111508706 apostila tecnicas de desenvolvimento de produtos

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DFXDFXTTéécnicas de Desenvolvimento cnicas de Desenvolvimento

de Produtosde Produtos

Visão GeralVisão Geral

Objetivo da aula

Apresentar uma visão geral dos principais conceitos do projeto para manufatura e montagem (DFMA).

Ao final da aula o aluno será capaz de:

Compreender os principais conceitos do projeto por manufatura e montagem no projeto de produtos mecânicos.

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Processo de desenvolvimento de produto Necessidades dos

clientes

Mercado

Concepções Criatividade

Viabilidade TécnicaEconômicaFinanceira

Projeto BásicoModelagem Análise de SensibilidadeAnálise de CompatibilidadeOtimizaçãoEnsaiosConsolidação

Projeto Executivo

PlanejamentoProjeto dos ConjuntosProjeto Componentes e PeçasProtótiposCertificação do ProjetoCertificação da Fabricação

Tecnologia

Estratégias de PRODUTO

Gestão Estratégica

Requisitos GeraisEspecificações Técnicas

Teste de mercado

Comercialização

Planejamento doProduto

Teste alfa-beta; feiras; showrooms

Expor ao mercado e atender a demanda

Acompanhar eavaliar os novos

produtos

Técnicasde apoio

Outro modelo de referência para o PDP

Fonte: Rozenfeld et al. (2006)

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Características do desenvolvimento de produtos

Problema da evolução do custo da modificação

$

tempo

Custo de Modificação

ProjetoDetalhado

ProjetoConceitual

ProjetoInformacional

Lançamentodo Produto

PreparaçãoProdução

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Algumas falhas de projeto!

RecallsPepsico – Março 2007Recall de 30 milhões de unidades.Causa: porção extra de cálcio que deixou o leite azedo.O problema atingiu 16.200 caixinhas. Crianças no Brasil passaram mal após ingerir o produto.

Ford – Agosto 2007Recall de 3,6 milhões de carros, produzidos nos EUA.Causa: interruptor que desativa o controle de velocidade poderiasuperaquecer, fumegar ou queimar, resultando em incêndio.

Mattel – Agosto 2007

Recall de 20 milhões de brinquedos.Causa: risco de crianças engolirem ímãs de bonecas e por causa de tinta com chumbo usada em carrinhos. Os produtos foram fabricados na China e só no Brasil são cerca de 850 mil unidades.

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Considerações importantes para o PDP

Desenvolver produtos de sucesso requer a habilidade de predizer, o mais cedo possível durante esse processo, o impacto das decisões de projeto no ciclo de vida do produto.

Se prognósticos precisos nas necessidades do ciclo de vida do produto puderem ser realizados prematuramentedurante o projeto, isso permitirá que o time de desenvolvimento crie melhores soluções de projetos.

Porém, durante as fases iniciais do projeto, quando as geometrias e especificações do produto não estão completas, os detalhes de manufatura e problemas potenciais são muito difíceis de serem detectados.

Design for X

Numa tentativa de auxiliar os projetistas a melhorar a avaliação do impacto de suas decisões de projeto no ciclo de vida dos produtos, empresas e pesquisadores desenvolveram diversas ferramentas de apoio ao projeto denominadas...

DFX Ou Design for X

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Técnicas DFX

As técnicas DFX:

Geralmente são aplicadas nas fases iniciais do processo de desenvolvimento de produtos;

Garantem que diversos aspectos do ciclo de vida estejam considerados no produto;

Necessidades do cliente; Processos de manufatura;Validação do produto;Confiabilidade;Meio ambiente.

Principais técnicas DFX

Avaliar continuamente as questões técnicas e econômicas do produto em todo o seu ciclo de vida.

Projeto para ciclo de vida

DFLC

Avaliar todos os aspectos de suporte ao produto durante a fase de projeto.

Projeto para suportabilidade

DFS

Melhorar o desempenho do projeto em relação aos objetivos de meio ambiente, saúde e segurança do produto.

Projeto para meio ambiente

DFE

Melhorar a confiabilidade, desempenho e tecnologia do produto para atingir os requisitos do cliente.

Projeto para qualidade

DFQ

Otimizar os processos de montagem do produto.

Projeto para montagem

DFA

Otimizar o sistema de manufatura como um todo.

Projeto para manufatura

DFM

ObjetivoNomeSigla

Fonte: Valeri e Trabasso (2003)

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DFX mais comuns

Fonte: Herrmann et al. (2004)

O DFM e o DFA são as mais comuns e mais populares ferramentas DFX.

O DFA avalia a facilidade de montagem.

O DFM avalia a viabilidade e custo da manufatura do produto no nível operacional.

O que é o DFM?

Projetodo produto

Sistema demanufaturaInteração

Melhoria da qualidadeAlternativas para

facilitar processosde fabricação

DFM = técnica

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O que é o DFM?

É uma abordagem que enfatiza aspectos de manufatura ao longo do processo de desenvolvimento do produto.

Ela visa chegar a um produto com baixo custo, sem sacrificar sua qualidade.

Está relacionado com o entendimento de como o projetodo produto interage com os vários componentes do sistema de manufatura, de maneira que os componentes que formarão o produto após a montagem sejam fáceis de serem fabricados.

Foco do DFMComparação do uso de diferentes combinações de materiais e processos de fabricação selecionados para as partes de uma montagem;

Determinação do impacto do custo com o uso desses materiais e processos;

Ou seja, o DFM analisa cada componente em separado e tende a recomendar partes de formas simples em substituição a um componente de forma geométrica complexa, achando o mais eficiente uso da geometria do componente com relação ao processo de fabricação.

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Foco do DFM

a) Conceito original

b) Fundição c) Metalurgia do pó

d) Forjamento

e) Soldagem f) Fresamento g) Dobramento de chapas

O que é o DFA?

Projetodo produto

Processo demontagemInteração

Melhoria da qualidadeAlternativas para

otimizar processosde montagem

DFA = técnica

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O que é o DFA?

Tem por principal objetivo simplificar a estrutura do produto a fim de reduzir custos.

Consiste em criticar, a todo momento, os métodos e as soluções adotadas tentando simplificar ou eliminar a montagem.

Consiste ainda em obter informações sobre as várias alternativas de projeto ponderando-se características como número total de componentes, tempo de montagem, dificuldade de inserção e manipulação, etc.

Foco do DFA

Consolidação dos componentes;Montagem vertical com o auxílio da gravidade;Uso de características de orientação e inserção nas partes; eRevisão do projeto conceitual por meio do consenso da equipe de projeto (engenharia simultânea).

Ou seja, o DFA avalia todo o produto, não apenas as partes individualmente, buscando simplificar a arquitetura do produto e objetivando o mais eficiente uso da função do componente.

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Relacionamentos entre função, forma, material e processo

FunFunççãoão

FormaForma

MaterialMaterial ProcessoProcesso

FormaForma


FunFunççãoão

FormaForma


DFMDFM

DFADFA

Requisitos GeraisRequisitos GeraisPlanejamento do projetoPlanejamento do projeto

Requisitos TRequisitos TéécnicoscnicosProjeto InformacionalProjeto Informacional

Projeto ConceitualProjeto Conceitual

Projeto BProjeto BáásicosicoProjeto PreliminarProjeto Preliminar

Projeto ExecutivoProjeto ExecutivoProjeto DetalhadoProjeto Detalhado

PreparaPreparaçção para produão para produççãoão

ValidaValidaççãoão

ResponsabilidadesResponsabilidadesDecisóriasDecisórias

RecursosRecursosNecessáriosNecessários

Erros de DifícilErros de DifícilPercepçãoPercepção

Erros de FácilErros de FácilPercepçãoPercepção

LanLanççamentoamento

O DFMA e o PDP

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Diretrizes gerais do DFMA

Reduzir ao mínimo a quantidade de peças.

“O produto ideal tem apenas uma peça”.

A simplicidade é a CHAVE!

Fonte: Autolatina (1992)


Projetar para um número mínimo de componentes.

Redução da quantidade de fixadores

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Procurar padronizar materiais, acabamentos e componentes.

Determinar o impacto no custo com o uso destes materiais e processos.


Desenvolver uma abordagem de projeto modular.

Antigo farol (aro+vidro) do fusca Conjunto de farol do gol

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Eliminar parafusos, arruelas, molas e roldanas.

Difícil para automaçãoPreferível

Parafusos com arruelas incorporadas

Risco e tempo para montagem reduzidosRedução do tempo total de manufatura

Redução do custo da manufatura


Procurar utilizar componentes com forma ergonômica.

Vídeolaparoscopia

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Diretrizes do DFMA para manuseio de componentes

Segundo Boothroyd, Dewhurst e Knight (1989, 2002), existem condições geométricas dos componentes que podem gerar condições melhores ou piores de manuseio.

Simetricidade: sempre que possível projetar detalhes simétricos sobre os três planos ortogonais do componente.

Exemplo: pino


Assimetricidade: detalhes que precisam ser realmente assimétricos por necessidades específicas do produto devem ter esta condição evidenciada, para que seja facilmente sentida pelo tato durante o manuseio.

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Acomodação entre as peças: providenciar detalhes nos componentes, sem afetar o funcional do produto, para prevenir a ocorrência de aderência entre as paredes internas de umas com as externas das outras durante o transporte, principalmente quando em formação de pilhas, gerando dificuldade e movimentos extras para a retirada de uma peça da pilha


Dificultar a acomodação entre as peças.

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Embaraçamento: existem geometrias de componentes que têm a tendência natural de embaraçar-se nas outras peças quando estocadas e movimentadas, principalmente em fornecimentos a granel.


Dificultar embaraçamento de peças.

Essas peças enroscam facilmente.

Depois de reprojetadas, não enroscam mais.

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Dificultar embaraçamento de peças.


Adesão por contato de superfície: evitar peças que possam ficar grudadas às outras, devido à planicidade e acabamentos superficiais, sobretudo em peças com necessidade de oleosidade nas faces junto-postas com fornecimento em feixes. Se possível, criar detalhes para facilitar a operação de separação das peças (pela redução da dificuldade ao rompimento da tensão superficial da camada de óleo).

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Outras situações: evitar, sempre que possível, projetar peças escorregadias, delicadas, flexíveis, muito pequenas ou muito grandes, ou que possam oferecer perigo no manuseio, mesmo que seja apenas potencial, como em peças pontiagudas, detalhes ou gumes cortantes ou que lascam facilmente.

Diretrizes do DFMA para inserções e fixações

Projetar de tal forma que exista pouca ou nenhuma resistência para inserção, provendo chanfros ou guias para inserção entre as duas peças. Na figura abaixo, o maior comprimento auxilia a evitar o desalinhamento entre estes eixos.

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Prever, sempre que possível, saídas de ar no alojamento ou no eixo que pode ser através de furo passante ou rebaixo para permitir uma montagem mais suave, sobretudo em conjunto de peças com pouca folga, de modo a facilitar a inserção de componentes em seus alojamentos.

Diretrizes do DFMA

Em situações de montagem de eixos com rebaixos (ou outros corpos cilíndricos ou não) em alojamentos também com medidas escalonadas, providenciar para que o corpo menor sirva de guia para o corpo maior.

Inserção mais fácil Inserção difícil

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Diretrizes do DFMA

Providenciar para que peças com rebaixos longos sejam automaticamente localizadas no eixo de furos pela utilização de chanfros convite para evitar operações posteriores de localização e alinhamentos.

Diretrizes do DFMA para seqüência de montagem

Projetar os componentes de tal forma que a seqüência de montagem seja como em uma pirâmide sobre um eixo imaginário de referência que geralmente permite montagens por cima. Esta forma geralmente facilita a centralização automática das peças e evita a ocorrência de montagens cegas.

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Diretrizes do DFMA para operações adicionais de montagem

Evitar projetar sistemas que, durante a montagem de subconjuntos, seja necessário segurar e manter posicionada uma das peças para servir de ponto de posicionamento e inserção do outro componente ou subconjunto. Se esta operação for realmente necessária, então prever a inclusão de algum detalhe na peça para que esta fique parada e provisoriamente centralizada na posição até ser montada e travada definitivamente.

X


Projetar para que a peça seja localizada antes de ser liberada. Uma fonte potencial de problemas na inserção é quando, devido às restrições do projeto, a peça precisa ser solta antes de estar posicionada dentro de uma montagem. Dentro destas circunstâncias éimportante a criação de detalhes para gerar confiança que a peça esteja na trajetória de montagem correta com a repetibilidade necessária.

Peça necessita ser soltaantes de ser colocada

Peça colocada em posiçãoantes de ser solta

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Diretrizes do DFMA – guias gerais para projeto

Evitar conexões: se existe a necessidade de conexões (sobretudo flexíveis) então se deve tentar localizar no mesmo alinhamento e até mesmo no mesmo ponto.


Projetar de tal forma que as operações de montagem não fiquem inacessíveis: a figura abaixo mostra duas situações onde, na primeira, os parafusos ficam dentro da caixa necessária, dificultando o posicionamento destes.

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Evitar ajustes: a figura abaixo mostra o exemplo de duas peças que necessitam ser confeccionados em diferentes materiais e fixas por dois parafusos para permitir o ajuste do comprimento total da montagem. Se o conjunto for substituído por uma peça única, com o comprimento calibrado através de uma nova análise das dimensões e tolerâncias, irá haver reduções nos custos de montagem e de número de componentes, mesmo após ser considerado o possível aumento no custo de matéria-prima.


Utilize os princípios da cinemática no projeto:existem situações em que a super-restrição de movimentos pode gerar dificuldade de montagem. A figura abaixo mostra um exemplo em que a localização de um cubo quadrado em um plano pode ser realizada facilmente com apenas três pontos.

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Na figura abaixo foi aplicado o conceito de cinemática entre os componentes. Mantendo-se as funções do conjunto foi, primeiramente, eliminado um os pinos e, em uma segunda análise, foram eliminados os dois pinos e a arruela com o suporte

Exemplos de aplicação do DFMA

A Prática Technicook fabrica fornos industriais e comerciais, com foco nos mercados de cozinhas profissionais e panificadoras.

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PROTETOR DE TURBINA DO FORNO


ANTES11 componentesOperações: corte; dobra e solda a ponto

DEPOIS1 componenteOperações: corte

PROTETOR DE TURBINADO FORNO

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PROTETOR DE TURBINA DO FORNO

Outras oportunidades para DFMA na Prática

1 – Disco da turbina para reversão2 – Palheta da turbina

Função: circular o ar quente no forno para o cozimento homogêneo

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Outras oportunidades para DFMA na Prática

BASE DO FORNO

Parafusos: da ordem de R$ 30.000,00 ano

Pesquisa aplicando o DFMA

Reprojeto de um dispositivo eletromecânico em uma abordagem de engenharia reversa – projeto de pesquisa aprovado pela Fapemig no valor de, aproximadamente, R$ 26.000,00.

Técnicas a serem empregadas: reprojeto de produto, engenhariareversa, DFMA, modelagem e prototipagem rápida.

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Exemplo de DFMA em um aparelho telefônico

O telefone TR 41, apresentado na figura, éum telefone convencional que tem seu projeto realizado pela Monytel.


O principal diferencial competitivo desse aparelho éseu baixo preço de venda, aproximadamente R$ 35,00.

Esforços no sentido de reduzir seu preço podem contribuir com a ampliação de seu ciclo de vida, além de auferir maiores margens de rentabilidade.

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Dificuldades encontradas para aplicação do DFMA:

Necessidade de estimar os tempos das operações de manufatura pois, só existia o tempo total de fabricação;Estimar os custos dos componentes;Perspectiva de manutenção do modelo de telefone no mercado (era assegurada por apenas mais um ano).


Montagem da base:

1. Colar o circuito do teclado no ressalto da base.

2. Encaixar o conjunto de borrachas com as teclas.

3. Montar a placa do circuito principal.4. Encaixar a campainha.

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1. troca das teclas de pinos separados por um conjunto de borracha inteiriço

Modificações na base


2. Retirada da solda para campainha, colocando-a por encaixe rápido, eliminando assim um processo mais demorado e de alto custo.


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3. Retirada de três parafusos da placa geral de circuito impresso (ficando presa com três), reduzindo o tempo de montagem, o estoque e o custo da manufatura do produto.



4. Retirada do parafuso do peso, fazendo encaixe por ressalto.


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• Modificação da matriz de injeção para fabricação da base para colocação de encaixe rápido para a campainha e para o peso;

• Terceirização do teclado.

Investimentos necessários para a base:


Montagem do fone:

1. Colocar o peso na parte inferior do fone;

2. Instalar o conjunto de auto-falante e microfone na parte inferior;

3. Encaixar a parte superior do fone, encaixando os dois pinos no peso;

4. Prender as duas partes do fone com um parafuso no centro.

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1. Retirada de dois parafusos que prendem o peso, fixando-o por encaixe através de dois pinos na parte superior.

Modificações no fone


2. Aumentar o encaixe do fioModificações no fone

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Investimentos necessários para o fone

• Modificação da matriz de injeção para confecção de dois pinos de encaixe para o peso, substituindo os dois parafusos e aumentando o espaço para encaixe do fio.


Teclado com ventosas e 7 parafusos e 1 parafuso com arruela integrada.

18 componentes no teclado; 15 parafusos e 1 arruelaEliminar ajustes

Redução para 4 parafusos Phillips M2,2x6,5; utilização de parafuso com arruela integrada.

Existência de 12 parafusos Phillips M2,2x6,5; 1 arruela lisa M3,2x9,0x0,8

Eliminar parafusos e arruelas

Eliminação do parafuso sem prejuízos ao funcionamento do telefone

Parafuso próximo CH01 de difícil acesso para montagem

Facilitar alinhamento e inserção de todos os componentes

Teclado com ventosas

Propor a compra do teclado como um conjunto já montadoMontagem do teclado (18

peças)Desenvolver uma abordagem de projeto modular

15 componentes40 componentesProjetar para um número mínimo de componentes

PropostasAtualOrientações aplicáveis propostas por Horta e

Rozenfeld (1999)

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Foi desenvolvido uma folha de processo para o telefone Monytel TR41 com base na folha de processo de um telefone da mesma família.

A técnica de filmagem foi utilizada para identificar os tempos de cada elemento de fabricação/montagem e as atividades que não agregam valor.

Foi elaborado uma nova folha de processo com base nas alterações citadas na tabela anterior e mensuração dos ganhos obtidos.


Outros resultados obtidos:

Investimentos no molde de R$ 8.900,00, trazendo economia mensal de R$ 236,78.Alteração nos teclados: economia de R$ 1,08 por telefone.Com as modificações realizadas foi possível reduzir o tempo de fabricação/montagem em 43,35%.

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Referências bibliográficasAUTOLATINA. Apostila de desenvolvimento de produto e melhoria de processos. Autolatina, 1992.CATAPAN, M. F.; FORCELLINI, F. A.; FERREIRA, C. V. Recomendações do projeto preliminar em componentes de plástico injetados para a definição da forma utilizando o DFMA. V CBGDP, Curitiba, 2005.FERREIRA, J. C. V.; NAVEIRO, R. M. O uso de projetos orientados no desenvolvimento de produtos. Revista Máquinas e Metais, Ano 38, No. 429, 2001.HORTA, L. C.; ROZENFELD, H. Design for manufacturing and assembly. Instituto de Movimentação e armazenamento de materiais. Perfil da gestão das indústrias brasileiras e tendências. LOG & Movimentação e Armazenagem, São Paulo, n. 96, p. 52-66, 2001.JUNIOR, O. C.; NETO, A. I. Projeto orientado para manufatura de produtos plásticos injetáveis. V CBGDP, Curitiva, 2005.VALERI, S. G.; TRABASSO, L. G. Desenvolvimento integrado do produto: uma análise dos mecanismos de integração das ferramentas DFX. IV CBGDP, Gramado, 2003.HERRMANN, J. W. et al. New directions in design for manufacturing. Proceedingsof ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers andInformation in Engineering Conference, Salt Lake City, Utah (USA), 2004.

Sites recomendadoshttp://www.dfma.com/dfma.htmhttp://www.design-iv.com/gettingstarted.htmhttp://www.igdp.producao.ufrgs.brhttp://www.nedip.ufsc.brhttp://www.numa.org.br/

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