Modelos de DFM e DFA aplicados no projeto conceitual

A utilização do DFA e DFM no projeto conceitual ainda é um assunto pouco desenvolvido no campo das metodologias de projeto. Isto porque, devido a esses métodos estarem relacionados ao desenvolvimento e à otimização de concepções, os mesmos estão muito relacionados a aspectos concretos do desenvolvimento de produtos. Assim, existem alguns obstáculos para a sua utilização na geração de idéias e concepções.

Apesar disso, Andrade e Forcellini (2004) apontam a possibilidade de utilização destes métodos ainda na fase conceitual como ferramentas para a definição das interfaces entre componentes do produto. Isto tornou-se possível pelo desenvolvimento das tecnologias de modelagem computacional (CAD/CAE) que podem ser utilizadas ainda na fase conceitual. Também tornou-se possível graças ao desenvolvimento da filosofia da engenharia simultânea que difundiu a idéia de se utilizar informações das etapas de manufatura, montagem, uso e manutenção para o desenvolvimento do projeto de produtos. Todas essas informações somadas ao desenvolvimento de interfaces entre componentes fizeram com que fosse possível utilizar as informações advindas do projeto do processo cada vez mais cedo no projeto de produto.

Dentro desta perspectiva foi feito um levantamento de aplicação dos métodos de DFA e DFM no projeto conceitual.

Segundo Yuyin et al (1996) a “manufaturabilidade do produto no projeto conceitual pode ser estimada por meio do seu custo de produção, da sua configuração, producibilidade, montagem e função” (p. 1222).

Assim, Herrmann et al (2004) fizeram um levantamento das diversas possibilidades de aplicação do DFM no desenvolvimento do projeto de um produto. Neste levantamento os autores apontam que a aplicabilidade do DFM no projeto conceitual está baseada na definição de métricas para o desenvolvimento das concepções do produto, sendo o método propagado para as fases subseqüentes do desenvolvimento do produto.

Ainda dentro desta perspectiva, os autores colocam que a ferramenta de aplicação do DFM no projeto conceitual mais comumente utilizada é o QFD. No caso em questão o QFD é desdobrado em diversos níveis dentro do projeto conceitual chegando até o estágio de definição de processos. Assim, ele serve como uma ferramenta de levantamento de como resolver as características do projeto pelo preenchimento das suas matrizes.

Crow (2001) e Valeri e Trabasso (2003) destacam que tanto o DFM quanto o DFA integram-se com diferentes ferramentas de comunicação e informação como os CAD, CAE, ERP, MRP e CAPP. Esta integração pode propiciar a utilização destes métodos com o projeto conceitual, pois o mesmo vem cada vez mais englobando ferramentas do projeto preliminar e detalhado.

Feng e Song (2000) apontam que a evolução das tecnologias faz com que os engenheiros de produto tenham que considerar a manufaturabilidade no processo de projeto. Esta afirmação é feita com base nos estudos feitos por Dixon e Poli (1995), Shah e Mäntylä (1995), Nederbragt et al (1998), Feng e Zhang (1999) e Dewhurst e Boothroyd (1989).

Apesar dos autores desenvolverem um método de modelagem de informações entre o projeto conceitual e o planejamento conceitual do processo, sem detalhar como será desenvolvido o projeto do produto, os mesmos apontam as interações que devem existir entre estas duas áreas e que é apontada como uma forma de aplicação da Engenharia Simultânea por Andrade e Forcellini (2007). Estas interações são mostradas pelos autores na Figura 4.1.

Projeto conceitual Plano conceitual do processo

Requisitos Função Comportamento Forma / Estrutura •Geometria •Topologia •Tolerâncias •Dimensões •Condições de superfície •Materiais Processo •Fabricação •Montagem •Inspeção Equipamento / Qualidade Tempo e custo •Seqüências de operação •Parâmetros de processo •Setup / Fixação •Precisão de tempo e custo •Recursos de manufatura Projeto funcional Especificação de comportamento Projeto preliminar Projeto detalhado Forma / estrutura e propriedade Tempo e custo estimado Seleção de processo Seleção de recursos Plano detalhado do processo Projeto conceitual Plano conceitual do processo

Requisitos Função Comportamento Forma / Estrutura •Geometria •Topologia •Tolerâncias •Dimensões •Condições de superfície •Materiais Processo •Fabricação •Montagem •Inspeção Equipamento / Qualidade Tempo e custo •Seqüências de operação •Parâmetros de processo •Setup / Fixação •Precisão de tempo e custo •Recursos de manufatura Projeto funcional Especificação de comportamento Projeto preliminar Projeto detalhado Forma / estrutura e propriedade Tempo e custo estimado Seleção de processo Seleção de recursos Plano detalhado do processo

Figura 4.1: Interações entre o projeto conceitual do produto e projeto conceitual do processo (Fonte: Feng e Song, 2000).

Esta figura mostra como o projeto conceitual de um produto pode caminhar paralelamente com o projeto conceitual do processo desde que haja uma efetiva troca de informações entre os ambientes de projeto de produto e projeto de processo.

Stark (1998) aponta que “tanto o DFA como o DFM são melhor aplicados no projeto conceitual, antes que as principais decisões sobre o produto e o processo sejam tomadas e

finalizadas”. Contudo, o autor aponta que neste estágio do projeto, não existe muita informação disponível o que pode dificultar a utilização desses métodos.

Assim, percebe-se que não existem muitos trabalhos na literatura que trabalhem com o DFM na fase conceitual.

O DFA, por outro lado, vem sendo explorado como método de auxílio para a geração da arquitetura do produto. Há diversos métodos de DFA listados na bibliografia. Sousa (1998) fez uma avaliação de diferentes modelos de DFA disponíveis. Entre estes modelos encontram- se os de Boothroyd et al (1994), AEM Hitachi, método de Lucas, projeto orientado à montagem, DAC da Sony, método de Kroll-Lenz-Wolberg, sistema MOSIM da Siemens, Novo método de DFA e Planilhas de DFA. Whitney (2004) aponta a existência de outros métodos como o AREM Hitachi (o qual evoluiu do AEM), a calculadora de DFA da Westinghouse e o método de avaliação ergonômica da Toyota são alguns exemplos.

Dentro desta análise, o autor constatou que todos os métodos encontram-se nas fases de projeto preliminar e projeto detalhado iterando com o projeto conceitual. Outro aspecto relevante apontado por Sousa (1998) é a importância de qualquer método de DFx, se aplicado no projeto conceitual. Isto porque, nesta fase do projeto de produto, são definidos aspectos relacionados ao desempenho e à competitividade do produto.

Dessa forma, é enfatizada a importância de se desenvolver o DFA na fase conceitual. Nesta linha, Stone et al (2004) desenvolveram um método de DFA que busca desenvolver a arquitetura do produto na fase conceitual com o auxílio da técnica das heurísticas de projeto desenvolvida por Stone et al (1998). Neste método os autores buscam a modularização do produto com base na decomposição funcional do produto. Depois os mesmos aplicam o método de DFA conceitual o qual consiste em aplicar módulo por módulo as diretrizes de tempo e custo de montagem (os quais podem ser baseados no modelo de Boothroyd e Dewhurst), e quanto ao menor número possível de peças.

Os resultados apontados pelos autores são expressivos no que diz respeito à redução do número de peças de um dispositivo existente. Contudo, não foi apresentado um exemplo de projeto de um novo equipamento.

Stone, McAdams e Kayyalethekkel (2004) apresentam uma metodologia de utilização do método de Projeto para montagem (DFA – Design for Assembly) na fase de Projeto Conceitual. Este modelo está baseado no método das heurísticas de projeto. Neste modelo há uma preocupação com a montagem do produto e conseqüentemente com suas interfaces. Uma representação das fases propostas pelos autores encontra-se na Figura 4.2.

Obter necessidades do consumidor Derivar modelo funcional

•Gerar modelo caixa-preta

•Criar encadeamento de funções – seqüencial x paralelo •Agregar encadeamento de funções no modelo funcional

Definir arquitetura do produto •Aplicar heurísticas para identificar módulos •Módulos funcionais = número teórico mínimo de partes

Verificação do reprojeto •Identificar módulos de montagem no produto •Comparar número de módulos de montagem com o número de

módulos funcionais.

•Se módulos de montagem > módulos funcionais, reprojetar

Gerar conceitos

•Criar leiautes geométricos das variantes de conceito •Procura por soluções para os módulos

•Selecionar conceitos usando princípios de DFA como critério de seleção

Obter necessidades do consumidor Derivar modelo funcional

•Gerar modelo caixa-preta

•Criar encadeamento de funções – seqüencial x paralelo •Agregar encadeamento de funções no modelo funcional

Definir arquitetura do produto •Aplicar heurísticas para identificar módulos •Módulos funcionais = número teórico mínimo de partes

Verificação do reprojeto •Identificar módulos de montagem no produto •Comparar número de módulos de montagem com o número de

módulos funcionais.

•Se módulos de montagem > módulos funcionais, reprojetar

Gerar conceitos

•Criar leiautes geométricos das variantes de conceito •Procura por soluções para os módulos

•Selecionar conceitos usando princípios de DFA como critério de seleção

Figura 4.2 – Metodologia de aplicação do DFA na fase de projeto conceitual (Stone, McAdams e Kayyalethekkel, 2004, p.305).

Apesar de considerar as interfaces percebe-se que o principal foco do modelo é o reprojeto, uma vez que é necessária a existência de um produto para que o mesmo possa ser otimizado pela aplicação do DFA. Contudo, o emprego do método de DFA nas fases iniciais do projeto já é importante para a melhoria da qualidade do projeto e da definição do processo de produção do produto Também é importante porque o modelo aponta para uma preocupação com as interfaces do produto.

Rozenfeld et al (2006) apontam ainda que, “na fase de projeto conceitual, catálogos de exemplos, como princípios e diretrizes, e listas de controle (checklists) são as ferramentas de maior aplicação e eficiência em termos do DFA”(p.272).

Ullman (2003) adaptado por Rozenfeld et al (2006), por sua vez, aponta que o DFA e o DFM e suas relações com o projeto de produto são representados conforme a Figura 4.3.

Conforme mostrado na figura as relações existentes entre o DFA e o DFM no que diz respeito aos processos de montagem e fabricação, à função e à forma diferem principalmente no que diz respeito à função. Isto porque, devido à montagem estar diretamente relacionada às interfaces e estas, por sua vez, estarem ligadas à função do produto, ocorre este inter- relacionamento, enquanto que a manufatura está mais ligada à complexidade dos componentes como afirmam Fixson (2005) e Rozenfeld et al (2006).

Processo Material Forma Função Forma Processo de fabricação Material Forma Função Processo de montagem Material DFM DFA Processo Material Forma Função Processo Material Forma Função Forma Função Forma Processo de fabricação Material Forma Função Processo de montagem Material DFM DFA Forma Processo de fabricação Material Forma Processo de fabricação Forma Processo de fabricação Material Forma Função Processo de montagem Material Forma Função Processo de montagem Material DFM DFA

Figura 4.3: Relacionamento entre os métodos de DFA e DFM na definição do produto. (Fonte: Ullman, 2003, adaptado por Rozenfeld et al, 2006).

O problema na implantação dos métodos de DFA e DFM no projeto conceitual é a falta de informações concretas sobre o produto. Isto quer dizer que faltam informações a respeito do quê compõe o produto: que Sistemas, Subsistemas e Componentes (SSC’s) formam o produto, quais são as interfaces do mesmo e como serão estabelecidas as relações entre estes elementos. Por isso fica tão difícil a definição da montagem e manufatura. Tendo- se as informações das interfaces pode-se estabelecer: features de montagem, materiais, tolerâncias de montagem, métodos de fabricação apropriados, acabamentos superficiais, seqüências de montagem, fornecedores, lista de peças, etc.

Assim, percebe-se que o desenvolvimento das interfaces na fase conceitual, com o apoio de ferramentas como os atuais sistemas CAD e métodos de definição de arquitetura, pode potencializar o desenvolvimento das concepções num nível onde se possa avaliar as características de montabilidade e exeqüibilidade dos componentes dos sistema.