CERVANTESAYRESFILHO

ACESSOAOMODELOINTEGRADODOEDIFCIO CURITIBA 2009

CERVANTESAYRESFILHO

ACESSOAOMODELOINTEGRADODOEDIFCIO Dissertao apresentada como requisito parcialparaaobtenodograudeMestre pelo Programa de PsGraduao em ConstruoCivildoSetordeTecnologiada UniversidadeFederaldoParan. Orientador:ProfessorDr.SergioScheer CURITIBA Fevereiro2009

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Sumrio 1 2 3 4 ListadeFiguras ListadeAnexos Resumo Abstract Introduo 1.1 Problemadepesquisa 1.2 Objetivo 1.3 Estruturadadissertao ModelagemdeProduto 2.1 Ainformticaeodesenvolvimentodeprodutos 2.1.1 OprincpiodoCAD 2.1.2 Oprincpiodamodelagemdeproduto 2.2 Evoluodosmodelosdeprodutos 2.2.1 Modelogeomtrico 2.2.2 Modelovariacional 2.2.3 Modelobaseadoemrestries 2.2.4 Modeloparamtrico 2.2.5 Modelobaseadoemcaractersticas(features) 2.3 Modelosdedadosdeprodutos 2.3.1 Bancosdedados 2.3.2 Semntica 2.3.3 Orientaoaobjetos 2.3.4 STEP 2.4 Amodelagemdeprodutoeocontextodasuaimplantao 2.5 Perspectivasparaamodelagemdeproduto ModelagemdeProdutonaIndstriadaConstruo 3.1 Origensdamodelagemdeprodutonaindstriadaconstruo 3.1.1 BIM 3.2 EscopodaBIM 3.2.1 ClassificaodaBIMpornveldeabstrao 3.3 Objetos 3.3.1 Parmetros 3.3.2 Comportamento 3.4 Modelo 3.4.1 Semntica 3.5 Modelagem 3.5.1 Automatizaodadocumentao 3.5.2 Organizaodadocumentao 3.5.3 Consistnciadainformao 3.5.4 Generalizaoeextensibilidade 3.6 Metamodelagem 3.6.1 Interoperabilidade 3.6.2 IFCIndustryFoundationClasses 3.7 PerspectivasparaaBIM AcessoaoModeloIntegradodoEdifcio 4.1 Script:objetosparamtricosrepresentandoparedesdeblocos 4.1.1 Definiodoproblema 4.1.2 Abordagemproposta 4.1.3 Desenvolvimentodoexperimento 4.1.4 Discusso 4.2 Script:EEQuantquantificaodeenergiaembutidaeemissodeCO2 4.2.1 Definiodoproblema iv vi vii viii 1 3 4 4 6 7 8 11 13 13 14 15 15 16 18 19 21 23 24 27 29 31 35 39 40 41 43 44 46 50 52 54 55 56 58 59 60 62 64 70 75 79 79 84 84 90 91 92

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4.2.2 Abordagemproposta 4.2.3 Desenvolvimentodoexperimento 4.2.4 Utilizaodaferramenta 4.2.5 Discusso 4.3 Plugin:aplicaoparaexportaodedadosdoArchiCAD 4.3.1 Definiodoproblema 4.3.2 Abordagemproposta 4.3.3 Desenvolvimentodoexperimento 4.3.4 Discusso 4.4 Acessodemodelosnoformato IFCSPF 4.4.1 Definiodoproblema 4.4.2 Desenvolvimentodoexperimento 4.4.3 Discusso 4.5 Acessodemodelosnoformato ifcXML 4.5.1 ifcXML 4.5.2 Definiodoproblema 4.5.3 Desenvolvimentodoexperimento 4.5.4 Discusso ConsideraesFinais 5.1 Sugestoparatrabalhosfuturos:metacompilaodeentidades Referncias

93 94 101 106 107 107 109 109 113 114 114 115 119 120 120 121 122 132 133 136 140

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ListadeFigurasFig.3.01 Fig.3.02 Fig.3.03 Fig.3.04 Fig.3.05 Fig.4.01 Fig.4.02 Fig.4.03 Fig.4.04 Fig.4.05 Fig.4.06 Fig.4.07 Fig.4.08 Fig.4.09 Fig.4.10 Fig.4.11 Fig.4.12 Fig.4.13 Fig.4.14 Fig.4.15 Fig.4.16 Fig.4.17 Fig.4.18 Fig.4.19 Fig.4.20 Fig.4.21 Fig.4.22 Fig.4.23 Fig.4.24 Fig.4.25 janeladeconfiguraodosparmetrosderepresentaodeumobjetoparedeno ArchiCAD. atualizao automtica da representao do objeto quando a escala de representaoemplantamodificadade1:20para1:100,noArchiCAD. diferentesrepresentaesgrficasinstanciadasapartirdeummesmoobjetodoor doArchiCAD representaoporprimitivosgeomtricoseapossibilidadedeperdadesignificado apsoperaessobreoselementosindividuais. a representao por objetos paramtricos em um BIM CAD mantm o significado dainformaoapsoperaesdemodificao. esquema dos mtodos de acesso ao modelo integrado do edifcio utilizado neste trabalho. representaoemplantaeperspectivadeduasparedesdeblocosdeconcreto. Representaes das paredes de blocos de concreto usando elementos nativos do ArchiCAD representaodasparedesdeblocoscompadresdelinhas(linetemplates). representao das paredes de blocos com elementos slab configurados para assemelharemseablocosdeconcreto parte do cdigo GDL que gera uma forma prismtica representando um bloco de concreto. janeladeconfiguraodemetaparmetrosdoArchiCAD. Inserodosobjetosparamtricosemplanta. paineldeconfiguraodeparmetrosadicionais. representaesdasparedesdeblocosdeconcretogeradasautomaticamentepelo objetoparamtricocriado. representaesautomticasgeradasdeacordocomocontextodoobjeto modelo de edifcio composto por vrias instncias do objeto paramtrico associadasaobjetosnativosdoArchiCAD. planta de fiada extrada automaticamente a partir dos objetos paramtricos mostradosnafigura4.12. janeladeediodoArchiCADondesocriadasbasesdedadosauxiliares janela de configurao do property object denominado Concrete mostrando as relaesentreoscomponenteseovolumedoelementoconstrutivo. partedoscriptGDLutilizadonopropertyobject MasonryWall,responsvelpela discriminaodosmateriaisnasdiferentescamadasdeparedesdealvenaria. janeladegerenciamentodasregrasdeassociaoautomtica. configuraodocritrioparaassociaoautomticaaoproperty objectConcrete (esquerda)eaopropertyobjectCeramicTiles(External)(direita). associao manual do property object Composites na janela de configurao de umelementoconstrutivonativo(nessecaso,wall). configuraodocontedoaserapresentadoemumalistadequantificaonabase dedadosEEQuant. seleo do material de preenchimento durante a criao de um objeto que ir representarumalaje. janeladeconfiguraodosparmetrosdeumobjetorepresentandoumalaje. listaestendida,mostrandoosndicesdeconsumodeenergiaeemissodeCO2na fabricaodecadaumdosmateriaisutilizados. listaresumida,mostrandoapenasatotalizaodosndices. modelo criado para exemplificar o uso da ferramenta EEQuant, em perspectiva e planta 45 47 47 51 53 77 80 81 82 83 85 86 87 87 88 89 89 90 95 97 98 99 100 100 101 102 103 104 104 105

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Fig.4.26 Fig.4.27 Fig.4.28 Fig.4.29

arquivodeentradadedadosdosistemaMestre,apartirdosquaissoconstrudas asrepresentaesdoselementosconstrutivos. diagramademonstrandoaoperaodesegmentaodosobjetoswall. conjunto de paredes criado no ArchiCAD para testar a exportao para o sistema Mestre. arquivodeexportaogeradoapartirdoconjuntodeparedesdafigura4.28.

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ListadeAnexosApndiceA ApndiceB ApndiceC ApndiceD ApndiceE ApndiceF ApndiceG Artigospublicadosduranteosestudos Scriptsdoobjetoparamtricoquerepresentaparedesdeblocosdeconcreto ScriptsEEQuant ListasdeemissesgeradaspelaEEQuant CdigofontedaaplicaoAC10Mestre ArquivoifcXMLwall CdigofontedaaplicaodetestedeacessoifcXML

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Resumo

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modelagemdeprodutonaconstruo,atualmenteconhecidapelotermoBIM(Building

Information Modeling) uma ferramenta com reconhecido potencial para aumentar

significativamenteaqualidadedosprocessosedosprodutosdaindstriadaconstruocivil.A suaprincipalferramentaomodelodoedifcio,umrepositriodeinformaesacessadopor todos os profissionais envolvidos no desenvolvimento do edifcio, da sua concepo sua construo,manutenoedisposiofinal.Omodelodoedifciorepresentaascaractersticas fsicasefuncionaisdoscomponentesdaedificao,emumambientemultidimensionalonde elas podem ser testadas e aprimoradas antes do incio das obras. Diferentes disciplinas da construo utilizam aplicaes computacionais prprias que acessam o modelo do edifcio, extraemeprocessamosdados,eproduzeminformaesquesoentoagregadasaomodelo, refinandoo incrementalmente. Os mtodos para acessar os dados contidos nos modelos, porm,aindasopoucodocumentadosedisseminadosentreosprofissionaisdeTecnologiade Informao ligados indstria da construo. Nesta pesquisa, primeiramente, foram levantadasasdiversasformasdeacessarosdadosdemodelosdeedifcios,utilizandoseum formato proprietrio (ArchiCAD PLN) e um neutro (IFC). Em seguida foram realizados experimentos com desenvolvimento de pequenos aplicativos para demonstrar a acessibilidade,facilidadeedisponibilidadedeferramentasparaasformasdeacesso.Esperase comotrabalhocontribuirparaadisseminaodeprticasquefacilitemodesenvolvimentode aplicaesparaaindstriadaconstruo,dentrodoambienteBIM. Palavraschave:Modelagemdeprodutonaconstruo,BIM,ModeloIntegradodoEdifcio.

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Abstract

T

he practice of modeling products is largely recognized by its capacity of increasing significantly the quality of industrys processes and products. In AEC Industry, product

modelingisnowadaysbetterknownbythetermBuildingInformationModeling(BIM).BIMs main tool is the Building Model, an information repository that is shared by all enrolled professionals during the design and building activities, all over the buildings life cycle. A BuildingModelholdsallphysicalandfunctionalcharacteristicsofthebuildingscomponents, in a multidimensional environment where they can be tested and improved before the construction itself begins. Different AEC disciplines use different computer applications to access the model, extract and process data, and generate new information, which are then incorporated to the model, thus refining it incrementally. However, methods for accessing model data still are poorly documented and disseminated between AEC Industrys IT professionals. In this work, several ways for accessing BM data were researched, including a proprietary model format (ArchiCAD PLN) and a neutral one (IFC). After these first experiments,othersmallapplicationsweredevelopedtoshowtheaccessibility,easinessand availabilityofprogrammingtoolsforeachaccessmethodandmodelformat.Thepeculiarities of each tested method, as well as the algorithms and the data produced during the experiments are shown. The work intended to contribute for the spreading of practices that facilitatetheapplicationdevelopmentfortheAECIndustrytakingintoaccounttheincreasing adoptionofBIM. Keywords:BuildingProductModeling,BIM,BuildingIntegratedModel

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1IntroduoAssessingtheimpactoftechnologicalrevolutionsespeciallyfastpacedoneslikethoseinducedby informationtechnologyisdifficult,especiallywhenwearestillinthemidst,ifnotatthevery beginningoftherevolutionYehudaKalay,2005.

A

indstria da construo vem sendo pressionada por mudanas na forma de

produoemdecorrnciadefatoreseconmicosesociaisocorridosnasltimas

dcadas (NASCIMENTO e SANTOS, 2003). crescente o nvel de conscientizao da populao a respeito dos impactos da sociedade, do mercado e do prprio Estado sobre o meio ambiente, e o amadurecimento da sociedade civil (NOVAES, 1996). O reconhecimento dos direitos do consumidor trouxe a necessidade de processos gerenciais que garantam a qualidade dos produtos e servios, bem como a sua conformidade com sistemas de normatizao nacionais e internacionais (PAULA e MELHADO, 2005). Ao mesmo tempo, a popularizao da informtica modificou a relao das pessoas com a tecnologia, e transformou consideravelmente tanto o prprioprocessodeprojetodeedifciosquantossuasdemandas(KOWALTOWSKIet al., 2006). A busca por vantagens competitivas tornase rapidamente assunto de extrema importncia, visto que menores custos e prazos de entrega, servios mais flexveisesoluesdiferenciadasoupersonalizadassocadavezmaisexigidos,alm dabviaqualidadedasoluoprojetual(MELHADOeGRILO,2003). Nafasedeprojetossodefinidasasprincipaisdiretrizesdosempreendimentos naindstriadaconstruo.Elateminflunciadiretanoscustos,prazosemtodosde produo (MELHADO, 1994; TZORTZOPOULOS, 1999; MELHADO e AQUINO, 2001; BERTEZINI,2006).Portanto,umbomprocessodeprojeto,conduzidocomoauxliode ferramentas de tecnologia de informao adequadas, um pilar fundamental para a qualidadedosprocessosdeconstruoedosedifciosresultantes(MOUM,2006).Em 1982,oConstructionIndustryInstitute(CII),dosEstadosUnidos,publicouumrelatrio defendendo os benefcios obtidos pelo investimento na qualidade do projeto, no sentidoderacionalizaraconstruocivil.Norelatriofoiestimadoqueoinvestimento

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na melhoria dos projetos pode resultar em uma economia de at vinte vezes o seu valor na fase de execuo das obras. Cinco anos aps, o CII publicou um guia para implementao dos conceitos de construtibilidade a capacidade do projeto em fomentar a economia de recursos, segurana e facilidade de uso durante o ciclo de vidadoedifcio,atendendoperfeitamentesespecificaesdocliente.Dosquatorze tpicos abordados neste guia, seis pertenciam fase de concepo do projeto, sete pertenciam fase de desenvolvimento do projeto e contratao de empreiteiros, e apenas um fase de execuo da obra (LAM et al., 2005). No Brasil, o Programa SetorialdeQualidade(PSQ)definiuamelhoriadosprojetoscomoelementoessencial na obteno de maior qualidade e processos mais racionalizados na indstria da construo(PSQ,1997). Em consequncia da sua relevncia para a totalidade do processo de construo, a fase de projetos, quando mal conduzida, responsvel por boa parte dos problemas ocorridos nas fases subsequentes. Estudos indicam que erros na documentao da construo so responsveis pela maiorparte das falhas ocorridas nasobras.NaEuropa,errosefaltadeinformaonoprojetosocausasde36a49% das falhas nas construes, e no Brasil, pesquisa de 1989 indicava o projeto como origem de 46% destas falhas, contra 22% oriundas da execuo da obra (MELHADO, 1994). Em pesquisa mais recente, foi demonstrado que projetos inadequados eram responsveis por 60% dos defeitos patolgicos apresentados pelas construes estudadas(AMBROZEWICZ,2003).Fabrcioeoutrosautorescitamentreasprincipais deficincias dos projetos a ausncia de informaes necessrias s atividades de produodoedifcio,oumesmoadesconsideraodafasedeproduonassolues adotadaspeloprojeto.Issolevaasequipesdeobraadecidirporsiprpriasarespeito dascaractersticasquenoforamespecificadasnoprojeto(FABRICIOetal.,1998).Por estes motivos, atualmente existe na comunidade da construo a conscincia da relaodiretaentreamelhoriadoprocessodeprojetoeosucessonoestabelecimento de novos critrios de qualidade e competitividade para a indstria da construo, tantonoBrasilcomoemoutrospases(ROMANOetal.,2001). Oprocessodeprojetoessencialmenteumasequnciadeaprimoramentosem um conjunto de informaes a ser transmitido para as fases subsequentes. Mesmo2

pequenosprojetosnaindstriadaconstruoproduzemumaenormequantidadede informao, e por isso os benefcios do uso de tecnologias da informao (TIs) so bvios. Entretanto, h uma grande distncia entre a pesquisa em tecnologia da informao aplicada construo civil e o os mtodos realmente praticados pela indstria no cotidiano, tanto no Brasil como nos outros pases. A indstria da construo tem um carter eminentemente conservador, o que torna difcil a incorporaodosavanoseamantmtecnologicamenteatrasadaemrelaoaoutros segmentosdaindstria.(NASCIMENTOeSANTOS,2002). Mesmoossistemasdeinformaojexistentes,quejpoderiamserutilizados como apoio ao projeto, so pouco aplicados na prtica profissional. Bertezini (2006), estudando empresas do setor, ressalta que os mtodos de retroalimentao e identificao das informaes necessrias tomada de decises so ineficazes, dificultandoaformaodeumcorpodeconhecimentos.Ainexistnciadeumsistema de informaes na fase de projeto resulta na reincidncia em falhas j apresentadas emoutrassituaesenoaumentodoscustosoperacionais. Aindanohmtodosconsolidadosparaaavaliaodoimpactodautilizao de sistemas de informao no processo de projeto (NASCIMENTO e SANTOS, 2002; LOVEetal.,2005;PEANSUPAPeWALKER,2005).Pormhperspectivaspromissoras emtermosdereduodetempoeaumentodaqualidadedadocumentaoproduzida pela utilizao de modelos tridimensionais integrados e com grande contedo semntico no lugar de desenhos bidimensionais desconectados, num processo conhecido como modelagem de produto na construo (RIVARD, 2000; TSE et al., 2005;BIRX,2006;MIKALDO,2006;HARTMANNeFISCHER,2008).

1.1ProblemadepesquisaA modelagem de produto na construo pode proporcionar um melhor gerenciamento dos fluxos de informaes e das suas transformaes durante as atividadesrealizadasemtodoociclodevidadoedifcio,daconcepoconstruo, utilizaoedemolio.Aprincipalferramentanesteprocessoomodelodoedifcio, um repositrio integrado de informaes acessado por todos os envolvidos no desenvolvimento do edifcio. Durante o processo de projetos, idealmente, as3

diferentesdisciplinasdaconstruoutilizariamaplicaesespecializadasparaextraire processarosdadosdomodelo,realizandoanliseseproduzindoinformaesqueso entoagregadasaele.Ainformaoacrescentadaporcadaaplicaoseriareutilizada pelos outros envolvidos no projeto, em um processo de refinamento incremental do modelo.Essaabordagemgerariaumambientedeconstruovirtual,noqualtodas ascaractersticasdoedifciopoderiamsertestadaseaprimoradasantesdoinciodas obras.Porm,osmtodospararealizaresteacessoaosdadosdosmodelosaindaso pouco documentados e pouco utilizados, limitando o desenvolvimento de um maior nmerodeaplicaesparaesteambientecooperativo.

1.2ObjetivodotrabalhoO objetivo do presente trabalho avaliar, com relao acessibilidade, facilidadeeferramentasdisponveis,asdiferentesformasparaacessarosmodelosde edifcios e extrair dados que podem ento ser processados para a gerao de novas informaes automaticamente. Primeiramente apresentada uma reviso das principais caractersticas da modelagem de produto na construo, e a sua relao com os mtodos de desenvolvimento de projetos atualmente empregados na indstria.Emseguidasorelatadososdesenvolvimentoseosresultadosdeumasrie de experimentos com as vrias formas de acesso aos modelos de edifcios e as ferramentasnecessriasparacadauma.

1.3EstruturadadissertaoEsta dissertao dividida em duas partes principais: a reviso das caractersticas da modelagem de produto (captulos 2 e 3) e o desenvolvimento de experimentos de acesso aos dados dos modelos de edifcios (captulos 4 e 5). O presentecaptulointroduzrapidamenteoleitoraocontextoedesafiosdaindstriada construo.Osdemaiscaptulosdesenvolvemotemanaseguinteordem: Captulo2:soapresentadososprincpiosdamodelagemdeprodutoseasua origemnaindstriadamanufatura; Captulo3:apresentaascaractersticasdaaplicaodamodelagemdeproduto naindstriadaconstruo;

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Captulo4:descreveosexperimentosrealizadosparademonstraraviabilidade doacessoaosmodelosdeedifciosegeraodeinformaesapartirdeles; Captulo 5: apresenta as consideraes finais sobre os resultados dos experimentos, e sugestes para o desenvolvimento de trabalhos complementaresaeste; Referncias; Apndices:soapresentadososartigospublicadosduranteodesenvolvimento dadissertao,osalgoritmoseosdadosproduzidosduranteosexperimentos.

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2ModelagemdeProdutoItisonlyworthwhiletomakedrawingsonthecomputerifyougetsomethingmoreoutofthe drawingthanjustadrawing.IvanSutherland,1963.

M

odelagemacriaoderepresentaeschamadasmodelosdefenmenos

ousistemas,comointuitodemelhorcompreenderasuanaturezaeprevero

seucomportamento.Modelostraduzemparaumaformasimplificadaumconjuntode entidadescomplexodemaisparaserapreendidoemsuatotalidade(MAHDAVI,2003). Essa abstrao permite transmitir apenas as caractersticas essenciais do sistema representado,protegendoosreceptoresdainformaodedetalhesqueprejudicariam a sua compreenso (TURK, 2001). Na indstria da construo so utilizadas modelagens em vrias etapas do projeto de edifcios, da elaborao de esquemas explicando conceitos e equaes prevendo comportamentos fsicos criao de prottipos para demonstrar a factibilidade das idias. O prprio processo de projeto comoumtodopodeserconsideradoumamodelagem:umrefinamentosucessivode ummodeloconceitual,queoedifcioproposto(TAKEDAetal.,1990). Algunstiposdemodelagemutilizamrepresentaestridimensionaisdigitaisde um sistema, para fornecer uma visualizao realista dos seus elementos e dos seus comportamentos (BEUCKE et al., 2005). Por exemplo, na indstria da construo brasileiranotadamentenafasedeprojetosotermomodelagemestfortemente associadocriaoderepresentaescomputacionaistridimensionaisdasedificaes, tambmchamadasmaqueteseletrnicas(SPERLING,2002).Considerandoadefinio etimolgica,qualquerrepresentaodeumedifcio,independentedocontedoeda ferramentautilizada,podeserchamadaummodelo:esboos,estudosdevolumetria, desenhos tcnicos em papel ou digitais, maquetes fsicas ou eletrnicas, detalhamentos, etc. Neste trabalho, o termo modelo referese ao resultado de uma abordagem de desenvolvimento de produtos industriais, chamada modelagem de produto. Um modelo de produto pode fornecer vrios tipos de representao, entre

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elasascitadasanteriormente,comavantagemdeintegrlasemumnicorepositrio, garantindoaconsistnciadosdados. O desenvolvimento de produtos industriais composto por uma srie de operaes complexas que podem ser organizadas em dois grandes grupos: o processamento de informaes e o processamento de materiais. Dos primeiros esboosatoprodutoconcludo,informaodevriostiposgerada,transformadae transmitida entre as diversas fases do desenvolvimento, ao mesmo tempo em que ocorrem vrias transformaes nos materiais. Estes dois grupos de operaes so fortemente relacionados e idealmente devem ser sincronizados. A principal maneira de se obter essa sincronizao representar toda a informao sobre o produto digitalmente,apartirdasprimeirasfasesdodesenvolvimento,naformadeummodelo do produto, que ento utilizado para coordenar as atividades da produo. Essa abordagem denominada modelagem de produto (HOSAKA e KIMURA, 1990). Um modelodeumproduto,portanto,umrepositrionicodedadossobreesteproduto, queorientaasatividadesdesenvolvidasdurantetodooseuciclodevida(KRAUSEet al.,1993).

2.1AinformticaeodesenvolvimentodeprodutosA maneira como os produtos eram fabricados sofreu poucas alteraes at o finaldosculoXIX,quandoosavanostecnolgicosaumentaramosrequisitosaserem atendidospelafasedeconcepo,easeparaodotrabalhoporfunesfezsurgira necessidade da padronizao da comunicao entre as etapas do seu projeto. A formalizaodessetipodecomunicaosedeuatravsdousodedesenhostcnicos,e foiconcludanadcadade1930(KRAUSEetal.,1993). Logo aps o fim da Segunda Grande Guerra, o computador foi introduzido comoferramentadeapoiono desenvolvimentodeprodutosindustriais.Desdeasua primeira aplicao, a inteno era integrar os diversos processos envolvidos na fabricao da concepo ao produto acabado transmitindo informaes entre as etapas do desenvolvimento. No comeo da dcada de 1950, o Servomechanisms Laboratory, do Massachusetts Institute of Technology (MIT), desenvolveu a primeira fresadora de trs eixos controlada automaticamente. A informao que controlava a7

mquina era introduzida na forma de fitas de papel perfuradas, preparadas manualmente por um operador que traduzia o desenho tcnico detalhado para a formanumrica,eentoparaospadresapropriadosdefurosnasfitas.Nodemorou at que o computador fosse envolvido nesse tedioso processo, e no final da mesma dcada foi desenvolvido um sistema para preparar automaticamente essas fitas de controle,apartirdosdesenhostcnicos,aindafeitosempapel(GALLAGEReMITTER, 1990). 2.1.1OprincpiodoCAD Em 1959 foi realizada uma reunio entre membros do Computer Applications Group e do Departamento de Engenharia Mecnica, ambos do MIT, na qual foi discutido o uso do computador de um modo mais direto no desenvolvimento de produtos (COONS, 1963). O sistema esboado nessa reunio seria desenvolvido posteriormente no projeto de pesquisa chamado ComputerAided Design (ROSS, 1961), que acabou emprestando o nome tanto para o novo ramo da tecnologia de desenvolvimento de produtos como para as aplicaes computacionais criadas para ele. Algumas das funcionalidades definidas para este sistema eram a descrio de abstraes (esquemas conceituais e idias), anlises fsicas e matemticas, conexo comcatlogos(normastcnicas,peasemateriais),interconexodevriosprojetistas trabalhando simultaneamente (com atualizaes e propagaes automticas da informao),reutilizaodainformaododesenho,simulaesdofuncionamentodo dispositivo projetado, e at a considerao de diferentes vises sobre a informao, com a organizao da representao dos dados em funo das muitas disciplinas envolvidasnoprojeto. Um dos resultados mais notrios deste projeto de pesquisa foi o sistema Sketchpad, criado por Ivan Sutherland em sua tese de doutoramento no MIT (SUTHERLAND, 1963). At ento, linguagens textuais eram utilizadas para criar representaes grficas no computador, o que Sutherlandconsiderava inadequado e confuso. No sistema Sketchpad, a entrada de dados era realizada por uma interface grfica, auxiliada por um dispositivo de interface humana chamado lightpen. Posteriormente,foiprevistaumaversoqueincluiriaarepresentaotridimensional,

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consideradaessencialparaoprojetodepesquisaCAD(JOHNSON,1963).Coonsrelata umarpidaexperinciacomoSketchpad,naqualosistemaoauxiliaaresolvercinco problemas de engenharia no decurso de poucas horas (COONS, 1963). Na sua descrio das funcionalidades que o permitiram resolver os problemas rpida e intuitivamente, perceptvel o delineamento de caractersticas que ainda so vitais para a modelagem no desenvolvimento de produtos industriais. Sutherland, complementarmente,afirmaqueacriaodeprojetosnoSketchpadumasequncia deetapasorientadaspelafuncionalidadedoselementosrepresentados(SUTHERLAND, 1963):ConstructionofadrawingwithSketchpadisitselfamodelofthedesignprocess.The locationsofthepointsandlinesofthedrawingmodelthevariablesofadesign,and the geometric constraints applied to the points and lines of the drawing model the designconstraintswhichlimitthevaluesofdesignvariables.TheabilityofSketchpad to satisfy the geometric constraints applied to the parts of a drawing models the ability of a good designer to satisfy all the design conditions imposed by the limitationsofhismaterials,cost,etc.Infact,sincedesignersinmanyfieldsproduce nothingthemselvesbutadrawingofapart,designconditionsmaywellbethoughtof asapplyingtothedrawingofapartratherthantothepartitself.Whensuchdesign conditionsareaddedtoSketchpad'svocabularyofconstraints,thecomputerwillbe able to assist a user not only in arriving at a nice looking drawing, but also in arrivingatasounddesign.

Ou seja, em princpio pensavase em CAD como uma ferramenta de desenvolvimento de produtos com rotinas capazes de auxiliar a concepo, produzir representaes, executar anlises, prever comportamentos e gerar instrues para a fasedeproduo,emumambienteintegradodeprojeto.Todasessasfuncionalidades exigiam um modo de entrada de dados gil e intuitivo, e a linguagem dos desenhos tcnicos, j bastante desenvolvida e codificada, foi adotada para essa finalidade. A mudanadosuporteoumdiadosdesenhostcnicosdopapelparaocomputador noeraumobjetivoemsi,eraapenasumaconsequnciadousodaferramentaCAD. Emboracoerente,essaabordagemintegradadedesenvolvimentodeprodutos teve pouca influncia sobre os mtodos de fabricao por vrios anos. A academia continuou a aperfeioar definies e prottipos para sistemas integrados de desenvolvimento de produtos, mas a nascente indstria de softwares passou a se concentrarnoaspectoquepodiasermaisfacilmenteresolvidoacriaodedesenhos

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no computador, por meio de primitivos geomtricos (pontos, linhas, arcos). As aplicaes comercialmente disponveis que ofereciam esta funcionalidade logo passaram a ser conhecidas por CAD, mas em relao aos princpios definidos pelo projetodepesquisadeRoss,oseunomepoderiasermelhortraduzidoporComputer AidedDraftingdoqueporDesign,jqueasuainflunciasobreodesenvolvimentode produtoserabasicamenteamesmadaspranchetasdedesenhoqueseesperavaque elesubstitusse. Parte do que conduziu a indstria de softwares para esta direo foi consequncia do baixo poder de processamento dos primeiros computadores. Outro motivofoiaenormecomplexidadedasatividadesenvolvidasnoprojetodeprodutos, entreelasaaltamentecognitivaesubjetivafasedeconcepo.DouglasRoss,lderdo grupo de pesquisa CAD, e Jorge Rodriguez afirmaram que um sistema CAD para uso geral deveria possuir uma poderosa organizao, pois mesmo os mais simples problemas de projeto envolvem o exerccio de muitas disciplinas diferentes e a considerao de muitas atividades relacionadas. Tambm deveria ser um sistema abertoexpansesemodificaes,poisnoseriapossvelprevereprogramartodas as abordagens imaginveis para solucionar um determinado problema de projeto, e ter a capacidade de manipular e armazenar informaes oriundas das mais diversas fontes e em diferentes formatos. Mesmo atualmente no h uma teoria universalmente aceita para a compreenso dos processos de concepo durante o projeto(KOWALTOWSKIetal.,2006). Alm de aplicar complexos processamentos de dados para resolver esses problemas, o sistema CAD ideal deveria disponibilizar ao operador a capacidade de desenvolver as suas habilidades de projeto de modo que lhe fosse completamente natural,semqueelefosseconscientequeassuasaesdeprojetodesencadeiamum grande nmero de operaes computacionais altamente complexas (ROSS e RODRIGUEZ,1963). Anderl e Grabowski, duas dcadas depois dos primeiros trabalhos cientficos sobre o CAD, afirmaram que a utilizao de computadores na produo industrial deveria ser precedida por uma criteriosa anlise de todas as atividades envolvidas,

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para que fossem definidas as trocas de informaes entre elas. Porm, observaram queamaioriadossistemasCADofereciamapenasapossibilidadededescreverpeas individualmente,domesmomodoqueerafeitocomdesenhostcnicosempapel.Os dados sobre a tecnologia aplicada, como acabamento de superfcies e tolerncias dimensionais, necessrios para o planejamento da produo, eram introduzidos posteriormente,comoauxliodedilogosdeentradaoulinguagensdeprogramao (GRABOWSKIeANDERL,1983). J na dcada de 1990, Hank Pels afirmou que mesmo nas situaes em que representaes mais ricas do que os desenhos feitos em computador eram empregadas, havia o problema da transferncia da informao. Desde a introduo dosprimeirossistemasCAD,modelosdeprodutosvinhamsendodigitalizados,porm com pouco compartilhamento de dados entre diferentes disciplinas e atividades envolvidas no processo de fabricao. Os modelos, segundo ele, no eram transmitidos entre computadores, e sim manuseados por operadores, traduzidos e transformados em outros modelos, da mesma maneira que era praticada com os desenhos tcnicos em papel, mas com a desvantagem doaumento da complexidade da mdia. Uma das possveis causas para isso era o fato de se considerar os dados necessrios para o projeto do produto razoavelmente estveis ou at mesmo estticos,emcomparaocomosdadosfinanceiroselogsticos,porexemplo.Porisso, aindafaziasentidodistribulosempapel,naformadetabelasemanuaistcnicos,e um modelo de produto que integrasse essa informao no era considerado necessrio(PELS,1996). 2.1.2Oprincpiodamodelagemdeproduto Apesar da idia de integrao do processo de produo ter sido a motivao dosprimeirossistemasCAD,foramasmudanaseconmicasocorridasapartirdofinal dadcadade1970quederamnovoimpulsoaotemaeinfluenciaramostrabalhosque propuseram as atuais definies de modelagem de produto. A globalizao dos mercadoseanecessidadedefabricarprodutoscommaiorqualidade,menorcustode produoeemmenostempo,deramorigemanovasestratgiasdedesenvolvimento de produtos. Entre elas, a interconexo dos vrios aspectos tcnicos e gerenciais

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envolvidosnaproduo,aproduoenxuta,aengenhariasimultneaeoconceitode ciclodevidadoproduto,queestendeuaresponsabilidadedoprojetistaparaocampo dosimpactosambientaiseasadedosusurios. Estas novas estratgias de desenvolvimento tinham focos e abordagens distintos, porm compartilhavam uma necessidade fundamental por tecnologias de informao avanadas, que permitissem integrar e coordenar as diferentes vises sobre o produto durante o projeto, a fabricao e a operao (KRAUSE et al., 1993). Sistemascomputacionaisjhaviamdemonstradooseupotencialnaracionalizaode vrias etapas isoladas do desenvolvimento de produtos, e surgiu a tendncia para a integrao dos diferentes sistemas atravs do fluxo digital de informaes, em substituio manipulao de diferentes modelos. Este fluxo teria o potencial para reduzir os custos de produo atravs da eliminao de atividades de reentrada de dados, da reduo de erros, atividades de controle e procedimentos de teste, e da disponibilizaorpidaecompletadeinformaessobreoprodutoeasuaproduo, o que aumentaria a velocidade do processamento de pedidos e a qualidade do produto(GRABOWSKIeANDERL,1983). AferramentaprincipalnessefluxodeinformaesmencionadoporGrabowski eAnderleraamodelagemdoproduto.EmumretornoaosprincpiosoriginaisdoCAD, eles observaram que a adoo da modelagem permitiria que os projetistas concebessem e validassem os novos constructos, e posteriormente comunicassem corretamenteosdetalhesdeconstruosfasesdeproduo.Duranteaconcepo,o modelo do produto auxilia os usurios a explorar, documentar, compreender e predizer certas propriedades e comportamentos dos elementos representados. A validaoaverificaodaconformidadedoconstructopropostocontraosdiversos requisitosestabelecidosparaasuafabricaoeoperao,easuaimportnciacresce conformeaumentaacomplexidadedosprodutos.Omodelodoprodutopermiteque sejam utilizadas listas de verificao e simulaes computacionais para auxiliar o projetistanestafase.Eletambmproporcionaumacomunicaomaiseficienteentre asfasesdodesenvolvimentodoproduto,umacaractersticanecessriaparaprocessos industriaisquetornamsecadavezmaiscomplexoseenvolvemumnmerocrescente de pessoas e organizaes, muitas vezes distantes geograficamente (PELS, 1996;12

MAHDAVI, 2003). Por proporcionar a integrao dos diversos sistemas utilizados nos processos de desenvolvimento, a modelagem de produto foi considerada uma tecnologiachavenoaumentodaprodutividadeeparaasobrevivnciacompetitivadas companhias(KIMURAetal.,1984).

2.2EvoluodosmodelosdeprodutoAfuncionalidadeoferecidapelosmodelosdeprodutoevoluiuemconjuntocom aspossibilidadestcnicasdoscomputadores,asnovasconcepesdeestruturaoda informaotrazidaspeloestudodosmodelosdedados,eascrescentesdemandaspor integrao dos sistemas de produo. Essas demandas, porm, no foram homogneas,sejaconsiderandoosprocessosprodutivos ouosdiferentessegmentos daindstria.Aclassificaodostiposdemodelosporidadecoincidecomoaumento dasuacomplexidadeetilparailustraraorigemdasfuncionalidadesdosmodelos maisrecentes,masdizrespeitoapenasaoaspectotcnico,enoadooefetivapela indstria. Mesmo hoje, os primeiros e mais simples tipos de modelos ainda so utilizados como principal meio de transmisso de informaes entre processos produtivosemdeterminadossetores,comonaconstruocivilporexemplo. 2.2.1Modelogeomtrico Osprimeirosmodelostinhamporobjetivoprincipalrepresentargeometriados elementosquecompunhamosprodutos.Emboraaidiaderepresentarinformaes complementares geometria j estivesse presente desde o incio do CAD, a grande dificuldade para equacionar processos complexos utilizando computadores ainda muito simples dirigiu grande parte das pesquisas para a definio de teorias matemticas que permitissem representar a geometria digitalmente. Eastman e Henrionclassificamasprimeirasexperinciascommodelagemnocomputadoremtrs estgios: a abordagem inicial, denominada image modeling, enfocava a produo de desenhos, e sua preocupao maior era representar corretamente objetos tridimensionais em um plano (a tela do monitor) utilizando apenas linhas. O modelo resultanteforneciaainformaonecessriaapenasparaavisualizao,possivelmente incluindo diferentes perspectivas e eliminao de linhas escondidas (hidden line). A segundaabordagem,chamadageometricmodeling,tinhaporobjetivoarepresentao13

das superfcies dos slidos (ou poliedros), para que fosse possvel discretizar o seu volume interno e identificar conflitos espaciais. A terceira abordagem seria uma evoluo do modelo geomtrico, passando a incluir atributos adicionais ao formato, como material, densidade, funo, cor ou quaisquer outras informaes que fossem relevantesparaaproduoindustrial(EASTMANeHENRION,1979). AsbasesdamodelagemgeomtricaforamlanadaspelotrabalhodeRequicha e Voelcker sobre a geometria construtiva de slidos (constructive solid geometry CSG), que propunha modelos constitudos por estruturas topolgicas e estruturas geomtricas(HOFFMANNeJOANARINYO,2002).Kalaypropsautilizaodebancos de dados relacionais para a representao do modelo CSG como um conjunto de dadosrelacionadosemtrsnveishierrquicos:topologia,geometriaetransformaes espaciais. A topologia um ndice que organiza as relaes entre os elementos (primitivosgeomtricos)queconstituemumslido.Ageometriaonvelresponsvel pela descrio dos primitivos geomtricos atravs de equaes matemticas que possam ser armazenadas digitalmente. O nvel das transformaes espaciais representaas instncias dos objetos, criadasa partir dematrizes de transformaes, comoarotaoouoredimensionamentodoslido(KALAY,1985a).HosakaeKimura fazemcategorizaosemelhantealgunsanosdepois(HOSAKAeKIMURA,1990). 2.2.2Modelovariacional OmodelovariacionalfoiintroduzidoporVoelckeretal.,nofinaldadcadade 1970,eestendeuomodelogeomtricoadicionandoapossibilidadededefiniodos slidos atravs da associao de formas bsicas definidas por uma linguagem procedimental chamada PADL Part and Assembly Description Language (VOELCKER et al., 1978). A PADL era baseada em funes para as quais eram passados os parmetros desejados para os elementos geomtricos, que ento eram construdos duranteaexecuodoprograma.Estesparmetrospodiamsermodificadosdurantea execuo,aocontrriodamaioriadaslinguagensdedefiniodegrficosproduzidas atento,quepermitiamdefinirosvaloresapenasduranteaprogramaodocdigo ou seja, atravs de comandos e no de funes. Vrias linguagens de definio de slidos desenvolvidas durante os anos seguintes seguiam o paradigma estabelecido

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porVoelckereseuscolegas,comoaGlide,porexemplo(EASTMANeHENRION,1977). Outro exemplo a GDL, (Geometrical Description Language), que ainda um dos mtodosparadefiniodeslidosnosoftwareArchiCAD(GRAPHISOFT,2008b). Uma desvantagem do modelo variacional a dependncia em relao aos scriptsosarquivosdetextocontendoasfunesquegeravamarepresentaodos slidosduranteaexecuodoprograma.Emborapudessemserbastantecomplexose flexveis, projetar por programao sempre menos desejvel do que fornecer ao projetista ferramentas visuais e um ambiente intuitivo para a construo dos elementosdoprojeto(HOFFMANNeJOANARINYO,2002). 2.2.3Modelobaseadoemrestries Omodelobaseadoemrestriesoutravariaodomodelogeomtrico,com a introduo da possibilidade de gerao de instncias de slidos a partir de um conjunto de relaes entre as entidades, que precisavam ser mantidas. Quando as entidades so relacionadas, o programa utilizado na modelagem impede operaes cujo resultado no atenda as condies de restrio. Os tipos de restries foram classificados em grupos: geomtricas ou dimensionais, equacionais, semnticas e topolgicas(HOFFMANNeJOANARINYO,2002). Restries geomtricas ou dimensionais mantm entidades relacionadas por uma condio de concentricidade, perpendicularidade, ngulo, distncia, etc. As restries equacionais mantm entidades relacionadas atravs da avaliao de um atributocalculadoapartirdasuageometriaoudevariveistecnolgicascomotorque, densidade ou resistncia. Restries semnticas mantm o relacionamento entre as entidades apenas se uma determinada condio for atendida. Restries topolgicas avaliamcondiesdeincidncia,conectividadeentreelementos,conjuntosoupartes. 2.2.4Modeloparamtrico O modelo paramtrico estende o modelo geomtrico para alm da soma das representaes topolgicas e geomtricas. Eles contem tambm a metaestrutura a partirdaqualnovasinstnciasdosslidospodemserderivadas.Destemodo,mais apropriado pensar em modelos paramtricos como um conjunto de slidos

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paramtricos, que so classes de slidos especficos. Uma classe prisma, por exemplo, contm a informao necessria (a metaestrutura) para criar prismas de qualquer dimenso. A gerao de uma instncia de objeto realizada por um algoritmo determinstico, que considera diferentes restries e avalia parmetros definidos na estrutura de informao que compe o slido paramtrico. Antes do desenvolvimento dos slidos paramtricos, a modelagem gerava apenas slidos especficos que, uma vez criados, no podiam ser modificados facilmente. A modelagem paramtrica, ao contrrio, no enfoca a representao final do slido, e simasetapasenvolvidasnasuaconstruo,parametrizandoasepossibilitandoqueo usuriodeterminevriosresultadosparaomesmoobjetoapartirdacombinaodos seusatributos.Aflexibilidaderesultantepodeserexploradademuitasmaneiras,ese constitui em importante avano para a aplicao no desenvolvimento de produtos (HOFFMANN e JOANARINYO, 2002). Os slidos paramtricos so intimamente relacionados tecnologia de orientao a objetos, de onde surge a denominao objetoparamtrico.Umobjetoparamtricopodeserentendidocomoumaunidadede informao (ou classe) que encapsula os dados (os parmetros) e mtodos para processlos(osscripts),resultandoemumainstnciadoobjeto.Outraanalogiaparao modelo paramtrico considerlo uma associao das qualidades do modelo geomtricocomasdomodelovariacional. 2.2.5Modelobaseadoemcaractersticas(features) O modelo baseado em caractersticas uma especializao do modelo paramtrico.Aestruturadeclassesproporcionadapelaorientaoaobjetospermite explorar novas classificaes hierrquicas alm da geometria. Hvam defende que a modelagem de produto diretamente relacionada a dois conceitos: a engenharia simultnea e a modelagem de caractersticas. A engenharia simultnea integra as atividadesapartirdoplanejamentodasfasesdociclodevidadoproduto,reduzindoo tempodeentregaeoscustosdeproduo.Amodelagemdecaractersticasummeio de representar as diferentes vises que as vrias disciplinas envolvidas no desenvolvimentodeumprodutotmsobreeleduranteoseuciclodevida:concepo, topologia, desempenho, tolerncias, produo, montagem, logstica, etc. O modelo baseado em caractersticas armazena o conhecimento tcnico que adicionado ao16

modelodoprodutoemcadafasedociclodevidapelasvriasdisciplinasenvolvidas,na forma de descries gerais e de instrues especficas para gerao de instncias do modelo (desenhos tcnicos, relatrios quantitativos, sequncias de operaes). Enquanto a descrio geral comum para todas as etapas do desenvolvimento do produto, as instncias dependem de condies especficas de cada fase do ciclo de vida(HVAM,2001). HoffmaneJoanArinyoacrescentamqueousodecaractersticaspassouaser componente padro da modelagem paramtrica, de onde pode se concluir a atual preferncia por denominar de paramtricos modelos que possuem estruturas para descrever tambm as caractersticas do produto. Para os autores, as caractersticas proporcionamumvocabulriodealtonvelparaespecificaodeoperaesdecriao de formas atravs da geometria parametrizada, atributos e restries geomtricas. Durante o projeto, as caractersticas capturam atributos tcnicos explcitos e relacionamentos que auxiliam na definio de produtos, provendo informaes essenciais para vrias atividades e anlises de desempenho. Na fabricao, as caractersticaspodemsercombinadasparafacilitaroplanejamento.Paraseremteis, as caractersticas devem incorporar trs diferentes conceitos: o aspecto geral, o comportamentoeosignificadotcnico.Oaspectogeralarepresentaogeomtrica doobjeto,definidaporfronteiras,rvoresdeoperaesbooleanas(CSGtree)oupor procedimentoscriadoscomlinguagensdedefiniogeomtrica.Ocomportamentoeo significado tcnico so definidos atravs de atributos e regras, que condicionam o objeto em relao a um contexto especfico. Grandes quantidades de especificaes poderiam interferir em processos mais geis, como a concepo de novos produtos. Por isso proposto pelos autores que se desenvolvam ferramentas para o reconhecimentoautomticodecaractersticas.Nesseprocessoummodelogeomtrico previamente construdo seria analisado por algoritmos que identificassem caractersticas automaticamente, a partir de um conjunto de regras ou padres semnticos. Esta abordagem tem recebido crescente ateno por parte da comunidade cientfica, mas vrios desafios ainda precisam ser endereados e resolvidosparaqueseobtenhamalgoritmosconfiveis.Umdosprincipaisdesafioso reconhecimentodecaractersticassobrepostas:quandoasvisesdevriasdisciplinas

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diferentes so combinadas, a topologia resultante pode mudar consideravelmente, e osalgoritmospodemterdificuldadeparalocalizarascaractersticasadequadas.Outro desafio registrar o conhecimento tcnico adicionado durante as fases do desenvolvimento do produto: armazenar as diferentes vises sobre os dados do produtoquecadadisciplinautilizatoimportantequandoarmazenarosdadosemsi. Aindamais,todasasmodificaesrealizadassobreumadeterminadavisodosdados devem ser propagadas para as outras vises, atualizando todos os profissionais envolvidos(HOFFMANNeJOANARINYO,2002).

2.3ModelosdedadosdeprodutosModelos de produtos so gerados a partir de arcabouos formados por constructos lgicos que definem a forma e o significado para os dados que representaro o ciclo de vida de um produto (LACROIX e PIROTTE, 1981). Esses arcabouossocriadosemumprocessodemetamodelagemchamadomodelagemde dadosdoproduto.Yangeoutrosautoressituamamodelagemdedadosdoprodutona faseimediatamenteposterioranlisedaestruturadoprodutoaserfabricadoedo contexto onde ser realizada a produo. Depois de criado, o modelo de dados do produto implementado por vrios programas de computador, dando origem ao modelodoproduto,quepodeserarmazenadoembancosdedadosouemarquivosde formato neutro (YANG et al., 2008). Modelos de produtos so, portanto, sempre instnciasdealgummodelodedadoscriadopreviamente. Antes do advento da modelagem de dados, cada programa definia a sua prpriaformadearmazenarerecuperardados,oqueenvolviaumenormetrabalhode programao e dificultava a adaptao e a evoluo dos sistemas, como pode ser vislumbrado no prottipo de sistema CAD integrado criado por Charles Robinson (ROBINSON, 1966). Haynie (HAYNIE, 1983) relata que nos primeiros sistemas de desenvolvimento de projetos era comum que os dados do produto em desenvolvimento fossem indissociveis dos procedimentos da aplicao CAD. Uma soluomelhor,segundooautor,seriatornarainformaoindependentedaaplicao computacional,oquepermitiriaadefiniodevriasvisualizaessobreummesmo

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dado, por aplicaes diferentes. Para isso, uma nova ferramenta seria adotada para armazenarosdadosdoprojetoobancodedados. 2.3.1Bancosdedados Bancos de dados no s proporcionaram uma forma muito mais eficiente de armazenarerecuperardados,comotambmforamaprimeiratecnologiaquepermitiu amodelagemdedadosindependentedoprogramaqueiriaprocesslos.Em1975,o American National Standards Institute (ANSI) definiu a abordagem bsica para a construodebancosdedadoschamadaANSISPARC,queficoumaisconhecidacomo arquitetura de trs esquemas (three schema architecture). Os trs esquemas do ANSISPARCeramoconceitualqueespecificaaestruturaeosignificadodosdadose segue as determinaes dos processos do negcio; o esquema externo que especifica a forma de apresentao dos dados e utilizado pelas aplicaes e pelos usurios da informao; e o esquema interno que especifica a estrutura fsica do banco de dados, e segue determinaes impostas pelo hardware e sistemas operacionais utilizados (PELS, 1996). Eastman observa que no incio do uso da tecnologia,aindahaviacertodesentendimentoemrelaoaoconceitodebancosde dados,eodefinecomoumaestruturadeinformao(1980a):Computers today can easily store large amounts of information. It has become a euphemism that any program incorporating more than a hundred or so words of datacanbeconsideredtohaveadatabase.Whilethisistrueinthecolloquialsense, theterm'database'hasatechnicalmeaningthatisrelatedtoasetofmethodsused for managing large amounts of information. Thus a large amount of data, but not usingthesetechniques,isnotproperlyadatabase,whileasmallamountofdatathat does use them legitimately can be still called a database. Thus the term database appliesmoretothestructureofinformationratherthanitssize.

Aps a introduo dos bancos de dados, grande parte das instrues para a interpretao da informao passou a residir no modelo de dados (o esquema de organizaodobancodedados)enomaisnosprogramasqueiriamacessla.Essa liberdade era essencial para o desenvolvimento de estruturas genricas capazes de armazenar vrios tipos de produtos, ou vrias instncias de um tipo de produto, mantendoosignificadodainformaoepermitindooacessopordiferentesaplicaes duranteasfasesdedesenvolvimentodoproduto.Opotencialdaaplicaodebancos

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de dados na atividade de projeto de produtos, cuja natureza implica justamente na transmisso de informaes entre aplicaes e disciplinas diferentes, foi extensivamente estudado a partir da dcada de 1980 (EASTMAN, 1980a; KALAY, 1985a;EASTMANeKUTAY,1989). Os primeiros sistemas de gerenciamento de bancos de dados, entretanto, destinavamse a ambientes de negcios, e no contemplavam a complexidade das atividadesdeprojeto,tornandooacessoinformaomuitocomplicado.Bandurskie Jeffersonafirmamqueafiguradoadministradordebancosdedadosseriaessencial tecnologia CAD: ele seria um profissional familiarizado com todos os processos do desenvolvimentodoprodutoecomasestruturasdedadosnecessriasparacadaum, capazdefornecerinterfacesquepermitissemqueousuriovisualizasseosdadosdo modo mais natural possvel, protegido de detalhes desnecessrios das estruturas empregadas no banco de dados (BANDURSKI e JEFFERSON, 1975). Para Lacroix e Pirotte,poroutrolado,astecnologiasutilizadaspelosprimeirosbancosdedadosno teriamcapacidadesuficientepararepresentaradequadamenteacomplexainformao de projetos de desenvolvimento de produtos. Tampouco a integrao de processos produtivos poderia ser alcanada enquanto a interpretao das estruturas de dados fosseexclusividadedeumgruposeletodeespecialistas,comoosadministradoresde bancos de dados. Eles observaram que a prtica da descrio de modelos de dados atravs de convenes mal formuladas, que no eram suficientes para esclarecer a natureza da informao a ser armazenada e distribuda, dificultava o compartilhamentodomodeloentreespecialistasdediferentesdisciplinas:[...] to avoid the a little information in data structure diagrams and a lot in accompanying unstructured explanations syndrome which in practice is typical of manyapplicationsexpressedinthehierarchicandnetworkdatamodels

Para as aplicaes CAD, os autores propem a utilizao de um modelo semntico de dados, que introduz a distino entre os constructos que compem as estruturasdedadoseovalorqueelespodemvirareceber(LACROIXePIROTTE,1981).

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2.3.2Semntica Osconstructosdeummodelosemnticodedadossoasentidades,descritas atravs de elementos atmicos (como classes e propriedades) e os relacionamentos entre estas entidades. Para definir as entidades e os seus relacionamentos, foi necessriocriarumnovosistemaparanotaodomodelodedadosalinguagemde definio de dados. As principais caractersticas dessa linguagem so fornecer diferentesabordagensparaadescriodosconstructos(relacionamentos,hierarquias, associaes), permitir que sejam modelados constructos com riqueza e preciso, e finalmente ajustarse s vrias situaes e tipos de objetos que possam demandar modelagem,permitindoqueosespecialistaspossamrealizaressasatividadedemodo quelhespareanatural.LacroixePirottedesenvolveramumalinguagemdedefinio dedadosparaacriaodemodelossemnticosdeplacasdecircuitoeltrico,chamada ADDL (A Data Definition Language). Os modelos semnticos gerados pela ADDL no apenas eram mais facilmente interpretados pelos usurios como garantiam a coernciapelousoderestriesaplicadassentidades(LACROIXePIROTTE,1981).A ADDL adiantou alguns conceitos que seriam aplicados posteriormente na criao de outraslinguagensdedefiniodedados,comoasregrasdeestruturaodedomnio que definiam os valores possveis para os tipos complexos de dados (formados por conjuntos de tipos simples), as regras de restrio de domnio, que atuavam em conjunto com as primeiras para determinar qual combinao de domnios poderia constituir um tipo complexo vlido, e finalmente a denotao de objeto aos tipos complexosquerepresentavamunidadesdeinformaorazoavelmenteautnomasno processodeprojeto. Mark Haynie relacionou algumas das especificidades s quais os bancos de dadosdeveriamadequarseparaseremteisnasaplicaesdeengenharia:mesmoas unidades de informao mais simples utilizadas na engenharia costumam ser representadas por tipos complexos (um ponto no espao, por exemplo, composto por no mnimo trs nmeros reais), o acesso em baixo nvel precisa ser flexvel e a estrutura deve permitir modificaes dinmicas (pois a atividade de projeto mutvel), as operaes de acesso de dados so longas, e o carter iterativo e incremental do projeto exige que seja armazenado o histrico de modificaes nos21

dados.Umasoluo,segundooautor,eraaadoodobancodedadosrelacional,no qual eram descritos alm dos elementos, os relacionamentos entre eles. Haynie tambmafirmouqueosmodelossemnticosdedadosnoeramumanovatipologia,e sim uma especializao do modelo relacional de dados. Nos bancos de dados relacionais,umrelacionamentodefinidoporumatabelacontendoumnmerofixo de atributos (colunas) e um nmero varivel de matrizes unidimensionais. As vrias matrizes unidimensionais so relacionadas entre si atravs de ponteiros chamados chaves primrias, compostas por uma ou mais das colunas de cada tabela (HAYNIE, 1983). Para Eastman e Kutay, a abstrao de dados proporcionada pelo modelo relacional foi um importante avano, mas ainda era insuficiente para representar inequivocamenteasinformaesdeprojetosdeprodutos.Bancosdedadosdedicados arepresentarprojetos(oubancosdedadosdeprojetos),comoquaisqueroutros,so implementados com o propsito de integrar mltiplas aplicaes em um ambiente comum, garantindo a consistncia e a integridade dos dados durante as operaes. Portanto,acessosconcorrentes(quandovriosusuriosrequisitamosmesmosdados) soocorrnciasnaturais,edevemsercontroladospelosistemacomnaturalidade.Para isso, alm da abstrao de dados, outro tipo de abstrao deveria ser includa no modelo de dados a abstrao de operaes sobre os dados (EASTMAN e KUTAY, 1989). Oconceitodetransaodedadosintimamenterelacionadoaodeabstrao deoperaes:emvezdepermitiroperaesarbitrriassobreobancodedados,so definidascoleesdeoperaesoutransaesquequandoexecutadasmantma integridade do banco de dados. A definio de integridade utilizada nos bancos de dados de aplicaes de negcios tambm no era adequada ao ambiente de desenvolvimentodeprodutos.Seelafosseaplicada,umaestruturargidadedadose atividades teria que ser imposta e, mesmo assim, um banco de dados de projeto passariagrandepartedasuavidaemcondiodeinconsistncia,jqueainformao de um projeto s pode ser considerada completa quando ele est perto da sua concluso. A natureza iterativa do projeto faz com que no apenas os dados, mas tambm a sua estrutura de armazenamento seja modificada durante as fases do22

desenvolvimentoe,portanto,acondiodeintegridadedeveserrelativaaocontexto. No sistema proposto pelos autores, no haveria uma condio de integridade total, apenasintegridadesrelativas,garantidaspelasprpriastransaesdedados.Durante a execuo das transaes de dados, a integridade poderia ser violada, j que uma transao pode significar a transio entre diferentes fases do projeto. Aps a execuobemsucedidadatransao,umanovacondiodeintegridadedobancode dados emerge e dependendo do resultado, uma srie de outras transaes pode ser requisitadaparapropagaroresultadodaprimeirasobreorestantedobancodedados (EASTMANeKUTAY,1989). 2.3.3Orientaoaobjetos Mais recentemente, uma nova tecnologia foi incorporada na criao de modelosdedadosa orientaoaobjetos.Essatecnologiafoiaplicadainicialmente emlinguagensdeprogramaodecomputadores,comooC++,nofinaldadcadade 1980. O objetivo era auxiliar os programadores a lidarem com a crescente complexidadedosprogramasdecomputadorqueatentoerambaseadosapenasem procedimentos. Como resultado, os programas passaram a ser organizados em conjuntos de objetos e interfaces para acesso aos seus dados. Em linguagens de programao, os objetos so tambm chamados Classes, enquanto as interfaces so chamadas Mtodos. Recentes esforos provaram que a aplicao da orientao a objetosnamodelagemdedadoscapazdedigitalizarainformaosobreoproduto emumaestruturamuitobemdefinida,ondeosdadossomaisfacilmenteacessadose modificados(YANGetal.,2008).Atecnologiadaorientaoaobjetoscompostapor trs princpios: encapsulamento, hereditariedade e polimorfismo (SCHILDT, 2002). O encapsulamento o mecanismo que rene os dados e os procedimentos para manipullos em um mesmo objeto, criando uma unidade de informao razoavelmente autnoma. Em um modelo de dados de produto, o encapsulamento poderia reunir vrios tipos complexos de dados que representam um prisma, por exemplo,juntamentecomasoperaespermitidassobreestesdados(comomodificar umadasdimensesocalcularovolume)emumnicoobjeto.Ahereditariedadea propriedadequepermiteorganizarhierarquicamenteosobjetosereutilizarestruturas dedadospreviamenteconstrudasatravsdasuaespecializao.Nodesenvolvimento23

deprodutos,essapropriedadepodefacilitaroprocessodederivaodecomponentes especializados a partir de formas bsicas (slidos geomtricos transformados em componentes metlicos, por exemplo). Apesar de terem propriedades extras, os componentes derivados mantm as propriedades herdadas das formas bsicas, para facilitaraediodocomponente.Finalmente,opolimorfismopermitequeumanica interfaceabstrataadapteseadiversassituaes,reduzindoonmerodeobjetosque precisam ser criados. H vrias situaes no desenvolvimento de produto onde essa caractersticatilumsimplesexemplopermitirquemltiplossistemasdemedida (mtrico e imperial, por exemplo) sejam utilizados sem que seja necessrio reprogramar o objeto. O polimorfismo tambm pode ser mais complexo, reconstruindototalmenteaformadeumobjetoquandooseucontextomodificado. 2.3.4STEP Atualmente, uma importante direo para a pesquisa sobre orientao a objetos no desenvolvimento de produtos a apresentao dos dados do produto atravs de um formato padronizado. Um dos maiores avanos nesse sentido a modelagem de dados baseada na norma ISSO 10303, tambm chamada STEP, acrnimo de Standard for the Exchange of Product Model Data (norma para transferncia dos dados do produto). O seu objetivo definir um formato neutro e interpretvel para os dados do produto, durante todo o seu ciclo de vida, independentedesistemasespecficos.ASTEPorganizadaempartes,osApplication Protocols(protocolos deaplicao),ouAPs,quedefinempadresparaestruturasde dados utilizadas por diferentes ramos da indstria. A norma tambm inclui uma linguagem formal para representao precisa e inequvoca dos dados do produto, chamadaEXPRESS(SCRASTEP,2006). As origens da STEP remontam a 1984, quando vrios organismos de normatizaonacionaisreuniramseparadesenvolverumanicanormainternacional derepresentaodemodelosdeprodutos,cujaprimeiraversofoipublicadasomente dezanosdepois.ASTEPfoiumdosavanosmaissignificativosemdireointegrao dos processos produtivos atravs dos modelos de produtos. A sua proposta de padronizar a transferncia de todos os dados relativos ao produto estava muito

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frente das demais normas de representao de dados, que ainda se concentravam apenas na transmisso da informao geomtrica (KRAUSE et al., 1993). Gielingh observa que a importncia de padronizaes como a STEP, chamadas Product Data Technologies(PDT),residenofatodenoexistiremaplicaesdeprojetoauxiliadopor computador que suportem todo o ciclo de vida de um produto. Ao contrrio, os empreendimentos modernos so consrcios de companhias em colaborao, e o desenvolvimentodeprodutosrealizadoemmuitasaplicaesdiferentes,cadauma atuandoemumescoporeduzido.Dessemodo,apenascomapadronizaodedados possibilitadapelasPDTpodeservivelautilizaodemodelosintegradosdeproduto (GIELINGH,2008). OsmodelosdedadosSTEPsodefinidosutilizandoalinguagemdedescriode metadadoschamadaEXPRESS,apresentadananormaISO1030311:1994.Adefinio dos modelos pode ser realizada textualmente ou graficamente, com a extenso EXPRESSG. A EXPRESS aplica o esquema semntico de representao de dados, baseado em entidades, atributos e relacionamentos, e tambm possibilita criar generalizaeserestriesparaosdados.FowleratentaparaofatodeaExpressser porvezesmalentendida,elembraque(FOWLER,1996): EXPRESS no uma metodologia ela pode ser utilizada em conjunto com vriasmetodologiasdedesenvolvimento; EXPRESS no uma linguagem de modelagem completa tipicamente um modelo de dados consiste na definio em Express complementada por definiesemlinguagemnaturaleemdiagramas; EXPRESS no uma linguagem de programao. No possvel compilar o modelodedadosdescrito,maselepodesermapeadopordiversaslinguagens deprogramao; OsconstructosutilizadosnadefiniodemodelosdedadosemEXPRESSsoo SCHEMA uma subdiviso funcional do modelo que permite a reutilizao de informaes entre modelos diferentes; o TYPE, que descreve tipos primitivos de dados, como inteiro, real, booleano, string, etc.; ENTITY, que representa as unidades bsicas de informao, que compem o schema; SUBTYPE, que estabelece relaes hierrquicas entre entidades diferentes; aggregations (SET, ARRAY, LIST, BAG), que

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determinam colees de tipos ou entidades; e tambm unidades algortmicas: FUNCTION,PROCEDUREeRULE,quesoutilizadasparaadicionarrestriesadicionais aomodelodedados(FOWLER,1996). ModelosdedadosSTEPsoconsideravelmentemaiseficientesnatransmisso deinformaesdeprojetosdoqueosmodelosdedadosutilizadosnosCADsbaseados em primitivos geomtricos. Bjrk, por exemplo, prope utilizlos para permitir a transferncia de informaes a respeito dos espaos, das fronteiras espaciais e das estruturas de fechamento dos edifcios, que so utilizadas em vrias aplicaes de projeto e simulao (BJRK, 1992). Isso no seria possvelsem um modelo de dados relacional, pois essas informaes se baseiam justamente no relacionamento entre elementos do edifcio. Outro exemplo a proposta de padronizao de Fenves, que utiliza a EXPRESS para definir um ncleo comum de informaes de projeto que viabilizeatrocadedadosentrevriossetoresdaindstria.Asentidadesbsicasdoseu modelo semntico de dados so objetos genricos capazes de descrever a forma e todaainformaocomplementarnecessriaparaconduzirasatividadesdoprojetode produtos(FENVES,2002). Yang e outros autores (2008), por outro lado, afirmam que muitas das pesquisas sobre a aplicao da STEP ainda so limitadas com relao ao principal objetivo da norma o uso do padro em um ambiente integrado. A maioria dos trabalhosapresentaamodelagemdeprodutosapenasemdeterminadosestgiosdo desenvolvimento, enquanto no modo de produo atual, altamente cooperativo, diferentes fbricas necessitam trocar informaes sobre vrios tipos de produtos, descritosemdiferentesmodelosdedados.Emdecorrnciadavariaoexistenteentre os diferentes modelos, trabalho adicional necessrio para a converso de dados, e em muitos casos essa converso no garante a integridade da informao. Dados faltantes ou corrompidos tem grande impacto em empreendimentos de cooperao industrial, motivo pelo qual devem ser adotados modelos genricos, capazes de descrevervriostiposdeprodutos.Osmodelosdeprodutosdesenvolvidosatento dosuporteaalgunsprocessosdafabricao,masnotemhabilidadeparasuportara totalidade do ciclo de vida dos produtos. Por isso, novas pesquisas so necessrias para desenvolver metodologias que permitam integrar efetivamente o26

desenvolvimento de produtos. A modelagem das caractersticas funcionais dos produtosdeveseintensificar,eissoexigirumaabordagemcadavezmaisabstratae em alto nvel para os modelos de dados. Tambm ser necessrio identificar meios paraqueocontedosemnticodosdadosdoprodutosejaarmazenadoetransmitido corretamente, para dar suporte a sistemas CAD mais inteligentes. Os processos de produo cada vez mais colaborativos e distribudos tambm demandaro pesquisas no campo da utilizao de tecnologias da Web para gerar e distribuir ambientes de desenvolvimento cooperativo de produto, e sobre a implementao da modelagem baseada na STEP para permitir a distribuio dos modelos entre os diferentes envolvidos.

2.4AmodelagemdeprodutoeocontextodasuaimplantaoA implementao da modelagem de produto de maneira efetiva requer o estudodasaplicaescomputacionaisqueseroutilizadasetambmdocontextono qual elas sero introduzidas. Esse contexto formado pela organizao operacional das empresas e pelo fluxo de informaes que ocorre entre as diferentes etapas do desenvolvimento de um produto, e determina os requisitos a serem atendidos pelas ferramentasdeinformaoutilizadas.Aorganizaooperacionaldefineosenvolvidos nasatividadeseassuasresponsabilidadesnageraoenocontroledainformao. essencialqueaferramentadeinformaoempregadaregistreessesdadosparaqueas responsabilidades possam ser constantemente rastreadas. O fluxo de informaes um resultado direto da organizao das operaes de produo: paracada atividade do desenvolvimento de produtos deve ser identificado o conjunto completo de informaes relacionadas semanticamente, que sero necessrias para as atividades subseqentes(GRABOWSKIeANDERL,1983). Krause e outros autores, em uma das mais influentes compilaes sobre a modelagem de produto, definem uma estrutura semelhante, porm com diferentes nomenclaturas: os dois aspectos bsicos a serem considerados pelas ferramentas de informao para a modelagem de produto so o modelo de produto em si, e as cadeiasdeprocessosprodutivosenvolvidasnasuafabricao.Omodelodoproduto um repositrio formado pela acumulao de toda a informao relevante sobre o

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produto,emumaestruturadedadosqueforneamtodosdeacessoadequados.Para auxiliarefetivamentenosprocessosdeproduo,omodelodoprodutodevesermais do que uma representao esttica do produto acabado. Ele deve conter tanto os resultados ltimos como os intermedirios, para que a seqncia de tomada de decises que produziu a verso final do produto possa ser rastreada e analisada, permitindo que sejam aplicadas melhorias ao processo de produo. A informao armazenada no modelo de produto provm das cadeias de processos produtivos (process chains), que compreendem todas as atividades tcnicas e gerenciais necessriasparatransformarasidiasiniciaisemprodutosfinais,durantetodoociclo devidadoproduto.Umavezquetodaainformaogeradaemdeterminadaetapado ciclo de vida ser utilizada em outra, a sua transmisso eficiente essencial para o gerenciamentodacadeia,equaisquerprocessosdetraduooumudanadeformato deveriam ser evitados, j que eles sempre trazem o risco de perda de parte do significadooumesmoocorrnciadeerros(KRAUSEetal.,1993). Mesmo um gerenciamento adequado de uma cadeia de processos perfeitamente ajustada pode no ser suficiente para garantir a competitividade de algumas empresas. Para as mdias pequenas companhias, por exemplo, empregar recursos externos para alguns dos processos de produo mais econmico e eficientedoquerealizlosinternamente.Odesenvolvimentodistribudodeprodutos cada vez mais empregado nestes casos e, idealmente, a modelagem de produto deveria oferecer no mnimo dois graus de integrao da informao nessa situao: entre as etapas de desenvolvimento realizadas dentro da organizao, e entre os sistemas da organizao e os sistemas utilizados por parceiros de desenvolvimento. Como qualquer ocorrncia de converso de dados na transmisso de informaes nessesdoisnveisdeintegraoindesejvel,omodelodoprodutodeveadaptarsea vriossistemasdiferentes(YANGetal.,2008). Alm de abranger uma vasta rede de interrelacionamentos entre as mais variadas tarefas tcnicas, o desenvolvimento de produtos tambm determinado pelosfatoreshumano,organizacional,asestratgiasdefinidaspelasempresasparaos produtoseastecnologiasqueestodisponveis.Deixardeconsiderarqualquerdestes fatoresduranteaimplementaodamodelagemresultaemuminvestimentoquegera28

baixoretornoouatprejuzo.Aimplementaoeficientedamodelagemdeproduto depende, por exemplo, da educao dos profissionais envolvidos: direcionar a sua formao e investir em pesquisa bsica essencial, pois somente projetistas que compreendam as reais potencialidades e limitaes da modelagem podero desenvolverprodutosdemaneiraeficiente(KRAUSEetal.,1993).Aquestodofator humano continua sendo importante tema de pesquisa relacionada modelagem de produto,comosepodeverificarnoestudorealizadoporNilssoneFagerstrm(2006), onde ressaltam a importncia da considerao cuidadosa dos diversos envolvidos (stakeholders) e as suas diferentes necessidades por informao durante o desenvolvimentodoproduto. Lars Hvam props uma abordagem para a implementao da modelagem de produtobaseadanateoriadossistemas,ondeosprocessosqueconstituemascadeias produtivas so considerados como as atividades de um sistema, que nesse caso o desenvolvimento do produto. Na primeira etapa so analisadas as diferentes tarefas do sistema, o que servir de base para determinar o grau timo de suporte das tecnologias de informao aplicadas. Essas anlises enfocam trs grupos de informao: a estratgia da companhia, o benefcio econmico que pode ser potencialmenteobtidopelaimplementaodamodelagemdeprodutoemcadauma dasatividades,efinalmenteasquestesderepresentaodedadoseestruturaodo conhecimento sobre o produto. O resultado dessa fase fornece ao sistema de planejamentodosprocessosprodutivostodasasinformaesnecessriasparaquese obtenhaumaproduootimizada.Apsconcludasessasanlises,iniciadaasegunda etapa de implementao da modelagem, na qual so definidos os contedos e a estrutura dos sistemas de informao que daro suporte ao desenvolvimento do produto(HVAM,2001).

2.5PerspectivasparaamodelagemdeprodutoA modelagem de produto no foi adotada em massa por todos os setores e atividadesindustriais,mascontinuasendoumatecnologiachavenodesenvolvimento eficaz de produtos, e essencial para as estratgias de competitividade das corporaes. Documentos em papel continuam a ser substitudos por documentos

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eletrnicos,eestescontinuamasersubstitudospormodelosdeprodutos.Aindano foram desenvolvidas aplicaes que dem suporte a todo o ciclo de vida de um produto, e provvel que esse nem seja um objetivo atualmente, visto que o desenvolvimento de produtos um processo cada vez mais distribudo entre consrciosdeorganizaesemcooperao.Nestesentido,considerarapossibilidade de transmisso de informaes entre os processos e entre diferentes aplicaes determinante para o desenvolvimento eficiente de produtos (GIELINGH, 2008), e o principalveculoparaatransmissocompletaeinequvocadessainformaoaindao modelodeproduto(YANGetal.,2008).

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3ModelagemdeProdutonaIndstriadaConstruoSeveralorganizationsaredevelopingcomputerprogramscapableofdescribingbuildingsatadetail allowingdesignandconstruction.Theseprograms,consistingofalargedatabase,routinesfor manipulation,analysisanddocumentpreparation,havethepotentialofreplacingdrawingsas constructioncontractdocuments.CharlesEastman,1976.

A

sequnciadeatividadesrealizadasduranteoprojetoeaconstruodeedifcios pode ser considerada um processo de desenvolvimento de produtos. Podem

existir vrios produtos intermedirios durante o processo, na forma de entregas de projetos, mas o que mais interessa modelagem de produto na construo o produtoqueatendeaoclientefinalaedificaoconcluda.Definiraconstruocomo desenvolvimento de produtos permite introduzir na indstria vrias das prticas j desenvolvidasparaaumentaraeficincianaproduodaindstriademanufatura.Os contextos das duas indstrias, porm, divergem largamente, e compreendlos essencial para que essa transferncia seja bem sucedida. Projetos na indstria da construo so geralmente desenvolvidos por equipes fragmentadas, com pouca considerao das necessidades do cliente, e os produtos entregues normalmente estoacimadooramentoedoprazodefinidos.Almdisso,oprojetodeumproduto na indstria da manufatura d origem a vrias unidades indistintas, fabricadas em srie, enquanto na construo o desenvolvimento de produto origina apenas uma unidade(TZORTZOPOULOS,2004). Outra especificidade da indstria da construo a destinao principal dos investimentos. Podese classificar as tipologias produtivas em trs grupos: as que concentraminvestimentosnodesenvolvimentodenovosprodutos,asqueconcentram investimentos no desenvolvimento de melhores processos de produo, e as que concentram investimentos na manuteno de recursos (pessoas ou equipamentos) que o caso da indstria da construo. Por investir pouco em desenvolvimento de produtos e processos de fabricao, a indstria da construo no se beneficia dos avanos nas tcnicas de gesto da produo tanto quanto outros setores industriais, em especial o de manufatura. Alm disso, enquanto outros setores concentram31

grandes quantidades de investimento antes mesmo de qualquer comercializao, a indstria da construo essencialmente dependente da contratao formal do servio,oqueemgerallimitaacapacidadedeescolhaedeterminaodeestratgias prpriasdasempresas(WORTMANN,1992). A construo demanda ferramentas de informao adequadas ao desenvolvimento oneofakind, no qual situaes diferenciadas e imprevisveis invariavelmente emergem a cada projeto. Os requisitos para as ferramentas so decorrncia da necessidade de fabricao de produtos nicos, atravs de processos nicos, por um grupo de parceiros configurado unicamente para um projeto especfico. Esta situao no favorvel ao desenvolvimento de sistemas de informao,porqueemgeralosdesenvolvedoresprocuramporprocedimentosquese repitam, e estruturam as aplicaes a partir de algoritmos que respondem a eles. Associada a esta condio desfavorvel, existe a resistncia adoo de tecnologias porpartedosatoresdaindstriadaconstruo.SegundoTurk,emprojetostpicosna construo,colaboramparceiroscomdiferentesnveisdeproficinciaemtecnologias de informao, e normalmente o denominador comum nvel menor. A mdia de domniodastecnologiasdeinformaoporequipesnosetordaconstruotambm considerada mais baixa do que em outros setores da indstria. A construo um ambiente ruim para a transferncia de tecnologia, por ser comparativamente mais conservadora,compoucainovaonocorpocentraldeconhecimentostcnicos,eno incentivar a educao continuada como prtica comum. Finalmente, os profissionais da construo particularmente os projetistas e consultores trabalham em vrios projetos simultaneamente, e a introduo de uma nova tecnologia por um determinado projeto gera a necessidade de trabalharem com dois tipos de ferramentasaomesmotempo(TURK,2006). NascimentoeSantosclassificamemquatrogruposasbarreirasparaousoda tecnologia da informao na construo civil. Aspectos profissionais estariam no primeiro grupo: profissionais contratados com menos exigncias, metodologias de trabalho diferentes, gerentes pouco capacitados, modo de trabalho individual e resistnciaamudanas.Nosegundogrupo,barreirasligadasaosprocessosgerenciais: operaesquenoseutilizamdastecnologiasmaisrecentes,faltadepadronizaona32

comunicao e mtodos de gesto ultrapassados. Um terceiro grupo formado por barreirasligadassempresaseculturacorporativa:baixoinvestimentoemTI,falta de confiana nos resultados obtidos pela TI e falta de treinamento em tecnologias. Finalmente,umquartogrupodebarreiras,diretamenteligadasaosprpriosaspectos tecnolgicos: segurana dos dados contra intruses e violaes, conexes de baixa velocidade, custos de aquisio e manuteno dos equipamentos (NASCIMENTO e SANTOS,2002). Como consequncia das suas caractersticas diferenciadas e da resistncia adoo de tecnologias de informao, a indstria da construo considerada tecnologicamente atrasada em relao aos demais setores, com baixos ndices de produtividade mesmo em pases industrializados (LAM et al., 2005; BDARD, 2006). PesquisasrealizadasporWangeoutrosautoresrevelaramqueoatrasodosprocessos de execuo de obras em decorrncia de falhas na documentao do projeto consideradofatocomumparaaindstriadaconstruobritnica.Umterodasobras daquele pas sofrem atrasos ou excedem os oramentos iniciais em virtude de informaesincorretascontidasnosdesenhosedocumentos(WANGetal.,2006). No Brasil, os mtodos empregados na construo de edificaes mostramse tecnologicamente defasados mesmo em comparao com outros setores da prpria indstria da construo, como a construo de obras de infraestrutura (NOVAES, 1996). A defasagem tecnolgica do processo construtivo resulta em maiores custos, desperdciodemateriais,baixaprodutividadeeprodutosdemqualidade(MELHADO e AQUINO, 2001). Souza, estudando os processos empregados por empresas de construo,constataquedeterminadasfasesdaexecuodaobra,comoasalvenarias devedao,podemapresentarumndicededesperdciodemateriaisdeat40%.O autor defende que projetos com mais qualidade podem racionalizar o consumo de materiais,reduzindoaextraodematriasprimas(SOUZA,2005). Wortmann(1992)observouqueamaioriadosaspectoscobertospelasteorias de gesto da produo aplicavamse somente fabricao em srie de produtos annimos.Segundoele,ossistemasdeinformaoutilizadosnessetipodefabricao geralmenteassumemqueainformaocompletasobreoprodutoumprrequisito

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para o incio da fase de produo. A gesto da fase de produo, por sua vez, consideradaapenasumaquestodetomardecisesracionaisbaseadasemrelatrios de acompanhamento e totalizao. Na produo de artefatos nicos, entretanto, a informao completa, quando existe, fica disponvel apenas na concluso do empreendimento, e a gesto da produo deve motivar os profissionais envolvidos para que atuemcooperativamente, compensando esta desvantagem.Os sistemas de informao para o desenvolvimento de produtos nicos devem considerar esse aspecto,eproporcionarmeiosparaarpidaatualizaodainformaoentretodosos envolvidos quandoocorremsolicitaesporpartedosclientes.EastmaneKutay,em consideraosobreestruturasdedadosparasistemasCADnaindstriadaconstruo, fazemamesmaobservaosobreocarterinerentementeincompletodainformao doprojetodeedifcios(EASTMANeKUTAY,1989). Outracaractersticadaproduonaindstriadaconstruoacomplexidade do produto. Edificaes so compostas por milhares de partes distintas, que podem ser organizadas em vrias composies, dependendo da funo e dos processos construtivos.Porisso,comumhaverpequenasdiferenasmesmoentreinstnciasde uma parte que utilizada repetidamente. Todas essas partes devem ser modeladas paraqueaintegridadedainformaosejamantida,assimcomoocorreemprodutos de manufatura. Porm um projeto de edificao tipicamente concentrase na integraoentrediferentessistemasecomposies,enquantono desenhoindustrial eleconcentrasenaotimizaodecomponentesindividuaisparaaproduoemsrie. Emboraosconceitoscentraissejamosmesmos,asfuncionalidadeseinterfacesdeum sistema para modelagem de edifcios so muito diferentes dos utilizados na manufatura. Por exemplo, mesmo que a modelagem de slidos possa permitir a definiointuitivaeprecisadaformadeumapeamecnica,nobviocomoessa funcionalidade deveria ser empregada no projeto de edifcios, que envolvem composiesdegrandenmerodepartes.Revisaremodificarummodelocomposto por slidos geomtricos representando partes detalhadas individualmente pode ser uma atividade mais demorada e sujeita a erros do que fazlo usando desenhos em papel(SACKSetal.,2004).Issopodeserilustradopelorecentetrabalhoapresentado por Marcos e outros autores (2007), no qual so avaliadas as condies de

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acessibilidade em uma habitao utilizando o software CATIA. As funcionalidades de identificao de conflitos espaciais e visualizao tridimensional oferecidas pelo programa foram teis na verificao da adequao do produto e produziram uma anliseadequada,masacriaoeamodificaodomodeloutilizadoparaasimulao foram dificultadas porque o CATIA no oferece funcionalidades necessrias para operaescomunsnoprojetodeedifcios,comomoverjanelaseportasouvisualizaro edifcioemplanta. Como resultado dessas especificidades, surgiu um ramo da informtica especializado na criao de aplicaes para a indstria da construo. Turk (2006b) props a definio formal do corpo de conhecimentos que durante os anos foi conhecidocomoconstructioninformatics,computingincivilengineering,construction information technology ou ainda information and communication technology in construction e outros nomes. O autor define a informtica na construo como um ramocientficocomumanfaseprpriasobreasteoriasdeinformaoecomputao, orientadoparaasoluodosproblemasespecficosoriundosdosprocessosdeprojeto econstruodeedifcios,situadoentreapesquisacientficaeasoluodeproblemas deengenharia.

3.1OrigensdamodelagemdeprodutonaindstriadaconstruoA idia da modelagem de produto na indstria da construo quase to antigaquantoosprimeirossistemasCADdesenvolvidospelogrupodeDouglasRossno MIT,noinciodadcadade1960.Vriosdosconceitosfundamentaisdaaplicaoda modelagemnodesenvolvimentodeprodutosnaconstruoforamapresentadosainda durante a dcada de 1970. Gingerich, em 1973, observou que os programas de necessidades, sistemas e materiais utilizados nos edifcios estavam evoluindo muito rapidamente, e que a coordenao do projeto tornavase cada vez mais complexa. Uma resposta a essa situao seria o uso de abordagens mais eficientes para o computador, que integrassem as tarefas que at ento eram executadas por aplicaes isoladas. Ele apresentou um prottipo de um sistema para a fase de definio da volumetria no projeto arquitetnico, baseado em duas interfaces: uma bidimensional,ondeoselementosdoprojeto eraminseridos,eoutratridimensional,

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onde poderiam ser visualizados e modificados. As interfaces eram integradas e atualizavamse automaticamente aps as modificaes no projeto. Uma terceira interfacefoiprevistapeloautor,quepermitiriadetalharoprojetoinserindomateriais, acessrios,portas,janelasesistemasestruturais(GINGERICH,1973). A ento nascente tecnologia de bancos de dados foi por muito tempo indispensvel para o desenvolvimento de sistemas de modelagem de edifcios, pois ofereciaapossibilidadedeestruturardadosmaisadequadamente,erecuperlosmais rapidamente do que com a utilizao de arquivos sequenciais. Em 1975, Charles EastmancunhouaexpressoBuildingDescriptionSystem(BDS)paradesignarosCADs que se baseavam no em desenhos, mas sim em estruturas de dados contendo informao geomtrica associada a atributos diversos, capazes de representar mais adequadamenteoselementosdeumprojeto.BDSsforamdefinidospeloautorcomo grandes sistemas de informao, com rotinas para entrada, manuteno de dados, processamento de anlises diversas e gerao automtica de relatrios. Desenhos tcnicos,comoosnecessriosparaaconstruodoedifcio,eramapenasmaisumtipo de relatrio, descrito graficamente. Eastman props que essa forma de representar edificaes poderia tornarse a principal documentao utilizada na indstria da construo(EASTMAN,1976). Osmodelosutilizadosnestessistemasprecisariamsercompletosecoerentes, representando tanto os elementos do edifcio como os seus arranjos. Dada uma completa representao tridimensional do artefato sendo projetado, o projetista poderia ter certeza de que todas as projees bidimensionais geradas a partir dela seriam consistentes. As informaes sobre a forma dos objetos poderiam ser integradascominformaesfuncionaisededesempenho,entoaplicaespoderiam acessar e manipular os dois tipos de dado, sem tradues manuais que so costumeirasquandoseutilizaosdesenhos.Aplicaesutilizandomodelosdeedifcios poderiamfazerverificaesdeconformidade,avaliaroprojetoestrutural,trmicoou de outras propriedades, estimar custos ou adicionar detalhes padronizados. Outras aplicaespoderiamgerarvisualizaes,projetosparaconstruoecontrolenumrico para produo de peas. Muitas outras aplicaes poderiam ser imaginadas para os maisdiferentessegmentosdoprojeto(EASTMANeHENRION,1977).36

Apesar das vantagens tericas e de apresentaes ocasionais de sistemas prototpicos, a modelagem de produto foi ainda menos adotada na indstria da construo do que fora registrado em outros setores da indstria. Kalay, em 1985, observa que o rpido desenvolvimento tecnolgico havia gerado uma crena na possibilidade de aumento de produtividade e economia de recursos pelo uso do computador. Como a produo de edifcios cada vez mais complexos envolvia uma quantidadecrescentederecursosfsicoseinformaes,imaginousequeosprocessos da indstria da construo deveriam seguir a mesma tendncia de integrao e automao observada na indstria da manufatura. Entretanto, mesmo sendo desenvolvidos havia duas dcadas, os sistemas CAD permaneciam gerando um impacto apenas marginal no processo de projeto de edificaes. Na engenharia eltrica,umdosprincipaiscamposdedesenvolvimentodoCADnosprimeirosanosda tecnologia, a adoo e a influncia fora imediata: permitiu que os projetistas aumentassem a complexidade dos circuitos integrados em vrias vezes, reduzindo significativamente o tempo de desenvolvimento. Para Kalay, a falha do CAD em melhorar as prticas de projeto de edificaes e os seus produtos era resultado principalmentedopapeldadoaoscomputadoresnoprocessodeprojeto:maisde90% dos sistemas instalados ao redor do mundo, at ento, eram utilizados apenas para desenho(drafting).Paraele,digitalizardesenhosnoeranecessariamenteumaetapa essencial no progresso de um produto da concepo produo, mas apenas uma forma de comunicao do resultado esperado para uma etapa. Para que os computadoresfossemempregadosdemaneiramaisefetivanoprocessodeprojetode edificaes, a sua capacidade deveria ser desenvolvida da mera descrio de informaes geomtricas para a simulao de decises de projeto. Era necessrio incluirosignificadotcnicodoselementosdoprojetoeapoiaroprocessodeanlise dasdecisesprojetuaisatravsdeumconjuntoderegraseprocedimentosquefossem capazes de extrair informao relevante do modelo. Deveria ser possvel inferir informaes que no fossem explicitamente modeladas, e tambm selecionar aes quemodificassemomodelodamaneiradesejada(KALAY,1985b). Em uma concisa reviso sobre o desenvolvimento do CAD na indstria da

construo durante a dcada de 1980, Eastman relata queos objetivos originais que

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justificaram a tecnologia continuavam longe de ser implementados na prtica. A dcada de 1980 observou a popularizao do Personal Computer, o PC, em substituio aos minicomputadores utilizados na dcada anterior para o desenvolvimento de vrios sistemas experimentais e comerciais. Tambm foi nesta dcadaqueomodelodedadosproprietriodaAutodesk,oDXF,tornouseaformato mais utilizado para a troca de informaes na indstria (KALAY, 1985b). Embora em teoriaonveltecnolgicodacomputaojpossibilitasseaimplementaodevrias das propostas iniciais do CAD para projeto de edificaes, o desenvolvimento de edifcios no computador continuava centrado em desenhos. Alm disso, Eastman observa que a maioria dos escritrios que haviam adotado o CAD o fizeram primeiramente por presso dos clientes, que procuravam por empresas que transmitissem uma imagem de modernidade. Mesmo o benefcio da agilizao de tarefas repetitivas proporcionado pela digitalizao dos desenhos era considerado apenas em segundo plano. De modo geral, a grande falha na implementao do computador no processo de desenvolvimento de produtos na construo continuava sendoarestritautilizaodoconceitodemodelagemdeproduto(EASTMAN,1989). CADs comerciais para modelagem de edifcios foram disponibilizados j no inciodadcadade1980.EssafoiamesmapocadosurgimentodosCADscomerciais dedesenho.AlgunstextosrecentessugeremqueasversescomerciaisdosCADsde modelagem, atualmente conhecidos como BIM CADs evoluram a partir dos CADs comerciais de desenho. Tse e outros autores (2005), porm, afirmam o contrrio: a primeiraversodoAllplan,daalemNemetschek,datade1980(NEMETSCHEK,2008) e a empresa hngara Graphisoft lanou em 1984 o Radar CH, que na sua segunda verso (em 1986), passaria a chamarse ArchiCAD (GRAPHISOFT, 2008a). Ambos estavam bastante a frente do seu tempo, considerando que a primeira verso do Autocadde1983eadoMicroStationdatade1984.Nohouve,portanto,relaode evoluo entre os softwares. A representao de edifcios por modelagem e a representao por desenhos foram duas abordagens diferentes adotadas pelas empresas desenvolvedoras desde o incio da disseminao dos CADs comerciais. Porm,apropostadamodelagemdeedifciosestavamuitodistantedacapacidadede hardwaredisponvelnoscomputadoresdapoca,eosCADsbaseadosemprimitivos

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geomtricosearepresentaodoedifciopormeiodedesenhosacabaramportornar seopadroparaousodocomputadornaindstriadaconstruo(TSEetal.,2005). No incio da dcada de 1990, CADs de modelagem de edifcios j eram

comercialmentedisponveishdezanos.OArchiCAD,porexemplo,estavanaquarta verso e a sua interface de modelagem de edifcios e gerao automtica de documentaojeraperfeitamentereconhecvelparaosusuriosatuais(VRTESI et al.,1991).Amodelagemdeedifciosficoudisponvelparaopblicogeralinicialmente nos sistemas Macintosh, e para o projeto de pequenas construes. Essa situao comeariaamudarcomaexignciapormaiorqualidadeeprocessos maiseficientes naindstriadaconstruo,quefezressurgirointeressepelamodelagemdeproduto. Eastman atentou ento para o fato das idias estarem sendo redescobertas ou at reinventadas,equemuitodoinsucessodaaplicaodatecnologiadesdeadcadade 1970eraresultadodafaltadecompreensodosseusobjetivosepotencialidadespara aindstriadaconstruo(EASTMAN,1992). 3.1.1BIM Atualmente, o novo nome da proposta de modelagem de produto na

construoBIM,acrnimodeBuildingInformationModeling(IBRAHIMetal.,2003). OtermoBIMfoicriadopelaempresaamericanaAutodeskemmeadosdosanos1990 parapromoveroseunovoCAD,oRevit.Aidiaerareuniremumnicoconceito(de marketing, inclusive) o conjunto de funcionalidades integradas oferecidas pelo novo produto. Em essncia, o Revit um CAD de modelagem de edifcios, assim como ArchiCADeAllplanjerammaisdedezanosantes.PormotermoBIMmostrouter umforteapelocomercial,elogofoiadotadopelasdemaisfabricantescomoestratgia de mercado para divulgar os seus prprios CADs de modelagem de edifcios. Definir BIMcomoumtipodesoftware,porm,reduzmuitooseusignificado,quederivado dalongatradiodeutilizaodocomputadorcomosuporteaoprojeto,apresentada nositensanteriores.Nestetrabalho,otermoBIMutilizadonosentidopropostopor Eastmaneoutrosautores(EASTMANetal.,2008),quenaverdadeumacompilao dos princpios da modelagem de produto na construo, desenvolvidos a partir da dcadade1970.

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Seja a modelagem de produto na construo chamada BIM, prototipao de

edifcio, modelagem de edifcio, construo virtual ou qualquer outro nome, atualmente considerada um catalisador para a adoo das prticas integradas de projeto. A sua utilizao tem demonstrado significativas vantagens sobre processos tradicionais,mesmoemsituaesdeintegraolimitada(porexemplo,apenasentreo projeto arquitetnico e o estrutural). No futuro, esperase que uma integrao mais ampla d origem a novas oportunidades de negcios e melhore a produtividade da indstria da construo, que sabidamente inferior aos outros setores da indstria. Contratantes e profissionais do setor apenas comearam a compreender as novas possibilidadesoferecidas(NIBS,2007).

3.2EscopodaBIM Na indstria da manufatura, a modelagem de produtos surgiu para integrar a

informaoemtodososprocessos dociclodevidadeumproduto.O seucampode estudo,portanto,abrangetudoqueestrelacionadocomqualqueratividadeentrea concepoeadisposiofinaldoproduto.Domesmomodo,aBIMabarcaumamplo espectro de conceitos, atividades, tcnicas, ferramentas e atores, reunidos em relacionamentoscomplexosedistribudosportodasasatividadesinerentesindstria da construo. Estudos sobre a BIM podem i