PROPOSTA DE CONTEÚDO PARA UMA DISCIPLINA DE MODELAGEM SÓLIDA PARA OS CURSOS DE ENGENHARIA

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1 PROPOSTA DE CONTEÚDO PARA UMA DISCIPLINA DE MODELAGEM SÓLIDA PARA OS CURSOS DE ENGENHARIA Henderson José Speck 1, Antônio Carlos de Souza 2, Edison Rohleder 3, Luis Alberto Gómez 4 Santa Catarina 1 Departamento de Expressão Gráfica. speck@cce.ufsc.br Santa Catarina 2 Departamento de Expressão Gráfica. souza@cce.ufsc.br Santa Catarina 3 Departamento de Expressão Gráfica. rohleder@cce.ufsc.br Santa Catarina 4 Departamento de Engenharia Civil. luis@ecv.ufsc.br Resumo. O objetivo deste artigo é apresentar uma proposta de conteúdo para uma disciplina de modelagem sólida, fundamentando-se na experiência adquirida na UF Mostrar os recursos que os softwares possuem para o trabalho de modelagem sólida e as ferramentas que sistematizam e otimizam o sistema de construção, buscando uma melhoria do método de visualização, documentação e apresentação final do modelo e em conseqüência do processo de ensinoaprendizagem. Palavras chave: Modelagem sólida, CAD, Ensino/Aprendizagem, Computação gráfica NTM - 337

2 1. INTRODUÇÃO A sociedade contemporânea se caracteriza pelo uso do computador cada vez mais presente no cotidiano das pessoas, e isto também, é verificado nos currículos dos cursos de graduação das instituições espalhadas por todo o mundo, que de uma forma ou de outra tentam inserir em seus cursos ferramentas computacionais atuais. Também no nosso país nas instituições de nível superior, ocorre uma crescente utilização de programas de desenho assistido por computador (CAD - Computer Aided Design) nos cursos de graduação em engenharia, comunicação e expressão visual, design, arquitetura, desenho industrial, etc., busca-se uma atualização e uma adequação curricular à essa nova era tecnológica. Nesse contexto, as perguntas vitais que devem ser respondidas ao analisar os currículos são: Quais aspectos dos currículos atuais devem ser trabalhados e melhorados? Estes aspectos se referem a adequação das ferramentas tradicionais de desenho: prancheta, esquadros, régua paralela, régua T, compasso, etc., normas técnicas e métodos tradicionais utilizados para representar elementos 2D e 3D de forma estática no papel para uma nova situação; a possibilidade de visualizar os mesmos elementos em 3D nas mais variadas situações de visualização com as facilidades das técnicas de rotação em 3D e animações. Não deve ser esquecida nesta análise a formação generalista dos universitários, evitando a implementação de disciplinas meramente instrumentais. Quais as possibilidades de se explorar, sistematizar e otimizar o uso das novas ferramentas dentro desse novo contexto tecnológico? Algumas das possibilidades são a de obtenção automática de vistas em cortes, vistas auxiliares, vistas ortográficas, métodos de dimensionamentos, representação em perspectivas de desenhos de conjunto e detalhes, etc.. Esta é apenas uma amostra do que os programas de desenho assistido por computador em geral e em particular os de modelagem sólida permitem realizar. Outras possibilidades mais especificas para as engenharias, tais como: em conjuntos de peças; montagem e desmontagem; análise e verificação da existência de alguma interferência ou erros na montagem; cálculo de esforços através de elementos finitos; métodos de usinagem; simulações de processos construtivos, etc. Deve-se através de uma sinergia sistemática buscar a integração das disciplinas que tratam do desenho, com as demais disciplinas do currículo, com o objetivo de proporcionar uma visão globalizada na formação desses futuros profissionais, que devem ser competitivos numa sociedade cada vez mais exigente em termos de competência profissional. Este trabalho tem como objetivo principal indicar os parâmetros básicos fundamentais para se trabalhar uma avaliação de metodologias de ensino utilizando ferramentas de Modelagem Sólida. 2. ABORDAGEM Acreditamos que os estudantes, independente de sua área de atuação tenham alguma bagagem de conhecimento de desenho, mesmo que seja empírica. É óbvio que nos cursos de Engenharia, este conhecimentos são mais evidentes. Com o advento do computador associado a ferramentas gráficas que facilitam a representação em 3D, de peças com as mais diversas geometrias, que possibilitam aos usuários e estudantes maior facilidade de interpretação quanto a visualização, devido aos recursos disponíveis nos softwares que permitem: rotacionar em 3D, obter a representação bidimensional, cortes, renderização, destaque gráfico de linhas visíveis em relação as invisíveis e um processo de reprojeto facilitado. Se comparadas com o método tradicional de ensino de desenho, que utiliza os instrumentos convencionais tais como: esquadros, compasso, escalímetro, régua paralela ou tecnígrafo para representação dos desenhos no papel de forma estática e de redesenho mais demorado e difícil. 3. COMO EXPLORAR SISTEMATICAMENTE O USO DESTA NOVA FERRAMENTA GRÁFICA Existem diversas formas e possibilidades de se explorar e sistematizar convenientemente a utilização dos softwares de CAD 3D, como ferramentas que possuem recursos bem mais atrativos para os estudantes, pois estes softwares permitem a criação dos sólidos com um grau de realismo elevado. Além do que, estes softwares contém em sua maioria plugins que simulam diversas situações reais, tais como: processos de construção, processos de fabricação, apontam eventuais problemas na hora de sua construção, fabricação, montagem. Disponibilizam recursos de animação que permitem mostrar o relacionamento entre as peças móveis e detectar se existe alguma interferência entre as mesmas. Assim, podemos melhorar o ensino do desenho, utilizando os programas de CAD que permitem, como já foi comentado, construir as peças em 3D com ferramentas relativamente fáceis de entendimento e a partir das peças tridimensionais obter as projeções ortogonais, os cortes e perspectivas, bem como rotacionar em 3D o modelo construído, que facilita a interpretação das formas das peças, principalmente, para os alunos que tem dificuldade de visualização em virtude de não terem estudado em escolas técnicas por exemplo, onde o desenho faz parte do currículo escolar. Portanto, nos casos onde isso não ocorre, o desenho auxiliado por computador CAD, propicia uma facilidade na visualização desses modelos, peças conjuntos ou dispositivos. 4. QUE FERRAMENTA GRÁFICA PROPICIOU MELHOR DESEMPENHO NO PROCESSO DE MODELAGEM NTM - 338

3 Neste processo de avaliação utilizou-se as ferramentas gráficas AutoCAD, Mechanical Desktop e o Solidworks, que são consideradas ferramentas padrões do mercado, em virtude do número de usuários, bibliografia disponível, custo/benefício e compatibilidade com diversas plataformas. De acordo com Souza et al [1] no AutoCAD, o processo de modelagem em 3D, é sem dúvida o software que tem o desempenho menos eficaz, isto é plenamente justificado, em função do mesmo ser otimizado para outro contexto de aplicações. É complexo afirmar que um dos dois software (MD ou SW) tem melhor desempenho que o outro no processo de modelagem sólida 3D, tendo em vista que os dois programas tem processos de construção do modelo, principalmente no que diz respeito aos componentes básicos (sketch, profile, dimension, geometric relations etc.) muito semelhantes. Outro característica é que nestes mesmos softwares as ferramentas de construção em 3D, também são semelhantes (extrude, extrude cut, revolve, revolve cut, sweep, loft, fillet, chamfer, hole etc.), o que deixa os softwares difíceis de serem avaliados com relação a estes aspectos. Contudo um dos pontos mais importantes na definição de qual é o software que melhor desempenha suas funções no processo de construção em 3D, é a interface do mesmo, isto é a facilidade que os usuários encontram os comandos e a facilidade para entrada de dados que necessitam os comandos e os recursos disponibilizados para o processo construtivo. Como também no processo de gerenciamento, o SolidWorks permite ao usuário editar com maior facilidade os comandos de construção, a cotagem das peças e definir os planos de construção se, comparados com o Mechanical Desktop. O SW, possibilita ainda, avaliar todos os passos necessários para a construção das peças ou do conjunto, como também, alterar a ordem do processo construtivo. Consequentemente vamos precisar de menor tempo para construção das peças, pois necessitamos de um menor número de comandos, sendo este talvez, um dos parâmetros mais importantes para a escolha software Soliworks como sendo o melhor dentro deste contexto. 5. VANTAGENS DA MODELAGEM SÓLIDA Segundo Speck [2] a modelagem de sólidos permite a redução do ciclo de desenvolvimento dos produtos, desde sua concepção até a sua colocação no mercado. A modelagem de sólidos aliada a um sistema flexível de manufatura, possibilita a personalização de produtos, fabricação de protótipos ou fabricação de produtos em pequenas séries sem uma penalização excessiva nos custos. Do ponto de vista técnico as mudanças não são menos importantes: Redução do ciclo de desenvolvimento dos produtos; Utilização conjunta de várias ferramentas de projeto; Pré-montagem digital; Visualização do produto; Protótipos rápidos e baratos; Possibilidade de variar o design; Melhora da comunicação com clientes e fornecedores; Automação (saída direta para máquinas CNC). 6. PROPOSTA BÁSICA PARA A DISCIPLINA Com esta proposta, esperamos contribuir para obter resultados que melhorem a estrutura metodológica que objetive a melhoria na qualidade do ensino/aprendizagem para disciplinas de Modelagem Sólida (CAD-3D). Possibilitando com isto o atendimento de uma demanda crescente de professores que trabalham com o desenho auxiliado por computador (CAD), que procuram apoio numa ferramenta atualizada tecnologicamente, para o desenvolvimento do conteúdo programático de disciplinas de Modelagem Sólida. Esperamos também obter resultados principalmente, no que diz respeito aos recursos disponíveis na Computação Gráfica, que possibilitem o desenvolvimento de um método de ensino moderno e atualizado Ementa Introdução - Histórico da computação gráfica - Conceitos básicos de modelagem - Tipos de modelagem - Visualização em 3D - Planos de trabalho e/ou referência - Sistemas de coordenadas e entrada de dados - Estratégias de criação de modelos - Comandos de modelagem - Edição de modelos - Dimensionamento de 3D - Tratamento superficial Objetivo Geral Trabalhar com o auxílio da ferramenta computacional os conceitos adquiridos em disciplinas de modelagem e sistemas de representação, utilizando programas (software) específicos para modelagem gráfica tridimensional de peças ou conjuntos mecânicos. NTM - 339

4 6.3. Objetivos específicos Apresentar aos alunos os conceitos de modelagem em 2D, 21/2D e 3D; Familiarizar os alunos com a visualização em 3D incluindo planos de trabalho e/ou referência, perspectiva isométrica, vistas ortográficas; Mostrar aos alunos o sistema de coordenadas em 3D e as regras básicas para a entrada de dados; Orientar os alunos na definição de uma estratégia apropriada para a modelagem de objetos complexos; Capacitar os alunos à dominar os comandos de modelagem incluindo a criação de modelos em superfície e sólidos com o auxílio dos comandos de extrusão, revolução, espelhamento, corte, rotação entre outros; Mostrar aos alunos os principais comandos de edição de modelos, tais como: chanfrar, arredondar, redimensionar etc.; Apresentar aos alunos os principais comandos de tratamento das superfícies dos modelos disponíveis na maioria dos programas de modelagem Conteúdo programático A Tabela 1, apresenta o conteúdo programático sugerido para a disciplina de modelagem sólida. Tabela 1. Conteúdo programático. Unid. Conteúdo Horas/aula 01 Introdução Apresentação do programa Metodologia de trabalho Sistema de avaliação Bibliografia Histórico da computação gráfica Evolução 03 Conceitos básico Normalização Representação bidimensional Vistas ortográficas Perspectivas Representação tridimensional - Tipos de modelagem Wireframe Superfícies Sólida 04 Visualização em 3D Planos de trabalho e/ou referência Vistas ortográficas (paralelas) Vistas isométrica Dinâmica Zoom e Pan 05 Estratégias de criação de modelos Modelagem pôr composição Modelagem pôr decomposição e recorte Modelagem a partir de elementos construtivos (Features) Comandos básicos de modelagem eletrônica NTM - 340

5 Extrusão Revolução Corte Adição/Subtração Sweep Loft Shell/Wall 07 Comandos de edição Chanfrar Arredondar Cortar Espelhar Copiar Mover Espelhar, etc. 08 Dimensionamento Cotagem Redimensionamento (edição de dimensões) 09 Tratamento de superfícies Luz Materiais Texturas Mapeamento Cores Renderização Trabalho Final (Projeto) REFERÊNCIAS [1] A. C. de Souza; H. J. Speck; L. A. Gómez; J. C. da Silva; E. Rohleder. AutoCad R14 : Guia prático para desenhos em 3D. Ed. da UF Florianópolis, p. 21. [2] H. J. Speck, Avaliação comparativa das metodologias utilizadas em programas de modelagem sólida. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção). PPGEP/UF Florianópolis/SC, 2001, p. 111 [3] E. Barberato. Modelagem sólida. CADesign Ano 7, Número 68, Dezembro/2000, p. 68. CONSIDERAÇÕES FINAIS A vantagem da modelagem de sólidos é algo mais do que o próximo passo na evolução das técnicas de desenho assistido por computador (CAD) em 2D ou 3D. As técnicas de CAD, simplesmente automatizaram o processo de desenho. Passamos do desenho na prancheta para o desenho no computador. A saída física em ambos os casos é a mesma, ou seja desenho impresso. A modelagem sólida em contrapartida influência todo o processo de projeto, desde os esboços preliminares até a manufatura e marketing dos produtos, passando por todas as complexas etapas de design e engenharia. Pode-se observar que é possível melhorar o binômio ensino-aprendizagem, flexibilizando, através da informática, a forma de apresentação do conteúdo programático adotando-se caminhos metodológicos mais eficientes NTM - 341

6 atraentes e tecnologicamente atuais, na intenção de obter maior interesse, melhoria no rendimento escolar e maior assiduidade por parte dos alunos. Segundo Barberato [3] os atuais modeladores sólidos estão revolucionando o desenvolvimento de novos produtos, pois, com a elaboração de um modelo eletrônico, podemos visualizar cores, formas, volume, simular movimento, aplicar testes de impacto, criar simulações de estampagem, processos de usinagem entre outros. Através destes modeladores sólidos estamos caminhando para uma nova fase da criação de produtos, onde não existirá o desenho técnico plotado em papel, listas dos componentes do projeto, formulário ou manuais técnicos: as informações necessárias ao projeto estarão agregadas ao modelo eletrônico. NTM - 342