PRÁTICA E FERRAMENTAS DE ENGENHARIA UTILIZADAS NO

XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos
Salvador, BA, Brasil, 08 a 11 de outubro de 2013.
PRÁTICA E FERRAMENTAS DE
ENGENHARIA UTILIZADAS NO
PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO
DE PRODUTOS: UMA REVISÃO
SISTEMÁTICA
Juliana Soares Curce (UEM )
[email protected]
Amanda Lais Tanji Umemoto (UEM )
[email protected]
Edwin Cardoza (UEM )
[email protected]
Gislaine Camila Lapasini Leal (UEM )
[email protected]
Pedro Fernandes de Oliveira Gomes (CNPq/Sebrae )
[email protected]
O presente artigo apresenta uma Revisão Sistemática sobre práticas e
ferramentas de engenharia que são comumente utilizadas durante o
Processo de Desenvolvimento de Produto (PDP). As práticas
abordadas são: QFD, DFX, FMEA, CAD/CAE/CAM, e Prrototipagem
Rápida. Durante a pesquisa, identificou-se modelos de PDP que
apliquem tais ferramentas, em quais etapas são utilizadas e quais são
os benefícios. Os resultados obtidos na Revisão Sistemática apontam
que o QFD e DFX são as práticas mais encontradas na literatura, e
que o assunto como um todo é difundido no meio acadêmico. Com
relação as práticas e ferramentas de engenharia, não foram
encontrados artigos que apresentassem modelos de PDP com o uso do
CAD/CAE/CAM e Prototipagem Rápida, porém todas auxiliam na
diminuição do lead time e custos de produção, além de agregar
qualidade e eficiência aos produtos.
Palavras-chaves: Práticas e Ferramentas de Engenharia, Processo de
Deenvolvimento de Produtos, Revisão Sistemática
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1.
Introdução
O atual cenário presenciado pelas organizações é a globalização da economia e dos mercados.
Para que uma empresa consiga driblar a concorrência e conquistar a preferência do
consumidor, é necessário preocupar-se com os requisitos dos clientes, aspectos de design,
custos, eficiência e tempo de desenvolvimento de produtos.
O Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) é uma sistemática utilizada pelas
organizações como estratégia competitiva que engloba desde a ideia e geração de um conceito
de produto, até o final do seu ciclo de vida, transformando oportunidades e possibilidades em
especificações de projeto de design e manufatura. Além disso, pode ser entendido como um
esforço criativo e colaborativo das indústrias que requer o comprometimento de todos os
níveis da organização, clientes, parceiros e fornecedores (KAMINSKI; OLIVEIRA; LOPES,
2005, LOWELL, 2008).
Segundo Chordà, Gunasekaran, Aramburo (2002), para que o PDP seja eficaz a alta gerência
deve apoiar, através de direção clara e realista, investindo em recursos financeiros e humanos,
uma equipe multifuncional deve construir um planejamento de desenvolvimento de produtos,
e a deve-se estar atento às exigências do mercado.
Lowell (2008) destaca outros atribuídos essenciais para o PDP, como foco no potencial a
longo prazo, ouvir os stakeholders do desenvolvimento de produtos, a gerência e
departamentos técnicos devem despender parte de seus tempos nesse processo, encorajando e
ouvindo críticas, comunicação correta entre a equipe de projeto, conhecer e utilizar todos os
recursos da empresa.
O objetivo desse trabalho é entender qual a importância do PDP dentro das organizações, e
principalmente destacar quais as principais práticas e ferramentas de engenharia que podem
auxiliar as pequenas e médias empresas (PMEs) nesse processo, visto que seus recursos e
infraestrutura são escassos, e sua vantagem competitiva deve ser explorada.
A seguir é destacada a metodologia de pesquisa utilizada. Em seguida, o próximo item
demonstra os dados obtidos na Revisão Sistemática com suas inferências estatísticas, assim
como, os resultados da pesquisa. O último item traz as considerações finais e perspectivas
para pesquisas futuras.
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2.
Metodologia de pesquisa: Revisão Sistemática
Sampaio e Mancini (2007) relatam em seus estudos sobre Revisão Sistemática que esse
método científico requer questões de pesquisas claras e concisas, estratégias de busca
adequadas, estabelecimento de critérios de inclusão e exclusão de artigos e análise criteriosa
da qualidade da literatura obtida. Durante a leitura dos artigos selecionados devem-se
identificar conceitos importantes, fazer análises estatísticas e apontar questões e problemas
que necessitam de novos estudos. A síntese da Revisão Sistemática proposta por eles pode ser
identificada na Figura 1.
Figura 1- Síntese do modelo de Revisão Sistemática
Fonte: Adaptado de SAMPAIO E MANCINI (2007)
A Revisão Sistemática é uma metodologia científica que sintetiza os estudos que contém os
objetivos da pesquisa, materiais e métodos expostos de maneira clara e que pode ser
reproduzida (BIOLCHINI et al., 2005). Ela pode ser subdividida em três momentos:
Planejamento; Execução; Análise dos Resultados.
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Figura 2- Síntese do modelo de Revisão Sistemática
Fonte: BIOLCHINI et al., 2005
O Protocolo é um documento que está inserido na fase de Planejamento da Revisão
Sistemática. Neste documento são definidos os objetivos da pesquisa e a forma como a
revisão é conduzida, incluindo a formulação de questões, seleção e planejamento das fontes
de pesquisa.
A fase de execução inicia com o teste do protocolo nas máquinas de buscas indicadas.
Durante o teste são verificadas a validade das strings, a qualidade e quantidade de artigos
retornados, e se necessário são feitos ajustes para que as questões de pesquisa sejam
respondidas, quando há evidências que o protocolo é o adequado, inicia-se a pesquisa
definitiva por artigos nas máquinas de buscas. Ainda durante essa fase, os artigos são
documentados, passam por seleções até que sejam identificados quais deles podem contribuir
para pesquisa levantando-se os dados relevantes.
Durante a fase de execução dessa pesquisa as strings e as limitações da pesquisa foram
inseridas nas máquinas de buscas para verificação, porém a quantidade de artigos retornados
não obteve altos níveis de satisfação, pois era extremamente alta e impossibilitava qualquer
tipo de análise. Esse fato deve ser interpretado de duas maneiras, ou o tema da pesquisa, assim
como suas questões e objetivos são amplamente estudados por outros pesquisadores, ou as
definições do protocolo não foram precisas o suficiente. Foram feitos, então, ajustes no
protocolo para que ele se tornasse adequado.
Na fase de Análise dos Resultados são realizadas as inferências estatísticas, considerações
finais e conclusões sobre a Revisão Sistemática que devem ser apresentadas em um Relatório
de Revisão Sistemática.
Nesta pesquisa, o processo de Análise de Resultados teve início com a catalogação dos artigos
retornados, e leitura de títulos e resumos e então foram selecionados aqueles que esboçassem
respostas às questões de pesquisa. O próximo passo consistiu na leitura da introdução e
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conclusão dos artigos que passaram pela seleção anterior, e caracterização segundo os
critérios de inclusão e exclusão que se enquadrassem.
Para leitura completa e utilização nas análises da Revisão Sistemática, os artigos oriundos da
fase anterior foram separados segundo a quantidade de critérios de inclusão que se
encaixavam. Aqueles que atendiam a maioria dos critérios foram selecionados. Assim como,
os artigos que atendiam parcialmente os critérios, mas que sanassem possíveis dúvidas,
também foram analisados.
3.
Resultados e Discussões
3.1. Resultados da Revisão Sistemática
A Figura 3 destaca a quantidade de artigos selecionados por máquina de busca. O período
considerado é de janeiro de 2008 a novembro de 2012. Pode-se observar que a maior
quantidade de artigos retornados na primeira fase está relacionada com a máquina de busca
Engineering Village, porém deste conjunto apenas 5,77% foram selecionados para o processo
final. O SIMPEP foi o evento que apresentou o maior aproveitamento de artigos, 10,26% de
seus artigos retornados foram selecionados para o processo de leitura. A UNICAMP obteve o
menor aproveitamento, pois suas teses e dissertações não correspondiam aos critérios.
Figura 3- Quantidade de artigos selecionados por máquina de busca, em cada etapa
Fonte: Própria
O número de publicações utilizadas para análise da Revisão Sistemática é aproximadamente
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constante por ano, conforme pode ser observado na Figura 4, demonstrando que o assunto é
bem difundido no meio acadêmico. A média de artigos por ano é de 7,6 unidades.
Figura 4- Porcentagem de artigos por ano
Fonte: Própria
As principais práticas do PDP destacadas na literatura estão listadas na Figura 5. No total de
38 artigos selecionados, apenas 3 apresentam o uso de práticas de forma integrada, como por
exemplo, PDP+QFD+FMEA; PDP+QFD; CAD+CAM.
Figura 5- Publicações por temas
Fonte: Própria
O número de publicações sobre Processo de Desenvolvimento de Produto (PDP) em relação
aos outros temas foi extremamente maior, mostrando a relevância e importância dessa prática
dentro das indústrias, e alto número de pesquisadores nessa área do conhecimento.
3.2. Práticas e Ferramentas de Engenharia
Em uma pesquisa realizada por Toledo et al. (2008), com 23 empresas do setor metal
mecânico, mais especificamente no setor de autopeças, nos estados de São Paulo, Minas
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Gerais, Santa Catarina e Paraná, foram identificados que três quartos das empresas que
utilizam ferramentas no PDP possuem ciclos de inovação mais curtos; 70% das empresas
aumentaram o número de lançamentos após a adoção das práticas e revelaram a capacidade de
oferecer maior variedade de novos produtos aos clientes em comparação com a
concorrência.Os próprios autores concluíram que empresas que não buscam desenvolver
ferramentas de apoio ao PDP encontram dificuldade em incorporar novos conhecimentos, são
limitadas na cultura organizacional, infra-estrutura e finanças.
Azevedo e Politano (2009) afirmaram que as necessidades de aplicação de ferramentas no
PDP são dadas pela dificuldade de integração e gerenciamento das fases dentro do próprio
processo, ou com os outros processos da empresa, dificuldade do fluxo ordenado de
informações e pela vantagem competitiva que agregam ao produto.
A utilização integrada de práticas e ferramentas durante o PDP, em que as saídas de uma
ferramenta ou prática são as informações de entrada de outra, objetiva incluir eficiência e
diminuir o número de retrabalhos. A definição de quais ferramentas e práticas deve ser
utilizada está relacionada com a cultura da empresa e o nível de conhecimento do time de
projeto (RODRIGUES; PAULA; ECHEVESTE, 2008).
3.2.1. QFD- Quality Function Deployment
O Desdobramento da Função Qualidade (QFD) é uma ferramenta de engenharia que auxilia o
time de designers a tomar decisões, a projetar em um nível adequado de despesas, a melhorar
a comunicação entre a equipe envolvida e reduzir as mudanças nos projetos. Através dela, é
possível estabelecer uma relação entre as necessidades do consumidor (identificadas através
de pesquisa de mercado) em requisitos de projeto (IRANMANESH; THOMSON, 2008 e
MURAD, 2011).
Em uma pesquisa realizada por Setti et al. (2008), em uma empresa de fundição, identificouse quais eram os problemas prioritários do PDP: atrasos na entrega das amostras iniciais ao
cliente, alto número de retrabalhos, tempo longo para ajustar amostras iniciais reprovadas e
custos de desenvolvimento acima do planejado. Diante disso e com base nos princípios do
QFD, ele estruturou um modelo adaptado àquele que a empresa já praticava, melhorando-o.
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Figura 6- Modelo adaptado utilizando QFD
Fonte: Setti et al. (2008)
As melhores fases para a incorporação do QFD são as fases iniciais no PDP, pois há o
levantamento dos requisitos dos clientes que são transformados em especificações de produto.
Nestas fases o QFD gera alternativas, conceitos e croquis dos produtos, priorizando as partes
a serem desenvolvidas. Além disso, nas fases iniciais há especificações para manufatura,
estabelecendo os sistemas e componentes de fabricação (IRANMANESH; THOMSON, 2008,
CAUCHICK
MIGUEL, 2009, RODRIGUES;
DE PAULA; ECHEVESTE, 2008,
ROZENFELD, 2006).
3.2.2. DFX- Design for X
O Design for X (Design para X) é uma ferramenta de engenharia que visa atender as
necessidades e tendências do mercado. Ela é utilizada na criação do conceito do produto,
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construção e melhoria contínua, redução do custo final, do tempo desmontagem, dos erros,
aceleração do ciclo de desenvolvimento, aumento da confiabilidade. O processo de DFX tem
início com o desenvolvimento da lista de necessidades do consumidor, tradução dessas
necessidades em conceitos de design industrial, modelagem em softwares de desenho, e o
resultado é o detalhamento do conceito do produto (MURAD, 2011, MARION, 2008).
O DFX surgiu da necessidade das organizações em integrar processos, como o de montagem,
planejar as fases iniciais do PDP, e satisfazer as exigências funcionais em conjunto com a
viabilidade de produção dos produtos. Além disso, reconheceu-se que as decisões tomadas no
projeto afeta diferentes fases do ciclo de vida do produto, e que quanto mais cedo às decisões
de design forem tomadas menores são os custos totais e melhor a aceitação no mercado. As
técnicas que podem ser utilizadas no DFX são de diversas formas e orientações, e cada uma
aborda aspectos diferentes do desempenho do produto, oferecendo orientações e métricas ao
time de desenvolvimento (DEMOLY et al., 2011, HOLT e BARNES, 2009, REITMEIER E
PAETZOLD, 2012).
Quadro 1- Diferentes abordagens do DFX
Abordagem/Técnica do DFX Propósitos
Manufatura e Montagem
Redução de custos de produção
Ambiente
Redução de impactos ambientais
Fim de vida
Redução de impactos ambientais
Desmontagem
Redução do custo e tempo de desmontagem
Reciclagem
Maior número de peças recicladas
Qualidade
Satisfação do cliente
Manutenção
Redução de custos de manutenção
Confiança
Diminuição de taxa de reprovação
Custo
Redução de custos
Afeto
Maior satisfação emocional
Cadeia de Suprimento
Redução de custos na cadeia de suprimentos
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Inclusivo
Diminuição de exclusão de projetos
Fonte: Adaptado de HOLT e BARNES (2009)
O DFA é o projeto/design orientado a montagem, é uma abordagem que se preocupa com a
geometria do produto e visa melhorá-lo através de remodelação. Esse aspecto do DFX
considera as exigências e restrições técnicas na montagem diminuindo o lead time de design e
engenharia, o número de peças a serem montadas e melhorando a eficiência do produto
durante seu ciclo de vida (DEMOLY et al., 2011).
O DFM é o design orientado à manufatura, e considera a minimização do número de peças, da
variação de ferramentas de corte, de tolerâncias no projeto do produto e na incompatibilidade
de montagem. Sua principal função é relacionar os objetivos dos desenhos técnicos e
restrições de fabricação simultaneamente, solucionando os problemas durante a concepção,
diminuindo o tempo total de projeto e aumento na confiabilidade do produto (SELVARAJ,
RADHAKRISHNAN e ADITHAN, 2008).
Ao adotar separadamente técnicas de DFX, a empresa pode gerar discordâncias no projeto.
Por exemplo, ao considerar aspectos de montagem isoladamente, atitudes são tomadas pelas
projetistas para diminuir o número de peças e simplificar ao máximo o produto, porém essa
abordagem pode criar uma dificuldade na manufatura dos produtos e desconsiderar restrições
técnicas na linha de produção. Por outro lado, ao considerar apenas aspectos de manufatura,
pode-se criar produtos com número de partes a mais que a real necessidade, aumentando os
custos.
O DFMA (Design para Manufatura e Montagem) estabelece as necessidades simultaneamente
da montagem, manufatura, qualidade e ciclo de vida durante o PDP, guiando engenheiros e
projetistas às melhores opções de projeto. É um método de análise e melhoria de novos
projetos e soluções que deve ser utilizado nas fases preliminares do PDP na identificação de
requisitos, definição de projeto e planejamento (MURAD, 2011, GIUDICE; BALISTERI;
RISITANO, 2009).
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Figura 7- Modelo para aplicação do DFMA
Fonte: BOOTHROYD (1994) apud MURAD, 2011.
Assim, as empresas devem explorar essas ferramentas a fim de cooperar com o PDP,
encurtando o ciclo de desenvolvimento e introdução de novos produtos no mercado, sem
desconsiderar as atividades de planejamento (SILLER et al., 2008).
3.2.3. FMEA- Failure Mode and Effects Analysis
A Análise dos Modos e Efeitos das Falhas (FMEA) é uma ferramenta sistêmica utilizada
prever falhas potenciais nos sistemas produtivos ou em produtos, suas causas, garantir que os
problemas tenham sido resolvidos, formalizar e documentar disciplinas que os engenheiros
devem seguir ao projetar (RODRIGUES, DE PAULA; ECHEVESTE, 2008, MALUF
FILHO, 2008).
Durante o PDP o FMEA é comumente usado durante a fase de Projeto Detalhado,
identificando fontes de desperdícios e erros, tornando claro os pontos de melhoria e medidas
corretivas. Se não forem identificadas, essas falhas serão transmitidas aos consumidores, os
custos com garantia sobem substancialmente, há desperdício de tempo e material (MURAD,
2011 e ROSSI et al, 2011).
Segismundo e Cauchick Miguel (2008) propuseram a utilização do FMEA em uma empresa
do setor automotivo que já possuia o PDP em suas instalações. Os principais resultados
foram: otimização do projeto e testes em 15% e decréscimo de 35% na necessidade de
construção de protótipos de carros.
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O FMEA é uma ferramenta fundamental no PDP ao analisar detalhadamente e
individualmente cada possível modo de falha; compreender a relevância de cada falha;
identificar riscos na fases iniciais do projeto; assegurar a qualidade do produto; diminuir
custos com garantia.
3.2.4. CAD/CAE/CAM
As ferramentas de desenho e especificações CAD, CAE e CAM funcionam como avaliadores
do desenvolvimento de produtos, à medida que definem as entradas, desenhos, dados,
especificações de material e engenharia aos processos e asseguram que as tolerâncias das
peças sejam compatíveis com as normas e disponibilidades de fabricação. Através deles é
possível identificar as dimensões que afetam suas funções, durabilidade, qualidade e
satisfação do cliente (MALUF FILHO, 2008).
A ferramenta CAD (Computer Aided Design) é um mecanismo básico para concepção de
produtos e especificações mais sofisticados, permitindo às empresas desenvolverem produtos
utilizando menos recursos e em um menor tempo (MARION, 2008).
A ferramenta CAE (Computer Aided Engineering) auxilia na melhoria da qualidade do
produto final e reduz o tempo total ao utilizar protótipos. A simulação no software CAE
identifica componentes que tenham grande impacto no desenvolvimento do produto (MALUF
FILHO, 2008).
A ferramenta CAM (Computer Aided Manufacturing) é utilizada para conhecer efetivamente
os custos de produção e quais ferramentas e máquinas são necessárias para construção do
produto. Através de simulações, esse software colabora na identificação de falhas durante o
processo de fabricação (INGOLE et al., 2009).
Assim, as empresas devem explorar essas ferramentas a fim de cooperar com o PDP,
encurtando o ciclo de desenvolvimento e introdução de novos produtos no mercado, sem
desconsiderar as atividades de planejamento (SILLER et al., 2008).
3.2.5. Prototipagem Rápida
A utilização da Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping- PR) para conceber todos os
produtos desenvolvidos por uma empresa é aparentemente inviável, devido ao tempo
demandado para sua utilização, máquinas, mão de obra e materiais. Porém envolver essa
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ferramenta de engenharia no PDP diminui os tempos padrões de desenvolvimento, moldes e
protótipos substancialmente (INGOLE et al., 2009).
Os mesmos autores salientam que a necessidade de transferência de tecnologia para a
implantação dessa ferramenta nas indústrias é devido ao processo de fabricação automatizado,
redução do tempo de preparação da produção, eliminação do uso de outras ferramentas,
possibilidade de produção de produtos personalizados, redução dos prazos de entrega e não
produção de resíduos.
A PR deve ser uma atividade integrante do PDP, testando e diminuindo a probabilidade de
erros de projeto. Durante a fase de construção de um protótipo empresa, clientes,
fornecedores, projetistas se interagem para decidir as melhores opções para o produto.
4. Considerações Finais
A inovação tem aumentado o nível de competição entre as empresas e consequentemente a
pressão para desenvolvimento de novos produtos, esses aspectos resultam em uma melhor
performance do PDP.
O PDP é uma sistemática essencial para empresas que querem lançar no mercado produtos
que atendam ou determinem as necessidades e requisitos dos consumidores, alcançando
vantagem competitiva frente à concorrência.
Pequenas e Médias Empresas (PMEs) não possuem seus processos documentados e
estruturados, assim o desenvolvimento de seus produtos é conduzido de maneira desordenada.
Por isso, criar um modelo de PDP interessa especialmente as PMEs, pois quanto mais
eficientes forem, maiores serão as chances de sobreviverem à competição do mercado. Para
isso é preciso considerar o nível de inovação de seus produtos, os objetivos do processo;
conhecer as entradas, saídas e fluxos de informações e produção; utilizar ferramentas que
capturem as principais funções do PDP (RODRIGUES, DE PAULA e ECHEVESTE, 2008).
A Revisão Sistemática mostrou-se eficaz na identificação das práticas de engenharia mais
comuns no PDP, como o QFD, FMEA, PR, CAD/CAE/CAM, DFX. Porém a literatura foi
escassa na demonstração de como as ferramentas foram implantadas, e em modelos de PDP
de empresas que utilizem tais práticas. Os desafios impostos sobre esta pesquisa se traduziram
na dificuldade em analisar o grande número de artigos retornados pelas máquinas de busca e
decidir quais deles deveriam ser utilizados.
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As práticas e ferramentas (QFD, FMEA, DFX, CAD/CAE/CAM, PR) mostraram-se
fundamentais durante o PDP, ao melhorarem a eficiência de produtos e processos, diminuírem
o número de retrabalhos, o tempo de desenvolvimento e custos.
Uma das oportunidades da pesquisa é entender quais são os requisitos para que uma empresa
implante práticas e ferramentas de engenharia em seus processos, como deve ser conduzido
esse processo, e desenvolver modelos de PDP que utilizem as ferramentas CAD/CAE/CAM e
PR, já que são ferramentas fundamentais para o PDP e não foram encontrados estudos
similares a estes na literatura.
As atividades futuras dessa pesquisa estão relacionadas com ao desenvolvimento de um
questionário para pequenas e médias empresas do setor metal- mecânico da cidade de
Maringá/PR, para caracterização do setor.
Empresas filiadas ao Sindicado das Indústrias Metalúrgicas, Mecânicas e de Material Elétrico
de Maringá (Sindimetal), vinculado ao sistema FIEP (Federação das Indústrias do Estado do
Paraná), somam um total de 1177, distribuídas em 55 municípios. Essas empresas
desenvolvem atividades como: tornearia, serralheria, metalurgia, fundição, corte e dobra de
chapas metálicas, fabricação de molas, fabricação de implementos agrícolas, entre outras.
Agradecimento
Ao Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e
Inovação (PIBITI) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
(CNPq) pela bolsa de iniciação científica concedida.
5.
Referências
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XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos
Salvador, BA, Brasil, 08 a 11 de outubro de 2013.
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