Um Sistema On-Line para o Design de Produtos

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1 An On-Line System for Product Design Teixeira, Fábio; PhD; PgDesign Universidade Federal do Rio Grande do Sul Silva, Régio; PhD; PgDesign Universidade Federal do Rio Grande do Sul Silva, Tânia Koltermann; PhD; PgDesign Universidade Federal do Rio Grande do Sul Resumo Este trabalho apresenta o projeto Virtus, um sistema on-line para o design de produtos. Tratase de um aplicativo cliente-servidor que possui recursos baseados em banco de dados para centralizar as informações de projeto, além de ferramentas de apoio à tomada de decisão utilizadas para a definição dos requisitos de projeto, a geração de conceitos e para a seleção de conceitos. Palavras Chave: desenvolvimento de produtos; design de produto; apoio a decisão. Abstract This paper presents the design Virtus, an online system for product design. This is a clientserver application that has features based on database to centralize project information, and tools to decision support used to define the project requirements, the concepts generation and concepts selection. Keywords: product development; product design; decision support.

2 Introdução O desenvolvimento de novos produtos é uma atividade altamente criativa, complexa, de custos elevados e que pode durar meses ou anos e com reflexos nos desempenhos econômicos das empresas e implicações ambientais, econômicas e socias. O sucesso econômico da maioria das empresas depende da sua capacidade para identificar as necessidades dos consumidores e criar rapidamente produtos que atendam a essas necessidades e possam ser produzidos a baixo custo. Atingir esses objetivos não é apenas um problema de marketing, um problema de projeto ou um problema de fabricação, é um problema de desenvolvimento do produto, o qual envolve todas estas disciplinas (Ulrich e Eppinger, 2008). O processo de desenvolvimento do produto (PDP) é a seqüência de passos ou atividades que uma empresa utiliza para conceber, projetar e comercializar um produto. Muitas dessas etapas e atividades não implicam em processos físicos, pois são de natureza intelectual e organizacional. Algumas empresas definem e seguem um processo de desenvolvimento preciso e detalhado, enquanto outras não são nem capazes de descrever minimamente seus processos. Além disso, é comum cada organização empregar processos próprios adequados às suas peculiaridades. Na verdade, a mesma empresa pode seguir diferentes processos para cada um dos diversos tipos de projetos de desenvolvimento. Segundo Ulrich e Eppinger (2008), um PDP bem definido e estruturado pode agregar vantagens como: Garantia de qualidade: um processo de desenvolvimento especifica todas as etapas de um projecto e parâmetros de controle ao longo do caminho. Quando estas etapas e os parâmetros de controle são escolhidos de forma inteligente, há como garantir a qualidade do produto resultante. Coordenação: um processo de desenvolvimento claramente articulado atua como um plano que define os papéis de cada um dos membros da equipe de desenvolvimento, informando os membros da equipe o papel das suas contribuições na cadeia de atividades do projeto. Planejamento: um processo de desenvolvimento contém marcos correspondentes à conclusão de cada fase, os quais proporcionam a elaboração e o controle do cronograma global de desenvolvimento. Gestão: um processo de desenvolvimento é uma referência para avaliar o desempenho do esforço de desenvolvimento em curso. Ao comparar os eventos reais do processo estabelecido, um gerente pode identificar e solucionar possíveis problemas e gargalos do processo. Evolução: a documentação cuidadosa do PDP de uma organização ajuda a identificar oportunidades de melhoraria, contribuindo para a evolução constante do processo. Todas estas características e vantagens de um PDP estruturado e bem definido implicam na necessidade de um sistema de gerenciamento de informações ágil e robusto que centralize e, ao mesmo tempo distribua as informações certas, para a pessoa certa, no momento certo. Obter acesso às informações quando estas são necessárias durante o PDP é um dos pressupostos de uma processo estruturado, uma vez que durante o desenvolvimento das diversas etapas, as informações geradas alimentam as etapas seguintes. Existem vários modelos e representações para as fases do PDP propostas na literatura. Um exemplo típico é o modelo proposto por Rozenfeld et al. (2006), denominado de Modelo Unificado de PDP, o qual foi baseado em autores como Clark e Fujimoto (1991), Clarck e Wheelwright (1993), Pahl e Beitz (1996), Ulrich e Eppinger (2008), cuja representação é

3 mostrada na Figura 1. Neste modelos, o PDP é dividido em 3 macrofases, o Pré- Desenvolvimento, o Desenvolvimento e o Pós-Desenvolvimento. Esta abordagem é recorrente para os diversos autores. Romano (2003) define estas três macrofases como Planejamento, Projetação e Implementação. A Figura 1 apresenta as subdivisões destas macrofases nas fases do processo de desenvolvimento de produto. Cada uma destas macrofases é dividida em fases específicas que caracterizam o PDP. Figura 1: Fases do processo de desenvolvimento de produto (Rosenfeld et al., 2006). A primeira macrofase (Pré-Desenvolvimento) trata das questões marketing, de oportunidade de négócio, de planejamento estratégico, da viabilidade econômica. A etapa de Desenvolvimento, Projetação ou simplesmente Projeto é subdividida em Projeto Informacional, Projeto Conceitual, Projeto Preliminar, Projeto Detalhado, Projeto para a Produção. Esta etapa é responsável A etapa de Pós-Desenvolvimento envolve as questões de lançamento, distribuição, acompanhamento e até o término do ciclo de vida do produto com a sua retirada do mercado. A fase de projetação adquire especial importância no PDP pois determina entre 70 e 90% do custo final do produto (Downey, 1969 apud Back et al., 2008), no entanto responde por apenas 5% do custo final do produto. A Figura 2 ilustra esta relação. É na fase de projeto onde há a geraçao e o fluxo de um grande volume de informações é gerada. Os métodos e recursos para administrar o armazenamento e a distribuição destas informações estão diretamente relacionados à eficiência e à eficácia do processo de projeto. Figura 2: Fases do processo de desenvolvimento de produto (Downey, 1969 apud Back et al., 2008).

4 É neste contexto que este trabalho se insere. Trata-se do desenvolvimento de uma ferramenta computacional on-line, o Virtus, que irá centralizar as informações do PDP relacionadas à etapa de projetação, controlando o seu fluxo conforme as mesmas são geradas, relacionando a sua origem, a etapa correspondente, atualizando toda a árvore de dependências do projeto. Assim, será possível gerenciar o processo de desenvolvimento do produtos com base em informações precisas e atualizadas. O Sistema, ainda em desenvolvimento, quando completo irá abranger as diversas etapas do processo de projeto. Trata-se de um sistema modular baseado na tenologia cliente-servidor. Nesta primeira estapa, estão sendo desenvolvidos os módulos correspondentes às etapas de projeto informacional e conceitual. Virtus O projeto Virtus é conjunto de ferramentas gerenciado por um sistema on-line que foi projetado para ser escalável para atender à demanda crescente por ferramentas de auxílio à tomada de decisão de projeto. O sistema é constituído de um módulo principal on-line que faz o gerenciamento do processo de projeto. Isto é feito através da integração de todos módulos de projeto do sistema, centralizando e gerenciando a comunicação entre os membros da equipe ou equipes de projeto, gerenciando e mantendo um banco de dados de componentes e de produtos que possam ser reutilizados. O módulo principal possui uma arquitetura clienteservidor e permite o trabalho colaborativo de membros geograficamente distantes. Os demais módulos do Virtus são: módulo de projeto, módulo de modelagem 3D e Simulação, módulo de prototipagem. Futuramente, serão desenvolvidos: módulo de detalhamento, módulo de documentação, módulo de biblioteca de componentes. Módulo principal O módulo principal é responsável pelo gerenciamento dos usuários, os quais são cadastrados em um banco de dados específico, além dos processos de relacionamento entre os módulos de projeto, banco de dados de projeto e interface do usuário. A Figura 3 apresenta um esquema deste módulo e de como seus componentes relacionam. O módulo principal foi desenvolvido em linguagem PHP com bancos de dados MySQL, ambas ferramentas Open Source. Gerenciador de usuários Os usuários são previamente cadastrados pelo administrador do sistema em um banco de dados relacional. A base de dados dos usuários contém dados pessoais e dados de capacitação profissional e as habilitações de cada usuário. A hierarquia dos usuários para um determinado projeto é definida pelo gerente do projeto e estes dados não alimentam a base de dados de usuários, mas sim a base de dados do projeto. Para ser gerente de projetos, um usuário deve ter esta habilitação registrada no seu cadastro. O banco de dados de usuários também recebe informações do banco de dados de projeto, de forma que são registrados para cada usuário os projetos nos quais o mesmo está envolvido, assim como a sua forma de participação. Banco de dados de projetos Os projetos desenvolvidos no Virtus são armazenados em um banco de dados relacional no servidor. Trata-se de um banco de dados que deve contemplar todas as informações do projeto, portanto deve ser escalável a fim de comportar concepções de produtos de diferentes complexidades.

5 A arquitetura do banco de dados permite a uma abordagem top down no projeto, criando configurações de produtos a partir de esquemas genéricos (pouco detalhados), chegando a esquemas específicos, com grande detalhamento de funções e componentes. É neste módulo que um novo projeto é cadastrado, criando, assim, uma base de dados inicial com informações básicas de cadastro. Motor de transações O motor de transações é uma camada de software que estabelece as relações entre o banco de dados do projeto, o banco de dados de usuários, os módulos de projeto e a interface do usuário. É neste módulo que são feitas as consultas e registros nos bancos de dados solicitados pelos demais módulos. Módulo Principal Interface do Usuário Motor de Transações Módulo de Projeto Projetos Gerenciador de Usuários Usuários Figura 3: Esquema do módulo principal do Virtus. Ao centralizar os acessos ao banco de dados, o motor de transações do Virtus garante a segurança e a unicidade nos registros, proporcionando confiabilidade e qualidade no processo. Assim, todos os módulos reportam-se ao motor de transações nos acessos ao banco de dados do projeto, permitindo que o mesmo faça todos os registros das ações necessários à manutenção da base de dados do projeto. Interface do usuário A interface do usuário (IU) é a camada mais externa de software do Virtus. Trata-se um módulo com arquitetura cliente servidor que opera segundo diretivas obtidas a partir do Motor de transações, do banco de dados de usuários, de forma a manipular as ferramentas de projeto e o banco de dados de projetos.

6 A flexibilidade é uma das principais características da IU do Virtus, a qual foi projetada para adaptar-se às características dos usuários, sendo personalizada automaticamente conforme as permissões, habilitações, projetos e atividades em que cada usuário está envolvido. Além disso, o usuário pode personalizar o seu ambiente pessoal conforme suas necessidades, acrescentando atalhos para as ferramentas mais utilizadas, além do esquema de cores utilizado. As configurações de interface de cada usuário ficam armazenadas no banco de dados de usuários, o que permite uma rápida atualização da interface no momento do login no Virtus. O módulo principal realiza interações com todas as ferramentas de projeto, incluindo as ferramentas on-line e aquelas off-line, cuja operação se dá no desktop. As ferramentas online alimentam diretamente o banco de dados de projeto através da interface do usuário e do motor de transações. As ferramentas off-line, como a de simulação, alimentam o banco de dados a partir de up-loads de arquivos gerenciados pela interface do usuário. Este tipo de transação é realizado de forma assíncrona, sendo necessária a intervenção do usuário para que seja efetuada. Módulo de Projeto O módulo de projeto do Virtus está dividido em dois módulos principais: módulo de projeto informacional (MPI) e módulo de projeto conceitual (MPC). O MPI contém ferramentas para analisar os requisitos do cliente e transformá-los em especificações do projeto. O MPC utiliza as informações fornecidas pelo MPI para criar o projeto conceitual do produto. Módulo de projeto informacional (MPI) O MPI é um componente que abre o processo de projeto. Para isto, O MPI contém uma interface para a inserção das necessidades dos clientes (internos e externos). Estas informações são armazenadas no banco de dados do projeto. Projeto Informacional Interface do Usuário Motor QFD Necessidad es Dos Clientes Especif. de Projeto Projeto Figura 4: Esquema do Módulo de Projeto Informacional.

7 O MPI contém um motor QFD que, a partir das informações do projeto e das análises e avaliações dos membros da equipe de projeto inseridas no através da interface do usuário, gera as especificações do projeto. As especificações de projeto geradas no MPI realimentam o banco de dados do projeto para serem utilizadas na próxima etapa de projeto conceitual (Pahl & Beitz, 1996). A Figura 4 apresenta um esquema do funcionamento do MPI. Módulo de projeto conceitual (MPC) O projeto conceitual é a fase onde se elabora a concepção do projeto a partir de uma série de ciclos de análise e síntese, onde a criatividade é assistida por procedimentos sistemáticos, resultando em uma concepção refinada a partir de conceitos gerados durante um processo iterativo. No Virtus, estes procedimentos são realizados com auxílio de ferramentas implementadas no MPC. O MPC contém uma série de ferramentas incluindo módulos para síntese funcional, matriz morfológica, banco de princípios de solução, geração e avaliação de conceitos e, futuramente, será implementado um módulo TRIZ. A Figura 5 apresenta um esquema da arquitetura do módulo de projeto conceitual do Virtus. Projeto Conceitual Interface do Usuário Síntese Funcional Matriz Morfológica Geração de Conceitos Avaliação Seleção Conceito Final Especif. de Projeto Princípios de solução Projeto Figura 5: Esquema do Módulo de Projeto Conceitual.

8 O módulo para a síntese funcional elabora uma cadeia de procedimentos e funções a partir da função global do produto. Este módulo utiliza funções armazenadas no banco de dados do Virtus, mas também pode alimentar este banco de dados com novas funções. Assim, cada projeto realizado se realimenta o banco de dados de funções atribuídas a um produto ou aos seus componentes. O módulo de princípios de solução consiste em um banco de dados de soluções e dispositivos relacionados a determinadas funções. Este banco de dados também alimenta e é alimentado pelos projetos realizados no Virtus. A cadeia funcional de um produto começa a ser transformada em uma configuração geométrica a partir da matriz morfológica, onde cada subfunção pode ser contraposta os princípios de solução e dispositivos correspondentes. A combinação de diferentes princípios de solução gera uma série de conceitos alternativos de produtos. Segundo Ulrich e Eppinger (2008), as etapas iniciais do processo de desenvolvimento de produto tem grande influência sobre o eventual sucesso do produto final e, certamente, a resposta do mercado para um produto depende criticamente do conceito do produto, mas a seleção de um conceito de produto pode influenciar dramaticamente o custo de fabricação do produto final. Um processo de seleção estruturado dos conceitos gerados ajuda a manter a objetividade durante a fase de concepção durante o desenvolvimento e orienta a equipe de desenvolvimento do produto através deste processo crítico, difícil e, às vezes, emocional. Assim, o Virtus contém uma ferramentas estruturadas para a seleção de conceitos. Os conceitos gerados são avaliados com ferramentas que permitem pré-selecionar aqueles conceitos mais viáveis para uma nova rodada onde os mesmos são mais detalhados e novamente avaliados. O número de rodadas depende do grau de complexidade do produto. Ao fim do processo, aquele conceito com melhor avaliação pode ser escolhido como conceito final. Também pode acontecer de o conceito final ser um híbrido com o melhor de cada conceito gerado. O processo de avaliação se dá com ferramentas de valoração de critérios, como o diagrama de Mudge (Mudge, 1967) e matrizes de avaliação (Pugh, 1990) de forma que as características de cada conceito são contrapostas a partir de parâmetros de qualidade. A ferramenta de valoração de critérios permite calcular pesos de características intangíveis, gerando dados que apóiam a tomada de decisão para a seleção de conceitos. O projeto de produto é uma atividade criativa que requer conhecimentos metodológicos de forma a otimizar o uso dos recursos e melhor atender às demandas e expectativas dos usuários, tanto externos quanto internos. O custo do projeto consiste em média em 5% do custo do produto, mas as decisões tomadas nesta fase influenciam certa de 70% do custo final do produto (Barton et al., 2001; Back et al., 2009). Isto enfatiza o processo de projeto como determinante no sucesso e na viabilidade de um produto. Considerações Finais O processo de desenvolvimento de produtos quando é sistemático é realizado em etapas bem definidas, como mostra a Figura 1, incluindo: Projeto Informacional, Projeto Conceitual, Projeto Preliminar, Projeto Detalhado, Projeto para Fabricação. Todas estas etapas geram um volume considerável de informações e exigem uma grande capacidade de organização e gerenciamento de forma que todas as equipes envolvidas tenham acesso às informações necessárias às suas atividades no prazo adequado à melhor realização de cada atividade. Só assim o processo de desenvolvimento de produtos pode responder de forma adequada às demandas de uma indústria ávida por lucros elevados e custos reduzidos. O gerenciamento do fluxo de informações é uma atividade que é própria das ferramentas computacionais baseadas em sistemas de banco-de-dados.

9 O Virtus permitirá o desenvolvimento, o registro e o acompanhamento do projeto ao longo de todas as etapas a partir de um banco de dados que centraliza todas as informações e de ferramentas de apoio à decisão. O sistema será alimentado pelas as atividades das equipes envolvidas e, ao mesmo tempo, irá distribuir as informações pertinentes a cada membro conforme o seu tipo de atividade no processo. Isto tem implicações tanto no gerenciamento dos recursos disponíveis, quanto na qualidade do processo de projeto e no PDP e, consequentemente, na qualidade do produto final. Agradecimentos Ao CNPq pelo suporte financeiro. Referências ASIMOV, M. Introduction to design. Prentice Hall, New Jersey, BACK, N.; OGLIARI, A.; DIAS, A. e SILVA, J. C. Projeto Integrado de Produtos. Manole, Barueri, SP, BARTON, J.A.; LOVE, D.M.; TAYLOR, G.D. Design determines 70% of cost? A review of implications for design evaluation. Journal of Engineering Design, 12:1, pp 47-58, BAXTER, M. Projeto de Produto: Guia prático para o desenvolvimento de novos Produtos. Edgar Blücher, São Paulo, BONSIEPE, G.; KELNNER, P. e POESSNECKER, H. Metodologia Experimental: Desenho Industrial. CNPq, BÜRDEK, B.E. História Teoria e Prática do Design de Produtos. Edgar Blücher, São Paulo, CLARK, K. B.; FUJIMOTO, T. Product development performance: strategy, organization, and management in the world auto industry. Boston: Massachusetts: Harvard Business School Press, p. CLARK, K. B.; WHEELWRIGTH, S. C. Managing New Product and Process Development: text and cases. New York: The Free Press, p. MUDGE, A.E. Numerical Evaluation of functional Relationships. SAVE Proc., v.2. p.111.texas 1967 PAHL, G. e BEITZ, W.. Engineering design: a systematic approach. 2nd ed. Springer Verlag, PAHL, G.; BEITZ, W.; FELDHUSEN, J. e GROTE, K.H. Projeto na Engenharia - Fundamentos do Desenvolvimento Eficaz de Produtos - Métodos e Aplicações. Edgard Blucher, São Paulo, PUGH, S. Total Design: Integrate Methods for Successful Product Engineering. Addison- Wesley, London, 1990.

10 ROMANO, L. N. Modelo de referência para o processo de desenvolvimento de máquinas agrícolas Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, ROZENFELD, H.; FORCELLINI, F.A.; AMARAL, D.C.; TOLEDO, J.C.; SILVA, S.L.; ALLIPRANDINI, D.H.; SCALICE, R.K. Gestão de Desenvolvimento de Produtos: uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, TEIXEIRA, F.G.; SILVA, T.L.K.; SILVA, R.P. e AYMONE. J.L.F. Virtual Design: Concepts. SAE Technical Paper Series , Warrendale: Society of Automotive Engineers, Inc., 2008a. TEIXEIRA, F.G.; SILVA, T.L.K.; SILVA, R.P. e AYMONE. J.L.F. Virtual Design: Technologies. SAE Technical Paper Series , Warrendale: Society of Automotive Engineers, Inc., 2008b. ULRICH, K. e EPPINGER, S. Product Design and Development. Fourth Ed. McGraw-Hill, New York, 2008.