Desenvolvimento e Engenharia de Produto – Factor chave
de competitividade
*Víctor Oliveira
(1)e A. S. Pouzada
(2)(1) Vangest, Estrada de Leiria nº 208, Embra, 2431-967 Marinha Grande
(2) Departamento de Engenharia de Polímeros, Universidade do Minho, 4800-058 Guimarães
A globalização, a que hoje se assiste, torna imperativo o posicionamento concorrencial das empresas produtoras de bens de consumo que pretendam subsistir num mercado cada vez mais competitivo. Neste contexto, tornado irreversível nos últimos anos, o sucesso reside essencialmente na redução do tempo de desenvolvimento até à entrada no mercado (time-to-market) e na garantia da qualidade que os produtos devem apresentar. Esta situação é particularmente incisiva nos produtos feitos no material mais competitivo dos últimos 50 anos: o plástico. Para os produtos feitos em plástico, a passagem para o sucesso empresarial assenta fundamentalmente na capacidade de optimizar o design, a concepção e o desempenho dos produtos bem como a fiabilidade e reproducibilidade dos processos transformativos em tempo real. A concretização desta capacidade passa pela implementação coordenada de um processo integrado de desenvolvimento do produto, projecto, fabricação de ferramentas e definição da sequência de produção, aliados ao reduzido tempo disponível para início de comercialização. Este processo, para o caso das peças moldadas por injecção – a maioria das fabricadas em plástico – pode ser muito complexo e demorado, o que implica a utilização quase obrigatória de métodos de Engenharia Simultânea ou Engenharia Concorrente. Para além disso, a especificidade comportamental dos materiais plásticos e a complexidade dos processos de transformação tornam igualmente indispensável uma estratégia clara de concertação com acções de I&D.
A Engenharia Assistida por Computador nos plásticos
A aplicação da Engenharia Simultânea no desenvolvimento de produtos em plástico, envolvendo muitas vezes equipas numerosas e geograficamente separadas deve ser fácil, rápida e fiável. Este desiderato só é possível com a aplicação extensiva e intensiva de ferramentas computacionais: trata-se por isso um paraíso para as ferramentas de CAE ou de Engenharia Assistida por Computador.
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O diagrama seguinte apresenta uma visão global do processo de desenvolvimento de produtos em plástico por moldação por injecção. Nele se evidencia a relevância da utilização de ferramentas assistidas por computador (designadas por CAD/CAE) e a importância essencial da transferência de informação em tempo real entre os agentes encarregados das diversas tarefas do projecto trabalhando em simultaneidade.
Molde Especificações Molde Projecto Preliminar Molde Projecto de detalhe Teste do Molde Protótipo Molde Fabrico Molde Montagem e teste Prospecção de Mercado Peça Especificações Peça Design Conceptual Peça Engenharia Peça Alterações Série Protótipo Peças Injecção Novo Produto Necessidade ou Ideia Bases Dados Standard Bases Dados Standard Prototipagem Rápida Prototipagem Rápida Rapid Tooling CAD/CAE CAD/CAE CAD/CAE CAD/CAE CAD/CAE CAM Produto
A presença em áreas tão distintas e exigentes como a indústria automóvel, aeronáutica e telecomunicações, torna imprescindível às empresas que produzem para estes sectores a necessidade de conhecimento ao nível de ergonomia, comportamento de materiais, aerodinâmica, vibrações, estabilidade, entre outras, para garantirem de uma forma concisa o bom desempenho dos produtos que desenvolvem. A utilização de plataformas de Engenharia Simultânea constituída por equipas com amplos conhecimentos em diversos domínios é actualmente já uma realidade em Portugal, embora seja ainda aplicada em pequena escala.
A importância das ferramentas assistidas por computador
A indústria portuguesa de moldes para injecção de materiais termoplásticos, não obstante o prestígio alcançado a nível mundial neste domínio nos últimos anos, está confrontada com a necessidade prioritária de adoptar as medidas certas no combate aos custos e tempos desnecessários envolvidos no processo de produção de moldes assim como responder com uma solução cada vez mais integrada. A resposta a este desafio passa, pela utilização crescente de meios computacionais de apoio ao desenvolvimento de produto e à fabricação, por um lado, e pela aposta em acções de inovação, desenvolvimento e formação de nível superior por outro.
Está hoje bem claro que para as empresas operarem no fabrico de moldes a chave para o sucesso está intimamente ligada e extremamente dependente da boa prestação desempenhada durante a fase de projecto e desenvolvimento dos novos produtos. A Engenharia e Desenvolvimento de Produto assume assim um papel preponderante na antevisão de potenciais problemas que possam ocorrer durante o funcionamento e no processo de produção, permitindo assim, ainda num estágio bastante embrionário, proceder aos ajustes necessários evitando correcções e alterações posteriores que seriam bastante mais acentuadas em termos de custos e prazo de produção bem como em falhas na qualidade dos produtos após sua comercialização.
Aspectos como a geometria a adoptar, a espessura de peça, os encaixes, os reforços necessários para garantir a estabilidade da peça quando sujeita às solicitações impostas, componentes de interligação com outras peças de um conjunto, comportamentos aerodinâmicos e hidrodinâmicos, devem ser avaliados convenientemente e estudados na fase de desenvolvimento. Este estudo complexo permitirá conferir aos componentes em desenvolvimento um bom desempenho, de acordo com as especificações requisitos impostos para o seu funcionamento.
Hoje estão disponíveis no mercado inúmeros programas de apoio ao projecto e fabricação que permitem a integração de muitas actividades, como o desenho técnico em 3D, a geração de malhas de elementos finitos, a simulação do processo de injecção, a simulação das operações de maquinação ou a prototipagem rápida. Para além dos programas tão familiares para os industriais, de CAD ou de CAM, são cada vez mais frequentes os programas que permitem a selecção dos materiais mais adequados e o conhecimento das suas propriedades mais relevantes para as aplicações (por exemplo, a muito conhecida base de dados CAMPUS, usada pela maioria dos fabricantes de plásticos técnicos, ou o programa de selecção de materiais Plascams, da RAPRA) ou os que permitem fazer a previsão do complexo processo de moldação por injecção (hoje quase limitado ao poderoso Moldflow). É particularmente interessante o advento de bases de conhecimentos, como a KBS Plastics da RAPRA que incluem já módulos de apoio ao projecto que ajudam o projectista a evitar potenciais problemas ou erros sistemáticos.
A questão da transposição dos saberes
No aspecto da formação e do apoio à capacidade de inovação são significativos os avanços verificados no nosso País durante a última década, como corolário da concertação de esforços da indústria, das universidades e da Agência de Inovação em nome do governo. O surgimento de projectos de ensino pós-graduado no domínio da Engenharia de Polímeros ou do Projecto e Fabrico de Moldes (da Universidade do Minho) sediados junto aos pólos de desenvolvimento industrial e o apoio a múltiplos projectos de investigação em consórcio com interesse para os sectores dos moldes e dos plásticos são um sinal significativo de que os saberes e recursos nacionais encontraram o caminho mais apropriado para a consolidação do prestígio à escala global da indústria nacional.
O interesse, os riscos e os custos do CAD/CAE
Com a recente evolução dos sistemas informáticos para níveis inimagináveis há algum tempo atrás acompanhada pelo desempenho dos softwares, é hoje possível simular virtualmente um produto em fase de concepção em condições muito semelhantes às reais. A utilização de softwares de Desenho e Engenharia Assistidos por Computador (CAD/CAE) permite dimensionar todo o tipo de peça com base no conhecimento dos esforços a que vão ser sujeitas na sua vida útil de utilização assim como o comportamento da peça/material ao longo do processo de produção. Este tipo de abordagem da fase de concepção e produção é indiscutivelmente de extrema importância para a garantia da qualidade assim como para a percepção dos prazos e custos envolvidos ao longo do processo.
Obviamente, há um factor significativo de custo associado que passa, não só pelo custo das plataformas (hardware) como dos próprios programas e até, dos seus operadores que necessitam de uma formação de nível avançado para serem capazes de explorar todas as potencialidades dos sistemas integrados.
Prototipagem Rápida e Rapid Tooling
Paralelamente à intensiva utilização de softwares de simulação, a grande variedade de tecnologias de prototipagem rápida hoje disponíveis são uma ferramenta indispensável para a fase de desenvolvimento, por permitirem de forma rápida e com custo razoável obter componentes semelhantes aos finais. Com alguns destes protótipos rápidos é possível efectuar testes em condições reais e verificar quais os aspectos sujeitos a alteração ou optimização.
A combinação das técnicas de Prototipagem Rápida com as de Rapid Tooling (RP/RT) trouxe novas possibilidades ao processo de desenvolvimento de produtos em plástico. Para além da possibilidade de se conseguirem moldes para a produção de pequenas ou de médias séries com técnicas baratas de moldação em vácuo em moldes de silicone ou mais sofisticadas de SLS Tooling, abrem-se novas perspectivas para a concepção e desenvolvimento de moldes híbridos que combinam o saber tradicional de construção de moldes robustos e fiáveis com a produção de zonas moldantes obtidas a partir da combinação RP/RT: os moldes híbridos. Este novo conceito já merece o esforço concertado de instituições de I&D e de fabricantes de moldes e a sua sistematização poderá ser uma das novas vias a explorar pela indústria nacional para a obtenção mais rápida de moldes para séries curtas com menor custo.
Engenharia inversa
A Engenharia Inversa é um conceito importante e que pode ser determinante para a obtenção de produtos mais complexos adequados às especificações do cliente de forma mais rápida. Por um lado, torna possível a obtenção de formas bastante complexas a partir de um modelo realizado praticamente de uma forma artística por um designer, que será posteriormente objecto de trabalho de engenharia. A actividade inversa, neste caso, consiste na utilização de tecnologias de medição, nomeadamente por varrimento óptico com laser para reproduzir rigorosamente a geometria a utilizar pelos programas de CAE e de CAM, por exemplo.
Outra possibilidade é a de se preverem as condições de processamento ou as características do grau de matéria-prima que garantam um determinado padrão de
desempenho para o produto: neste caso o conhecimento aprofundado das implicações do processamento nas propriedades finais do produto, em função das características da matéria-prima são o desafio que se poderá colocar à equipa de projecto.
Em conclusão
A forte aposta no desenvolvimento e engenharia de produto é actualmente um claro factor de diferenciação das empresas de fabricação de moldes que pretendem manter-se no mercado, conferindo-lhes inegáveis vantagens competitivas relativamente às empresas que não adoptarem medidas desta natureza. É evidente a necessidade para uma rápida mudança de mentalidades no sentido de viabilizar a competitividade nos sectores da indústria portuguesa, essencialmente no que diz respeito ao fabrico de moldes, sendo para isso indispensável investimentos significativos em desenvolvimento, e garantir desta forma um posicionamento concorrencial que permita uma oferta cada vez mais ampla e integrada a um mercado global que cada vez mais nos coloca em clara confrontação com os líderes mundiais do sector.
Referências
1. NETO, H. - Simultaneous Engineering Technology, Proc. of 47th Annual Tech. Conference – ANTEC’89, Soc. of Plastics Engineers, USA, 1989.
2. SARAIVA, V.M.; LIMA, M.; POUZADA, A.S. – Concurrent engineering in the design of
injection moulds for plastics, 2nd Int Conf on Advanced Engineering Design, Glasgow,
Scotland: June, 2001
3. MALLOY, R.A. - Plastic Part Design for Injection Molding, Hanser, New York, 1994.
4. POUZADA, A. S., NEVES, N. M., The use of morphology data in the design of injection
moulded flat products, Proc. of 57th Annual Tech. Conference – ANTEC’99, Soc. of Plastics
