Processo de design de incorporação – Parte 1-1

As etapas anteriores do processo de design trataram basicamente do cerne do problema. Portanto, antes de iniciar o projeto da modalidade, é importante esclarecer todos os aspectos do problema. Por exemplo, considerando uma conexão cubo-eixo sujeita a uma carga impulsiva, que não é aplicada estaticamente. Portanto, é importante definir o que é um impulso. Neste caso, a definição refere-se a uma entrada num intervalo pré-definido. Na verdade, esta última informação é importante para compreender os limites e restrições do problema. Depois disso, é possível fazer uma breve pesquisa na literatura e no mercado para ter uma ideia de como ela é tratada nos diferentes campos de aplicação.

FIGURE 1 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.5

Depois é possível escrever uma primeira lista de requisitos (Figura 1) de acordo com as verificações que são conhecidas neste ponto do processo. São geometria, cinemática e forças. Todas as partes do checklist devem ser tratadas, identificando as demandas e desejos. A partir da lista de requisitos é possível focar na abstração do problema. Esta parte do processo é particularmente importante quando se está investigando uma solução muito nova em relação ao estado da arte. Nos casos em que uma inovação está sendo empurrada, a abstração é um dos pontos mais importantes.

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

Conforme descrito nos artigos anteriores, a abstração parte da lista de requisitos, os requisitos mais importantes são identificados, as preferências pessoais são removidas, os restantes requisitos são convertidos da forma quantitativa para a forma qualitativa, estes são reduzidos ao número mínimo de requisitos básicos do problema e formula-se o problema em um termo neutro de solução. Esta abordagem é diferente quando se parte de uma solução existente, pois neste caso trata-se de uma reengenharia.

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

O próximo passo é a transformação da descrição do problema em esquemas funcionais. A Figura 3 ilustra esse processo. Percebe-se que as subfunções essenciais são transformadas em entradas e saídas de energia, sinais e materiais. Existem diferentes técnicas para este processo, a tarefa pode ser descrita utilizando um verbo, um objeto ou pelas funções gerais válidas para se ter uma descrição geral do problema. O próximo passo é a busca por um princípio de funcionamento.

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

Este processo é baseado em uma matriz com uma lista de princípios de solução, que permite criar uma descrição do problema conforme visto na Figura 4. Assim, o objetivo é descobrir como transformar uma função em um princípio de funcionamento, portanto, um método técnico. solução. Ou seja, para cada subfunção é necessário transformar diferentes tipos de energia. A matriz morfológica (Figura 4) é uma forma de fornecer uma lista de soluções disponíveis. A experiência pessoal do profissional tem forte impacto na lista. O know-how da empresa é também um detalhe que tem enorme influência na lista de soluções que advém de uma matriz morfológica. Conseqüentemente, conceitos possíveis vêm das diferentes combinações de princípios de trabalho. Isto pode permitir ter uma visão clara de todas as soluções possíveis que podem ser utilizadas para resolver um problema específico. Além disso, pode ser reutilizado muitas vezes, em vez de apenas desenhar algo.

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

Depois disso, as diferentes possibilidades devem ser combinadas para se ter muitas variantes. A Figura 5 ilustra esse processo, que resultou em 7 variantes. A quantidade de conceitos adotados é de pelo menos 2, mas um bom cenário é ter cerca de 3 a 4 variantes diferentes para ter uma visão clara para resolver o problema.

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

Na abordagem automotiva é possível produzir diferentes combinações de princípios de funcionamento. É nessa etapa que são produzidos os primeiros layouts, que geralmente são feitos à mão. A Figura 6 ilustra um exemplo em que um motor elétrico é conectado a um volante e depois a uma chave de fenda, a um came e a uma alavanca. A melhor maneira de fazer isso é com um esboço feito à mão como o ilustrado na Figura 7.

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

Isso se baseia na lista de sistemas funcionais a serem conectados, descrita na Figura 7. Porém, o nível de detalhe é muito baixo, pois a ideia é encontrar o layout geral. Portanto, é possível compreender a conexão necessária entre as peças, o layout, a dimensão e a posição das funções do subgrupo em um mesmo layout. O próximo passo é a comparação entre as variantes, esta é baseada em gráficos como o visto na Figura 8.

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

Contém uma lista de requisitos que devem ser satisfeitos ou uma lista de critérios usados para avaliar a solução. A avaliação das variantes é feita através de sinais de mais, menos e interrogação, a fim de identificar a solução mais promissora. A quantidade de variantes costuma ser de no máximo três. O passo 7 trata de um segundo nível de detalhamento da solução. Como o esboço em primeira mão trata de uma visão geral, agora são introduzidos os primeiros cálculos. Além disso, também é feito um dimensionamento aproximado das peças de acordo com os princípios básicos de engenharia.

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

Assim, esta peça ainda não necessita de nenhuma ferramenta de simulação, apenas o melhor dimensionamento para entender o peso e o tamanho total para colocar o layout dentro de uma determinada caixa ou espaço. O próximo passo é a avaliação das variantes utilizando técnicas mais detalhadas em relação ao gráfico de avaliação utilizado anteriormente.

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

A primeira técnica é a análise custo-benefício (Figura 10). Neste existe a possibilidade de partir de um determinado requisito e desdobrar o requisito em subpartes ou subcritérios. Assim, a análise custo-benefício oferece a possibilidade de entrar em detalhes e duas formas diferentes de avaliar as subfunções. Por exemplo, a Figura 10 ilustra ambas as formas. A primeira parte é o peso relativo ao nível anterior de implantação, enquanto a segunda parte trata do peso global em relação à função ou requisito principal que deve ser atendido. Desta forma, é possível definir um peso específico para cada nível da descrição. Além disso, é possível identificar os critérios de maior impacto na avaliação dos critérios globais que devem ser satisfeitos. Depois disso obtém-se uma descrição como a mostrada na Figura 11.

FIGURE 11 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

É possível visualizar uma lista de critérios de avaliação e o peso de cada critério em relação à função principal que deve ser satisfeita. Além disso, existem também alguns parâmetros que são utilizados para medir o resultado. Isto é importante, pois em qualquer caso há uma avaliação com relação a quaisquer pontos que devam ser discutidos, devendo ser criada uma grade dos parâmetros utilizados. Portanto, o objetivo mais importante é ter parâmetros medidos e bem definidos que possam ser utilizados para produzir uma avaliação. As quantidades são importantes porque sem elas seria apenas uma comparação. Esta é a principal diferença entre a abordagem de engenharia e design. A grade deverá ser completa, com as unidades, a avaliação do parâmetro e seu valor para cada variante. Portanto, são necessários parâmetros mensuráveis e uma forma clara de atribuir um valor a eles. Ou seja, é necessária uma relação clara entre o valor e o parâmetro, para então haver uma avaliação. Portanto, o processo começa com critérios claros para avaliação dos parâmetros mensuráveis, relação entre os valores atribuídos e os parâmetros medidos e combinação das diferentes contribuições provenientes de diferentes parâmetros. De acordo com isso é possível produzir uma avaliação ponderada e classificar diferentes variantes.

FIGURE 12 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Um detalhe interessante é que existe uma incerteza na atribuição de valores a quaisquer parâmetros, portanto isso deve ser considerado. Neste caso, é aconselhável realizar uma análise de robustez dos medidores propostos. Isto é importante para avaliar o impacto da avaliação final. Se este impacto for muito pequeno, significa que a solução proposta é robusta o suficiente para ser utilizada. Caso contrário, a proposta é demasiado sensível no que diz respeito ao esquema de avaliação, pelo que é necessário reavaliar e controlar a robustez.

FIGURE 13 – Source: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Em seguida, são selecionadas duas variantes para analisá-las através da análise do ponto de vista fraco (Figura 13). Isso produz um valor global como saída, mas não é suficiente para entender o quanto a solução pode ser proposta para o próximo passo. A Figura 13 ilustra duas soluções que possuem mais ou menos os mesmos valores, 6,82 e 6,45. Estes podem ser considerados no mesmo nível, mas a melhor solução é a solução 2, pois todos os valores estão próximos da média. No caso da solução 3, existem alguns valores distantes da média, pelo que é uma solução menos estável em relação à solução 2. No entanto, é possível colocar estas variantes e, se possível, propor uma variante 2 modificada, que possui algumas modificações retiradas da variante 3. Ao final deste processo, o projeto da modalidade está pronto para ser iniciado.

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.