Pesquisa: Aplicação da prototipagem durante projeto de veículos

Em um novo veículo, cada peça é projetada individualmente. Cada um dos subsistemas, como carroceria, motor, sistema elétrico, entre outros, são projetados simultaneamente. Assim, é fundamental que, ao final do projeto, todas as peças se encaixem nos seus devidos lugares.

Foi avaliando este contexto que o Mestre em Engenharia Automotiva da POLI/USP, Leonardo Macarrão Junior, da Engenharia Experimental da General Motors do Brasil, optou em realizar a pesquisa “Aplicação da prototipagem durante o projeto de veículos”. Com co-autoria do prof. Dr. Paulo Carlos Kaminski, da POLI/USP, Leonardo Macarrão apresentou em outubro passado o tema no SIMEA 2007 – XV Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva.

Segundo o autor, durante o projeto, problemas preliminares são detectados com uma avaliação virtual dos componentes, porém esta ferramenta sozinha não mostra tudo o que se espera ver durante o desenvolvimento do projeto. Os protótipos utilizados nesta fase permitem a avaliação física e concreta dos novos componentes. Assim, a melhor qualidade do projeto implicará na redução dos custos de desenvolvimento, do processo de fabricação e do produto. “O protótipo aumenta o grau de certeza do resultado do projeto e diminui o prazo de desenvolvimento”, complementa o eng. Leonardo.

Para que o funcionamento dinâmico e a relação estática de todas as peças sejam perfeitos é preciso que cada uma das peças esteja dentro das tolerâncias dimensionais, fabricadas no material especificado pelo projeto e montadas corretamente. Além de garantir a vida útil do componente isso também proporciona a satisfação do cliente ao usar o veículo, mesmo àqueles menos atentos aos pequenos detalhes.

O Projeto do Veículo

Um produto é considerado bom tecnicamente quando possui um custo operacional compatível para a empresa, e atende à expectativa do usuário. Isso é resultante de um projeto bem elaborado.

Para atender à crescente demanda de veículos, o projeto deve permitir a montagem mais simples, rápida e menos suscetível às falhas. O processo de fabricação deve ser racional para reduzir o tempo de fabricação do veículo.

O desenvolvimento de veículos ou de qualquer outro produto, normalmente possui quatro objetivos:

1. Desenvolver o produto utilizando os recursos necessários e atendendo certo nível de desempenho, conforme a especificação do produto;

2. Atender ao requisito previsto de custo unitário de manufatura;

3. Executar o projeto dentro do orçamento;

4. Concluir o projeto no prazo previsto.

Estes objetivos são requisitos básicos de engenharia. No passado recente nem sempre eram observados, porém, a competitividade e a necessidade de sobrevivência fizeram com que estes objetivos fossem cada vez mais seguidos à risca. Assim, a primeira preocupação é com o custo do projeto e de manufatura e, em seguida, com o prazo de desenvolvimento.

“Se um problema ou oportunidade de melhoria for identificado na fase inicial do projeto, o custo desta modificação será relativamente pequeno. Nesta etapa, este custo está associado apenas à mão-de-obra dos projetistas, sem investimento em processo de fabricação. Já na segunda fase, o custo de uma modificação de produto durante a fase de testes envolve os gastos com ferramentas e moldes, além da mão-de-obra”, confere o autor.

Na fase de lançamento de um produto, todo o ferramental definitivo de produção já está concluído assim como o processo de fabricação e montagem. Da mesma forma já estão concluídas as demais atividades decorrentes da produção em série, como fornecimento de peças, embalagem, treinamento de mão-de-obra, fluxo de produção, propaganda de lançamento do produto, entre outras.

Nesta fase, a necessidade de modificação do produto implica em alto custo decorrente das modificações de ferramental, cujo prazo requerido pode comprometer o lançamento do produto no mercado.

O Protótipo

A principal característica dos protótipos é evitar o alto custo de correção de problemas em fases adiantadas do projeto. Suas vantagens são muitas, como reduções de tempo e custo, aprendizagem, comunicação, integração, e redução dos riscos de inovação, encurtando assim as etapas do desenvolvimento do produto.

Cerca de 70% dos custos de um produto são determinados no projeto. Por este motivo, a troca de informações entre o projeto e a manufatura deve ser intensa. “É relevante comentar que um protótipo convida à crítica para o aperfeiçoamento do produto, pois é mais fácil criticar algo pronto do que fazer um projeto novo”.

O custo de um protótipo é justificado com a economia no tempo de desenvolvimento do produto e no ganho da qualidade do produto final. Isso resulta em relevantes economias em estágios mais avançados deste processo.

Funcionalidade de um protótipo

Um protótipo funcional tem alto custo e leva um tempo considerável para ser concluído. A solução sugerida é a de protótipos não funcionais, os mock-ups. Estes mock-ups são fabricados em materiais alternativos, representam fisicamente o componente em desenvolvimento e são obtidos a custo e prazo bem menores.

Existem diferentes materiais e várias maneiras de se fabricar um mock-up. A escolha do material, do processo de fabricação e do processo de montagem vai depender da necessidade de análise. De um modo geral, um mock-up serve para análise física de tamanho da peça e seu espaço ocupado no conjunto. Também podem ser realizadas avaliações de montagem e acesso de ferramentas.

Por este motivo, o material a ser empregado não precisa oferecer grande durabilidade. Basta ser capaz de suportar a avaliação para a qual foi fabricado. Seguindo este raciocínio, o acabamento superficial é desnecessário na grande maioria dos casos.

Protótipo Virtual

A realidade virtual vem sendo aplicada de várias formas, como projeto de produtos e máquinas, estudos de ergonomia, avaliação de processos de produção, entre outros. A avaliação com o uso de mock-ups virtuais é mais rápida e o seu custo é menor.

Entretanto, sua aplicação é limitada à disponibilidade dos recursos necessários e, principalmente, ao tipo de análise a ser efetuada. Um mock-up virtual somente está disponível na tela de um computador ou em um ambiente específico, como uma caverna virtual.

A condição ideal é que haja integração entre testes com protótipos físicos e virtuais. Isso significa que o resultado obtido com testes virtuais deve ser utilizado na etapa subseqüente do teste físico. Da mesma forma, o resultado do teste físico alimentará o teste virtual da terceira etapa, e assim sucessivamente. O recurso da visualização virtual serve como apoio ao projeto durante a fase do processo construtivo.

“A prototipagem virtual está se desenvolvendo e se tornando cada vez mais acessível às empresas no desenvolvimento de seus produtos. Com isso os gastos com a fabricação de protótipos podem ser reduzidos, porém o uso de protótipos físicos dificilmente será eliminado”, sugere o engenheiro Leonardo Macarrão.

Para ele, os gastos realizados com a confecção de protótipos físicos são revertidos no aumento da certeza de lançamento do veículo no prazo previsto e na redução de custos com modificações de ferramentas de produção. “Protótipo físico funcional é uma ferramenta necessária e fundamental para a validação do produto.”