OFICINA DA PESQUISA. Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos

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1 OFICINA DA PESQUISA Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos APOSTILA 5 INTRODUÇÃO À ENGENHARIA Belo Horizonte

2 Introdução ao Projeto em Engenharia [1] Como já vimos anteriormente, a solução de problemas em engenharia compreende muitos desafios. A principal maneira de aumentar as chances de sucesso na resolução de problemas em engenharia é o projeto. A modelagem e a simulação, já vistas anteriormente, fazem parte do processo de um projeto. Existem várias definições para projeto, de acordo com Bazzo e Pereira (2013): Projeto é um conjunto de ações para resolver um problema. Projeto é um planejamento para se alcançar objetivos dentro de metas de orçamento e tempo. Projeto é um conjunto de atividades que precede a execução de um produto, sistema, processo ou serviço. Projeto é uma atividade que envolve ciência e arte. Projeto é um conjunto de procedimentos e especificações que, se postos em prática, resultam em algo concreto ou em um conjunto sistematizado de informações. Na visão destes mesmos autores, existem dois caminhos para o projeto em engenharia: o projeto por evolução e o projeto por inovação.

3 Introdução ao Projeto em Engenharia [2] Projeto por Evolução Como o próprio nome sugere, é o projeto que surge da adaptação ou variação de um projeto anterior. A motivação para este tipo de projeto pode ocorrer como uma resposta ao rápido desenvolvimento tecnológico ou em função de descobertas tecnológicas recentes. A principal vantagem deste tipo de projeto é o menor risco de falhas por já haver uma experiência de atividade a partir do desempenho do sistema anterior. A principal desvantagem é conquistar o consumidor, sempre ávido por novidades. Projeto por Inovação Como o próprio nome sugere, é um projeto novo, com características inéditas, que surge da aplicação de conhecimentos ainda não experimentados. Em geral, surge de conhecimentos técnicos que estabelecem novos paradigmas. A principal vantagem deste tipo de projeto é exatamente a novidade, o seu ineditismo. A principal desvantagem deste tipo de projeto é exatamente o maior risco de falhas, por se tratar de algo novo (produtos, processos ou sistemas) sem nenhum precedente de desempenho em atividade.

4 O Processo do Projeto [1] As etapas de um projeto variam de acordo com o autor estudado. Entretanto, todos os autores concordam que qualquer processo de projeto tem pelo menos quatro etapas básicas: 1. Síntese; 2. Análise; 3. Comunicação; e 4. Implementação Na visão de Holtzapple e Reece (2013), cada uma destas etapas é dividida em estágios, como se mostra a seguir: Síntese 1. Identificar a necessidade e definir o problema. 2. Montar a equipe do projeto 3. Identificar limitações e critérios de sucesso. 4. Buscar soluções Análise 1. Estudo de viabilidade. 2. Projeto preliminar 3. Projeto detalhado

5 O Processo do Projeto [2] Comunicação 1. Documentar a solução 2. Comunicar a solução à gerência Implementação 1. Construir a solução 2. Testar e avaliar Nas etapas de Análise e de Comunicação, cada uma das etapas (estudo de viabilidade - projeto preliminar projeto detalhado) é formado por 4 etapas sequenciais que se sobrepõem e se repetem, a saber: Analise cada solução em potencial Escolher a(s) melhor(es) solução(ões) Documentar a solução Comunicar a solução à gerência Análise Comunicação Vamos ver cada uma das etapas de um projeto em detalhes.

6 Síntese [1] Identifique a necessidade e defina o problema O primeiro passo de qualquer projeto em engenharia é identificar uma necessidade. Esta necessidade pode ser identificada pelo próprio engenheiro ou pode ser apresentada ao engenheiro por meio de uma empresa, organização ou pessoa. Uma vez que a necessidade foi identificada, o problema deve ser definido. De acordo com Holtzapple e Reece (2013), se o problema não for definido, o engenheiro pode acabar solucionando o problema errado. Exemplo 1: Uma estrada está sempre congestionada e causa atrasos constantes a motoristas, que chegam atrasados no trabalho. Há também atrasos para entrega de cargas. Definição do Problema: 1. A estrada está estreita? Devemos alargá-la? 2. O transporte de pessoas ou de cargas está ineficiente? Será preciso uma linha férrea ou um corredor de tráfego especial? 3. A estrada é congestionada em todo o percurso ou em certos trechos? Viadutos ou trincheiras são possibilidades a serem pensadas?

7 Síntese [2] Identifique a necessidade e defina o problema Bazzo e Pereira (2013) advertem que é comum se confundir problema com solução. Para evitar isso, existem algumas estratégias que podem ser seguidas, a saber: 1. Definir o problema da forma mais ampla possível, pois isso pode permitir que se encontre soluções diversas e não convencionais. 2. Sempre colocar o problema sob a forma de uma pergunta, pois isto facilita o processo inicial de busca de soluções. 3. Use a técnica de caixa-preta, em que apenas os estados inicial e final são conhecidos. O que vai acontecer entre um estado e outro (aquilo que se chama de transformação das variáveis de entrada por meio de um processo de modo a termos as variáveis desejadas de saída) é algo a ser definido a posteriori. Esta técnica ajuda a definir melhor o problema, o que será extremamente importante para se encontrar a(s) melhor(es) solução(ões). Por exemplo:

8 Síntese [3] Montar a equipe de projeto O mundo é um lugar tão competitivo que temos cada vez menos lugar para soluções individuais. Assim, saber trabalhar em equipe é uma realidade e uma necessidade hoje. Para se montar uma equipe, há dois tipos de abordagem: a abordagem clássica de engenharia sequencial e a abordagem contemporânea de engenharia concorrente. Holtzapple e Reece (2013) ensinam que a engenharia sequencial resolveu muitos problemas no passado, mas necessita de uma atualização por causa da grande competitividade das empresas de hoje. Para projetar um carro via engenharia sequencial, os designers começam decidindo a forma da carroceria os engenheiros mecânicos decidem como formar os painéis da carroceria e acomodar o motor sob o capô os engenheiros eletricistas projetam o sistema elétrico do automóvel os engenheiros de produção prjetam a linha de produção os especialistas em marketing desenvolvem a campanha publicitária. O que acontece no projeto via engenharia sequencial é que cada time de especialistas conseguem desenvolver uma solução ótima dentro de sua área de atuação, ou seja, uma solução ótima local. Esta abordagem não consegue alcançar uma solução ótima global.

9 Síntese [4] Montar a equipe de projeto O mundo é um lugar tão competitivo que temos cada vez menos lugar para soluções individuais. Assim, saber trabalhar em equipe é uma realidade e uma necessidade hoje. Para se montar uma equipe, há dois tipos de abordagem: a abordagem clássica de engenharia sequencial e a abordagem contemporânea de engenharia concorrente. Holtzapple e Reece (2013) ensinam que a engenharia sequencial resolveu muitos problemas no passado, mas necessita de uma atualização por causa da grande competitividade das empresas de hoje. Para projetar um carro via engenharia sequencial, os designers começam decidindo a forma da carroceria os engenheiros mecânicos decidem como formar os painéis da carroceria e acomodar o motor sob o capô os engenheiros eletricistas projetam o sistema elétrico do automóvel os engenheiros de produção prjetam a linha de produção os especialistas em marketing desenvolvem a campanha publicitária. O que acontece no projeto via engenharia sequencial é que cada time de especialistas conseguem desenvolver uma solução ótima dentro de sua área de atuação, ou seja, uma solução ótima local. Esta abordagem não consegue alcançar uma solução ótima global.

10 Síntese [5] Montar a equipe de projeto Holtzapple e Reece (2013) afirmam que para alcançar uma solução ótima global, deve-se usar a abordagem de engenharia concorrente. Usando o mesmo exemplo anterior (projeto de um carro), os especialistas em marketing e os designers trabalhariam juntos para conceber um projeto de automóvel com alto índice de vendas. Ao mesmo tempo, o engenheiro mecânico estaria envolvido em acomodar o motor na carroceria e sob o capô. Este novo projeto poderia utilizar novos materiais, tais como painéis de alumínio, ligas de magnésio, painéis de polímeros, o que necessitaria conhecimentos de engenharia de materiais. O uso de novos materiais teria muito impacto na linha de produção, o que vai envolver o engenheiro de produção. Ao mesmo tempo, se fosse necessário mudar o tipo de propulsor, utilizando motor híbrido ou elétrico, seria necessária a participação de engenheiros mecânicos e eletricistas em praticamente todas as fases do projeto. Assim, quando se fala, por exemplo, em modelos de automóveis mundiais, podemos ter clareza que um projeto desta magnitude exige uma abordagem de projeto via engenharia concorrente.

11 Síntese [6] Identificar limitações e critérios de sucesso Na visão de Holtzapple e Reece (2013), todo projeto possui limitações ou restrições, porque os recursos disponíveis são sempre limitados. São fontes típicas de limitações: Orçamento: afeta os recursos que serão utilizados no projeto. Tempo: este é um recurso escasso, especialmente se o projeto for emergencial. Legislação: o produto final pode ter sua construção adiada ou impedida por medidas legais. Competência da equipe: o líder da equipe deve conhecer bem todos os membros, bem como as suas habilidades, para poder enfrentar os desafios. Propriedade e disponibilidade dos materiais: novos materiais estão sendo criados e podem fazer a diferença em termos de qualidade, eficiência e/ou tecnologia Concorrência: deve-se decidir se o produto final é inédito ou se enfrentará concorrência. Viabilidade de fabricação: dependendo do produto, não será possível usar materiais de alto desempenho por causa da escala de produção.

12 Síntese [7] Identificar limitações e critérios de sucesso São critérios de sucesso: Estética: por melhor que seja o produto, se ele for feio terá menos chance de vender. Desempenho: se tiver dois produtos semelhantes com o mesmo preço, o que tiver melhor desempenho venderá mais. Qualidade: depende do consumidor. Fatores humanos: qual é o público alvo. Custo: há dois fatores a serem considerados o custo de capital inicial (para adquiri o produto), e o custo de ciclo de vida (que se preocupa com a manutenção, operação, seguro, vida útil, etc). Segurança: para quem constrói e quem utiliza. Ambiente de operação: onde o produto será usado. Interface com outros sistemas: wifi, bluetooth, internet das coisas Logística: alguns produtos exigem uma rede de suporte para manutenção, reabastecimento, etc. Disponibilidade e confiabilidade: o produto deve estar sempre disponível para uso e ser confiável.

13 Síntese [8] Busca de soluções Esta é a parte da engenharia em que a criatividade é mais importante. Os seguintes fatores podem determinar a busca de soluções, de acordo com os autores Hotlzapple e Reece (2013): Eliminação da necessidade: se o tanque de combustível metálico precisa ser revestido para não sofrer corrosão com o uso de álcool, a solução pode ser substituir por um tanque de polímero em vez de usar revestimento. Questionar hipóteses básicas: criar um coração artificial que bombeie sangue de forma pulsátil é mais difícil que fazer de modo contínuo e suave, o que abre novas perspectivas. Utilizar analogias: os primeiros projetos de máquina de voar de Leonardo Da Vinci utilizavam pássaros como modelos. Foque na solução e não no problema: engenheiros espaciais americanos descobriram que uma caneta não funciona no espaço porque não há gravidade para fazer a tinta descer. Construíram uma caneta muito cara que consegue escrever na ausência de gravidade. Engenheiros espaciais russos usam lápis, porque eles funcionam na ausência de gravidade.

14 Síntese [9] Busca de soluções Adquira conhecimento: ideias não caem em nosso colo de paraquedas. Assim, todo engenheiro deve estudar os conceitos científicos de diversas áreas da ciência que poderão ser úteis algum dia. Se você vai projetar um biodigestor para produzir gás combustível, trocar informações com um microbiologista sobre cepas de bactérias mais eficientes para decompor lixo e excrementos dforte animais pode potencializar o biodigestor e tornar o seu projeto mais eficiente. Identifique parâmetros críticos: alguns projetos de engenharia possuem uma característica crítica que deve ser eliminada para que o projeto funcione. Por exemplo, o peso do motor de um carro de alta performance deve ser o menor possível, mas em geral, metais muito leves tem menor resistência térmica e à corrosão. É o caso do magnésio por exemplo. A solução é fazer o que a BMW fez em alguns dos seus motores: a parte do bloco do motor que é responsável pelo resfriamento do motor, e que portanto, utiliza água, é de alumínio, enquanto que a parte do motor que responsável pelo resfriamento do óleo é de magnésio, que é bem mais leve que o alumínio mas não consegue resistir à corrosão da água. Assim, o motor é resistente onde precisa e leve onde pode ser.

15 Análise [1] Estudo de Viabilidade, Projeto Preliminar e Projeto Detalhado O estudo de viabilidade tem o objetivo de economizar tempo ao fazer a análise das ideias que são candidatas a se tornar soluções. Assim, deve-se analisar cada solução em potencial. Esta análise pode ser feita por meio de cálculos que caracterizam o projeto (por exemplo, um cálculo de esforço estrutural de um viaduto ou o cálculo de rendimento termodinâmico de uma câmara de combustão de um motor. O estudo de viabilidade irá eliminar muitas ideias iniciais, fazendo com que a equipe se concentre nas poucas soluções ou na solução que restar. Um bom exemplo são projetos com menor número de partes ou de peças. Em geral, estes tipos de projetos tendem a ser mais baratos e confiáveis. Depois que a equipe de projeto fez algumas escolhas, eles devem documentar suas descobertas, cálculos e discussões de forma escrita. Devemos lembrar que o projeto preliminar e o projeto detalhado também passam pelas etapas de análise, de busca da melhor solução e de documentação. Devemos lembrar também que a documentação de cada uma destas três etapas pertence à etapa de comunicação.

16 Últimas etapas do projeto [1] Comunicação e Implementação A etapa de documentação que ocorre ao final do estudo de viabilidade, do projeto preliminar e do projeto detalhado pertence à fase de comunicação, quando cada uma destas documentações escritas devem ser submetidas à gerência para aprovação inicial e posterior apresentação oral. Após a apresentação oral, caso a gerência concorde com o projeto, inicia-se a última fase, a de implementação do projeto, que corresponde à construção da solução. A partir da construção da solução (protótipo) irão se iniciar os testes de verificação e avaliação. É nesta fase que os engenheiros podem perceber a necessidade de aprimoramentos que podem ajudar a melhorar a performance do produto final. Para melhor ilustrar em exemplo completo de projeto, recomendo a leitura do projeto de uma mão mecânica para o ônibus espacial, disponível em Holtzaplle e Reece (2013, p ).

17 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA BAZZO, Walter Antônio; PEREIRA, Luiz Teixeira do Vale. Introdução à engenharia: conceitos, ferramentas e comportamentos. 4. ed. Florianópolis: UFSC, HOLTZAPPLE, M. T.; REECE, W. D. Introdução à engenharia. Rio de Janeiro: LTC, 2013.