projeto do produto como um todo.

No mapeamento função versus forma durante o processo de projeto de componente, os pesquisadores observaram que os engenheiros projetistas usavam uma estratégia para correlacionar as features funcionais com as features de forma através de duas estruturas semânticas:

(1) Estruturas semânticas usando declarações textuais valoradas por eles em relação às

features de projeto e

(2) Estruturas semânticas estabelecendo inter-relações, ou esquemas de transformações, entre as features funcionais e de forma e features de forma e funcionais.

A análise das sentenças funcionais das duas estruturas semânticas resultou em um sistema de classificação das restrições usadas pelos engenheiros projetistas no mapeamento função versus forma denominada de: (i) restrições dadas pelas especificações do projeto; (ii) restrições introduzidas pelos projetistas a partir das suas experiências em projeto – o conhecimento funcional tácito; (iii) restrições derivadas inferidas do espaço de soluções do processo de projeto do componente e das decisões da equipe de projeto.

As restrições introduzidas pelos projetistas realizam um papel importante na definição de intenção de projeto de Ullman (2003). Nesse sentido, a intenção de projeto aponta para aspectos essenciais do processo de projeto de produto, tais como:

(i) Inter-relacionamento da causa e efeito entre os dados de produto;

(ii) Orientações do propósito ou planejamento de execução de atividades que transformam um conjunto de requisitos em especificações finais para o produto;

(iii) Evolução dos requisitos em especificações finais, não apenas com informações sobre o desenvolvimento de geometria, mas também sobre a evolução da função e comportamento do produto como as razões subseqüentes das decisões de projeto e a influência das atividades organizacionais;

(iv) Esquemas de raciocínio construídos e inferidos sobre as informações armazenadas em banco de dados.

Além disso, a preocupação com o controle da propagação das restrições no processo de projeto levou Ullman (2002) a perceber a necessidade de uma estrutura de representação de conhecimento funcional com capacidade para armazenamento e gerenciamento de informações funcionais. No dizer de Ullman, a “estrutura de representação de conhecimento funcional” tem que ser capaz de:

(a) Potencializar a explicação, dos “por quês” e “comos” uma decisão de projeto foi tomada;

(b) Armazenar e gerenciar todos os tipos de informações funcionais e não-funcionais, por exemplo, em um sistema de gerenciamento de banco de dados.

2.2.3.2 Abordagem do projeto funcional e conceitual para a etapa do projeto