PROCEDIMENTOS E FERRAMENTAS PARA AUXÍLIO NO DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE MONTAGEM Roberto Machado Corrêa Programa de Engenharia de Produção / COPPE / UFRJ Av. Brigadeiro Trowpowsky, s/ n o, Sala F-109, Centro de Tecnologia, Cid. Universitária, Rio de Janeiro - RJ Abstract: This paper presents the employment of CAD aided by the logic fuzzy in benefit of the elaboration of design-for-assembly. The model is destined to small and medium companies, it is supported by a system PC and it uses a conventional CAD software, a database and a logic fuzzy software. Engenharia do Produto: Projeto do Produto Product design, design-for-assembly, tolerance 1. Introdução: Na fase de projeto, tornam-se necessárias as definições das tolerâncias das medidas das peças para a montagem e o ajuste de cada uma delas na fabricação do produto. Para que essas tolerâncias estejam de acordo é utilizada uma ferramenta adicional a um sistema CAD (Computer Aided Design) de grande porte, como por exemplo o CADDS da Computervision. Mas esse tipo de sistema é muito sofisticado e, devido ao seu custo elevado, é utilizado apenas em grandes empresas como a Ford mundial e a Fiat mundial. O objetivo desse modelo é desenvolver um sistema comercial que seja suportado por uma plataforma PC (Personal Computer) e um software CAD comercial como, por exemplo, o Autocad da Autodesk. O sistema empregará a lógica fuzzy como uso da inteligência artificial para resolver os sistemas de montagem. Esse sistema comercial, adequado a pequenas e médias empresas, ajudará, portanto, a resolver problemas em produtos que sofram operação de montagem. 2. Aplicação nas Etapas do Projeto: A implementação do suporte técnico e humano desempenham papeis fundamentais no aperfeiçoamento da projetação. Este aperfeiçoamento está diretamente relacionado com o desempenho das atividades de manufatura. A melhoria na etapa de projetação contribui para que as atividades de manufatura sejam desempenhadas de forma fácil e organizada, reduzindo, ou mesmo eliminando, os problemas ocorridos no processo de montagem. As etapas de projeto abrangidas pelo sistema são o Projeto Básico e o Detalhamento do Projeto. 1
Etapas do Projeto Ante-projeto Atividades Identificação de dados sobre o produto (necessidades do cliente); Identificação do produto (especificação técnica da máquina); Identificação dos componentes do produto (árvore do produto); Esboço do projeto; Projeto Básico Desenho dos componentes em CAD; Detalhamanto do Projeto Avaliação do projeto de montagem; Estudo e definição das tolerâncias na montagem do produto através da inteligência artificial (lógica Fuzzy); Otimização do projeto. Conclusão do projeto. Projeto Final Tabela 1: Etapas do projeto e suas atividades. Fonte: própria. 3. Desenhos Parametrizados em CAD: Os desenhos devem ser feitos em computador através de um programa gráfico parametrizado. A parametrização do desenho será de suma importância para a comunicação do programa gráfico com outros aplicativos, como por exemplo, planilhas eletrônicas, banco de dados e programas de inteligência artificial (nesse caso, lógica fuzzy) que auxiliarão o projetista. Outra vantagem da parametrização é a facilidade com que um projeto pode gerar outros através da sua modificação. Essa modificação é avaliada e elaborada pelo sistema, através dos aplicativos. O programa gráfico a ser usado pelo sistema deve permitir a elaboração do desenho com parâmetros, como também fornecer informações sobre tolerâncias e processo de montagem a um custo acessível. Um exemplo de programa gráfico que atende essas exigências é o Mechanical Desktop, aplicativo do AutoCAD R14 da AutoDesk Fig.1: AutoCAD R14: Mechanical Desktop da Autodesk. Fonte: Autodesk. 2
4. Avaliação do Projeto de Montagem: Após a elaboração dos desenhos em CAD, o projetista deve fazer um estudo mais elaborado sobre as condições de montagem a fim de eliminar qualquer problema que venha interferir no tempo de montagem. O tempo é um fator importante a ser considerado, pois está diretamente ligado ao custo da produção. O projetista deverá sempre seguir as seguintes orientações, sempre quando possível, para ter um projeto de montagem otimizado: Reduzir o quanto possível o número de componentes diminui o tempo de montagem. Elaborar os componentes com simetria, chanfros e cortes que permitam a alocação do componente. Empregar formas que não dificutem a captura do componente em estoque. Fazer as operações de acoplamento em um único sentido: de cima para baixo. Fazer a montagem dos componentes em um único componente que serve de base. a b a b a Fig.2: Simetria. Fig.3: Chanfros. Fig.4: Cortes. Fonte: Ullman b a b a b Fig.5: Fascilitar a captura na esto-cagem. Fig.6: Movimento unidirecional de cima para baixo. Fonte: Ullman Fig.7: Base única de montagem. 3
5. Banco de Dados: Após a avaliação do projeto de montagem, elabora-se um banco de dados contendo informações sobre a operação de montagem e as características dos componentes a serem montaodos. As informações sobre a operação de montagem englobam o tipo de montagem (manual, robótica, mecânica) como também o seu processo, a saber: 1. Restabelecimento de componentes em estoque; 2. Condução dos componentes de forma a posiciona-los para o acoplamento; 3. Acoplamento dos componentes. Dentre as características dos componentes devem ser levados em conta: a forma, propriedades do material (elasticidade, dureza,...) e a função a ser desempenhada no produto. Essas características irão determinar o grau de tolerância de cada componente para a sua montagem e o seu desempenho. O banco de dados a ser usado pelo sistema deve permitir a comunicação entre o programa gráfico e o aplicativo de lógica fuzzy a um preço aceessível. Um exemplo de banco de dados a ser usado pelo sistema é o Access 97 da Microsoft que atende essas exigências, além de ser o banco de dados mais popular entre os usuários. 6. Lógica Fuzzy: Fig.8: Access 97 da Microsoft. Fonte: Microsoft Para interpretar as carcterísticas de montagem e dos componentes envolvidos é necessária uma ferramenta que auxiliará o projetista a encontrar um grau de tolerância adequado às dimensões intrínsecas à montagem de cada componente. A lógica fuzzy, ao contrário da lógica de primeira ordem, possibilita uma interpretação mais abrangente com resultados satisfatórios. Ela é capaz de fornecer ao projetista se o grau de tolerância de uma determinada dimensão satisfaz as condições de projeto, manufatura e operação, como também é capaz de acusar quais as restrições estão sendo violadas. Um exemplo de aplicativo de lógica fuzzy a ser usado pelo sistema é o Fuzcon 2.2 que foi desenvolvido pelo Grupo Para Sistema Inteligente em Projeto e Manufatura do Departamento de Engenharia Industrial da Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU). Esse aplicativo possui a facilidade de se comunicar com o Access (banco de dados) através do ODBC, além de gerar um ambiente adequado para a programação em fuzzy e as respostas necessárias para a otimização do projeto de montagem. 4
7. O Funcionamento do Sistema: Fig.9: Fuzcon 2.2 desenvolvido pela NCSU. Fonte: NCSU. Um programa de CAD fornece as informações sobre as dimensões dos componentes do produto para um banco de dados. O banco de dados armazena as informações de dimensões e características de cada componente a ser montado, bem como as características das operações de montagem. Um programa de lógica fuzzy coleta as informações contidas no banco de dados, interpreta essas informações e informa ao projetista as tolerâncias das dimensões dos componentes que são intrínsecas à montagem, como também informa se alguma restrição de projeto está sendo violada. Caso haja a violação de alguma restrição, o projetista saberá onde modificar o projeto para que o mesmo atenda às especificações de montagem e funcionamento. O sistema deve ser constituido de programas que contenham uma boa interface de comunicação entre os mesmos. O equipamento utilizado deve ser adequado aos programas utilizados a fim de proporcionar agilidade e eficiência ao projetista. AutoCAD R14 Ambiente Windows 95 Autolisp + ODBC ODBC Mechanical Access 97 Fuzcon 2.2 Desktop Fig.10: Esquema de funcionamento do sistema: as setas indicam a transferência de dados. Fonte: própria. No exemplo da figura 10, para a instalação e para um bom funcionamento dos progamas (Windows 95, Mechanical Desktop, Access e Fuzcon) usados por esse sistema é necessário um microcomputador PC (Personal Computer) com a seguinte configuração básica: Pentium 166 MHz da Intel; 32 Mb de memória RAM; espaço de 400 Mb no disco rígido. 5
8. Considerações Finais: O sistema exemplificado na figura 10 vem sendo desenvolvido pelo Núcleo de Sistemas Inteligentes em Projeto e Manufatura (SIPROM) da área de Inovação Tecnológica do Programa de Engenharia de Produção da COPPE / UFRJ em parceria com a NCSU, elaboradora do programa Fuzcon 2.2. A utilização dos programas Access 97 e AutoCAD R14, nesse sistema, é em função de serem produtos de baixo custo e de serem os mais vendidos, além de possuirem os recursos adequados ao sistema. Outras configurações de programas e equipamentos podem ser usadas para esse modelo de sistema, mas devem sempre objetivar a eficiência e os custos acessíveis a pequenas e médias empresas. O sistema proporciona ao projetista uma facilidade maior na elaboração do projeto de montagem, bem como na sua otimização. Essa agilidade proporciona economia de tempo e, portanto, a redução dos custos do produto. Bibliografia: 1. BOOTHROYD, Geofrey & DEWHURST, Peter - Design for Assembly. Editora Penton/IPC, Amherst, EUA, 1984. 2. BOOTHROYD, Geofrey & DEWHURST, Peter - Product Design for Assembly. Editora Boothroyd Dewhurst, Inc., Wakefield, EUA, 1989. 3. COX, Earl - The Fuzzy Systems Handbook. Academic Press, EUA, 1994. 4. NEVINS, James L. & WHITNEY, Daniel E. - Computer-controlled Assembly. Editora W.H. Freeman and Company, São Francisco, EUA, Revista Scentific American, fevereiro de 1978, Vol. 238 No. 2, p.62-74. 5. RAMPERSAD, Hubert K. - Integrated and Simultaneous Design for Robotic Assembly. Editora John Wiley & Sons, Nova Iorque, EUA, 1994, p.69-90. 6. ULLMAN, David G. - The Mechanical Design Process. Editora McGraw Hill, Nova Iorque, EUA, 1992, p.262-285. 7. YOUNG, Robert E.; GIACHETTI, Ronald E. & RESS, David A. - Fuzcon: User Manual. NCSU, Raleigh, EUA, 1996. 8. ZOROWSKI, Carl F. - PDM: A Product Assemblability Merit Analysis Tool. Artigo apresentado na Design Engineering Technical Conference, Columbus, EUA, 1986. 6