UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – UNIJUÍ
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO LATO SENSU EM ENGENHARIA INDUSTRIAL
JEANCARLO OPALKA ROSIN
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO PARA PROJETO DE PRODUTOS MODULARES
PANAMBI - RS 2017
JEANCARLO OPALKA ROSIN
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO PARA PROJETO DE PRODUTOS MODULARES
Monografia do Curso de Pós Graduação Lato Sensu em Engenharia Industrial apresentada como requisito parcial para obtenção de título de Especialista em Engenharia Industrial.
Professor orientador: Dr. Antonio Carlos Valdiero
PANAMBI - RS 2017
JEANCARLO OPALKA ROSIN
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO PARA PROJETO DE PRODUTOS MODULARES
Monografia defendida e aprovada em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Banca examinadora:
____________________________________________ Prof. Antonio Carlos Valdiero, Doutor - Orientador
____________________________________________ Prof. Olavo Luiz Kleveston, Mestre - Avaliador
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, agradeço pelo amor e carinho recebidos em todos os momentos.
RESUMO
A relação entre o cliente e a empresa esta em constante mudança tornando-se cada vez mais estreita. Atualmente o cliente define qual produto deseja comprar, exige alterações, novas funcionalidades e quer usar as mais novas tecnologias disponíveis. Para atender este novo e altamente dinâmico mercado, as empresas buscam novas formas de desenvolver e produzir os seus produtos, oferecendo soluções personalizadas. O conceito de modularização é aplicado, neste contexto, para gerar uma variedade de produtos individualizados, conciliando as estratégias das empresas com as necessidades dos clientes. Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica que define os conceitos de modularização, modularidade e módulo, bem como outros conceitos que estão ligados diretamente ao tema. Descreve também, o método de projeto de produtos modulares denominado de Desdobramento da Função Modular (MFD) e desenvolve uma abordagem com ênfase na obtenção de informações, definição de estratégias empresariais e organização da produção, adequada a realidade das empresas das áreas agroindustrial e metalmecânica que enfrentam dificuldades com o novo panorama do mercado.
ABSTRACT
The relationship between the client and the company is constantly changing becoming ever closer. Currently the customer defines which product to buy, requires changes, new features and wants to use the latest available technologies.To meet this new and highly dynamic market, companies are looking for new ways to develop and produce their products, offering customized solutions. The concept of modularization is applied in this context to generate a variety of individualized products, reconciling the strategies of the companies with the needs of the customers. This work presents a bibliographic review that defines the concepts of modularization, modularity and module, as well as other concepts that are directly related to the theme. It also describes the modular product design method called Modular Function Deployment (MFD) and develops an approach with an emphasis on obtaining information, defining business strategies and organizing production, appropriate to the reality of companies of the agro industrial and metal-mechanical areas that face difficulties with the new panorama of the market.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Estrutura da monografia. ... 18
Figura 2.1 – Cinco fases da modularidade... 21
Figura 2.2 – Diferentes formas de combinar blocos construtivos. ... 23
Figura 2.3 – Cinco abordagens de modularização. ... 25
Figura 2.4 – Tipos de funções e módulos em sistemas modulares e mistos. ... 25
Figura 2.5 – Evolução do conceito de módulo. ... 27
Figura 2.6 – Família de produtos integrais e modulares. ... 29
Figura 2.7 – Comparação entre bloco construtivo e módulo. ... 31
Figura 2.8 – Três níveis da arquitetura do produto. ... 33
Figura 2.9 – Conceitos aplicados em uma arquitetura modular. ... 35
Figura 2.10 – Hierarquia vertical de uma arquitetura modular. ... 36
Figura 2.11 – Duas dimensões da modularização. ... 39
Figura 2.12 – Diferentes aspectos do DFX... 44
Figura 2.13 – Variedade espacial e variedade de gerações. ... 47
Figura 2.14 – Estrutura das matrizes do método HOME. ... 49
Figura 3.1 – MFD – Desdobramento da função modular. ... 51
Figura 3.2 – QFD adaptado com ênfase na modularidade. ... 53
Figura 3.3 – Exemplo de matriz de projeto. ... 54
Figura 3.4 – Exemplo de árvore de funções e significados. ... 55
Figura 3.5 – Exemplo de matriz de avaliação... 55
Figura 3.6 – MIM – Matriz de indicação modular. ... 60
Figura 3.7 – Matriz de avaliação dos conceitos modulares. ... 62
Figura 3.8 – Matriz de avaliação de interfaces. ... 63
Figura 3.9 – Matriz MIM indicando atributos de projeto DFX. ... 69
Figura 3.10 – Folha de especificação de módulo. ... 70
Figura 4.1 – Método desenvolvido com sete passos... 74
Figura 4.2 – Fluxo de informações no método desenvolvido. ... 75
Figura 4.3 – Passo 1: Obter as informações inicias. ... 83
Figura 4.5 – Exemplo de QFD... 92
Figura 4.6 – Passo 3: Selecionar as soluções técnicas. ... 94
Figura 4.7 – Exemplo de uma árvore de funções e significados. ... 95
Figura 4.8 – Passo 4: Gerar os conceitos. ... 97
Figura 4.9 – Exemplo de matriz de indicação modular MIM. ... 98
Figura 4.10 – Passo 5: Avaliar os conceitos. ... 100
Figura 4.11 – Exemplo de matriz de avaliação adaptada. ... 101
Figura 4.12 – Passo 6: Melhorar cada módulo. ... 102
Figura 4.13 – Exemplo de uma folha de especificação de módulo modificada. ... 103
Figura 4.14 – Passo 7: Organizar a produção. ... 104
LISTA DE QUADROS
Quadro 2.1 – Outras definições de módulo. ... 30
Quadro 2.2 – Definições de arquitetura de produto... 32
Quadro 2.3 – Definições de estrutura de produto. ... 34
Quadro 2.4 – Vantagens da modularização. ... 37
Quadro 3.1 – Questionário de apoio. ... 61
Quadro 3.2 – Regras e métricas de avaliação. ... 64
Quadro 4.1 – Entrada e saída de informações em cada passo do método. ... 76
Quadro 4.2 – Exemplo de estratégia da empresa... 84
Quadro 4.3 – Exemplo de objetivos gerais de engenharia. ... 87
Quadro 4.4 – Exemplo de descrição de conceitos. ... 88
Quadro 4.5 – Exemplo de drivers de módulo com ênfase na produção. ... 89
Quadro 4.6 – Questionário de características e observações iniciais proposto. ... 90
Quadro 4.7 – Exemplo de driver de módulo com sua questão de apoio. ... 97
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
Sigla – Inglês – Português
CA - Customer Attribute - Atributo do Consumidor
CI - Coupling Index - Índice de Acoplamento
DFA - Design for Assembly - Projeto para Montagem
DFM - Design for Manufacture - Projeto para Manufatura DFMA - Design for Manufacture and
Assembly - Projeto para Manufatura e Montagem
DFS - Design for Service - Projeto para Serviço
DFV - Design for Variety - Projeto para Variedade
DFX - Design for X - Projeto para X
DSM - Design Structure Matrix - Matriz de Projeto Estruturado EC - Engineering Characteristic - Característica de Engenharia EMIM - Enhanced Module Indication
Matrix - Matriz de Indicação de Módulo Melhorada GVI - Generational Variety Index - Índice de Variedade de Gerações HOME - House of Modular Enhancement - Casa do Aprimoramento Modular
JIS - Just in Sequence - Apenas na Sequência
MFD - Modular Function Deployment - Desdobramento da Função Modular MIM - Module Indication Matrix - Matriz de Indicação de Módulo QFD - Quality Function Deployment - Desdobramento da Função Qualidade RAM - Radial Axis Method - Método do Eixo Radial
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO... 12
1.1 JUSTIFICATIVA ... 13
1.2 OBJETIVOS E ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ... 17
1.3 DELIMITAÇÃO DO TEMA ... 19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE MODULARIZAÇÃO... 20
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA ... 20
2.2 CONCEITUAÇÃO E FUNDAMENTOS ... 27
2.3 VANTAGENS E RAZÕES PARA MODULARIZAR... 37
2.4 DIFICULDADES E RISCOS ... 39
2.5 MÉTODOS E ABORDAGENS SISTEMÁTICAS ... 41
2.6 DISCUSSÕES ... 49
3 DESDOBRAMENTO DA FUNÇÃO MODULAR SEGUNDO ERIXON ... 51
3.1 INTRODUÇÃO ... 51
3.2 ESCLARECER OS REQUISITOS DO CLIENTE ... 52
3.3 SELECIONAR AS SOLUÇÕES TÉCNICAS ... 53
3.4 GERAR OS CONCEITOS ... 56
3.5 AVALIAR OS CONCEITOS ... 62
3.6 MELHORAR CADA MÓDULO ... 68
3.7 VANTAGENS E DESVANTAGENS ... 70
3.8 DISCUSSÕES ... 71
4 DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO PARA PROJETO DE PRODUTOS MODULARES ... 73
4.1 DESENVOLVIMENTO PROPOSTO ... 73
4.2 PROBLEMAS ENCONTRADOS NAS EMPRESAS ... 78
4.3 PASSO 1: OBTER AS INFORMAÇÕES INICIAIS ... 82
4.4 PASSOS 2 ATÉ 6: DESBOBRAMENTO DA FUNÇÃO MODULAR... 91
4.5 PASSO 7: ORGANIZAR A PRODUÇÃO ... 104
4.6 DISCUSSÕES ... 107
5 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS ... 108
1 INTRODUÇÃO
Este trabalho reúne conceitos sobre modularização, modularidade e módulo, aplicados para resolver problemas de engenharia e administração. Seu conteúdo pode ser aplicado em diferentes áreas do conhecimento e ser usado por empresas que atuam em diferentes segmentos do mercado fornecendo aos seus clientes diferentes tipos de produtos ou até mesmo serviços.
A modularização surge como resposta a um novo cenário produtivo, onde a customização em massa e a geração de variedade são assuntos cada vez mais presentes no cotidiano das empresas. O estudo e a compreensão dos conceitos de modularização estão aliados e formam uma forte relação com os conceitos de customização em massa. Contudo, o conceito de módulo e sua aplicação em diferentes áreas do conhecimento não é algo novo e já vem sendo utilizado pelo ser humano a muito tempo de forma instintiva, sem o uso de métodos ou conceitos formais.
Além de uma revisão bibliográfica sobre os conceitos teóricos que pertencem ao contexto da modularização, o trabalho busca desenvolver uma metodologia para o projeto de produtos modulares que tem como base o trabalho apresentado por Erixon (1998) em sua tese de doutorado intitulada Modular Function Deployment – A Method for Product Modularization.
O Modular Function Deployment (MFD) ou de forma traduzida Desdobramento da Função Modular é uma metodologia para o desenvolvimento de produtos modulares que vem sendo aplicada e aprimorada por diversos autores e empresas em diferentes partes do mundo. Estes aprimoramentos e novas aplicações do método têm como objetivo adapta-lo para a realidade de cada empresa ou segmento do mercado no qual é aplicado.
Este fato norteou o trabalho para o desenvolvimento de um método adaptado a realidade das empresas das áreas de metalmecânica e agroindustrial, de modo que seja possível utiliza-lo como ponto de partida para obter os benefícios da modularização, ou para aprofundar-se no tema.
Algumas empresas destas áreas apresentam uma série de desafios com relação à definição de suas estratégias, projeto de produtos e organização da produção, devido a uma grande demanda por produtos cada vez mais personalizados. Os produtos oferecidos em seus portfólios não apresentam soluções adequadas que permitem a modificação e a inserção de novos itens opcionais que os clientes exigem. Existem carências no uso de estratégias e
metodologias de desenvolvimento e por consequência poucas informações sobre o ciclo de vida do produto são consideradas, acarretando em erros de projeto que são diagnosticados somente durante a produção, diminuindo assim, a flexibilidade no atendimento ao cliente.
A busca por uma solução e melhorias para estes problemas traz a tona os conceitos de customização em massa e geração de variedade, que por sua vez estão intimamente ligados com o conceito de modularização. A customização em massa é um novo paradigma produtivo, onde se deseja obter uma grande variedade de produtos com o mesmo custo e tempo de manufatura da produção em massa, atendendo assim as necessidades especiais e individuais de cada cliente.
Além disso, o presente trabalho tem como inspiração o sucesso obtido pela montadora Sul-Coreana Hyundai Motor Company que utilizou a modularização de produtos para simplificar a montagem e verticalizar os seus fornecedores, gerando um sistema de montagem denominado de Just in Sequence (JIS), onde cada módulo deve ser adquirido, movimentado e montado em uma sequência correta (NUNES; MENEZES, 2014). Através do uso da modularização como um dos pilares essenciais de seu sistema de produção, denominado de Sistema Hyundai de Produção (SHP), a Hyundai obteve um crescimento mundial avassalador em frente a outras montadoras. Entre os anos de 2007 a 2012 obteve crescimento de 172% chegando à quarta posição no ranking das maiores montadoras do mundo. Neste mesmo período a Toyota cresceu 18,4% chegando ao topo do ranking (OICA, 2012).
Este trabalho busca investigar e entender diversos conceitos para obter informações e avaliar o potencial da modularização. Também, desenvolve um método para o projeto de produtos modulares que pode ser aplicado em qualquer empresa que deseje fornecer ao mercado uma grande variedade de produtos customizados.
1.1 JUSTIFICATIVA
Atualmente as empresas enfrentam uma série de desafios que estão mudando rapidamente as condições do negócio em um ambiente cada vez mais volátil. Em primeiro lugar, o foco nas necessidades do cliente leva ao desenvolvimento de produtos personalizados, o que significa que as empresas devem gerir uma maior variedade de produtos. Em segundo lugar, a forte concorrência imposta por um mercado globalizado impõe um esforço para o aumento da eficiência da cadeia produtiva na tentativa de reduzir custos, aumentar a qualidade e reduzir o tempo de resposta ao mercado (MILLER; ELGARD, 1998; WENDLER, 2013). Finalmente, a tecnologia evolui rapidamente, as tarefas de engenharia são
enormes e complexas, implicando que as empresas devem gerenciar maiores complexidades em ambientes de constante mudança.
O mercado é rápido, com mudança incerta e contínua, sem qualquer limitação real, isto caracteriza a realidade econômica mundial desde meados da década de 1990. Novos mercados e produtos surgem constantemente, são alterados e desaparecem em períodos de tempo cada vez mais curtos (ERIXON, 1998). Gerentes de empresas e profissionais que trabalham com o gerenciamento industrial descrevem, em resumo, o cenário como:
Crescente concorrência global, com luta constante para reduzir os custos;
Clientes exigentes com mudança rápida de expectativas, fazendo com que a variedade de produtos seja extrapolada;
Evolução técnica acelerada e dificuldades para manter o ritmo, pressão para encurtar os prazos de entrega e diminuir o trabalho em andamento em todo o processo;
Ciclo de vida do produto muito curto, aumento da pesquisa e desenvolvimento de forma a atuar e prever todo o ciclo de vida;
Sistema de produção deve ser flexível e prever variações de volume, adaptar-se à variedade de produtos e sua diferenciação;
Sistema de fabricação deve ser eficiente, só é permitido o uso de recursos necessários na quantidade certa.
Este cenário representa a alteração do foco do mercado, que deixou de ser o mercado dos vendedores (que inseriam seus produtos no mercado de modo a atender a maior parcela possível de consumidores), para ser o mercado dos compradores (que exigem produtos que atendam a sua única e exclusiva necessidade). Esta mudança de foco gerou o aumento na variedade de produtos para atender ao consumidor de forma individualizada. O ciclo de vida dos produtos também foi reduzido consideravelmente para atender a constante mudança e a expansão das necessidades dos clientes. Por um lado, este fato tem levado ao aumento da complexidade dos produtos que incorporam várias funcionalidades, por outro lado diferentes
variantes do produto conduzem a portfólios cada vez maiores e mais complexos (DANIILIDIS et al., 2011).
Como resposta a este cenário é necessário buscar diferentes conceitos que permitam o domínio destes desafios, como por exemplo, o conceito de produção enxuta, o conceito de agilidade e o conceito de modularização.
A modularização é frequentemente citada como um meio para atender estas aparentemente conflitantes demandas, estando conectada com o conceito de customização em massa. A ideia é que uma ampla variedade de produtos pode ser produzida através da combinação de um número limitado de módulos. Desta forma obtêm-se produtos modulares com padronização e racionalização de recursos, sendo altamente flexíveis e personalizados (MILLER; ELGARD, 1998).
Pode-se dizer que a variedade interna de uma empresa tem aumentado para suprir a necessidade de variedade externa e neste contexto a modularização ganha mais destaque na academia e na indústria devido à sua capacidade de gerar variedade, possibilitando a estratégia de customização em massa. Desta forma, muitos métodos propostos na literatura visam a criação da variedade, gerando plataformas e famílias de produtos (DANIILIDIS et al., 2011).
Comumente ao desenvolver ou projetar um produto, sob o ponto de vista técnico, os elementos que compõem o sistema são arranjados e conectados com a preocupação de executar a função global de forma satisfatória, atendendo assim as necessidades específicas do cliente (PIZZATO, 1997). Contudo, ao decorrer do tempo, surgem novas variações da função global ou a inclusão de novas funcionalidades ao produto o que exige um novo esforço de engenharia, aumentando os custos e a complexidade das tarefas desde o desenvolvimento, manufatura, estocagem, documentação, entre outros. Os sistemas modulares podem auxiliar neste aspecto, pois desde a sua concepção, existe a preocupação em gerar diferentes produtos ou funções auxiliares através da combinação de elementos comuns.
Sonego (2013) realizou um estudo bibliográfico sobre a importância da modularização na adoção da estratégia de customização em massa e argumenta que ela não se relaciona somente com a geração da variedade, mas também a organização da produção, o envolvimento com o consumidor e a organização da cadeia de suprimentos.
A implementação da modularização é um empreendimento complexo e vasto, com implicações que se configuram como um desafio para muitas empresas (MODULAR DESIGN PLAYBOOK, 2010). Para alcançar os seus benefícios, as empresas precisam definir novas prioridades e adotar novas práticas em seus processos de criação de produtos
(SANCHEZ; COLLINS, 2001). Estudos mostram que a utilização de métodos formais de identificação e geração de módulos traz economia significativa de tempo e recursos quando comparada à utilização de conhecimento e “instinto natural” das equipes de desenvolvimento (SONEGO, 2013).
A modularização do produto permite um desenvolvimento passo-a-passo e a automação do sistema de montagem. Além disso, gera efeitos positivos em todo o fluxo de material, como por exemplo, reduzindo os tempos de entrega, reduzindo a quantidade de trabalho em andamento, reduzindo o número de fornecedores, melhorando a ergonomia na montagem, possibilitando a organização de equipes de trabalhadores em áreas e racionalizando o controle da qualidade (ERIXON, 1998).
A demanda por produtos personalizados também se torna crescente na área agroindustrial e atinge inclusive empresas de pequeno e médio porte. A maioria destas empresas não esta preparada para gerir um portfólio mais extenso e diversificado, perdendo facilmente o foco e o controle em toda sua cadeia produtiva.
Existem casos onde as empresas, principalmente de pequeno e médio porte, não utilizam qualquer tipo de método para o desenvolvimento de produtos, sendo que o projeto é feito de forma integral e intuitiva, não considerando fatores importantes, como por exemplo, o uso de partes ou componentes comuns entre diferentes produtos, a criação de plataformas de produto ou a realização de um projeto mais flexível, no sentido de permitir opções de diferentes configurações ou futuros upgrades.
Sem o uso de um método de desenvolvimento de produtos pode-se alavancar uma série de problemas que se alastram por diversas áreas na empresa, entre eles podem ser citados a falta de informações técnicas, falta de padronização, perda do controle da qualidade e pouca capacidade de gerenciamento. Fornecer novas opções ao mercado sem o devido planejamento, em um primeiro momento, torna-se atrativo, pois gera um retorno financeiro imediato através do atendimento de mais clientes diversificados, mas a médio e longo prazo gera um perigoso sistema de produção de produtos não padronizados.
Torna-se necessário desenvolver e divulgar métodos para o projeto de produtos que sejam mais competitivos no mercado e que estejam preparados para sofrer diversas alterações em suas formas e funções ao longo de sua vida útil. A modularização de produtos torna-se necessária para enfrentar o novo cenário dinâmico e altamente segmentado, assim como, um correto embasamento teórico para orientar de forma correta o desenvolvimento e aplicação de tais métodos.
Além dos problemas de geração e gerenciamento da variedade o uso de um método de projeto de produtos modulares pode contribuir para a definição de novas estratégias empresariais voltadas ao pensamento modular, com papel importante na estruturação administrativa em empresas com carência neste setor. Da mesma forma, pode ser usado para estreitar relações entre os setores de engenharia e produção, guiando o projeto modular no sentido de organizar e planejar a produção antecipadamente.
1.2 OBJETIVOS E ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
A presente monografia almeja ser utilizada como um guia inicial sobre a modularização, partindo da apresentação de conceitos teóricos, estudo detalhado de um método de projeto de produtos modulares, proposta de desenvolvimento de um método adaptado e a apresentação de exemplos comentados. Pretende-se alcançar quatro objetivos principais, sendo eles:
1. Apresentar uma revisão bibliográfica sobre os conceitos de modularização, modularidade e módulo, além de outros conceitos necessários para o correto entendimento do tema;
2. Detalhar o estudo do método de projeto de produtos modulares MFD proposto por Erixon (1998);
3. Desenvolver um método de projeto de produtos modulares adaptado ao contexto das empresas das áreas agroindustrial e metalmecânica, usando como referência o método MFD;
4. Comentar exemplos de aplicação do método desenvolvido com foco nas alterações propostas.
Pretende-se estudar e adaptar o método MFD descrevendo e desenvolvendo a sua aplicação, incluindo o uso em empresas com poucos recursos técnicos, financeiros e estruturais. O desenvolvimento aplicado no método é incentivado por diversos autores, que argumentam ser necessário adapta-lo de acordo com as necessidades da empresa. Entre estes autores, tem-se, como exemplo, Sonego (2013), que realiza uma adaptação do método MFD aplicando-o no projeto de uma máquina de hemodiálise.
Uma revisão bibliográfica é apresentada no capítulo 2, contendo os conceitos essenciais sobre a modularização e um breve histórico da sua evolução, já no capítulo 3 tais conceitos são usados no método MFD proposto por Erixon (1998), onde é realizado um estudo e demonstrado sua utilização no projeto de produtos modulares.
O desenvolvimento do método proposto é descrito no capítulo 4, que apresenta as justificativas e alterações sugeridas para o uso do método MFD com ênfase na estratégia da empresa e na organização da produção, além de mostrar exemplos de aplicação com ênfase nas alterações propostas. As conclusões e perspectivas futuras são discutidas no capítulo 5.
Cada capítulo contribui para a idealização dos objetivos principais, possuindo metas estruturadas de forma a avançar progressivamente na apresentação do conteúdo, a figura 1.1 apresenta a estrutura da monografia com seus capítulos e objetivos.
Figura 1.1 – Estrutura da monografia.
Fonte: Autor.
Em linhas gerais, almeja-se que o trabalho apresente informações relevantes que permitam a aplicação de uma metodologia de projeto modular e que seja possível a continuidade e o refinamento do estudo através das referências citadas.
1.3 DELIMITAÇÃO DO TEMA
A pesquisa detém-se a assuntos que definem a modularização e são necessários ao seu entendimento e ao estudo do método MFD, que é utilizado como base para o desenvolvimento de um método para o projeto de produtos modulares. O detalhamento de cada conceito, ferramenta ou metodologia, adjacente ou complementar ao tema, não faz parte do objetivo do trabalho.
Definem-se três limites essenciais para a estruturação e desenvolvimento da monografia:
1. Delimitar-se somente aos conceitos de modularização, modularidade e módulo, e demais conceitos que sejam estritamente necessários para o entendimento do tema;
2. Detalhar somente um método de projeto de produtos modulares que é a base para o desenvolvimento do método proposto, neste caso o MFD;
3. Desenvolver um método de projeto de produtos modulares simples e limitar-se a sua apresentação.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE MODULARIZAÇÃO
Neste capítulo são abordados os conceitos básicos sobre modularização. É apresentado um histórico com os principais fatos e estudos que contribuíram para que o significado de módulo evoluísse ao longo do tempo, deixando de ser uma mera unidade de medida para tornar-se algo abstrato e aplicado em diferentes áreas do conhecimento.
Também são apresentadas as vantagens e as desvantagens e como a aplicação dos conceitos de modularização pode colaborar em diversos aspectos em todo o ciclo de vida do produto.
Por fim, são apresentadas metodologias utilizadas para o desenvolvimento de arquiteturas, plataformas, famílias de produtos e produtos modulares, assim como a definição destes conceitos.
2.1 EVOLUÇÃO HISTÓRICA
O significado de módulo vem sendo moldado com o passar do tempo e com a sua utilização em diferentes áreas, no entanto, parece haver alguma confusão sobre o que o termo realmente significa e o que ele abrange (MILLER; ELGARD, 1998). Parte da literatura trata o módulo como bloco de construção físico (mecânico), enquanto outros se referem a ele como objeto não físico (software), alguns autores se concentram na sua estrutura, outros na sua funcionalidade. Existe uma grande preocupação em apresentar as vantagens da modularização, porém poucos se preocupam em definir e descrever o próprio núcleo do fenômeno. Este fato pode ser uma razão pela qual, relativamente poucas empresas utilizem o conceito.
A ideia básica de combinar blocos de construção de várias formas para gerar variedade é provavelmente usada desde a antiguidade. O conceito também esta presente há muito tempo no contexto industrial moderno, pode-se assumir que o automóvel modelo T de Ford incluía elementos comuns e elementos variáveis de uma série de carrocerias, apesar do fato da cor ser sempre preta (BLACKENFELT, 2001).
A aplicação de módulos ao longo da história abrange um período de mais de 5000 anos. Segundo Kong et al. (2009), a história da modularização pode ser definida em cinco grandes fases: Fase da Modularidade Espontânea, Fase da Modularidade Pré-Industrial, Fase da Modularidade Industrial, Era da Modularidade e Pan Modularidade. A ilustração apresentada na figura 2.1 mostra a evolução da modularidade em suas cinco fases,
relacionando-as com o ciclo de vida do produto. Nota-se que, segundo os autores, o uso da modularidade ocorre desde a antiguidade, porém a partir de 1776 durante as fases da Modularidade Pré-Industrial e Modularidade Industrial a sua aplicação concentrou-se nas áreas industriais nos processos de montagem e fabricação de produtos, sendo que o uso espontâneo teve um menor destaque. A modularidade passou a ser aplicada nos projetos a partir de 1963 juntamente com o início de estudos detalhados e primeiras bibliografias dedicadas exclusivamente ao tema.
Figura 2.1 – Cinco fases da modularidade.
Fonte: Adaptado de Kong et al. (2009).
A seguir as cinco fases da modularidade propostas por Kong et al. (2009) são apresentadas, citando-se referências de estudos e fatos ocorridos em cada época.
Fase I: Modularidade Espontânea
Nesta fase a modularidade é caracterizada pela ausência de diretrizes teóricas, onde os módulos eram utilizados por questões de praticidade (KONG et al., 2009).
O termo módulo descente da palavra em latim modulus, definido por Marcus Vitruvius Pollio (Vitrúvio), que trabalhava em Roma para o imperador Augustus, em seu trabalho “Dez Livros Sobre Arquitetura”, correspondendo a uma medida padrão de comprimento utilizado para manter a proporção correta de templos e colunas em antigas construções Romanas (MILLER; ELGARD, 1998).
Fase II: Modularidade Pré-Industrial
Nesta fase os produtos eram separados em partes para a manufatura em massa (KONG et al., 2009). O módulo foi ligado ao conceito de blocos de construção, porém ainda sem relação com a funcionalidade. Nesta época os blocos de construção eram físicos, tipicamente elementos de máquinas com interfaces descritas pela sua geometria.
Entre 1919 e 1933, na chamada era da escola de artes Bauhus na Alemanha, o arquiteto alemão Walter Gropius pela primeira vez na construção civil, combinou a ideia de padronização com o pensamento funcional e a produção industrial. O conceito de módulo foi relacionado ao bloco de construção (em alemão: Baukasten) onde tais blocos eram unidades funcionais em edifícios, como por exemplo, cozinha, sala, quarto. Nesta época o módulo mantinha seu significado original como medida padrão e permitiu a combinação de muitos blocos de construção. O objetivo dos blocos de construção era criar edifícios com uma forma mais racional de padronização utilizando materiais pré-fabricados, tornando o planejamento mais completo e eficiente. O módulo estava relacionado somente ao padrão da geometria da interface entre os blocos e não na sua funcionalidade (MILLER; ELGARD, 1998).
A lista de referências e a literatura que incluem contribuições para a pesquisa sobre a modularização iniciou na década de 1960, conforme cita Kong et al. (2009), quando o alemão Karl-Heinz Borowski no seu livro “Das Baukastensystem in der Technik” em 1961, definiu e descreveu o principio dos produtos modulares, de acordo com Miller e Elgard (1998 apud BOROWSKI, 1961) e Gläser discutiu o principio e também a importância econômica dos produtos modulares, citado por Blackenfelt (2001 apud GLÄSER, 1961).
De acordo com Miller e Elgard (1998 apud BOROWSKI, 1961) Borowski descreveu a natureza de diferentes tipos de blocos de construção e seus atributos aplicados na mecânica. Segundo o autor, o atributo básico de um bloco de construção é a habilidade de criar variedade através da combinação e troca de diferentes blocos. Tal atributo é ilustrado na figura 2.2, que apresenta diferentes formas de combinar blocos construtivos.
Figura 2.2 – Diferentes formas de combinar blocos construtivos.
Fonte: Adaptado de Miller e Elgard (1998).
Fase III: Modularidade Industrial
Surgem as primeiras pesquisas práticas e teóricas, envolvendo desde aviões até pequenas chaves de fenda (KONG et al., 2009). Nesta fase o conceito de modularidade acompanhou o progresso industrial com a adoção da produção em massa por várias grandes indústrias, principalmente os fabricantes de caminhões e automóveis, tornou-se uma ferramenta para gerar diferentes opções de produtos sem perder a produtividade e sem aumentar o custo (BLACKENFELT, 2001).
Conforme Blackenfelt (2001 apud BRANKAMP; HERRMAN, 1969a,b; PAHL; BEITZ, 1974; STARR, 1965) nesta época o conceito de módulo foi elaborado por Brankamp, Herrman, Pahl e Beitz, sendo que Starr descreveu o que ele observava como um novo conceito, nomeando-o de produção modular, afirmando que a noção de alto volume e baixo custo, automatizando a produção em massa, eventualmente dará um meio de adaptar a automação para produzir uma sequência de saídas únicas sem sacrificar o volume e sem um aumento significativo de custo.
Neste mesmo período a indústria automobilística passou a estudar e adotar o conceito de plataforma, combinando um chassi comum com vários tipos de carrocerias, além de reutilizar diversos sistemas na produção de modelos diferentes (BLACKENFELT, 2001).
Fase IV: Era da Modularidade
Na década de 1990 o conceito de produto modular ganhou destaque devido ao aumento da diferenciação de produtos no mercado. Isto levou ao inicio de muitas pesquisas em diferentes partes do mundo com ênfase na modularização de produtos, projeto para a variedade, projeto de família de produtos, projeto de plataforma de produto, etc. (BLACKENFELT, 2001). Indústrias e acadêmicos obtiveram grandes progressos nas teorias e métodos relacionados à modularização, incluindo várias fases do ciclo de vida do produto (KONG et al., 2009).
A ideia de que a indústria estava migrando da produção em massa para o paradigma do alto grau de customização foi discutida por Womack, Jones e Roos (1992), nesta mesma época, segundo Blackenfelt (2001 apud PINE, 1993), é utilizada a expressão “customização em massa”.
De acordo com Miller e Elgard (1998 apud ULRICH; TUNG, 1991), em 1991 ocorre a ligação do conceito de módulo com à funcionalidade, concentrando a análise em diferentes tipos de estruturas modulares ao invés de definir tipos individuais de módulos, expandindo a referência puramente mecânica dos blocos de construção, podendo desta forma, incluir produtos eletrônicos e mecatrônicos em sua definição. A modularidade dos produtos exige semelhança física e da estrutura funcional, além da própria interação entre os módulos. Sendo assim, o problema da interface entre os módulos não é trivial e não basta considerar somente a geometria, pois a informação, a energia e o material também criam importantes relações entre os módulos do produto. A figura 2.3 ilustra cinco abordagens de modularização com foco na estrutura modular e não no módulo em si.
Em 1996 Pahl e Beitz em seu livro “Engineering Design – A Systematic Approach” (MILLER; ELGARD, 1998) também relacionam o conceito com a funcionalidade, definindo o módulo como a realização física de uma função, descrevendo seus diferentes tipos com base em uma série de funções (básica, auxiliar, especial e adaptativa). Qualquer elemento que não se enquadra em nenhuma destas funções passa a ser tratado como não sendo um módulo. Além disso, os autores categorizaram os módulos de acordo com os seguintes critérios: tipo de função, importância, complexidade, combinação, resolução, concretização e aplicação. A figura 2.4 demonstra a ideia de classificação e formação de um sistema segundo estes conceitos.
Figura 2.3 – Cinco abordagens de modularização.
Fonte: Adaptado de Miller e Elgard (1998).
Figura 2.4 – Tipos de funções e módulos em sistemas modulares e mistos.
O software e seu desenvolvimento também se beneficiaram ao utilizar a modularidade para manipulação de sistemas complexos e racionalização de tarefas de desenvolvimento. A modularização é muito benéfica e amplamente utilizada no âmbito da programação. Em contraste com os módulos físicos, as interfaces de módulos de software não podem ser descritas pela geometria, o que força o entendimento da modularidade no sentido de ser definida como estrutural e formada por unidades funcionais ao invés de blocos geométricos (MILLER; ELGARD, 1998).
Fase V: Pan Modularidade
O estudo da modularidade se expandiu envolvendo todo o ciclo de vida do produto e atingindo áreas como as de serviço e gestão do conhecimento. Miller e Elgard (1998) citam a tendência que leva a um entendimento mais abstrato do conceito de modularidade, enfatizando que no contexto industrial ela pode ser vista como a reutilização de recursos de engenharia.
As empresas estão cada vez mais conscientes de que o conhecimento é um recurso estratégico que pode ser gerido e utilizado, uma parte importante deste conhecimento é incorporada nos produtos. Criando-se módulos reutilizáveis de conhecimento é possível economizar tempo e dinheiro. Não somente módulos físicos acabados podem ser reutilizados com o objetivo de obter benefícios, a reutilização intelectual, como por exemplo, a reutilização da engenharia de produto, pode proporcionar os efeitos desejados. Este tipo de reutilização extrapola a fronteira entre a gestão do conhecimento e a modularização tradicional (SANCHEZ; MAHONEY, 1996).
A descrição de um padrão de projeto encapsula e carrega o conhecimento sobre o problema, o contexto e a solução, contendo fases preliminares da solução final para ajudar a estruturar e gerenciar a tarefa (VLISSIDES et al., 1995). Com esta linha de pensamento a modularidade pode relacionar a reutilização do conhecimento em duas maneiras: em primeiro lugar, um módulo de conhecimento pode ser visto como a fase preliminar para a obtenção de um módulo físico, por exemplo, especificações de engenharia ou desenhos para a montagem final do módulo. Em segundo lugar, o domínio do projeto com todo o seu conteúdo de conhecimento pode ser visto como um sistema em si, onde as especificações podem ser consideradas como produtos que podem ser criados por meio de combinações de unidades funcionais. Este é o caso de muitas empresas de consultoria em engenharia (MILLER; ELGARD, 1998).
A tendência para que os módulos sejam definidos como unidades estruturais e funcionais que transportam conhecimento é comentada por Miller e Elgard (1994 apud ANDERSON; PINE, 1997), no trabalho de Anderson e Pine é utilizado o termo “módulo virtual” em conexão com o desenvolvimento de produtos e customização em massa.
Evolução do conceito de módulo
Pode-se dizer, através das perspectivas e definições apresentadas por diferentes autores, que o conceito de módulo tem evoluído ao longo do tempo. Hoje a definição geométrica e de unidade de medida original já não é valida. O conceito de módulo transcende a sua estrutura física, relaciona-se com a ideia de blocos de construção industriais que transportam funcionalidade e também coisas imateriais como software e conhecimento. Esta ligado diretamente com a flexibilização de processos e a possibilidade de atender o maior número de clientes com produtos customizados (PELEGRINI, 2005). A figura 2.5 mostra uma síntese desta evolução, destacando a alteração do foco do conceito de módulo ao longo do tempo.
Figura 2.5 – Evolução do conceito de módulo.
Fonte: Adaptado de Pelegrini (2005).
2.2 CONCEITUAÇÃO E FUNDAMENTOS
Conforme descrito por Gershenson, Prasad e Zhang (2003), ao se tratar de desenvolvimento de produtos não existe uma definição que seja universalmente aceita para o conceito de módulo. Apesar de já ser conhecido e utilizado ao longo de muito tempo, o conceito é fragmentado e apresenta uma variedade de ramificações, não pertencendo a uma única e coerente área do conhecimento.
Neste trabalho são usados os conceitos descritos por Miller e Elgard (1998) que apresentam uma definição suficientemente abstrata, capaz de abranger diversas áreas do conhecimento e, portanto, podendo ser aplicada em todos os tipos de produtos e serviços. Segundo os autores os conceitos de módulo, modularidade e modularização são descritos como:
Módulo: é uma unidade funcional essencial e auto-contida em relação ao produto do qual faz parte, possui interfaces padronizadas e interações que permitem, através de combinações, a composição de produtos.
Modularidade: é um atributo de um sistema relacionado com a sua estrutura e funcionalidade. Uma estrutura modular é uma estrutura que autocontém unidades funcionais (módulos) com interfaces padronizadas e interações definidas de acordo com o sistema.
Modularização: é a atividade em que a estruturação em módulos ocorre.
O módulo desempenha uma função essencial no produto que compõe, porém, somente um módulo de forma isolada não pode ser um produto completo. Um produto sem um dos módulos que o compõe, da mesma forma, será um produto incompleto, e não desempenhará todas as funções para as quais foi projetado. O termo auto-contido, referenciado por Miller e Elgard (1998), significa exatamente esta característica do módulo, de desempenhar uma função essencial e independente que pode ser isolada e testada, porém, deve ser combinada com outras funções provenientes de outros módulos para que forme um produto final.
A modularidade pode ser interpretada como uma propriedade, uma qualidade ou um atributo de um produto, de uma família de produtos ou de qualquer sistema que seja composto por diferentes tipos de módulos (PELEGRINI, 2005). Se uma família de produtos possui todas as interfaces padronizadas e todas as suas funções e subfunções encapsuladas em módulos, pode-se dizer que esta família de produtos possui alta modularidade. Por outro lado, uma família de produtos com poucas funções contidas em módulos possui baixa modularidade.
Segundo a definição de Nepal, Monplaisir e Singh (2005) a modularização tem por objetivo desenvolver arquiteturas de produto que contenham unidades fisicamente destacáveis, de forma a permitir que estas possam ser utilizadas em variações de um produto ou em linhas de produtos diferentes, o que se dá por meio da padronização de interfaces.
A figura 2.6 compara uma família de produtos integrais (não modularizados) com uma família de produtos modulares, nota-se que a arquitetura dos produtos integrais não contém módulos, gerando pouca variedade, enquanto uma arquitetura de produto modular permite
obter grande variedade. Também é possível observar os conceitos de módulo, modularidade e modularização sendo aplicados.
Figura 2.6 – Família de produtos integrais e modulares.
Fonte: Adaptado de Miller e Elgard (1998).
Outras definições de módulo podem ser encontradas nas referências bibliográficas, algumas estão descritas no quadro 2.1. Cada autor possui uma ótica com relação ao conceito, que possui variações e diferentes interpretações, dependendo da aplicação e da área do conhecimento onde a pesquisa desenvolvida.
Quadro 2.1 – Outras definições de módulo.
Referência Definição e perspectivas de módulo
Blackenfelt (2001) Visualiza a formação de módulos com referência ao conjunto de inter-relações entre os componentes que compõem um produto.
Fixson (2003)
Módulo é o agrupamento de componentes com um número definido e padronizado de interfaces. Em sua pesquisa Fixson enfatiza que o entendimento do conceito de módulo depende da perspectiva de observação, por exemplo, na produção a definição
de módulo é determinada pelo processo de montagem, enquanto que sob o ponto de vista do mercado relaciona-se à diferenciação do produto.
Huang (2000) Módulos são componentes, ou um conjunto de componentes, cujas especificações de interfaces e interações seguem uma padronização pré-definida.
Fonte: Autor.
De acordo com Miller e Elgard (1998 apud ULRICH; TUNG, 1991) torna-se impossível limitar a modularidade à entidades físicas, como é visto em grande parte da literatura, além disso, diferentes autores tiveram o foco no estudo de diferentes tipos de módulos e suas funcionalidades e outros em diferentes tipos de estruturas.
Pode ser argumentado que os produtos modulares e a modularização são modelados e descritos com base nas teorias de sistemas técnicos e nas teorias de processos de desenvolvimento. Com o propósito de entender o conceito dos produtos modulares os métodos de modularização devem ser melhorados, consequentemente a pesquisa deve incluir elementos descritivos e prescritivos (BLACKENFELT, 2001).
Diferença entre módulo e bloco construtivo
A ideia dos blocos construtivos evoluiu e sua vantagem foi sendo descoberta com o passar do tempo. Segundo Miller e Elgard (1998) a padronização e a customização foram fortemente agregadas ao conceito, fundindo os significados originais de módulo e bloco construtivo.
Ainda segundo os autores, atualmente um módulo possui funcionalidade considerável em comparação ao produto final, em um contexto industrial, esta funcionalidade deve ser suficiente para que o módulo possa ser testado de forma independente. O bloco construtivo, por outro lado, é muito mais limitado e apresenta uma funcionalidade reduzida se comparado ao produto final.
Em resumo, Miller e Elgard (1998) descrevem as seguintes características principais de um módulo e de um bloco construtivo como:
Bloco construtivo: possui uma função de menor destaque se comparado ao produto final, possui interfaces padronizadas, depende de outros elementos externos para exercer sua função, pode ser inspecionado separadamente, é mais limitado do que o módulo;
Módulo: possui uma função relevante se comparado ao produto final, possui interfaces padronizadas, tem pouca ou nenhuma dependência de elementos externos para exercer sua função, pode ser totalmente testado separadamente, pode agregar blocos construtivos ou outros módulos em sua própria construção.
Para fins de comparação é possível exemplificar esta diferença avaliando um kit eletrônico de Arduino que é vendido desmontado. Na figura 2.7 (a) encontra-se uma placa de circuito impresso desenvolvida para a montagem do kit, possuindo as interfaces padronizadas para a montagem dos demais componentes eletrônicos, sendo um elemento construtivo na montagem, porém não pode funcionar de forma isolada, portanto, é classificado como um bloco construtivo. Já na figura 2.7 (b) o kit montado é apresentado e pode ser usado na composição de outros projetos, possui interfaces padronizadas para a conexão com outros kits e para a programação através de um computador, pode ser testado de forma independente, portanto é classificado como um módulo.
Figura 2.7 – Comparação entre bloco construtivo e módulo.
Fonte: <http://www.arduino.com> Acesso em: 21/10/2016
Conceitos de arquitetura, estrutura, plataforma e família de produtos
A modularização de um produto ocorre através da alteração de sua arquitetura ou estrutura, Ulrich (1995) argumenta que grande parte da capacidade do sistema de manufatura não reside no equipamento da fábrica, mas dentro da arquitetura do produto. A arquitetura também determina como o produto pode ser alterado para atender as variações dos requisitos que podem ocorrer durante o ciclo de vida do produto.
Muitos pesquisadores e profissionais têm postulado que o desenvolvimento da modularidade é uma possibilidade para alcançar uma boa arquitetura de produto. O objetivo é o desenvolvimento de um conceito de produto que possa servir de base a uma série de variantes (ERIXON, 1998).
Ulrich e Eppinger (1995) afirmam que talvez a característica mais importante da arquitetura de um produto seja a sua modularidade.
A seguir os conceitos de arquitetura, estrutura, plataforma e família de produtos são apresentados.
Arquitetura de produto
O termo “arquitetura de produto” ocorre com mais frequência na literatura Americana com base na definição de Ulrich (1995). Trata-se de um esquema ou uma configuração do produto onde existe uma organização e uma interface entre elementos físicos e entre as funções que eles desempenham. Neste trabalho duas definições muito semelhantes de arquitetura de produto são utilizadas e estão descritas no quadro 2.2.
Quadro 2.2 – Definições de arquitetura de produto.
Referência Definição
Baxter (2011)
Um produto é descrito em termos funcionais ou físicos. Os elementos funcionais executam operações ou transformações e contribuem para o desempenho global do produto. Os elementos físicos são as peças, componentes e subconjuntos organizados
em blocos funcionais. O estudo das interações entre esses blocos e o seu arranjo físico, constituído a configuração do produto, é a arquitetura do produto.
Ulrich (1995)
É o esquema pelo qual a função de um produto é alocada para o arranjo de elementos funcionais, ou mais precisamente: (1) o arranjo de elementos funciona is; (2) o mapeamento de elementos funcionais em componentes físicos; e (3) a especificação
de interfaces entre os componentes físicos que interagem. Por definição qualquer projeto, contém todos os três requerimentos para sua arquitetura.
Conforme Ulrich (1995), grande parte da capacidade da empresa em fabricar produtos com variedade reside em sua arquitetura. Martin e Ishii (2002) argumentam que a arquitetura de produto deve ser desenvolvida para uma linha de produtos com o objetivo de maximizar o potencial de lucro para a empresa. Pimmler e Eppinger (1994) também enfatizam que a definição e a escolha da arquitetura de produto tem grande impacto nas futuras mudanças, na variedade e na fabricação dos produtos, estando fortemente interligada com a estratégia da empresa.
Erixon (1998) demonstra que a arquitetura de produto pode ser tratada em três níveis: nível de família de produtos, nível de produto e nível de componentes, conforme ilustrado na figura 2.8. A modularização é aplicada nos níveis de produto e de família de produtos, enquanto que ao nível dos componentes é aplicada a padronização e a integração (agrupamento de componentes).
Figura 2.8 – Três níveis da arquitetura do produto.
Fonte: Adaptado de Erixon (1998).
Estrutura de produto
Segundo Blackenfelt (1998) não existe distinção entre estrutura e arquitetura de produto, uma vez que os pesquisadores usam os termos frequentemente para tentar descrever o mesmo fenômeno. O termo “estrutura” é descrito pelo estudo dos elementos em três domínios (funções-soluções-partes) e suas relações. No quadro 2.3 encontram-se duas definições de estrutura de produto.
Quadro 2.3 – Definições de estrutura de produto.
Referência Definição
Andreasen, Hansen e Mortensen (1996)
A estrutura de um produto é a forma como os elementos estão relacionados em um modelo de sistema, com base no ponto de vista (genérico, funcional, classificação, vida útil), os pontos de vista podem ser sobrepostos para dar uma visão total da
estrutura do produto.
Hubka e Eder (1988) Estrutura é o conjunto de elementos em um sistema e as relações que conectam estes elementos um ao outro, por exemplo, estrutura funcional ou meio estrutural.
Fonte: Autor.
Plataforma de produto
De acordo com o estudo de Moon, Simpson e Kumara (2010) e o trabalho de Zhang, Tor e Britton (2006), plataforma de produto é um conjunto de características, componentes ou subsistemas que permanecem constantes de um produto para outro dentro de uma determinada família de produtos. Um conjunto comum de módulos compartilhados entre produtos formam a plataforma de produto, que é utilizada em todas as variantes de uma mesma família.
Família de produtos
Conforme Zhang, Tor e Britton (2006) e Du, Jiao e Tseng (2001), família de produtos é um conjunto de produtos relacionados e derivados de uma plataforma comum para atingir alta variedade externa com o mínimo de variedade interna. O desenvolvimento de família de produtos tem sido reconhecido como um meio efetivo para alcançar a economia de escala a fim de acomodar uma maior variedade de produtos em diferentes nichos de mercado.
Uma família de produtos pode possuir uma arquitetura, o que implica que diferentes produtos possuem um arranjo comum de elementos, mapeamento comum entre função e estrutura e interações comuns entre componentes (MARTIN; ISCHII, 2002). Da mesma forma, pode-se ter uma plataforma de produto com elementos e funções comuns entre os produtos.
Arquitetura de produto modular ou integral
Através da modularização a arquitetura do produto é alterada para a obtenção de benefícios estabelecidos. Portanto, podem-se diferenciar, no contexto da modularização, dois tipos de arquiteturas: arquitetura integral e arquitetura modular, cujos conceitos são descritos por Machado (2013 apud FIXON; CLARK, 2002) como:
Arquitetura integral: incluiu um complexo mapeamento a partir de elementos funcionais para componentes físicos e/ou interfaces acopladas entre compo nentes. Os elementos funcionais são ligados a um único ou a um pequeno número de elementos físicos.
Arquitetura Modular: inclui um complexo mapeamento dos elementos funcionais a partir da função estrutural dos componentes físicos do produto e especifica a dissociação das interfaces entre componentes. Possui subestruturas (módulos) que tem correspondência de um-para-um com um subconjunto de um modelo funcional de produto.
Em uma arquitetura modular, um módulo desempenha apenas uma ou algumas funções principais do produto final, enquanto que em uma estrutura integral a funcionalidade encontra-se espalhada por todo o produto (MILLER; ELGARD, 1998).
A figura 2.9 ilustra os conceitos de módulo, arquitetura modular, família e plataforma de produtos. Diferentes módulos são unidos para formar um produto, ao alterar a combinação dos módulos forma-se uma variedade distinta. A variedade gerada a partir dos módulos compõe a família de produtos, onde o módulo comum entre todas as variações é a plataforma.
Figura 2.9 – Conceitos aplicados em uma arquitetura modular.
Variedade de produtos
A variedade de produtos inclui todas as variantes que ocorrem dentro de uma família de produtos, através de modificações ao longo da vida útil, sendo estas modificações previstas ou não durante o projeto. Neste sentido, o termo “família de produtos” pode, por muitas vezes, ter um significado muito amplo, pois novas famílias, em alguns casos, são refinamentos de famílias mais antigas (ERIXON, 1998).
O termo “variedade” é normalmente usado para definir uma variedade física de partes e produtos. Entretanto, deve ser notado que ela pode ser discutida em um nível mais abstrato, funções e soluções técnicas em determinados níveis também podem ser consideradas formas de variedade (BLACKENFELT, 2001).
Quando a variedade física é discutida é importante diferenciar entre a variedade de produtos e a variedade de componentes, conforme descrito por Blackenfelt (2001 apud KAISER, 1995) como sendo a variedade externa e a variedade interna. O controle do balanço entre as duas é o núcleo do gerenciamento de variedade, o objetivo é ter quantas variantes externas forem necessárias para obter internamente o mínimo de variantes possível.
Uma representação de hierarquia vertical de uma arquitetura de produto modular pode ser vista na figura 2.10, tipicamente os módulos encontram-se na linha de união entre as variedades interna e externa. A modularização é feita com combinações em um nível de produto, ao passo que a padronização considera o nível de componente.
Figura 2.10 – Hierarquia vertical de uma arquitetura modular.
Fonte: Adaptado de Blackenfelt (2001).
Em um ponto do projeto, a variedade pode ser discutida em duas direções: projetar um produto através do uso de projetos existentes (reutilização) ou projetar um produto para uma futura reutilização (carry over). Além do mais, de acordo com Erixon (1998), é importante
dividir a variedade em duas partes: uma considerando possíveis mudanças comandadas por fatores externos e outra considerando mudanças planejadas internamente.
2.3 VANTAGENS E RAZÕES PARA MODULARIZAR
Existem várias vantagens atribuídas por diversos autores com relação à adoção da modularização como parte integrante da metodologia de desenvolvimento de produtos. Utilizando como referência inicial os estudos de Erixon (1998) e Blackenfelt (2001) o quadro 2.4 é proposto para apresentar uma compilação de vantagens encontradas na bibliografia pesquisada e os respectivos autores que as mencionam em seus estudos.
Quadro 2.4 – Vantagens da modularização.
Referências Vantagem
Erixon (1998) Pimmler e Eppinger (1994) Sosa, Eppinger e Rowles (2000) Stone, Wood e Crawford (2000)
Desenvolvimento mais rápido de produtos, considerando a aplicação do desenvolvimento paralelo ou desenvolvimento concorrente de módulos.
Stone, Wood e Crawford (2000) Desenvolvimento de futuros produtos com custos reduzidos, através da reutilização de recursos de engenharia.
Jose e Tollenaere (2005) Economia de custos com estoque e logística. Jose e Tollenaere (2005) Flexibilidade na reutilização de componentes.
Bikker (1996) Erixon (1998) Jose e Tollenaere (2005)
Redução do tempo de montagem, produção e fabricação de módulos. Pré-montagem de módulos.
Bi e Zhang (2001)
Gu e Sosale (1999) Facilidade em manter, reparar e repor o produto.
Gershenson, Prasad e Zhang (2003) A introdução de novas tecnologias no mercado é facilitada, permitindo um taxa maior de atualização dos produtos.
Blackenfelt (2001) Duray (2002) Erixon (1998) Hölttä-Otto e De Weck (2007) Pine, Victor e Boynton (1993)
Zhang, Tor e Britton (2006)
Customização em massa. Utilizar os mesmos módulos em múltiplos produtos aumentando a variedade.
Zhang, Tor e Britton (2006) Redução de custos dos produtos.
Erixon (1998) Facilidade no upgrade e na reconfiguração do produto. Erixon (1998)
Gu e Sosale (1999) Newcomb, Bras e Rosen (1996)
Redução do impacto ambiental e facilidade na reciclagem.
A modularização é frequentemente vista como uma maneira de manejar a variedade de produtos. Neste contexto, pode ser usada para identificar módulos comuns e variáveis, assim como realocar e modificar componentes (BLACKENFELT, 2001).
Um dos objetivos mais almejados pelas empresas que investem na modularização é o desenvolvimento de famílias de produtos que tenham como premissa a customização em massa, isto é, fornecer produtos customizados ao mercado com um custo similar aos produtos produzidos em larga escala. Pine, Victor e Boynton (1993) argumentam que na modularidade encontra-se a chave para alcançar a customização em massa. Duray (2002) acredita que a modularidade é o aspecto necessário para atingir o volume de escala, enquanto o envolvimento do consumidor gera a customização. Os produtos provenientes da customização em massa devem ser modulares, versáteis e constantemente renovados (SONEGO, 2013).
Com estas ideias de modularização a transição da produção em massa para a customização em massa tem forçado as empresas a desenvolverem famílias de produtos com uma plataforma comum, tendo como objetivo aumentar a variedade, diminuir o time-to-market e reduzir os custos dos produtos (ZHANG; TOR; BRITTON, 2006).
Drivers de módulo (razões para modularizar)
Os drivers de módulo podem ser vistos como as razões para agrupar soluções técnicas, funções ou componentes em módulos. Este conceito foi utilizado por Erixon (1998) que descreve doze razões para agrupar os elementos de um produto em módulos, relacionando-as com desenvolvimento, variedade, produção, compras, qualidade e pós-vendas, conforme é descrito em detalhes no item 3.4 deste trabalho.
As razões para agrupar elementos em módulos são descritas de varias formas, por esse motivo, dependendo de como foram relatadas, os pesquisadores as agrupam de várias maneiras. Blackenfelt (2001 apud ANDREASEN, 1998) menciona um encapsulamento orientado pela produção, pelos fornecedores, pelos serviços e pela qualidade, que está alinhado às fases de vida do produto e as categorias de Erixon (1998). Blackenfelt (2001 apud STAKE, 2000) decompõe os drivers de módulo de Erixon (1998) e também os agrupa de acordo com o foco de sua estratégia: produto, processo ou cliente.
Os aspectos organizacionais do desenvolvimento de produtos e a produção também podem ser abordados pela modularização. Pimmler e Eppinger (1994) e Erixon (1998) discutem o desenvolvimento separado de módulos de várias formas. O desenvolvimento separado não significa apenas que os módulos são desenvolvidos em diferentes lugares com a
mínima troca de informações, mas também significa que os módulos são desenvolvidos de forma concorrente (em paralelo) ou de forma incremental (um por vez). Na produção, questões como a pré-montagem, teste separado (ERIXON, 1998) e ponto de diferenciação tardio (BIKKER, 1996), são importantes quando se modulariza um produto. Fabricar ou comprar pronto é outra questão central para a empresa quando se esta modularizando.
Para a manutenção do produto durante sua vida útil, pode ser vantajoso estabelecer módulos de fácil reparo e reposição (GU; SOSALE, 1999).
Para reduzir o impacto ambiental e reduzir o custo de novos produtos, alguns autores propõem o reuso de componentes e reciclagem de material através da modularização (NEWCOMB, 1996; ERIXON, 1998; GU; SOSALE, 1999). Fica claro que os módulos podem ser identificados para separar o material antes do descarte. Blackenfelt (2001 apud SELIGER et al., 1997) discute o fato que diferentes componentes possuem vida útil diferente e que através de módulos é possível atualizar e substituir algumas partes, tornando a vida útil total do produto maior.
Blackenfelt (2001) argumenta que para atingir os objetivos da modularização é necessário combinar os aspectos técnicos com os aspectos econômicos, ambos sob o ponto de vista qualitativo e quantitativo. Na figura 2.11 encontra-se ilustrada a relação dos aspectos técnicos e comerciais com os aspectos qualitativos e quantitativos da modularização.
Figura 2.11 – Duas dimensões da modularização.
Fonte: Adaptado de Blackenfelt (2001).
2.4 DIFICULDADES E RISCOS
Embora o emprego do projeto modular proporcione uma série de vantagens em toda a organização, as empresas também devem considerar os riscos quando se avalia a decisão de utiliza-lo. Como principais desvantagens e riscos o Modular Design Playbook (2010) apresenta os seguintes aspectos:
