MAGNOVALDO SAMPAIO DA SILVA
NOVA METODOLOGIA APLICADA AO DESENVOLVIMENTO
DO DESIGN DE PEÇAS ESTAMPADAS
Dissertação apresentada ao Programa de Tecnologia Industrial,
Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC como requisito
parcial para a obtenção do título de Mestre em Gestão e
Tecnologia Industrial.
ORIENTADOR: PROF. DR. MANOEL CARREIRA NETO
Salvador
2013
À minha mãe que me ensinou que a
vida só é dura para quem é mole.
Ao meu pai em memória, que se não
fosse
ele,
eu
não
estaria
aqui
escrevendo estas poucas palavras.
À minha esposa Alina e ao meu filho
Anderson que me ensinaram
família é tudo.
que a
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador Prof. Dr. Manoel Carreira Neto e ao Prof. Dr. Alexandre Barros
pelo incentivo constante, dedicação e pelas diretrizes dadas, sem as quais o
presente trabalho não seria possível.
A minha esposa Alina, ao meu filho Anderson, aos meus pais Osvaldo e Maria, aos
meus irmãos Marivaldo e Mariolanda, a minha sogra Nilda, a Maria Alina e Tiago
sem os quais nada disso seria possível.
À Ford Motor Company do Brasil, em especial a Wanderson Lana, Robinson Freitas,
Daniel Oliveira, Leonardo Pereira, Isaias Ferreira, Pedro Vasconcelos, Urbano
Miranda, Cleiton Oliveira, Tonis Mattos, Thomas Huttner, Rodrigo Rodrigues,
Giovana Campanella, Wadson Veiga e Victor Assis, pela ajuda, oportunidade e
compreensão inestimáveis.
A Alexandre Pinto, por ser responsável por este projeto pessoal. Agradeço-lhe pela
confiança e crédito a minha pessoa dispensado.
Ao Prof. Márcio Bello pela ajuda e atenção dispensada.
Aos amigos da STP, Celso, Bernadete, Cláudio, Valdemar, Ornelas e Carlos, que de
forma direta ou indireta tornou este processo suportável.
A todos que colaboraram no desenvolvimento e execução desse trabalho e que
involuntariamente foram omitidos.
Finalizando agradeço a pessoa mais importante do universo e da minha vida, o meu
Deus Jeová que nos dar sabedoria para alcançar alvos como este.
RESUMO
Existe um grande desafio para a manutenção dos negócios das empresas do
segmento automotivo devido à alta competitividade desse mercado no contexto
mundial. A redução dos custos relacionados à produção e ao tempo de entrega
desses produtos tem se tornado um dos principais objetivos a serem alcançados por
esse segmento. O desenvolvimento de produtos mais competitivos nessas empresas
está ligado à capacidade de inovar durante a concepção dos seus projetos,
tornando-os mais atrativos, mas deixando-os também economicamente saudáveis
para competirem neste mercado. Este trabalho propõe uma nova metodologia que
aumenta a frequência das pré-análises de CAE durante o desenvolvimento, visando
inovar na concepção de melhorias em produtos já existentes, diminuindo o custo
direto dos ferramentais de estampagem de componentes da carroceria dos veículos.
Com o resultado final do trabalho foi possível a redução da variação dimensional na
montagem do conjunto de suportes do paralama, bem como a redução dos custos
dos ferramentais de estampagem e do tempo de produção desse conjunto de
suportes.
Palavras-chave: Desenvolvimento de produto; Indústria automotiva; redução de
custo; CAD, variação dimensional; suporte do paralama.
ABSTRACT
There is a great challenge to maintain the business of the companies from the
automotive sector due to the high competitiveness of the market in the global context.
The reduction of costs related to the production and delivery time of these products,
has become one of the main goals to be achieved by that segment. The development
of more competitive products in these companies is linked to the ability to innovate in
the design of their projects, making them more attractive, but also leaving them
economically healthy to compete in this market. This paper proposes a new method
that increases the pre-CAE analysis frequency during the development design,
looking for improvements in the current products, lowering the direct cost of tooling
for stamped sheet metal components. With outcome of the study, it was possible to
reduce the dimensional variation in mounting the fender bracket assembly, as well as
reducing the cost of tooling for stamping and time of production of that set of
brackets.
Keywords: Product Development, Automotive, cost reduction, CAD, dimensional
variation; fender bracket
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Comparação da abordagem guiada pela tecnologia e da centrada no
usuário (Galvão e Sato - 2004). ............................................................................... 21
Figura 2 - Modelo de fases de projeto de produto (Slack, 1993). ............................. 25
Figura 3 - Modelo de PDP (Adaptado de Ulrich e Eppinger, 1995)........................... 26
Figura 4 - Versões do modelo de referência do PDP (Adaptado de Rozenfeld, et. al. 2000)........................................................................................................................ 28
Figura 5 - Processo de design (Adaptado de Larica, 2003) ...................................... 32
Figura 7 - Casa da Qualidade (Marshall, 2006) ........................................................ 35
Figura 8 - Tendência na indústria automotiva (Ovtcharova, 2002) ........................... 38
Figura 9 - Estágios do desenvolvimento de carrocerias (Hammett e Baron, 2000b) 39
Figura 10 - Validação sequencial da manufatura (Hammett; Baron, 2000/3) ............ 40
Figura 11 - Fonte de variação (Hammett e Baron, 2000a) ....................................... 44
Figura 12 - Sanfonado para absorção de energia de impacto de uma peça surrogate
................................................................................................................................. 54
Figura 13 - Conjunto de suportes do paralama, proposta 1 ...................................... 55
Figura 14 - Proposta 2, com a inclusão do suporte intermediário frontal no suporte
principal ................................................................................................................... 55
Figura 15 - Proposta 3, com os dois suportes intermediários incorporados no
desenho do suporte principal ................................................................................... 56
Figura 16 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte frontal superior da
proposta 1, realizada no Forming Suite .................................................................... 57
Figura 17 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte traseiro da proposta 1,
realizada no Forming Suite ...................................................................................... 57
Figura 18 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 1,
realizada no Forming Suite ...................................................................................... 58
Figura 19 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte traseiro da proposta 2,
realizada no Forming Suite ...................................................................................... 58
Figura 20 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 2,
realizada no Forming Suite ...................................................................................... 59
Figura 21 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 3,
realizada no Forming Suite ...................................................................................... 60
Figura 22 - Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 1, realizada
no Forming Suite ...................................................................................................... 61
Figura 23 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário frontal da proposta
1, realizada no Forming Suite .................................................................................. 61
Figura 24 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário traseiro da proposta
1, realizada no Forming Suite .................................................................................. 62
Figura 25 -Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 2, realizada
no Forming Suite ...................................................................................................... 62
Figura 26 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário traseiro da proposta
2, realizada no Forming Suite .................................................................................. 63
Figura 27 - Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 3, realizada
no Forming Suite ...................................................................................................... 63
Figura 28 - Região onde o estiramento passou dos 20%, devido à profundidade do
estampo na proposta 3 ............................................................................................ 64
Figura 29 - Análise de resistência mecânica da aba do suporte, realizada no
programa CATIA, mostrando região afetada pela carga do farol .............................. 64
Figura 30 - Modificação no suporte frontal (a) e (b) .................................................. 65
Figura 31 - Análise de resistência mecânica da aba do suporte, realizada no
programa CATIA, mostrando a região reforçada pelo suporte frontal (a e b) ........... 65
Figura 32 - Análise de estampagem da região frontal das propostas 2 e 3 .............. 66
Figura 33 - Análise de enrugamento aparente na região frontal das propostas 2 e 3
................................................................................................................................. 66
Figura 34 - Primeiro estágio (Repuxo) região frontal, propostas 2 e 3 ...................... 67
Figura 35 - Segundo estágio (Calibração) região frontal, propostas 2 e 3 ................ 67
Figura 36 - Terceiro estágio (Recorte e furação) na região frontal das propostas 2 e 3
................................................................................................................................. 68
Figura 37 - Quarto estágio (Puncionar com cunha) na região frontal das propostas 2
e 3............................................................................................................................ 69
Figura 38 - Quinto estágio (Flangear) na região frontal das propostas 2 e 3 ............ 69
Figura 39 - Diagrama do limite de estampagem na região frontal das propostas 2 e 3
................................................................................................................................. 70
Figura 40 - Coluna descrita “valor” na matriz de concepção..................................... 71
Figura 41 - Região com aumento de rigidez devido a suporte soldado. Proposta 1 . 71
Figura 42 - Região do sanfonado sem obstáculos, com boa ductilidade. Proposta 2
................................................................................................................................. 72
Figura 43 - Região do sanfonado sem obstáculos, com boa ductilidade. Proposta 3
................................................................................................................................. 72
Figura 44 - Proposta 1, com dois suportes soldados ................................................ 73
Figura 45 - Proposta 2, com um suporte soldado ..................................................... 73
Figura 46 - Proposta 2, sem nenhum suporte soldado ............................................. 73
Figura 47 - Proposta 1, frestas nas regiões de solda, possibilitando o aparecimento
de pontos de corrosão ............................................................................................. 75
Figura 48 - Proposta 2, frestas nas regiões de solda, possibilitando o aparecimento
de pontos de corrosão ............................................................................................. 75
Figura 49 - Proposta 3, ausência de frestas no suporte, reduzindo a possibilidade do
aparecimento de pontos de corrosão ....................................................................... 76
Figura 50 - Proposta 3, complexidade geométrica da área frontal do suporte .......... 77
Figura 51 - Proposta 3, aproveitamento de chapa de 80,67% .................................. 77
Figura 52 - Estudo virtual do acesso para soldagem do suporte principal do paralama
................................................................................................................................. 79
Figura 53 - Estudo distribuição pontos de solda no suporte principal do paralama. (a)
Estudo virtual. (b) Verificação e teste físico dos pontos soldados da proposta 3 ...... 79
Figura 54 - Estudo virtual da compatibilidade geométrica e de solda entre as peças
de ligação com o suporte principal do paralama ...................................................... 79
Figura 55 - Proposta 1, distribuição dos oito pontos de solda no suporte principal do
paralama .................................................................................................................. 80
Figura 56 - Proposta 2, distribuição dos dois pontos de solda no suporte principal do
paralama. Proposta 3, sem pontos de solda ............................................................ 80
Figura 57 - Proposta 3, análise de durabilidade (fadiga) na aba de apoio do paralama
e farol ....................................................................................................................... 81
Figura 58 - Análise de compatibilidade para evitar sombreamento durante a
montagem do parafuso (Overshadow) ..................................................................... 82
Figura 59 - Impacto em percentual na montagem dos conjuntos na área em estudo,
se ocorrerem sombreamento durante a montagem (Overshadow)........................... 82
Figura 60 - Resultado da Matriz de tomada de decisão ........................................... 83
Figura 61 - Proposta 1, variação dimensional de montagem de +/- 0,5mm em cada
ponto de fixação ....................................................................................................... 84
Figura 62 - Proposta 2, variação dimensional de montagem de +/- 0,5mm no ponto
de fixação traseiro .................................................................................................... 84
Figura 63 - Proposta 3, sem variação dimensional de montagem nos pontos de
fixação do paralama ................................................................................................. 85
Figura 64 - Proposta 3, redução de dois moldes de estampagem, referentes inclusão
dos suportes intermediários no suporte principal ..................................................... 86
Figura 65 - Gráfico do custo x tempo com o uso de pré-análises ............................. 87
Figura 66 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona
física, aumentando o tempo e custo do projeto ........................................................ 88
Figura 67 - Vista lateral do protótipo (concepção 3), testada e validada .................. 89
Figura 68 - Detalhe da vista lateral do protótipo (concepção 3), testada e validada . 89
Figura 69 - Vista isométrica do protótipo (concepção 3), testada e validada ............ 90
Figura 70 - Detalhe da vista isométrica do protótipo (concepção 3), testada e
validada ................................................................................................................... 90
Figura 71 - Impacto custo do projeto ao longo do tempo. (Figura 2.2 do PMBOK
2008)........................................................................................................................ 91
Figura 72 - Gráfico do andamento ideal em um projeto ............................................ 91
Figura 73 - Verificação do modelo virtual sem o uso das pré-análises ..................... 92
Figura 74 - Gráfico do custo x tempo com o uso de pré-análises ............................. 93
Figura 75 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona
física ........................................................................................................................ 94
Figura 76 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona
física, aumentando o tempo e custo do projeto ........................................................ 94
Figura 77 - Redução dos moldes de estampagem dos suportes intermediários ....... 96
Figura 78 - Redução da variação dimensional de montagem nos pontos de fixação
do do paralama ........................................................................................................ 96
Figura 79 - Impacto na aparência final do veículo devido a variação de montagem . 97
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Correlação dimensional entre peças antes e depois da montagem.
(Hammett e Baron, 2000b). ((R) Coeficiente de correlação) .................................... 47
Tabela 2 - Robustez da montagem. (Hammett; Baron, 2000/b) ............................... 48
Tabela 3 - Desvios médios entre estampados e conjunto (Hammett; Baron, 2000/b)
................................................................................................................................. 49
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .................................................................................................. 17
1.1
1.1.1
Objetivo geral ....................................................................................... 18
1.1.2
Objetivos específicos ............................................................................ 18
1.2
2
OBJETIVOS ................................................................................................ 18
JUSTIFICATIVA .......................................................................................... 19
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ......................................................................... 19
2.1
CONCEITO DE NOVO PRODUTO INDUSTRIAL ....................................... 19
2.2
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO............................. 21
2.2.1
Características gerais ........................................................................... 21
2.2.2
Importância de uma boa definição ........................................................ 22
2.3
PROJETO DO PRODUTO .......................................................................... 23
2.4
FASES DO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO .......... 24
2.4.1
Projeto centrado no usuário .................................................................. 28
2.4.2
O processo de projeto automotivo ........................................................ 28
2.5
CAUSAS DO FRACASSO DAS INOVAÇÕES DE PRODUTO NOS
MERCADOS INDUSTRIAIS .................................................................................. 32
2.6
CONCEITUAÇÃO DO QFD ........................................................................ 33
2.6.1
Casa da qualidade ................................................................................ 34
2.6.2
Etapas para elaboração da casa da qualidade ..................................... 36
2.7
DESENVOLVIMENTO DE CARROCERIAS................................................ 37
2.8
NECESSIDADES DO CONTROLE DE QUALIDADE DAS CARROCERIAS
AUTOMOTIVAS.................................................................................................... 42
2.9
VARIAÇÃO DIMENSIONAL NO DESENVOLVIMENTO DE CARROCERIAS
43
2.10
DESAFIOS DA ESTAMPARIA ................................................................. 43
2.11
CORRELAÇÃO
ENTRE
DIMENSÕES
DE
ESTAMPADOS
E
CONJUNTOS ....................................................................................................... 46
2.12
FERRAMENTAS VIRTUAIS NO DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
50
3
4
MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 52
3.1
MODELO INICIAL DO CONJUNTO DE SUPORTE PARA O PARALAMA .. 52
3.2
DESENVOLVIMENTO DAS PROPOSTAS. ................................................ 52
3.3
GERAÇÃO DA MATRIZ QFD...................................................................... 53
3.4
DESENVOLVIMENTO DAS PROPOSTAS ................................................. 54
3.5
MATRIZ DE TOMADA DE DECISÃO .......................................................... 70
RESULTADOS .................................................................................................. 83
4.1
RESULTADOS DO OBJETIVO GERAL ...................................................... 83
4.2
RESULTADOS DOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................... 83
4.2.1
Diminuição da variação dimensional na montagem do conjunto de
suportes do paralama. ....................................................................................... 83
4.2.2
Diminuição do custo do ferramental de estampagem do conjunto de
suportes do paralama. ....................................................................................... 85
4.2.3
Redução do tempo de produção do conjunto de suportes do paralama.
86
4.2.4
Melhor aproveitamento do tempo de projeto durante a fase virtual
concepção. ........................................................................................................ 86
4.3
5
6
DISCUSSÃO ..................................................................................................... 91
5.1
ZONA VIRTUAL VERSUS ZONA FÍSICA DO PROJETO ........................... 91
5.2
ELIMINAÇÃO DOS SUPORTES INTERMEDIÁRIOS ................................. 95
PONTOS CRÍTICOS ......................................................................................... 97
6.1
7
VALIDAÇÃO DOS PROTÓTIPOS. .............................................................. 88
CRONOGRAMA DO PROJETO.................................................................. 97
CONCLUSÃO .................................................................................................... 98
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 99
ANEXOS ................................................................................................................ 105
ACRÔNIMOS
BCAD - Body Computer Aided Design
CAD - Computer Aided Design
CAE - Computer Aided Engineering
CAM - Computer aided manufacturing
DVA - Digital Variation Analysis
DPA - Digital Product Assembly
FE - Fator de enrugamento
QFD - Quality function deployment
PDP - Performance Designed Products
17
1
INTRODUÇÃO
O mundo globalizado, influenciado por uma enorme quantidade e velocidade
na aquisição de informações, tem provocado mudanças no comportamento, no ritmo
e no conceito da população. Isso faz surgir nas pessoas novas necessidades, a
forma de consumo está a todo o momento mudando, o ritmo tem ficado mais
acelerado, e os consumidores tem se tornado mais ávidos por novidades. As
empresas passaram a ficar mais competitivas e a própria existência das empresas,
nesse cenário extremamente competitivo, passou a depender muito da criatividade e
competência.
No setor automotivo, os lançamentos de novos veículos tem se tornado uma
necessidade e o tempo desses lançamentos tem sido cada vez menor. As empresas
passaram a arriscar mais em produtos novos, objetivando a conquista e a
manutenção dos clientes. Desta forma, a busca pelo novo se tornou cada vez mais
constante, mas ainda existe uma dificuldade em definir claramente o que se
considera como novo produto.
Em geral pode-se definir um novo produto desde a perspectiva do cliente ou
da empresa, o que origina conceitos diferentes. De acordo com Crawford (1984), do
ponto de vista da empresa, um novo produto constitui qualquer acréscimo na
carteira de produtos existente. Contudo, do ponto de vista do mercado, a novidade
de um produto determina-se pela percepção que os potenciais utilizadores têm do
novo produto.
Danneels e Kleinschmidt (2001) consideram que, na perspectiva do cliente, as
características da inovação, a capacidade de assumir riscos e os níveis de mudança
em padrões de comportamento definidos constituem formas de novos produtos.
Porém, na perspectiva da empresa, os desafios ambientais e os resultantes dos
projetos de investimentos estratégicos da empresa, assim como a evolução
tecnológica e as alterações no mercado, constituem dimensões de um novo produto.
Assim, um cliente pode classificar como novos produtos, além dos que não
conhece
por
serem
originais,
os
que
adquirem
pela
primeira
vez,
independentemente destes já existirem no mercado, ou aqueles que identificam de
18
forma diferente, em consequência de estratégias de reposicionamento desses
produtos no mercado.
Outro aspecto interessante nesta nova percepção do cliente relacionada a um
novo produto é que questões antes irrelevantes, passaram a ser importantes, desta
forma as empresas passaram a perceber a necessidade de produzirem produtos
melhores, com preços melhores (competitivos), e com disponibilidade de estoque
para demanda (entrega rápida). Estes aspectos forçaram essas empresas a
diminuírem o tempo de projeto e manufatura desses produtos, tornando importante a
busca de soluções mais rápidas de concepções que atendam as expectativas destes
exigentes clientes.
1.1
OBJETIVOS
1.1.1

Objetivo geral
Propor uma nova metodologia de desenvolvimento de peças estampadas
com uso das pré-análises de CAE durante o desenvolvimento do produto,
visando a redução dos custos de estampagem e montagem aplicado ao
conjunto dos suportes do paralama.
1.1.2

Objetivos específicos
Redução da variação dimensional na montagem do conjunto de suportes do
paralama.

Redução do custo do ferramental de estampagem do conjunto de suportes do
paralama.

Redução do tempo de produção do conjunto de suportes do paralama.

Melhor aproveitamento do tempo de projeto durante a fase virtual de
concepção.
19
1.2
JUSTIFICATIVA
Existe um grande desafio para a manutenção dos negócios nas empresas do
segmento automotivo, devido à alta competitividade desse mercado no contexto
mundial. A diminuição dos custos relacionados à produção e ao tempo de entrega
desses produtos, tem se tornado um dos principais objetivos a ser alcançado por
essas empresas.
O desenvolvimento de produtos mais competitivos para este segmento tem
sido ligado à capacidade dessas empresas em inovar na concepção dos seus
projetos, não só tornando seus produtos mais atrativos para o mercado, mas
deixando-os também economicamente saudáveis, para competirem com os seus
concorrentes.
Este trabalho visa na melhoria do uso do tempo disponível na fase virtual do
projeto, para obter melhores soluções nas concepções dos novos produtos,
reduzindo o custo direto dos ferramentais de estampagem de componentes da
carroceria dos veículos, especificamente no conjunto de suportes do paralama, e
nos custos indiretos relacionados à diminuição do tempo de projeto e produção
desses componentes, com o uso das pré-análises de CAE, justificando desta forma
a importância desse trabalho.
2
2.1
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
CONCEITO DE NOVO PRODUTO INDUSTRIAL
Yoon e Lilien (1985) definem o que é um novo produto em comparação com o
que constitui um produto reformulado. Para estes autores, um novo produto implica
uma mudança tecnológica que lhe permita ser competitivo em novos mercados, ou a
aplicação, pela primeira vez, de tecnologia nunca antes incorporada no produto. Os
produtos reformulados incluem modificações que afetam a sua utilização, reduzem o
seu custo e possibilitam uma maior duração.
Segundo Galvão e Sato (2004), na era industrial, a principal preocupação da
tecnologia era estarem em conformidade com as medidas das pessoas, as falhas
20
que os produtos apresentavam eram relativas à negligência aos fatores humanos.
Atualmente, com o aumento dos recursos da informática e de comunicação, a
tecnologia também deve estar em conformidade com a percepção dos indivíduos,
como resultado as especificações dos produtos tornaram-se ainda mais complexas
para atender esses usuários atuais. Integrar a tecnologia e todas as exigências dos
usuários se tornou fundamental para se implementar produtos com sucesso, o que
apela para uma abordagem centrada no homem. Para esses autores uma
abordagem centrada no homem é muitas vezes vista em duas grandes formas:

Abordagem guiada pela tecnologia, que enfatiza a desempenho do produto
baseado na tecnologia disponível.

Abordagem centrada no usuário, que enfatiza as atividades dos usuários e
suas interações com o produto.
Abordagens guiadas pela tecnologia são fundamentalmente sequenciais nas
inovações, pois o aperfeiçoamento tecnológico é o principal processo no qual tudo é
organizado. Uma abordagem centrada no usuário considera, prioritariamente, as
relações entre as atividades os hábitos dos usuários e tecnologias disponíveis num
determinado contexto de uso (Figura 1). Ou seja, o produto deverá dar suporte ao
nível de conhecimento dos usuários e motivá-los apropriadamente a agir.
Um produto desenvolvido com princípios centrados no usuário tem seu
desempenho avaliado em termos de benefícios humanos e satisfação das novas
necessidades. Com base em um esforço interdisciplinar, uma abordagem centrada
no usuário utiliza a análise das tarefas humanas, suas capacidades e necessidades
no âmbito do contexto do seu uso.
Apesar do fato de que a abordagem centrada no usuário ser muitas vezes
vista como parte do processo de concepção, projetistas têm dificuldades com as
implicações metodológicas de integrar os estudos de usuários nas primeiras fases
do projeto. O desafio aumenta à medida que produtos e sistemas atuais tornam-se
mais complexos: complexidades relacionadas aos produtos (milhares de peças
ligadas, conjuntos e interfaces); complexidades ligadas ao usuário (tarefas de
operação, competências exigidas, motivações); complexidades relacionadas ao
contexto (influências sociais e culturais). Há uma evidente necessidade de
21
desvendar essa complexidade e ligar os usuários de volta para o processo de
desenvolvimento. (GALVÃO; SATO, 2004, p.2)
Figura 1 - Comparação da abordagem guiada pela tecnologia e da centrada no usuário (Galvão
e Sato - 2004).
2.2
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO
2.2.1
Características gerais
Kaminski (2000) acredita que o processo de desenvolvimento de produto
compreende desde o projeto do produto até a avaliação do produto pelo consumidor,
passando pela fabricação, e apresenta características gerais nas quais o autor cita:

Necessidade: O produto deve ser a resposta ou solução a uma necessidade
individual ou coletiva;

Exequibilidade física: O produto, assim como o processo para sua obtenção
deve ser factível;
22

Viabilidade econômica: Sob a ótica do cliente, a utilidade do produto deve
corresponder ou superar o seu preço de venda;

Viabilidade financeira: A empresa deve ser capaz de suportar financeiramente
os custos do projeto, manufatura e distribuição do produto;

Otimização: A escolha final de um projeto de ser a melhor entre as várias
alternativas disponíveis quando da execução do mesmo;

Critérios de projeto: Dentre os vários requisitos de um projeto, em geral
conflitantes, o projetista deve encontrar o equilíbrio, que se representará por
um critério, através do qual se fará a otimização;

Subprojetos:
É
comum
o
surgimento
de
problemas
durante
o
desenvolvimento de um projeto, cujo andamento depende da solução destes
problemas. O meio de solucionar tais problemas é o subprojeto;

Aumento da confiança: A confiança da obtenção de sucesso deve aumentar a
cada etapa do processo de desenvolvimento de produto, caso contrário,
interrompe-se o desenvolvimento, ou procura-se alternativa para a solução;

Custo da certeza: A relação entre a certeza do sucesso e o custo das
atividades destinadas à obtenção de conhecimento sobre o projeto do produto
deve ser diretamente proporcional. Se as informações disponíveis indicam o
fracasso do projeto, este deve ser interrompido e somente reiniciado quando
as informações garantirem que os recursos necessários à próxima fase são
convenientes;

Apresentação: Geralmente apresentado na forma de documentos, relatórios,
maquetes e/ou protótipos.
2.2.2
Importância de uma boa definição
Um processo de desenvolvimento bem definido é importante pelas seguintes
razões, segundo Ulrich e Eppinger (1995):

Garantia de qualidade: O processo de desenvolvimento especifica as fases
do projeto e os postos de verificação ao longo do caminho. Seguir o processo
de desenvolvimento é uma das maneiras de assegurar a qualidade do
produto final.

Coordenação: O processo de desenvolvimento desempenha o papel de um
23
plano mestre que define os papéis de cada membro da equipe. Este plano
informa-os quando suas contribuições serão necessárias e com quem
trocarão informações e materiais.

Planejamento: O processo de desenvolvimento contém marcos de caminho
que correspondem à conclusão de cada etapa. A definição destes marcos
ancora o tempo de desenvolvimento do projeto.

Gerenciamento: O processo de desenvolvimento é um benchmark para
avaliar o esforço do desenvolvimento em andamento. Por comparação de
atuais eventos com o processo estabelecido, o gerente pode identificar
possíveis áreas com problemas.

Aperfeiçoamento: A documentação do processo de desenvolvimento em uma
organização auxilia identificar oportunidades de melhoria.
2.3
PROJETO DO PRODUTO
A principal atividade daquele que desenvolve produtos é o projeto, segundo
Kaminski (2000). Fatores tecnológicos, econômicos, humanos e ambientais, são
sempre envolvidos no desenvolvimento. O que varia de um produto para o outro é a
importância de cada um desses fatores, sabe-se que o projeto pode também ser
influenciado por fatores culturais, e/ou político-sociais.
Martins e Laugine (1998) citam o projeto do produto como um elemento
básico para a vantagem competitiva, mas necessitam-se de profissionais
especializados em várias áreas de conhecimento, pelo fato desse campo de trabalho
ser extremamente dinâmico, devido a constante mudança dos desejos e exigências
dos clientes.
Focando
na
engenharia
do
produto,
pode-se
afirmar
que
projetar
necessariamente depende da obtenção do conhecimento da estrutura do produto,
dentro de um domínio, utilizando esse conhecimento prévio com a finalidade de
cumprir uma determinada função.
O desenvolvimento de produtos é o foco da competição industrial e está
diretamente ligado aos custos, qualidade e satisfação dos clientes, sendo a
vantagem competitiva da empresa, segundo o entendimento de Clark e Fujimoto
24
(1991). Consideram ainda que, a vantagem competitiva do produto no mercado
depende da estratégia do produto, da gestão e organização do processo de
desenvolvimento do produto, definindo este último como um processo pelo qual a
empresa converte oportunidades de mercado e recursos tecnológicos em
informações para a fabricação do produto.
Devido à importância do desenvolvimento do produto, faz-se necessário um
procedimento metódico para a geração de soluções, devendo ser planejável,
flexível, otimizável e verificável; e só é aplicável quando, além do conhecimento
especializado, os projetistas souberem trabalhar de modo sistemático, e essa
metodologia exigir ou for auxiliada por medidas organizacionais (Pahl, G 2005).
2.4
FASES DO PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO
Back (1983) cita que à medida que um projeto é iniciado e desenvolvido, este
se desdobra em uma sequência de eventos que seguem uma ordem cronológica, o
que gera um modelo, que de maneira geral, é comum a todos os projetos. Os
eventos ou etapas, geralmente bastante distintos, devem ser sequenciais,
permitindo a transformação de recursos em objetivos proveitosos.
Kaminski (2000) mostra que independente das características dos produtos,
as várias etapas necessárias para seu desenvolvimento compõem um método geral
comum, que organiza a transformação das necessidades em meios para satisfazêlas, indicando finalmente como utilizar matérias-primas, recursos humanos,
financeiros e tecnológicos com o objetivo de obter o produto.
Slack (1993) salienta que o processo de levar um projeto de desenvolvimento
de produto, em regime normal, envolve estágios distintos. Os termos que descrevem
as etapas, dependendo da indústria, podem variar e o desenvolvimento de
determinado produto pode não incluir todas as etapas. Um exemplo de modelo de
fases de projeto de produto pode ser visto na figura 2 a seguir, este modelo
apresenta três fases distintas.
25
Figura 2 - Modelo de fases de projeto de produto (Slack, 1993).
Segundo Ulrich e Eppinger (1995), o processo de desenvolvimento do produto
é como uma sequência de etapas ou atividades que uma empresa utiliza para
conceber, projetar e comercializar o produto. Muitos desses passos são mais
intelectuais e organizacionais que tangíveis.
Estes mesmos autores mostram que um processo de desenvolvimento
genérico pode ser considerado como a criação inicial de um conjunto de conceitos
de produto alternativo e então, posteriormente, reduzir as alternativas e aumentar as
especificações do produto até que se tenha confiança de produzi-lo em série em um
sistema de produção. O processo de desenvolvimento genérico é dividido em cinco
fases como é mostrado na figura 3 a seguir:
26
Figura 3 - Modelo de PDP (Adaptado de Ulrich e Eppinger, 1995)
 Fase 1:
Desenvolvimento do conceito: Nesta fase as necessidades de
mercado alvo são identificadas, os conceitos de produtos alternativos são gerados
e avaliados, e um único conceito é selecionado para um desenvolvimento
posterior. Um conceito é a descrição da forma, função e características do
produto, e em geral, é acompanhado por um conjunto de especificações, análises
de concorrentes e uma justificativa econômica para o projeto.
 Fase 2:
Projeto no nível de sistema: A fase inclui a definição da
“arquitetura” do produto e a divisão desta em subsistemas e componentes. O
esquema de montagem final para o sistema de produção é geralmente definido
durante esta fase. O resultado desta fase é, em geral, o esboço geométrico
(layout) do produto, uma especificação funcional de cada subsistema do produto,
e um diagrama de fluxo para o processo final de montagem.
 Fase 3:
Detalhes do projeto: Inclui a especificação completa da
geometria, material e tolerância de todas as partes singulares do produto e
27
identificação de todas as partes padronizadas a serem compradas dos
fornecedores. Um plano de processo é estabelecido e máquinas são projetadas
para cada parte do produto a ser fabricado, de acordo com o sistema de
produção. Esta fase tem como resultado a documentação de controle para o
produto – os desenhos ou arquivos eletrônicos que descrevem a geometria de
cada parte e máquina, as especificações das partes de aquisição, e os planos de
processo para a fabricação e montagem do produto.
 Fase 4:
Testes e refinamento: Esta fase envolve a construção e
avaliação de múltiplas versões de “pré-produção” do produto. Protótipos “alpha”
são geralmente construídos com a mesma geometria e propriedades materiais
das peças que se deseja fabricar, mas não seguem necessariamente os
processos a serem utilizados na produção. Estes protótipos são testados para
determinar se o produto funciona ou não como o projetado e se irá satisfazer as
principais necessidades do cliente. Protótipos betas são geralmente construídos
com partes providas pelo processo de produção, mas não serão montados
usando o processo de produção final. São amplamente avaliados internamente e
testados por clientes em seus próprios ambientes. O objetivo para este protótipo
beta é responder perguntas sobre a execução e qualidade a fim de identificar
mudanças necessárias ao produto final.
 Fase 5:
Preparação da produção: O produto é fabricado utilizando o
sistema de produção planejado. O propósito é treinar a mão-de-obra e identificar
qualquer problema presente no processo de produção. Os produtos produzidos
nesta fase são, às vezes, fornecidos para clientes preferenciais e são
cuidadosamente avaliados para identificar qualquer defeito. A transição desta fase
para a produção em série é gradativa e contínua. Em alguma etapa desta
transição o produto é de fato lançado e se torna disponível para distribuição em
larga escala.
28
2.4.1
Projeto centrado no usuário
Segundo Rozenfeld et al. (2000), a classificação em função da complexidade
permite a definição de um modelo de referência para a PDP. Quanto mais inovador
e complexo o produto mais fases de desenvolvimento são necessárias. Projetos de
personalização simples não requerem projeto conceitual como mostra a Figura 4.
Figura 4 - Versões do modelo de referência do PDP (Adaptado de Rozenfeld, et. al. - 2000)
Ainda segundo os mesmos autores, no desenvolvimento de uma nova
plataforma de veículo em um segmento em que a indústria já atua como no caso de
família de produtos com mesmo nome comercial, pode-se utilizar o segundo gráfico
apresentado na Figura 4 (vista de cima para baixo) com a união das fases de projeto
informacional e conceitual, pois, é um segmento que a empresa já conhece muito
bem. Além disso, o projeto detalhado e o de produção são reduzidos, com várias de
suas atividades e tarefas simplificadas, agrupadas ou sem a necessidade de
execução.
2.4.2
O processo de projeto automotivo
Para Lewin (2003) o processo de projeto na indústria automobilística divide-se
nas seguintes fases: Planejamento do produto, briefing, geração de conceitos,
seleção de temas, desenvolvimento do modelo 3D, avaliação do design, styling
freeze, desenvolvimento de protótipo e testes, lançamento do produto.
29
a) A fase de planejamento do produto é o trabalho que ocorre antes de se
iniciar qualquer ação nas áreas de projeto e de produção de um novo veículo.
Geralmente a empresa que planeja lançar um carro faz uma pesquisa de mercado
para verificar se o produto é desejado e necessário, além de análise da capacidade
instalada e novos materiais que podem influenciar o novo produto. Todos os
aspectos requerem um planejamento cuidadoso, de acordo com a pesquisa
realizada, a companhia irá desenvolver um briefing.
b) O briefing é o guia para o projetista. Ele enuncia todos os aspectos das
tarefas do projeto. Para quem o carro será feito, qual será o seu tipo, qual sua
expectativa de preço e a posição do novo veículo na gama de produtos produzidos
pela montadora. O briefing é a leitura do mercado.
c) A fase de geração de conceitos envolve a concepção de uma grande
quantidade de desenhos para a visualização de ideias para o exterior e para o
interior do novo veículo. Geralmente, ideias sobre o exterior vêm antes dos
conceitos do interior, embora em algumas vezes os conceitos desenvolvidos para o
interior afetem a forma exterior.
d) A fase de seleção de temas é a escolha dos conceitos cujas características
são as mais assertivas de acordo com o briefing e com o visual mais interessante.
Algumas vezes muitas possibilidades de estilo são escolhidas para desenvolvimento
no próximo estágio. Quando os temas ou tema são definidos, os designers têm a
definição do estilo para o desenvolvimento do exterior e do interior.
e) A fase de desenvolvimento da modelagem 3D é a fase que transforma um
desenho em 2D em 3D. Um modelo em escala, geralmente em argila (Clay), é feito
para a avaliação da forma do veículo, pois a partir de desenhos em 2d a
visualização do design se torna mais difícil. Utilizam-se tanbém ferramentas de
computação que auxiliam nesse processo. Nessa fase as medidas do veículo são
colocadas no computador e o design do carro é manipulado e pode ser analisado
em vários pontos de vista.
f) A fase de avaliação do design consiste na análise de modelos em
verdadeira grandeza do exterior e interior do veículo que permite a verificação da
aparência e ergonomia e a comparação com outros veículos existentes. Quando a
30
empresa acredita ter um produto competitivo ela pode optar por analisar a reação do
público, convidando usuários do perfil de público alvo para a realização de clínicas.
Algumas montadoras utilizam-se desse processo para auxiliar a decisão entre
diferentes temas. Outras utilizam em um estágio mais avançado para fazer um
refinamento dos detalhes de design ou da previsão de equipamentos em relação aos
veículos concorrentes de outras montadoras.
g) Styling freeze é o ponto em que o projeto é definido. Muitas empresas
apresentam um gateway nesse ponto no qual a viabilidade financeira é novamente
avaliada com base em todo o processo até esse ponto. O estilo e a especificação
mecânica é finalizada e a data de lançamento é definida. Grandes mudanças no
design ou em elementos de mecânica são muito caras depois desde estágio e
podem causar atrasos na produção.
h) Protótipo e testes: nessa etapa, protótipos feitos à mão, geralmente com a
carroceria muito disfarçada, são testados sob condições de direção normais e
extremadas. Além de simulações por computador (CAE) para avaliações em geral
que são realizadas antes desta fase.
I) Lançamento do produto, geralmente é feito em um salão internacional com
apoio de uma campanha publicitária, mas o sucesso não será medido na recepção
do público na feira e sim no comportamento das vendas e do retorno da verba
investida.
A descrição das etapas de design automotivo apresentadas por Clements e
Porter (2008) é semelhante às de Lewin (2003), caracterizando-se em:

Definição da especificação do veículo que é feita por uma equipe
multidisciplinar.

Discussão dos primeiros croquis conceituais com o uso de painéis temáticos.

Seleção informal de conceitos que é definida pela própria equipe de design.

Gerenciamento da análise dos conceitos que é o desenvolvimento de
modelos em CAD para uso em pesquisa de marketing.

Pesquisa de mercado em 2D, que se caracteriza em pesquisa com grupos de
consumidores alvo com apresentação de imagens dos conceitos propostos.
31

Redefinição dos desenhos e de nova pesquisa com consumidores.

Fase de aprovação para detalhamento de engenharia no qual são produzidos
modelos em tamanho real utilizando, geralmente, de argila.

Pesquisa de mercado 3D são clínicas em que são apresentados para o
público alvo os modelos em escala real do exterior e do interior.

Aprovação final do modelo 3D é quando a equipe de gerenciamento aprova
um modelo que será completamente resolvido.

Viabilidade do conceito final escolhido que consiste em scannear o modelo
final e produzir um novo modelo em 3D que será o do produto final e as áreas
de engenharia são responsáveis pela viabilidade do projeto final, em termos
de produção. Por último a aprovação final.
A Figura 5, representa o processo apresentado por Larica (2003):
32
Figura 5 - Processo de design (Adaptado de Larica, 2003)
2.5
CAUSAS
DO
FRACASSO
DAS
INOVAÇÕES
DE
PRODUTO
NOS
MERCADOS INDUSTRIAIS
O fator determinante para êxito de um produto é a vantagem que esse
produto tem em relação aos produtos concorrentes, isto é, a superioridade e
singularidade do novo produto. Em segundo lugar, destaca-se o conhecimento do
33
mercado e a orientação tecnológica do novo produto. Existem outros fatores
identificados que são considerados como barreiras para o êxito, como por exemplo:
apresentar um preço relativo mais elevado, dinâmica e competitividade do mercado;
e outros, ainda, identificados como determinantes para o êxito: sinergias no
marketing e gestão, comunicações eficazes e esforço no lançamento, assim como a
necessidade, crescimento e dimensão do mercado. Cooper e Kleinschmidt (1993a,
1993b).
Segundo vários estudos, o fracasso no lançamento de novos produtos
representa um percentual em torno de 80%. As estatísticas para bens de consumo
mostram que 60% a 75 % dos produtos lançados nos EUA são fracassos de vendas
(Booz Allen e Hamilton, 1982). O estudo do fracasso é importante para aumentar a
taxa de sucessos e reduzir a taxa de “mortalidade” dos produtos.
2.6
CONCEITUAÇÃO DO QFD
Segundo Cheng (1995), O método quality function deployment (QFD) foi
criado no Japão, principalmente pelos professores Shigeru Mizuno e Yoji Akao.
Desde então foi continuamente aperfeiçoado pelo grupo do professor Akao, em
cooperação com empresas japonesas. A caracterização do método e a descrição do
conteúdo tiveram origem nos trabalhos de Akao, em 1972. No entanto, o método só
foi reconhecido como instrumento importante para o planejamento da qualidade ou
gestão de desenvolvimento do produto em 1978.
Foi primeiramente desenvolvido no estaleiro da Mitsubishi Heavy Industries
Ltd., que produzia navios de grande porte e navios-tanque, a partir de uma
solicitação do governo japonês a um grupo de professores universitários, do qual o
professor Akao fazia parte, e que tinha por objetivo estruturar um processo que
permitisse vincular cada etapa da construção de navios ao atendimento e à
satisfação de determinados requisitos.
Já nos primórdios de 1970, a indústria automobilística japonesa também
adotou esse método, objetivando incrementar a exportação de veículos, tendo em
vista a imagem pouco animadora que estes desfrutavam no mercado internacional,
sobretudo em face da baixa qualidade apresentada em comparação com os
fabricados em outros países.
34
Transcorridos aproximadamente 15 anos de experiências bem-sucedidas no
Oriente, o método QFD migrou para o Ocidente, sendo então implantado nos EUA,
tendo como ponto de partida a indústria automobilística. O êxito de seu emprego
nesse ramo industrial expandiu-se de tal forma no território americano que, no final
de 1980, já havia registrado um número expressivo de casos bem-sucedidos.
O método QFD pode ser aplicado tanto a produto (entendido como bens ou
serviços) da empresa quanto a produto intermediário entre cliente e fornecedor
interno. Pode ser aplicado também para remodelagem ou melhoria de produtos
existentes quanto para produtos novos às empresas. A implantação do método QFD
objetiva duas finalidades específicas, primeiro por auxiliar o processo de
desenvolvimento do produto, buscando, traduzindo e transmitindo as necessidades
e desejos do cliente e segundo por garantir qualidade durante o processo de
desenvolvimento do produto.
A metodologia QFD resgata as necessidades provenientes tanto do ambiente
externo como interno, e as converte em requisitos para desenvolvimento de
produtos, monitorando todo o processo produtivo em diferentes etapas. A
metodologia QFD possui a característica de captar as necessidades, expectativas e
desejos do consumidor e traduzi-las para todos os processos da organização, de
forma a garantir a qualidade requerida pelo cliente em cada etapa do processo.
2.6.1
Casa da qualidade
A abordagem QFD envolve vários tipos de matriz. A casa da qualidade faz a
correlação entre a qualidade exigida e as características da qualidade, obtidas nas
tabelas de desdobramento, é a matriz mais conhecida e utilizada que tem por
finalidade detectar as exigências do cliente, o que ele deseja e como satisfazê-las. A
correlação pode ser “forte”, “média” ou “fraca”. As correlações fortes informam as
principais características da qualidade.
A casa da qualidade (ou matriz da qualidade) não só está presente, como
inicia os desdobramentos. Essa matriz é a ferramenta básica de projeto do QFD
(Hauser & Clausing, 1988). A casa da qualidade pode ser definida como a matriz
que tem a finalidade de executar o projeto da qualidade, sistematizando as
35
qualidades verdadeiras exigidas pelos clientes por meio de expressões linguísticas,
convertendo-as em características substitutas e mostrando a correlação entre essas
características substitutas (características de qualidade) e aquelas qualidades
verdadeiras (Akao, 1996). Através da definição, se deduz que a matriz da qualidade
funciona como um sistema em que a entrada (input) é a voz do cliente. O processo
nada mais é que a transformação das necessidades exigidas pelo cliente. A saída
(output) consiste nas especificações do produto/serviço. A figura 7 mostra a
estrutura que deve servir de base para construir a casa da qualidade.
Figura 6 - Casa da Qualidade (Marshall, 2006)
36
2.6.2
Etapas para elaboração da casa da qualidade
Segundo Marshall (2006) existem doze etapas para a elaboração da Casa da
Qualidade, que são elas:

Definição do objetivo: é uma descrição da meta, do objetivo, do problema, da
dificuldade que se pretende resolver. Geralmente aparece na forma de uma
pergunta que se está tentando responder.

Lista de “quês”: o que o cliente quer. Nesse passo deve conter as
características do produto/serviço definidas pelo cliente, o levantamento das
necessidades dos clientes é feito através de feedback e pesquisa de
mercado.

Ordem de importância: valores ponderados atribuídos aos quês; são pesos
que normalmente variam de 1(menos importante) a 7(mais importante).

Avaliação da concorrência pelo cliente: deve-se analisar o serviço oferecido
pelo concorrente, em comparação com o serviço estudado.

Lista de “como”: indica maneira de produzir os “quês”, ou seja, traduz e
entende os desejos do cliente.

Direção de melhoria: estabelece para cada “como” a direção da melhoria.

Matriz de correlação (Telhado da Casa da Qualidade): é uma matriz triangular
que analisa conformidade e requisitos entre os “como”. São classificadas em
muito positiva, positiva, negativa e muito negativa ou inexistente.

Quanto: estabelece para cada “como” um valor alvo que deve ser alcançado
de forma que garanta a satisfação do cliente.

Avaliação Técnica da Concorrência: mostra as especificações técnicas do
concorrente, baseando-se em como ele faz o serviço. Essa avaliação é feita
na percepção do gestor e não do cliente.

Matriz de relações: é o meio sistemático de identificar o nível de
relacionamento entre uma característica do produto ou serviço (“o quês”) e
determinada maneira de atingi-lo, (“como”). É na matriz de relações que as
ideias de como satisfazer os requisitos estabelecidos pelos clientes são
ponderados com atribuições de valores de cada relação que se estabelece.

Fatores de dificuldade ou probabilidade: são valores que a empresa atribui
37
para qualificar como maior ou menor dificuldade em atender cada um dos
itens “como”.

Escores absoluto e relativo: os graus de intensidade atribuídos na matriz de
relações e a ordem de importância fornecida auxiliam na priorização dos
esforços, ou seja, na seleção dos “como” que deverão passar à próxima fase.
Os escores são calculados multiplicando-se os graus de intensidade obtidos,
1 (fraco), 3 (médio) e 9 (alto), pela ordem de importância, de 1 a 7, fornecida
pelo cliente. Os resultados dos escores absolutos (somatório de cada coluna
“como”) obtidos representam a importância relativa de cada “como” no
atendimento do conjunto dos itens “que”.
2.7
DESENVOLVIMENTO DE CARROCERIAS
O desenvolvimento de carrocerias representa um dos grandes desafios para
os fabricantes de automóveis, enquanto trabalham continuamente para reduzir
custos e tempo de desenvolvimento para o lançamento de um novo modelo no
mercado. Usando práticas como a engenharia simultânea, a prototipagem rápida e a
simulação em computador, os fabricantes reduziram seus prazos e custos de
desenvolvimento, integrando as engenharias de produto e processos na frente de
desenvolvimento. Esta integração é mais comum nas fases de desenvolvimento do
projeto do produto e processo, do que nas fases de aprovação e liberação da
produção.
A figura 8, (adaptado de Ovtcharova, 2002) mostra a evolução na redução do
tempo de desenvolvimento de um novo produto, com base de início na aprovação e
liberação do conceito e término no início da produção.
38
Figura 7 - Tendência na indústria automotiva (Ovtcharova, 2002)
Os veículos possuem um corpo estrutural chamado carroceria. Nela são
montados todos os componentes mecânicos como suspensão, freios, motor,
câmbio, entre outros, todos os acabamentos internos como painel de instrumentos,
revestimentos internos, bancos e tapeçaria, acabamentos externos como faróis,
lanternas, vidros e os para-choques, e toda a parte elétrica. Define o tamanho
externo e o espaço interno destinado aos ocupantes e ao compartimento de carga. É
o item de maior responsabilidade pela aparência visual, um dos principais atributos
avaliados pelo consumidor no momento da compra do veículo. A carroceria,
portanto, possui papel fundamental.
A figura 9, (Hammett e Baron, 2000b) mostra os estágios do desenvolvimento
da carroceria, do projeto das peças ao “tryout” (ajuste) final do processo de
montagem dos conjuntos, usando as peças estampadas nas prensas definitivas de
produção.
39
Figura 8 - Estágios do desenvolvimento de carrocerias (Hammett e Baron, 2000b)
A carroceria é composta por uma coleção de peças estampadas de chapa de
aço, as quais são unidas através de vários processos, como a soldagem por
resistência ou solda ponto, soldagem de deposição pelos processos MIG (Metal Inert
Gas) e MAG (Metal Active Gas), soldagem a laser (Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation – Ampliação de Luz por Radiação Estimulada), e também, em
alguns casos, colagem com adesivos estruturais em áreas onde não existe acesso
para que a operação de soldagem seja efetuada. Assim, são formados todos os
subconjuntos, e o conjunto final, a própria carroceria.
As peças estampadas que formam a carroceria podem ser flexíveis e sujeitas
a torções durante o processo de montagem do conjunto. Uma vez soldadas, as
peças formarão um conjunto rígido, a carroceria.
Historicamente, os fabricantes gastam tempo e dinheiro com correções nas
ferramentas de estampagem, durante a fase de desenvolvimento, para produzir
peças dentro das especificações do projeto. Infelizmente, estas correções nas
ferramentas de estampagem, para aperfeiçoamento da geometria das peças, podem
não gerar melhorias dimensionais nos conjuntos, por não corresponderem às
necessidades dimensionais da carroceria.
Os fabricantes tradicionalmente avaliam as peças, usando uma abordagem
sequencial para a aprovação do processo (Figura 10 – Hammett e Baron, 2000b).
Primeiramente, validam que as peças estampadas atendem todas as especificações
de projeto. Depois que cada peça é aprovada, os fabricantes validam os
40
subconjuntos, e em seguida a carroceria. Esta abordagem sequencial subscreve um
paradigma básico; o de que a qualidade do produto final é maximizada, se cada
peça, individualmente, se encontrar dentro das especificações do projeto.
Figura 9 - Validação sequencial da manufatura (Hammett; Baron, 2000/3)
Embora a validação sequencial do processo seja simples e comprovadamente
eficaz para alguns componentes automotrizes, poucos fabricantes executam
eficazmente esta abordagem para a validação da carroceria. A principal causa tem
sido a dificuldade em aprovar todas as características das peças em relação às
exigências genéricas, devido às características da matéria-prima e às variações do
processo, além de outros fatores de projeto.
Esta dificuldade em obter todas as peças dentro das especificações de
maneira subsequente, reduz o tempo alocado para resolver os problemas dos
conjuntos, porque as datas de início da produção do novo modelo são fixas. Mesmo
os fabricantes que utilizam como critérios de avaliação, índices estatísticos tais como
o Cpk (índice que leva em conta a variabilidade do processo e sua locação, com
relação aos limites de especificação) (Kane, 1986), em algum momento abandonará
parcialmente a abordagem sequencial, por causa da deficiência em colocar as peças
dentro das especificações originais. Em contrapartida à abordagem sequencial
41
tradicional, pode-se adotar uma abordagem mais integrada para validação,
conhecida como construção funcional.
A construção funcional avalia as peças estampadas através do resultado do
conjunto formado pelas mesmas. Este resultado nem sempre requer correções nas
peças individuais, mesmo que elas não atendam a especificação inicial do projeto. A
construção funcional avalia a conformidade das peças estampadas, que juntas dão
forma ao conjunto que deve atender à especificação do projeto. Em outras palavras,
se o conjunto atender as exigências do projeto, as peças individuais serão
aprovadas, não importando sua conformidade com as respectivas características
dimensionais.
A construção funcional representa uma abordagem de avaliação que integra o
produto ao desenvolvimento do processo e às fases de aprovação e liberação da
produção, reduzindo o tempo necessário para os fabricantes trazerem novos
produtos ao mercado. Abdalla (1999) sugere que os fabricantes podem encurtar o
desenvolvimento de produto, reduzir custos e melhorar a qualidade, executando
técnicas de engenharia simultânea.
Ao projetar uma carroceria, o fabricante especifica o produto final (o valor
nominal e a faixa de tolerância) e seus respectivos conjuntos, e por fim os
componentes que entram na formação dos conjuntos. Majeske e Hammett (2000)
fornecem uma abordagem que usa a construção funcional para desenvolver
tolerâncias finais do projeto de produto. Alguns fabricantes estão experimentando
também a construção funcional, baseada em simulação matemática ou virtual,
usando modelos de simulação de montagem do conjunto (Jeang, 2001).
Durante o desenvolvimento do processo de manufatura, o fabricante
desenvolve o processo de armação da carroceria e de estampagem para as peças
metálicas que compõem a carroceria, com a intenção de produzir peças individuais
com seu dimensional no valor nominal. Uma vez finalizado um jogo de ferramentas
de estampagem para uma peça, o fabricante produzirá e medirá amostras da peça
para aprovação do ferramental. Hammett et. al. (1999) indicam a construção
funcional como parte do processo de aprovação do processo de manufatura.
42
Com a abordagem da construção funcional, o fabricante usa os dados da
amostra para avaliar a medida da capacidade do processo de estampagem, Cp
(Montgomery, 1997), para determinar se o trabalho feito na montagem do conjunto
pode acomodar a variação de cada peça. Entretanto, o fabricante ainda não tentará
modificar o processo de estampagem, tampouco efetuar correções para eliminar
algum desvio do nominal de projeto ou da variação do processo. Com base na
conclusão de todos os processos componentes, o fabricante usará as peças
produzidas por estes processos para fazer a construção dos conjuntos funcionais.
2.8
NECESSIDADES DO CONTROLE DE QUALIDADE DAS CARROCERIAS
AUTOMOTIVAS
Um dos grandes desafios na indústria automobilística é colocar no mercado
novos produtos em curto espaço de tempo, com qualidade, baixos custos, e que
satisfaçam as expectativas dos clientes. Uma das formas de se reduzir o custo é
encurtar o tempo de projeto e fabricação dos meios de construção eficientes (Linhas
de construção e soldagem, ferramentas de estampagem e meios de controle).
As variações dimensionais, tanto da carroceria quanto dos componentes que
serão instalados nela, causam dificuldade de montagem que devido a estas
variações, podem impactar negativamente os pré-requisitos de satisfação dos
clientes e do fabricante, tais como, por exemplo:
(a)
Demora na entrega, devido ao veículo ter saído da linha de montagem sem
um determinado componente, impossibilitando-o de ser montado no tempo previsto;
(b)
Custo alto devido ao inventário de veículos não conformes que impactam no
fluxo de caixa; e.
(c)
Percepção negativa do cliente quanto à qualidade.
Tais variações ocorrem por diversos fatores, dentre eles, o processo de
montagem, a habilidade dos operadores, o desgaste de ferramentas, a somatória
das tolerâncias de cada componente, a temperatura de instalação, e outros.
43
2.9
VARIAÇÃO DIMENSIONAL NO DESENVOLVIMENTO DE CARROCERIAS
No desenvolvimento de carrocerias, existem três desafios para a validação da
carroceria para produção. O primeiro desafio é a dificuldade de produzir peças
estampadas com dimensional de acordo com as especificações. O segundo é a
dificuldade para medir peças com baixa rigidez. E por ultimo, o terceiro desafio que
é a fraca correlação entre o dimensional das peças estampadas e os resultados dos
conjuntos. (Hammett e Baron, 2000a)
2.10 DESAFIOS DA ESTAMPARIA
Os fabricantes gostariam de produzir cada peça estampada, de forma que o
valor médio em cada posição medida esteja em sua especificação nominal, com
variações dentro do campo de tolerância. Na prática isso não ocorre, pois as peças
são produzidas com dimensões cujos valores médios estão fora do nominal.
A Figura 11 (Hammett e Baron, 2000a), ilustra médias de diversos lotes de
uma dimensão de uma peça estampada. Pode-se observar, primeiramente ainda na
fase de tryout, a dimensão variando do nominal, porém dentro do campo de
tolerância, no lote de peças estampadas na prensa de ajuste durante a construção
da ferramenta. Segundo, a dimensão pode deslocar da prensa de ajuste para a
prensa de produção, devido à mudança de equipamento utilizado. Embora esta
dimensão desloque afastando-se do nominal, algumas dimensões podem melhorar.
O ponto principal é que os fabricantes não podem assegurar que a correção do
ferramental, na fase de construção, eliminará todos os desvios médios na produção.
Consequentemente, devem ser avaliados os desvios médios em ambos os casos,
durante a construção da ferramenta e após liberação do ferramental na linha de
produção definitiva.
44
Figura 10 - Fonte de variação (Hammett e Baron, 2000a)
As peças de chapa de aço requerem operações múltiplas nas ferramentas
mediante a utilização de uma única prensa, como por exemplo, durante o tryout, ou
uma série delas, em uma linha de prensas. As ferramentas e as prensas utilizadas
para a estampagem possuem variáveis de processo que devem ser controladas no
início da operação, como força da batida ou tonelagem, altura fechada, paralelismo
da prensa, pressão do contrapeso, pressão do nitrogênio nas almofadas da
ferramenta, velocidade da prensa, alimentação e retirada da peça, automação, saída
de retalhos, etc.
Segundo Majeske e Hammett (2003) estas variáveis podem influenciar a
qualidade da peça estampada, especialmente durante a instalação da ferramenta. A
geometria resultante das peças depende destes ajustes.
Devem ser usados os mesmos ajustes de prensa, cada vez que uma
ferramenta é colocada na prensa, pois isto ajudaria reduzir a variação entre lotes de
peças. Infelizmente, o relacionamento dos numerosos ajustes da prensa e outros
fatores do processo, como a entrada do material, mudança do lote da bobina de aço,
variação no tamanho da platina, não são bem documentados ou compreendidos por
fabricantes, quando se trata do relacionamento com o produto final.
45
Por exemplo, muitos dos ajustes das variáveis do processo usam um único
valor para a peça inteira durante a operação. As peças individuais, entretanto, têm
características múltiplas em suas diferentes regiões, que não são controladas
necessariamente pelo mesmo jogo de ajustes das variáveis da entrada. Por
exemplo, ao estampar uma peça, o material sofre tensões diferentes, dependendo
da região a ser formada, e necessita de pressões diferentes em cada região, porém
a prensa tem um único padrão de entrada, e a ferramenta deve compensar esta
necessidade da peça e do material.
Esta situação limita a habilidade de trazer o processo ao valor de tolerância
de variação, quando as cartas CEP (controle estatístico do processo) exibirem
condições de processo fora de controle para características de determinadas
regiões, especialmente se outras regiões não variarem.
‘Outra questão é a dificuldade de relacionar as variáveis da entrada do
processo diretamente com as características da peça física, em uma relação de
causa e efeito.
‘Segundo Hammett et. al. (1999) as dificuldades resultantes da simples falta
de ajustes nas variáveis de entrada do processo, faz com que os fabricantes
comecem a utilizar conceitos de construção funcional. A construção funcional
(Majeske e Hammett 2000) posterga a decisão de corrigir uma ferramenta de
estampagem, até avaliar o impacto da variação sobre o processo de montagem do
conjunto.
Zhou e Cao (1994) avaliaram o processo de estampagem em um painel
interno de porta, e identificaram dois tipos de variações: dentro do lote e entre lotes.
Estudaram o impacto de três variáveis do processo (tonelagem externa, tonelagem
interna, e velocidade do punção) dentro da variação do lote. Usando a experiência,
identificaram os níveis para estas três variáveis, sugerindo que com melhor controle
poderia haver uma redução da variação dentro do lote de 54%.
Wang e Hancock (1997) também estudaram um processo de estampagem
para um painel interno de porta. Investigaram o impacto de 15 variáveis do processo
para uma boa conformação (fraturado / não fraturado) dos painéis estampados.
Concluíram que três variáveis influenciaram a habilidade de dar forma a um painel
46
sem rachaduras: rugosidade da superfície da chapa de aço, tonelagem externa da
prensa aplicada na ferramenta, e a quantidade de lubrificante utilizada no processo.
Berry (1996) discute o relacionamento entre a composição da chapa de aço
(matéria-prima) e a qualidade do painel estampado. Berry sugere que, em geral, os
fabricantes japoneses controlam seu processo de estampagem das peças principais
com algum controle estatístico dos lotes, enquanto suas contrapartes não fazem
isso. Notou que estes fabricantes compram o aço das mesmas fontes, para evitar
variações nas peças principais.
Uma conclusão geral que pode ser tirada através destes vários estudos é a
existência de um número potencialmente grande de variáveis significativas de
entrada do processo de estampagem, que não são compreendidas e são difíceis de
controlar. Assim, pode-se notar que para alguns parâmetros basta um melhor
controle, mas que no todo sempre existirá uma variação nas peças de mesmo lote e
principalmente entre eles.
2.11 CORRELAÇÃO ENTRE DIMENSÕES DE ESTAMPADOS E CONJUNTOS
Outro problema dos fabricantes é a baixa correlação dimensional entre peças
estampadas e conjuntos soldados. Para estruturas rígidas tais como motores, os
fabricantes supõem que as dimensões necessitem do ajuste no acoplamento de dois
componentes. Assim, a montagem do conjunto e sua variação, são baseadas em
uma adição linear dos dois componentes com suas variações. Por exemplo, o
teorema aditivo da variação sugere que a variação do conjunto será maior do que as
variações dos componentes (Takezawa, 1980).
Baseado nesta suposição aditiva, os fabricantes tentam produzir dimensões
individuais médias nos componentes, com variação mínima da especificação
nominal. Estes fabricantes supõem que podem predizer suas dimensões do
conjunto, com base nas medidas dos componentes de entrada. No entanto, estas
suposições não são sempre válidas para componentes flexíveis.
Os componentes podem deformar-se durante os processos de soldagem.
Algumas peças assumem forma mais próxima à geometria dos dispositivos de
montagem, usados para orientar a geometria do conjunto para as dimensões finais.
47
As dimensões das peças flexíveis também podem conformar-se a uma dimensão de
uma peça rígida durante a montagem. O efeito final é que o dimensional das peças
flexíveis não prediz frequentemente o dimensional do conjunto final.
A tabela 1 (Hammett e Baron, 2000b), fornece um sumário do relacionamento
dimensional entre peças estampadas do conjunto lateral e seus respectivos
conjuntos.
Estes
dados
sugerem
dois
aspectos.
Primeiramente,
medidas
coordenadas ou medições realizadas antes e depois da montagem na mesma
posição física da peça, frequentemente mudam sua posição no espaço durante o
processo de soldagem do conjunto.
Quase a metade das dimensões exibidas tem deslocamentos médios de
quatro e cinco sigmas da peça estampada para o conjunto soldado, com sigma
típico valendo entre = 0,1 ~ 0,2 mm Em segundo, quase nenhuma das dimensões
coordenadas tem uma correlação forte entre seus valores médios de peças
estampadas e de conjunto soldado.
Tabela 1 - Correlação dimensional entre peças antes e depois da montagem. (Hammett e Baron,
2000b). ((R) Coeficiente de correlação)
Este estudo de caso sugere que os fabricantes não podem esperar reduzir
simplesmente sua variação do conjunto, reduzindo sua variação nas peças
estampadas. Esta questão é explorada usando a companhia C como exemplo
porque sua variação aumentou significativamente no conjunto.
Para examinar a robustez da montagem, dois jogos de peças foram criados:
um jogo dos painéis com baixa variação nos estampados e um jogo com variação
elevada.
48
A tabela 2 (Hammett e Baron, 2000b), sumariza os resultados. Na área do
para-brisa, o segundo jogo de peças com variações elevadas nos estampados,
tendo por resultado uma variação significativamente mais elevada no conjunto. Na
área da coluna central (B), a elevada variação das peças estampadas exibe o
comportamento similar ao grupo de baixa variação. A diferença principal na área da
coluna central é que o grupo de elevada variação não era o responsável da grande
variação entre montagens. Assim, os níveis baixos da variação no conjunto parecem
relacionados ao controle da variação nos estampados e ao processo de montagem
do próprio conjunto. Além disso, na ausência de grandes variações, estes dados
sugerem que os processos de montagem do conjunto sejam essencialmente
robustos, até seis níveis do sigma pelo menos, de 1,0 a 1,5 mm (6 x 0,25=1,5).
Consequentemente, reduzindo-se a variação nos estampados abaixo destes níveis,
será improvável a redução automática da variação do conjunto.
Tabela 2 - Robustez da montagem. (Hammett; Baron, 2000/b)
A tabela 3 (Hammett e Baron, 2000b) mostra os desvios médios entre
estampados e conjunto pelo tipo de componente estampado (flexível /rígido). Um
dado importante encontrado, é que embora a companhia D tenha desvios médios
significativos em seu painel lateral externo estampado, estes desvios são
compensados eficazmente e conjuntos mais próximos ao nominal são produzidos.
Uma hipótese suportada pelos dados, é que este fabricante tem a conformidade
média melhor em seus reforços, e também está controlando eficazmente o processo
de montagem do conjunto, para minimizar mudanças dimensionais. No contraste, a
companhia G tem conformidade média excelente em seu painel lateral externo
estampado e em seus reforços, mas a conformidade média relativamente baixa no
conjunto. Isto que foi encontrado sugere que a conformidade média no conjunto está
exercendo um impacto claro sobre o processo de montagem do conjunto, e não
49
simplesmente por função da conformidade média das peças estampadas. A
companhia E, que utiliza uma construção com excesso de sujeições para medição,
tem conformidade media mais elevada nos estampados e no conjunto. Ainda, um
terço de suas dimensões estampadas desloca-se em mais de 0,5 mm durante a
montagem do conjunto, embora poucas dimensões desloquem dentro da
especificação em mais de 1,0 mm além do nominal. Estes resultados demonstram a
importância da eficaz compensação dos desvios dos estampados durante todo o
processo de montagem do conjunto.
Tabela 3 - Desvios médios entre estampados e conjunto (Hammett; Baron, 2000/b)
Diversas explanações existem para a falta de correlação entre componentes
individuais e seus conjuntos respectivos. Entre elas, podem ser citados:

Deformação do metal durante o processo da soldagem.

Mudanças de posição no espaço de coordenada entre peça estampada e o
conjunto montado.

Conformidade dimensional nas peças flexíveis com outras áreas rígidas do
conjunto, e.

Erros do sistema de medição.
Esta falta da correlação apresenta sérias questões para aqueles fabricantes
que utilizam na análise critérios estatísticos, tais como Cpk. Aqui, as correções dos
fabricantes nas ferramentas de estampagem e nos dispositivos de produção tentam
atingir objetivos mensuráveis tais como Cpk para todas as dimensões do que a
preocupação com a funcionalidade do conjunto.
50
As estimativas do custo de correção nestes fabricantes sugerem que tal
correção pode esclarecer 20% a 30% dos custos do ferramental. A análise acima da
correlação sugere que estas correções podem ter o impacto mínimo na exatidão
dimensional da carroceria. Durante um estudo de um lançamento de veículo, o
fabricante relatou que sobre 70% das causas-raiz para a variação dimensional da
carroceria, os principais problemas estiveram relacionados aos dispositivos de
montagem de conjunto (Hammett e Baron, 2000b).
Consequentemente, se as datas do lançamento forem fixas, o atraso nos
tryouts do conjunto para indicação de correção das peças individuais, não reservam
tempo suficiente para resolver as causas-raiz de problemas dimensionais da
carroceria.
Com a experiência, a maioria dos fabricantes reconhece que podem produzir
uma carroceria aceitável, sem reunir exigências dimensionais em todos os
componentes. Fazem finalmente revisões da tolerância para aprovar as peças que
falham nas exigências de Cpk. Em alguns casos extremos, o fabricante pode mesmo
parar a correção, esperando pressões do prazo de lançamento para forçar revisões
da tolerância, a fim de dar início à produção. Muitos fabricantes deparam-se com
este problema em relação às peças compradas, pois seus fornecedores que não
atenderem totalmente as especificações tentam forçar a aprovação da peça no nível
em que se encontram, uma vez que o lançamento está próximo (Hammett e Baron,
2000b).
2.12 FERRAMENTAS VIRTUAIS NO DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS
Sabe-se que a etapa inicial de um projeto é essencialmente criativa, porém as
etapas que sucedem a idealização primária podem ser sistematizadas objetivando
uma rapidez de lançamentos de novos produtos no mercado, permitindo assim
inúmeras
vantagens
competitivas
(AMARAL
&
ROZENFELD,
2001).
Esta
competitividade está ligada diretamente a uma melhor integração no processo de
desenvolvimento de produto. Há uma necessidade de lançar produtos em um
espaço mais curto de tempo. Em muitos casos essa velocidade de lançamento
auxilia, e muito, na liderança e pioneirismo de mercado (FERREIRA et. al, 2001).
51
Pela utilização de um sistema auxiliado por computador integrado pode-se
analisar um grande número de possíveis alternativas na fase conceptiva, permitindo
correções de forma imediata (NAKAMURA et. al, 2003). O desenvolvimento de
produtos está associado à procura pela simplicidade, utilizando de processo de
fabricação ágil, reduzindo-se componentes com funções redundantes e objetivando
a padronização e modularização. Resultando em partes multifuncionais e de fácil
fabricação.
Um sistema CAD é a premissa inicial para a integração dos demais. Ter uma
modelagem do produto final permite que as demais ferramentas de auxílio de projeto
possam atuar e coletar dados e informações baseadas no modelo. Este modelo que
servirá como base para a fabricação efetiva e análises pelas demais ferramentas
(CHANG et. al, 1998).
Sistemas CAE permitem que se simule numericamente o modelo geométrico
permitindo analisar situações próximas a reais e dessa forma efetuar correções
estruturais e até mesmo conceituais no modelo de trabalho. Permite também uma
grande redução de superdimensionamentos desnecessários, redução de custo com
matéria prima e de coeficientes de segurança utilizados. Aplica cálculos referentes à
engenharia, com esforços, transferência de calor e comportamentos dinâmicos
(NAKAMURA et. al, 2003).
O sistema CAM permite gerar trajetórias e aperfeiçoar o processo de
fabricação do modelo geométrico (NAKAMURA et. al, 2003). Também atua nas
características de fabricação como tempo de preparação, mudança de tarefa e
tempo total efetivo de fabricação. A informação de projeto pode ser traduzida em
linguagem de manufatura por meio do planejamento de processo. A integração entre
o CAD e o CAM necessita do planejamento efetivo do processo (CHANG et. al,
1998).
Utilizar o máximo possível da computação no desenvolvimento do protótipo e
também tecnologias de simulação trata-se de uma ótima prática para aumento de
rapidez do processo devido à agilidade de intercâmbio de informações. A fase de
projeto é importante, pois nela estima-se que 60 a 80% dos custos do produto são
52
efetivamente comprometidos, portanto é necessário um investimento maior nessa
fase de forma a reduzir retrabalho e melhorar resultados (NAKAMURA et. al, 2003).
3
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1
MODELO INICIAL DO CONJUNTO DE SUPORTE PARA O PARALAMA
Inicialmente foi definido um conjunto de suporte para o paralama compatível
com a plataforma escolhida para o projeto. No caso em questão, a plataforma é
carry-over, isto significa que já é utilizada em outros veículos da empresa e com as
adequações técnicas necessárias para se manter a compatibilidade, a função e a
confiabilidade do sistema mecânico, pode ser usada neste projeto.
Todas as peças novas que não fazem parte dessa plataforma pré-existente
(carry-over) e da superfície externa do veículo (Studio surface), são projetadas com
base nas peças surrogates (peças usadas em outro projeto validado e finalizado).
Mas essas peças precisam ser modificadas para atender as necessidades e
requisitos do projeto em questão.
As peças surrogates, são escolhidas por uma equipe de especialistas, que
analisam os requisitos do projeto e a similaridade do sistema. Após esta fase, são
selecionadas as peças que mais se adequam a estas necessidades e requisitos.
Desta forma, é montada uma proposta inicial do conjunto, usando a plataforma préexistente (carry-over), a superfície externa (Studio surface), e as peças surrogates,
que juntas formaram o primeiro modelo virtual do conjunto.
3.2
DESENVOLVIMENTO DAS PROPOSTAS.
Antes de projetar ou desenhar qualquer peça para substituição das peças
surrogates, é necessário avaliar algumas das possíveis alternativas e encontrar a
melhor solução para o caso. Neste momento do projeto, o desenho da peça precisa
seguir os requisitos do projeto designado para aquele conjunto. O grande desafio é
tornar a peça que substituirá a peça surrogate, em uma peça compatível, que ligue a
plataforma pré-existente a nova superfície externa, no caso em questão o paralama.
Lembrando que esta peça não pode deixar de atender a todos os requisitos do
53
projeto para aquele conjunto e ao mesmo tempo evitar o aumento do custo ou se
possível, diminui-lo.
Apesar das peças surrogates já terem sido baseadas em uma pesquisa por
uma equipe especializada, para se definir uma boa base de solução de engenharia
para o projeto, é necessário continuar buscando uma solução de projeto mais
otimizada, avançando em conceitos de propostas para o melhoramento do projeto
do conjunto das peças, procurando alcançar um produto superior ao proposto
inicialmente como adequado.
Esta busca começa pela pesquisa de benchmarking. O projetista necessita
questionar, se é ou não possível encontrar uma melhor solução do que o proposto.
Na busca da resposta a este questionamento, avaliam-se os conjuntos de suportes
para paralamas de outros veículos da própria empresa ou dos concorrentes.
3.3
GERAÇÃO DA MATRIZ QFD
Após a analise da proposta inicial do conjunto que substituiu o conjunto
surrogate, foi gerada uma matriz QFD usando os requisitos do projeto préestabelecido pela empresa para o desenvolvimento do conjunto do suporte para o
paralama, os principais destes requisitos estão listados abaixo:

Absorção de impacto frontal do conjunto.

Peso (massa) do conjunto.

Quantidade de dispositivos de controle para montagem.

Variação dimensional de estampagem e montagem do conjunto.

Diminuição do tempo para montagem do conjunto.

Resistência à corrosão.

Resistência mecânica.

Redução do nível de dificuldade para montagem.

Processo de estampagem em cinco estágios.

Estampabilidade do conjunto.

Aumento do aproveitamento da chapa acima de 70%.

Redução da quantidade de dispositivos de montagem.

Redução do custo de logística.
54
3.4

Redução custo de ferramental de estampagem.

Redução do custo de projeto.

Redução do tempo de projeto.

Durabilidade do conjunto.

Compatibilidade do conjunto com a plataforma e a superfície externa
DESENVOLVIMENTO DAS PROPOSTAS
O conjunto dos suportes do paralama necessita absorver energia de impacto
em uma colisão frontal. Para atender a esse requisito de projeto, foi incluído no
desenho do modelo um sanfonado na parte frontal do suporte principal do conjunto,
conforme mostra à figura 12 (detalhe marcado em vermelho), este sanfonado obteve
como base para o seu desenvolvimento o projeto da peça surrogate.
Figura 11 - Sanfonado para absorção de energia de impacto de uma peça surrogate
Esse conceito foi aplicado nos três modelos avaliados e validados pelo setor
de CAE (crash test), por simulação virtual de colisão e posteriormente foi realizada a
validação física do modelo final escolhido.
Para atender ao requisito “peso (massa) do conjunto”, foi realizados estudos
para a redução do numero de suportes intermediários do conjunto. Foram projetados
dois conjuntos de suportes, onde foi proposta a inclusão dos suportes intermediários
no desenho do suporte principal do paralama. A figura 13 mostra a primeira proposta
55
dos três modelos propostos. A proposta 1 foi baseada no conjunto surrogate, este
conjunto tem soldado no suporte principal, dois suportes intermediários para a
fixação do paralama, usando o programa de CAD (CATIA). O peso deste conjunto
foi calculado e obteve como resultado: 1,747 Kg.
Figura 12 - Conjunto de suportes do paralama, proposta 1
No segundo modelo do suporte, foi proposto à inclusão do suporte
intermediário frontal superior no suporte principal. Ficando apenas o suporte
intermediário traseiro soldado, a figura 14 mostra este modelo otimizado, e seu peso
foi calculado, e obteve como resultado: 1,457 Kg. Uma redução de peso em relação
à primeira proposta de 0,325 Kg.
Figura 13 - Proposta 2, com a inclusão do suporte intermediário frontal no suporte principal
No terceiro e ultimo modelo proposto, os dois suportes intermediários foram
incorporados no desenho do suporte principal, conforme mostra a figura 15. Este
modelo foi o que obteve uma melhor resposta no requisito redução de peso (Massa),
56
o modelo ficou com 1,422 Kg. Representando uma redução de 0,360 Kg em relação
à primeira proposta e 0,035 Kg em relação à segunda proposta.
Figura 14 - Proposta 3, com os dois suportes intermediários incorporados no desenho do suporte
principal
Os três modelos propostos foram testados quanto à viabilidade para
fabricação por estampagem, estes modelos precisavam atender aos requisitos
relacionados à estampagem em no máximo cinco estágios, redução de espessura
no máximo de 20% nas áreas de maior estiramento e um aproveitamento de chapa
maior que 70%. Os resultados destas analises ajudaram na tomada de decisão para
a escolha da melhor proposta para o projeto em estudo. As analises de simulação
de aproveitamento de chapa (pré-análises) obteve os seguintes resultados:
A proposta 1 obteve um aproveitamento de 79,66 %, conforme mostra as
figuras 16, 17 e 18. O aproveitamento da chapa foi calculado da seguinte forma: Foi
calculado o percentual de aproveitamento de cada peça do conjunto da proposta,
depois foram somados os resultados de cada componente e dividido pelo numero de
componentes que compõem o conjunto, achando uma média dos valores.
57
Figura 15 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte frontal superior da proposta 1,
realizada no Forming Suite
Figura 16 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte traseiro da proposta 1, realizada no
Forming Suite
58
Figura 17 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 1, realizada
no Forming Suite
A proposta 2 obteve um aproveitamento de 78,31 %, conforme mostra as
figuras 19 e 20. Seguindo o mesmo procedimento de cálculo do aproveitamento da
chapa da proposta 1.
Figura 18 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte traseiro da proposta 2, realizada no
Forming Suite
59
Figura 19 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 2, realizada
no Forming Suite
A proposta 3 obteve um aproveitamento de 80,67 %, este modelo absorveu
os suportes intermediários traseiro e frontal superior. O valor do aproveitamento não
precisou ser calculado manualmente e o valor usado foi o indicado na simulação,
conforme mostra a figura 21.
60
Figura 20 - Análise do aproveitamento da chapa do suporte principal da proposta 3, realizada
no Forming Suite
A proposta 3 obteve o melhor aproveitamento de chapa com 80,67 % contra
78,31% da proposta 2 e 79,66% da proposta 1.
Foram realizadas analises de simulação de estampagem nos três modelos
propostos para verificação da estampabilidade, da validação do processo de
estampagem em cinco estágios e do limite máximo de 20% de estiramento
localizado. As figuras 22, 23 e 24 mostram os resultados das analises de
estampabilidade e limite máximo de 20% de estiramento localizado da proposta 1,
do suporte principal e suportes intermediários.
61
Figura 21 - Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 1, realizada no
Forming Suite
Figura 22 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário frontal da proposta 1,
realizada no Forming Suite
62
Figura 23 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário traseiro da proposta 1,
realizada no Forming Suite
As figuras 25 e 26 mostram os resultados das analises de estampabilidade e
limite máximo de 20% de estiramento localizado da proposta 2, do suporte principal
e suporte intermediário traseiro. As áreas em vermelhos estão com um estiramento
acima de 20%.
Figura 24 -Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 2, realizada no Forming
Suite
63
Figura 25 - Análise de estampabilidade do suporte intermediário traseiro da proposta 2,
realizada no Forming Suite
As figuras 27 mostra o resultado da analise de estampabilidade e limite
máximo de 20% de estiramento localizado da proposta 3.
Figura 26 - Análise de estampabilidade do suporte principal da proposta 3, realizada no
Forming Suite
A proposta 3 foi ajustada na região de fixação traseira do paralama, devido à
profundidade do estampo naquela região, o estiramento passou dos 20%, como
solução foram aumentados os raios, aliviando o estiramento local e distribuindo
melhor o material durante a estampagem. As regiões onde houve estes problemas
são as regiões mostradas na figura 28.
64
Figura 27 - Região onde o estiramento passou dos 20%, devido à profundidade do estampo na
proposta 3
Um outro problema ocorreu na aba superior frontal, que substituiu o suporte
intermediário frontal superior Como não era viável o aumento da espessura do
suporte, a flange precisou ser reforçada através do alongamento do suporte frontal e
usado como apoio para reforçar esta região.
A figura 29 na região demarcada,
mostra o deslocamento da aba no instante da imposição da carga referente ao farol
do veículo.
Figura 28 - Análise de resistência mecânica da aba do suporte, realizada no programa CATIA,
mostrando região afetada pela carga do farol
A figura 30 (b) mostram a flange do suporte frontal sendo usada como reforço
para evitar o deslocamento da aba do suporte principal pela carga imposta pelo farol
do veículo. É possível verificar a pequena modificação realizada no suporte frontal,
comparando a figura 30 (a) com a figura 30 (b) na região sinalizada. Esta ação
65
possibilitou a manutenção da espessura do suporte principal e a eficiência mecânica
da aba, para suportar a carga do farol. (veja a figura 31)
(a)
(b)
Figura 29 - Modificação no suporte frontal (a) e (b)
Figura 30 - Análise de resistência mecânica da aba do suporte, realizada no programa CATIA,
mostrando a região reforçada pelo suporte frontal (a e b)
A figura 32 mostra o resultado da análise de estampabilidade realizada no
AUTOFORM do suporte principal das propostas 2 e 3 na região frontal durante o
desenvolvimento desse conceito de solução. As regiões nas cores verde, cinza, azul
e roxo estão dentro da zona aceitável de espessura mínima do material estampado
para validação das propostas. Nas regiões com cores amarela, laranja e vermelha
existe o risco de ruptura do material devido à diminuição da espessura do material
estampado (Mínimo de 20% da espessura), a análise evidência a viabilidade do
66
processo de manufatura para os dois modelos, viabilizando a exclusão do suporte
intermediário frontal.
Figura 31 - Análise de estampagem da região frontal das propostas 2 e 3
Foi também analisado nestas propostas a tendência de enrugamento
aparente, A figura 33 mostra o resultado desta análise, nas regiões com os valores
do FE (Fator de Enrugamento) acima de 0.03. Nestas regiões com coloração verde,
existe a possibilidade de ocorrer enrugamento aparente, o valor máximo encontrado
foi de FE 0.0357 na região indicada na figura 33. Como essa peça não tem função
estética no veículo, não existe necessidade de correção nestas regiões afetadas
com FE acima do limite de 0.03.
Figura 32 - Análise de enrugamento aparente na região frontal das propostas 2 e 3
67
Foram analisados os estágios para a estampagem e validação do processo
de manufatura desta região critica, onde o suporte superior frontal foi incluso no
suporte principal, A figura 34 mostra o primeiro estágio (Repuxo), neste estágio a
peça é estampada na direção do eixo de estampagem, dando a forma primaria da
peça.
Figura 33 - Primeiro estágio (Repuxo) região frontal, propostas 2 e 3
O segundo estágio é a calibração, a figura 35 mostra que neste estágio a
peça já repuxada é ajustada para ser recorta e furada no próximo estágio.
Figura 34 - Segundo estágio (Calibração) região frontal, propostas 2 e 3
68
O terceiro estágio é o recorte e a furação da peça, a figura 36 mostra esta
operação, a peça já repuxada e calibrada é recortada e furada na direção do eixo de
estampagem.
Figura 35 - Terceiro estágio (Recorte e furação) na região frontal das propostas 2 e 3
O quarto estágio é a operação de puncionar com uma cunha retrátil os furos
laterais que não estão na mesma direção do eixo de estampagem. A figura 37
mostra esta operação, a peça depois de ser repuxada, recortada e furada na direção
do eixo de estampagem, é puncionada por cunhas retráteis na direção perpendicular
(normal) a superfície a ser furada, conforme mostram as setas na figura 37.
69
Figura 36 - Quarto estágio (Puncionar com cunha) na região frontal das propostas 2 e 3
O quinto estágio é o de flangear a área de fixação do paralama. A figura 38
mostra esta operação, a peça já repuxada, recortada, furada, é flangeada.
Figura 37 - Quinto estágio (Flangear) na região frontal das propostas 2 e 3
Os cinco estágios analisados mostram a viabilidade do processo de
estampagem para produção das propostas 2 e 3.
70
A figura 39 mostra o diagrama do limite de estampagem, as zonas críticas
(zonas amarela, laranja e vermelha) não aparecem no diagrama, desta forma o
resultado de estampagem é favorável, não oferecendo o possível risco de ruptura do
material nas zonas de maior estiramento.
Figura 38 - Diagrama do limite de estampagem na região frontal das propostas 2 e 3
3.5
MATRIZ DE TOMADA DE DECISÃO
Foi gerada uma matriz de tomada de decisão (ver anexos) para avaliar e
auxiliar na escolha da melhor proposta para o conjunto de suportes do paralama.
Nessa matriz foram listados para cada concepção, os requisitos de projetos
analisados na matriz QFD (ver anexos) com os seus respectivos resultados. Na
coluna descrita “valor”, na matriz de concepção (Figura 40) foi inserido notas de 0 a
10, comparando uma concepção em relação à peça surrogate proposta inicialmente.
Desta forma todos os principais requisitos escolhidos foram pontuados.
71
Figura 39 - Coluna descrita “valor” na matriz de concepção
No requisito absorção de Impacto, as concepções 2 e 3 tiveram uma nota 10
e a concepção 1, obteve uma nota 6, devido ao suporte soldado na região do
sanfonado, ter aumentado à rigidez, diminuindo a capacidade de absorção do
impacto nesta região. O peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 2,65%.
Conforme mostram as figuras 41, 42 e 43.
Figura 40 - Região com aumento de rigidez devido a suporte soldado. Proposta 1
72
Figura 41 - Região do sanfonado sem obstáculos, com boa ductilidade. Proposta 2
Figura 42 - Região do sanfonado sem obstáculos, com boa ductilidade. Proposta 3
No requisito peso (massa), a proposta 1 obteve a nota 8 com 1,747 Kg, a
proposta 2 obteve a nota 9 com 1,457 Kg e a proposta 3 obteve uma nota 10 por ter
tido o menor peso com 1,422 Kg. O peso para este requisito extraído da matriz QFD
foi de 4,63%.
No requisito dispositivos de controle de montagem a proposta 1 obteve a nota
5, a proposta 2 obteve a nota 7 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 5,79%. A proposta 1 obteve a menor nota por
causa do maior numero de suportes soldados, com um total de dois suportes
soldados. A proposta 2 com um suporte soldado ficou com uma nota intermediaria, e
a proposta 3 com a nota máxima por não ter nenhum suporte soldado. Conforme
mostra as figuras 44, 45 e 46.
73
Figura 43 - Proposta 1, com dois suportes soldados
Figura 44 - Proposta 2, com um suporte soldado
Figura 45 - Proposta 2, sem nenhum suporte soldado
74
No requisito variação dimensional do conjunto, a proposta 1 obteve a nota 6,
a proposta 2 obteve a nota 8 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 7,22%. Segundo Hammett e Baron, 2000/b),
não se pode esperar reduzir simplesmente a variação do conjunto, reduzindo a
variação nas peças estampadas. A proposta 1, por ter maior numero de peças
soldadas ao suporte principal, aumentando a variação dimensional do conjunto no
eixo “Z” em +/- 0,5mm em cada peça soldada, tornando assim a proposta 1, o
conjunto mais crítico das três propostas.
A proposta 3, por não ter os dois suportes soldados, tem uma solução mais
eficiente na diminuição dessa variação dimensional, praticamente eliminando a
variação dimensional de montagem. Esta variação especificamente critica no eixo
“Z”, o qual poderia prejudicar na aparência do acabamento externo do veículo, na
montagem entre o paralama e o capô, impactando diretamente no conceito do
cliente final.
No requisito tempo de montagem do conjunto, a proposta 1 obteve a nota 4, a
proposta 2 obteve a nota 7 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 5,24%. Este resultado está relacionado à
quantidade de suportes soldados. Cada suporte soldado aumenta o tempo de
montagem, este tempo é gasto no posicionamento, fixação e retirada dos suportes
no processo de soldagem. Desta forma a proposta 3, por não precisar realizar essas
etapas, ficou como a melhor concepção neste requisito de projeto.
No requisito resistência a corrosão, a proposta 1 obteve a nota 6, a proposta 2
obteve a nota 8 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o requisito extraído
da matriz QFD foi de 6,56%. As propostas 1 e 2, por terem suportes soldados no
suporte principal, aumentam a probabilidade de terem corrosão por fresta nas
regiões de solda. Isto não ocorre com a proposta 3, pois não existem regiões criticas
para este tipo de falha no conjunto em estudo. A proposta 1 apresenta a pior
condição neste requisito, devido a maior área de contato nas regiões soldadas,
aumentando a possibilidade deste tipo de falha. Conforme mostra as figuras 47, 48 e
49.
75
Figura 46 - Proposta 1, frestas nas regiões de solda, possibilitando o aparecimento de pontos de
corrosão
Figura 47 - Proposta 2, frestas nas regiões de solda, possibilitando o aparecimento de pontos de
corrosão
76
Figura 48 - Proposta 3, ausência de frestas no suporte, reduzindo a possibilidade do
aparecimento de pontos de corrosão
No requisito resistência mecânica do conjunto, a proposta 1 obteve a nota 10,
a proposta 2 obteve a nota 10 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 5,68%. Todas as concepções atenderam a
este requisito.
No requisito facilidade de montagem do conjunto, a proposta 1 obteve a nota
5, a proposta 2 obteve a nota 8 e proposta 3 obteve uma nota 10, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 5,28%. Quanto mais elementos inclusos na
montagem do conjunto, mais difícil se torna sua montagem. A proposta 3 é a mais
simples, pois não precisa ser montada, o conjunto já sai pronto da estampagem.
No requisito estágios de estampagem do conjunto, a proposta 1 obteve a nota
10, a proposta 2 obteve a nota 9 e proposta 3 obteve uma nota 8, e o peso para o
requisito extraído da matriz QFD foi de 4,84%. Devido à complexidade geométrica
da área frontal do suporte das propostas 2 e 3, suas pontuações foram diminuídas
em relação à proposta 1, pois houve a necessidade de outros ajustes no projeto do
molde para atender a este requisito. Conforme as figura 50 e 38.
77
Figura 49 - Proposta 3, complexidade geométrica da área frontal do suporte
No requisito aproveitamento da chapa acima de 70% do conjunto, a proposta
1 obteve a nota 9, a proposta 2 obteve a nota 8 e proposta 3 obteve uma nota 10, e
o peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 3,81%. Todas as concepções
atenderam a este requisito, mas a proposta 3 obteve um aproveitamento maior, com
80,67% contra 79.66% de aproveitamento da proposta 1 e 78,31% de
aproveitamento da proposta 2. Conforme figura 51.
Figura 50 - Proposta 3, aproveitamento de chapa de 80,67%
78
No requisito quantidade de dispositivos de montagem do conjunto, a proposta
1 obteve a nota 6, a proposta 2 obteve a nota 8 e proposta 3 obteve a nota 10, e o
peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 4,69%. A proposta 3 por não
precisar de dispositivo de montagem relacionado ao suporte obteve a melhor
pontuação neste requisito.
No requisito custo de logística do conjunto, a proposta 1 obteve a nota 7, a
proposta 2 obteve a nota 9 e proposta 3 obteve a nota 10, e o peso para o requisito
extraído da matriz QFD foi de 5,88%. Nessa análise foi levada em conta a
quantidade de tipos de peças por conjunto. Com objetivo de simplificar a análise, foi
considerado como principais aspectos o controle de estoque, área de estoque,
transporte. A proposta 3 obteve o melhor resultado por se tratar de apenas uma
peça.
No requisito custo do ferramental de estampagem do conjunto, a proposta 1
obteve a nota 6, a proposta 2 obteve a nota 8 e proposta 3 obteve a nota 10, e o
peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 4,22%. A proposta 3, neste
requisito obteve uma redução de custo do ferramental de estampagem em 17,79 %
em relação ao custo do ferramental de estampagem da proposta 1, e em relação à
proposta 2, essa diminuição de custo referente ao ferramental de estampagem ficou
em torno de 8,44%. A proposta 3 obteve o melhor resultado.
No requisito tempo de projeto do conjunto, a proposta 1 obteve a nota 6, a
proposta 2 obteve a nota 9 e proposta 3 obteve a nota 10, e o peso para o requisito
extraído da matriz QFD foi de 7,92%. Para efeito de comparação foi levado em
consideração o tempo gasto em cada componente durante o projeto. Este tempo
refere-se à criação de pastas no sistema para verificação de qualidade e
compatibilidade geométrica do modelo virtual; tempo de estudo para acessibilidade
de ferramenta de solda, como mostra a figura 52; tempo estudo para distribuição dos
pontos de solda no suporte e peças de ligação, conforme figura 53; estudo de
compatibilidade geométrica entre as peças de ligação, conforme mostra figura 54.
79
Figura 51 - Estudo virtual do acesso para soldagem do suporte principal do paralama
Figura 52 - Estudo distribuição pontos de solda no suporte principal do paralama. (a) Estudo
virtual. (b) Verificação e teste físico dos pontos soldados da proposta 3
Figura 53 - Estudo virtual da compatibilidade geométrica e de solda entre as peças de ligação
com o suporte principal do paralama
80
No requisito custo de soldagem do conjunto de suportes do paralama, a
proposta 1, obteve a nota 7, a proposta 2, a nota 9, e a proposta 3 obteve a nota 10,
e o peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 7,15%. O custo de soldagem
na proposta 3, em relação às propostas 1 e 2, é menor devido aos suportes
intermediários traseiro e frontal superior terem sido incorporados à geometria do
suporte principal, esta solução de projeto, gerou a economia de oito pontos de solda
em relação à proposta 1, e dois pontos de solda em relação à proposta 2, conforme
mostra a figura 55 e 56.
Figura 54 - Proposta 1, distribuição dos oito pontos de solda no suporte principal do paralama
Figura 55 - Proposta 2, distribuição dos dois pontos de solda no suporte principal do paralama.
Proposta 3, sem pontos de solda
81
No requisito durabilidade do conjunto de suportes do paralama, a proposta 1,
obteve a nota 10, a proposta 2, a nota 10, e a proposta 3 obteve a nota 10, e o peso
para o requisito extraído da matriz QFD foi de 5,31%. Todas as concepções
atenderam a este requisito. Figura 57 mostra uma análise de durabilidade (fadiga)
na aba de apoio do paralama e farol.
Figura 56 - Proposta 3, análise de durabilidade (fadiga) na aba de apoio do paralama e farol
No requisito compatibilidade do conjunto de suportes do paralama, a proposta
1, obteve a nota 10, a proposta 2, a nota 10, e a proposta 3 obteve a nota 10, e o
peso para o requisito extraído da matriz QFD foi de 5,46%. Todas as concepções
atenderam a este requisito. A Figura 58 mostra uma analise de compatibilidade na
montagem de um parafuso para evitar sombreamento (Overshadow). Este tipo de
analise é muito importante, pois garante a montagem das peças nos conjuntos. A
figura 59 mostra o impacto em percentual na montagem dos conjuntos se ocorrerem
sombreamento durante a montagem (Overshadow). Os componentes projetados na
área em estudo são responsáveis por 35% da compatibilidade total do veículo
durante a montagem.
82
Figura 57 - Análise de compatibilidade para evitar sombreamento durante a montagem do
parafuso (Overshadow)
Figura 58 - Impacto em percentual na montagem dos conjuntos na área em estudo, se ocorrerem
sombreamento durante a montagem (Overshadow).
83
4
RESULTADOS
4.1
RESULTADOS DO OBJETIVO GERAL
O objetivo geral foi alcançado com a nova metodologia de desenvolvimento
de peças estampadas com uso das pré-análises de CAE durante o desenvolvimento
do produto, alcançando a redução dos custos de estampagem e de montagem
aplicado ao conjunto dos suportes do paralama. A concepção de numero 3, que
obteve 9,443 pontos, é considerada a mais adequada em relação as demais
concepções. A concepção 1 obteve 6,944 pontos, e a concepção 2, obteve 8,328
pontos. Conforme é mostrado na matriz de tomada de decisão conforme figura 60 e
na Matriz completa em anexos.
Figura 59 - Resultado da Matriz de tomada de decisão
4.2
RESULTADOS DOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS
4.2.1

Diminuição da variação dimensional na montagem do conjunto de
suportes do paralama.
A concepção 1, conforme mostra a figura 61, tem uma variação dimensional
de montagem de +/-0,5mm em cada ponto de fixação.
84
Figura 60 - Proposta 1, variação dimensional de montagem de +/- 0,5mm em cada ponto de
fixação

A concepção 2, conforme mostra a figura 62, tem uma variação dimensional
de montagem de +/-0,5mm no ponto de fixação traseiro.
Figura 61 - Proposta 2, variação dimensional de montagem de +/- 0,5mm no ponto de fixação
traseiro
85

A concepção 3, a variação dimensional no eixo Z, foi zerada, conforme
mostra a figura 63.
Figura 62 - Proposta 3, sem variação dimensional de montagem nos pontos de fixação do
paralama
4.2.2

Diminuição do custo do ferramental de estampagem do conjunto de
suportes do paralama.
A diminuição do custo do ferramental de estampagem obteve o melhor
resultado com a concepção 3. O custo do ferramental desta concepção foi
reduzido em 17,79% em relação à concepção 1, baseada no conjunto
surrogate, e 8,44% em relação à concepção 2. Foram eliminados dois moldes
de estampagem na concepção 3, devido à inclusão dos dois suportes
intermediários propostos na concepção 1, baseada no conjunto surrogate.
conforme mostra a figura 64.
86
Figura 63 - Proposta 3, redução de dois moldes de estampagem, referentes inclusão dos suportes
intermediários no suporte principal
4.2.3

Redução do tempo de produção do conjunto de suportes do paralama.
Este objetivo foi alcançado com a redução dos suportes intermediários, que
foram inclusos na geometria do suporte principal, reduzindo o tempo de
montagem da concepção 3, em relação à concepção 1, baseada no conjunto
surrogate, e a concepção 2
4.2.4

Melhor aproveitamento do tempo de projeto durante a fase virtual
concepção.
Comparando a figura 65 com a figura 66, é possível perceber que a
quantidade
de
modificações
na
zona
virtual,
foi
bem
maior
no
desenvolvimento usando as pré-análises. A experimentação na busca de
soluções para o projeto e obtenção das respostas foi mais rápida em
comparação com o processo tradicional praticado na empresa em estudo.
Dessa forma, pode-se concluir que o objetivo de melhorar o aproveitamento
do tempo de projeto da peça durante a fase virtual de concepção foi
alcançado.
87

O desenvolvimento das propostas foram refinadas de forma gradativa e
segura até alcançar os resultados esperados. Outro ganho relacionado ao
uso das pré-análises foi que, no decorrer do projeto, as modificações no
desenho da peça foram menos agressivas, tornando o projeto mais estável e
robusto, a amplitude da onda no gráfico esta relacionada com o impacto da
modificação no produto e a frequência da onda com a quantidade de análises
realizadas durante o desenvolvimento do produto. Esta ação minimiza a
possibilidade de modificações na zona física. A figura 65 mostra esse
melhoramento gradual na amplitude das modificações na zona virtual,
impactando em pequenas modificações na zona física do projeto do
componente.
Figura 64 - Gráfico do custo x tempo com o uso de pré-análises
88
Figura 65 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona física,
aumentando o tempo e custo do projeto
4.3
VALIDAÇÃO DOS PROTÓTIPOS.
Os protótipos foram testados e validados. O conjunto foi estampado e
montado na linha de produção, sendo aprovado para a produção global em massa
dos conjuntos de suportes do paralama. Conforme as figuras 67, 68, 69 e 70.
89
Figura 66 - Vista lateral do protótipo (concepção 3), testada e validada
Figura 67 - Detalhe da vista lateral do protótipo (concepção 3), testada e validada
90
Figura 68 - Vista isométrica do protótipo (concepção 3), testada e validada
Figura 69 - Detalhe da vista isométrica do protótipo (concepção 3), testada e validada
91
5
DISCUSSÃO
5.1
ZONA VIRTUAL VERSUS ZONA FÍSICA DO PROJETO
É exatamente neste ponto do desenvolvimento do produto, na fase virtual,
que a experimentação precisa ser a maior possível. Observando a figura 72 baseada
na figura 71 retirada do PMBOK 2008, é possível entender a importância desta fase
do projeto. Quanto maior for à experimentação na fase virtual do projeto, menor será
a probabilidade de mudanças na fase física, onde o custo e o tempo podem
comprometer a saúde do projeto.
Figura 70 - Impacto custo do projeto ao longo do tempo. (Figura 2.2 do PMBOK 2008)
Figura 71 - Gráfico do andamento ideal em um projeto
92
O custo do projeto na zona virtual é relativamente menor comparado ao da
zona física, porque na zona física do projeto as modificações são realizadas no
ferramental
de
estamparia,
nos
dispositivos
de
montagem,
entre
outros
equipamentos mecânicos, exigindo maior tempo e custo na realização dessas
modificações, o qual impacta de forma negativa na entrega do produto, alterando o
cronograma e o orçamento financeiro inicial previsto para conclusão do projeto.
Na rotina praticada pela empresa em estudo, todo o desenvolvimento das
propostas é verificado pelo setor oficial de CAE em períodos específicos. Os
resultados são discutidos após a realização destas analises e realizada se
necessário às modificações no projeto para atender os requisitos analisados. Na
linha de tempo mostrada na figura 73, a numeração refere-se às datas de verificação
do modelo virtual por meio destas simulações oficiais. Todas as modificações
propostas para melhoria do produto neste modelo de desenvolvimento precisam
aguardar este período para obter as respostas, quanto se as modificações tiveram
ou não o resultado esperado, e quais as ações necessárias precisam ser tomadas
para a evolução das propostas.
Figura 72 - Verificação do modelo virtual sem o uso das pré-análises
Na metodologia proposta neste estudo, a frequência destas analises é
aumentada de maneira bem significativa. O projetista usa ferramentas de pré-
93
análises de CAE (Forming Suite e módulos de analises de CAE do CATIA V5)
existentes e disponíveis na empresa. Desta forma o projetista pode verificar seu
modelo virtual no momento que precisar, estas analises são simples e rápidas,
podendo ser executadas em torno de 30 minutos. Isso torna possível que o projetista
possa experimentar com maior frequência as soluções ou melhorias para o seu
produto e continuar confirmando e validando estas modificações nos períodos
citados na figura 73, pelo setor oficial de CAE da empresa.
Comparando a figura 74 com a figura 75 é possível perceber que a
quantidade de modificações na zona virtual é bem maior no desenvolvimento que
usa as pré-análises. O projetista pode experimentar soluções de projeto e obter as
respostas de forma mais rápida. Desta forma, pode melhorar o seu projeto de forma
gradativa e segura, e verificar se obteve ou não o resultado esperado. Outro ganho
relacionado ao uso das pré-análises é que no decorrer do projeto as modificações
no desenho da peça serão menos agressivas, tornando o projeto mais estável e
robusto, onde a amplitude da onda no gráfico está relacionada com o impacto da
modificação no produto. Esta ação diminui a possibilidade de modificações na zona
física. A figura 74 mostra esse melhoramento gradual na amplitude das modificações
na zona virtual, impactando em pequenas modificações na zona física do projeto do
componente.
Figura 73 - Gráfico do custo x tempo com o uso de pré-análises
94
Figura 74 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona física
Este bom resultado mostrado na figura 74, pode não ocorrer no processo sem
o uso das pré-análises, aumentando o risco de ocorrer modificações na zona física,
para adequação das propostas aos requisitos de projeto. A diminuição do
aproveitado do tempo de projeto na zona virtual pode impactar negativamente na
zona física, esta zona como foi descrita anteriormente, é critica, pois aumenta o
custo e o tempo de entrega do projeto, conforme mostra a figura 76, podendo
comprometer a viabilidade do projeto.
Figura 75 - Gráfico do custo x tempo sem o uso de pré-análises e impacto na zona física,
aumentando o tempo e custo do projeto
95
5.2
ELIMINAÇÃO DOS SUPORTES INTERMEDIÁRIOS
A eliminação da variação de montagem do paralama trouxe grande ganho,
tanto do ponto de vista da variação dimensional, quanto do ponto de vista
econômico. É importante salientar que do ponto de vista da construção funcional,
que avalia as peças estampadas através do resultado do conjunto formado pelas
mesmas, existe uma baixa correlação dimensional entre peças estampadas e
conjuntos soldados. O teorema aditivo da variação sugere que a variação do
conjunto será maior do que as variações dos componentes (Takezawa, 1980).
Em estudo realizado por Hammett e Baron, 2000/b, mostra-se que as
estimativas do custo de correção entre alguns fabricantes estudados por ele,
sugerem que tal correção pode esclarecer 20% a 30% dos custos do ferramental. A
análise desta correlação sugere que estas correções podem ter o impacto mínimo
na exatidão dimensional da carroceria, e poderiam ser otimizados. Durante um
estudo de um lançamento de veículo, certo fabricante relatou que sobre 70% das
causas-raiz para a variação dimensional da carroceria, os principais problemas
estiveram relacionados aos dispositivos de montagem de conjunto e não da precisão
da peça estampada (Hammett e Baron, 2000/b).
A exclusão dos suportes intermediários no conceito final do suporte principal,
trouxe como ganho, além da economia gerada com a eliminação dos ferramentais
de estampagem dos suportes intermediários, que significa uma redução do custo de
correção do ferramental entre 20 e 30 % (figura 77), a eliminação da variação
dimensional de montagem conforme mostra a figura 78. Esta variação pode impactar
na aparência final do veículo naquela região, conforme mostra a figura 79. A linha
vermelha na figura, mostra o possível impacto que tal variação poderia causar na
aparência do veículo.
96
Figura 76 - Redução dos moldes de estampagem dos suportes intermediários
(a)
(b)
Figura 77 - Redução da variação dimensional de montagem nos pontos de fixação do do
paralama
97
Figura 78 - Impacto na aparência final do veículo devido a variação de montagem
6
PONTOS CRÍTICOS
6.1
CRONOGRAMA DO PROJETO
O trabalho foi realizado em paralelo com o cronograma do projeto do veículo,
criando um problema em relação ao cumprimento do cronograma do trabalho
acadêmico. Isso ocorreu pois o trabalho ficou dependente do cumprimento dos
prazos pré-estabelecidos pelo projeto do veículo.
98
7
CONCLUSÃO
O desenvolvimento do design dos suportes do paralama com o uso da nova
metodologia foi realizado com sucesso e alcançando os resultados esperados. Os
custos de estampagem do conjunto dos suportes do paralama ficaram em torno de
17,79 % menor em relação ao custo do ferramental de estampagem da proposta
inicial baseada no conjunto surrogate. Além disso, com a aplicação desta nova
metodologia no desenvolvimento da concepção final, tornou possível uma redução
dos custos indiretos relacionado com logística, redução do tempo de produção e
redução da variação dimensional do conjunto montado, variação esta, que impacta
diretamente na aparência final da superfície externa do veículo.
O incremento das pré-análises de CAE no decorrer do projeto proposto pela
metodologia deste trabalho, mostrou o ganho que pode ser alcançado com o uso
adequado destas ferramentas. Este ganho é expressivo no aproveitamento do
tempo na zona virtual do projeto, refletindo de forma positiva os resultados na zona
física do projeto.
99
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106
MATRIZ QFD
107
MATRIZ DE TOMADA DE DECISÃO