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EMERSON FISCHLER
A APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO NO PROCESSO DE
DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS NA INDÚSTRIA
AUTOMOBILÍSTICA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para
obtenção do Título de Mestre em
Engenharia Automotiva
(Mestrado Profissionalizante)
São Paulo
2005
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EMERSON FISCHLER
A APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO NO PROCESSO DE
DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS NA INDÚSTRIA
AUTOMOBILÍSTICA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo para
obtenção do Título de Mestre em
Engenharia Automotiva
(Mestrado Profissionalizante)
Orientador:
Prof. Dr. Douglas Lauria
São Paulo
2005
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FICHA CATALOGRÁFICA
RESUMO
Fischler, Emerson
A aplicação de simulação no processo de desenvolvimento
de produtos na indústria automobilística / Emerson Fischler. --
São Paulo, 2005.
66 p.
Trabalho de curso (Mestrado Profissionalizante em
Engenharia Automotiva). Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo.
1. Desenvolvimento de produtos (Otimização) 2. Produtos
novos 3. Automação industrial 4. Processos de fabricação
(Protótipo; Simulação) 5. Indústria automobilística I. Universi-
dade de São Paulo. Escola Politécnica. II. t.
Formatado: Centralizado,
Espaçamento entre linhas:
simples
Formatado: Fonte: Times
New Roman, Verificar
ortografia e gramática
Formatado: Normal
Formatado: Centralizado,
Espaçamento entre linhas:
simples
RESUMO
O processo de desenvolvimento de um novo produto desempenha um papel
fundamental para o sucesso de uma empresa.
Em função deste processo representar uma etapa longa e onerosa na vida de
um produto, da crescente demanda do mercado em termos de inovações, qualidade e
reduções no custo do produto e do aumento da concorrência neste setor, mudanças
constantes se fazem necessárias.
Ao longo dos anos temos visto alterações significativas no modo com que as
empresas do setor automobilístico desenvolvem novos veículos e, nas últimas
décadas, estas mudanças têm se intensificado tanto em abrangência quanto em
velocidade.
Este trabalho mostra como a utilização de simulação e prototipagem virtual
têm revolucionado este processo de criação e validação de um novo produto em
termos de reduções no tempo e custo empregados, bem como as possibilidades
geradas pela utilização destes recursos no que se refere à obtenção de produtos
otimizados e com um maior grau de certeza de sucesso desde as fases iniciais do
desenvolvimento.
Formatado: Título,
Justificado, Recuo: À esquerda:
0,63 cm, Espaçamento entre
linhas: 1,5 linha
ABSTRACT
The development process of a new product plays a fundamental role in the
success of a company.
Due to the long time and high costs involved in this process, the increasing
demand of the consumers in terms of innovation, quality and cost reduction, and the
increasing competition faced in this market, constant changes are required to adapt
the companies and their processes to this evolutional environment.
During the years we have seen significant changes in the way companies
from the automotive market have developed new vehicles and these changes have
intensified in terms of range and velocity over the last decades.
This job shows how the usage of simulation and virtual prototyping have
revolutionized the development and validation process of a new product in terms of
cost and time reductions, as well as the possibilities generated by these resources
related to the creation of optimized products and the higher confidence of success in
the early stages of this development.
Formatado: Português (Brasil)
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS
LISTA DE FIGURAS
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...............................................................................5
3. PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO.................................12
4. SIMULAÇÃO NO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE
VEÍCULOS...........................................................................................................20
5. CUSTO DA CERTEZA........................................................................................42
6. PAPEL DE ENGENHEIROS, PROJETISTAS E ANALISTAS NO PROCESSO
DE DESENVOLVIMENTO.................................................................................48
7. ESTUDO DE CASO.............................................................................................53
8. CONCLUSÃO......................................................................................................59
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................63
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Recuo: À
esquerda: 0 cm,
Deslocamento: 0,63 cm,
Espaço Antes: 12 pt,
Tabulações: 0,63 cm,
Tabulação de lista + Não em
1,27 cm
Formatados: Marcadores e
numeração
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Espaço Antes:
12 pt
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Excluído: ¶
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1 –
Aplicabilidade dos Métodos CAE – Computer Aided Engineering – das
fases do Projeto......................................................................................40
Tabela 6.1 –
Atuais atividades dos engenheiros, projetistas e analistas em
comparação às atribuições propostas para o engenheiro de projeto......50
Tabela 7.1 – Dados de referência para análise comparativa entre dois projetos
desenvolvidos pela General Motors do Brasil.......................................54
Tabela 7.2 – Redução de gastos por fase com a construção de protótipos entre
projetos recentes realizados pela General Motors do Brasil..................56
Formatado: Recuo: À
esquerda: 0 cm,
Deslocamento: 2,22 cm
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 - Processo de Desenvolvimento de Produtos normalmente seguidos pelas
Empresas - Fases e Revisões. (Rosenthal, 1992)...................................14
Figura 3.2 - Ciclo de Desenvolvimento “Estabelecer Objetivos – Detalhar –
Sintetizar – Confirmar”..........................................................................16
Figura 4.1 - Campo de Provas da Nissan – Arizona..................................................22
Figura 4.2 - Diversa Tipos de Pistas de Provas – Campo de Provas da Ford –
Arizona...................................................................................................23
Figura 4.3 - Testes para Coleta de Dados (Zwaanenburg,
2002)..............................23Figura 4.4 - Testes Simulados de
Componentes em Laboratórios (Zwaanenburg,
2002)......................................................................................................24
Figura 4.5 - Testes Simulados de Veículos em Laboratórios (Zwaanenburg,
2002)......................................................................................................24
Figura 4.6 - Processo Tradicional de Desenvolvimento de Produto (Xu,
1998)......................................................................................................25
Figura 4.7 - Processo Típico de Desenvolvimento de Produto – Década de 90 (Xu,
1998)......................................................................................................26
Figura 4.8 - Aumento da Capacidade Computacional na General Motors da América
do Norte (Bokulich, 2001).....................................................................30
Figura 4.9 - Processo de Desenvolvimento de Produto através de Engenharia
Simultânea com Simulação Integrada (Xu, 1998).................................31
Figura 4.10 - Processo de Desenvolvimento – Ciclo “Estabelecer Objetivos –
Detalhar – Sintetizar – Confirmar” (Grote; Sharp, 2001)......................32
Figura 4.11 - Processo de Desenvolvimento – Ciclo “Estabelecer Objetivos –
Detalhar – Sintetizar – Confirmar” (Rohde, 2002)................................33
Figura 4.12 - Migrando de Protótipos Físicos para Virtuais (Ryan, 2001).................35
Figura 4.13 - Comparação entre Cronograma Conceitual de um Processo Tradicional
de Desenvolvimento e de um Processo de Engenharia Simultânea
(Milburn, 2004)......................................................................................36
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Justificado,
Recuo: À esquerda: 0 cm,
Deslocamento: 2,22 cm
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Excluído: ¶
Figura 4.14 - Tendência de evolução no desenvolvimento virtual de produtos
(Schelkle; Elsenhans, 2001)...................................................................37
Figura 4.15 - Realidade Virtual no Desenvolvimento de Produtos (Valério et al,
2002)......................................................................................................39
Figura 5.1 - Evolução da Informação Disponível, Facilidade para Mudanças e Custo
para Mudanças ao longo de um Projeto (Campbell, 1998)....................44
Figura 5.2 - Valores Referenciais dos Níveis de Confiança do Sucesso de um
Produto ao longo do Projeto – Daimler Chrysler (Dubensky,
2001)......................................................................................................44
Figura 5.3 - Evolução da Quantidade de Problemas Solucionados e dos Custos
Acumulados em Função do Processo de Desenvolvimento Utilizado
(Milburn, 2004)......................................................................................46
Figura 7.1 - Comparação entre projetos recentes realizados pela General Motors do
Brasil......................................................................................................54
Figura 7.2 - Redução de Despesas em Três Grandes Programas Através da
Utilização de Simulação – Ford Motor Company (Campbell,
1998)......................................................................................................57
Figura 7.3 - Redução de Tempo na Elaboração de Desenhos com a Utilização de
Prototipagem Virtual (Perini et al, 2002)..............................................58
Figura 8.1 - Análise da Variação do Retorno sobre o Investimento em função do
Processo de Desenvolvimento empregado (Milburn, 2004)..................61
Formatado: Título, Recuo: À
esquerda: 0 cm,
Deslocamento: 2,22 cm,
Espaço Antes: 0 pt,
Tabulações: Não em 15,07 cm
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Fonte: Não
Negrito
Formatado: Normal, À
esquerda, Espaço Antes: 0 pt,
Espaçamento entre linhas:
simples, Tabulações: Não em
15,07 cm
1
1. INTRODUÇÃO
Nas últimas duas décadas temos presenciado alterações significativas no
contexto da indústria automobilística mundial.
A intensificação da concorrência, o aumento nas expectativas e exigências
dos mercados consumidores, pressões cada vez maiores por lucratividade e
produtividade têm levado as indústrias automobilísticas a um ciclo de análise e re-
definição de seus processos, estratégias e práticas de negócios.
Todo este novo cenário conduz à necessidade de se desenvolver veículos em
prazos e custos cada vez menores, gerando produtos com níveis de qualidade,
desempenho e segurança cada vez maiores, que atendam tanto a crescente demanda
do mercado consumidor como aspectos legais como emissões de poluentes,
desempenho em colisões entre outros.
Este processo de desenvolvimento de novos veículos sempre foi baseado na
construção e teste de protótipos.
Primeiramente estes testes eram realizados em vias públicas, em condições
típicas de uso. Porém, a variabilidade destes ambientes de testes em função de
condições climáticas, de conservação e das diferenças entre regiões levou à busca por
uma padronização na realização dos testes, com o estabelecimento de campos de
provas onde condições e eventos específicos poderiam ser reproduzidos em um
ambiente seguro e controlado.
Com isto passou a ser possível também se estabelecer padrões e condições de
testes que poderiam ser reproduzidos em diferentes regiões, tornando viável a
realização de testes semelhantes e a comparação dos resultados destes testes em
diferentes locais do mundo, bem como a abrangência de diversas condições de uso.
2
O passo seguinte, dado durante a década de setenta, foi o estabelecimento de
simulações físicas de testes em laboratórios, capazes de reproduzir através de
dispositivos as solicitações encontradas em condições reais de uso, porém de forma
focada e mais rápida.
Ao longo da última década presenciamos um novo e fundamental avanço no
processo de desenvolvimento de veículos: a utilização de ferramentas
computacionais e simulação virtual.
Estas ferramentas permitiram a criação, definição, avaliação de desempenho e
validação de componentes, sistemas e até veículos inteiros em um ambiente virtual.
Veículos completos, ou protótipos virtuais, podem ser construídos e testados
com relação à durabilidade, fadiga, aspectos de segurança e impacto, ruídos e
vibrações entre outros e, por fim, otimizados antes da fabricação do primeiro
protótipo físico.
Assim, temos notado que mais do que os avanços tecnológicos ocorridos nos
veículos em si, as empresas estão sendo reestruturadas e re-projetadas para esta nova
realidade do mercado.
É importante notar que estas novas tecnologias que estão sendo adotadas
alteram comercial e organizacionalmente as empresas, o que provoca o
desenvolvimento e a adoção de novas tecnologias a fim de alcançar as novas
demandas do mercado. Deste modo vemos que, neste aspecto, as empresas do setor
automobilístico não comandam estas mudanças, mas sim reagem a elas.
Desta forma, a filosofia tradicional de se projetar um novo veículo através do
ciclo de tentativa e erro, baseado fundamentalmente na construção e teste de
protótipos físicos, está sendo abandonada.
Em substituição à filosofia tradicional, temos agora um ciclo baseado na
definição dos requisitos do produto e em linha com as expectativas do mercado
consumidor e as exigências da legislação.
3
Além disso, alinhado ainda com o detalhamento destes requisitos até o nível
de componentes individuais, tanto no projeto quanto na otimização e validação dos
componentes, dos sistemas e do veículo como um todo. A validação final do veículo,
feita por meio da simulação é conseguida, então, com a menor quantidade possível
de protótipos e testes físicos.
Deste modo, o ciclo completo de desenvolvimento de um novo veículo tem
sido drasticamente reduzido em termos de tempo e custo. Nos últimos anos temos
visto este ciclo passar de alguns anos para 48, 36, 24 e mais recentemente 18 meses,
sendo que o objetivo atual é a execução de um ciclo completo em 12 meses, a partir
da definição do estilo do produto.
Quanto à utilização de protótipos físicos, associados a atividades longas e
extremamente onerosas, temos acompanhado reduções significativas no número de
veículos produzidos ao longo de um projeto. Fases completas de protótipos têm sido
eliminadas por algumas empresas, com redução de até 50% da quantidade de
veículos montados para testes.
Iniciamos este trabalho com uma análise bibliográfica de trabalhos e artigos
existente relacionados este tema, abrangendo diferentes momentos e aspectos desta
evolução.
Após esta revisão inicial, passamos a detalhar o processo de desenvolvimento
de veículos propriamente dito, apresentando sua evolução desde o início da indústria
automobilística até os dias atuais.
Nos capítulos seguintes, analisamos como a simulação e a prototipagem
virtual passaram a influenciar e transformar o ciclo de desenvolvimento de veículos,
bem como suas conseqüências no que se refere à otimização deste processo, elevação
do nível de informações e conhecimento do produto em fases iniciais do projeto além
das mudanças culturais relacionadas a esta nova realidade.
4
Em seguida vamos apresentar alguns exemplos dos resultados obtidos através
da introdução da simulação e da prototipagem virtual no projeto de veículos, e por
fim nossas considerações finais relacionadas ao tema.
5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Estratégias de negócios baseadas em melhorias e avanços contínuos em
produtos existentes, como é o caso da indústria automobilística em geral, requerem
um processo altamente produtivo de projeto e desenvolvimento de novos produtos.
Isto requer uma habilidade de combinar padrões existentes, pequenas
melhorias em termos de tecnologia e ocasionalmente saltos tecnológicos
cuidadosamente analisados, desenvolvidos e validados.
De acordo com Rosenthal (1992), processos formais de gerenciamento para
introdução de novos produtos são normalmente utilizados nas grandes empresas e
podem ser geralmente divididos em 5 fases:
• Validação da idéia
• Conceituação do projeto
• Projeto e especificação
• Fabricação de protótipos e testes
• Aceleração da produção
Ainda segundo este autor, revisões detalhadas do programa, entre as fases,
são recomendadas para se rever a situação do programa em relação aos objetivos
inicialmente traçados, identificando-se em avançado riscos que possam comprometer
o projeto e estabelecendo-se planos para transpor estes riscos. No processo proposto
ainda é enfatizada a importância da utilização de protótipos físicos ao longo do ciclo
de desenvolvimento, sendo ressaltado que apesar dos custos elevados, estes
protótipos consistem em uma ferramenta vital e devem ser construídos o mais cedo
possível, viabilizando assim a aquisição de informações relevantes de forma
antecipada. Apresenta ainda a utilização da simulação como uma ferramenta
embrionária, que tende a revolucionar a fase de testes e validação de novos produtos.
Formatados: Marcadores e
numeração
6
Ao longo das últimas duas décadas temos visto várias alterações no modo
com que a simulação tem sido utilizada neste processo de criação de um novo
produto, influindo nas etapas, tempos e custos relacionados ao desenvolvimento.
De acordo com Xu (1998), em função dos avanços ocorridos na área
tecnológica e relacionados a equipamentos e aplicativos, a simulação passou a
representar um papel cada vez mais importante no ciclo de desenvolvimento de um
novo produto, sendo responsável direta por uma redução de tempo e custo de
desenvolvimento. O autor relata também de forma bastante clara o papel da
simulação em diferentes épocas da indústria automobilística mundial. Segundo sua
análise, quando métodos de simulação inexistiam, ou ainda se apresentavam como
uma ferramenta do futuro restrita a poucos centros de pesquisa, o processo de
desenvolvimento era basicamente composto por um ciclo de “Projeto – Teste”, ou
Tentativa e Erro estando totalmente vinculado à construção de protótipos, testes
físicos e correções de projeto baseadas nas respostas obtidas, resultando em ciclos
longos e onerosos. Como processo comumente aplicado pela maioria das empresas
do setor automobilístico no final da década de noventa, o autor indica a utilização da
simulação como ferramenta de suporte, não sendo uma etapa obrigatória a ser
cumprida, representando um auxílio na solução de problemas identificados durante
testes físicos. Como tendência para evolução deste estágio de desenvolvimento, é
sugerida a utilização de simulação como etapa mandatória a ser cumprida desde a
fase de conceituação do produto até a fase de sua validação.
Com a introdução desta metodologia, ter-se-ia uma pré-validação do produto
antes da construção do primeiro protótipo funcional e os testes físicos passariam a ser
uma etapa somente de validação e não mais de desenvolvimento, eliminando-se os
ciclos de Tentativa e Erro.
Em função da crescente utilização da simulação no processo de
desenvolvimento e validação, Campbell (1998) analisou algumas premissas básicas
relacionadas a quando devemos ou não utilizar simulação no processo de
desenvolvimento. Basicamente, sugere a ampla utilização de prototipagem virtual
para toda e qualquer fase de desenvolvimento, principalmente nas etapas iniciais,
7
desde que os fenômenos a serem estudados sejam de conhecimento pleno e que os
modelos já estejam validados. Para casos nos quais o fenômeno a ser simulado não
seja plenamente conhecido ou o modelo a ser utilizado não esteja plenamente
validado, recomenda a utilização de testes físicos. Apresenta ainda alguns dados
importantes no que tange à evolução da utilização de simulação pela Ford Motor
Company. O autor aborda ainda o conceito de Custo da Certeza, ressaltando que
para qualquer projeto, quanto maior o nível de segurança e certeza que desejarmos
nas fases iniciais, maiores serão os gastos para obtê-los. Sugere como forma de
aumentarmos o nível de certeza em fases embrionárias a utilização da prototipagem
virtual que, a partir de informações preliminares do produto e investimentos
aceitáveis, fornece um retorno considerável em termos de informações importantes
para tomadas de decisões estratégicas para o produto.
Este aspecto relacionado ao aumento da certeza a menores custos também é
enfatizado por Shih et all (1998), onde é destacado que produtos de alta qualidade e
baixo custo são fatores decisivos para uma empresa alcançar índices elevados de
satisfação dos clientes e elevar sua participação no mercado. Deste modo, é indicado
como fundamental que o nível de conhecimento e informações disponíveis
relacionados ao novo produto seja elevado o mais rápido possível a fim de permitir
uma otimização do projeto e um aumento na certeza do produto, obtidos com
menores custos, e com a redução do ciclo de desenvolvimento. Outro ponto relevante
apresentado está relacionado ao papel a ser desempenhado pelos projetistas no
processo de desenvolvimento de um novo produto em função da nova realidade
apresentada a partir da introdução da simulação como ferramenta presente do ciclo
de desenvolvimento. O desafio reside no fato de projetistas, além de suas atribuições
básicas, tornarem-se também responsáveis por conduzir análises e simulações, e
propor alterações e melhorias confiáveis e em tempo adequado, explorando o
conhecimento que já possuem do projeto. Os autores apresentam ainda uma proposta
do papel a ser desempenhado pela simulação no ciclo genérico de desenvolvimento
de um produto e do processo resultante desta utilização, composto por quatro fases:
projeto conceitual, projeto para fase protótipo, projeto para fase de pré-produção e
re-projeto do produto, sempre apoiado em simulação e testes físicos. Ressaltam ainda
que através de prototipagem virtual os custos de desenvolvimento podem ser
8
reduzidos de maneira significativa, uma vez que atividades onerosas de fabricação,
montagem e testes de protótipos podem ser reduzidas. Concluem, entretanto, que
testes em protótipos físicos ainda são necessários como ferramenta de validação.
Brown (2002a) foca sua análise basicamente na necessidade de se alterar
drasticamente as funções exercidas por projetistas, analistas e engenheiros no
processo de desenvolvimento de um produto em função da introdução da simulação
neste processo. Em função dos grandes avanços tecnológicos, da grande redução nos
custos computacionais e do aumento em custos de produção e mão-de-obra, conclui
que a introdução da simulação é necessária para reduzir tempo e investimentos no
ciclo de desenvolvimento. Indica ele, ainda, que esta alteração no processo traz como
conseqüência a necessidade de se rever atividades, responsabilidades e fluxos de
trabalho entre projetistas, analistas e engenheiros. De acordo com sua análise,
tradicionalmente o engenheiro funciona como uma ponte de ligação entre projetistas
e analistas, servindo como o ponto focal do processo de criação e desenvolvimento.
Em função da nova realidade, sugere o autor que as atividades de projeto, simulação
e otimização passem a ser exercidas por engenheiros de projeto ou, como
mencionado no artigo, um super-projetista, tornando o processo mais ágil e objetivo,
acrescentando ainda a estas atividades análises quanto a manufaturabilidade e projeto
de ferramental .
Em uma análise apresentada por Ryan (2001), também é comentado que em
função do aumento de complexidade dos produtos e competitividade do mercado, os
ciclos de desenvolvimento dos produtos devem ser reduzidos. Com esta redução,
fabricação e testes de protótipos passam a representar o gargalo ou caminho crítico
para o lançamento de um novo produto. É ressaltado que projetos baseados em
simulação permitem aos projetistas, engenheiros e analistas acessarem mais
rapidamente informações importantes de um novo produto ainda na fase de
conceituação, além de ser possível, em questão de semanas, estudar inúmeras
alternativas, modificações e variações em diversos testes, a uma fração do tempo e
custo necessários aos processos baseados em protótipos físicos. É apresentada ainda
a evolução na utilização da simulação ao longo das últimas décadas, onde
inicialmente através dos processos tradicionais de CAD / CAE / CAM o foco era
9
dado às peças individuais, com análises restritas. O autor comenta que nos últimos
anos a necessidade de se avaliar não somente componentes, mas também sistemas e
veículos como um todo, aliado aos grandes avanços tecnológicos, levaram a uma
mudança significativa a partir da qual a simulação passou a analisar forma,
instalação, funcionamento e fabricação de peças, sistemas e veículo. Conclui que
através do “Mock-up” Digital, isto é, da visualização dos componentes através de
figuras sólidas analisando-se arranjo, interferências, etc., Protótipo Virtual Funcional,
ou representação virtual do produto em condições de utilização e Fábrica Virtual,
representada pela simulação dos processos de fabricação e montagem do produto,
será possível uma transição efetiva da utilização de protótipos físicos para simulação
e prototipagem virtual no processo de desenvolvimento.
Este tipo de abordagem também é descrito por Grote; Sharp (2001) e,
segundo estes autores, a metodologia tradicional para projeto de um veículo era
baseada no ciclo “Projeto-Construção-Teste-Reprojeto”, onde todos os testes eram
executados utilizando-se protótipos físicos de alto custo. É indicado como tendência
atual a utilização do Ciclo “Estabelecer Objetivo – Detalhar – Sintetizar -
Confirmar”, facilitando a utilização de ferramentas analíticas em fases preliminares
do projeto e, acima de tudo, criando um ambiente propício para a divisão de
atividades e responsabilidades ao longo da cadeia de suprimentos, facilitando a
integração de fornecedores e sistemistas no processo de desenvolvimento.
Seguindo esta mesma linha quanto ao desenvolvimento de um novo veículo,
Rohde (2002) também salienta que uma vez definidos os requisitos baseados nas
expectativas do mercado e na experiência da empresa, as atividades subseqüentes
estão relacionadas à definição dos atributos necessários aos sistemas, subsistemas e
componentes. Após estas definições básicas de requisitos segue a fase de projeto,
desenvolvimento e otimização dos componentes, subsistemas, sistemas e veículo,
executada totalmente apoiada em prototipagem virtual e testes virtuais. A fase final
consiste na fabricação, montagem e teste destes componentes, subsistemas, sistemas
e veículo previamente desenvolvidos e validados através de simulação. Por fim é
indicada a fase de validação do produto proveniente da linha de produção, cujo
objetivo é a validação do processo final. O grande avanço tecnológico ocorrido é
10
indicado como agente facilitador para toda esta revolução dos processos e
crescimento da engenharia virtual. Como conclusão, o grande desenvolvimento e
extenso uso de métodos computacionais bem como a elevação da capacidade
computacional são apresentados como os alicerces que suportam toda a fase de
síntese.
Bullinger; Bauer (1999) indicam que, embasado em todo este avanço nos
métodos e capacidades computacionais, a criação do “Mock-up” Digital tornou-se a
plataforma de suporte a toda esta revolução nos métodos e processos de
desenvolvimento de novos produtos. Sendo uma completa descrição ou
representação digital do produto para desenvolvimento, projeto, validação e
manufatura, passa a ser o alicerce à integração de ferramentas e áreas no processo de
criação de novos produtos.
Perini et all (2002), apresentam uma abordagem da utilização da
prototipagem virtual no ciclo de desenvolvimento de produtos mais voltada para
aspectos operacionais desta aplicação. Expõem de forma clara as vantagens obtidas
através da utilização de prototipagem virtual aliada a recursos relacionados à Intranet
e Internet no que tange à globalização do desenvolvimento de novos produtos
empregando centros de desenvolvimento em diversos países, bem como a
interligação com parceiros tecnológicos e clientes. Ressaltam também que estas
novas tecnologias aliadas permitem um desenvolvimento integrado e colaborativo
praticamente em tempo real do produto em diversos locais, tornando o fluxo de
informações mais eficiente, rápido e confiável, contribuindo assim de forma
relevante para a redução do ciclo. Outro fator apresentado como relevante para a
otimização do processo está relacionado à redução no tempo de elaboração de
desenhos de componentes a partir dos protótipos digitais criados na fase de
desenvolvimento, bem como na elaboração de listas de componentes e seqüência de
montagem.
Por outro lado é ressaltado por Schelkle; Elsenhans (2001) que apesar de
atualmente aplicações de ferramentas CAE terem se transformado em parte
integrante do processo de desenvolvimento de veículos, os resultados obtidos através
11
de simulações apresentam-se disponíveis muito tarde em relação à fase de
conceituação do produto. Cometam que as ferramentas atualmente disponíveis
enquadram-se melhor aos requisitos e ambiente encontrados na fase de
desenvolvimento, onde se têm claramente definidas geometrias, superfícies, modelos
dos componentes e sistemas, condições de contorno. Enfatizam a necessidade de se
desenvolver ferramentas adequadas a, através das informações disponíveis na fase de
conceituação do produto e de forma rápida, gerar análises preliminares relacionadas
a aspectos estruturais, de ruídos e vibrações, testes de impacto entre outros, bem
como estudo comparativo entre alternativas de maneira rápida e a custo
relativamente baixo.
Milburn (2004) identifica a Engenharia Digital como o novo paradigma a ser
quebrado. De acordo com sua análise este paradigma é composto por toda a mudança
comportamental e cultural envolvida na transição efetiva do desenvolvimento
baseado em protótipos e testes físicos para a simulação, otimização e validação
virtual. Descreve ainda os elementos-chave para a ruptura deste paradigma, incluindo
novos processos, novas tecnologias, gerenciamento e alinhamento de recursos de
acordo com os objetivos da empresa, Engenharia Simultânea e principalmente a
correta identificação das necessidades do mercado e o projeto baseado em simulação.
12
3. PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
Novos produtos determinam o futuro das empresas manufatureiras. Sem o
desenvolvimento de produtos eficientes, bem projetados e que satisfaçam às
necessidades do mercado, o futuro destas empresas é limitado uma vez que se basear
no sucesso de produtos existentes pode ser o caminho para a sua ruína.
Para obter sucesso, um novo produto deve oferecer ao potencial consumidor
fatores que o diferenciem dos concorrentes existentes em termos de utilidade, preço,
estilo, desempenho e disponibilidade.
O processo através do qual uma idéia torna-se uma realidade comercial traz
às empresas desafios relacionados ao seu sucesso ou fracasso no mercado. Deste
modo as empresas são obrigadas a responderem a estes desafios com mudanças no
processo através do qual projetam e desenvolvem novos produtos, tornando-os mais
eficientes.
Mais do que fazer a coisa certa, como definido por Rosenthal (1992),
definimos esta eficiência como fazer a coisa certa, no momento certo, e utilizando o
mínimo possível de recursos.
No processo em estudo, isto significa projetar um veículo que, uma vez
fabricado e distribuído, irá atender às necessidades presentes no mercado, exceder às
expectativas dos clientes e ao mesmo tempo atingir os objetivos da empresa em
termos de faturamento, lucro ou participação no mercado, e estabelecer uma base
para o futuro. Em paralelo a isto, projeto e desenvolvimento devem estar em linha
com os objetivos estratégicos da empresa.
Assim, podemos entender o processo de desenvolvimento de produtos como
um conjunto de atividades que envolvem quase todos os departamentos da empresa e
que tem por objetivo a transformação de necessidades de mercado em produtos ou
serviços economicamente viáveis.
13
Este processo deve ser conduzido de forma planejada e normalmente em
curtos ciclos de desenvolvimento. Para isto, podemos considerar basicamente três
situações de desenvolvimento de produtos em termos de mudanças ou avanços
promovidos.
O primeiro reflete pequenas melhorias ou combinações realizadas nos
produtos existentes. Seguem-se a isto pequenas alterações de caráter técnico com
alguma ênfase em evolução tecnológica e por fim alterações radicais de produtos
existentes ou criação de novos produtos com grandes avanços tecnológicos.
Com base nesta abordagem pode-se considerar grande parte dos projetos
desenvolvidos na indústria automobilística como conduzidos de forma a promover
pequenas melhorias tecnológicas em produtos existentes uma vez que não há
alterações drásticas no conceito do produto; um veículo sobre rodas, utilizando motor
de combustão interna e transmissão como sistema de propulsão.
Os avanços normalmente ocorrem e são implementados em sistemas
separadamente. Com o lançamento de um novo veículo, além da alteração em seu
visual, grande parte dos sistemas é mantida similar à de seu antecessor. Evoluções
tecnológicas são restritas a sistemas isolados.
Normalmente grandes empresas seguem processos para gerenciamento do
ciclo de projeto, desenvolvimento, validação e introdução de um novo produto no
mercado. Genericamente estes processos, como detalhadamente descrito por
Rosenthal (1992), são divididos em cinco fases:
• FASE 0 - Validação da idéia: consiste na identificação de uma necessidade de
mercado, no desenvolvimento de alternativas de produtos que satisfaçam esta
necessidade e em um refinamento destas alternativas;
• FASE 1 - Projeto Conceitual: detalhamento técnico e financeiro da alternativa
que satisfaça às necessidades do mercado de modo a promover um estudo de
viabilidade técnico-econômica da proposta. Nesta fase são estabelecidos os
objetivos relacionados a preço, qualidade e desempenho do produto, bem como
prazo e custo para implementação;
Formatados: Marcadores e
numeração
14
• FASE 2 - Projeto e especificação: nesta fase ocorre o projeto do novo produto
propriamente dito;
• FASE 3 - Fabricação de protótipos e testes: a partir do projeto detalhado, segue-
se a fase de construção e testes de protótipos com o objetivo de validar o novo
produto; nesta etapa pode-se verificar fisicamente se o novo produto atende às
especificações e objetivos estabelecidos na fase de Projeto Conceitual;
• FASE 4 – Aceleração da Produção: o objetivo desta fase é a aceleração da
produção do novo produto e a introdução deste no mercado.
Além disto, revisões gerais são recomendadas para análises completas do
andamento do projeto, comparações destes resultados aos objetivos originalmente
estabelecidos para o novo produto e a decisão de se prosseguir ou não o processo.
Este processo pode ser melhor visualizado na figura 3.1 a seguir, onde
notamos a presença destes pontos de revisão geral do processo de desenvolvimento.
Figura 3.1 – Processo de Desenvolvimento de Produtos normalmente seguidos
pelas Empresas - Fases e Revisões. (Rosenthal, 1992)
Vale ressaltar entretanto que, segundo nossa análise, comparando-se este
processo teórico com as atividades que realmente são desenvolvidas nas empresas,
vemos que estas etapas não apresentam-se claramente definidas, apresentando
geralmente certa sobreposição e simultaneidade de atividades.
15
Outro ponto importante notado se refere às revisões gerais do projeto. Esta
metodologia passou a ser utilizada de forma sistemática e disciplinada há cerca de
cinco anos. Em períodos anteriores, estas revisões com o objetivo de avaliar aspectos
técnicos e financeiros do projeto não eram praticadas formalmente.
Basicamente podemos afirmar que os processos de desenvolvimento de novos
produtos têm como atividade inicial a identificação de uma necessidade do mercado.
A partir da identificação desta necessidade, e do estabelecimento do conceito
de um produto que satisfaça esta necessidade, seguem-se as atividades relacionadas à
transformação deste conceito em um produto real.
Em função da expectativa do mercado e do conhecimento, experiência e
metas da empresa, são definidos os objetivos para o novo produto, como qualidade,
desempenho, valor, entre outros. Esta fase pode ser entendida como o
estabelecimento e alocação dos requisitos deste novo produto.
Na seqüência, temos a etapa de detalhamento dos requisitos estabelecidos,
onde estes são traduzidos em termos de requisitos dos sistemas, subsistemas e
componentes que constituirão o produto final, tendo desta forma o desmembramento
do produto em componentes individuais.
Uma vez definidos os requisitos de cada componente, subsistema e sistema
que irão compor o produto passa-se a projetar, testar e validar estes itens. Este
processo, segundo diversos autores pesquisados, consiste na síntese do produto uma
vez que o projeto e validação parte dos componentes individuais, seguidos dos
subsistemas e sistemas até chegar-se no produto completo.
Este processo pode ser resumidamente expresso como sendo formado pelo
ciclo “Estabelecer Objetivos – Detalhar – Sintetizar – Confirmar”, onde se parte dos
requisitos do produto e se chega aos requisitos dos componentes individuais; efetua-
se projeto, desenvolvimento e validação dos componentes individuais, subsistemas,
sistemas até chegar-se ao produto completo. Na figura 3.2, temos uma representação
esquemática deste processo.
16
Figura 3.2 – Ciclo de Desenvolvimento “Estabelecer Objetivos – Detalhar –
Sintetizar – Confirmar”
Um ponto importante que deve ser ressaltado está relacionado à identificação
de oportunidades no mercado. Entendemos que esta atividade é de vital importância
para o sucesso a longo prazo de uma empresa. O horizonte que se utiliza para esta
pesquisa de mercado deve ser suficientemente longo de forma a conter um ciclo
completo de desenvolvimento de um novo produto.
Igualmente relevante é o conhecimento do ciclo de vida do produto atual, pois
se deve conhecer ou estimar o seu tempo de vida no mercado, analisar o momento
em que este deve ser substituído em função de declínio nas vendas, bem como o
tempo necessário para se desenvolver e introduzir o novo produto.
Em função da vital importância do conhecimento do ciclo de vida do produto
atual e da necessidade de identificação dos anseios do mercado para o futuro,
17
identificamos aqui uma grande oportunidade de aprimoramento para a indústria
automobilística nacional.
Vemos esta fase do processo como a mais frágil de todo o ciclo de criação de
novos produtos na indústria automobilística nacional e que requer o maior
aprimoramento uma vez que o correto projeto, desenvolvimento, validação e
lançamento de um produto somente atingirá o sucesso se estiver de acordo com as
necessidades do mercado no momento apropriado.
Como corretamente comentado por Grote; Sharp (2002), deve-se notar que
este Ciclo de “Estabelecer Objetivos – Detalhar – Sintetizar – Confirmar” contribui
significativamente para a utilização de ferramentas analíticas em fases preliminares
do projeto.
Além disto, em nossa análise, esta metodologia cria um ambiente propício
para a divisão de atividades e responsabilidades ao longo da cadeia de suprimentos
facilitando a integração de fornecedores e sistemistas no processo de
desenvolvimento, além da descentralização do projeto e sua execução simultânea em
mais de um centro de desenvolvimento, contribuindo de forma significativa para a
realização de projetos globalizados. Notamos que esta descentralização do projeto
tem sido uma prática bastante utilizada pelas indústrias do setor automobilístico.
Com relação ao desenvolvimento de um novo produto, é importante
destacarmos novamente que, além de resultar na criação de um produto que satisfaça
e exceda as expectativas do mercado, este deve ocorrer no menor tempo possível e
consumir o mínimo possível de recursos.
Deste modo, estes dois fatores, tempo e custo, podem ser encarados como
peças-chave, ao lado do produto em si, para o sucesso de um projeto e,
conseqüentemente, de uma empresa.
Como comentado anteriormente, no cenário automobilístico há cerca de
quinze anos, encontravam-se ciclos de desenvolvimento ao redor de quarenta e oito
meses a partir da definição do estilo do veículo. Hoje podemos afirmar que este ciclo
18
já se encontra entre dezoito e vinte e quatro meses, e o objetivo a curto prazo é
alcançar ciclos completos em doze meses.
Quando analisamos mais detalhadamente o processo atual, de duração ao
redor de dezoito a vinte e quatro meses, notamos que subtraindo o período necessário
para a execução de rearranjos e adequações da planta para montagem do novo
produto, e para projeto e fabricação de ferramentais, que podemos considerar como
uma das porções mais significativas do tempo disponível no ciclo completo,
verificamos que restam apenas poucos meses para se executar o projeto e validação
do novo veículo. Fica claro o grande desafio que a indústria automobilística terá de
enfrentar em um curto intervalo de tempo.
Como ilustrado por Ryan (2001), o BMW Série 3 lançado em 1999 consumiu
cerca de cinco anos e 2.6 milhões de homens-hora para ser concebido, e seria
superado por muitos outros veículos novos em um período bastante curto de tempo.
Estes novos veículos seriam desenvolvidos em menos da metade do tempo e iriam
incorporar mais avanços tecnológicos e representar mais valor ao consumidor do que
o então recém lançado BMW.
Diversos autores ressaltam a utilização de engenharia simultânea, simulação e
prototipagem virtual como o caminho a ser seguido para se alcançar reduções no
tempo e orçamento consumidos durante o ciclo de desenvolvimento, bem como
obtenção de melhores níveis de informação deste novo produto em fases iniciais
deste ciclo, e redução no custo da certeza.
Entretanto, observamos que na indústria automobilística nacional este
processo ainda se encontra em fase de implementação na maioria das empresas. Até
cerca de cinco anos grande parte do processo ainda estava baseado no
desenvolvimento e validação de protótipos físicos, com a simulação sendo
normalmente aplicada para suporte à solução de problemas.
Reconhecemos a partir do final da década de noventa uma movimentação no
sentido de migrar as atividades de desenvolvimento para a simulação e prototipagem
virtual, concentrando a utilização de protótipos físicos para atividades de validação.
19
Porém este processo de desenvolvimento ainda não pode ser considerado como
implementado e independente do protótipo físico.
Concluímos assim que a adoção do ciclo de atividades resumidamente
expresso por “Estabelecer Objetivos – Detalhar – Sintetizar – Confirmar” trás uma
rotina de atividades lógica, cadenciada e que auxilia no estabelecimento de um
ambiente propício à introdução da simulação e à descentralização e globalização das
atividades de desenvolvimento.
Reconhecemos ainda que a simulação não é apenas uma tendência. A sua
implementação e utilização no desenvolvimento de um novo produto é uma
necessidade e contribui de maneira significativa para a otimização deste processo.
Uma análise mais detalhada da utilização da simulação e prototipagem
virtual, bem como a variação do custo da certeza no projeto será apresentada nos
capítulos a seguir.
20
4. SIMULAÇÃO NO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE VEÍCULOS
Em função da globalização, da competição no setor automotivo e do
crescente aumento na pressão por produtividade e lucratividade as empresas deste
setor buscam alternativas para o desenvolvimento de novos produtos a um menor
custo e tempo.
O ciclo completo de desenvolvimento de um novo veículo, desde sua
concepção inicial até o início de produção, vem sendo reduzido drasticamente. Há
pouco mais de uma década, um novo veículo poderia ser competitivamente
concebido e lançado em quatro a cinco anos.
Durante a década de noventa, o mercado e a concorrência acirrada fizeram
com que o período de desenvolvimento fosse sendo reduzido sucessivamente para
trinta e seis, vinte e quatro e dezoito meses. Montadoras japonesas, mais fortemente a
Toyota, têm se destacado nesta incessante busca por novos métodos de projeto e
validação de modo a reduzir este ciclo para introdução de um novo modelo no
mercado - Time to Market -, reinventando processos e fazendo uso de novas
tecnologias. Como mencionado no capítulo anterior, o padrão atual para um ciclo
completo de desenvolvimento situa-se ao redor de vinte e quatro meses e o objetivo
atual é atingir-se um ciclo completo de doze meses.
Com o aumento na complexidade e a redução no tempo e custo de um ciclo
de desenvolvimento, a fabricação e teste de protótipos físicos, em função do tempo e
custo envolvidos nestas atividades, passam a representar o caminho crítico no
processo de desenvolvimento.
Como apresentado por diversos autores pesquisados, uma das principais
alternativas a estes novos desafios é representada pela introdução e ampla utilização
de simulação e prototipagem virtual durante o processo de desenvolvimento de um
novo produto.
21
Historicamente a utilização de protótipos e testes físicos tem sido uma
atividade necessária e obrigatória para o desenvolvimento e validação de um novo
veículo desde o início da indústria automobilística.
Inicialmente estes testes físicos eram conduzidos em vias públicas
representando as condições reais de utilização dos veículos. Nesta fase inicial, em
virtude da grande variedade de condições e ambientes de utilização, o grande desafio
tornou-se a criação e desenvolvimento de procedimentos e locais específicos.
Um primeiro avanço neste processo, ao longo da década de vinte, foi a
criação de Campos de Provas com o intuito de se reproduzir situações reais de
utilização, porém em condições controladas e padronizadas.
Diferentes pistas, como ilustrado nas figuras 4.1 e 4.2, e procedimentos de
testes passaram a ser introduzidos de modo a tentar se abranger as mais variadas
condições de utilização.
Como resultado deste primeiro passo, condições e procedimentos padrões
haviam sido criados tornando as atividades de desenvolvimento e validação mais
seguras e confiáveis, uma vez que os testes passaram a ser desenvolvidos em locais
cujas condições eram controladas.
Como benefício desta nova condição, vislumbrou-se também a possibilidade
de se promover testes acelerados, uma vez que nestes Campos de Provas foi possível
concentrar, em pequenos trechos de pistas, as condições mais severas e diversas
encontradas no sistema viário público.
Ao longo da década de setenta outro avanço importante na área de
desenvolvimento e validação foi a introdução de Laboratórios de Simulação. A partir
de dados colhidos em pistas utilizando-se veículos instrumentados e dispositivos
especialmente projetados, testes de componentes, sistemas ou veículos completos
passaram a ser realizados em laboratórios (testes em bancada).
22
Figura 4.1 - Campo de Provas da Nissan – Arizona
Estes dados, acelerações, esforços, freqüência de vibração entre outros, são
reproduzidos através dos dispositivos de modo a submeter os componentes, sistemas
23
ou o veículo completo às mesmas condições a que estariam sujeitos nas pistas, porém
em laboratório e ininterruptamente.
Figura 4.2 - Diversos Tipos de Pistas de Provas – Campo de Provas da Ford –
Arizona
Nas figuras 4.3, 4.4 e 4.5 apresentamos alguns exemplos destes testes em
laboratórios. Nestas imagens estão representados, respectivamente, veículos
instrumentados para coleta de dados para alimentação dos dispositivos de testes para
componentes isolados e veículos completos.
Figura 4.3 – Testes para Coleta de Dados (Zwaanenburg, 2002)
24
Com a introdução de testes em laboratórios, ou em bancada, ainda foi
possível a aceleração dos testes em virtude de poder-se escolher a reprodução dos
trechos mais severos ou relevantes do ciclo de teste em pista. Assim, testes que em
pistas poderiam durar meses, em laboratórios passaram a ser executados em semanas
ou dias.
Figura 4.4 – Testes Simulados de Componentes em Laboratórios (Zwaanenburg,
2002)
25
Figura 4.5 - Testes Simulados de Veículos em Laboratórios (Zwaanenburg, 2002)
Este processo de desenvolvimento baseado predominantemente em protótipos
e testes físicos ilustrado esquematicamente na figura 4.6, e representando um ciclo de
“Projeto – Teste”, ou Tentativa e Erro, pode ser considerado como sendo o processo
tradicionalmente utilizado pelas empresas do setor automobilístico até meados da
década de noventa.
Figura 4.6 – Processo Tradicional de Desenvolvimento de Produto (Xu, 1998)
Assim, em função da necessidade de se reduzir tempo e custo do ciclo de
desenvolvimento de um produto e dos constantes avanços tecnológicos ocorridos
principalmente a partir do final da década de oitenta, a simulação passou a ser
encarada como o meio através do qual o processo de desenvolvimento poderia ser
drasticamente alterado e reduzido em termos de tempo e custo.
As primeiras utilizações da simulação no processo de desenvolvimento a
partir do final da década de oitenta e início de noventa refletiam o desenvolvimento
de componentes individuais e focavam basicamente estudos relacionados à analise
estrutural através do Método dos Elementos Finitos.
26
A simulação até o final da década de noventa apresentava-se normalmente
como uma ferramenta de auxílio ao processo tradicional de desenvolvimento,
empregada como método de correção de algum problema detectado durante um teste
físico convencional, normalmente aplicado a componentes isolados e na grande
maioria dos casos voltada a estudos relacionados a resistência estrutural do
componente. Um fluxo simplificado deste processo está apresentado na figura 4.7.
Figura 4.7 - Processo Típico de Desenvolvimento de Produto – Década de 90 (Xu,
1998)
Como pode ser observado no fluxo apresentado na figura 4.7, a simulação
durante este período era encarada como uma ferramenta de suporte na solução de
problemas encontrados durante a realização de testes físicos. Não era apresentada
como uma etapa mandatória a ser cumprida durante o processo de desenvolvimento e
validação.
Neste período, a base para o processo, tanto para atividades relacionadas a
desenvolvimento quanto validação, ainda eram protótipos e testes físicos que
representavam elevados custos e longos períodos para serem construídos e
realizados.
27
Como exemplo do que a utilização de protótipos físicos para testes representa
em termos de tempo, nossa experiência nesta área indica que comumente é
consumido ao redor de seis meses, a partir da liberação dos desenhos do novo
produto, para a construção do ferramental protótipo, a fabricação dos componentes e
a montagem dos veículos. A partir deste momento torna-se possível a realização dos
testes que podem durar de algumas semanas a seis meses ou mais.
Ao longo dos anos, nossa vivência nesta área também identifica que outro
ponto a ser considerado para a criação de alternativas aos demorados e onerosos
protótipos e testes físicos está relacionado à limitação imposta quanto ao processo de
análise de alternativas de projeto e otimização do produto.
As iterações possíveis, em função do elevado custo e longo tempo
envolvidos, eram restritas; tanto no processo tradicional, figura 4.6, quanto no
processo tipicamente encontrado ao longo da década de noventa, figura 4.7. Os testes
físicos não eram apenas ferramentas de validação, mas também de desenvolvimento
e aprendizagem. Em função disto, os projetos ou conceitos eram basicamente
revistos apenas em situações onde algum problema era detectado durante os testes.
Desta forma ao longo de muitos anos vivemos situações nas quais, devido aos
altos custos envolvidos neste processo de desenvolvimento, as iterações eram
basicamente restritas à correção de problemas. Esta situação normalmente conduzia a
um projeto super-dimensionado, onde o foco principal no período de
desenvolvimento e validação estava voltado à verificação do componente, sistema ou
veículo completo quanto à sua aprovação em relação aos objetivos estabelecidos.
Como fatores limitantes para a utilização em larga escala da simulação e da
prototipagem virtual neste período tínhamos o custo e a disponibilidade de
capacidade computacional, além de aspectos culturais.
Quanto aos aspectos culturais, dois autores exemplificam de maneira simples
a barreira cultural a ser transposta.
28
Zwaannenburg (2002) trás à tona esta barreira através de um comentário
simples e direto, retratando uma situação bastante comum encontrada até pouco
tempo: “Todos acreditam nos resultados dos testes, exceto os engenheiros de teste;
ninguém acredita nos resultados das análises, exceto os analistas”.
Isto pode ser plenamente compreendido pois, no início do processo de
introdução da simulação, havia poucos profissionais aptos a trabalharem com estes
métodos e portanto capazes de interpretá-los. Além disto, todo o processo bem como
seus resultados eram apresentados de forma numérica tornando ainda mais difícil sua
compreensão. Quando comparamos esta situação ao fato de que resultados de testes
em componentes e veículos físicos eram reais e visíveis podemos entender a
dificuldade dos profissionais em aceitarem os resultados provenientes da simulação.
Por outro lado, os engenheiros de testes muitas vezes demonstravam
dificuldades em aceitar os resultados destes testes principalmente em situações
extremas, ou seja, quando estes indicavam a aprovação de um componente que
estava nitidamente super-dimensionado ou, na situação oposta, apesar do resultado
atestar a aprovação sua experiência indicava que o componente não estava
totalmente desenvolvido ou apresentava-se em uma condição limítrofe.
Brown (2001) expõe a mesma situação encontrada na General Motors, e
como esta foi resolvida: “...a General Motors sempre foi uma empresa baseada em
protótipos. Nunca teria sido possível implementar as mudanças necessárias através
de justificativas baseadas em custos. Isto era cultural. Tentando-se justificar através
de custos, a ação requerida teria envolvido discussões intermináveis...a GM corrigiu
o problema cultural...Eles removeram uma fase completa de protótipos, uma iteração
completa. Anteriormente, a GM tinha quatro fases de desenvolvimento – Mula, Alfa,
Beta e Gama... A gerência concluiu que a GM estava realizando testes em excesso, e
simplesmente eliminou um bloco completo. Nenhum teste em protótipo seria
permitido na primeira fase, a fase Alfa. A GM reduziu seu desenvolvimento para três
fases eliminando a fase de protótipos Alfa...”
29
Com relação aos demais fatores limitantes, a partir do final da década de
noventa, a indústria automobilística mundial passou a viver uma nova revolução no
processo de desenvolvimento de novos veículos.
Como alicerces desta revolução, segundo os autores pesquisados, temos:
1. O grande avanço na capacidade computacional, como Fator Facilitador.
2. Mudanças no mercado quanto às exigências do consumidor e a concorrência
acirrada entre as montadoras, como Fator Motivador.
Como mencionado por Grote; Sharp (2001): “Completamente repensada, re-
projetada e re-engenheirada para os clientes do ano 2000... Não o automóvel... a
Empresa”. Estas mudanças nas empresas automobilísticas estão sendo propiciadas
por novas tecnologias, e alavancadas por um desejo de melhoria na competitividade e
lucratividade.
Se analisarmos em detalhes a evolução da industria automobilística mundial,
podemos concluir que as maiores revoluções estão relacionadas à introdução da
eletrônica aos sistemas veiculares ao longo da década de oitenta e às constantes
alterações nos métodos e processos utilizados para a criação e fabricação de
automóveis.
Relacionado à evolução tecnológica, vemos que a cada dia tem-se maior
capacidade computacional, adquirida a uma fração do que se investia no passado.
Como pode ser observado na figura 4.8, comparando-se com o recurso disponível
atualmente, vemos que a capacidade computacional em meados da década de
noventa era praticamente inexistente.
30
Figura 4.8 – Aumento da Capacidade Computacional na General Motors da
América do Norte (Bokulich, 2001)
Estas revoluções tecnológicas fazem com que as indústrias automobilísticas
deixem de ser a fonte geradora de mudanças, passando a reagir às novas condições
impostas pelo mercado e pelo ambiente.
Neste novo cenário, mudanças radicais puderam ser implementadas no
processo de desenvolvimento. O custo-benefício da introdução desta nova tecnologia
baseada em métodos computacionais conduziu a um uso mais extensivo de análise e
simulação, auxiliando de forma decisiva na aceleração dos ciclos de
desenvolvimento. Isto está propiciando a introdução de Campos de Provas Virtuais,
criando assim o meio através do qual as indústrias possam atingir os novos objetivos
e expectativas do mercado.
Nesta nova realidade, a simulação passa a representar um papel
extremamente relevante no processo. A diferença fundamental em relação ao que se
praticava em períodos anteriores refere-se à utilização obrigatória da simulação em
todas as fases do ciclo, suportando o desenvolvimento e pré-validação virtual do
produto, ilustrado na figura 4.9, sendo esta nova abordagem um consenso entre os
autores pesquisados.
31
Figura 4.9 – Processo de Desenvolvimento de Produto através de Engenharia
Simultânea com Simulação Integrada (Xu, 1998)
Todos relatam as grandes vantagens em se aplicar a análise e simulação desde
as fases iniciais do projeto. Como benefícios desta prática, temos um aprimoramento
do projeto ainda na fase conceitual, e uma otimização deste durante todo o
desenvolvimento.
Isto pode ser visualizado nos modelos de processo de desenvolvimento
apresentados por outros autores pesquisados ilustrados nas figuras 4.10 e 4.11.
32
Figura 4.10 – Processo de Desenvolvimento – Ciclo “Estabelecer Objetivos –
Detalhar – Sintetizar – Confirmar” (Grote; Sharp, 2001)
Retornando ao comentário de Zwaannenburg (2002), que relata que no início
da utilização da simulação no ciclo de desenvolvimento todos acreditavam nos
resultados dos testes, exceto os engenheiros de teste e ninguém acreditava nos
resultados das análises, exceto os analistas, e observando este novo cenário podemos
concluir que o desenvolvimento de novos programas que permitiram a visualização
do componente ou do veículo sendo virtualmente testado e a apresentação dos
resultados de forma também visual auxiliou muito na aceitação destes novos métodos
por parte dos profissionais envolvidos no desenvolvimento do produto.
33
Figura 4.11 - Processo de Desenvolvimento – Ciclo “Estabelecer Objetivos –
Detalhar – Sintetizar – Confirmar” (Rohde, 2002)
Em adição a isto, os resultados provenientes da simulação passaram a
embasar a posição do engenheiro de testes que, apesar de aprovarem componentes
em função de procedimentos e requisitos estabelecidos, questionavam estes
resultados uma vez que sua experiência indicava que o componente estava super-
dimensionado ou se apresentava uma condição limite de utilização.
É notório também que a maioria dos autores pesquisados alia a introdução da
simulação como etapa obrigatória no processo à utilização do ciclo “Estabelecer
Objetivos – Detalhar – Sintetizar – Confirmar” e à implementação do conceito de
Engenharia Simultânea. Tem-se desta forma o objetivo de garantir que o máximo de
informações relevantes seja incorporado ao processo inicial de criação do novo
produto, evitando-se mudanças drásticas e onerosas em fases posteriores do
desenvolvimento.
Podemos assim concluir que, além das reduções em termos de tempo e
investimento de desenvolvimento, outra significativa contribuição da simulação e
prototipagem virtual é oriunda da possibilidade de se adquirir conhecimento do
produto ainda em sua fase embrionária. A análise de alternativas, a otimização e a
redução de iterações ou fases de projeto-construção-teste representam um fator
primordial para a redução de tempo e custo no ciclo de desenvolvimento de produto.
34
A simulação, deste modo, torna-se responsável pela otimização do produto
em cada fase do processo, resultando em um produto que atenda aos requisitos de
utilização, mas não seja super-dimensionado.
Com a introdução desta metodologia, temos o desenvolvimento, otimização e
pré-validação do produto antes da construção do primeiro protótipo funcional, e os
testes físicos passam a ser uma etapa somente de validação e não mais de
aprendizado e desenvolvimento, eliminando-se os ciclos de “Tentativa e Erro”.
Projetos baseados em simulação permitem aos projetistas, engenheiros e
analistas acessarem mais rapidamente informações importantes de um novo produto
ainda na fase de conceituação.
Desta forma concluímos que não é mais necessário esperar meses para
construção, instrumentação e testes em protótipos físicos para obter as primeiras
informações que irão conduzir a alterações e otimizações do produto. Pode-se ainda,
em questão de semanas, estudar inúmeras alternativas, modificações e variações em
diversos testes, a uma fração do tempo e custo necessários aos processos baseados
em protótipos físicos, como ilustrado nas figuras 4.12 e 4.13.
Mais recentemente, a necessidade de se avaliar não somente componentes,
mas também sistemas e veículos como um todo, aliada aos grandes avanços
tecnológicos, levaram a uma mudança significativa a partir da qual a simulação
passou a analisar forma, instalação, funcionamento e fabricação de peças, sistemas e
veículo.
35
Figura 4.12 – Migrando de Protótipos Físicos para Virtuais (Ryan, 2001)
36
Figura 4.13 – Comparação entre Cronograma Conceitual de um Processo
Tradicional de Desenvolvimento e de um Processo de Engenharia Simultânea
(Milburn, 2004)
Através do “Mock-up” Digital tornou-se possível a visualização em três
dimensões dos componentes sólidos. Esta tecnologia permite a análise de instalação
do componente, subsistema ou sistema no veículo, bem como a análise de
37
interferências entre componentes. Isto assegura que todas as partes irão apresentar
condições de montagem e o produto estará de acordo com o especificado.
Assim, estas representações tri-dimensionais permitem a construção e
avaliação virtual de veículos completos, sem a necessidade de se fabricar um
componente físico sequer.
Um outro passo para esta avaliação virtual completa do produto é a criação de
Protótipos Virtuais Funcionais, onde através de modelos criados pode-se representar
a simulação do veículo em condições reais de operação em laboratórios ou campos
de provas também virtuais, dentro do conceito simule como você testa.
Em complemento a todo este ciclo de desenvolvimento virtual, temos
também a introdução de Fábricas Virtuais, onde é possível simular todo o processo
de fabricação, montagem e manutenção do veículo.
A combinação do “Mock-up” Digital, com o Protótipo Virtual Funcional e a
Fábrica Virtual provê os meios necessários para se realizar uma transição efetiva dos
protótipos e testes físicos para os protótipos virtuais. Uma visão geral deste sistema
de desenvolvimento baseado em protótipos virtuais está apresentado na figura 4.14.
Figura 4.14 – Tendência de evolução no desenvolvimento virtual de produtos
38
(Schelkle; Elsenhans, 2001)
Em linha com esta abordagem, Zorriassatine et all (2003) classificam a
prototipagem virtual em cinco classes, de acordo com a utilização:
1. Modelos para Visualização: usados para avaliação de forma e aparência.
2. Montagem e Interferência: verificação de montagem de peças, subsistemas,
sistemas e produto completo.
3. Teste e Verificação de Funcionamento e Desempenho: protótipos virtuais usados
para avaliação de aspectos estruturais, tais como durabilidade, fadiga vibração
etc. e acústicos; comportamento aerodinâmico; estudos relacionados à circulação
e fluxo de ar nos diversos compartimentos; comportamento térmico;
comportamentos cinemático, velocidade, aceleração, rotação e dinâmico,
avaliação de suspensão, freios, impacto; entre outros.
4. Manufaturabilidade: para prever e simular o processo de geração do novo
produto, analisando-se desde os aspectos relacionados à fabricação dos
componentes, processos de estampo, forja, injeção, usinagem, até a seqüência
final de montagem.
5. Análise do Fator Humano: modelos humanos desenvolvidos para suportar a
avaliação de aspectos ergonômicos, tanto no processo de fabricação e montagem,
quanto na interação com o produto; análises de sistemas segurança, colisão, cinto
de segurança, sistemas de proteção; e visibilidade, entre outros.
Além disto a crescente evolução e acessibilidade às novas tecnologias
relacionadas à realidade virtual tornam mais palpável os desenvolvimentos virtuais,
auxiliando na ruptura do paradigma da Engenharia Virtual.
Através da realidade virtual passa a ser possível a interação entre o homem e
o produto virtual como pode ser visto nos exemplos apresentados na figura 4.15.
Por outro lado, mesmo com todos os avanços incorporados ao processo de
desenvolvimento de produtos pela introdução da simulação e da prototipagem
virtual, notamos que alguns autores como Schelkle; Elsenhans (2001), identificam a
oportunidade de desenvolvimento de ferramentas adequadas à geração de análises
Formatados: Marcadores e
numeração
39
preliminares baseadas nas informações disponíveis na fase de conceituação do
produto, ressaltando que os meios atualmente disponíveis adaptam-se melhor às
necessidades e ambiente encontrados na fase de desenvolvimento onde se têm mais
claramente definidos geometrias, superfícies, modelos dos componentes e dos
sistemas, condições de contorno entre outros.
Figura 4.15 – Realidade Virtual no Desenvolvimento de Produtos (Valério et al,
2002).
Entendemos entretanto que, como apresentado na tabela 4.1, os recursos
atualmente disponíveis são aptos a gerar análises e resultados comparativos entre
alternativas a serem estudadas mesmo nas etapas iniciais deste processo.
Assim, considerando que o objetivo desta etapa inicial do processo se
concentra na análise das alternativas e seleção do conceito mais adequado e da
natureza evolutiva dos projetos conduzidos na área automobilística, baseados em
40
produtos existentes, concluímos que os métodos atualmente disponíveis atendem às
necessidades da indústria automobilística nesta fase de conceituação do produto.
CAE na Fase de Conceituação CAE na Fase de Desenvolvimento
- Avaliação rápida de diferentes conceitos - Necessidade de modelos bem detalhados;
resultados precisos e confiáveis
- Elevados custos para aquisição de dados - Grandes mudanças de projeto devem ser
evitadas ou minimizadas
- Poucos procedimentos formalizados - Interfaces claramente definidas
- Envolvimento de um reduzido número de
pessoas
- Envolvimento de um grande número de
especialistas; tarefas bem divididas
- Requerida abordagem holística - Otimização detalhada de importantes
parâmetros de projeto
- Necessidade de profissionais generalistas - Consideração intensa de aspectos de
fabricação e montagem
Tabela 4.1 – Aplicabilidade dos Métodos CAE – Computer Aided Engineering –
das fases do Projeto (Schelkle; Elsenhans, 2001)
Como exposto ao longo deste capítulo, notamos que a simulação passa a
exercer um papel fundamental no processo de desenvolvimento de um novo veículo
e deve ser encarada como uma das principais alternativas às necessidades de se
reduzir tempo e custo nos ciclo de criação.
Atrelado à utilização da simulação, recomendamos a execução de projetos
baseados no ciclo “Estabelecer Objetivos – Detalhar – Sintetizar – Confirmar” que
estabelece uma seqüência lógica de atividades e favorece a utilização da
prototipagem virtual além de facilitar a descentralização e globalização de atividades,
tornando este processo mais ágil e eficiente.
41
Juntamente com todas estas mudanças impostas pela simulação no processo
de desenvolvimento de um novo produto, temos dois pontos que passam a merecer
especial atenção. O primeiro refere-se ao Custo da Certeza, uma vez que a simulação
altera de maneira significativa a quantidade e a qualidade de informações relativas ao
novo produto em fases iniciais do processo. O segundo refere-se ao papel a ser
desempenhado pelo engenheiro de produto neste ciclo.
Estes tópicos serão apresentados mais detalhadamente nos capítulos a seguir.
42
5. CUSTO DA CERTEZA
Como mencionado em capítulos anteriores, a intensa busca por reduções no
tempo e investimento necessários para o projeto e lançamento de um novo produto
no mercado tem sido um dos objetivos básicos de todas as empresas do setor
automobilístico.
Entretanto, esta busca por reduções no tempo e no investimento necessários
nos ciclos de desenvolvimento, em função das exigências por parte dos mercados
consumidores, deve estar aliada a melhores níveis de qualidade, desempenho e custos
competitivos.
Desta forma, aliado à redução no tempo e recursos disponíveis para a
execução de um novo projeto e às maiores exigências do mercado consumidor, faz-se
necessário o desenvolvimento de ferramentas que possibilitem o acesso à maior
quantidade possível de informações e um maior nível de confiança no novo produto
de forma rápida e antecipada.
As atividades relacionadas ao projeto e desenvolvimento de um novo produto
são profundamente baseadas em informação. À medida que um novo veículo é
projetado, grandes quantidades de informações e dados são requeridos, interpretados,
analisados e transformados.
A consistência, precisão e disponibilidade desta informação é um fator
essencial e pode determinar se este novo produto irá atingir os requisitos necessários,
bem como seu sucesso ou fracasso no mercado.
Os avanços tecnológicos relacionados às técnicas de prototipagem rápida e
mais recentemente à simulação e ferramentas virtuais estão permitindo uma melhoria
no conhecimento avançado e o aumento na confiança de sucesso do novo produto.
Kaminski (2000) define o custo destas atividades destinadas à obtenção de
conhecimento sobre o projeto como Custo da Certeza. Segundo o autor, este custo
deve corresponder proporcionalmente ao aumento da certeza quanto ao sucesso do
43
novo produto. Comenta ainda que um projeto deve ser interrompido caso as
informações disponíveis indiquem o fracasso.
Para qualquer projeto, quanto maior o nível de segurança e certeza que
desejarmos nas fases iniciais, maiores serão os gastos para obtê-los uma vez que o
nível de conhecimento para estas fases iniciais é bastante baixo.
Em um projeto inovador sem referência prévia, o nível inicial de confiança
pode ser próximo a zero. Em um projeto evolutivo e, portanto, sem grandes
incógnitas, o nível de confiança inicial pode ser muito alto, até mesmo dentro do
aceitável já em etapas iniciais do desenvolvimento.
Na figura 5.1, temos uma indicação referencial de como variam os níveis de
conhecimento do produto, facilidade para mudanças e custos para efetuar estas
mudanças ao longo do ciclo de projeto.
Como comentado anteriormente, produtos de alta qualidade e baixo custo são
fatores decisivos para uma empresa alcançar índices elevados de satisfação dos
clientes e elevar sua participação no mercado.
Deste modo, fica claro quão importante é termos o nível de conhecimento e
informações disponíveis do novo produto elevados o mais rápido possível de modo a
permitir uma otimização do projeto e um aumento na certeza do produto, obtidos
com menores custos, bem como a redução do ciclo de desenvolvimento.
Como referência, encontramos na figura 5.2 alguns valores para estes níveis
aceitáveis de confiança do sucesso de um novo produto ao longo das fases do
projeto.
44
Figura 5.1 – Evolução da Informação Disponível, Facilidade para Mudanças e Custo
para Mudanças ao longo de um Projeto (Campbell, 1998)
.
Figura 5.2 - Valores Referenciais dos Níveis de Confiança do Sucesso de um
Produto ao longo do Projeto – Daimler Chrysler (Dubensky, 2001)
45
Através dos métodos tradicionais de projeto e desenvolvimento de veículos
baseados nos ciclos de “Projeto - Construção – Teste”, ou Tentativa e Erro,
informações relevantes sobre o novo veículo só podiam ser obtidas após um ciclo
completo de projeto, fabricação, montagem e teste de veículos protótipos.
Cada ciclo completo consumia, além de grande investimento financeiro, um
longo e valioso período, normalmente algo ao redor de 12 a 16 meses, dependendo
da complexidade do produto e testes realizados. Somente após a conclusão deste
ciclo completo era possível uma revisão geral do projeto para correção de todas as
discrepâncias apresentadas durante a fase de construção e testes iniciais, e a
realização de um novo ciclo de construção e testes.
O processo tradicional demandava normalmente algo em de torno quatro a
cinco anos entre o início do projeto e o lançamento do novo veículo, além de
requerer grandes investimentos para fabricação de ferramentais, produção de
componentes protótipos, montagem de veículos e realização de testes. Nele
importantes decisões estratégicas necessárias nas fases de conceituação do novo
veículo eram tomadas sem o embasamento ou conhecimento necessários do novo
produto.
Decisões errôneas tomadas nesta fase inicial, causadas pela inexistência de
informação e conhecimento, representavam grandes gastos para correção em fases
avançadas do projeto, ou até o fracasso completo do novo produto.
Com a utilização dos recursos tecnológicos disponíveis, os grupos
responsáveis pelo projeto podem, hoje, em questão de semanas construir protótipos
virtuais, exercitar inúmeras alternativas em diversas condições a uma fração do
tempo e custo necessários ao processo tradicional. Isto proporciona um ganho
imenso em termos de confiança, maturidade e sucesso do novo veículo ainda em
fases embrionárias, contribuindo de forma decisiva para a redução de problemas e
gastos desnecessários com a sua correção em fases avançadas do projeto.
Podemos identificar esta mudança significativa na qualidade e na quantidade
de informações disponíveis, bem como em uma maior maturidade do projeto em
46
fases iniciais do desenvolvimento à medida que migramos dos métodos tradicionais
de projeto, baseados no ciclo de “Tentativa e Erro” com grande utilização de
protótipos físicos, para a utilização da Engenharia Simultânea integrada à utilização
de simulação, representada pela quantidade de problemas identificados e resolvidos
na fase de conceituação e dos custos acumulados envolvidos na solução dos
problemas encontrados. Na figura 5.3 apresentamos esta evolução.
Figura 5.3 – Evolução da Quantidade de Problemas Solucionados e dos Custos
Acumulados em Função do Processo de Desenvolvimento Utilizado (Milburn,
2004)
Em consenso com os autores pesquisados, reconhecemos a grande
contribuição do uso de simulação e prototipagem virtual na redução do Custo da
Certeza de um novo projeto.
47
Recomendamos a simulação e a prototipagem virtual como uma ferramenta
obrigatória durante todo o processo de desenvolvimento, especialmente em etapas
iniciais, após a fase de conceituação, onde sua contribuição é decisiva.
É inegável o grande benefício obtido através da utilização destes métodos de
projeto e desenvolvimento através da simulação e prototipagem virtual na aquisição
de dados e conhecimento do novo produto a menores custos. Esta situação se torna
clara quando comparamos a realidade atual com os métodos tradicionais baseados
em protótipos físicos e ciclos de “Tentativa e Erro”.
Concluímos também que, implicitamente, a redução do ciclo de
desenvolvimento por si só já representa um grande avanço na obtenção de melhores
níveis de confiança do novo projeto.
Baseamos esta conclusão na análise do ciclo de vida de um produto no
mercado, do tempo necessário para sua substituição e do horizonte de pesquisa e
identificação de oportunidades no mercado. O horizonte que se utiliza para esta
pesquisa deve ser suficientemente longo de forma a conter um ciclo completo de
desenvolvimento do produto a ser lançado. Assim, quanto menor este horizonte,
menores as incertezas com relação aos resultados desta pesquisa de mercado,
menores os riscos assumidos, e conseqüentemente melhores as chances de sucesso
do novo produto.
48
6. O PAPEL DE ENGENHEIROS, PROJETISTAS E ANALISTAS NO
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO
Historicamente nas grandes empresas do setor automobilístico, montadoras e
fornecedores, a estrutura funcional dos departamentos de Engenharia de Produtos
apresenta-se apoiada em funções bem definidas a serem desempenhadas por
projetistas, analistas e engenheiros.
Tradicionalmente o engenheiro tem como primeira responsabilidade a
definição dos requisitos dos novos componentes, subsistemas e sistemas de modo a
atender as necessidades estabelecidas para o novo veículo.
Como segunda atividade básica, tem ele a responsabilidade pela validação do
projeto deste componente, subsistema ou sistema. E mais recentemente, como
complemento desta segunda função, surge a responsabilidade pelas atividades
relacionadas ao acompanhamento das simulações, desde a fase de conceituação até a
validação final do produto. A execução das simulações é de responsabilidade dos
analistas.
Ainda neste tipo de estrutura, temos como atividade principal dos projetistas a
execução do projeto do componente, subsistema ou sistema traduzindo todos os
requisitos estabelecidos pelo engenheiro para o formato de um desenho que será
submetido a análises e simulações a serem conduzidas pelo grupo de analistas.
Neste tipo de organização, com funções separadas e muito bem estabelecidas,
os projetistas, analistas e grupos de testes podem interagir entre si, porém esta
interação ainda é extremamente restrita. Normalmente toda a comunicação e o fluxo
de informações é estabelecido através do engenheiro, que serve como interface entre
todas as demais áreas dentro da Engenharia de Produtos, bem como demais áreas da
empresa.
Dois problemas principais podem ser identificados neste tipo de organização,
o que leva a uma divergência das funções originalmente estabelecidas para os
engenheiros de produto.
49
Primeiro a comunicação e o estabelecimento de direção a seguir entre líderes
de projeto, projetistas, analistas e engenheiros envolvem um grande desperdício de
tempo, o que contribui para o surgimento de um segundo problema caracterizado
pelo desperdício atrelado à atividade dos engenheiros, que se apresentam como um
elo de ligação entre todas as áreas envolvidas. Eles passam a funcionar como um
ponto focal para o fluxo de informações ao invés de apresentarem-se como parte
integrante do processo técnico de projeto, análise, desenvolvimento e validação,
função esta inicialmente estabelecida como básica para o engenheiro.
Como a criação de um novo produto está intrinsecamente baseada no acesso,
interpretação e transformação de informação, este projeto e desenvolvimento torna-
se um complexo processo de gerenciamento de fluxo de informações que, como
ressaltamos anteriormente, flui basicamente através dos engenheiros.
Analisando-se a introdução da simulação neste processo, e mais recentemente
a tendência ou necessidade de antecipação do uso destas ferramentas virtuais no
processo de desenvolvimento, notamos que estas atividades devem ser executadas
sempre que possível juntamente com o nascimento do projeto em si, e não após a
conclusão de um projeto inicial.
Seguindo-se esta tendência, defendida inclusive por alguns autores
pesquisados como Brown (2002a) e Shih et all (1998), observamos que em algumas
empresas está ocorrendo uma tentativa de fusão das funções de projetistas, analistas e
engenheiros, hoje distintas e dependentes, sob a denominação de Engenheiro de
Projeto cujas atribuições propostas estão apresentadas na tabela 6.1, juntamente com
uma apresentação das funções dentro da atual estrutural organizacional.
50
Engenheiro
- Ponto Focal para o fluxo de informações
- Conhecimento profundo do produto
- Conhecimento dos processos de fabricação e montagem
- Definição dos requisitos do produto
- Suporte à simulação e validação do produto
- Controle de custos e cronogramas de projeto
Projetista
- Execução do projeto de acordo com os requisitos
estabelecidos pelo engenheiro
Analistas
- Desenvolvimento e validação de modelos para simulação
- Execução da análise e validação virtual do produto a partir
do projeto desenvolvido pelo projetista
Engenheiro de
Projeto
- Conhecimento profundo do produto
- Conhecimento dos processos de fabricação e montagem
- Definição dos requisitos do produto
- Execução do projeto de acordo com os requisitos
- Execução da análise e validação virtual do produto a partir
do projeto
- Desenvolvimento e validação de modelos para simulação
- Controle de custos e cronogramas de projeto
Tabela 6.1 – Atuais atividades dos engenheiros, projetistas e analistas em
comparação às atribuições propostas para o engenheiro de projeto
Primeiramente, esta redefinição de atividades e responsabilidades refere-se a
uma participação mais efetiva de projetistas no processo de desenvolvimento, com a
condução de análises e simulações em avançado.
Estas análises e simulações avançadas passariam a ser executadas pelos
próprios projetistas, simultaneamente à fase de concepção do projeto do componente,
otimizando tempo e ciclos de análise e re-projeto.
Como ponto favorável a esta abordagem temos ganhos relacionados ao fato
de que quando projeto e análise são conduzidos simultaneamente, resultados e
aprendizados são aplicados imediatamente ao produto.
Outro ponto favorável a esta tendência é representado pelo grande
conhecimento e familiaridade ao produto, o que torna mais fácil a geração de
propostas e execução de alterações.
51
Obviamente esta transformação envolve não somente aspectos de treinamento
técnico, iniciando por fundamentos de engenharia e ferramentas de simulação, mas
também culturais. Estes projetistas passariam a ter um campo de atuação muito mais
amplo, sendo inclusive responsáveis por incorporarem em fases de conceituação
requisitos de diversas áreas como manufatura, ferramental, fabricação, montagem e
serviços, além da necessidade de uma visão mais ampla do produto e não apenas do
componente sob sua responsabilidade.
Temos também como base para esta transformação um esforço em se
encorajar projetistas a efetuarem as perguntas certas aos analistas e contribuir com
um melhor entendimento de requisitos geométricos, funcionais e de manufatura, o
que representa uma mudança comportamental, e que normalmente apresenta grandes
desafios e barreiras a serem vencidos.
Do ponto de vista dos analistas, as alterações funcionais também são
significativas, uma vez que eles passariam a ser responsáveis pelo desenvolvimento
do projeto do componente e não a análise e simulação a partir de um modelo já
disponível. O conhecimento de aspectos funcionais do produto em si, fabricação e
serviço, entre outros, também passam a ser mandatórios para a boa execução de sua
atividade.
Devem ser ressaltados também os aspectos relacionados ao controle de custos
e cronogramas de projeto e desenvolvimento, hoje sob responsabilidade do
engenheiro.
Da mesma forma, os autores Brown (2002a) e Shih et all (1998) indicam
como sendo de grande valia para a otimização do ciclo de desenvolvimento a real
utilização do engenheiro em atividades relacionadas ao projeto e desenvolvimento do
produto, e não sua sub-utilização como ponto focal no fluxo de informações e
comunicação entre as diversas áreas.
Os avanços tecnológicos ocorridos em termos de equipamentos e programas,
o desenvolvimento de procedimentos padronizados para realização de análises e
simulações e a criação de bibliotecas com modelos e rotinas padronizadas para
52
análise podem ser apontados como facilitadores neste processo de transição para
engenheiros, projetistas e analistas.
Assim, como apresentamos ao longo deste capítulo, há muitas vantagens em
termos um engenheiro de projeto responsável por executar toda a definição de
requisitos, projeto, análise e pré-validação virtual, tendo ainda pleno conhecimento
deste produto em termos de funcionamento, manufaturabilidade, serviços, e ainda
sendo responsável pelo cumprimento dos cronogramas e custos estabelecidos para
este desenvolvimento.
Porém reconhecemos que, independentemente de todos estes avanços, a
tarefa de conduzir análises além dos níveis básicos e aplicações comuns e rotineiras
pode requerer, e normalmente requer, experiência e conhecimento. Assim, ainda é
necessária a utilização do grupo de analistas para a realização de simulações e
análises mais complexas.
Concluímos também que a presença de analistas especializados é e continuará
sendo necessária para o desenvolvimento e a validação de modelos para sistemas ou
fenômenos novos ou ainda desconhecidos.
Desta forma, apesar de alguns autores indicarem esta tendência de fusão de
atividades por parte de projetistas, analistas e engenheiros, não consideramos que
esta fusão seja realmente necessária.
Em nossa análise, o resultado desejado desta fusão de atividades pode ser
plenamente atingido com a participação simultânea e efetiva de engenheiros,
projetistas, analistas e engenheiros de testes, trabalhando em conjunto no
estabelecimento de requisitos e compartilhando experiências e conhecimento desde
as fases de conceituação do produto sem que para isto seja necessária uma profunda
reestruturação organizacional das empresas.
53
7. ESTUDO DE CASOS
Em complemento à exposição apresentada nos capítulos anteriores,
passaremos a relatar agora alguns casos reais de como o processo de
desenvolvimento de novos veículos tem sido revolucionado através da introdução
destes novos conceitos e tecnologias ao longo dos últimos anos, atuando de forma
decisiva na redução de tempo e custo de projeto.
Desta forma, como primeiro exemplo vamos expor uma comparação entre
dois projetos executados recentemente pela General Motors do Brasil, abordando
principalmente aspectos relacionados ao tempo de execução do projeto, a partir da
definição de estilo até o lançamento no mercado, e ao número total de protótipos
construídos.
Para se ter a correta referência, algumas informações básicas são encontradas
na tabela 7.1.
Deve ser ressaltado que apesar do Projeto A contemplar também o
desenvolvimento do produto para atender o mercado europeu, para termos uma base
correta de comparação, todas as atividades exclusivamente relacionadas a este
mercado foram desconsideradas nesta análise.
Além disto, apresentamos a seguir na figura 7.1 um cronograma geral
mostrando como estes projetos foram desenvolvidos desde a definição do estilo do
veículo até o seu lançamento no mercado.
54
Tabela 7.1 - Dados de referência para análise comparativa entre dois projetos
desenvolvidos pela General Motors do Brasil
Figura 7.1 – Comparação entre projetos recentes realizados pela General Motors do
Brasil
55
Analisando estas informações podemos notar que com a introdução da
simulação e prototipagem virtual nas fases de conceituação e desenvolvimento inicial
foi possível a eliminação de uma fase completa de construção e testes de protótipos
físicos. Quanto à duração do projeto também identificamos uma redução de 20% do
tempo total consumido deste a definição do estilo do novo produto até o seu
lançamento no mercado.
Através de uma análise mais detalhada de cada uma das fases destes projetos
focando apenas nas atividades relacionadas à validação do produto quanto aos
aspectos de durabilidade também identificamos uma redução de 65% na quantidade
de protótipos construídos exclusivamente para a realização de testes de durabilidade.
Esta otimização representa uma redução aproximada de dez mil horas destinadas
diretamente à construção dos veículos e outras vinte e cinco mil horas destinadas à
realização dos testes, além da eliminação da necessidade de se rodar mais de
quatrocentos mil quilômetros com estes veículos. Em termos financeiros, toda esta
otimização representa uma economia aproximada de oito milhões de reais.
Em uma análise similar aplicada às atividades de desenvolvimento e
validação do produto com relação ao seu desempenho quanto a testes de impacto, a
redução da quantidade de protótipos construídos foi da ordem de 35%, o que
significa uma economia de cinco milhões de reais e aproximadamente dez mil horas
de trabalho destinadas à construção dos veículos.
Ampliando esta análise para todas as atividades destinadas ao
desenvolvimento e validação dos produtos A e B chegamos a uma redução na ordem
de 42% dos protótipos construídos, o que representa uma economia ao redor de trinta
milhões de reais e sessenta e cinco mil horas de trabalho, apenas levando-se em
consideração os recursos destinados à construção dos veículos. Estes dados estão
mais detalhadamente apresentados na tabela 7.2.
Concluímos assim que, através da introdução da simulação e prototipagem
virtual no processo de desenvolvimento de novos veículos, principalmente nas fases
iniciais, ao longo dos últimos cinco anos o ciclo de projeto na indústria
automobilística nacional apresentou uma sensível redução na quantidade total de
56
protótipos físicos requeridos, como apresentado tabela 7.2, além de uma considerável
redução no tempo total do projeto.
Tabela 7.2 – Redução de gastos por fase com a construção de protótipos entre
projetos recentes realizados pela General Motors do Brasil
Pode-se ainda recorrer à bibliografia disponível para analisar mais um caso
significativo.
Campbell (1998) expõe alguns dados importantes expressos na figura 7.2 e
que atestam esta evolução, principalmente no que tange à utilização de simulação
pela Ford Motor Company: “Este processo de simulação agressiva ou prototipagem
virtual não acontece de forma rápida, mas apresenta efeitos relevantes relacionados à
redução de custos e tempo de desenvolvimento. A Ford Motor Company reportou na
Conferência de Prototipagem Virtual de 1996 que em um período de 10 anos ela
passou de 7% de análises completas para auxiliar a montagem e os testes de
protótipos para mais de 95%. Hoje a Ford requer uma aprovação dos grupos de
simulação para seguir o desenvolvimento de qualquer componente. Neste mesmo
57
período a Ford reduziu o tempo para elaboração de modelos de três meses para uma
semana”. Como resultado, foi obtida uma economia de quarenta e um milhões de
dólares com gastos relacionados à construção de protótipos físicos e a eliminação de
uma fase de protótipos.
Figura 7.2 – Redução de Despesas em Três Grandes Programas Através da
Utilização de Simulação – Ford Motor Company (Campbell, 1998)
Além da influência direta nas atividades de desenvolvimento e validação, a
utilização da simulação e prototipagem virtual também proporciona vantagens
quanto à elaboração de desenhos de componentes e lista de peças do produto final.
Elaborando o protótipo virtual conforme seqüência de montagem pretendida
para o produto final, é possível também a obtenção automática da lista de peças deste
produto simultaneamente ao término do projeto, bem como uma grande redução no
tempo de execução dos desenhos de componentes e sistemas.
Na figura 7.3 apresentamos uma estimativa da redução de tempo obtida
através da aplicação destes métodos na elaboração dos protótipos virtuais, como
indicado em outra bibliografia pesquisada.
58
Figura 7.3 – Redução de Tempo na Elaboração de Desenhos com a Utilização de
Prototipagem Virtual (Perini et al, 2002)
59
8. CONCLUSÃO
Como exposto ao longo deste trabalho, o processo de desenvolvimento de um
novo produto na indústria automobilística mundial tem sofrido uma série de
transformações ao longo do tempo, desde seu surgimento até os dias atuais.
Nos últimos anos, a necessidade de transformações radicais intensificou-se no
cenário automobilístico mundial, motivada pela maior concorrência entre os diversos
fabricantes e os maiores níveis de desempenho e qualidade exigidos por parte do
mercado consumidor.
Aliada a esta necessidade de mudanças no processo de desenvolvimento,
temos a identificação de um agente facilitador: o grande desenvolvimento e
massificação da capacidade computacional, além da sensível redução nos custos
relacionados à aquisição destas novas tecnologias.
Em função desta capacidade computacional cada vez mais disponível e da
intensa competição mundial no setor automobilístico, passa a ser uma questão de
sobrevivência a busca por novos processos de desenvolvimento que resultem em um
produto com maior qualidade, preço competitivo, desempenho adequado às
necessidades do mercado, e que tenha sido gerado em tempo e custo de
desenvolvimento reduzidos.
Assim concluímos que não há mais espaço para produtos gerados através da
tradicional metodologia de “Projeto – Construção – Teste”, ou Tentativa e Erro,
consumindo tempo e recursos elevados. Vemos como impraticável a elaboração de
um projeto baseado em um processo no qual todas as atividades de desenvolvimento,
otimização e validação do novo produto estão alicerçadas em protótipos e testes
físicos extremamente demorados e dispendiosos.
Como apresentado na tabela 7.2, a utilização da simulação e prototipagem
virtual desde as fases iniciais do projeto, com especial foco no desenvolvimento e
60
otimização do produto antes da construção do primeiro protótipo físico, passam a ser
fundamentais na busca pela redução de tempo e custo deste processo.
Concluímos também que a implementação da seqüência de atividades
sugerida por diversos autores pesquisados, composta por “Estabelecer Objetivo -
Detalhar - Sintetizar - Confirmar”, contribui significativamente para o aumento da
eficiência do processo de desenvolvimento de um novo produto, eficiência esta que
definimos no Capítulo 3 como fazer a coisa certa, no momento certo, e utilizando o
mínimo possível de recursos.
Como apresentamos na figura 5.3, o custo para realizar uma alteração no
projeto na fase de conceituação é mil vezes menor do que na fase de aceleração de
produção, o que demonstra a importância do correto estabelecimento dos requisitos
do novo produto.
Assim, além da simulação e prototipagem virtual, entendemos também como
fundamental a aplicação dos conceitos de Engenharia Simultânea em todo este
processo, pois vemos como mandatória a participação efetiva de todas as áreas da
empresa desde a fase de conceituação, apresentando seus requisitos no momento
correto e contribuindo para o desenvolvimento de um produto adequado às
necessidades para as quais está sendo concebido.
Tem-se assim uma conseqüente resposta favorável em termos de retorno
sobre o investimento, conforme figura 8.1, em função desta redução de tempo e dos
menores custos envolvidos, além de um aumento no grau de confiança em relação ao
sucesso do produto em fases preliminares do projeto.
61
Figura 8.1 – Análise da Variação do Retorno sobre o Investimento em função
do Processo de Desenvolvimento empregado (Milburn, 2004)
Portanto, fica claro que para atingir ciclos completos de projeto em períodos
cada vez menores, protótipos e testes físicos devem ser usados apenas para a
validação final do produto. Todo o desenvolvimento deve ocorrer de forma virtual,
com a participação efetiva de todas as áreas da empresa.
No âmbito nacional esta transformação vem ocorrendo de forma mais
sensível a partir do final da década de noventa. Notamos um ambiente propício para
esta mudança, porém ainda observamos insegurança na aceitação dos resultados
obtidos de forma virtual, pois o aspecto comportamental ainda exerce grande
influência sobre como os projetos são conduzidos.
Devemos reconhecer que já há consistência em muitos tipos de simulações e
testes virtuais realizados atualmente no país, principalmente com relação à
durabilidade, fadiga, impacto, refrigeração, vibrações entre outros, porém ainda
necessitamos de desenvolvimento e massificação desta nova cultura. À medida que
62
os modelos utilizados atinjam um grau de confiança adequado, a consolidação desta
mudança cultural torna-se mais fácil.
Acreditamos, entretanto, que a utilização de protótipos físicos deve continuar
sendo necessária mesmo a médio e longo prazos, não somente para atividades de
validação do produto virtualmente desenvolvido, mas também como suporte à
elaboração de modelos de simulação relacionados a novos sistemas ou inovações
tecnológicas e principalmente à avaliação de aspectos do produto intrinsecamente
ligados à interação entre o homem e a máquina e às sensações humanas desta
relação, como conforto, ergonomia, estilo, dirigibilidade e outros.
Quanto à tendência apresentada por diversos autores pesquisados de
alterações estruturais relacionadas à fusão das atividades exercidas por engenheiros,
analistas e projetistas, não consideramos isto como algo realmente necessário para
conseguirmos processos mais eficientes de desenvolvimento.
Além das diversas barreiras culturais envolvidas, em nossa análise os
benefícios esperados desta reestruturação podem ser alcançados através da
participação efetiva e integrada de projetistas, analistas, engenheiros de teste e
engenheiros de produto no processo de criação e desenvolvimento do novo veículo,
compartilhando experiências e somando habilidades específicas de cada profissional,
sem que para isto seja necessária uma drástica alteração estrutural.
63
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Espaçamento entre linhas:
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