METODOLOGIA DE PROJETO APLICADA PARA … · projeto informacional, projeto conceitual, projeto...
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METODOLOGIA DE PROJETO
APLICADA PARA DESENVOLVIMENTO
DE UMA ESTRUTURA VEICULAR
Miguel Guilherme Antonello (UFSM )
Leonardo Nabaes Romano (UFSM )
O presente artigo tem como objetivo demonstrar como procedeu o
desenvolvimento de uma estrutura tubular para veículo de competição
tipo formula SAE. O desenvolvimento da estrutura veicular resultou-se
da utilização de uma metodologia de projeto de produto que é
apresentada em macrofases e fases, sendo que a macrofase destacada
é a de projetação, a macrofase de projetação engloba as fases de
projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto
detalhado. Além do processo de levantamento das informações,
geração das concepções demonstrou-se a avaliação e seleção das
concepções geradas possibilitando a escolha da solução ótima. Com
isso ressalta-se a importância da sistematização do processo de
desenvolvimento de produtos que agregam qualidade ao produto final
como maior agilidade no desenvolvimento, orientação na escolha da
alternativa adequada e a possibilidade de repetição para novos
projetos de produto.
Palavras-chaves: Metodologia, projeto de produto, estrutura veicular
XXXIV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Engenharia de Produção, Infraestrutura e Desenvolvimento Sustentável: a Agenda Brasil+10
Curitiba, PR, Brasil, 07 a 10 de outubro de 2014.
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1 Introdução
O cérebro humano está em constante exercício com as atividades vitais do corpo e o controle
da realização de tarefas diárias. Ideias e pensamentos fazem parte deste turbilhonamento de
informações e que muitas vezes não se apresentam de maneira organizada e sistemática.
Transformar ideias em produto não é tarefa fácil, pois requer criatividade, organização,
hierarquização, sequenciamento ou concomitância das atividade para se chegar a um produto
satisfatório e inovador. Di Serio e Vasconcellos (2009, p. 70) afirmam que, “A criatividade e
a imaginação são fatores fundamentais no contexto da inovação”.
A competitividade gerada pelas exigências dos clientes, pelo crescente número de produtos no
mercado, entre outros fatores, faz com que as empresas busquem alternativas para auxiliar no
desenvolvimento destes novos produtos. Quanto mais complexo for o produto desejado, maior
a necessidade do uso de uma metodologia de projeto para auxiliar na organização das ideias e
no desenvolvimento deste produto. (ROMANO, 2013; BACK et al., 2008).
O sucesso de um produto não é garantido quando se chega a um resultado final, ou seja, o
lançamento deste produto no mercado, um produto sem planejamento pode auxiliar para o
insucesso. Para minimizar estes impactos negativos, deve-se avaliar as escolhas realizadas
durante a fase de projeto, transpassar os obstáculos encontrados, redirecionar o curso quando
necessário e manter o ritmo de evolução dos trabalhos. (BAXTER, 2011).
Compreendendo a complexidade do produto estudado e sabendo a importância do uso de uma
metodologia para o projeto de produto, o objetivo deste trabalho é apresentar como procedeu-
se o projeto da estrutura tubular para veículo de competição tipo fórmula SAE, com a
aplicação de um metodologia de projeto para o desenvolvimento de produto.
2 Referencial teórico
2.1 O projeto fórmula SAE
O Projeto Fórmula SAE é uma competição de desenvolvimento de produto, onde os
estudantes devem conceber, projetar, fabricar, e competir com carros de corrida tipo fórmula.
Iniciada no Texas em 1981, esta competição foi criada para promover uma oportunidade aos
estudantes de nível superior para ganhar experiência no gerenciamento do projeto e
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construção, e para aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso de engenharia.
(SAEBRASIL, 2014).
Criada em 2004, o Fórmula SAE Brasil no ano de 2013 encaminhou-se para sua 10ª edição e
contou com 31 equipes. As equipes melhores classificadas ganham o direito de representar o
Brasil em duas competições internacionais realizadas nos EUA. (SAEBRASIL, 2013).
As restrições impostas na estrutura do carro e no motor fazem com que o conhecimento e a
criatividade dos estudantes sejam desafiados. O carro deve ser construído por um grupo de
alunos em um período de um ano e ser levado para a competição anual para julgamento e
comparação com outros veículos. O resultado final é uma grande experiência para jovens
graduandos em um complexo projeto de engenharia, assim como a oportunidade de trabalhar
em equipe, que tem como maior motivação, o aprendizado. (ANTONELLO, 2011).
Conforme Formula SAE (2012), o projeto amplia os conhecimentos técnicos e a capacidade
de liderança dos alunos, além de lhes dar a oportunidade de vivenciar o processo de
desenvolvimento do produto do início ao fim. A equipe precisa fabricar um produto de
qualidade dentro de prazo e orçamento limitados. Aqueles que participam do programa
ganham experiência em gerenciamento de projeto, design, ensaios, análises, controle
financeiro, comunicação, planejamento e marketing.
2.2 Projeto de produto
Projeto pode ser definido como um plano, intento ou um empreendimento. Produto é aquilo
que é produzido, fabricado, resultado ou consequência da atividade humana. (FERREIRA,
2010).
O projeto de produto é a transformação das ideias, informações e conhecimentos em um
produto final, podendo este produto final ser um bem, um serviço, ou resultado exclusivo.
(PMI, 2008). Para isso existe a necessidade de aglomerar as ideias que estão desconexas e
convertê-las em um produto. Baxter (2011) afirma que a geração de ideias é o coração do
pensamento criativo, e que a inspiração criativa pode resultar do pensamento bissociativo,
juntando as ideias que antes não estavam relacionadas.
Quanto maior a complexidade do produto, maior o número de requisitos e fatores
influenciadores do projeto. Tais requisitos de projetos e especificações exigem dos
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engenheiro, projetistas, designers e equipe envolvida uma atenção especial para a fase de
projeto do produto. (BAXTER, 2011). A etapa de projeto do produto engloba vários fatores
que devem ser levados em consideração pela equipe de projeto, conforme afirma Back et al.
(2008), “projeto do produto é um plano amplo para realizar algo, compreendendo aspectos
desde a identificação de uma necessidade até o descarte ou o seu efeito sobre o meio
ambiente".
Shigley, Mischke e Budynas (2005, p. 26), salientam que “Projetar consiste tanto em formular
um plano para a satisfação de uma necessidade específica quanto em solucionar um
problema.”. De acordo com os mesmos autores, se o resultado for um produto físico, este
deve ser funcional, seguro, confiável, competitivo, utilizável, manufaturável e mercável.
Faria (2011), destaca que o processo de desenvolvimento de produtos (PDP) é um conjunto de
atividades que buscam alcançar as especificações de projeto de um produto e de seu processo
de produção, tornando possível a manufatura deste produto.
Baxter (2011) ressalta que com a evolução da fase de desenvolvimento do produto os riscos e
incertezas vão sendo reduzidos, mas algum grau de incerteza pode persistir mesmo quando o
produto for fabricado. Trentim (2012) afirma que as empresas desejam que seus projetos
obtenham êxito, sejam realizados conforme o planejado e principalmente, satisfaçam os
clientes.
No início o nível de atividades, pessoas envolvidas e os custos do projeto são baixos, e com o
passar do tempo de projeto essas variáveis aumentam gradativamente. O contrário ocorre com
os riscos e incertezas que são maiores no início do projeto e diminuem à medida que os
resultados vão sendo alcançados. (PMI, 2008; TRENTIM, 2012).
A Figura 1 mostra que no início do projeto a influência das partes interessadas é expressiva e
vai decaindo com o passar do projeto. Já o custo das alterações sobre incrementos
significativos como passar do tempo de projeto.
Figura 1 - Influência das partes envolvidas e custo das mudanças
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Fonte: PMI (2008)
Com o verificado anteriormente, destaca-se a importância de um planejamento adequado para
o projeto do produto, criação de concepções que para dentre estas se escolha a concepção
compatível, e o acompanhamento do desenvolvimento deste projeto. Para auxiliar na busca
deste objetivo, sugere-se a utilização e aplicação de metodologias de projetos.
2.3 Estrutura veicular
A estrutura do veículo é o elemento também conhecido como quadro, frame ou chassi, sendo
o item agregador do automóvel, responsável por abrigar e suportar todos os sistemas,
subsistemas como também o piloto. Deve suportar o veículos como um todo e a estrutura
geralmente está escondida sob atrativas formas que determinam o estilo e a aerodinâmica do
veículo. (BROWN, 2002).
Mencionado por Ribeiro (2011), os fabricantes de automóveis ofereciam em suas linhas de
montagem, modelos de estrutura construídos em madeira, que muitas vezes não eram
fabricados pela própria fábrica, manufaturados por marcenarias especializadas em
componentes, como colunas, chassi, assoalho, longarinas, laterais, sendo que alguns modelos
eram cobertos com chapas de aço. O autor também ressalta que com a melhoria da tecnologia
de fabricação, as fábricas de automóveis substituíram partes da estrutura das carrocerias,
confeccionadas em madeira, por componentes metálicos.
Ericsson (2008) afirma que o quadro ou estrutura pode ser como uma mola, ligando a
suspensão dianteira com a traseira. Se ele for muito flexível, a tentativa de controlar a
distribuição e transferência de carga lateral entre a dianteira e a traseira será comprometida.
Conforme Brown (2002), a estrutura deve satisfazer vários papéis e é influenciada por muitos
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parâmetros do projeto dos sistemas do veículo (sistema elétrico, sistema mecânico, sistema de
segurança...), fato este que faz com que toda a equipe de projeto esteja informada sobre a
integridade estrutural do veículo. O mesmo autor destaca que estruturas tubulares em arranjo
triangular são comumente utilizadas em carros esportivos, indicado em aplicações com baixo
volume de produção e com a vantagem de baixo custo do ferramental.
Existem vários tipos de chassis ou estruturas, que são aplicadas nas construções
automobilísticas, para cada tipo de aplicação, incluindo automóveis, utilitários, caminhões,
ônibus, carros de corrida, carros conceito, supercarros, poderá haver uma aplicação específica
de um tipo de chassi, não existindo, portanto um tipo preferencial. (BROWN, 2002;
MILLIKEN, 1995).
Com isso depreende-se que a estrutura é o elemento que dá suporte aos demais sistemas e
subsistemas do automóvel, tendo influências dos vários elementos em contato direto e indireto
na forma de requisitos de projeto, dada representatividade, ressalta-se a importância de um
planejamento de projeto para este item.
2.4 Metodologia de projeto do produto
A atividade de desenvolvimento de novos produtos não é tarefa simples, requer pesquisa,
planejamento, controle, e importante, o uso da sistematização dos métodos aplicados.
Conforme Baxter (2011, p. 19), “Os métodos sistemáticos de projeto exigem uma abordagem
interdisciplinar, abrangendo métodos de marketing, engenharia de métodos e a aplicação de
conhecimentos sobre estética e estilo”.
Pahl et al. (2005), salienta que é necessário a utilização de procedimentos para o
desenvolvimento de boas soluções para um produto, sendo que este procedimento seja
planejável, flexível, otimizável e verificável. O mencionado autor destaca que uma
metodologia de projeto pode ser entendida como um procedimento planejado com indicações
concretas de condutas a serem observadas no desenvolvimento e no projeto do produto.
Rozenfeld et al. (2006), evidencia que o desenvolvimento do produto precisa de um processo
eficaz e eficiente para favorecer a competitividade da empresa, e para isso muitas empresas
adotam modelos para definir o padrão de trabalho que desejam para o desenvolvimento de
produtos.
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Antonello (2011), ressalta que desenvolvimento de um projeto deve ser feito com uma
metodologia claramente definida, que possibilite a repetição para novos produtos, sendo que
os objetivos possam ser alcançados dentro de um prazo e custos pré-estabelecidos.
O processo de desenvolvimento pode ser dividido em macrofases e fases. O número de
macrofases e fases pode variar de acordo com o processo estudado, e ao final de cada fase
tem-se saídas desejadas. (ROMANO, 2013).
Romano (2013) ressalta que com o uso de um modelo de referência é possível obter maior
compreensão do processo, registrar o conhecimento, planejar melhorias no processo, definir
uma base para a tomada de decisões durante o processo e por fim, racionalizar e garantir o
fluxo de informações. Todas estas informações permitem estabelecer uma visão detalhada e
integrada do trabalho a ser realizado.
3 Metodologia empregada
Para alcançarmos o objetivo proposto neste trabalho, que é demonstrar como procedeu o
projeto de uma estrutura tubular para veículo de competição tipo fórmula SAE, e sabendo da
importância do uso de metodologia de projeto, o desenvolvimento do trabalho foi
sistematizado com base no modelo prescrito por Romano (2013), mais especificamente sendo
aplicada a macrofase de projetação que engloba as fases de projeto informacional onde foi
feito o levantamento de informações sobre o projeto, projeto conceitual onde gerou-se
conceitos de estruturas, projeto preliminar onde definiu-se a concepção adequada e por fim, o
projeto detalhado.
4 Resultados
4.1 Projeto da estrutura tubular
A Figura 2 destaca a macrofase de projetação do modelo prescrito por Romano (2013).
Figura 2 - Metodologia para o projeto de produto
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Fonte: Romano (2013)
Orientado pelas fases da metodologia, primeiramente reuniu-se informações sobre o projeto,
posteriormente gerou-se conceitos, tais conceitos possibilitaram o projeto preliminar e por fim
o projeto detalhado da estrutura tubular.
O ciclo de vida do carro, assim como da estrutura tubular deve ser tal que suporte realizar
todas as provas da competição, e a duração da competição é de três dias com a realização de
provas estáticas e dinâmicas. A regra não fornece uma configuração de estrutura, mas sim
informações sobre os materiais que devem ser utilizados, dimensões destes materiais e
funções. Tem-se então informações sobre geometria, material e função. A regra indica que a
estrutura deve conter dois aros principais, que ficam próximo ao piloto, um anteparo frontal
para atenuar eventual impacto frontal e estruturas de impacto lateral em caso de colisões
perpendiculares a trajetória do carro.
A estrutura pode ser considerada um elemento central e agregador dos demais sistemas e
subsistemas do carro, onde todas as partes estão de alguma forma, diretamente ou
indiretamente conectadas na estrutura tubular. (ANTONELLO, 2011).
Todos os elementos, ou conjunto de elementos, tem-se uma especificação de material e
dimensões sugeridos pela regra da competição. A estrutura primária do carro deve ser
construída em aço com no mínimo de 0,1% de carbono, ou com material alternativo que tenha
resistência equivalente ou superior ao aço com 0,1% de carbono.
Por requisito de segurança e manutenção da integridade física do piloto, a cabeça e as mãos
deste não devem entrar em contato com o solo em caso de capotagem, sendo protegidas pela
estrutura do veículo. No regulamento é sugerido um modelo padrão de piloto, com as
dimensões básicas que devem ser usadas como gabarito para verificar o espaço interno da
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estrutura.
Em posição de pilotagem, o capacete do piloto deve ter no mínimo 2" (50,8 mm) entre o
capacete e uma linha reta traçada tangente ao aro principal e o aro frontal, e no mínimo 2"
(50,8 mm) entre uma linha reta traçada a partir do topo do aro principal até a parte mais baixa
do travamento traseiro.
Caso não haja um travamento traseiro, o capacete do piloto não deve ultrapassar a linha
traseira do aro principal. A Figura 3 explica detalhadamente, onde tem-se em linha tracejada a
linha tangente aos elementos da estrutura.
O mínimo raio de dobra, medido na linha de centro do tubo, deve ser de três vezes o diâmetro
externo do tubo. As dobras devem ser suaves e continuas para evitar falhas ou enrugamentos
na parede dos materiais.
Figura 3 - Posicionamento do piloto
Fonte: Adaptado de Formula SAE (2012)
Tanto o aro principal como o aro frontal devem ser suportados por travamentos nos dois lados
da estrutura. Os pés do piloto devem estar contidos dentro da estrutura tanto numa vista lateral
como numa vista frontal, a posição de verificação é a de pilotagem.
A abertura do cockpit dever ser suficiente para alocar o piloto, para isso a regra da competição
fornece um modelo (Figura 4) com as dimensões que devem estar livres dentro do habitáculo.
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Figura 4 - Gabaritos inseridos no cockpit
Fonte: Adaptado de Formula SAE (2012)
Durante o teste do gabarito do cockpit pode ser removido o volante, a coluna de direção, o
banco e todos os estofamentos. O firewall, que é o elemento de proteção do piloto das zonas
de calor, não pode ser movido ou removido em qualquer um dos testes.
Dentre os requisitos de projeto fornecidos pela regra da competição, tem-se outros requisitos
importantes que devem ser levados em consideração nas tomadas de decisões. Entre estes
pode-se citar: massa final da estrutura, vida útil do projeto, capacidade de transporte até a
competição, obtenção do material requisitado, potencial construtivo da equipe, harmonia com
os demais sistemas, custos envolvidos e lições aprendidas com os carros anteriores. A Figura
5 mostra os fatores de influência nas tomadas de decisões.
Nesta fase não se tem a hierarquização dos requisitos do projeto, pode-se observar que todos
estão igualmente distribuídos ao redor do disco central chamado requisito/função. Tem-se o
total de nove fatores de influência sendo denominados: massa final, carros anteriores,
regulamento, vida, transporte, obtenção de materiais, custos, potencial construtivo e outros
sistemas. O item outros sistemas divide-se, como mostra a indicação da seta em: motor,
transmissão, suspensão, sistema de segurança, sistema de direção, freio, carenagem e sistema
elétrico, que são os demais sistemas do carro e que estão agregados na estrutura.
Tendo informações sobre os requisitos, montou-se informações suficientes para se aproximar
de uma estrutura adequada. As influências dos demais sistemas e subsistemas do carro, do
potencial construtivo reuniu-se informações sobre a capacidade de manufatura no laboratório,
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raios de dobra, tipo de solda e mão de obra disponível para realização dos processos de
manufatura.
Figura 5 - Mecanismos de influência nas tomadas de decisões
Fonte: Elaboração própria
Antonello (2011) destaca que o projeto de um elemento necessita de uma ferramenta para
tomada de decisão, essa pode ser qualquer ferramenta que venha auxiliar e somar nas
decisões.
Foi adaptado um fluxograma para auxiliar na escolha de todo e qualquer elemento da
estrutura, assim como a estrutura final, (Figura 6). No topo do fluxograma recebeu-se as
informações que geraram os requisitos de projeto, esses requisitos proporcionaram a criação
de alternativas que satisfizessem as necessidades de projeto, deslocando-se horizontalmente
no fluxograma fazia-se a escolha das alternativas geradas, seguida de suas avaliações, e
finalmente a saída do elemento selecionado.
Definida as configurações básicas para cada item constituinte da estrutura, deve-se combinar
estes itens para formar o sistema completo. Devido as suas interdependências, os elementos
individuais não devem ser avaliados separadamente, mas sim conforme o valor de suas
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influências na estrutura montada.
Para realizar a avaliação das concepções, teve-se a necessidade de montar um quadro que
confrontasse todos os geradores de requisitos entre si e fosse atribuído pesos aos resultados
destas comparações, o Quadro 1 demonstra o cruzamento entre os geradores de requisitos.
Figura 6 - Fluxograma para tomada de decisões
Fonte: Elaboração própria
Inicialmente organizou-se todos os geradores de requisitos demonstrados na Figura 5 e
confrontados um com outro na matriz de avaliação. Leu-se o elemento da linha e comparou-se
com todos os elementos das colunas, verificando se tem uma importância menos (-) valor 1,
importância igual (=) valor 2 ou importância mais (+) valor 3, e seus respectivos somatórios
de valores representados na coluna total.
Igualmente confrontou-se todos os sistemas do carro contidos na Figura 5, que são geradores
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de requisitos, um com outro e obtendo-se somatórios de valores. Com os resultados dos
somatórios, foram divididas em faixas de valores para classificar o peso como extremamente
importante (25-30), muito importante (20-24), importante (15-19), menos importante (10-14)
e sem importância (1-9). A escolha de cada elemento foi feita conforme a sua melhor relação
com os elementos de maior peso. O elemento individual deve atender obrigatoriamente os
itens extremamente importantes e posteriores o maior número de elementos com grau de
importância hierárquico. Utilizando esse método de seleção para os elementos individuais e
verificando a relação com os demais sistemas do carro chegou-se às configurações
alternativas, a escolha da solução mais adequada se deu com base na matriz de avaliação,
verificando a maior relação com os sistemas de maior grau de importância.
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Quadro 1 – Matriz de avaliação do grau de importância dos requisitos de projeto na tomada de decisão
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Fonte: Elaboração própria
Na macrofase de projetação e na fase de projeto conceitual, criaram-se alternativas que
atendessem o regulamento e posterior, tivessem uma melhor relação com os requisitos
citados. Podem ser verificadas na Figura 7 as três concepções de estruturas criadas, indicadas
com as letras: a, b e c.
Figura 7 – Concepções geradas. Concepção a; concepção b; e concepção c
Fonte: Elaboração própria
Pode-se verificar uma vista isométrica e uma vista lateral das concepções geradas, cada uma
com sua peculiaridade em relação as demais, verificou-se com base na matriz de avaliação
qual a mais adequada e a que melhor atendeu as necessidades do projeto. O Quadro 2 mostra
a avaliação das concepção com relação aos itens que atendia, marcado com “v” na célula, e os
item que não atendia marcados com um traço “-“.
Quadro 2 – Escolha da concepção ótima
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Fonte: Elaboração própria
Verificou-se a relação das concepções com os geradores de requisitos e feito o somatório dos
itens com qual tem forte relação. Analisou-se a concepção da coluna e sua relação com o item
da linha, marcando com um “v” e fazendo o somatório dos valores correspondentes dos
elementos assinalados. Pode-se verificar que a concepção c, por atender um maior número de
itens, obteve como resultado o somatório de 320. Em comparação com a concepção a que
obteve resultado de 186 e a concepção b com resultado igual a 207, foi escolhida a concepção
c.
5 Conclusão
O presente artigo mostra como a aplicação de uma metodologia pode auxiliar no processo de
desenvolvimento de novos produtos e a utilização da matriz de decisão para avaliação dos
requisitos de projetos foi possível chegar a uma solução ótima. O projeto final teve que
atender as regras da competição Fórmula SAE Brasil do ano de 2011, com isso utilizou-se
como requisitos de projeto as informações fornecidas pela organização do evento. A estrutura
selecionada foi construída e utilizada em campo na VIII Competição Fórmula SAE Brasil no
ano de 2011, onde a equipe Formula UFSM obteve a 8ª colocação no seu segundo ano de
competição.
Com isso, conclui-se que o uso de uma sistematização, organização e aplicação dos
conhecimentos é possível desenvolver produtos que satisfaçam as necessidades iniciais e
logrem êxito em suas aplicações.
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