Engenharia do Produto

Transcrição

1 Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Curitiba Departamento de Eletrônica Slides elaborados a partir de Rozenfeld et al. (2006) AULA 5 Favor colocar o seu celular no modo silêncio! Não usar eletrônicos em aula! Prof. Vicente Machado Neto, Dr.Eng. 1

2 Localização da fase de projeto conceitual Processo de Desenvolvimento de Produto Pré Planejame nto Estratégico dos Produtos Desenvolvimento Acompanhar Produto/ Processo Pós Descontin uar Produto Gates >> Planejamento Projeto Projeto Informacional Projeto Conceitual Projeto Detalhado Preparação Produção Lançamento do Produto Processos de apoio Gerenciamento de mudanças de engenharia Melhoria do processo de desenvolvimento de produtos 2

3 Informações principais e dependências entre as atividades da fase de Projeto Conceitual Especificações Meta Projeto Conceitual Concepção do Produto Integração dos princípios de solução (para atender à função total do produto) Arquitetura do produto (BOM - Bill of Material - inicial e interfaces) Layout e estilo produto Macro-processo de fabricação e montagem Lista inicial dos SSCs (Sistemas, Subsistemas e Componentes) principais (modelo conceitual do produto) 6. Definir ergonomia e estética Atualizar o Plano do Projeto Conceitual 1.Modelar funcionalmente 3. Desenvolver as alternativas de solução 4. Definir arquitetura 5.Analisar SSCs 8.Selecionar concepções alternativas Monitorar viabilidade econômica 2. Desenvolver princípios de solução para as funções 9.Definir plano macro deprocesso Avaliar Fase Aprovar Fase 7.Definir parcerias de co-desenvolvimento Documentar as decisões tomadas e registrar lições aprendidas 3

4 1. Modelar funcionalmente Representação da Função total e seu desdobramento Energia Material Sinal Função Total Energia Material Sinal Funções de menor complexidade 4

5 Exemplo: Máquina para lavar roupas Energia Sabão Roupas sujas Água limpa Inf. (grau de lavagem) Lavar Roupas Energia Roupa limpa Água suja 5

6 Exemplo: Máquina para lavar roupas Energia Sabão Roupas sujas Água limpa Inf. (grau de lavagem) Fronteira do sistema Energia Roupa limpa Água suja Fronteira do sistema Energia Sabão Energia Roupas sujas molhar roupas esfregar roupas enxaguar roupas secar roupas Roupas limpas Água limpa Água suja Inf. (grau de lavagem) 6

7 Exemplo: Máquina para lavar roupas Fronteira do sistema água limpa sabão misturar água e sabão energia roupas sujas molhar roupas esfregar roupas enxaguar roupas secar roupas roupas limpas energia produzir movimento alternar movimento água suja Informação (grau de lavagem) 7

8 2.Desenvolver princípios de solução para as funções Um Princípio de solução é um sistema físico, é composto por elementos e suas relações, cuja representação deve possibilitar a identificação do tipo de elemento, quantidade, forma, movimentos e atributos de materiais Normalmente existem diferentes Princípios de solução para uma mesma função Exemplos: Função: ampliar força F 2 F 1 F 2 F 1 a b F 2 = F 1 * a/b d D F 2 = F 1 * (D/d) 2 Função: aquecer solução Alavanca Macaco hidráulico R Resistência elétrica Chama Q Serpentina de vapor 8

9 Obtenção dos Princípios de solução Bancos de dados de princípios de solução; Catálogos de princípios de solução; Métodos de criatividade Brainstorming Método 635 Lateral Thinking Synetics Galeria Método Morfológico Análise e Síntese Funcional Analogia Sistemática Análise do Valor Questionários e Cheklists TRIZ O nome desse método, 635, é oriundo da organização da equipe em um grupo de 6 pessoas que geram 3 ideias em 5 minutos. Lateral Thinking: pensar o problema de forma criativa. Synetics solução de problemas por um grupo diversificado. TRIZ é uma metodologia sistemática, orientada ao ser humano, baseada em conhecimento, para a solução inventiva de problemas 9

10 Brainstorming (Método Intuitivo) Toró de Palpite!!! BRAINSTORMING = Brain (CÉREBRO) + Storm (tempestade) A busca de soluções para um problema se processa em dois tempos: Busca de idéias; Crítica e avaliação das idéias. Equipe multidisciplinar em torno de seis pessoas; Princípios: É proibida a crítica; Mesmo a imaginação mais extravagante é bem-vinda; É preciso jogar com as idéias; Procura-se o máximo de idéias. 10

11 Método 635 (Brainstorming escrito) Equipe composta por seis integrantes; Cada um escreve três sugestões iniciais; As sugestões iniciais são passadas para os outros cinco integrantes Exemplo: Como aproveitar peças de couro de 40 X 40 cm? Fonte: Bonsiepe, et al. 11

12 3. Desenvolver alternativas de solução para o produto A elaboração de modelos de concepção para o produto consiste na combinação dos princípios de solução individuais para formar os princípios de solução totais para o produto A Matriz Morfológica permite esta combinação!!! Permite ainda analisar as possíveis configurações do produto 12

13 Exemplo: equipamento para a limpeza de sujos água energia mecânica Limpar água com rejeitos energia água Lavar sujos Agrupar Agitar Extrair detritos Separar detritos Pegar energia mecânica Guiar água com rejeitos Transportar Coletar água com rejeitos Coletar energia água com rejeitos limpos 13

14 Matriz Morfológica p/ equipamento para a limpeza de Funções Agrupar Princípios de solução Agitar Extrair detritos dos Lavar Separar detritos Guiar água com detritos Coletar água com detritos Pegar 14

15 Alternativas de solução p/ equipamento para a limpeza de Agrupar Agitar Extrair detritos dos Lavar Separar detritos Guiar água com detritos Coletar água com detritos Pegar Alternativas de solução

16 4. Definir arquitetura Identificar Sistemas, Subsistemas e Componentes A partir dos princípios de solução em cada alternativa gerada, deve-se buscar as soluções físicas possíveis de serem construídas e que formarão os SSCs; Definir a integração entre os SSCs Junto com a definição dos SSCs, são definidas as interfaces entre os mesmos (como serão fixados e posicionados os SSCs) 16

17 4. Definir arquitetura Exemplo de arquitetura de uma alternativa, representada através de seus SSCs e suas interfaces. 17

18 Classificação da arquitetura Modular cada módulo implementa uma ou algumas poucas funções, não existindo o compartilhamento de funções entre dois ou mais módulos; e as interações entre os módulos são bem definidas e fundamentais para a realização da função global do produto. Integral as funções do produto são distribuídas em vários conjuntos de componentes; e as interações entre os componentes são mal definidas. A decisão depende de fatores tais como: modificações no produto, desempenho, variedade, padronização dos componentes, manufatura e gerenciamento do projeto. 18

19 Modularidade Modularidade em permutar componentes Modularidade em compartilhar componentes Modularidade em adaptar para a variedade Modularidade através de barramento Modularidade seccional 19

20 Ferramentas auxiliares para a definição de módulos 1/2 + Matriz Indicadora de Módulos (MIM) Fraca Relação (1 ponto) Média Relação (3 pontos) Forte Relação (5 pontos) Função 1 Função 2 Função 3 Função 4 Função 5 Funções Diretrizes de Modularização Desenvolvimento de Produtos Variação Fabricação Qualidade Aquisição Após estar no mercado Multi-aplicativo (Carry-over) Evolução Tecnológica Alteração de Projeto Especificação Técnica Estilo Unidade Comum Processo e Organização Testes em separado Compra de Produtos Prontos Manutenção e Mantenabilidade Atualização Integrar num mesmo módulo? Reciclgem Classificação Possíveis módulos 20

21 Ferramentas auxiliares para a definição de módulos 2/2 Matriz de Interfaces 21

22 Abordagens relacionadas ao Projeto Modular Desenvolvimento de plataformas de produtos Máximo compartilhamento de sistemas Máxima variação funcional Otimização do ciclo de vida do(s) produto(s) 22

23 5. Analisar os SSCs Agora que temos os SSCs e as interfaces para cada alternativa, parte-se para: Identificar e analisar aspectos críticos funcionamento, fabricação, montagem, desempenho, qualidade, custos, descarte e outros... Definir parâmetros principais Formas dimensões, propriedades dos materiais, etc... Obtém-se os modelos de concepção Descrição aproximada das tecnologias, formas, materiais e um dimensionamento inicial dos SSCs 23

24 5. Analisar os SSCs Exemplo de modelo de concepção Vista Frontal 3 m Vista Superior 3,5 m v 0,015 m/s motor de 5 HP 4 m A A Corte AA 1,2 m 1,5 tn m chapa de 2 mm BOM, ou estrutura de produto é uma das informações fundamentais da manufatura, pois nela registram-se as informações de produtos utilizadas por todos os setores e processos envolvidos com a manufatura do produto. BOM: Bill of Materials Contém informações razoáveis sobre as formas, materiais, processos que permitem gerar uma BOM inicial 24

25 Conceitos, métodos, técnicas e ferramentas importantes nesta atividade Seleção de materiais A seleção inadequada pode levar à falha de componentes e, também, a custos desnecessários; não pode ser feita independentemente do processo de manufatura (este depende de atributos geométricos do produto, tamanho e quantidade a ser manufaturada); Elevado número de opções no mercado. DFX (qualidade, manufatura, meio ambiente etc.) na fase de projeto conceitual DFM (manufacturability) na fase de projeto conceitual (quadro 7.9) DFA (Assembly) na fase de projeto conceitual 25

26 6. Definir ergonomia e estética do produto 1/3 A ergonomia trata basicamente da interação entre o produto e as pessoas: espaço de trabalho ocupado em torno do produto ; como fonte de potência para o produto; atuando como um sensor; atuando como um controlador Os fatores humanos estão fortemente relacionados com a qualidade e segurança do produto Problemas de ergonomia podem afetar o sistema de manufatura: fragilidade e peso dos componentes, elementos de fixação, superfícies, acessibilidade, identificação e diferenciação de componentes 26

27 6. Definir ergonomia e estética do produto 2/3 Recomendações para um projeto adequado p/ ergonomia: Adequar o produto às características físicas e ao conhecimento do usuário; Simplificar e reduzir as tarefas necessárias para a operação do produto; Prever os possíveis erros humanos, implementar restrições para prevenir ações incorretas por parte do usuário, informar ao usuário que determinados modos de operação foram selecionados; Considerar a idade, gênero, alcance, destreza, força e visão dos usuários. 27

28 6. Definir ergonomia e estética do produto 3/3 A estética do produto é fundamental!!!! atrai o consumidor para a compra, despertando o sentido visual e o desejo da aquisição; está ligada ao que o consumidor percebe, do ponto de vista da aparência (configuração das formas, das superfícies e das cores e aspectos relacionados à beleza; Principais atributos estéticos: Estilo Simbolismo Semântica Design 28

29 7. Definir fornecedores e parcerias de co-desenvolvimento Envolver fornecedores no PDP melhora do desempenho deste processo em termos de produtividade, velocidade e qualidade do produto. Aspectos importantes na definição dos fornecedores: Perfil da empresa Gerenciamento Meio ambiente Qualidade Logística Pós-mercado Competência Desenvolvimento de produto Produtividade Compras 29

30 8. Selecionar a concepção do produto 1/4 Como escolher, dentre as concepções geradas pelas atividades anteriores, o melhor conceito? PRINCIPAL DIFICULDADE: INFORMAÇÕES LIMITADAS E ABSTRATAS Como avaliar concepções que possuem ainda poucos detalhes e não podem ser mensuradas? Deve-se detalhar cada concepção para comparar parâmetros com especificações-meta? Como obter justificativas para descartar concepções que não são adequados? MÉTODOS E PROCEDIMENTOS SISTEMÁTICOS 30

31 8. Selecionar a concepção do produto 2/4 Matriz de Decisão Melhor que a referência Pior que a referência Critérios Concepção Concepção 2 (referência) Critério 1 0 Critério Critério 3 0 Concepções Concepção Concepção m Igual a referência Critério n 0 Total + 0 Total S Total Global 0 Critérios podem ser Especificações-meta ou Requisitos dos clientes 31

32 8. Selecionar a concepção do produto 3/4 Matriz de Decisão com peso Melhor que a referência + 1 Pior que a referência - 1 Critérios Peso Concepção 1 Concepção 2 (referência) Critério 1 P 1 0 Critério 2 P 2 0 Critério 3 P 3 0 Concepções Concepção Concepção m Critério n P n S Igual a referência 0 PesoTotal 0 Critérios podem ser Especificações-meta ou Requisitos dos clientes 32

33 8. Selecionar a concepção do produto 4/4 Testes durante a seleção de concepções Planejamento Projeto Informacional Projeto Conceitual Projeto Detalhado Preparação Produção Testes exploratórios Testes de avaliação Testes comparativos Testes de validação 33

34 Evolução do Desenvolvimento de Produto (passado) Teste e Reprojeto Hardware Desenho Manual Desenvolvimento do Protótipo Produto Físico 34

35 Evolução do Desenvolvimento de Produto (futuro) Digital MockUp or DMU is a concept that allows the description of a product, usually in 3D, for its entire life cycle. Prototipage m Funcional Virtual Desenvolvimento Virtual do Produto 3D CAD Mock-up Digital 35

36 Processo de Projeto Conceitual Trade-off Studies Design Parameters Parametric CAD Automated CAE Model Functional Analysis Detailed CAD&CAE Data Management 36

37 9. Definir plano macro de processo Objetivo: levantar os possíveis processos de fabricação e ferramental envolvido para a manufatura dos SSCs. As grandes categorias de métodos de processamento de materiais: Fundição; Conformação e moldagem; Usinagem; União; Operações de acabamento; 37

38 Atividade: Definir plano macro de processo A seleção dos processos de manufatura deve levar em conta atributos tais como: condições superficiais, precisão dimensional, forma e sua complexidade, taxa de produção, custos e tamanhos. 38

39 Efeito do processo de manufatura sobre a geometria a) Conceito original b) Fundição c) Metalurgia do pó d) Forjamento e) Soldagem f) Fresamento g) Dobramento de chapas 39

40 Principais resultados das fases Planejamento Projeto Projeto Informacional Desenvolvimento Projeto Conceitual Projeto Detalhado Preparação Produção Lançamento do Produto Descrição do Produto no Portfólio Plano do projeto Concepção do Produto Arquitetura Produto Alternativas de Solução Lista SSCs principais Especificações iniciais dos SSCs Desenhos iniciais Plano macro processo Escopo do Projeto Escopo do Produto (conceito) Atividades Pessoal Prazos Orçamento Recursos Qualidade Riscos Indicadores Especificações Meta Requisitos com valores meta Informações adicionais qualitativas 40

41 Atividade 5 Projeto Conceitual a) Representação da Função Total e seus desmembramentos b) Lista dos Princípios de Solução c) Matriz Morfológica d) Matriz de Alternativas de Solução e) Arquitetura (Sistemas, Subsistemas e Componentes) f) Diagrama de Integração entre SSCs g) Matriz Integradora dos Módulos (MIM) h) Aspectos de Ergonomia e de Estética do produto a ser desenvolvido i) Lista de possíveis Fornecedores e Parcerias de co-desenvolvimento j) Matriz de Decisão para seleção de concepção de produto k) Plano de Macro Processo EP_201x_x_Atividade5_nome dos alunos.doc 41