Teses Usp Engenharia Mecânica

GUILHERME CANUTO DA SILVA

MODELO DE REFERNCIA PARA O PROCESSO DE

DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO AUTOMOTIVO E DIRETRIZES

PARA SELEO DE PROTTIPOS VIRTUAIS E FSICOS

So Paulo

2013

II

GUILHERME CANUTO DA SILVA

MODELO DE REFERNCIA PARA O PROCESSO DE

DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO AUTOMOTIVO E DIRETRIZES

PARA SELEO DE PROTTIPOS VIRTUAIS E FSICOS

Tese apresentada Escola Politcnica

da Universidade de So Paulo para

obteno do ttulo de Doutor em

Engenharia

rea de concentrao:

Engenharia Mecnica

Orientador:

Prof. Dr. Paulo Carlos Kaminski

So Paulo

2013

III

Este exemplar foi revisado e corrigido em relao verso original, sob

responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador.

So Paulo, de outubro de 2013.

Assinatura do autor ____________________________

Assinatura do orientador _______________________

FICHA CATALOGRFICA

Silva, Guilherme Canuto da

Modelo de referncia para o processo de desenvolvimento do produto automotivo e diretrizes para seleo de prottipos virtuais e fsicos / G.C. da Silva. -- verso corr. -- So Paulo, 2013.

255 p.

Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia Mecnica.

1.Desenvolvimento de produtos 2.Engenharia automotiva 3.Projeto automotivo 4.Prottipos I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia Mecnica II.t.

IV

AGRADECIMENTOS

Quero agradecer meu orientador Prof. Dr. Paulo Carlos Kaminski pela dedicao e

contribuies irrestritas para realizao desta tese.

Ao Prof. Dr. Marcos de Sales Guerra Tsuzuki, ao Prof. Dr. Eduardo de Senzi Zancul,

e ao Prof. Dr. Daniel Capaldo Amaral, pelas contribuies fornecidas para aprimorar

o texto desta tese.

Ao Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl, por permitir a realizao de parte desta pesquisa no

departamento de Datenverarbeitung in der Konstruktion (Dik), da Technische Universitt

Darmstadt na Alemanha.

Ao Prof. Dr.-Ing. Klaus Schtzer, a sua esposa Darlene, ao amigo Joselito Henriques e

a sua esposa Raquel, por todo o suporte e auxilio prestados durante minha estadia na

Alemanha.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) pela

bolsa de doutorado.

Ao Deutscher Akademischer Austausch Dienst (DAAD), por fornecer parte do subsdio

necessrio para minha estadia na Alemanha.

Aos professores integrantes, e aos colaboradores do Centro de Engenharia

Automotiva da Escola Politcnica da Universidade de So Paulo (CEA), pelo suporte

e apoio para a realizao das pesquisas de campo.

Aos alunos de iniciao cientfica, pelo auxilio no desenvolvimento de tpicos

especficos desta tese.

A minha esposa Ktia pela ajuda, pacincia e apoio incondicionais.

Aos meus pais, familiares e amigos, que direta ou indiretamente contriburam para a

realizao desta tese.

V

In der Mitte von Schwierigkeiten liegen die Mglichkeiten. Albert Einstein.

VI

RESUMO

O processo de desenvolvimento de produtos (PDP) formado por um conjunto de

atividades organizadas e interativas com o propsito de se planejar, desenvolver e

fabricar um produto que seja tcnico e economicamente vivel, alm de ser atrativo e

atender, quando possvel, todas as expectativas dos usurios. Para que tais

atividades sejam realizadas e concludas faz-se o uso de ferramentas de auxlio ao

PDP. Entre estas ferramentas esto os prottipos virtuais e os prottipos fsicos. A

utilizao de prottipos virtuais e fsicos no PDP traz maturidade ao projeto, reduz

as incertezas, e auxilia na conservao do fluxo de informao durante todo projeto,

desenvolvimento, implementao e operao da unidade fabril. Desta forma

diferentes prottipos so utilizados para diferentes necessidades, de modo que o

desenvolvimento do produto seja concludo e, em paralelo, se inicie o projeto do

processo de fabricao. Esta tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de

referncia especfico para o processo de desenvolvimento do produto automotivo,

denominado de PDP-Automotivo. A partir deste modelo de referncia, um conjunto

de diretrizes para a seleo de prottipos virtuais e fsicos proposto. O

PDP-Automotivo foi validado por meio de uma pesquisa de campo envolvendo

profissionais pertencentes montadoras, autopeas e empresas de projeto

automotivo. As diretrizes tambm foram analisadas e validadas por profissionais

atuantes no setor automotivo.

Palavras-chave: modelo de referncia. PDP-Automotivo. Prottipo virtual. Prottipo

fsico. Diretrizes. Montadoras.

VII

ABSTRACT

The product development process (PDP) consists of a set of organized and interactive

activities aiming to plan, develop and manufacture a technically and economically

feasible product. Moreover, this product is intended to be attractive and, when

possible, meet all users expectations. PDP-aiding tools, such as virtual prototypes

and physical prototypes, are used in order to perform and complete these activities.

The use of virtual prototypes and physical prototypes in PDP brings maturity to the

design, reduces uncertainties and helps to maintain the information flow during the

design, development, implementation and operation of the manufacturing unit.

Therefore, different prototypes are used to meet distinct needs allowing the

achievement of the products development process simultaneously to the start of the

manufacturing process design. This doctoral study presents the development of a

reference model specific for the automotive product development process, named

Automotive PDP. A set of guidelines for the selection of virtual and physical

prototypes is proposed from this reference model. Automotive PDP was validated by

a field research involving professional members from automakers, auto parts and

automotive design companies. The guidelines were also analyzed and validated by

professional individuals from the automotive sector.

Keywords: reference model. Automotive PDP. Virtual prototype. Physical prototype.

Guidelines. Automakers.

VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Esquematizao do conceito ............................................................................. 06

Figura 1.2 Associao das nomenclaturas sistemas; tcnicas/tecnologias;

software/programas e mquinas para prottipos virtuais ............................................... 08

Figura 1.3 Associao das nomenclaturas sistemas; tcnicas/tecnologias;

software/programas e mquinas para prottipos fsicos ................................................. 09

Figura 1.4 Estruturao da tese ........................................................................................... 17

Figura 2.1 Modelo geral de desenvolvimento de um projeto ......................................... 19

Figura 2.2 Diretrizes para o projeto e o desenvolvimento de produtos e sistemas ..... 21

Figura 2.3 Cronograma de planejamento da qualidade do produto ........................... 22

Figura 2.4 Exemplo de espiral de projeto......................................................................... 24

Figura 2.5 Os quatro domnios de acordo com o conceito de projeto axiomtico ..... 25

Figura 2.6 Viso geral do modelo de referncia do PDP ............................................... 26

Figura 2.7 O processo de desenvolvimento de produtos .............................................. 26

Figura 2.8 Representao de gates tcnicos e gerenciais no PDP .................................. 27

Figura 2.9 Viso geral do PDP da montadora asitica ................................................... 30

Figura 2.10 Organograma bsico da montadora asitica ................................................ 32

Figura 2.11 PDP da montadora europeia ........................................................................... 33

Figura 2.12 Digital mock-up automotivo ............................................................................. 35

Figura 2.13 Organograma bsico da montadora europeia .............................................. 38

Figura 2.14 PDP da montadora americana ........................................................................ 39

Figura 2.15 Organograma bsico da montadora americana ........................................... 44

IX

Figura 3.1 Sistemas computacionais no PDP ................................................................... 55

Figura 3.2 Subdiviso para os sistemas CAD .................................................................. 56

Figura 3.3 Visualizao de um modelo em fio de arame: A) estruturas para

acondicionar a matria prima. B) bancadas de trabalho. C) trabalhadores .................. 57

Figura 3.4 Visualizao de um modelo de superfcies ..................................................... 57

Figura 3.5 Visualizao de um modelo slido .................................................................. 58

Figura 3.6 Processo de formulao, anlise e soluo de problemas de engenharia . 59

Figura 3.7 Exemplos de malha estruturada (a) e no estruturada (b) ......................... 61

Figura 3.8 Relao entre ns e coordenadas nos modelos fsico e lgico .................... 62

Figura 3.9 Abordagem do mtodo das diferenas finitas .............................................. 64

Figura 3.10 Abordagem do mtodo dos elementos finitos .............................................. 66

Figura 3.11 Exemplos de elementos utilizados em (a) uma, (b) duas e (c) trs

dimenses ............................................................................................................................... 66

Figura 3.12 Viso holstica do sistema FD ......................................................................... 70

Figura 3.13 Princpio de funcionamento do sistema composto de RV .......................... 73

Figura 3.14 Visualizao do exterior do modelo virtual de um automvel ................. 74

Figura 4.1 Princpio da tcnica/tecnologia SLA ............................................................... 81

Figura 4.2 Princpio da tcnica/tecnologia LOM ............................................................. 82

Figura 4.3 Princpio da tcnica/tecnologia SLS ................................................................ 83

Figura 4.4 Princpio da tcnica/tecnologia FDM .............................................................. 84

Figura 4.5 Princpio da tcnica/tecnologia 3DP ............................................................. 85

X

Figura 4.6 (A) Modelo padro em SLA. (B) Colocao do modelo padro no

recipiente, e deposio do silicone. (C). Cura do silicone. (D) Remoo do modelo

padro e concluso do molde em silicone ......................................................................... 88

Figura 4.7 Princpios da 3D KelTool.............................................................................. 89

Figura 4.8 Princpios da DirectAIM: (A) insertos slidos; (B) caixa e (C) caixa com

aletas ........................................................................................................................................ 90

Figura 4.9 Princpios do sistema de arrefecimento do molde na DirectTool (A)

arrefecimento convencional. (B) sistema do tipo internal conformal cooling channels ... 91

Figura 4.10 Princpios da Sand Casting. (A) Modelo 1 em CAD. (B) Modelo 2 em

CAD. (C) Molde em areia do modelo 1. (D) Molde do modelo 2 em areia................... 92

Figura 4.11 Princpios da usinagem CNC ......................................................................... 95

Figura 4.12 Prottipo fsico de um objeto genrico fabricado em HSM. (A) geometria

3D. (B) prottipo fsico concludo ........................................................................................ 96

Figura 4.13 Princpio da Vacuum Bagging. (A) molde construdo em CNC. (B) material

de fabricao do prottipo e molde em invlucro. (C) ps-cura do prottipo. (D)

prottipo concludo ............................................................................................................... 97

Figura 5.1 Representao mnemnica do PDP-Automotivo ....................................... 102

Figura 6.1 Procedimento para utilizao das diretrizes ................................................ 141

XI

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 Tipos de prottipos e suas aplicaes ........................................................... 04

Tabela 2.1 Distribuio da produo de autoveculos por continentes ...................... 28

Tabela 2.2 Comparativo entre o referencial terico e os trs exemplos de PDP

automotivos ............................................................................................................................ 45


automotivos para as estruturas dos modelos de PDP ...................................................... 47


automotivos para as fases do PDP ...................................................................................... 48


automotivos para as atividades do PDP ............................................................................ 49


automotivos para as estruturas organizacionais bsicas do PDP .................................. 50

Tabela 3.1 Vantagens (V) e desvantagens (D) entre as malhas estruturada e no

estruturada.............................................................................................................................. 62

Tabela 3.2 Algumas caractersticas dos mtodos das diferenas finitas, dos volumes

finitos e dos elementos finitos .............................................................................................. 68

Tabela 3.3 Abordagem da literatura para Fbrica Digital (FD) .................................... 71

Tabela 3.4 Exemplos de software CAD/CAE e seus respectivos mtodos numricos

.................................................................................................................................................. 75

Tabela 4.1 Sntese das principais tcnicas/tecnologias de prototipagem

rpida (PR) .............................................................................................................................. 86

Tabela 4.2 Sntese das principais tcnicas/tecnologias de ferramental rpido (FR) .. 94

XII

Tabela 4.3 Sntese das principais tcnicas/tecnologias de remoo de material

(RM) ......................................................................................................................................... 99

Tabela 5.1 Principais atividades da macrofase da estratgia do produto ................ 104

Tabela 5.2 Principais atividades da macrofase de desenvolvimento do produto e do

processo ................................................................................................................................. 110

Tabela 5.3 Principais atividades da macrofase de produo e melhoria contnua

................................................................................................................................................ 113

Tabela 5.4 Distribuio dos respondentes de acordo os subgrupos .......................... 117

Tabela 5.5 Distribuio dos respondentes de acordo com a ocupao profissional 118

Tabela 5.6 Questionrios vlidos e questionrios no vlidos .................................... 118

Tabela 5.7 Atividades no diretamente presentes em empresas de autopeas ........ 120

Tabela 5.8 Viso global da organizao e distribuio das respostas, para a atividade

(Ia) contida na fase 1: estudo de mercado (EDM) ........................................................... 122

Tabela 5.9 Viso das respostas, para a atividade (Ia) contida na fase 1: estudo de

mercado (EDM) .................................................................................................................... 122

Tabela 5.10 Distribuio da dos resultados para a atividade (Ia) da fase1: estudo

de mercado (EDM) .............................................................................................................. 123

Tabela 5.11 Resultados globais obtidos para o PDP-Automotivo ............................... 124

Tabela 5.12 Resultados globais das macrofases e marcos tcnico e gerencial do

PDP-Automotivo ................................................................................................................. 125

Tabela 5.13 Resultados globais das fases contidas na macrofase da estratgia do

produto. ................................................................................................................................. 126

XIII

Tabela 5.14 Resultados globais das fases contidas na macrofase de desenvolvimento

do produto e do processo ................................................................................................... 127

Tabela 5.15 Resultados globais das fases contidas na macrofase de produo e

melhoria contnua ................................................................................................................ 128

Tabela 5.16 Atividades com mdias gerais menor que 4,0 .......................................... 129

Tabela 5.17 Atividades complementares para a macrofase da estratgia do

produto .................................................................................................................................. 130

Tabela 5.18 Atividades vlidas para incorporao no PDP-Automotivo ................... 131

Tabela 5.19 Atividades complementares para a macrofase de desenvolvimento do

produto e do processo ......................................................................................................... 132

Tabela 5.20 Atividades vlidas para incorporao no PDP-Automotivo ................... 132

Tabela 5.21 Atividades complementares para a macrofase de produo e melhoria

contnua ................................................................................................................................. 132

Tabela 5.22 Atividades no vlidas para incorporao no PDP-Automotivo ........... 133

Tabela 5.23 Incorporao das atividades complementares conforme a macrofase e a

fase do PDP-Automotivo .................................................................................................... 134

Tabela 5.24 Incorporao das atividades complementares conforme a macrofase e a

fase do PDP-Automotivo .................................................................................................... 134

Tabela 6.1 Sistemas e tcnicas/tecnologias possveis de serem utilizadas para criao

de prottipos virtuais .......................................................................................................... 138

Tabela 6.2 Sistemas e tcnicas/tecnologias possveis de serem utilizadas para

fabricao de prottipos fsicos ......................................................................................... 140

Tabela 6.3 Distribuio das amostras de acordo com os subgrupos ........................... 143

XIV

Tabela 6.4 Distribuio das amostras de acordo o cargo .............................................. 143

Tabela 6.5 Distribuio dos resultados para as questes 1, 2, 3, 4 e 5 ......................... 144

Tabela 6.6 Comentrios, crticas e/ou sugestes sobre o procedimento .................... 145

XV

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

0S 0 Serie

3D Three Dimensional

APQP Advanced Product Quality Planning

CAD Computer Aided Design

CAE Computer Aided Engineering

CAM Computer Aided Manufacturing

CDP Conceito do Processo

CLG Conceito Logstico

CNC Computer Numeric Control

CSP Conceito do Sistema de Produo

DAR Dimensionamento e Alocao de Recursos

DDC Desenvolvimento do Conceito

DDE Desenvolvimento do Estilo

DDM Desenvolvimento dos Mdulos

DDS Descontinuidade da Srie

DE/LH1 Designentscheidung/Lastenheft 1

DIC Direct Investiment Casting

DKM Datenkontrollmodell

DKM/LH2 Datenkontrollmodell/Lastenheft 2

DMU Digital Mock-up

EDM Estudo do mercado

EDP Estabilidade do Processo

EDS Estabilidade da Srie

EOP End of Production

FDM Fused Deposition Modelling

FR Ferramental Rpido

HSM High-speed Machining

IFE Infraestrutura

IIC Indirect Investment Casting

XVI

IJP Inkjet Printing

IJP-3D Inkjet Printing-Three Dimensional

IPS Incio da Produo Seriada

LDP Lanamento do Produto

LF Launchfreigabe

LH2 Lastenheft 2

MDF Mtodo das Diferenas Finitas

MDM Monitoramento do Mercado

ME Markteinfhrung

MEF Mtodo dos Elementos Finitos

MFA Modelagem por Fio de Arame

MR Market Review

MSO Modelagem por Slidos

MSU Modelagem por Superfcies

MVF Mtodo dos Volumes Finitos

NPA No Paramtrico

PAR Paramtrico

PCO Prottipo Conceito

PD Projektdefinition

PDP Processo de Desenvolvimento de Produtos

PDT Product Development Team

PE Projektentscheidung

PF Prottipo Fsico

PFI Prottipo Final

PFU Prottipo Funcional

PGE Prottipo Geomtrico

POP Posicionamento do Produto

POS Positionierung

PP Physical Prototyping

PPF Projeto do Processo de Fabricao

PPP Planejamento e Preparao da Produo

XVII

PPS Produktplanungsstart

PR Prototipagem Rpida

PRP Projeto do Produto

PSP Pr-srie de Produo

PTE Prottipo Tcnico

PV Prottipo Virtual

PVS Produktionsversuchsserie

RAR Redimensionamento e Alocao de Recursos

RP Rapid Prototyping

RT Rapid Tooling

RTC Reduo dos Tempos de Ciclo

RVT Reviso Tcnica

SBP Statusbericht Produktplanung

SL Stereolithography

SLS Selective Laser Sintering

SOP Start of Production

SP Strategische Projektvorbereitung

TAP Tecnologia e Automao do Processo

TDI Testes das Instalaes

TVF Testes e Validao Final

UP Unidade de Produo

V1PT Virtuellen 1. Prototypen

VDA Verband der Automobilindustrie

VDI Verein Deutscher Ingenieure

VP Virtual Prototyping

XVIII

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

1 INTRODUO ..................................................................................................................... 1

1.1 Prottipos virtuais e fsicos no PDP ............................................................................ 2

1.1.1 Caracterizao e padronizao das nomenclaturas: ferramentas; sistemas;

tcnicas/tecnologias; softwares/programas e mquinas............................................. 4

1.1.2 Prottipo virtual (PV) e seus sistemas; tcnicas/tecnologias;

softwares/programas e mquinas .................................................................................... 7

1.1.3 Prottipo fsico (PF) e seus sistemas; tcnicas/tecnologias; softwares/

programas e mquinas .................................................................................................... 8

1.2 O problema de pesquisa ............................................................................................... 9

1.3 Justificativa da pesquisa .............................................................................................. 10

1.4 Objetivo ......................................................................................................................... 12

1.5 Classificao da pesquisa ............................................................................................ 13

1.5.1 Classificao da pesquisa de acordo com a rea de conhecimento ............... 13

1.5.2 Classificao da pesquisa de acordo com a finalidade .................................... 13

1.5.3 Classificao da pesquisa de acordo com o nvel de explicao .................... 13

1.5.4 Classificao da pesquisa de acordo com os mtodos adotados .................... 14

XIX

1.6 Estrutura da tese .......................................................................................................... 15

2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS (PDP) ................................ 18

2.1 Referencial terico ........................................................................................................ 18

2.2 Estudo de caso .............................................................................................................. 28

2.2.1 O processo de desenvolvimento de produtos de uma montadora asitica .. 29

2.2.2 O processo de desenvolvimento de produtos de uma montadora europeia 33

2.2.3 O processo de desenvolvimento de produtos de uma montadora americana

........................................................................................................................................... 39

2.3 Comparativo entre o referencial terico e o estudo de caso .................................. 44

2.4 Consolidao do captulo ........................................................................................ 51

3 PROTTIPO VIRTUAL ..................................................................................................... 53

3.1 Referencial terico ........................................................................................................ 53

3.1.1 Sistemas de projeto auxiliado por computador (CAD) ................................... 55

3.1.2 Sistemas de engenharia auxiliada por computador (CAE) ............................. 58

3.1.3 Sistemas compostos .............................................................................................. 69

3.2 Consolidao do captulo............................................................................................ 76

4 PROTTIPO FSICO .......................................................................................................... 78

4.1 Prototipagem rpida (PR) ........................................................................................... 79

4.1.1 Estereolitografia (SLA) ......................................................................................... 80

4.1.2 Manufatura laminar de objetos (LOM) .............................................................. 82

XX

4.1.3 Sinterizao seletiva a laser (SLS) ....................................................................... 83

4.1.4 Modelagem por fuso e deposio (FDM) ........................................................ 83

4.1.5 Impresso tridimensional (3DP) ......................................................................... 84

4.1.6 Sntese das tcnicas/tecnologias de PR.............................................................. 85

4.2 Ferramental Rpido (FR) ............................................................................................ 87

4.2.1 Tcnicas/tecnologias de FR baseadas em SLA ................................................. 87

4.2.2 Tcnicas/tecnologias de FR baseadas em LOM ............................................... 90

4.2.3 Tcnicas/tecnologias de FR baseadas em SLS .................................................. 91

4.2.4 Tcnicas/tecnologias de FR baseadas em FDM ................................................ 92

4.2.5 Tcnicas/tecnologias de FR baseadas em 3DP ................................................. 92

4.2.6 Sntese das tcnicas/tecnologias de FR .............................................................. 93

4.3 Remoo de material (RM) ......................................................................................... 95

4.3.1 Usinagem de alta velocidade (HSM) .................................................................. 96

4.3.2 Vacuum Bagging ..................................................................................................... 96

4.3.3 Sntese das tcnicas/tecnologias de RM ............................................................ 97

4.4 Consolidao do captulo.......................................................................................... 100

5 MODELO DE REFERNCIA PARA O PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DO

PRODUTO AUTOMOTIVO............................................................................................... 101

5.1 Proposio do modelo de referncia (PDP-Automotivo) .................................... 101

5.2 Validao do modelo de referncia (PDP-Automotivo) ...................................... 114

XXI

5.2.1 Definio dos objetivos ....................................................................................... 115

5.2.2 Instrumento de coleta de dados ........................................................................ 115

5.2.3 Seleo das amostras ........................................................................................... 116

5.2.4 Coleta dos dados ................................................................................................. 117

5.2.5 Organizao dos dados coletados ..................................................................... 118

5.3 Apresentao e discusso dos resultados ............................................................... 124

5.3.1 Concluso dos resultados ................................................................................... 133

5.4 Concluso do captulo ............................................................................................... 134

6 DIRETRIZES PARA A SELEO DE PROTTIPOS VIRTUAIS E FSICOS .......... 136

6.1 Desenvolvimento das diretrizes .............................................................................. 136

6.2 Procedimento para utilizao das diretrizes .......................................................... 141

6.3 Validao das diretrizes ............................................................................................ 142

6.3.1 Desenvolvimento do questionrio .................................................................... 142

6.3.2 Seleo das amostras ........................................................................................... 142

6.3.3 Coleta das informaes ....................................................................................... 143

6.3.4 Anlise e discusso dos resultados ................................................................... 143

6.4 Consolidao do captulo.......................................................................................... 146

7 CONCLUSO ................................................................................................................... 147

7.1 Trabalhos futuros ....................................................................................................... 150

XXII

REFERNCIAS ..................................................................................................................... 152

APNDICE A Teses de doutorado sobre o PDP defendidas entre os anos de 2001 e

2010 ........................................................................................................................................ 167

APNDICE B Exemplos de software CAD/CAE e seus respectivos mtodos

numricos .............................................................................................................................. 172

APNDICE C Estrutura organizacional proposta para o PDP-Automotivo .............. 177

APNDICE D Modelo de questionrio utilizado na pesquisa ..................................... 186

APNDICE E Distribuio dos respondentes e das notas para todas as atividades do

questionrio .......................................................................................................................... 201

APNDICE F Identificao da necessidade de uso de prottipos de acordo com a

atividade do PDP-Automotivo .......................................................................................... 210

APNDICE G Modelo de questionrio utilizado na pesquisa de validao das

diretrizes ............................................................................................................................... 222

1

1 INTRODUO

O processo de desenvolvimento de produtos (PDP) consiste em um conjunto de

atividades em que se busca, a partir das necessidades do mercado e considerando as

possibilidades, restries tecnolgicas e as estratgias competitivas da empresa,

chegar s especificaes de projeto de um produto e de seu processo de produo,

para que a manufatura seja capaz de fabric-lo (ROZENFELD et al., 2006).

O PDP tambm pode ser definido como um conjunto de atividades interligadas, em

partes simultneas, com resultados mensurveis e sequenciais (marcos), envolvendo

quase todos os departamentos da empresa ou organizao, com o objetivo de

transformar as necessidades do mercado, explcitas ou implcitas, em produtos e ou

servios economicamente viveis (KAMINSKI, 2000).

Em um primeiro nvel, as empresas transformam a matria prima e outras entradas

em processos organizados, baseados em uma diviso laboral, em produtos e servios

que podem ser vendidos no mercado (PRIES; SCHWEER, 2004).

Em sntese, o processo de desenvolvimento de produtos se inicia com uma macrofase

de planejamento estratgico, onde os objetivos e metas do produto ou conjunto de

produtos so definidos. Uma vez definido o conjunto de produtos, se tem a formao

do portflio de projetos da organizao, do qual determinados projetos podem, ou

no se tornar produtos a serem desenvolvidos.

Com a determinao do produto a ser desenvolvido, se tem a macrofase do

desenvolvimento do produto e dos demais meios necessrios para a sua fabricao.

Atividades auxiliares ao desenvolvimento do produto, como dimensionamento e

treinamento de colaboradores, definio de fornecedores e planejamento do fluxo

logstico tambm ocorrem nesta macrofase.

Antes que a macrofase de desenvolvimento seja concluda, inicia-se a macrofase de

lanamento do produto no mercado. Nesta macrofase ocorrem os testes de produo,

a produo em escala e o lanamento do produto no mercado.

2

As redes de distribuio so abastecidas com o produto e faz-se a circulao do

produto no mercado, dependendo das caractersticas e ou objetivos e metas da

organizao.

Com o encerramento do tempo determinado para a comercializao do produto, se

inicia a descontinuao do produto, e a execuo dos planejamentos necessrios para

a retirada do produto do mercado.

1.1 Prottipos virtuais e fsicos no PDP

O uso de prottipos1 virtuais e fsicos no processo de desenvolvimento de produtos

(PDP) se faz necessrio, pois trs maturidade ao projeto, reduz as incertezas e auxilia

na conservao do fluxo de informao do produto durante todo o desenvolvimento.

A utilizao de prottipos no PDP ocorre desde o incio do desenvolvimento do

produto, at o lanamento do produto no mercado. Diferentes prottipos so

utilizados para diferentes necessidades, de modo que o projeto e o desenvolvimento

do produto (PRP) sejam concludos e, em paralelo, se inicie o projeto do processo de

fabricao do produto (APQP, 1997, p.6).

Os prottipos tambm so utilizados no projeto do processo de fabricao (PPF), seja

para a simulao de um processo, ou para o desenvolvimento de meios auxiliares

para a produo do produto. Com o PPF finalizado, as instalaes fsicas so

realizadas e a produo do produto iniciada. Uma vez que o produto est em

fabricao ocorre sua insero no mercado e a sua venda aos consumidores.

Mesmo com a fabricao do produto mudanas no processo produtivo e no prprio

produto so realizadas, auxiliadas pelo uso de prottipos construdos em instalaes

definitivas. Estas mudanas podem ocorrer para reduzir custos, adicionar novas

caractersticas ao produto, melhorar a qualidade e a confiabilidade, ou para unificar

componentes existentes em diferentes modelos produzidos na mesma organizao

(CANDIDO; KAMINSKI, 2008).

1 Primeiro tipo ou exemplar; modelo (FERREIRA, 2004).

3

Os prottipos podem ser virtuais ou fsicos, dependendo da necessidade e da

aplicao.

Quanto aplicao os prottipos podem ser caracterizados como: prottipo

conceitual; prottipo geomtrico; prottipo funcional; prottipo tcnico e prottipo

final (VDI 3404, 2009).

Os prottipos conceituais (PCO) so a primeira idealizao do conceito do produto

e/ou da fabricao.

Os prottipos geomtricos (PGE) so aplicados na avaliao do tamanho, na forma e

ainda na avaliao das sensaes provocadas pelo tato com o produto e/ou com a

fabricao.

Os prottipos funcionais (PFU) incorporam as funes definidas do produto e/ou

da fabricao. Algumas ou todas as funes podem ser testadas. A forma geomtrica

pode ser diferente do produto e/ou da fabricao final.

Os prottipos tcnicos (PTE) no diferem significativamente do produto e/ou da

fabricao final. Contudo, a tcnica/tecnologia utilizada para se criar ou fabricar o

produto/componente e/ou da fabricao/dispositivo pode variar, quando

comparada com a utilizada na fabricao final.

Os prottipos finais (PFI) so utilizados para um propsito determinado, por

exemplo na fabricao de pequenos lotes de produtos. O PFI essencialmente um

prottipo fsico. Em determinados casos, pode ainda ser comercializado.

A tabela 1.1 mostra uma sntese dos diferentes prottipos descritos e suas aplicaes.

4

Tabela 1.1 Prottipos e suas aplicaes.

(VDI 3404, 2009 adaptado pelo autor).

Para a criao de prottipos virtuais e para a fabricao de prottipos fsicos,

diferentes sistemas, tcnicas/tecnologias so utilizadas. Entretanto, para melhor

compreenso desta afirmao, uma caracterizao e padronizao das nomenclaturas

utilizadas nesta tese se fazem necessrio.

1.1.1 Caracterizao e padronizao das nomenclaturas: ferramentas; sistemas;

tcnicas/tecnologias; softwares/programas e mquinas

Os trabalhos publicados sobre CAD/CAE, que incluem artigos, livros e demais obras

sobre o tema, apresentam uma caracterizao no padronizada do que seja

CAD/CAE.

Blach; Landauer; Rsch e Simon (1998) caracterizam CAD como sendo um sistema. A

VDI 4426 (2004) caracteriza CAD como um termo genrico para vrias atividades que

utilizam processamento eletrnico de dados, para projetar e construir, de forma

direta ou indireta. Barbieri; Bruno; Caruso e Muzzupappa (2008) caracterizam

CAD/CAE como sendo ferramentas de projeto. Noor (2011) caracteriza CAD/CAE,

entre outros, como sendo tecnologias auxiliadas por computador (CAx). Outros

trabalhos com diferentes caracterizaes sobre o tema CAD/CAE ainda podem ser

citados.

Com o objetivo de padronizar as nomenclaturas utilizadas nesta tese, uma

organizao e padronizao das nomenclaturas ferramenta; sistema; tcnica;

tecnologia; software e mquina proposta.

prottipo aplicao

conceitual Avaliao do conceito do produto e/ou da fabricao.

geomtrico Avaliao da geometria do produto e/ou da fabricao.

funcional Avaliao de funes do produto e/ou da fabricao.

tcnico Teste piloto do produto/componente e/ou da fabricao/dispositivo.

final Pequenos lotes*.

* Apenas para prottipos fsicos.

5

A proposio est fundamentada no significado da palavra, conforme o dicionrio

brasileiro Ferreira (2004), e na argumentao do autor.

Ferramenta: 2.Utenslio(s) duma arte ou ofcio.

Sistema: 1.Conjunto de elementos, entre os quais haja alguma relao.

2.Disposio das partes ou dos elementos de um todo, coordenados entre si,

e que formam estrutura organizada.

Tcnica: 1.O conjunto de processos duma arte ou cincia.

Tecnologia: Conjunto de conhecimentos, esp. princpios cientficos, que se

aplicam a um determinado ramo de atividade.

Software: 1.Em um sistema computacional, o conjunto dos componentes

informacionais, que no faz parte do equipamento fsico e inclui os

programas e os dados a eles associados. 2.Qualquer programa ou conjunto

de programas de computador.

Programa: 5.Inform. Sequncia completa de instrues a serem executadas

por computador. 7.Tec. Conjunto previamente definido de instrues a

serem executadas por uma mquina capaz de interpret-las. 8. Programa de

computador.

Mquina: 1.Aparelho para comunicar movimento, ou para aproveitar, pr

em ao ou transformar, energia ou agente natural. (FERREIRA, 2004).

Para o autor desta tese, ferramenta o utenslio, ou o objeto criado, com o propsito

de auxiliar o processo de desenvolvimento do produto.

Sistema um conjunto de elementos independentes, com finalidades distintas, mas

que se relacionam para atender objetivos comuns e necessrios para o funcionamento

do sistema.

Tcnica so o conjunto de mtodos, processos e conhecimentos.

6

Tecnologia a forma de utilizar a tcnica, ou o conjunto de mtodos, processos e

conhecimentos, para a realizao dos objetivos necessrios para o funcionamento do

sistema.

Software o programa ou conjunto de programas de computador utilizado para

transformar a tcnica/tecnologia em uma linguagem computacional, ou uma lista de

instrues, que possa ser interpretada e executada pelo computador. por meio do

software que a interface entre o homem e o computador (mquina) realizada. Tem

como entradas os requisitos do usurio, e como sadas resultados analisveis e

interpretveis.

Programa uma sequncia completa de instrues, constitudas por uma linguagem

especfica, executadas por um software contido num computador.

Mquina o meio ou equipamento utilizado (por exemplo, o computador), que

combina e transforma os sistemas; tcnicas/tecnologias; software/ programas e a

energia, no produto final desejado.

A figura 1.1 mostra uma esquematizao para as nomenclaturas propostas.

Figura 1.1 Esquematizao do conceito.

Os prottipos virtuais e fsicos so utilizados no auxlio ao processo de

desenvolvimento de produtos (PDP). No caso do PDP-Automotivo esta afirmao

tambm pertinente. Portanto, nesta tese, ambos os prottipos, virtual e fsico, sero

ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

mq

uin

a

energia

ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

software/programa

mq

uin

a

energia

7

considerados como ferramentas, pois so utenslios de um ofcio, ou objetos de uma

profisso, que neste caso a engenharia, para auxiliar o PDP-Automotivo.

As sees 1.1.2 e 1.1.3 mostram uma aproximao para associao e aplicao das

nomenclaturas propostas para o prottipo virtual (PV) e para o prottipo fsico (PF).

1.1.2 Prottipo virtual (PV) e seus sistemas; tcnicas/tecnologias;

softwares/programas e mquinas

Os prottipos virtuais (PV) so criados em sistemas, por intermdio dos quais

geometrias tridimensionais (3D), cores e texturas de superfcie so geradas, de forma

a integrar o ser humano a um ambiente virtual criado por computador

(ZORRIASSATINE, et al., 2003; BERNARD, 2005; CECIL; KANCHANAPIBOON,

2007).

No caso do PV, sistema so os sistemas computacionais utilizados para a criao do

PV, por exemplo: sistemas de projeto auxiliado por computador (CAD) e os sistemas

de engenharia auxiliada por computador (CAE).

A tcnica/tecnologia so as tcnicas/tecnologias utilizadas na modelagem e

simulao do PV, por exemplo: modelagem por fio de arame (wireframe modelling);

modelagem por superfcies (surface modelling); modelagem por slidos (solid

modelling) (LEE, 1999; VDI 4426, 2004); mtodo dos elementos finitos (MEF), mtodo

dos volumes finitos (MVF) e o mtodo das diferenas finitas (MDF); (BATHE, 1996;

PEIR; SHERWIN, 2005; SCHFER, 2006; CZICHOS; SAITO; SMITH, 2006; TALER;

DUDA, 2006).

Software o programa ou conjunto de programas utilizados para transformar a

tcnica/tecnologia, em uma linguagem computacional, por exemplo: software

CAD/CAE.

A mquina o meio ou equipamento utilizado, que combina e transforma os

sistemas; tcnicas/tecnologias; software/programas e a energia, no produto final

desejado, neste caso particular, no prottipo virtual.

8

A figura 1.2 mostra uma associao das nomenclaturas esquematizadas na figura 1.1,

para os sistemas; tcnicas/tecnologias; programas/software e mquinas, utilizados na

criao de um prottipo virtual.

Figura 1.2 Associao das nomenclaturas sistemas; tcnicas/tecnologias; software/programas e

mquinas para prottipos virtuais.

Demais sistemas, que fazem o uso combinado de sistemas CAD/CAE, podem ser

considerados como sistemas compostos, por exemplo: Fbrica Digital (FD) e

Realidade Virtual (RV).

1.1.3 Prottipo fsico (PF) e seus sistemas; tcnicas/tecnologias; softwares/

programas e mquinas

Os prottipos fsicos (PF) so fabricados em sistemas, nos quais produtos so gerados

para diversos propsitos, como: anlise ergonmica, esttica, montagem, testes

funcionais, entre outras aplicaes (ZORRIASSATINE, et al., 2003).

No caso do PF, sistema so os sistemas de prototipagem utilizados na fabricao do

PF, por exemplo: sistemas de prototipagem rpida (PR), sistemas de ferramental

rpido (FR) e sistemas de remoo de material (RM).

A tcnica/tecnologia so as tcnicas/tecnologias de prototipagem utilizadas na

fabricao do PF, por exemplo: estereolitografia (SLA); modelagem por fuso e

deposio (FDM); sinterizao seletiva a laser (SLS); impresso 3D (3D printer);

remoo de material (RM); Vacuum Bagging (KAI; JACOB; MEI, 1997; PHAM;

ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

mq

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energia

ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

software/programa

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energia

prottipo virtual (PV)

CAD/CAE

wireframe; surface; solidMDF; MVF; MEF

software CAD/CAE

com

puta

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9

GAULT, 1998; UPCRAFT; FLETCHER, 2003; SILVA; KAMINSKI, 2007; SILVA;

KAMINSKI, 2010; SILVA, 2008; VDI 3404, 2009).

Software so os programas utilizados para transformar as tcnicas/tecnologias

advindas do PV, em uma linguagem compatvel com o software/programa de

prototipagem, por exemplo: software de prototipagem rpida.

A mquina o meio ou equipamento utilizado, que combina e transforma os

sistemas; tcnicas/tecnologias; software/programas e a energia, no produto final

desejado, neste caso particular, no prottipo fsico.

A figura 1.3 mostra uma associao das nomenclaturas esquematizadas na figura 1.1,

para os sistemas; tcnicas/tecnologias; programas/software e mquinas, utilizados na

criao de um prottipo fsico.

Figura 1.3 Associao das nomenclaturas sistemas; tcnicas/tecnologias; software/programas e

mquinas para prottipos fsicos.

1.2 O problema de pesquisa

De acordo com Gil (2010) a maneira mais fcil e direta de formular um problema

por meio da formulao de perguntas. Posto esta afirmao, o problema de pesquisa

desta tese est formulado de acordo com cinco questes.

Questo 1: por que se faz necessrio desenvolver um modelo de referncia especfico para o

processo de desenvolvimento do produto automotivo?

Questo 2: quais so os instantes no PDP em que h a necessidade de se utilizar prottipos?

energia

prottipo fsico (PF)

PR/FR/RM

SL; SLS; FDM; 3D Printerusinagem; fresagem;

torneamento

software CAM/PR

ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

mq

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ferramenta

sistema

tcnica/tecnologia

software/programa

mq

uina

com

puta

dor

energia

10

Questo 3: como definir quais so os prottipos (PV ou PF) que podem ser utilizados?

Questo 4: como selecionar qual ou quais so os sistemas adequados para a criao, ou para a

fabricao destes prottipos?

Questo 5: como definir quais so as tcnicas/tecnologias, que podem ser utilizadas para a

criao, ou para a fabricao destes prottipos?

1.3 Justificativa da pesquisa

O aprimoramento do processo de desenvolvimento de produtos j est consolidado

como uma forma estratgica das organizaes manterem sua competitividade e

buscar diferentes maneiras de continuar desenvolvendo e lanando produtos

atrativos no mercado local e global.

Um aspecto identificado por Clark e Fujimoto (1991), Clark e Wheelright (1993),

Clausing (1994), Ulrich e Eppinger (2004) est relacionado importncia da

integrao entre as atividades do PDP, como por exemplo, as atividades de projeto

do produto (PRP) e projeto do processo de fabricao (PPF).

Embora a questo da integrao entre as atividades do PRP do PPF seja conhecida e

difundida entre os conhecedores do PDP, lacunas entre a integrao destas

atividades ainda permanecem. Estas lacunas existem seja por problemas culturais

internos das organizaes ou pela falta de interao entre os profissionais atuantes

nas diferentes fases e atividades do PDP. Isto faz com que determinadas informaes

no sejam utilizadas durante o PDP, influenciando no tempo e no custo de

desenvolvimento do produto (SILVA; KAMINSKI, 2012).

Outra dificuldade a existncia de uma viso parcial dos profissionais sobre o PDP.

Os profissionais de engenharia, principalmente das grandes organizaes, tendem a

pensar no PDP como um conjunto de atividades especficas onde se tem como

atividade fundamental apenas clculos, desenhos, testes e validaes, entre outras

11

atividades de engenharia. Falta a estes profissionais um conhecimento holstico2 do

PDP, ou seja, da construo de uma imagem nica e integrada do processo de

desenvolvimento de produtos (ROZENFELD, 1997; ROZENFELD, AMARAL; 2010).

Isto mostra a necessidade de se conhecer todo o processo de desenvolvimento de

produtos.

Quanto a necessidade de se desenvolver um modelo de referncia para o setor

automotivo, identificou-se que at o presente momento (2013) no se tem disponvel

na literatura um modelo de referncia especfico, fundamentado em um referencial

terico, sistematizado e organizado de forma cientfica.

Embora o APQP (1997) possa ser considerado um modelo de referncia relacionado

ao setor automotivo, seu enfoque est em estratgias de qualidade e planos de

controle nos diferentes instantes do desenvolvimento do produto e do processo, alm

do atendimento das expectativas dos clientes. No se trata, portanto, de um modelo

especfico para o desenvolvimento das atividades pertinentes ao projeto do

automvel e ao projeto dos processos de fabricao do mesmo.

Outra abordagem sobre este tema pode ser encontrada no livro Automotive

development processes: processes for successful customer oriented vehicle development. Trata-

se de uma literatura sobre o processo de desenvolvimento automotivo, entretanto,

como relata o autor [...]trata-se mais de um relato pessoal do que um manual para o

desenvolvimento de veculos (WEBER, 2009). O autor complementa descrevendo que

[...] comparado com outras publicaes sobre desenvolvimento automotivo, a

abordagem (approach) seguida neste livro reflete mais o ponto de vista dos

consumidores do que dos engenheiros [...] (WEBER, 2009).

Demais pesquisas sobre diferentes modelos de processo de desenvolvimento de

produtos mostram que tais modelos possuem abordagens genricas, e no

especficas, sobre o desenvolvimento do produto automotivo (SHAFARI;

WOLFENSTETTER; WOLF; KRCMAR, 2010).

2 De acordo com Ferreira (2004), a palavra holstico significa: que d preferncia ao todo ou a um sistema completo, e no anlise, separao das respectivas partes componentes.

12

Quanto a proposio de um conjunto de diretrizes para a seleo de prottipos

virtuais e fsicos; esta se fundamenta na necessidade de se utilizar ambos os

prottipos, virtuais e fsicos, no processo de desenvolvimento do produto

automotivo.

Ramos (2010) apud Franco (2010), argumenta que a realizao de ensaios veiculares

do tipo crash test necessria apenas para validar as simulaes realizadas de forma

virtual, e que entre os anos de 1975 e 2010, a quantidade de testes fsicos (crash test)

realizados por uma determinada montadora de automveis atingiu a marca de 2.000

testes. No mesmo perodo, a quantidade de testes virtuais ultrapassou a marca de

8.000 testes (RAMOS, 2010 apud FRANCO, 2010).

Por outro lado Morassi (2010) apud Braga (2010) assegura que [...] o trabalho virtual

no basta para os responsveis pelo projeto do automvel tomarem deciso. Segundo

este, quatro modelos fsicos so preparados e alterados de acordo com a evoluo do

projeto. Dos quatro modelos preparados, dois so selecionados para dar origem a

modelos construdos em escala 1:1.

Diante das argumentaes apresentadas por Braga (2010) e Franco (2010), conclui-se

que mesmo que o incremento dos testes virtuais possa ter reduzido a quantidade dos

testes fsicos, ambos os prottipos, virtuais e fsicos, so importantes e necessrios

para o processo de desenvolvimento do produto automotivo.

A partir desta realidade espera-se que as diretrizes aqui propostas possam auxiliar

estes profissionais no desenvolvimento de suas atividades.

1.4 Objetivo

Diante do problema de pesquisa apresentado e suas justificativas esta tese tem como

objetivos desenvolver um modelo de referncia especfico para o processo de

desenvolvimento do produto automotivo, denominado de PDP-Automotivo, e a

partir deste modelo de referncia propor um conjunto de diretrizes para a seleo de

prottipos virtuais e fsicos.

13

1.5 Classificao da pesquisa

As pesquisas podem ser classificadas de diferentes maneiras. Mas para que a

classificao seja coerente, necessrio definir previamente o critrio

adotado para classificao. Assim, possvel estabelecer mltiplos sistemas

de classificao e defini-las segundo a rea de conhecimento, a finalidade, o

nvel de explicao e os mtodos adotados (GIL, 2010, p.25-26).

1.5.1 Classificao da pesquisa de acordo com a rea de conhecimento

De acordo com a rea de conhecimento, o Conselho Nacional de Desenvolvimento

Cientfico e Tecnolgico (CNPq) classifica as pesquisas em sete grandes reas: 1.

Cincias Exatas e da Terra; 2 Cincias Biolgicas; 3. Engenharias; 4. Cincias da

Sade; 5. Cincias Agrrias; 6. Cincias Sociais Aplicadas; e 7. Cincias Humanas

(GIL, 2010).

Quanto a rea de conhecimento, o contedo desenvolvido nesta tese est contido na

grande rea 3. Engenharias.

1.5.2 Classificao da pesquisa de acordo com a finalidade

De acordo com a finalidade, a Adelaide University (2008) apud Gil (2010) define

quatro categorias de classificao: a pesquisa bsica pura; a pesquisa estratgica; a

pesquisa aplicada e o desenvolvimento experimental.

Quanto a finalidade, esta tese est classificada como pesquisa aplicada, pois se trata

da aquisio de certos conhecimentos, com o propsito de aplic-los em uma

situao especfica, neste caso particular, no processo de desenvolvimento do

produto automotivo.

1.5.3 Classificao da pesquisa de acordo com o nvel de explicao

Quanto ao nvel de explicao, Gil (2010) prope a classificao das pesquisas em:

pesquisas exploratrias; pesquisas descritivas e pesquisas explicativas.

14

Neste sistema de classificao, esta tese est classificada como exploratria. Devido a

familiaridade com o problema proposto, e com os diferentes tipos de levantamentos

de informaes utilizados (levantamento bibliogrfico; entrevistas com pessoas com

experincia prtica no assunto; anlise de exemplos existentes).

1.5.4 Classificao da pesquisa de acordo com os mtodos adotados

Quanto aos mtodos adotados as pesquisas podem ser delineadas em: 1. Pesquisa

bibliogrfica; 2. Pesquisa documental; 3. Pesquisa experimental; 4. Ensaio clnico; 5.

Estudo caso-controle; 6. Estudo de coorte; 7. Levantamento de campo; 8. Estudo de

caso; 9. Pesquisa etnogrfica; 10. Pesquisa fenomenolgica; 11. Teoria fundamentada

nas informaes; 12. Pesquisa-ao e 13. Pesquisa participante (GIL, 2010).

Ainda quanto aos levantamentos de campo (7), Miguel et al. (2010) classifica as

pesquisas como exploratria e confirmatria.

Com base nos mtodos adotados, esta tese est classificada em: pesquisa

bibliogrfica; pesquisa documental; levantamento de campo. Quanto ao

levantamento de campo, esta tese tambm est classificada como uma pesquisa do

tipo confirmatria.

Para resumir a classificao desta tese de acordo com os mltiplos sistemas de

classificao sugeridos por Gil (2010) e Miguel et al. (2010), esta tese pode ser descrita

como:

quanto a rea de conhecimento: 3. Engenharias;

quanto a finalidade: pesquisa aplicada;

quanto ao nvel de explicao: exploratria;

quanto aos mtodos adotados: pesquisa bibliogrfica; pesquisa documental e

pesquisa confirmatria.

15

1.6 Estrutura da tese

Esta tese est estruturada em sete captulos. No captulo um feita uma introduo

sobre o PDP e sobre PV e PF. A justificativa, o objetivo da pesquisa, a classificao da

pesquisa e a estruturao da tese tambm so apresentados.

No captulo dois um referencial terico sobre o PDP desenvolvido, organizado e

apresentado em ordem cronolgica. Um estudo de caso realizado para verificar o

PDP automotivo de trs mercados e culturas diferentes. Para isto trs montadoras

so selecionadas. Para organizao do referencial terico utiliza-se de pesquisa

bibliogrfica. Para organizao do estudo de caso utiliza-se de pesquisa documental,

pesquisa bibliogrfica, e entrevistas a profissionais especialistas do setor automotivo.

Nos captulos trs e quatro, um referencial terico sobre prottipo virtual (PV) e

prottipo fsico (PF) tambm apresentado. Para organizao destes referenciais

tericos, utiliza-se pesquisa bibliogrfica e pesquisa de campo.

A pesquisa bibliogrfica tem parte do seu levantamento realizado na Technische

Universitt Darmstadt, na Alemanha, no departamento de Datenverarbeitung in der

Konstruktion (Dik), financiada pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento

Cientfico e Tecnolgico (CNPq) brasileiro, e pelo Deutscher Akademischer Austausch

Dienst (DAAD) alemo.

No captulo cinco se tm o desenvolvimento, a proposio e a validao do modelo

de referncia para o processo de desenvolvimento do produto automotivo,

denominado de PDP-Automotivo. Para o desenvolvimento do PDP-Automotivo,

utiliza-se como base o referencial terico desenvolvido no captulo dois. Para sua

validao, adota-se como mtodo o levantamento de campo do tipo confirmatrio.

No captulo seis se tem o desenvolvimento, a proposio e a validao do conjunto

de diretrizes para seleo de prottipos virtuais e fsicos. Para o desenvolvimento do

conjunto de diretrizes faz-se uso do PDP-Automotivo, e dos referenciais tericos

16

desenvolvidos nos captulos trs e quatro. Para validao do conjunto de diretrizes,

tambm se adota como mtodo o levantamento de campo do tipo confirmatrio.

No captulo sete se tem a concluso da tese e sugestes para trabalhos futuros.

A figura 1.4 ilustra a estruturao da tese.

17

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18

2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS (PDP)

Este captulo apresenta um referencial terico sobre o processo de desenvolvimento

de produtos (PDP) com foco no setor metal mecnico. Um estudo de caso realizado

para verificar o PDP automotivo de trs mercados e culturas diferentes. Para isto trs

montadoras so selecionadas. Para organizao do referencial terico utiliza-se de

pesquisa bibliogrfica. Para organizao do estudo de caso utiliza-se de pesquisa

documental, pesquisa bibliogrfica, e entrevistas a profissionais especialistas do setor

automotivo.

O referencial terico est organizado em ordem cronolgica ascendente, abrangendo

principalmente a dcada de 1980 at a dcada de 2010. Est fundamentado em teses

de doutorado defendidas no Brasil, e em livros e peridicos cientficos que

descrevem o processo de desenvolvimento de produtos (PDP) na amplido do tema.

O critrio para seleo das teses de doutorado teve como base o peridico Product:

Management & Development do Instituto de Gesto de Desenvolvimento do Produto

(IGDP, 2009). Foram pesquisadas teses de doutorado orientadas por membros do

corpo editorial do peridico, que so pesquisadores de diferentes temas do processo

de desenvolvimento de produtos. O apndice A apresenta uma sntese sobre as teses

de doutorado pesquisadas.

A partir do referencial terico e do estudo de caso um comparativo realizado. O

captulo ento consolidado e finalizado com as consideraes pertinentes.

2.1 Referencial terico

De acordo com Asimow (1968) quando um determinado projeto iniciado e

desenvolvido, uma sequncia de eventos desdobra-se numa ordem cronolgica,

dando origem a um modelo, que quase sempre comum a todos os projetos. A

figura 2.1 mostra o modelo geral apresentado por Asimow (1968).

19

Figura 2.1 Modelo geral de desenvolvimento de um projeto (ASIMOW, 1968).

Nota-se que o modelo geral de Asimow (1968) composto por um conjunto de fases

sequenciais com incio na viabilidade de execuo do projeto, depois o seu

desenvolvimento, posteriormente o desenvolvimento dos recursos para a sua

produo, seu consumo e por fim, a sua retirada do mercado.

Em 1970, poucas empresas competiam com produtos em escala global. Em 1991,

estas empresas j somavam mais de 20 competidoras, das quais se destacavam

grandes marcas como a General Motors (GM) (CLARK; FUJIMOTO, 1991).

O desenvolvimento, a produo e o consumo esto integrados em um grande fluxo

de informaes que circula por todo o sistema de desenvolvimento. O fluxo deste

sistema representado por meio da seguinte sequncia: conceito do produto;

planejamento do produto; projeto do produto; projeto do processo; processo de

produo; estrutura do produto; funo do produto e a satisfao do consumidor

(CLARK; FUJIMOTO, 1991, p.23).

20

Clark e Wheelwright (1993, p.9) apresentam o PDP em fases denominadas de [...]

fases tpicas do desenvolvimento do produto [...]. Estas fases so: desenvolvimento

do conceito; planejamento do produto; produto/processo de engenharia; produo

piloto/produo para o mercado3.

Uma diretriz que apresenta uma metodologia, estratgias para ao, tarefas para

projeto e desenvolvimento de produtos e sistemas a VDI 2221 (1993). A

estruturao proposta nesta diretriz inclui as fases do desenvolvimento e vida do

produto (planejamento do produto, desenvolvimento e construo, fabricao,

montagem e testes, distribuio, consumo, utilizao, descarte e reciclagem do

produto); os sistemas de informao envolvidos (requisitos/objetivos) e os processos

de apoio ao desenvolvimento do produto (acompanhamento/monitoramento do

produto).

Outra caracterstica desta diretriz, est na transmisso dos requisitos/objetivos

advindos dos sistemas preliminar, de desenvolvimento, de produo, de operao e

de mudana para o fluxo do processo de desenvolvimento, de modo que os

resultados e as experincias sejam implementados no desenvolvimento de produtos

correntes, ou aproveitados no desenvolvimento de produtos futuros.

A figura 2.2 mostra a estruturao proposta do ciclo de desenvolvimento do

produto, sua utilizao e reciclagem, conforme VDI 2221 (1993).

3 Ramp-up, uma expresso do idioma ingls e aqui traduzida como produo para o mercado, deve ser entendida como o incremento sucessivo do volume de produo at que se tenham as quantidades estabelecidas pela organizao para o mercado de usurios consumidores.

21

Figura 2.2 Diretrizes para o projeto e o desenvolvimento de produtos e sistemas

(VDI 2221, 1993 adaptado pelo autor).

O sucesso de um produto tambm est condicionado ao atendimento das

expectativas dos usurios, alm de atender prazos e custos que representem valor.

Para isto, alm do processo de desenvolvimento do produto ser por si organizado,

deve ser tambm flexvel. Portanto, as equipes de qualidade envolvidas no

desenvolvimento do produto devem estar preparadas para modificar os planos de

qualidade e ento atender as expectativas dos usurios (APQP, 1997). A figura 2.3

mostra uma representao do cronograma de planejamento da qualidade do produto

que, de acordo com o APQP (1997), deve ser prioridade de trabalho aps a

Mercado/NecessidadeProblema

Potenciais Negcios/metas

Planejamento do produto /Tarefas

DesenvolvimentoConstruo

Fabricao/Montagem/Testes

Distribuio/Servios/Vendas

Uso/Consumo/Manuteno

UtilizaoTrmica

Reciclagem

acom

panh

amen

to /

mon

itor

amen

to d

o pr

odut

o

requ

isit

os /

obj

etiv

os

Descarte/Ambiente

Sistema preliminar

Sistema desenvolvimento

Sistema produo

Sistema introduo

Sistema operao

Sistema mudana

22

organizao e definio da equipe de planejamento da qualidade do produto. Uma

caracterstica desta representao a apresentao concomitante das fases do PDP.

Figura 2.3 Cronograma de planejamento da qualidade do produto (APQP, 1997).

A fase de planejamento tem como sadas (outputs) ou resultados da fase a definio

dos objetivos do projeto, o estabelecimento das metas de qualidade, a elaborao de

listas de materiais e um fluxograma preliminar do processo. Tem-se ainda a

elaborao de listas preliminares com as caractersticas do produto e do processo,

alm de um plano de garantia do produto.

A fase de projeto e desenvolvimento do produto tem como sadas a anlise do modo

e efeitos de falha de projeto, o projeto para manufatura e montagem, a verificao do

projeto, as anlises crticas de projeto e a construo de prottipos. Os desenhos de

engenharia incluindo os dados matemticos so elaborados, as especificaes de

engenharia e de material so feitas bem como as alteraes de desenhos e de

especificaes.

A fase de desenvolvimento do processo tem como sadas a definio dos padres de

embalagem, a anlise crtica do sistema de qualidade do produto e do processo, a

elaborao de um fluxograma do processo, o desenvolvimento do layout das

23

instalaes, a definio de uma matriz de caractersticas4 e a anlise do modo e

efeitos de falha do processo.

A fase de validao do produto e do processo tem como sadas a realizao da

produo piloto, a avaliao dos sistemas de medio, o estudo preliminar da

capacidade do processo, a aprovao de peas da produo e a realizao de testes

de validao da produo. Tem-se tambm a avaliao de meios auxiliares da

produo como, por exemplo, dispositivos de acondicionamento e transporte e

dispositivos interoperacionais. feita a descrio do plano de controle da produo e

a aprovao do planejamento da qualidade.

A fase de anlise da retroalimentao e ao corretiva tem como sadas a reduo de

variaes do processo por meio de tcnicas estatsticas como cartas de controle e

diagramas de medies. Procura-se adequar o produto ou servio com o objetivo de

satisfazer o usurio. Existe a entrega e a assistncia tcnica de planejamento da

qualidade, que mantm uma parceria entre fornecedor e usurio em relao

soluo de problemas, e processos de melhoria contnua.

Para Kaminski (2000) o desenvolvimento de um projeto no ocorre de forma linear, e

sim de forma interativa, no qual cada item depende de outros para que todo o

sistema funcione harmonicamente. Com isto, a imagem que pode representar de

forma adequada o processo de um projeto a de uma espiral. Nas primeiras voltas

os itens so definidos de forma bsica. Com a evoluo do projeto (demais voltas da

espiral) o projeto detalhado at convergir para sua concluso. A figura 2.4 mostra

um exemplo de espiral de projeto para o desenvolvimento de um automvel.

4 De acordo com o APQP (1997) [...] uma matriz de caractersticas uma tcnica analtica recomendada para mostrar a relao entre os parmetros do processo e as estaes de manufatura [...].

24

Figura 2.4 Exemplo de espiral de projeto (KAMINSKI, 2011).

Sob a perspectiva de que o desenvolvimento de produtos um processo deliberado

de negcios, envolvendo uma grande quantidade de decises, Krishnan e Ulrich

(2001) denominaram esta perspectiva como perspectiva de deciso ou decision

perspective. Por uma convenincia organizacional, estas decises foram classificadas

em quatro categorias: desenvolvimento do conceito, projeto da cadeia de

suprimentos, projeto do produto, incio da produo e lanamento. Para

fundamentar esta perspectiva de deciso foi realizada uma reviso da literatura, que

compreendeu o perodo de 1988 at 1998 (KRISHNAN; ULRICH, 2001).

Outra abordagem para o desenvolvimento de produtos a denominada de projeto

axiomtico. Nesta abordagem, o projeto estruturado em domnios, que compem o

mundo de projetos, denominados de: domnio dos consumidores, domnio

funcional, domnio fsico e domnio de processo (SUH, 2001). A figura 2.5 mostra

uma representao dos quatro domnios supracitados, com os vetores caractersticos

de cada domnio.

25

Figura 2.5 Os quatro domnios de acordo com o conceito de projeto axiomtico (SUH, 2001 adaptado

pelo autor).

A simbologia representada por colchetes { } na figura 2.5 representa os vetores de

cada domnio. O domnio dos consumidores {CO} caracterizado pelas necessidades,

ou atributos, que o consumidor procura em um determinado produto, processo,

sistema ou material. No domnio funcional {FU}, as necessidades dos consumidores

so especificadas em termos de requerimentos funcionais e restries. Para satisfazer

os requerimentos do domnio funcional, so concebidos parmetros de projeto ao

domnio fsico {FI}. Por fim, para se produzir o produto especificado em termos de

domnio fsico {FI}, desenvolve-se o processo, que caracterizado pelas variveis de

processo, no domnio de processo {PR} (SUH, 2001).

O processo de desenvolvimento de produtos descrito por Ulrich e Eppinger (2004)

pode ser entendido como uma sequncia de passos ou atividades que uma empresa

utiliza para conceber, projetar e comercializar um produto. Em complemento a isto

Ulrich e Eppinger (2004) afirmam que muitos destes passos ou atividades so mais

intelectuais e organizacionais do que fsicos.

No modelo de referncia de Rozenfeld et al. (2006) o PDP representado por trs

macrofases definidas como pr-desenvolvimento; desenvolvimento e ps-

desenvolvimento. Estas macrofases esto subdivididas nas fases de planejamento

estratgico dos produtos; planejamento do projeto; projeto informacional; projeto

conceitual; projeto detalhado; preparao para produo; lanamento do produto;

acompanhamento do produto/processo e a descontinuidade do produto. Cada uma

{CO} {FU} {FI} {PR}

26

destas fases formada por vrias atividades. A figura 2.6 mostra uma viso geral

deste modelo de referncia.

Figura 2.6 Viso geral do modelo de referncia do PDP (ROZENFELD et al., 2006).

O modelo de processo de desenvolvimento de produtos de Dieter e Schmidt (2009)

tambm est estruturado por meio de fases. Na fase zero se tem o planejamento que

deve ser feito antes da aprovao do projeto do produto. Na fase um se tem o

desenvolvimento do conceito do produto considerando os diferentes meios de

produo e cada subsistema a ser projetado. Na fase dois, as funes do produto so

examinadas, de acordo com a diviso do produto em vrios subsistemas. Na fase

trs, ocorre o detalhamento do projeto. Nesta fase, o projeto levado ao estado de

uma descrio completa de engenharia, de um produto testado e da capacidade

produtiva. Na fase quatro, o produto testado e adequado conforme os testes

realizados nas verses pr-fabricadas do produto. Na fase cinco, o processo de

manufatura do produto se inicia conforme curva de volume de produo, qualidade

e estabilidade do processo produtivo. A figura 2.7 mostra uma ilustrao deste

modelo.

Figura 2.7 O processo de desenvolvimento de produtos (Dieter; Schmidt, 2009).

27

A modelagem do PDP apresentada entre os anos de 1968 a 2009 por Asimow (1968);

Clark e Fujimoto (1991), Clark e Wheelright (1993), APQP (1997); Kaminski (2000);

Krishnan e Ulrich (2001), Ulrich e Eppinger (2004), Rozenfeld et al. (2006), Dieter e

Schmidt (2009) est estruturada em macrofases, fases e atividades. Os modelos

apresentados nas teses contidas no apndice A, que abrangem ainda o ano de 2010,

tambm apresentam, na sua maioria, esta mesma modelagem. Uma exceo a este

tipo de modelagem identificada no projeto axiomtico proposto por Suh (2001).

Cada macrofase, fase e atividade geram um conjunto de informaes. Em sntese este

conjunto de informaes o que caracteriza o final de uma fase e o incio da fase

seguinte, portanto, so como requisitos para a continuidade do processo de

desenvolvimento.

Uma sistemtica utilizada para avaliar, aprovar ou revisar este conjunto de

informaes denominada de reviso de fases ou gates no idioma ingls. Os gates

podem ser tcnicos e/ou gerenciais. Os gates tcnicos podem ocorrer durante todo o

PDP, enquanto que os gates gerenciais ocorrem em momentos especficos e

estratgicos do PDP. Os gates tcnicos devem tratar apenas de questes tcnicas, e

podem ser definidos no modelo de referncia especfico da organizao. Podem

ocorrer ainda ao final dos ciclos de detalhamento e otimizao, na fase de projeto

detalhado. J os gates gerenciais ocorrem no momento de avaliao das fases, e

devem considerar trs temas: o cumprimento da atividade planejada; a qualidade da

entrega (das informaes) e a gesto do portflio (ROZENFELD et al., 2006;

KERZNER, 2013). A figura 2.8 apresenta uma representao dos gates tcnicos e

gerenciais em um modelo genrico do processo de desenvolvimento de produtos.

Figura 2.8 Representao de gates tcnicos e gerenciais no PDP (SILVA; KAMINSKI, 2012).

LEGENDA gates gerenciais gates tcnicos

ESTRATGIA DO PRODUTO

PRODUO E MELHORIACONTNUA

nI IIn IV V VIIII

DESENVOLVIMENTO DO PRODUTOE DO PROCESSO

n n n n n n

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

ATIVIDADES

28

Durante mais de trs dcadas (1970 at 2010) o PDP evoluiu, influenciado pelo

mercado, que por sua vez foi e continuar sendo influenciado pelos usurios, alm

da influncia de concorrentes, que desenvolvem e produzem produtos

continuamente.

Alguns autores apresentam o PDP como um conjunto de fases sequenciais (Asimow,

1968; Clark e Fujimoto, 1991; Dieter e Schimidt, 2009), outros apresentam o PDP

como um conjunto de processos concomitantes (APQP, 1997; Rozenfeld et al., 2006)

ou mesmo por meio de uma espiral de projeto (Kaminski, 2000).

O fato que o PDP por si complexo, interativo, dinmico, adaptativo e evolutivo.

Depende de pessoas, de ideias, de sistemticas, de recursos tecnolgicos e fabris,

para manufaturar um produto que seja o mais compatvel possvel com as

necessidades dos usurios, alm de ser tcnico e economicamente vivel.

Preocupaes futuras, e pesquisas nos diferentes campos da engenharia sobre o

futuro da metodologia de projeto envolvendo reflexes e propostas sobre este tema,

so exemplos da preocupao contnua, em aprimorar os processos de

desenvolvimento de produtos (BIRKHOFER, 2011).

2.2 Estudo de caso

Para a seleo dos exemplos de PDP automotivos que compem o estudo de caso,

primeiro observou-se a produo global de autoveculos5, independente da

categoria6. A tabela 2.1 mostra a distribuio da produo de autoveculos por

continentes (ANFAVEA, 2012).

Tabela 2.1 Distribuio da produo de autoveculos por continentes.

5 Autoveculos so automveis, caminhes, nibus, comerciais leves e mquinas agrcolas automotrizes. 6 Categoria: refere-se aos diferentes tipos de autoveculos que so comercializados e que so agrupados de acordo com o seu tamanho, motorizao e pblico alvo.

Continentes Asia Europa Amrica frica Oceania

produo (%) 50,4 26,4 22,2 0,7 0,3

29

Ao analisar a tabela 2.1 possvel determinar os trs continentes com a maior

produo de autoveculos: a sia com 50,4%, em seguida a Europa com uma

produo de 26,4% e por fim a Amrica com 22,2% da produo. A Oceania e a

frica representam uma produo de 0,7% e 0,3% respectivamente.

Para o setor automotivo, os trs continentes com a maior produo representam trs

mercados ou culturas diferentes. Com o objetivo de verificar o PDP automotivo

destes trs mercados ou culturas, selecionou-se uma montadora representante de

cada continente sendo para a sia a Toyota; para a Europa a Volkswagen (VW) e

para a Amrica a General Motors (GM). Apenas no Brasil, no ano de 2011, estas trs

montadoras juntas produziram mais de 1.532.000 veculos, o que representa 44,95%

de toda a produo de veculos no Brasil (ANFAVEA, 2012).

As informaes utilizadas para a apresentao do estudo de caso so: levantamentos

bibliogrficos sobre o PDP asitico; levantamentos bibliogrficos e o conhecimento

do autor para o PDP europeu; levantamentos bibliogrficos, documentos e

entrevistas a engenheiros seniores para o PDP americano.

2.2.1 O processo de desenvolvimento de produtos de uma montadora asitica

O modelo apresentado, tambm denominado de sistema enxuto de desenvolvimento

de produtos (SEDP) est estruturado em trs partes denominadas de subsistemas: o

subsistema processo; o subsistema pessoal e o subsistema ferramentas e tecnologia.

Os trs subsistemas so constitudos por treze princpios. Sob o aspecto de fluxo do

desenvolvimento do produto, o PDP da montadora asitica segue basicamente o

seguinte processo evolutivo: definio do conceito do automvel; definio do estilo;

projeto do automvel em sistemas CAD; desenvolvimento e construo de

prottipos; interao contnua da engenharia de produo durante o processo de

desenvolvimento do automvel; construo de ferramentais; lanamento do produto;

acompanhamento da qualidade do produto, alm da constante preocupao com a

reduo de desperdcios (SHINGO, 1989; AMASAKA, 2002; AMASAKA, 2007;

30

MORGAN; LIKER, 2008; JAYARAM; DAS; NICOLAE, 2010; ). A figura 2.9 mostra

uma viso geral deste modelo.

Figura 2.9 Viso geral do PDP da montadora asitica (MORGAN; LIKER, 2008 adaptado pelo autor).

Os dois subsistemas, pessoal e ferramentas e tecnologia podem ser entendidos como

os recursos ou meios para o processo de desenvolvimento e esto implcitos na figura

2.9.

O subsistema processos contempla todas as sequncias de atividades exigidas desde

o conceito do automvel at a sua produo. Neste processo de engenharia se tem a

informao, a identificao das necessidades dos usurios, as caractersticas dos

produtos anteriores, informaes sobre produtos competitivos, conceitos de

engenharia e demais informaes necessrias. Estas informaes so transformadas

em uma engenharia completa de um produto para manufatura (MORGAN; LIKER,

2008).

As empresas japonesas se utilizam de diversas estratgias para coletar informaes.

Projetistas do produto recebem informaes dos engenheiros de produo a respeito

das capacidades do processo. Os representantes das diferentes funes do projeto e

da fabricao se renem com frequncia formalmente ou informalmente. Juntos

discutem o projeto em andamento e ajudam uns aos outros a resolver problemas

(LIKER; SOBEK II, 1996).

Conceito

Estilo

Projeto com CAD

Prottipo

Engenharia de produo

Ferramentaria

Desenvolvimento do processo

Lanamento

Construo de ferramentas

Conceito do design Tempo Comeo da Produo

Tempo sem valor agregado (desperdcio)

Tempo com valor agregado

Desenvolvimentode fornecedores

Qualidadedo produto

Suporte ao lanamentoSuporte mudana de engenharia

CAD

Escolha do tema do modelo de argila

Modelo de negcioMarketing

31

O subsistema processo formado pelos princpios um, dois, trs e quatro

respectivamente. O princpio um tem como objetivo estabelecer o valor definido pelo

usurio para separar o valor agregado do desperdcio. O princpio dois tem como

objetivo concentrar esforos no incio do processo de desenvolvimento de produtos

para explorar integralmente as alternativas disponveis. O princpio trs tem como

objetivo criar um nivelamento de fluxo do processo de desenvolvimento do produto.

O princpio quatro tem como objetivo utilizar uma padronizao rigorosa para

reduzir a variao e criar flexibilidade7 e resultados previsveis

(MORGAN; LIKER, 2008).

No subsistema pessoal se tem o recrutamento, a seleo e o treinamento de

engenheiros. Incluem-se tambm os estilos de liderana, os padres

Documents

Teses Usp Engenharia Mecânica