XXVI ENEGEP - Fortaleza, CE, Brasil, 9 a 11 de Outubro de 2006
Sistematizando o processo de confecção de protótipos de projetos de
novos produtos da área espacial
Sanderson César Macedo Barbalho (EESC-USP) [email protected]
João Humberto Ribeiro Roriz (EESC-USP) [email protected]
Tiago Sanches Kernbichler (DEP-UFSCar) [email protected]
Resumo
Apresenta um estudo acerca das atividades logísticas e de gestão de projetos necessárias à
fabricação de protótipos de produtos. Trata-se de pesquisa-ação realizada em empresa que
desenvolve produtos para a área espacial brasileira. Os protótipos desenvolvidos têm funções
definidas em contrato e seus prazos de entrega são rigidamente controlados. O histórico do
processo de confecção de protótipos na empresa demonstrava uma série de entraves
determinados pela ausência de formalização nas etapas de transferência e controle de
especificações de projeto. Foi estabelecida uma unidade organizacional de gestão de
documentos de projeto. O processo foi mapeado de maneira a criar formas de controlar seu
andamento. O artigo relata esses procedimentos e apresenta os resultados conseguidos.
Palavras chave: Processo de Desenvolvimento de Produtos, Fabricação de protótipos,
Gestão de projetos de novos produtos.
1. Introdução
O processo de desenvolvimento de produtos (PDP) é descrito como um conjunto de atividades
organizadas em fases que processam informações de mercado de maneira a produzir um
produto de valor para o cliente (CLARK & FUJIMOTO, 1991; PUGH, 1990;
WHELLWRIGHT & CLARK, 1993; COOPER et al., 1998; EPPINGER & ULRICH, 2003).
O presente trabalho explora as atividades necessárias à confecção de protótipos no
desenvolvimento de produtos complexos. Trata-se de uma pesquisa-ação na qual foram
aplicados procedimentos de modelagem de processos, gestão de projetos e gestão de
documentos para racionalizar e tornar mais eficiente o processo de produção de protótipos de
projetos da área espacial desenvolvidos pela empresa (THIOLLENT, 1997).
No item seguinte é apresentada uma revisão bibliográfica sobre o PDP enfocando o aspecto
da confecção de protótipos e os desafios impostos pelos projetos da área espacial. A situação
que motivou a empresa à realização do trabalho é discutida, seguida do relato da aplicação das
práticas de gerenciamento de projetos e de documentos, e, posteriormente são apresentados os
resultados do trabalho. Conclui-se, enfim, com as contribuições teóricas da pesquisa.
2. Protótipos no processo de desenvolvimento de produtos
Wheelwright & Clark (1993) apresentam uma análise sistemática do processo de
prototipagem em projetos de desenvolvimento de novos produtos. Os autores mostram que
protótipos têm sido utilizados como ferramentas de acompanhamento do progresso técnico
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dos projetos embora sua prática tenha um grande potencial para que se constitua em
ferramenta de gestão de projetos.
Ulrich & Eppinger (2003) definem protótipo como “uma aproximação do produto ao longo de
uma ou mais dimensões de interesse”. Segundo os autores, os protótipos podem ser: (1) mais
físicos ou mais analíticos; e (2) mais compreensivos ou mais focados. Para Wheelwright &
Clark (op. cit.), ao longo de um determinado projeto de novo produto há diferentes níveis de
detalhamento dos protótipos desenvolvidos.
Ulrich & Eppinger (2003) identificam os seguintes tipos de protótipos comumente
confeccionados pelas empresas: (1) protótipos experimentais – utilizados para o teste de
soluções parciais do produto em estágio de desenvolvimento de conceitos; (2) protótipo alfa –
utilizado como teste inicial das soluções de projeto; (3) protótipo beta – protótipo no qual os
problemas detectados no protótipo alfa tenham sido solucionados e cuja função é o teste de
todas as soluções de projeto; e (4) protótipo de pré-produção – utilizado para testar o processo
de manufatura do produto em condições de operação normal das linhas de produção.
Os autores estabelecem alguns passos a serem seguidos para a confecção de protótipos:
- definir objetivos do protótipo: aprendizado, comunicação, integração ou revisão de projeto;
- estabelecer o nível de aproximação do protótipo com relação ao produto, especialmente se
ele será físico ou analítico e os materiais e processos a serem utilizados para fabricá-lo;
- desenvolver um plano experimental com as variáveis a serem testadas, o protocolo de teste,
uma indicação das medidas a serem tomadas e um plano de análise dos resultados; e
- elaborar um cronograma de aquisição, fabricação, montagem e teste.
Rozenfeld et. al. (2006) discute a construção e teste de protótipos em paralelo com o
desenvolvimento de especificações para os sistemas, subsistemas e componentes (SSC) de um
determinado produto na fase de projeto detalhado. Os protótipos físicos deveriam, segundo os
autores, serem utilizados com base em um planejamento detalhado das “... questões de
logística para adquirir os SSCs...”, assim como das questões técnicas relativas à “... escolha
dos testes que serão realizados”.
Pode-se verificar que não há discussão mais aprofundada acerca das denominadas “atividades
logísticas” necessárias à confecção de protótipos, ao passo que nessas atividades residem
grandes parcelas dos custos incorridos nos protótipos: de compra de materiais, de fabricação e
de montagem.
3. Desenvolvimento de Produtos da Área Espacial
A Cooperação Européia para Padronização na Área Espacial (ECSS) é um esforço da Agência
Espacial Européia (ESA), Agências Européias Nacionais e indústria européia no sentido de
desenvolver e manter padrões comuns a serem aplicados em projetos de satélites, estações
orbitais e aplicações espaciais em geral. Esses padrões são compatíveis com as normas ISO e
estabelecem requisitos relacionados com o que deve ser realizado para reduzir a probabilidade
de erros em projetos espaciais (EUROPEAN COMMISSION FOR SPACE
STANDARDIZATION, 2003, p. 3). O Programa Espacial Brasileiro (PEB) utiliza essas
normas como referência para a contratação e gerenciamento das empresas que desenvolvem
produtos na área espacial.
A Figura 1 apresenta a estrutura do conjunto de padrões ECSS. O conjunto é suportado por
um glossário de termos cujo objetivo é garantir coerência entre os diferentes comitês técnicos
responsáveis pela confecção de padrões específicos de suas áreas. Há três blocos de padrões
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designados como "Gerenciamento", "Engenharia" e "Garantia do Produto". Cada um desses
blocos é introduzido por um documento de "nível 1", respectivamente numerado com ECSSM-00, ECSS-E-00 e ECSS-Q-00. Cada documento de nível 1 introduz o domínio, o conteúdo
e a arquitetura dos padrões definidos em seu escopo.
Sistema ECSS
ECSS-M-00
Gestão de projeto
espacial
Glossário de
termos
ECSS-Q-00
Garantia do produto
espacial
ECSS-E-00
Engenharia
espacial
ECSS–M–10
ECSS–Q–20
ECSS–E–10
ECSS–M–20
ECSS–Q–30
ECSS–E–20
ECSS–M–30
ECSS–M–40
ECSS–M–50
ECSS–Q–40
ECSS–Q–60
ECSS–Q–70
ECSS–E–30
ECSS–E–40
ECSS–E–50
ECSS–M–60
ECSS–Q–80
ECSS–E–60
ECSS–M–70
ECSS–E–70
Figura 1 - Sistema de padronização ECSS. (Fonte: EUROPEAN COMMISSION FOR SPACE
STANDARDIZATION, 2003, p.12)
Em linhas gerais, cada bloco do sistema ECSS tem a seguinte função:
- padrões ECSS de gerenciamento definem os requisitos de processo a serem aplicados a
todas as atividades de projeto ao longo de seu ciclo de vida, tais como árvores de produto e
estrutura da divisão do trabalho (WBS), formas de organização a serem adotadas, estrutura de
gerenciamento de custos e tempo, gestão da configuração e de documentos;
- padrões de garantia do produto definem requisitos para o gerenciamento e desempenho das
atividades de garantia da qualidade, tais como controle de materiais, partes mecânicas e
processos de fabricação (PMP), confiabilidade e garantia de qualidade em software;
- padrões de engenharia relacionados aos produtos a serem desenvolvidos, abrangendo
processos de engenharia aplicados a sistemas espaciais e aspectos técnicos de partes,
montagens, equipamentos, subsistemas e sistemas utilizados em missões espaciais.
Os padrões relacionados com a engenharia são fortemente baseados nos conceitos de
engenharia de sistemas (EUROPEAN COMMISSION FOR SPACE STANDARDIZATION,
1996a, p.15).
Padrões relacionados com a qualidade do produto estão fortemente vinculados ao controle e
rastreabilidade da fabricação de peças e componentes aeroespaciais, assim como ao projeto
vinculado com requisitos de confiabilidade esperados do sistema (EUROPEAN
COMMISSION FOR SPACE STANDARDIZATION, 1996b, p.13)
A atividade de fabricação de protótipos tem fortes requisitos desdobrados das normas ECSS.
Primeiramente, os padrões tipo “M” (gerenciamento) determinam que as revisões de fase
devem ocorrer mediante o teste de determinadas funcionalidades dos protótipos
desenvolvidos. Como a revisão de fase é pré-requisito para o pagamento das etapas de projeto
por parte do PEB, os protótipos se tornam prioridade para as empresas envolvidas no
programa. Segundo, os padrões tipo “Q” (qualidade) impõem um rigoroso controle de PMP
na fabricação dos protótipos. Teoricamente, cada peça deve ter seu material identificado,
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assim como seu processo de fabricação documentado. Finalmente, os padrões tipo “E”
(engenharia) estabelecem uma série de restrições tecnológicas para a aquisição de
componentes e materiais a serem utilizados em órbita que tornam os processos de compra,
fabricação e montagem bastante complexos.
Esse conjunto de restrições determinou a necessidade de melhorar o desempenho da empresa
quanto à fabricação e montagem dos protótipos da área espacial. O processo de melhoria é
apresentado a seguir
3. Situação anterior da confecção de protótipos na empresa pesquisada
A empresa na qual o trabalho ora apresentado foi desenvolvido passou por um processo de
diagnóstico de seu PDP, conforme discutido em Barbalho & Rozenfeld (2004). Uma das
principais características do processo na empresa é seu caráter funcional e a falta de níveis
hierárquicos intermediários entre o diretor de engenharia e os funcionários do setor.
A Figura 2 apresenta a situação inicial do processo de confecção de protótipos na empresa
pesquisada. Ela ilustra as situações mais comumente encontradas no fluxo de informações
realizado entre os setores de engenharia e de manufatura da empresa quando do início do
processo de melhoria. Por se tratar de uma empresa que desenvolve produtos mecatrônicos, a
engenharia foi subdividida em áreas funcionais: mecânica, eletrônica e óptica.
(1)
Compras
Eng. Mecânico
1
(1)
(2)
Produção Mecânica
Eng. Mecânico 2
(2)
(3)
Óptico
Produção Óptica
(3)
(3)
(4)
Eng. Eletrônico 1
Almoxarifado
(4)
Produção Eletrônica
Eng. Eletrônico 2
Engenharia
Manufatura
Figura 2 – Situação inicial da confecção de protótipos na empresa pesquisada
O fluxo denominado de (1) demonstra uma situação na qual há partes mecânicas terceirizadas
do produto para as quais há necessidade que a engenharia passe as especificações da parte a
ser adquirida para o setor de compras. A parte é fabricada e entregue à engenharia. Qualquer
dos membros da equipe de mecânica pode receber a parte e acondicioná-la para uso. O fluxo
(2) ocorre também para peças mecânicas e representa a situação na qual a parte é fabricada na
própria empresa. A situação é invertida com relação aos membros “mec1” e “mec2” (ver
Figura) quanto à entrega dos desenhos e recebimento das peças fabricadas.
O fluxo (3) ocorre no que tange à fabricação óptica. Para cada projeto era designado um
responsável pela interface com a oficina óptica da empresa. O fluxo (4) ocorre entre o pessoal
da eletrônica e os responsáveis pelo almoxarifado da empresa, enquanto o fluxo (5) representa
situações nas quais há aquisição de componentes não existentes no almoxarifado.
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Os fluxos apresentados resultavam em um sério problema para a confecção dos protótipos:
- PROB.1) havia diversos repositórios de informações sobre o estado dos protótipos: várias
pessoas detinham informações sobre a disponibilidade das partes mecânicas e eletrônicas
necessárias aos protótipos, o que dificultava a coordenação dos trabalhos e a programação dos
testes;
Adicionalmente, observou-se que na situação exemplificada pelo fluxo (2) era comum haver
mudança de desenho de fabricação sem mudar a revisão do desenho, e, além disso, o novo
desenho era entregue à manufatura sem a retirada da revisão anterior. Embora exemplificado
com casos relacionados à mecânica, esse problema também ocorria em especificações de
esquemas elétricos. Decorre daí dois graves problemas também interferentes na confecção dos
protótipos:
- PROB.2) peças usinadas na revisão anterior do desenho, e, portanto, não condizentes com a
especificação do projeto;
- PROB.3) dificuldades de busca de desenhos e esquemas atuais, uma vez que as mudanças
não se refletiam no número da revisão.
A identificação desses problemas permitiu elaborar o processo discutido no tópico seguinte. A
grande quantidade de retrabalho necessária e o decorrente atraso na realização dos testes com
os protótipos, aliado aos prazos impostos pelo programa espacial no qual os novos projetos
estavam inseridos motivou a confecção do processo de logística de protótipos descrito no item
seguinte.
4. Processo de confecção de protótipos desenvolvido
A Figura 3 apresenta o processo desenvolvido para a logística de confecção de protótipos em
formato similar à anteriormente apresentada para a situação inicial da empresa (Figura 2).
Observa-se que foi inserida uma unidade organizacional dentro do setor de projeto
(engenharia) cuja função seria prover a interface entre produção e engenharia. Essa função foi
denominada unidade de gerenciamento e documentação (UGD). A entrega da documentação
de projeto e o recebimento das peças, partes e componentes a serem integrados aos produtos
passou a ser responsabilidade da UGD.
Eng. Mecânico 1
Compras
Eng. Mecânico 2
Produção Mecânica
Óptico
UGD
Produção Óptica
Produção Eletrônica
Eng. Eletrônico 1
Eng. Eletrônico 2
Almoxarifado
Manufatura
Engenharia
Figura 3 – Forma de organização desenvolvida para a confecção de protótipos (situação final)
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A Figura 4 apresenta o detalhe das principais atividades envolvidas no processo da logística
necessária à confecção dos protótipos. Nela as linhas descontínuas ( ) representam fluxos
de informações e as linhas contínuas ( ) fluxos de materiais. A unidade de engenharia
(UENG) elabora as especificações mecânicas, eletrônicas e ópticas e as repassa à UGD que
registra os documentos e os transfere para os setores de fabricação (FABRIC.), compras para
o caso de peças terceirizadas ou componentes não utilizados previamente pela empresa, e para
o almoxarifado no caso de peças e componentes de estoque.
Uma vez disponibilizadas as peças para a integração dos protótipos, há um processo de
controle de qualidade no que tange ao cumprimento das especificações constantes nos
desenhos e nas listas de componentes disponibilizadas para a manufatura. A UGD, então,
registra as peças que deram entrada e as libera para a montagem.
UENG
UGD
UMONT
Elaborar
Especificações
COMPRAS
ALMOX.
FABRIC.
QUALID.
Cotar
fornecimento
FORNEC.
Fabricar
partes
Registrar
documentos
Fabricar
peças
Verificar adeQuação às
especificações
Repassar
documentos
Entregar
partes e
componentes
Receber e Acondicionar partes e
componentes
Liberar para
a montagem
Liberar para
a montagem
Figura 4 – Processo desenvolvido para a logística de confecção de protótipos
Há um processo de gerenciamento dos prazos e do fluxo de informações e materiais dessas
peças, partes e componentes antes que elas sejam disponibilizadas para a montagem. Aliado
ao mapeamento do fluxo de informações e materiais entre os setores envolvidos na fabricação
de protótipos, esse processo permitiu manter os prazos de entrega do projeto aeroespacial sob
controle. O processo de gerenciamento dos prazos se baseou na constituição de um comitê de
acompanhamento da manufatura das partes, peças e componentes a serem integrados nos
protótipos. Esse comitê tem a estrutura organizativa ilustrada na figura 6.
UGD
UENG
QUALIDADE
COMITÊ
ALMOXARIFADO
COMPRAS
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Figura 5 – Estrutura organizacional do comitê de manufatura estabelecido
Passaram a ocorrer reuniões semanais de maneira a integrar os diferentes atores envolvidos no
processo ilustrado na Figura 4. As reuniões eram baseadas no acompanhamento dos
subconjuntos que compunham a árvore do produto que estava sendo prototipado em função
do planejamento dos experimentos a serem realizados com o protótipo. Foram estabelecidos
mecanismos de mapeamento da situação de cada subconjunto. O mapa de estado atual das
partes do produto era apresentado nas reuniões e os possíveis obstáculos ao cumprimento dos
prazos do projeto eram discutidos de forma a buscar soluções que normalmente dependiam de
uma maior interação entre os setores. Um exemplo do mapa de estado atual dos subconjuntos
é apresentado na Figura 6.
Na Figura 6 é identificada a situação atual de fabricação e inspeção de todas as peças
necessárias para a montagem dos protótipos. Para melhor ilustrá-la, tome-se como exemplo as
peças referentes ao conjunto FOA. A tabela indica que 44 peças referentes a este conjunto
foram repassadas à produção tomando como referência a data base que aparece no canto
esquerdo superior da figura (27/05/2006). Destas 44 peças apenas uma ainda se encontra em
produção, logo as outras 43 já foram produzidas. Pela tabela vemos ainda que as 43 que já
foram produzidas já concluíram também os outros processos que precedem à montagem,
inspeção e tratamento superficial estando assim disponíveis para montagem.
Figura 6 – Mapa de estado atual de peças e componentes
Vale ressaltar que existem planilhas eletrônicas para controle de cada conjunto em separado,
onde é possível controlar os números de revisões e a as datas em que cada peça do conjunto
passou por cada departamento e processo. Com estas duas ferramentas tem-se um controle
detalhado de cada peça dos conjuntos e também uma visão macro do andamento do projeto.
Estes mapas são apresentados semanalmente ao comitê que gere a fabricação do projeto MUX
servindo de base para a tomada de decisões sobre em quais aspectos a gerência do projeto
deve se concentrar para garantir os prazos de realização de testes e entrega dos protótipos.
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5. Resultados alcançados e Conclusões
Utilizando-se a sistemática apresentada foi possível atender os prazos estabelecidos pelo
contratante. Dentre as principais contribuições desta sistemática pode-se destacar os seguintes
itens:
- identificação dos problemas mencionados no item 3 do artigo.
- mapeamento do processo de prototipagem do produto.
- introdução do comitê de manufatura como prática de gestão na empresa.
- design/projeto do processo de realização do protótipo.
- introdução da unidade (UGD) organizacional responsável pelo planejamento e
monitoramento do projeto.
Os resultados alcançados por cada uma destas contribuições no processo de fabricação do
protótipo podem ser traduzidos na melhor integração entre as diferentes partes da empresa que
participam deste processo. Essa melhor integração permitiu a solução dos problemas de
interface dos diferentes atores participantes do projeto.
O projeto para o qual a sistemática acima foi utilizada está na sua segunda etapa formal de
revisão. A empresa tem utilizado a quantidade média de horas-extra trabalhadas por
participante do projeto como indicador de desempenho da gestão dos projetos de novos
produtos. As atividades discutidas nesse artigo serão mensuradas mediante sua capacidade de
redução das horas de montagem de protótipos. A hipótese é de que as peças e componentes
chegarão ao processo de montagem com mais qualidade de conformidade que a demonstrada
na situação inicial do processo (item 3). Quando concluída a etapa atual do projeto, as horasextra de montagem serão calculadas e comparadas com outros projetos da empresa.
O trabalho permite acrescentar à bibliografia que discute o desenvolvimento de protótipos,
algumas condições habilitadoras às denominadas “atividades logísticas”:
- o controle de revisões das especificações de projeto;
- o controle da distribuição dos documentos de engenharia para os setores de manufatura;
- o estabelecimento de um comitê de acompanhamento da fabricação de protótipos em
projetos mais complexos; e
- o monitoramento do estado de fabricação das partes do produto que seja integrado com o
plano de testes do protótipo.
Um trabalho futuro pode vir no sentido de analisar o impacto desses habilitadores nos
indicadores de desempenho dos processos de montagem de protótipos e de gestão de projetos
de desenvolvimento de produtos. Isso permitirá validá-los cientificamente, assim como
verificar as situações que determinam seu efetivo impacto em um projeto.
6.Referências Bibliográficas
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pequena empresa de alta tecnologia. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 24,
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