Processo de design conceitual – Parte 2

A próxima etapa do processo de design conceitual é a “busca de princípios de funcionamento”. Esta é uma simplificação do termo geral e a solução para as subfunções pode ser elaborada separadamente. Conseqüentemente, subfunções individuais devem ter declarações mais concretas. É um processo que exige muito do profissional.

Em busca de princípios de trabalho

FIGURA 1 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Um método utilizado nesta etapa é uma matriz como a mostrada na Figura 1, onde podem ser consideradas subfunções, efeitos físicos que podem ser aplicados à solução. Por exemplo, a Figura 1 ilustra um exemplo de atrito usado para transferir torque. Entretanto, existem outras alternativas para transição de torque. Estas podem ser adicionadas à matriz para criar métricas e visões sobre o problema. Porém, o físico não é a única característica que pode ser considerada na classificação de diferentes subfunções. Na verdade, esta matriz pode ser construída com características físicas, geométricas e materiais. Os geométricos são a geometria de trabalho e o movimento de trabalho, mas também contatos e volumes. As características do material são aquelas utilizadas para satisfazer uma subfunção específica.

FIGURA 2 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A Figura 2 ilustra tabelas que possuem alguns critérios de classificação para essas características. É uma visão muito clara das possibilidades que podem ser utilizadas para abordar o conceito de projeto, uma vez que uma descrição aproximada da peça já está definida.

Método discursivo

Na fase de projeto conceitual também é possível adotar um método discursivo de busca de soluções. Existem três possibilidades principais para explorar este método: o estudo sistemático dos processos físicos, a pesquisa sistemática com a ajuda de esquemas de classificação e a utilização de catálogos de design.

Estudo sistemático do processo físico

Este método propõe uma relação matemática entre os diferentes elementos que regem a solução, esta é a melhor abordagem de design conceitual. Geralmente é aplicado em casos em que deve ser projetado para máquinas de testes instantâneos ou benchmarks, uma vez que o que deve ser medido já é conhecido. Portanto, deve ser definido como controlar esta medição. Isso é possível, pois o conhecimento das relações matemáticas permite a variação dos inputs para identificar os outputs.

FIGURA 3 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

O ponto principal é que ao alterar diferentes entradas, obtêm-se diferentes saídas de acordo com o quão diferente isso pode ser feito (Figura 3). Após verificadas as medidas obtidas, é possível propor diferentes conceitos. Nas primeiras tentativas, é aconselhável pensar nos princípios físicos que estão no âmbito do sistema proposto.

Pesquisa sistemática com a ajuda de esquemas de classificação

FIGURA 4 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A segunda abordagem é muito sistemática. Novamente, uma espécie de métrica pode ser preparada para coletar todas as soluções possíveis. A vantagem desta abordagem é que ela é muito útil para ser reutilizada. Ou seja, caso se deseje classificar a energia que o sistema pode ter, as métricas podem ser propostas apenas uma vez.

FIGURA 5 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Na segunda análise, as mesmas métricas são utilizadas. Essa abordagem é chamada de abordagem de engenharia baseada no conhecimento. Normalmente, uma classificação ou arquétipos são desenvolvidos. Por exemplo, na engenharia automotiva, um arquétipo é uma solução bem conhecida para satisfazer qualquer função. Muitas partes de um veículo apenas reutilizam arquétipos. O painel da porta e suas juntas são itens comuns usados em muitos carros. Embora existam muitas soluções, é comum observar nos automóveis que algumas soluções são sempre as mesmas, por isso são arquétipos. Isto é útil porque o fornecedor também é o mesmo.

FIGURA 6 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

É possível organizar essas informações (Figura 6) de forma mais gráfica. Isto descreve o tipo de energia e o princípio de funcionamento. Por exemplo, se a solução requer armazenamento de energia, existem os mesmos métodos para isso. Conforme visto na Figura 6, pode ser por meios mecânicos, hidráulicos e térmicos. Em seguida, a coluna do princípio de funcionamento fornece uma lista de possibilidades para qualquer tipo de energia (Figura 6). Outra abordagem para pesquisar princípios de funcionamento é de acordo com o tipo de movimento ilustrado na Figura 7.

FIGURA 7 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Esta abordagem é normalmente usada quando a solução exige definir o número de graus de liberdade que devem ser gerenciados. Como pode ser visto na Figura 7, existe uma matriz com exemplos de movimentos estacionários. Então pode-se verificar uma possível combinação de diferentes tipos de movimentos. Por exemplo, 2 movimentos estacionários combinados em um padrão de estilo pontual, mas se o aplicador for oscilatório mais translacional e combinado com uma faixa estática, o resultado é um caminho oscilante constante. Portanto, esta abordagem define as juntas que a solução deve ter para fornecer o caminho selecionado.

FIGURA 8 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A Figura 8 ilustra outro possível método de análise, por padrão geométrico. Isto é útil para desenvolver muitas possibilidades de conectar peças. Basicamente, as diversas opções disponíveis estão organizadas de acordo com o tipo, a forma, a posição, o tamanho e a quantidade de elementos. Assim, é possível criar esquemas de classificação como o visto na Figura 8. É importante ter conhecimento das soluções disponíveis, pois estas apresentam prós e contras.

Catálogos de design

FIGURA 9 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Uma forma rápida de encontrar algumas soluções para uma função é através de catálogos, estes são muito comuns atualmente. Por exemplo, se a fase de projeto estiver considerando todas as alternativas para suportar um eixo, então cada uma delas terá propriedades e tolerâncias diferentes relacionadas à sua aplicação. Por isso é importante ter alguns catálogos à disposição. Um ponto importante é que, à medida que o profissional realiza essa abordagem, aumenta sua experiência em ter uma visão holística das soluções disponíveis. A Figura 9 ilustra um exemplo de entrada e saída como energia mecânica. É possível perceber que há uma visão clara de todas as possibilidades que podem ser aplicadas a algumas características do insumo. O mesmo é válido para outros tipos de energia.

FIGURA 10 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Outro catálogo interessante pode ser visto na Figura 10. Este fornece muitas alternativas para conexão eixo-cubo, mas com as características da solução. Muitas empresas estão adotando essa abordagem para classificar suas soluções internas para resolver uma função. É útil como banco de dados para outros produtos, pois fornece as características gerais e o entendimento de uma determinada solução para determinado problema. A principal vantagem é a redução de diferentes soluções para os problemas, ou seja, a padronização. Assim, os requisitos, a satisfação e o planejamento do produto são melhorados, o que significa economia de tempo e dinheiro.

Conclusão

O processo de busca de princípios de funcionamento baseia-se na construção de esquemas de classificação, descartando soluções que não sejam compatíveis entre si, examinando as diferentes variações, pois cada uma delas representa conceitos diferentes, escolhendo e rotulando a solução mais promissora, elaborando um primeiro conceito conceitual layout e sistemas de construção para o bem geral. Se for necessário, pode ser construído apenas para fins sistemáticos.

Referências

  1. K.T. Ulrich, S.D. Eppinger, Product Design and development, Mcgraw-Hill, 2019;
  2. G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.