2011 Utilizacao Estrutura Funcional Arquitetura Produto

SIEF Semana Internacional das Engenharias da FAHOR

Utilizao da estrutura funcional para a definio da

arquitetura de um produto

Fabiana Camila Simon (FAHOR) [email protected]

Tiago Perin (FAHOR) [email protected]

Gabriel Vintacourt (FAHOR) [email protected]

Cesar Antnio Mantovani (FAHOR) [email protected]

Resumo

Este artigo traz consideraes a respeito da utilizao da estrutura funcional de um produto como passo inicial para a gerao do conceito de um novo produto. Este novo conceito, definido pela arquitetura do produto, surge como resultado de uma srie de atividades de projeto que tem como ponto crucial a definio da estrutura funcional composta pela funo global do produto e funes parciais ou secundrias no menos importantes. Os resultados das atividades so apresentados e demonstram a importncia da utilizao dessa ferramenta para a gerao do conceito de um novo produto, neste caso de uma mquina para extrao de mel. Palavras chave: Projeto de produto, configuraes de projeto, estrutura funcional, arquitetura do produto, funes. 1. Introduo inquestionvel a importncia que a gerao de novos produtos tem para o desenvolvimento econmico de um pas. No Brasil, a prtica ordenada e com mtodo para o desenvolvimento de produtos recente. A utilizao de metodologias de projeto de produto aos poucos tomam conta de nossas instituies de Ensino Superior.

A dificuldade na gerao do conceito de um novo produto pode ser verificada por qualquer pessoa que queira empreender nessa atividade. Imagine-se com um problema de engenharia qualquer e tente a partir de suas idias desenvolver um conceito. Seguramente, as dificuldades seriam imensas e fatalmente o resultado deixaria a desejar. A utilizao ou no de um mtodo de projeto faz toda a diferena quando se busca um bom resultado.

Existem metodologias de projeto de produto consagradas e um de seus precursores o professor Nelson Back (1983), inspirado entre outros por autores como Pahl & Beitz (2005). Essas metodologias serviram para orientar na soluo de problemas de projeto e, entre eles, a gerao do conceito de um novo produto.

Neste artigo procurou-se, a partir da aplicao no projeto de uma mquina extratora de mel, demonstrar a importncia da definio apropriada da


estrutura funcional para a formulao da arquitetura do produto. Apresenta-se as etapas, atividades e ferramentas utilizadas para se chegar no resultado esperado.

Na primeira parte do artigo, so apresentados conceitos relacionados a temtica de projeto de produto e seus desdobramentos relacionados a fase de projeto conceitual especialmente no que diz respeito estrutura funcional e ferramentas utilizadas nesta fase.

Na sequncia so apresentados os resultados obtidos a partir do desenvolvimento da concepo de uma mquina extratora de mel, utilizando o modelo de consenso de fases, apontado por Ogliari (1999) apud Mantovani (2011). Este modelo divide o processo de projeto em quatro etapas a saber: Projeto Informacional, Projeto Conceitual, Projeto Preliminar e Projeto Detalhado. Em nosso caso, o foco concentra-se na fase de projeto conceitual.

2. O projeto de Produto

2.1 Definio de projeto e produto

Segundo Chagas (2001) projeto o eforo temporrio empreendido na criao de um produto, servio ou resultado exclusivo, que requer recursos humanos, materiais e financeiros, viabilizando a sua execuo. Os projetos so executados de forma progressiva, em etapas que precisam ser planejadas, programadas e controladas.

Filho (2004) acrescenta que o conceito de produto define-se como algo que pode ser oferecido para a satisfao de uma necessidade ou mesmo de um desejo. BACK (1983, p 08) apud Devides (2006) refora que projeto uma idia ou plano de alguma coisa que formulada em uma configurao para comunicao e ao.

Projeto um processo do tipo conceitual, onde algumas exigncias funcionais de pessoas, individualmente ou em massa, so satisfeitas atravs do uso de um produto ou sistema, que deriva da traduo fsica do conceito. SLACK (1996, p. 90) apud DEVIDES (2006). Um conjunto de atividades que leva uma empresa ao lanamento de novos produtos ou ao aperfeioamento daqueles existentes. IIDA (1995, p. 358) apud DEVIDES (2006).

Um estudo de Hundal & Langholtz (1992) apud Gavira e Silva (2003) provou a utilidade das metodologias, onde a sistematizao dos processos de desenvolvimento de produtos nos mostra que perde-se mais tempo no projeto conceitual mas, em compensao, o tempo total de desenvolvimento torna-se menor;da mesma forma, a probabilidade de encontrar boas solues se eleva e a criatividade favorecida; torna-se mais fcil dominar o aumento de processos e produtos complexos; as pessoas envolvidas no processo, como os novos engenheiros, educados com os mtodos sistmicos, requerem menor treinamento antes de entrarem para projetos avanados.


2.2 Configuraes de projeto

Amaral (2006) defende que a configurao do projeto comea tendo o conceito escolhido e termina com o prottipo completamente desenvolvido e testado. Ele compreende quatro fases:

Gerao de idias;

Seleo de idias;

Analise das possibilidades de falha e seus efeitos;

Construo e testes do prottipo;

Como acontece em outras atividades do projeto, essas fases no ocorrem ordenadas desta maneira. Elas podem aparecer entrelaadas entre s e, em outros casos, fazendo-se necessario retroceder para melhorar um aspecto que ja foi examinado anteriormente ou ainda, avanar para conferiri certos aspectos do desenvolvimento. A analise de falhas pode ser antecipada para ajudar na seleo de idias.

Ao final do processo de configurao do projeto Amaral (2006) ressalta que, deve-se tomar deciso sobre a arquitetura do produto, a forma e funo de cada componente, definindo o processo de montagem e os tipos de materiais. A partir destas configuraes possivel tomar decises sobre fabricao ou compra de componentes de terceiros. Deve ainda, haver uma descrio do processo produtivo de cada componente, as ferramentas a serem utilizadas e os materiais empregados. Quando a especificao do projeto apresenta metas para desenhos tecnicos e procedimentos para o controle da qualidade, a especificao do produto dever detalh-lo em desenhos tecnicos e procedimentos para o controle de qualidade, a fim de conferir se estas metas sero alcanadas.

Silva e Menezes (2001) apud Devides (2006) afirma que as configuraes de projeto referem-se a um conjunto de aes propostas para encontrar a soluo para um problema tendo como base os procedimentos racionais e sistematicos. Desta forma, objetiva gerar conhecimento para aplicao prtica dirigidos soluo de problemas especificos, envolvendo verdades e interesses locais.

2.3 Arquitetura do produto

Segundo Amaral (2006), um produto pode ser descrito em termos funcionais ou fsicos. Os elementos funcionais so aqueles que executam operaes ou transformaes, contribuindo para o desempenho global do produto, e se examinados mais detalhadamente, cada componente apresenta suas prprias funes.

O mesmo defende ainda que os elementos fsicos de um projeto so


constitudos pelas peas, componentes e subconjuntos que exercem as funes do produto. Os elementos fsicos de um produto podem ser organizados em variados blocos, sendo que cada bloco composto de um certo conjunto de componentes que executam algumas funes do produto. O estudo das interaes entre estes blocos e o arranjo fsico dos mesmos, onde temos a constituio das configuraes de produto, denomina-se arquitetura do produto.

A arquitetura do produto pode ser classificada em modular e integrada. Diz-se que arquitetura modular aquela em que os blocos esto arranjados em mdulos, com as seguintes propriedades:

Cada mdulo exerce um ou alguns elementos funcionais de forma completa;

As interaes entre os blocos so bem definidas e geralmente so fundamentais para a realizao da funo principal do produto.

Uma grande vantagem da arquitetura modular segundo Amaral (2006) a possibilidade de se padronizar os blocos. Isso se torna possvel quando cada bloco exerce apenas um elemento funcional ou um pequeno conjunto dos mesmos. Desta forma o mesmo bloco pode ser utilizado em vrios modelos do produto. As variaes destes modelos poderiam ser conseguidas com diferentes combinaes entre os blocos.

O oposto a arquitetura integrada, que apresenta uma ou mais das seguintes caractersticas:

Os elementos funcionais do produto so distribudos em mais de um bloco;

Um bloco exerce muitos elementos funcionais;

As interaes entre os blocos so mal definidas;

Amaral (2006) destaca que as fronteiras entre os blocos da arquitetura integrada no ficam bem delimitadas e s vezes, nem existem, sendo que o produto pode ser considerado como um bloco nico. Muitos elementos funcionais podem ser combinados em poucos elementos fsicos. A principal desvantagem diz-se que a dificuldade em se introduzir mudanas no projeto. Em conseqncia, a manuteno tambm se torna mais difcil.

A gerncia do projeto diferente quando se trata de arquitetura modular e integrada. A primeira exige um cuidadoso planejamento na fase de definio do sistema e subsistemas do produto, at se chegar definio dos blocos.

Segundo Amaral (2006), nesta atividade o produto deve ser visto como sendo composto de diferentes partes, as quais esto relacionadas com os princpios de soluo total e com as funes a eles atribudas. Desta forma, as alternativas de soluo so desdobradas em sistemas, subsistemas e componentes (SSC) que devem atender s definies de produtos, conforme pode ser visto na figura abaixo (Figura 01).


Figura 1 Arquitetura do Produto. Fonte: Amaral et. al (2006)

Amaral (2006) define que a arquitetura de um produto trata-se de um esquema

onde os elementos funcionais do produto so arranjados em partes fsicas.

Decises sobre esta arquitetura influenciaro no gerenciamento e organizao

do esforo de desenvolvimento, pois as mesmas possibilitam que sejam

designadas atividades de projeto e testes.

O mesmo ainda destaca que o desenvolvimento da arquitetura de um produto

envolve a diviso e identificao dos sistemas, subsistemas e componentes

individuais, ainda sua localizao e orientao. A arquitetura de um produto

pode ser classificada como modular e integral.

2.4 Arquitetura de produto modular e integral

Segundo Amaral (2006), a arquitetura modular caracteriza-se por um a um dos mdulos implementarem uma ou poucas funes, no existindo o compartilhamento de funes entre dois ou mais mdulos; e as interaes entre os mdulos so bem definidas e fundamentadas para a realizao da funo global do produto.


O mesmo ainda define que a arquitetura modular, aquela na qual cada funo do produto implementada exatamente por um mdulo fsico, e as interaes entre os mdulos so poucas e bem definidas. Neste tipo de arquitetura, uma mudana pode ser feita em um mdulo apenas, no sendo necessrias modificaes em outros mdulos para que o produto possa funcionar corretamente.

O oposto da arquitetura modular a chamada arquitetura integral. Amaral (2006) define que essa caracterizada por ter as funes do produto distribudas em vrios conjuntos de componentes; desta forma, as interaes entre os componentes geralmente so mal definidas. Um produto desenvolvido com uma arquitetura integral projetado tendo em mente uma performance maior. As funes podem ser distribudas em vrios conjuntos de componentes, e as funes podem ainda ser combinadas em poucos componentes, otimizando o desempenho de certas dimenses ou parmetros, contudo, modificaes de projeto necessitam muitas vezes de um extenso trabalho de reprojeto do produto.

As decises sobre a estrutura do produto em mdulos geralmente se faz independente de fatores como: modificaes no produto, desempenho, variedade, padronizao dos componentes, manufatura e gerenciamento do projeto.

Para Amaral (2006), a arquitetura do produto define como os componentes fsicos se relacionam, definindo tambm como o produto pode ser modificado. Arranjos modulares permitem que mudanas sejam feitas em determinadas funes do produto, no afetando o projeto de outros mdulos. Para arranjos integrais do produto, uma modificao pode afetar diretamente funes, tornando necessrias mudanas em vrios componentes relacionados. Algumas razes para sofrer modificaes:

Atualizaes;

Adies;

Adaptaes;

Desgaste de certos componentes;

Consumo de materiais;

Flexibilidade no uso;

Reuso;

Em cada um destes casos, esta permite a minimizao das modificaes fsicas necessrias para obter uma determinada mudana funcional.


2.3. Desenvolvimento de principios de soluo para as funes

Segundo Amaral (2006), esta pode ser caracterizada como a transio do abstrato para o concreto, da funo forma. A cada uma das funes da estrutura funcional pode ser atribuido os principios de soluo. Para que isso seja possivel, necessrio a partir do correto entendimento da funo, a busca de um efeito fisico e de um portador de efeito fsico que, por meio de determinados comportamentos, realizem o objetivo da funo em questo, como apresentado na figura abaixo (Figura 02).

Figura 2 - Funo do Produto. Fonte: Amaral (2006)

Amaral (2006) ressalta ainda que os sistemas fsicos na natureza comportam-se de acordo com os princpios fsicos, qumicos e biolgicos. A funo ampliar foras pode ser vista como um exemplo de funo que pode ser realizado por diferentes efeitos fsicos.

Segundo Gomes Ferreira (1997) apud Amaral (2006), um portador de efeito , desta forma, um sistema fsico, com seus elementos e suas relaes entre elementos, definido qualitativamente, capaz de realizar o efeito fsico esperado. Ao se definir um portador de efeito fsico em questo, define-se o princpio de soluo a ser utilizado.

Para Amaral (2006), o portador do efeito deve representar qualitativamente o efeito ou o meio que desempenhar a funo desejada. Ele deve conter informaes a respeito dos elementos que compe o sistema, bem como das relaes entre esses elementos.

As informaes relacionadas aos elementos que constituem esse tipo de informao incluem desta forma: tipo de elemento, quantidade, forma, posio,


movimentos e atributos de material. O principio de soluo deve representar as formas aproximadas dos elementos, no referenciando as suas dimenses, salvo no caso daquelas necessrio s suas dimenses, ou daquelas necessrias ao entendimento da funo ou comportamento do principio de soluo.

Tambm as informaes referentes aos movimentos necessrios aos elementos do principio de soluo para o cumprimento de sua funo podem ser representadas por intermdio de desenhos esquemticos contendo to-somente linhas. (AMARAL, 2006)

2.5 Analise de Sistemas, Subsistemas e Componentes (SSC)

Para Amaral (2006), a analise de sistemas, subsistemas e componentes (SSC) compreende um refinamento, onde so identificados e analisados aspectos crticos do produto observados no ciclo de vida do produto, como questes de funcionamento, fabricao, montagem, desempenho, qualidade, custos, uso, descarte, outros.

O mesmo define ainda que toda alternativa de projeto de produto possua certos parmetros que so crticos para sua prpria operao. muito importante que se conhea quais so os parmetros crticos para o funcionamento do produto.

A arquitetura do produto geralmente representa o produto em termos de propriedades fsico-tcnicas, essenciais ao funcionamento. De maneira geral, um modelo de concepo deve ser suficientemente detalhado para ser possvel verificar custos, pesos e dimenses totais aproximadas, e a exeqibilidade deve ser assegurada tanto quanto as circunstncias permitam (AMARAL, 2006).

3. Mtodos e Tcnicas

O presente trabalho foi executado partindo do desenvolvimento do projeto do produto e em suma a estrutura funcional do produto. Desta forma, a raiz deste trabalho foi a anlise do projeto at sua fase conceitual para posterior elaborao de toda estrutura funcinal em conjunto com o andamento da elaborao do projeto detalhado.

Pode-se considerar, respeitando a natureza do projeto os seguintes tpicos:

Metodologia para projeto de produto.

Natureza cronolgica da elaborao do produto.

Estudo do produto e viabilidade.

Estrutura funcional de produtos.

Arquitetura de produtos.


O levantamento destas questes visa o aprimoranto da estrutura funcional do produto e permite que se crie vinculos entre a metodologia da realizao de um produto e a estrutura funcional que o mesmo deve comportar para suprir as necessidades do projeto.

Buscou-se como ferramenta para elaborao de toda estrutura funcional (rvore de detalhamento do produto) a pesquisa por princpios de soluo e a matriz de deciso j presentes no projeto do produto at a fase conceitual.

Acrescenta-se ainda que a estrutura funcional segue ramificaes de ordem de composio do produto, sendo desta forma todos segmentos que o produto deve comportar a partir da concepo do produto final.

4. Resultados e discusses

A modelagem funcional auxilia a equipe de projeto e permite que o produto seja representado por meio de suas funcionalidades realizadas pelas suas partes, visando que a obteno da estrutura de produto no restringe o espao de pesquisa a solues especificas.O resultado desta analise pode conduzir a uma melhor soluo do problema, proporcionando um entendimento mais claro da tarefa de projeto, a e identificao das funes do produto, o que indispensvel para o xito nas etapas subseqentes.

Funo global do produto

O projeto de produto desenvolvido pelo grupo deve exercer funes como fora de rotao, sistema de extrao e filtragem do produto, fora centrfuga. Levando em considerao os requisitos do produto, o mesmo apresenta estas caractersticas como forma de aprimoramento das qualidades do equipamento. Encontra-se como funo global a caracterstica principal a execuo da extracao de mel.

Estrutura funcional

A modelagem funcional auxilia a equipe de projeto e permite que o produto seja representado por meio de suas funcionalidades realizadas pelas suas partes, visando que a obteno da estrutura de produto no restringe o espao de pesquisa a solues especificas. O resultado desta anlise pode conduzir a uma melhor soluo do problema, proporcionando um entendimento mais claro da tarefa de projeto, a e identificao das funes do produto, o que de indispensvel para o xito nas etapas subseqentes.

No quadro 01, esto relacionados o incio e o fim do processo com a descrio que relaciona o sistema tcnico e a fsica do problema por meio de fluxos bsicos de material, energia e ajustes.


Incio do

processo Final do processo

Material (fluxo

principal)

Quadro com

favos. Mel

Energia Eltrica /

Mecnica

Energia perdida por atrito, calor, fluxo de

massa.

Ajustes Regulagens Controle do processo de extrao

Quadro 1 Incio e fim de processo- Estrutura Funcional. Fonte: Autores

Analisando os requisitos funcionais listados acima foi definida a funo global do produto: executar a extrao do mel. A necessidade de desenvolvimento de uma maquina extratora de mel a funo principal de nosso projeto.

Para desenvolver e idealizar vrias formas de atender a tarefa de projeto e que se faz uso da funo global previamente definida. Na linha de pensamento de utilizao de caractersticas tcnicas de maquinas j existentes no mercado para compor de forma mais eficiente a mquina extratora de mel, que se pode estabelecer com fundamentao que a funo global deve atender ao requisito fundamental de extrao do mel.

Avaliao das concepes

- Matriz de avaliao

A escolha das implementaes de solues, classificando de acordo com as prioridades dos clientes e a prpria escolha dos processos crticos leva a equipe de projeto a partir para a matriz de deciso, onde a mesma consiste em comparar concepes baseando-se em critrios, e selecionando a concepo que apresentar maior pontuao mediante a anlise. A concepo escolhida justamente a que apresentar maior nota, e em suma, ser aquela que mais se adqua as necessidades (requisitos) dos clientes e que proporcionar ao projeto maior probabilidade de xito.

- Layout do produto

O layout de um projeto o esquema pelo qual os elementos funcionais do produto saem do papel e so arranjados em partes fsicas. No entanto essa etapa os elementos que fazem parte do equipamento, bem como os que esto inter-relacionados com o mesmo, incluindo a sua estrutura, no sero


representados de forma exata, dimenses, todas as quantidades dos elementos e materiais.

Aps aplicar estes conhecimentos e atravs de anlise, definiu-se que o sistema com a seguinte configurao: A mquina conta com acionamento a partir da chave liga/desliga, contempla um sistema de rotao radial, e um sistema de regulagem de velocidades atravs da chave de trs posies. A mquina extratora de mel conta com um sistema prtico de desmontagem onde o mesmo pode ser feito atravs de parafusos. A mquina executa a extrao utilizando-se da fora centrpeta, onde o produto final pode ser filtrado pelo sistema (opcional) de filtragem do produto atravs da utilizao da peneira. O sistema gerador de potncia para a mquina parte da eletricidade. A mquina possui um sistema de regulagem das grades perpendicular ao eixo, onde o sistema de regulagem de fixao dos quadros feita atravs de parafusos. A mquina extratora de mel conta com um sistema de transmisso por polia e correia e mancal com rolamento. Para o caso de ocorrer possvel entupimento ou dificuldade de escoamento do produto ou a prpria movimentao dificultada do produto no equipamento, a mquina possui um sistema facilitador de escoamento atravs de um pino de movimentao que fica ligado ao eixo, facilitando o escoamento do produto. Assim como na grande maioria dos equipamentos, a mquina conta com um sistema de segurana do operador, sendo o mesmo feito atravs uma proteo de acrlico (tampa), impedindo que o operador venha a colocar as mos dentro do equipamento em pleno funcionamento.

5. Consideraes Finais

O desenvolvimento de produtos novos algo essencial para a competitividade e sucesso nas organizaes. Desta forma, o processo de desenvolvimento de novos produtos tambm se apresenta como fator fundamental na longevidade dos produtos.

Atravs da utilizao dos conceitos de projeto de produto e da definio de toda estrutura funcional, passando ainda pela arquitetura do produto, percebe-se com este trabalho que os mesmos demonstram-se importantes na elaborao do projeto e orientam na definio de fatores tais como estrutura funcional correlacionada com funo global, diminuindo consideravelmente as possibilidades de erros de projeto e desta forma, encaminhando-o ao sucesso atravs de melhores condies de abordagem e de realizao de projeto.

6. Referncias Bibliogrficas

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