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O papel do engenheiro de materiais no projeto de engenharia

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• Inicialmente eram utilizados somente materiais naturais: pedra, madeira, argila, peles e ossos.

PERSPECTIVA HISTÓRICA

Artefatos neolíticos utilizados por volta de 3000AC. (a) “Broca”feita de pedra sílex (b) Martelo feito de pedra (c) Agulha de costura feita de osso.

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PERSPECTIVA HISTÓRICA

• As opções de escolha de materiais eram muito reduzidas (madeira,pedra e osso). Havia, entretanto, a possibilidade de escolher entre madeiras duras e moles, entre pedras mais duras e frágeis que seapresentavam afiadas quando quebradas ou mais moles e mais facilmente trabalháveis.

• Embora o aprendizado na época do homem pré-histórico fosse empírico, o acúmulo da experiência e o conhecimento do comportamento dos materiais tornou-se muito valorizado.

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Lâmina de faca espatulada, em cobre arsenical.

• Com a descoberta de novos materiais, como o cobre e o ferro, a habilidade de selecionar materias apropriados para determinadas aplicações passou a ser considerada quase mística.

• Esse conhecimento era passado de pai para filho até meados do século 19.

• Nesta época os ferreiros (blacksmith) começaram a substituir os alquimistas e se tornaram os detentores de conhecimentos referentes à seleção e fabricação de materiais.

• A atividade passou a ser muito bem valorizada socialmente

PERSPECTIVA HISTÓRICA

POLI-USPPERSPECTIVA HISTÓRICA

• Descobrimento de técnicas para a produção de materiais: porcelana, alguns metais.

• Descobrimento de processos que permitiram modificar as propriedades dos materiais: mistura de diferentes materiais, tratamento térmico e termomecânico.

• Há aproximadamente 60 anos se iniciou o estudo sistemático da relação estrutura-propriedades.

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PERSPECTIVA HISTÓRICA

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Processos de seleção de materiais

Variam desde uma simples Variam desde uma simples rere--especificação de um especificação de um material normalmente material normalmente utilizado em uma utilizado em uma determinada aplicação até determinada aplicação até a utilização de métodos a utilização de métodos sofisticados como o de sofisticados como o de simulação e modelação simulação e modelação por elementos finitos, para por elementos finitos, para determinar as solicitações determinar as solicitações a que o componente será a que o componente será submetido durante uso submetido durante uso para poder especificar um para poder especificar um “novo material” com boa “novo material” com boa combinação de combinação de propriedades mecânicas, propriedades mecânicas, facilidade de produção, facilidade de produção, baixo custo, etc..baixo custo, etc..

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•• Hoje em dia os especialistas em seleção de materiais são Hoje em dia os especialistas em seleção de materiais são engenheiros de materiais ou engenheiros metalurgistas.engenheiros de materiais ou engenheiros metalurgistas.

•• Existem, entretanto, muitas outras modalidades de engenharia Existem, entretanto, muitas outras modalidades de engenharia envolvidas no projeto de dispositivos, máquinas e equipamentos.envolvidas no projeto de dispositivos, máquinas e equipamentos.

•• É preciso desenvolver relações mais próximas de trabalho entre oÉ preciso desenvolver relações mais próximas de trabalho entre os s engenheiros que projetam componentes e aqueles que indicam ao engenheiros que projetam componentes e aqueles que indicam ao projetista a melhor seleção do material para a fabricação.projetista a melhor seleção do material para a fabricação.

•• Integração entre seleção de material, processo de fabricação, prIntegração entre seleção de material, processo de fabricação, projeto, ojeto, custo, disponibilidade, reciclabilidade e desempenho é indispenscusto, disponibilidade, reciclabilidade e desempenho é indispensável.ável.

•• As equipes de profissionais com formação multidisciplinar As equipes de profissionais com formação multidisciplinar fequentemente se baseiam em conhecimentos que somente os fequentemente se baseiam em conhecimentos que somente os engenheiros de materiais possuem a respeito das propriedades muiengenheiros de materiais possuem a respeito das propriedades muitas tas vezes conflitantes dos materias a serem utilizados.vezes conflitantes dos materias a serem utilizados.

Desenvolvimento Integrado de Produto

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•• O entendimento das relações existentes entre Processos de O entendimento das relações existentes entre Processos de Fabricação, Condicionamento da Microestrutura, Propriedades e Fabricação, Condicionamento da Microestrutura, Propriedades e Desempenho do Produto é parte essencial da seleção de materiais.Desempenho do Produto é parte essencial da seleção de materiais.

Desenvolvimento Integrado de Produto

Processamento

Microestrutura

Propriedades

Desempenho

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•• Existe um número muito grande de fontes de informação a Existe um número muito grande de fontes de informação a respeito de materiais, mas poucas fontes levam em conta as respeito de materiais, mas poucas fontes levam em conta as diferenças inerentes entre os recursos de manufatura existentes.diferenças inerentes entre os recursos de manufatura existentes.

•• É o engenheiro de materiais, que tem familiriadade com os É o engenheiro de materiais, que tem familiriadade com os processos de fabricação e de como esses processos afetam as processos de fabricação e de como esses processos afetam as propriedades finais, quem lidera a “tradução” dos dados propriedades finais, quem lidera a “tradução” dos dados constantes de manuais e bases de dados em desempenho de constantes de manuais e bases de dados em desempenho de um determinado produto. um determinado produto.

•• A fabricação de um protótipo por usinagem de um bloco metálico A fabricação de um protótipo por usinagem de um bloco metálico laminado ou forjado, permite obter uma peça com geometria laminado ou forjado, permite obter uma peça com geometria idêntica à da peça a ser fabricada e servirá para testes de idêntica à da peça a ser fabricada e servirá para testes de funcionalidade geométrica, ajuste no conjunto e determinação de funcionalidade geométrica, ajuste no conjunto e determinação de cargas de trabalho. cargas de trabalho.

•• O protótipo não permitirá determinara vida em fadiga, a O protótipo não permitirá determinara vida em fadiga, a tenacidade à fratura nem outras propriedades dependentes do tenacidade à fratura nem outras propriedades dependentes do meio ambiente.meio ambiente.

•• Existem técnicas de prototipagem rápida que permitem fabricar Existem técnicas de prototipagem rápida que permitem fabricar um protótipo com as mesmas características estruturais do um protótipo com as mesmas características estruturais do componente, p.e. por usinagem de poliestireno expandido no componente, p.e. por usinagem de poliestireno expandido no formato da peça, para ser usado como modelo para fundição formato da peça, para ser usado como modelo para fundição pelo processo de fundição de espuma perdida.pelo processo de fundição de espuma perdida.

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Modelação e simulação de processos de Modelação e simulação de processos de fabricaçãofabricação

Sistema de enchimento pressurizadoSistema de enchimento pressurizado

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Modelação e simulação de processos de Modelação e simulação de processos de fabricaçãofabricação

Sistema de enchimento sem pressurizaçãoSistema de enchimento sem pressurização

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Diferentes áreas de especialidades Diferentes áreas de especialidades envolvidas na definição de materiais, envolvidas na definição de materiais, processos de fabricação, métodos processos de fabricação, métodos de manufatura, para fabricação de de manufatura, para fabricação de peças a um custo baixo e de boa peças a um custo baixo e de boa qualidade.qualidade.

Desenvolvimento Integrado de Produto

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POLI-USPUma breve visão das técnicas de projeto

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Projeto de engenharia como parte do processo de realização de um produto

•• Projeto para fabricar um Projeto para fabricar um produto parte de uma produto parte de uma necessidade vaganecessidade vaga do do departamento de departamento de marketing com o objetivo marketing com o objetivo final de manufaturar um final de manufaturar um produto ou equipamento produto ou equipamento acessível, com acessível, com desempenho adequado e desempenho adequado e que gere lucro para a que gere lucro para a empresa.empresa.

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Do marketing para os requisitos de engenharia

• Tradução de uma proposta do marketing para a engenharia:– PROJETO INDUSTRIAL: descrição funcional,

que pode ter conceito visual de um produto (novo ou reformulado).

– PROJETO DE ENGENHARIA: especificações que o produto deverá ter em duas categorias:

• Utilização: antecipação de usos principais, maususos, usos secundários, que o produto deverá ter.

• Requisitos funcionais: metas qualitativas ou quantitativas, limites de desempenho, questões ambientais, processos de fabricação, tecnologia disponível, estética, tempo de fabricação, custo.

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Estágios do projeto

• Projetar é trabalhar com informação.• Estágios de um projeto:

1. O conceito de marketing do produto.2. O conceito de engenharia.3. O projeto de configuração por partes.4. O projeto paramétrico.

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O projeto paramétrico.

O conceito de marketing do produto.

O conceito de engenharia.

O projeto de configuração por partes.

Ferramentas empregadas da concepção até o produto final

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Processo de interação guiada

• Empregado nas etapas 2 a 4 como metodologia para resolução de problemas.

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Etapas do processo de interação guiada

• Geração de alternativas: número elevado de alternativas.– Cultura da empresa– Melhor solução– Escolha errada: gasto de tempo e dinheiro.

• Avaliação das alternativas: etapa crucial no processo.– Ter um projeto ou ter um projeto competitivo.– Avaliação:

• Funcionabilidade.• Projeto de Manufatura (DFM).• Projeto de Montagem (DFA).• Custo.• Confiabilidade (Reliability).• Projeto Robusto: variações nas condições de produção não afetando

o produto final.• Re-projeto guiado:

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Processo de interação guiada para as etapas 2, 3 e 4 do projeto.

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Técnicas empregadas para atingir as metas necessárias

• DIVERSAS TÉCNICAS:

– Equipes multidisciplinares de projeto (Cross functionaldesign teams)

– Engenharia Simultânea (Concurrent engineering): informação durante o projeto, a produçaõ e a vida do componente ou equipamento.

– Criatividade no projeto (Creative concept development).– Benchmarking.– Projeto Robusto.– Projeto para o consumidor (Quality function deployment).– Protótipos.

POLI-USPBenchmarking é um processo contínuo de comparação dos produtos, serviços e práticas empresarias entre os mais fortes concorrentes ou empresas reconhecidas como líderes. É um processo de pesquisa que permite realizar comparações de processos e práticas "companhia-a-companhia" para identificar o melhor do melhor e alcançar um nível de superioridade ou vantagem competitiva.

mais um modismo da administraçãouma ferramenta viável a qualquer organização e aplicável a qualquer processo

rápido e fácilum trabalho intensivo, consumidor de tempo, que requer disciplina

cópia, imitaçãoum processo de aprendizado com outros

uma investigação que fornece respostas simples e "receitas"

uma investigação que fornece informações valiosas

um evento isoladoum processo contínuoBenchmarking não é...Benchmarking é...

Benchmarking

POLI-USPQFD - QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT (Quality Function Deployment)Pode ser definido como uma forma de comunicar sistematicamente informação relacionada com a qualidade e de explicitar ordenadamente trabalho relacionado com a obtenção da qualidade; tem como objetivo alcançar o enfoque da garantia da qualidade durante o desenvolvimento de produto e é sub-dividido em Desdobramento da Qualidade (QD) e Desdobramento da Função de Qualidade (no sentido restrito) (QFDr). O método QFD visa aperfeiçoar e desenvolver novos produtos e auxiliar na reestruturação do sistema de qualidade da empresa. Mediante o QFD, equipes multi-disciplinares, envolvendo especialistas em Marketing, Pesquisa & Desenvolvimento, Engenharia de Produto, Projeto de Processo, Produção e Qualidade, traduzem e transmitem as exigências dos clientes para os diversos setores da empresa. O sistema de tradução e transmissão das exigências dos clientes em requisitos técnicos apropriados, em cada estágio do processo, especifica de forma clara as informações necessárias e as atividades a serem desempenhadas na fase que antecede à produção, gerando grandes benefícios. Os principais benefícios do QFD são: - redução do tempo de desenvolvimento; -redução de número de mudança de projeto; -redução das reclamações dos clientes; -redução de custos/perdas; - redução de transtornos e mal-estar entre funcionários; - aumento de comunicação entre departamentos funcionais; -crescimento e desenvolvimento de pessoas através do aprendizado mútuo; e - maior possibilidade de atendimento a exigências de clientes.

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