UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Mecânica
JÉSSICA BARBIERI GENTILE
Proposta de filtragem do Quadro Morfológico
utilizando DFX
CAMPINAS
JÉSSICA BARBIERI GENTILE
Proposta de filtragem do Quadro Morfológico
utilizando DFX
Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para ob-tenção do título de Mestra em Engenharia Mecânica, na Área de Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico.
Orientador: Prof. Dr. Franco Giuseppe Dedini
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA JÉSSICA BARBIERI GENTILE, E ORIENTADA PELO PROF. DR. FRANCO GIUSEPPE DEDINI.
CAMPINAS
Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Gentile, Jéssica Barbieri
G289p GenProposta de filtragem do quadro morfológico utilizando DFX / Jéssica
Barbieri Gentile. – Campinas, SP : [s.n.], 2020.
GenOrientador: Franco Giuseppe Dedini.
GenDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade
de Engenharia Mecânica.
Gen1. Inovação. 2. Projeto - Metodologia. 3. Projetos mecânicos. I. Dedini,
Franco Giuseppe, 1957-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Filtering proposal of morphological chart using DFX Palavras-chave em inglês:
Innovation
Design - Methodology Design - Mechanics
Área de concentração: Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Titulação: Mestra em Engenharia Mecânica
Banca examinadora:
Franco Giuseppe Dedini [Orientador] Claudia Regina Garcia Vicentini Eduardo Paiva Okabe
Data de defesa: 28-02-2020
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Mecânica Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)
- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0001-8281-1138 - Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/8213702748041908
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ACADÊMICO
Proposta de filtragem do Quadro Morfológico
utilizando DFX
Autora: Jéssica Barbieri Gentile
Orientador: Prof. Dr. Franco Giuseppe Dedini
A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Dissertação:
Prof. Dr. Franco Giuseppe Dedini Universidade Estadual de Campinas Prof. Dr. Eduardo Paiva Okabe Universidade Estadual de Campinas
Prof(a). Dr(a). Claudia Regina Garcia Vicentini Universidade de São Paulo
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria do Programa da Unidade.
Dedicatória
À minha mãe, com todo o meu amor
Agradecimentos
Agradeço, primeiramente, aos meus pais, Vera Lucia Barbieri e Arnaldo Gentile, por estarem sempre ao meu lado e que não pouparam esforços para que eu me tornasse tudo o que sou hoje. Vocês me proporcionaram a minha maior herança: os meus estudos. Obrigada por todo auxílio, dedicação e por serem incansáveis ao longo de todos os momentos da minha vida. Ao meu orientador, Prof. Dr. Franco Giuseppe Dedini, agradeço não só pela confiança em meu trabalho, pela oportunidade de ingressar no programa de mestrado, pela orientação neste trabalho e pela transmissão de conhecimento. Mas, principalmente, pela amizade ao longo dos dois anos, por proporcionar um ambiente descontraído, com pessoas de diferentes áreas e grande união no Laboratório de Sistemas Integrados (LabSin). Obrigada pelo ambiente acolhe-dor!
Agradeço ainda, a todos colegas do LabSin pela ajuda, companheirismo e suporte nas disciplinas, nos artigos e trabalhos ao longo do mestrado, em especial Nathália Marcia Goulart Pinheiro, Fernanda Carrreta, Rodrigo Yamashita, Fabrício Leonardo Silva e Maria Augusto Lourenço. Obrigada também pela amizade e parceria fora do laboratório.
À Prof.a Dr.a Ludmila Corrêa de Alkmin e Silva pelo apoio, orientações e pelo ambiente descontraído no laboratório.
Agradeço a minha companheira, Aline Salve, por toda cooperação, paciência, amor e apoio emocional ao longo deste trabalho. Principalmente, nos momentos de estresse e cansaço. Muito obrigada por tudo!
Agradeço a todos os professores do Programa de Pós-Graduação da Unicamp, que direta ou indiretamente, contribuíram para este trabalho. Obrigada por toda a dedicação nas discipli-nas, por promoverem a aprendizagem e desenvolvimento de pesquisas. Mas agradeço, princi-palmente, ao Prof. Dr. Gregory Bregion Daniel e Prof. Dr. Hélio Fiori de Castro, por me pro-porcionarem a oportunidade de atuar como PED na disciplina que ministravam. Obrigada por contribuírem no meu aprendizado e maior experiência na vida acadêmica.
Aos professores que participaram da minha vida acadêmica, em especial aos professores da UFSM Prof. Dr. Leonardo Nabaes Romano e Prof. Dr. Alexandre Buenos, pelas conversas, orientações construtivas e pelo incentivo para seguir na vida acadêmica.
Aos professores da banca de qualificação e defesa, Prof.a Dr.a Claudia Regina Garcia Vicentini e Prof. Dr. Eduardo Paiva Okabe, por todas as contribuições e conversas construtivas ao longo da defesa.
Agradeço a minha família, especialmente minha tia Ana Vassoler, minha prima Mariana Vassoler e meu primo Péricles Gentile por todo apoio, pelas conversas, por compartilhar expe-riências e me incentivarem desde o início. Obrigada por acreditarem em mim e me tranquiliza-rem em momentos de desespero.
Agradeço a todos os meus amigos que puderam compreender minha ausência nos últi-mos dois anos e que não deixaram de estar presentes na minha vida, me apoiando, acreditando e me incentivando para que eu alcançasse os meus objetivos. Em especial Laura Aniceto, Va-nessa Tauber, Marina Tosin, Isabela Bittencourt, Laís Brandão e Juliana Rabelo. Obrigada por tudo!
Também aos amigos distantes, mas que fazem muita falta e que muito contribuíram no meu processo de formação, Gabriele Kiekow, Natália Cantelli, Cayque Garcia, Fillipe Teixeira, Carliana Mello e Leandro Oliveira. Obrigada, sinto a falta de vocês todos os dias!
Por fim, agradeço à Universidade Estadual de Campinas e toda a comunidade da Facul-dade de Engenharia Mecânica pela excelente estrutura fornecida para o desenvolvimento de pesquisas.
O presente trabalho foi realizado com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001. Número do pro-cesso: 88882.435231/2019-01 (Migrado- SACPAIS).
“Me levanto sobre o sacrifício de um milhão de mu-lheres que vieram antes e penso o que é que eu faço para tornar esta montanha mais alta para que as mulheres que vierem depois de mim possam ver além.”
Resumo
GENTILE, J. B. Proposta de filtragem do Quadro Morfológico utilizando DFX. 2020. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Cam-pinas, Campinas.
Para entender as necessidades do mercado no desenvolvimento de um produto, é neces-sária a utilização de metodologias que permitam que as necessidades do cliente sejam traduzi-das em especificações técnicas avançatraduzi-das de engenharia. Os processos de metodologia de pro-jeto auxiliam nas atividades de desenvolvimento de produto desde a identificação das necessi-dades de mercado até o projeto de um novo produto, sendo assim, diferentes soluções e modelos de produtos devem ser gerados para atender as necessidades do mercado. São nos estágios ini-ciais do projeto que as decisões têm maior impacto tanto no custo do produto, quanto na quali-dade do produto final. O quadro morfológico é uma ferramenta que tem como objetivo estimu-lar a criatividade gerando um número muito alto de possíveis soluções. DFX (Design for X) é uma ferramenta que permite a escolha da melhor alternativa para dar continuidade ao produto nas fases de otimização de acordo com um atributo específico conhecido como X. Baseados nos estudos de várias metodologias de projeto e ainda na utilização de ferramentas de DFX e quadro morfológico no desenvolvimento de um produto, foi proposta uma forma de filtragem das soluções, selecionando aquelas com melhor potencial de otimização para a próxima etapa de projeto. A metodologia utilizada neste trabalho, foi baseada em revisões da literatura da área de metodologia de projeto e desenvolvimento de produto, para aplicação em estudos de caso e exemplificação da proposta abordada. Foram utilizados quadro morfológicos desenvolvidos no Laboratórios de Sistemas Integrados e, também em sala de aula para aplicação da filtragem do quadro morfológico e obtenção de resultados anterior e posterior à aplicação.
Abstract
GENTILE, J. B. Proposal of a Morphological Chart filtering method through DFX tools. 2020. Master Thesis. School of Mechanical Engineering, University of Campinas, Campinas.
Understanding market needs in product development requires the use of methodologies that enables customer needs to be translated into advanced engineering technical specifications. Design methodology processes assist in product development activities from identifying market needs to designing a new product so different solutions and product models must be generated to meet market needs. It is in the early stages of the project that decisions have the greatest impact on product cost and final product quality. The morphological chart is a tool that aims to stimulate creativity by generating a very high number of possible solutions. DFX (Design for X) is a tool that allows you to choose the best alternative to continue the product in optimization phases according to a specific attribute known as X. Based on the studies of various design methodologies and also on the use of DFX tools and morphological chart in the development of a product, it was proposed a way of filtering the solutions, selecting those with the best optimization potential for the next design stage. The methodology used in this work was based on literature reviews of the methodology area of design and product development for applica-tion in case studies and exemplificaapplica-tion of the proposed approach. Morphological charts devel-oped in LabSin and also in the classroom were used to apply the morphological chart filtering method and to obtain results before and after the application of the method.
Lista de Ilustrações
Figura 1- Diagrama de Mudge... 32
Figura 2- Exemplo de árvore de eventos ... 33
Figura 3- Estrutura das DFX de acordo com as etapas do ciclo de vida do produto ... 36
Figura 4- Aplicação do DFMA na em um processo de desenvolvimento de produto... 38
Figura 5- Metodologia de projeto adotada ... 49
Figura 6- Etapas de filtragem do quadro morfológico ... 63
Figura 7- Fluxograma filtragem do quadro morfológico... 64
Figura 8- Estudo de viabilidade segundo Dedini (2018) ... 69
Figura 9- Análise funcional de um gerador eólico para uso doméstico ... 73
Figura 10- Fluxograma geral do processo de filtragem do quadro morfológico ... 89
Figura 11- Hierarquização das DFX utilizando Diagrama de Mudge ... 93
Figura 12- Escala de cores ... 94
Figura 13- Árvore de eventos ... 95
Figura 14- Árvore de eventos com probabilidades ... 97
Figura 15- Árvore de eventos com soluções consideradas não otimizáveis... 99
Figura 16- Triângulo de opinião ... 102
Figura 17- Classificação da pesquisa ... 121
Figura 18- Etapas da pesquisa ... 123
Figura 19- Organograma da fase de estudo de viabilidade ... 126
Figura 20- Organograma da fase de projeto preliminar ... 127
Lista de Tabelas
Tabela 1- Fases do processo de desenvolvimento de produtos ... 29 Tabela 2- Possíveis X-bilidades ... 35 Tabela 3- Classificação das ferramentas de criatividade ... 41 Tabela 4- Hierarquização das soluções consideradas otimizáveis e intermediárias ... 98 Tabela 5- Hierarquização das combinações de solução ... 100
Lista de Quadros
Quadro 1- Exemplo de quadro morfológico ... 43
Quadro 2- Quadro morfológico ... 55
Quadro 3- Quadro morfológico com valoração ... 56
Quadro 4- Quadro morfológico ideal ... 65
Quadro 5- Quadro morfológico das possibilidades de motorização de cadeira de rodas convencionais ... 66
Quadro 6- Quadro morfológico para vestidos da coleção Primavera/ Verão ... 67
Quadro 7- Quadro morfológico do gerador eólico doméstico ... 75
Quadro 8- Quadro morfológico parcial do gerador eólico após filtragem de acordo com as DFX selecionadas ... 77
Quadro 9- Filtragem do quadro morfológico do kit de motorização para cadeira de rodas ... 82
Quadro 10- Quadro morfológico com uma linha de soluções não otimizáveis ... 85
Quadro 11- Quadro morfológico com número médio de possíveis soluções ... 86
Quadro 12- Exemplo de quadro morfológico após segunda filtragem ... 87
Quadro 13- Quadro morfológico com muitas combinações possíveis ... 88
Quadro 14- Exemplo de combinações possíveis para compor o produto ... 92
Quadro 15- Filtragem do quadro morfológico do gerador eólico ... 118 Quadro 16- Filtragem do quadro morfológico do kit de motorização para cadeira de rodas . 120
Sumário
1 INTRODUÇÃO ... 17 1.1 Descrição do problema ... 20 1.2 Justificativa do trabalho ... 21 1.3 Objetivos... 24 1.3.1 Objetivo principal ... 24 1.3.2 Objetivos secundários ... 24 1.4 Estrutura do trabalho ... 25 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 26 2.1 Desenvolvimento de produto ... 26 2.2 Metodologia de projeto... 272.2.1 Metodologias de projeto existentes ... 28
2.2.2 Digrama de Mudge ... 31
2.2.3 Árvore de eventos ... 32
2.3 Projetar para Excelência (DFX) ... 34
2.4 Quadro morfológico e seleção de concepção ... 40
2.5 Metodologia de projeto abordada ... 48
2.5.1 Estudo de viabilidade ... 49
2.5.2 Projeto preliminar ... 53
2.5.3 Projeto detalhado ... 53
2.6 Estado da arte sobre geração e seleção de concepção utilizando matriz morfológica 54 2.7 Considerações sobre o capítulo ... 58
3 FILTRAGEM DO QUADRO MORFOLÓGICO ... 60
3.1 Modelo de filtragem de quadro morfológico proposto ... 60 3.2 Etapa do estudo de viabilidade na qual ocorre a filtragem do quadro morfológico . 68
3.3 Considerações sobre o capítulo ... 69
4 ESTUDO DE CASO: FILTRAGEM DO QUADRO MORFOLÓGICO ... 71
4.1 Gerador eólico doméstico ... 71
4.1.1 Métodos ... 71
4.1.2 Caracterização do produto ... 73
4.1.3 Filtragem do quadro morfológico do gerador eólico ... 76
4.2 Sistema de motorização alternativa para cadeiras de rodas convencionais ... 78
4.2.1 Métodos ... 78
4.2.2 Caracterização do produto ... 79
4.2.3 Filtragem do quadro morfológico do kit motorização de cadeira de rodas 81 4.3 Considerações sobre o capítulo ... 83
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 84
5.1 Possíveis cenários ... 84
5.1.1 Linha de soluções vermelhas ... 84
5.1.2 Número médio de possíveis soluções ... 86
5.1.3 Muitas soluções possíveis ... 87
5.1.4 Filtragem geral do quadro morfológico ... 88
5.1.5 Soluções diferentes para cada DFX ... 91
5.2 Árvore de eventos ... 92
5.3 Diagrama de Mudge para hierarquização das DFX ... 92
5.4 Probabilidade de sucesso utilizando árvore de eventos ... 94
5.5 Considerações do capítulo ... 103
6 CONCLUSÃO ... 104
6.1 Trabalhos futuros ... 105
6.2 Trabalhos da autora ... 106
Referências Bibliográficas ... 107
Apêndice B- Métodos de Pesquisa ... 121
6.3 Delineamento da pesquisa ... 121
6.4 Procedimentos ... 122
6.4.1 Definição da estrutura conceitual ... 124
6.4.2 Planejamento do estudo ... 124
6.4.3 Propor ferramenta ... 125
6.4.4 Aplicar ferramenta ... 125
6.4.5 Documentar resultados ... 125
1 INTRODUÇÃO
Após a primeira Guerra Mundial, os sistemas de produção industrial evoluíram da pro-dução artesanal para um novo sistema de propro-dução em massa, baseados nas técnicas de Henry Ford.
Com isso, o princípio de administração científica, baseado na divisão de tarefas e estru-turação funcional das organizações, deu início ao surgimento do desenvolvimento de produtos dentro das organizações. Como resultado, surge então a criação da Engenharia Tradicional ou Desenvolvimento de Produtos Sequencial, em que as tarefas relacionadas ao projeto eram atri-buídas a um grande número de áreas funcionais especializadas e constituídas por técnicos com domínios específicos em cada área (Rozenfeld et al., 2006; Womack; Jones; Roos, 1992).
O projeto era considerado sequencial pois as informações sobre o produto eram defini-das em uma ordem lógica, ou seja, seguia de uma área funcional para outra (primeiro Marketing, Design, Engenharia etc.). Cada área específica se limitava a receber uma determinada informa-ção, realizar o trabalho que era designado e produzir o resultado que se esperava. Não havia interação entre elas durante e após as atividades realizadas (Rozenfeld et al., 2006).
Como resultado, existia uma dificuldade de compreensão entre as áreas, dificultando o trabalho de coordenação do projeto. A superespecialização das áreas contribuiu para que as decisões de projeto fossem tomadas de um ponto de vista muito restrito a um determinado do-mínio da área. Com essa atmosfera nos ambientes de desenvolvimento de produto, buscou-se melhorar a eficiência nessa abordagem, incorporando aperfeiçoamentos, mas mantendo a visão de um desenvolvimento de produtos sequencial.
Na década de 70, a prioridade era construir o produto para depois entender se funciona e se é o melhor produto que poderia ter sido desenvolvido. Na década de 80, primeiro deveria-se entender deveria-se o produto funciona, para então construir o produto e, finalmente, entender deveria-se é o melhor que poderia ter sido desenvolvido. Já na década de 90, o conceito para desenvolver um produto mudou. Primeiro, deveria entender se é o melhor produto que poderia ser desenvolvido, logo se o produto realmente funciona para, finalmente, construir o produto (Dedini, 2018).
O primeiro e importante passo para solucionar os problemas foi a proposição e difusão das Metodologias de Projeto, que tinham como proposta encontrar uma sequência de etapas e atividades considerada mais racional para se desenvolver um produto, ou seja, busca de uma excelência dentro de cada departamento (Rozenfeld et al., 2006).
O homem interage com o seu ambiente, basicamente, por dois caminhos principais. Um deles são as interações do meio para a mente caracterizadas pela percepção e aquisição do co-nhecimento, cujo raciocínio é estabelecido pela metodologia da ciência. O outro, são as intera-ções da mente para o meio caracterizadas pelas aintera-ções técnicas e de realização cujo raciocínio pode ser estabelecido pelas metodologias de projeto (Roozenburg; Cross, 1991). Portanto, a metodologia de projeto tem como objetivo realizar sistemas para resolver problemas que são estabelecidos pelo meio (Ogliari, 1999).
A sistematização do desenvolvimento do produto foi a solução para a entrega de produ-tos inovadores e eficientes, em que sejam fabricados no menor tempo possível, utilizando pouco recurso humano e financeiro e, que o custo seja compatível com a exigência do mercado (Ull-man, 2010; Rozenfeld et al., 2006).
Há uma literatura extensa sobre metodologias de projeto que tem como objetivo princi-pal auxiliar no planejamento de projeto, criando uma série de atividades encadeadas que se iniciam com a identificação da necessidade de mercado e abrange todo o ciclo de vida do pro-duto (Baxter, 2011; Pahl et al., 2005; Rozenfeld et al., 2006; Dedini, 2018).
O desenvolvimento de um novo produto se inicia por um estudo de viabilidade que tem como objetivo entender as necessidades do mercado sendo que estas deverão ser traduzidas para requisitos de engenharia. Ao final desta etapa, diferentes alternativas para o produto serão geradas pelo uso exaustivo de ferramentas de criatividade. O objetivo é gerar o máximo de alternativas possíveis que atendam às necessidades do consumidor, para que sejam sistemati-camente filtradas até que um conjunto de três a seis soluções sejam selecionadas e otimizadas nas etapas subsequentes de projeto (Dedini, 2018).
Esse processo é conhecido como Seleção de Concepção (Concept Selection). É impres-cindível que sejam selecionadas as melhores concepções possíveis nos estágios iniciais de pro-jeto, uma vez que são nestas fases que é determinada a direção que o projeto deverá seguir (King; Sivaloganathan, 1999).
Os métodos de decisão de seleção de concepção (MCDM) provaram ser um suporte efetivo e eficaz para o projeto de engenharia. Porém, muitos engenheiros projetistas preferem procedimentos testados e abordagens baseadas na experiência da equipe de projeto, conside-rando que os hábitos já existentes e consolidados de design dentro da empresa sejam suficientes para o desenvolvimento do produto. Consideram ainda, que a utilização de métodos e ferra-mentas para seleção de concepção consomem muito tempo da equipe de projeto e falta conhe-cimento dos projetistas em relação as ferramentas propostas na literatura (Renzi et al., 2017).
Diversos autores propõem diferentes técnicas para guiar os projetistas na decisão das melhores concepções, desde métodos de hierarquização até métodos computacionais utilizando Fuzzy para selecionar a melhor concepção para determinado projeto (Jenab; Sarfaraz; Ameli, 2013).
A complexidade e o dinamismo dos ambientes tecnológicos, econômicos, sociais e de regulamentação foram aumentando na mesma medida em que a diversidade dos produtos, va-lorização do atendimento a prazos, necessidade de baixos custos, maior regulamentação ambi-ental, entre outras também aumentaram. A intensificação dessas exigências, levou ao surgi-mento da abordagem de Engenharia Simultânea. A estrutura organizacional deu início à utili-zação de times multifuncionais de projeto, ampliando a integração, propondo a participação de clientes e fornecedores no processo de desenvolvimento de produto e mostrando as vantagens da realização de atividades simultâneas (Rozenfeld et al., 2006).
O processo de melhoria de produtos começou a ser considerado, inserindo valor ao pro-duto e classificando a voz do consumidor como fator principal para sucesso do projeto. Esse movimento, também ajudou a difundir a importância de utilizar técnicas sistemáticas de projeto para aumentar a produtividade do trabalho de engenharia e diminuir erro. Muitas dessas técni-cas eram consideradas como filosofias e métodos para serem sistematizadas e propostas para trabalhar em conjunto (Rozenfeld et al. 2006; Dedini, 2018).
Entre essas técnicas utilizadas para sistematizar o desenvolvimento de produtos e para incorporar esses procedimentos, guias de manufatura foram desenvolvidas para ajudar os enge-nheiros e os auxiliarem em partes críticas da produção, e assim aumentar a produtividade da linha de produção. Porém, os processos de manufatura e montagem em si não eram o foco dos manuais. Em seguida, surge a primeira referência a Design for X (Projetar para X), com con-ceitos que auxiliavam os engenheiros a adequar o projeto aos aspectos da montagem do produto, gerando a DFX (Design for Assembly) (Dedini, 2018).
“Projetar para...” ou Design for X é uma ferramenta utilizada no desenvolvimento de novos produtos que auxilia no atendimento às necessidades do mercado durante o ciclo de vida do produto e permite que o produto seja competitivo. X é um atributo que representa a aplicação da ferramenta em uma fase do desenvolvimento (como manufatura ou montagem) ou uma ca-racterística específica do produto que deverá ser maximizada como, por exemplo, projetar para baixo impacto ambiental (Holt; Barnes, 2010; Rozenfeld et al., 2006; Back et al.,2008).
As DFX evidenciam as características fundamentais de um bom projeto, pois são base-adas no conceito de estudos nos estágios iniciais do desenvolvimento de produto como des-montagem, descarte, reciclagem, redução do ciclo de vida do produto que permitem diversas
inovações (Dedini, 2018). E ainda, são nos estágios iniciais que as decisões tomadas têm maior impacto nos custos do produto (Rozenfeld et al., 2006).
O processo de desenvolvimento de um projeto é também considerado um exercício de aplicação da criatividade (Dedini; Cavalca, 1993). O ato de projetar não é baseado apenas em competências lógicas, como também ideias, analogias e intuição (Sozo; Forcellini, 2001). Mé-todos de criatividade são meios utilizados para tornar a inovação possível de ser planejada (Carvalho; Back, 2000).
O quadro morfológico é uma ferramenta muito utilizada para estimular a criatividade, decompondo um problema global em problemas parciais buscando soluções para todas as partes (Dedini, 2018; Zwicky, 1969; Rozenfeld et al., 2006).
Sendo assim, este trabalho consiste na proposta da utilização das DFX como uma ferra-menta de filtragem dos processos criativos na metodologia de projeto. É proposto que se utilize as DFX para filtrar os princípios de solução gerados no quadro morfológico, resultando num quadro morfológico mnemônico, em que seja possível selecionar, utilizando cores, as soluções que possuem melhor potencial de otimização para a próxima etapa do projeto.
Feito isto, é utilizada a árvore de eventos como método das combinações de princípios de soluções, objetivando encontrar as que possuem melhor potencial de otimização nos estágios seguintes do desenvolvimento de produto.
1.1 Descrição do problema
No projeto de desenvolvimento de um produto reduzir custos, tempo de fabricação, me-lhorias na qualidade e rapidez no lançamento do produto no mercado são objetivos constante e pertinentes para e equipe de projeto.
A concorrência crescente nos últimos anos e ainda o aumento da preocupação da popu-lação mundial, tanto de consumidores quanto autoridades, com questões ambientais, estéticas e ergonômicas, levou à necessidade da inclusão de novas características ao produto (Dedini, 2018).
Em função de tantas exigências, ampliou-se o número de ferramentas disponíveis para o desenvolvimento de produtos, já que para que um produto seja considerado adequado às
ne-cessidades atuais, deve-se incorporar características importantes do ponto de vista das necessi-dades atuais. Facilidade de reciclagem, menos poluição na fabricação, melhores condições no descarte e interação com o usuário são algumas características cada vez mais exigidas e contri-buem para o aumento no tempo de análise do produto.
O conceito de todos estes estudos passou a ser conhecido como Design for X (DFX), foram incluídos e estudados nos estágios iniciais do desenvolvimento do produto e permitiram o surgimento de diversas inovações.
Com o uso exaustivo de ferramentas de criatividade, um número muito alto de soluções possíveis para determinado produto é gerado, sendo difícil selecionar as concepções considera-das mais viáveis para o projeto. E, com isso, surge a principal hipótese que norteia o desenvol-vimento deste trabalho, que é a redução do número de soluções possíveis para selecionar as que possuam melhor potencial de otimização para a próxima fase.
Para isso, utilizar as DFX que são ferramentas amplamente utilizadas e consolidadas em metodologias já existentes, com o objetivo de filtrar os princípios de soluções gerados pela ferramenta de criatividade conhecida como quadro morfológico, resultando em um quadro mor-fológico mnemônico reduzido, contendo apenas soluções consideradas com um bom potencial de otimização para a fase seguinte.
1.2 Justificativa do trabalho
Antigamente, a fórmula para se obter sucesso no projeto era baseada em fazer o produto, produzir a preços baixos e vender em grandes quantidades. Porém, atualmente esse modelo não se aplica. É preciso identificar e saber produzir valor de mercado, ou seja, o sucesso será ga-rantido às empresas que podem entregar o que as pessoas querem comprar (Rozenfeld et al., 2006; Dedini 2018; Baxter, 2011).
Para que seja produzido valor de mercado, é necessário ter conhecimento básico e me-todológico de desenvolvimento de novos produtos, para que seja possível coordenar as ativida-des de projeto. Sendo assim, o resultado do projeto será um produto que se encaixe às necessi-dades do cliente. Portanto, destaca-se a importância da metodologia de projeto e utilização das ferramentas de projeto para que produtos inovadores possam ser produzidos (Baxter, 2011).
Segundo Baxter (2011), mantendo-se a alta qualidade das atividades técnicas relaciona-das ao desenvolvimento de novos produtos, as chances de sucesso são 2,5 vezes maiores. Quando o nível de cooperação entre a equipe técnica e de marketing é grande, as chances de sucesso no desenvolvimento do novo produto são 2,7 vezes maiores. A comunicação clara entre equipe técnica e de marketing é fundamental para o entendimento das necessidades de mercado, gerando valor de mercado ao produto que está sendo desenvolvido.
Portanto, a necessidade de utilização de ferramentas metodológicas nas fases iniciais do desenvolvimento de produto é fundamental para o sucesso do projeto e ainda para garantir a competitividade da empresa.
Espera-se que métodos e modelos contribuam para estudos e representatividade em torno dos problemas de planejamento de projeto e que sejam de grande valor para a área aca-dêmica e para projetos de engenharia.
Neste trabalho foram utilizados quadros morfológicos já conhecidos e utilizados no La-boratório de Sistemas Integrados (Labsin) da Unicamp a fim de testar o conceito e, também para exemplificação da proposta deste trabalho. Utilizaram-se quadros morfológicos desenvol-vidos por alunos de graduação em disciplinas do curso de Engenharia Mecânica da Unicamp no ano de 2019, por ter acompanhado todo o processo de desenvolvimento do quadro morfoló-gico, podendo ser utilizado com maior conhecimento. Outro quadro morfológico utilizado foi desenvolvido por Alvarenga (2002) para o projeto de um sistema de motorização para cadeira de rodas.
Alguns trabalhos sobre este tema têm sido desenvolvidos no próprio Labsin e se mos-trado relevante para o estudo. Carreta et al. (2018) apresentaram em seu trabalho uma proposta de filtragem do quadro morfológico para seleção de alternativa para um produto sustentável. Portanto, realizaram a filtragem do quadro morfológico de um kit motorizado portátil para ca-deira de rodas, o qual foi um projeto desenvolvido no LabSin por Alvarenga (2002). O kit mo-torização foi projetado de acordo com o Projeto para Acessibilidade e Carreta et al. (2008) propõem uma continuidade ao projeto, filtrando as alternativas seguindo as técnicas de Projetar para Sustentabilidade.
Os autores selecionaram três DFX relacionadas ao projeto para sustentabilidade, atribu-indo cores e valores de correlação entre as DFX e cada solução parcial do quadro morfológico. Utilizaram as cores verde, vermelha e amarela, podendo classificar as soluções como facilmente otimizável, não otimizável e intermediário, respectivamente. Ainda, foram atribuídos valores para as respectivas cores para que fosse possível encontrar a mediana de cada uma das soluções parciais, selecionando quais das soluções possuem maior possibilidade de serem posteriormente
otimizadas na fase seguinte de projeto. Por fim, com o cálculo da mediana e com análise do quadro morfológico mnemônico, pode-se selecionar as soluções que atendam aos requisitos de sustentabilidade para seguirem à fase seguinte de projeto.
Gentile et al. (2019) também publicaram em seu trabalho uma forma de filtragem do quadro morfológico pela análise mnemônica, ou seja, com cores para filtragem do quadro uti-lizando DFX. Os autores definiram três DFX para realizar a filtragem das soluções parciais de um quadro morfológico de um gerador eólico doméstico desenvolvido por alunos do curso de Engenharia Mecânica da Unicamp. Classificaram cada princípio de solução como facilmente otimizável, intermediária e não otimizável, utilizando as cores verde, amarela e vermelha, res-pectivamente. Com isso, descartaram todos os princípios de solução considerados não otimizá-veis, restando apenas os princípios considerados intermediários e facilmente otimizáveis para seguirem para a próxima fase de projeto.
Neste trabalho, os autores filtraram os princípios de soluções para cada DFX definida, encontrando combinações para cada DFX, separadamente. Portanto, no fim do projeto, os au-tores encontraram 1024 combinações de soluções possíveis ao filtrar para sustentabilidade, 1296 possíveis combinações ao filtrar para manufatura e montagem e, 810 ao filtrar para segu-rança. Antes da filtragem do quadro morfológico, seriam possíveis 19.921.440 combinações possíveis, portanto ocorreu uma redução drástica ao filtrar as soluções parciais utilizando DFX. Portanto, ao analisar os artigos citados vê-se a necessidade da continuação destes traba-lhos e a importância de ampliar os estudos neste assunto, já que existe pouca literatura referente ao tema.
Na literatura nacional existem poucas publicações abordando ferramentas para auxílio na escolha de concepção que sejam viáveis tanto para a empresa quanto para o atendimento das necessidades do mercado. Portanto, este trabalho poderá contribuir como fonte de informações e definições metodológicas.
Para projetos de engenharia, este trabalho busca contribuir com o desenvolvimento de um método que auxilie na seleção das variantes obtidas pela criatividade, propiciando maior agilidade no desenvolvimento de produtos e, ainda, aumentar a capacidade de inovação.
1.3 Objetivos
Este trabalho possui um objetivo geral que propõe a solução para o problema de pes-quisa descrito na seção anterior, que é a redução do número de soluções, e assim restem apenas soluções com melhores potenciais de otimização para a próxima etapa.
1.3.1 Objetivo principal
Este trabalho tem como objetivo propor um modelo que consiste na filtragem do quadro morfológico utilizando as DFX como ferramenta para selecionar as soluções com melhor po-tencial de otimização na fase seguinte de projeto. Ainda, utilizar o conceito de árvore de eventos para hierarquizar as soluções com maior potencial de otimização.
1.3.2 Objetivos secundários
• Fundamentar teoricamente o conceito das DFX e sua relação com a metodologia de projeto de produto;
• Explorar a ferramenta de criatividade conhecida como quadro morfológico e sua função na metodologia de projeto de produto;
• Identificar as deficiências para seleção de solução no projeto de produto; • Realizar a filtragem de diversos quadros morfológicos por meio da aplicação das
DFX como redução de alternativas;
• Analisar os resultados dos quadros filtrados e comparar o número de soluções anterior e posteriormente a filtragem;
1.4 Estrutura do trabalho
O trabalho está estruturado em sete capítulos que serão logo descritos.
• Primeiro capítulo: inicia-se com a introdução, contextualizando ao tema abordado, apresentando a justificativa que deu origem ao trabalho, os objetivos geral e especí-ficos da pesquisa e a delimitação do trabalho;
• Segundo capítulo: apresenta o referencial teórico da pesquisa, podendo identificar o estado da arte e as principais lacunas de pesquisa do tema abordado;
• Terceiro capítulo: apresenta a metodologia de pesquisa, apresentando o delinea-mento da pesquisa e suas classificações quanto à abordagem, natureza objetivos e procedimentos.
• Quarto capítulo: apresenta o modelo proposto nesta pesquisa, que é o objetivo prin-cipal a ser atingido por este trabalho.
• Quinto capítulo apresenta uma aplicação do modelo proposto para que sejam gera-dos resultagera-dos que possam ser analisagera-dos e melhores entendigera-dos.
• Sexto capítulo: apresenta a análise dos resultados obtidos nos diferentes cenários sugeridos pela aplicação do método proposto.
• Sétimo capítulo: apresenta as considerações finais do trabalho, apresentando a veri-ficação dos objetivos propostos e ainda, alguns direcionamentos para pesquisas fu-turas.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo serão abordados os conceitos e definições referentes ao tema da pesquisa, apresentando conceitos que fundamentam o trabalho e possibilitam o entendimento do pro-blema que está sendo desenvolvido, auxiliando na busca de soluções possíveis.
Será apresentada uma revisão de trabalhos, livros e artigos relacionados ao tema da pes-quisa, permitindo verificar o estado do problema que está sendo pesquisado.
Inicialmente será abordado o desenvolvimento de produto, metodologias de projeto am-plamente abordadas na literatura por diversos autores e que auxiliam no entendimento sobre práticas e etapas para desenvolver um novo produto. Também será descrita a metodologia de projeto abordada e sugerida para que o método proposto neste trabalho possa ser concretizado. Algumas ferramentas de auxílio para o entendimento do problema que está sendo abor-dado serão apresentadas. Entre elas Diagrama de Mudge, Árvore de Eventos, Design for X e Quadro Morfológico.
Finalmente, serão apresentados trabalhos sobre geração e seleção de concepção, bem como o estado da arte sobre este tema, que são os métodos e ferramentas relacionados ao obje-tivo principal deste trabalho.
2.1 Desenvolvimento de produto
Desenvolver um novo produto consiste em um conjunto de atividades por meio das quais busca-se chegar às especificações de projeto de um produto e de seu processo de produção para que este produto possa ser produzido (Rozenfeld et al., 2006).
Tendo em vista que o processo de desenvolvimento de produtos é uma atividade com-plexa e que envolve interesses e habilidades de diversos setores (consumidores, engenheiros, vendedores, designers, empresários), deve ser estabelecido um compromisso entre fatores que adicionam valor ao produto (Baxter, 2011).
As atividades de desenvolvimento de produto têm grande importância dentro dos pro-cessos de uma empresa, podendo ser consideradas uma das principais, sendo relevante o em-prego de boas práticas de gestão para geração de produtos. Diversos autores propõem modelos
com etapas predefinidas para a condução do processo de desenvolvimento do produto (Jugend; Silva, 2010).
Rozenfeld et al. (2006) dizem que o desenvolvimento de produtos consiste em um con-junto de atividades para chegar às especificações de projeto de um produto e de seu processo de produção a partir das necessidades do mercado e das possibilidades e restrições tecnológicas, considerando as estratégias competitivas da empresa.
A difusão das metodologias de projeto que, em essência, buscam encontrar uma sequên-cia de etapas e atividades consideradas mais adequadas para desenvolver um produto, foi um importante passo para o desenvolvimento de novos produtos (Dedini, 2018).
Portanto, o desenvolvimento de um novo produto requer o uso de métodos sistemáticos que exigem uma atividade interdisciplinar, abrangendo métodos de marketing, engenharia e conhecimentos sobre estética e estilo. O processo de inovação exige a árdua tarefa de união entre as ciências sociais, tecnologia e arte aplicadas (Baxter, 2011).
2.2 Metodologia de projeto
A compreensão no conceito de projeto é a primeira dificuldade para o entendimento de projeto, ou seja, no desenvolvimento de um novo produto. O conceito de projeto está associado ao desenho industrial e ao termo design. Além de um desenho, pode ser um organograma ou uma sequência de fases. Sendo assim, projetar é uma atividade criativa e mental que tem o objetivo de encontrar soluções pertinentes para problemas técnicos, considerando conceitos ci-entíficos, econômicos, estéticos e ergonômicos (Dedini, 2018).
Projetar pode ser considerada uma atividade intelectual e criativa (Pahl et al., 2005), não apenas derivada de competências lógicas, mas também de ideias analogias, percepções, expe-rimentações e intuição (Sozo; Forcellini, 2001).
2.2.1 Metodologias de projeto existentes
Para que um projeto de engenharia seja desenvolvido, são encontrados diversos modelos para condução sistemática do projeto de produtos. De forma geral, orientam os projetistas como proceder e sobre as ferramentas que podem ser utilizadas para resolver problemas de projeto (Ogliari, 1999).
Finkelstein e Finkelstein (1983) dizem que as metodologias de projeto foram desenvol-vidas para atender as necessidades de:
A) Ensino de projeto: baseado em que o ensino do projeto por meio apenas de exemplos e experiencia, sem princípios gerais, é ineficiente;
B) Organização do projeto: para tarefas complexas envolvendo controle de múltiplas interações de tarefas;
C) Provisão de auxílios ao trabalho dos projetistas: estimular a criatividade, promo-vendo uma abordagem mais consciente de projeto;
D) Automação das informações de projeto: a exigência de estruturar processos de pro-jeto para que seja possível o uso da tecnologia da informação para auxiliar o propro-jeto. Os autores ainda dizem que uma quantidade considerável de professores levanta obje-ções referentes a metodologias de projetos. Como argumentos apresentam que: projeto é um processo criativo, puramente intuitivo, e qualquer metodologia sistêmica aplicada poderia limi-tar a criatividade; a metodologia poderia também restringir o projetista; todas as metodologias contêm um sistema de valores inerentes; e não existe evidência de sucesso na aplicação de metodologias de projeto.
Yoshikawa (1989) investiga em seu trabalho as diferentes filosofias de projeto e cate-goriza nas seguintes escolas: semântica, sintática, historicista, psicológica e filosófica. Na es-cola semântica admite-se que qualquer máquina é objeto de projeto, é, portanto, um sistema que transforma grandezas de entrada em grandezas de saída do tipo material, energia e infor-mação. Na escola sintática tratam sobre aspectos procedurais ou morfológicos, ou seja, estabe-lece-se a dinâmica do processo de projeto (sua lógica ou sequência de ações).
Na escola sintática destaca-se o trabalho de Asimow (1968) que apresenta grande im-portância histórica por ser pioneiro no desenvolvimento de metodologias de projeto e procura determinar de forma encadeada todos os processos do desenvolvimento de produtos.
Muitas metodologias desenvolvidas por diversos autores foram baseadas na metodolo-gia apresentada por Asimow (1968), adaptando às necessidades existentes em cada contexto. Para exemplificação, a seguir, é feita a análise geral dos modelos de metodologia dos seguintes autores: Pahl et al. (2005), Back et al. (2008), Rozenfeld et al. (2006), Ullman (1944) e Baxter (2011).
A Tabela 1 apresenta uma comparação das fases do processo de desenvolvimento de produtos dos autores citados anteriormente. Percebe-se que apesar de ser um assunto ampla-mente abordado na literatura, em que cada autor desenvolve seu próprio método para desenvol-vimento de produto, todos desenvolvem métodos sistemáticos que documentam passo a passo as etapas do desenvolvimento para que o produto possa ser reproduzido novamente ou corri-gido.
Tabela 1- Fases do processo de desenvolvimento de produtos1
Pahl et al. (2005) Back et al. (2008) Rozenfeld et al. (2006)
Planejamento e esclareci-mento da tarefa
Projeto conceitual Projeto preliminar Projeto detalhado
Liberação para a produção Solução Estudo de viabilidade Projeto preliminar Projeto detalhado Revisão e testes Planejamento da produção Planejamento do mercado Planejamento para consumo e manutenção Planejamento da obsolência Planejamento estratégico de produtos Planejamento do projeto Projeto informacional Projeto conceitual Projeto detalhado Preparação da produção do produto Acompanhamento do pro-duto e processo Descontinuar produto Ullman (1944) Baxter (2011) Planejamento do projeto Entendimento e desenvolvi-mento do problema e desen-volvimento das especifica-ções de engenharia Projeto conceitual Projeto preliminar Detalhamento Especificação da oportuni-dade Projeto conceitual Planejamento do produto Configuração e projeto deta-lhado
Os autores também apresentam diversas ferramentas que podem ser utilizadas em cada etapa do desenvolvimento e que auxiliam na Engenharia Simultânea.
O conceito de Engenharia Simultânea surgiu a partir da necessidade de interação entre as diversas áreas e atividades dentro das áreas funcionais necessárias para o desenvolvimento de um produto (Rozenfeld et al., 2006)
Engenharia Simultânea ou Concurrent Engineering é uma filosofia implantada no pro-cesso de desenvolvimento de produto que melhora a qualidade e reduz custos aumentando o grau de paralelismos entre as atividades de desenvolvimento. Realizam-se simultaneamente as tarefas de projeto e planejamento do processo (Howard; Lewis, 2003; Tasalloti et al., 2016).
Foi então que surgiram as equipes multifuncionais de projeto encabeçados por um ge-rente de projeto, ampliando a integração e propondo também a participação de clientes e forne-cedores no processo de desenvolvimento. As empresas da época demonstraram que essa estra-tégia promovia a diminuição do tempo de desenvolvimento, de custo e aumentava a qualidade. Identificou-se a necessidade e a importância de utilizar técnicas sistemáticas de projeto para aumentar a produtividade do trabalho. Alguns autores classificaram essas técnicas como filo-sofias, ferramentas e métodos (Rozenfeld et al., 2006).
Algumas ferramentas e métodos são reconhecidos no auxílio e realização da Engenharia Simultânea. Para os autores, alguns exemplos de métodos são: QFD (Quality Function Deploy-ment), DFMA (Design for Manufacturing and Assembly), FMEA (Failure Modes and Effects Analysis). Já as ferramentas são utilizadas para definir sistemas de informação como Computer Aided Process Planning (CAPP), Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Enginee-ring (CAE), Product Data Management (PDM), entre outros. Os Sistemas Integrados de Gestão Empresarial (ERP, Enterprise Resource Planning) são a plataforma básica da integração entre todos os métodos e ferramentas no desenvolvimento de produtos.
Inicialmente, os ERPs tinham foco na manufatura e finanças e estão cada vez mais su-portando a integração com as ferramentas de planejamento e execução de projetos de engenha-ria. Esses sistemas são compostos por uma base de dados única e por módulos que suportam diversas atividades das empresas.
Dedini (2018) também sugere o uso de diversas ferramentas nas fases de desenvolvi-mento de produto. QFD, DFX (Design for X), Análise funcional, ferramentas de criatividade como brainstorming, quadro morfológico, mapa mental entre outras, análise de valor, FMEA, CAD/CAM/CAE, Método Taguchi, Axiomas de Projeto, entre outras.
Duncan (1996) faz um levantamento de ferramentas que auxiliam diferentes áreas no processo de desenvolvimento do produto. Como softwares EDM (Eletronic data management) que são sistemas de informações para gestão de projetos utilizado para desenvolver o plano de projeto, execução e controle geral das mudanças. Também cita QFD, Análise de valor como técnicas para análise de produto utilizadas principalmente na gestão do escopo garantindo que o projeto contenha somente o trabalho necessário. Ferramentas para gestão da qualidade como benchmarking, diagrama de Ishikawa, diagrama de Pareto, entre outras. Para gestão de custos utiliza-se principalmente planilhas computadorizadas e softwares para gerenciamento de proje-tos, utilizadas para estimar o orçamento e controlar custos.
Neste trabalho serão detalhadas nas próximas seções algumas ferramentas utilizadas para compor o método que está sendo proposto. Estas são: DFX, Quadro Morfológico, Dia-grama de Mudge e Árvore de eventos.
2.2.2 Digrama de Mudge
O Diagrama de Mudge é uma ferramenta utilizada com o objetivo de valoração numé-rica de avaliação do nível de importância das funções. Esta técnica consiste em comparar todas as combinações possíveis das funções aos pares. No fim da valoração é possível determinar qual é a função mais importante para o projeto, uma vez que o Diagrama de Mudge tem como objetivo hierarquizar as funções (Csillag, 1995).
O nível de importância é definido pela hierarquização das funções, que são comparadas aos pares e classificadas com valores 1, 2 ou 3 de acordo com o grau de importância. O número 1 significa que uma função é pouco mais importante ao comparar com a outra função; dois significa que a função é mais importante do que a outra e; três significa que a função é muito mais importante do que está sendo comparada (Silva et al., 2004).
Os números 1, 2 ou 3 são os pesos definidos, porém também podem ser considerados valores como 1, 3 ou 9, entre outros (Csillag, 1995).
A soma para cada função deverá ser escrita na coluna correspondente ao valor total. A soma total de todas as funções representa o valor total do produto, correspondente a 100% da importância relativa. Sendo assim, pode-se definir a importância relativa de cada função sepa-radamente.
A Figura 1 apresenta um exemplo de um Diagrama de Mudge genérico apenas para exemplificação da ferramenta. Total % A A 3 A 3 A 3 A 3 12 44% Grau de importância B B 3 B 3 B 3 9 33%
C D 2 C 3 3 11% 1- pouco mais importante D E 1 2 7% 2- mais importante E 1 4% 3- muito mais importante 27 100%
Figura 1- Diagrama de Mudge
As letras de A à E representam as funções referentes ao projeto que está sendo desen-volvido. Na coluna “total” é somado o total dos valores para cada linha, por exemplo, na linha da função A, soma-se todos os valores atribuídos a função A ao longo de toda a tabela.
2.2.3 Árvore de eventos
Uma árvore de eventos é uma representação de todos os possíveis eventos de ocorrência em um sistema. Na prática, o método da árvore de eventos é mais utilizado para sistemas de segurança, porém também pode ser utilizada para sistemas que operam continuamente (Sakurada, 2001; Garrick e Christie, 2002).
Xu et al. (2004) definem uma árvore de eventos como sendo uma representação lógica indutiva ou direta que parte de um evento inicial e inclui todos os caminhos possíveis, sendo que os pontos de ramificação representam sucessos ou fracassos. A quantificação de uma árvore de eventos é utilizada para prever a frequência de cada resultado.
Cada componente está sujeito basicamente a dois eventos, sucesso ou falha. A linha superior que sai de cada componente significa sucesso e a linha inferior, falha. Para sistemas que operam de forma contínua, os eventos podem ser considerados em qualquer ordem, isto acontece porque um componente não opera cronologicamente em relação a outro (Sakurada, 2001).
Em uma árvore de eventos, a probabilidade de ocorrência de uma ramificação é obtida a partir do cálculo do produto das probabilidades dos eventos ao longo da mesma.
A Figura 2 apresenta um exemplo de árvore de eventos e possíveis ramificações. Santos (2017) define uma árvore de eventos como tendo um evento iniciador, evento pivô e, como próximo nível, eventos pivôs. Todos os eventos são binários, ou seja, possuem probabilidade de sucesso ou falha sendo que os cenários obtidos pelas combinações dos eventos resultam em dois possíveis estados finais: sucesso ou falha. O autor diz que a árvore de eventos possui a propriedade de obter caminhos mutuamente exclusivos e exaustivos.
Figura 2- Exemplo de árvore de eventos
Fonte: Sakurada (2001)
Bearfield et al. (2005) dizem que uma árvore de eventos especifica uma combinação lógica dos resultados de eventos para cada consequência. A probabilidade para cada consequên-cia é calculada pelo cálculo da probabilidade dos eventos determinados a partir de dados ou experiência da equipe que está desenvolvendo a ferramenta.
Papazoglou (1998) diz que a árvore de eventos é uma representação gráfica dos resulta-dos de uma base de eventos. Cada caminho corresponde a um elemento do resultado do espaço, permitindo a quantificação da árvore de eventos com base nos princípios da probabilidade for-mal ou ainda, pode ser útil como base para a construção de uma árvore de eventos automatizada.
Pate-cornell (1984) faz uma análise no uso de árvore de eventos em sistemas de análise de confiabilidade e conclui que é uma ferramenta bastante flexível por permitir o uso de lógica indutiva e dedutiva e ainda, introduzir fatores de tempo ou variáveis contínuas.
A árvore de eventos pode ser utilizada em diversas áreas para encontrar probabilidades de riscos, sucessos ou coleta de informações.
Diversos autores têm utilizado esta ferramenta para monitoramento do tempo e preven-ção de desastres naturais, como eruppreven-ção de vulcões. Ogburn et al. (2016) e Wright et al. (2019) utilizaram árvore de eventos probabilísticas para prevenir desastres.
Wright et al. (2019) utilizam ainda a árvore de eventos para estruturar cenários de pre-visão e coletar informações sobre monitoramento e documentar questões pendentes ou incóg-nitas para previsão de erupções de vulcão na Indonésia.
Ezell et al. (2010) ainda utilizaram árvore de eventos para decompor cenários de terro-rismo e rastreamento de caminhos para ataques. Os autores ainda dizem que a árvore de eventos tem sido muito utilizada para sistemas complexos como tomada de decisão e gerenciamento de risco de projeto nas missões da NASA para construção da estação espacial, voos do ônibus espacial, missões a Marte, entre outras.
Pela revisão da literatura, pode-se perceber que a árvore de eventos é amplamente utili-zada na análise de incertas e tomadas de decisões, principalmente para cálculo de probabilidade de eventos.
2.3 Projetar para Excelência (DFX)
Com a competitividade e a constante flutuação das demandas de mercado, projetar um produto para que tenha alta qualidade, custo mínimo, peso mínimo e seja reciclável tornou-se um dos principais objetivos das indústrias modernas. Uma solução para essa demanda mundial é adotar um método novo de projetar, adotando ferramentas para engenharia simultânea. Uma
das abordagens mais efetivas para implementação da engenharia simultânea é a ferramenta co-nhecida como Design for X (Rozenfeld et al., 2006; Benabdellah et al., 2019; Huang; Mak, 2010)
DFX pode ser considerada uma metodologia para desenvolver regras, procedimentos e métodos que possam guiar os projetistas para um produto que atenda todos os requisitos espe-rados pelo mercado (Barbosa, 2012).
O “X” do DFX é o atributo para o qual o projeto estará sendo desenvolvido, ou seja, o requisito principal em que o projeto focará durante o seu desenvolvimento, buscando-se a ex-celência nesse atributo específico (Barbosa, 2012). Na Tabela 2, pode ser encontrado possíveis X-bilidades listadas, mas existe extensa literatura de diferentes DFX.
Tabela 2- Possíveis X-bilidades
Nome em português Nome em inglês Sigla
Projeto para Montagem Design for Assembly DFA
Projeto para Sustentabilidade Design for Sustainability DFS Projeto para Manufatura Design for Manufacturing DFM
Projeto para Segurança Design for Safety DFSf
Projeto para Manufatura e Monta-gem
Design for Manufacturing and As-sembly
DFMA Projeto para Uso Amigável/
Ergo-nomia
Design for Use/ Ergonomics/ Human Factors
Projeto para Custo Design for Cost/ Profit DFC
Fonte: Adaptado de Back et al. (2008)
Os métodos DFX (Design for x) ou “Projetar para...” podem se apresentar de diferentes formas, desde um conjunto de regras e diretrizes até ferramentas de softwares detalhadas (Holt; Barnes, 2010; Rozenfeld et al., 2006).
Cada técnica de DFX tem como objetivo aperfeiçoar um aspecto específico do produto que está sendo projetado, como custo ou impacto ambiental. Portanto, ajuda os projetistas a considerarem os aspectos prioritários nas etapas iniciais de projeto (Holt; Barnes, 2010; Benad-bdellah et al., 2019; Melo, 2016; Back et al., 2008).
Melo (2016) considera as DFX como uma importante base de conhecimento quando é necessário otimizar as características dos produtos que foram apresentadas pelos clientes por meio de suas necessidades.
Holt e Barnes (2010) dizem que refletir sobre a aplicação de técnicas DFX ajudam no processo de desenvolvimento de produto para auxiliar os projetistas a aumentar a compreensão da natureza física do produto além de sua forma e material, entendendo também todos os ele-mentos que compõem o ciclo de vida do produto.
Lehto et al. (2011) dizem que um dos métodos utilizados para seleção se refere à criação de pacotes constituídos por x-bilidades similares devendo possuir coordenadores responsáveis para o aperfeiçoamento, sendo estes especialistas e responsáveis com a busca pelo ótimo para a x-bilidade requerida. Um diretor deve contribuir com o registro e com o andamento correto das práticas aplicadas. Devem existir reuniões com a apresentação do ponto de vista da impor-tância de determinada x-bilidade para o produto conforme olhar do especialista.
Existe uma vasta gama de autores na literatura exemplificando em quais etapas do de-senvolvimento de produto devem ser aplicadas as DFX.
Bauer et al. (2006) mostram em seu estudo uma estrutura das derivações das DFX de acordo com as etapas do ciclo de vida do produto, como pode ser visto na Figura 3. Sugere-se que as DFX sejam aplicadas nas fases avançadas de projeto.
Figura 3- Estrutura das DFX de acordo com as etapas do ciclo de vida do produto
La Trobe-Bateman e Wild (2003) sugerem o uso das DFX como para tomada de decisão na fase de projeto preliminar. Desenvolveu em seu trabalho um modelo de planilha que consi-dera simultaneamente projeto do produto, manufatura e marketing como um todo. As informa-ções de entrada contêm aspectos de projeto do produto, projeto de processo e manufatura e operações. Como informações de saída tem-se custo de unidade, inventário e tempo de resposta. Boothroyd (1994) sugeriu a utilização do Design for Manufacture and Assembly como fator principal para aumentar a produtividade em toda indústria de manufatura, se utilizado em conjunto com automação. Em seu trabalho utilizou DFMA para diminuir o tempo de entrega do produto ao mercado. Neste método, utilizou Design for Assembly na fase inicial de projeto, fase de projeto conceitual para garantir a melhor escolha de material e processos de montagem nesta fase. Num segundo momento, os conceitos foram avaliados para minimizar os custos de manufatura. Neste estudo, a aplicação das ferramentas DFMA encorajaram o diálogo entre de-signers, ou equipes que participam das fases iniciais de projeto e que teriam importância no custo do produto final, e a equipe de engenheiros de manufatura. A Figura 4 exemplifica em quais etapas o autor sugere a aplicação de ferramentas DFX nas etapas de desenvolvimento de produto.
Figura 4- Aplicação do DFMA na em um processo de desenvolvimento de produto
Fonte: Adaptado de Boothroyd (1994)
Van Vliet e Van Luttervelt (2004) sugerem a aplicação da ferramenta Design for Ma-nufacturing na fase de projeto detalhado. O objetivo principal é focar na melhor combinação de materiais, geometria, processos, métodos de manufatura, ferramentas e tolerâncias para todas as partes do produto para que ele se adeque aos requisitos funcionais. E ainda, há um processo de avaliação que entrega ao usuário um sistema de pontuação de manufatura de acordo com a conformidade às regras de DFM.
Benabdellah et al. (2019) fazem uma extensa revisão da literatura sobre a aplicação das ferramentas DFX e diz que apesar de várias ferramentas encontradas na literatura, há um vo-lume pequeno de artigos dedicados as ferramentas integradas às fases de projeto de produto. As ferramentas DFX mostram-se muitas vezes insuficientes, complexas, consomem muito tempo ou outros problemas que dificultam que sejam colocadas em prática. Há um número muito pe-queno de artigos que apresentam os benefícios das ferramentas DFX e que mostram que elas entregam o resultado desejado na prática.
Rozenfeld et al. (2006) levantam a importância da aplicação das DFX na fase de projeto conceitual, por ser a etapa em que as tomadas de decisões têm grande efeito nos custos de um
produto. É nesta etapa que se define o desempenho e a competitividade do produto por todo o seu ciclo de vida. Sugere-se ainda a reaplicação dos métodos DFX na fase de projeto detalhado, com todas as características finais dos sistemas, subsistemas e componentes já definidas. Nesta fase, os métodos DFX podem ser aplicados na otimização do produto e do processo, resultando no aumento da confiabilidade do produto e diminuindo a necessidade de manutenção.
Gremyr et al. (2014) dizem que Design for Environment é uma abordagem importante para integração de aspectos ambientais ao desenvolvimento de produto e sugere em quais etapas esta ferramenta pode ser utilizada. O autor diz que a DFE pode ser utilizada na fase de seleção de material, baseado em sua efetividade no meio ambiente e escolha de propriedades que faci-litem a reciclagem ou remanufatura.
Chiu e Kremer (2011) fazem uma extensa revisão da literatura sobre as ferramentas DFX e conclui que elas são aplicadas, em sua maioria, nas etapas mais avançadas de projeto, não na fase de projeto conceitual. Isto pode ocorrer pelo fato de as variáveis como funções, forma, materiais, processos e máquinas do produto ainda não estarem definidas.
Pinheiro et al. (2018) apresentaram em seu trabalho uma aplicação de DFMA para se-leção de alternativas para um produto usando simulação computacional e obtendo resultados conflitantes na escolha da melhor solução de acordo com DFMA e DFS, sugerindo que em alguns casos o uso de mais de uma DFX pode ser divergente.
Barbosa e Carvalho (2013) aplicaram em seu trabalho a DFMA para o projeto de uma aeronave, concluindo que a aplicação pode ser eficiente se for considerada nos estágios iniciais do projeto.
Favi et al. (2016) sugeriram que a ferramenta DFMA pode ser utilizada como ferramenta de decisão ao longo do desenvolvimento produto como critério de seleção.
Dedini (2018) sugere a utilização das ferramentas DFX na filtragem das opções de pro-jeto final na etapa de estudo de viabilidade e, ainda, para otimização dos parâmetros na fase de projeto preliminar. Assim, seguirão para o projeto preliminar somente alternativas com real possibilidade de otimização de parâmetros, gerando alternativas otimizadas em relação às DFX pretendidas.
2.4 Quadro morfológico e seleção de concepção
Já foi abordado anteriormente que a fase de Estudo de Viabilidade deve ser finalizada com três a seis possíveis soluções para um produto (Dedini, 2018). Existem várias técnicas para garantir que se atinja um número de soluções viáveis nesta etapa de projeto.
Os princípios de soluções podem ser obtidos a partir de bancos de dados, catálogos ou ainda utilizando métodos de criatividade, que auxiliam na busca de ideias para soluções que atendam às funções determinadas pelas necessidades de mercado (Rozenfeld et al., 2006).
A criatividade deve ser integrada ao processo de projeto, devendo ser encorajada para que o projetista ou a equipe de projeto tenha a possibilidade de gerar uma grande variedade de soluções (Hsiao; Chou, 2004).
Tanto Rozenfeld et al. (2006) quanto Dedini (2018) apresentam os métodos de criativi-dade na etapa de Projeto Conceitual. Etapa esta que tem como objetivo a busca e criação de uma grande variedade de soluções para o problema.
Segundo Dedini (2018), a criatividade tem como objetivo chegar ao novo. Utiliza-se formas diferentes de pensar para se descobrir novas relações e pontos de vista sob perspectivas diferentes.
Baxter (2011) diz que existem três categorias principais de técnicas para geração de ideias: redução do problema, expansão do problema e digressão do problema.
As técnicas de redução do problema têm como objetivo analisar os componentes, carac-terísticas e funções do problema para que o mesmo possa ser resolvido. O foco da atenção é no produto existente, por isso é considerada uma técnica reducionista (Baxter, 2011).
Para Baxter (2011) as técnicas de expansão do problema têm como objetivo explorar ideais além do domínio imediato do problema. Não se restringe, portanto, ao produto já exis-tente, abre-se um leque para outras soluções possíveis.
A digressão do problema utiliza pensamento lateral para que o foco não seja no domínio principal do problema. Procura-se fugir das soluções convencionais (Baxter, 2011).
Rozenfeld et al. (2006) dizem que na literatura é possível encontrar inúmeros métodos de criatividade, porém ao analisar os princípios básicos dos quais esses métodos são derivados, pode-se chegar à um número pequeno de métodos. Para o autor, estes métodos podem ser divi-didos entre: intuitivos, sistemáticos e orientados.
Dedini (2018) divide os métodos de criatividade em dois grupos: discursivos e intuiti-vos-criativos. E diz que muitos cursos de desenvolvimento da criatividade revelaram nas últi-mas décadas, que a capacidade criadora pode ser desenvolvida de forma acentuada utilizando um ou mais desses métodos.
Carreta (2019) apresenta em seu trabalho os métodos de criatividade mais citados pelos principais autores de metodologia de projeto que possuem uma abordagem voltada para o en-sino de engenharia. Na Tabela 3, pode-se observar os métodos de criatividade mais citados pelos autores de metodologia e que são abordados nas disciplinas de projeto no curso de enge-nharia.
Tabela 3- Classificação das ferramentas de criatividade
Métodos Intuitivos Métodos Sistemáticos Métodos Orientados
Sinéctica Quadro Morfológico TRIZ
Brainstorming Inversão SIT
Método 6.3.5 Analogia Sistemática Pensamento Lateral Análise e Síntese Funcional
Galeria Método Delphi
Fonte: Adaptado de Dedini (2018) e Rozenfeld et al. (2006)
Um dos métodos muito utilizados por alguns autores de metodologia de projeto na lite-ratura como geração de concepções é o quadro morfológico ou matriz morfológica, que tem como objetivo estimular a criatividade a partir de um número muito alto de possíveis soluções (Dedini, 2018).
Este método foi proposto originalmente por Zwicky (1969) e consiste em decompor o problema global em problemas parciais, ou seja, desmontar um problema em partes até que sejam genéricas e não remetam à origem do problema.
O autor emprestou o termo morfologia utilizado em diferentes campos da ciência para estudar interrelações estruturais, buscando sistematizar o estudo morfológico tornando possível a aplicação em diversas áreas.
Baxter (2011) diz que na área do design, o quadro morfológico tem sido útil no desen-volvimento de inovações, sendo possível fugir de soluções básicas e explorar o uso de novos materiais ou mecanismos.
Pahl et al. (2005) utilizam a matriz morfológica como uma matriz ordenadora, ou seja, um método para sistematização da combinação de soluções. O autor diz que é um procedimento útil para identificar combinações compatíveis e principalmente elaborar um campo extenso e diversificado de possíveis soluções. Uma vez definido o problema, este deve ser dividido em funções e subfunções para que soluções sejam encontradas por meio de catálogos, experiência, pesquisa ou métodos de criatividade. No final, a melhor combinação de parâmetros é adotada como solução (Pahl et al., 2005; Rozenfeld et al. 2006). Quando são utilizadas funções ao invés de partes, tem-se um quadro morfológico funcional (Dedini, 2018).
Para constituir uma matriz morfológica deve-se seguir alguns passos:
1. Identificar e analisar todos os parâmetros importantes para a solução do pro-blema. Devem ser listadas todas as funções que o produto deve ter ou atender (Zwicky, 1969). Deve-se listar funções e não componentes (Rozenfeld et al., 2006; Ullman, 2010). Não é recomendado exceder dez funções e devem ser mu-tuamente exclusivas (Rozenfeld et al., 2006).
2. Após preenchida a primeira coluna da matriz com as funções as demais colunas deverão ser preenchidas com os princípios de solução para cada função. É im-portante que se busque o máximo número possível de novas ideias, sendo exa-ustivo na busca por diferentes soluções tanto quanto componentes já conhecidos. Essas ideias ou componentes podem ser representados por palavras ou esboços tentando manter o mesmo nível de generalidade para todas as soluções possíveis (Rozenfeld et al., 2006).
3. Deve-se esboçar a matriz contendo todos os possíveis princípios de solução e analisar rigorosamente cada solução parcial em relação aos objetivos que devem ser alcançados (Zwicky, 1969; Rozenfeld et al., 2006).
O Quadro 1 apresenta uma modelo de quadro morfológico funcional com princípios de soluções para levantados para o projeto de produtos para o cultivo de mexilhões.
