prototipagem rÁpida e job shop - abepro
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PROTOTIPAGEM RÁPIDA E JOB SHOP
ELIACY CAVALCANTI LELIS (MACK-UNI9)
Ester Felix (MACKENZIE)
Roberto Ramos de Morais (MACKENZIE)
Rogerio Monteiro (MACKENZIE)
A gestão de projeto de produto tem relevantes propostas teóricas e
técnicas para auxiliar o desenvolvimento do processo de forma
organizada e sistemática. Especialmente na etapa de execução do
protótipo do produto, é possível ver uma clara aplicação deste recurso
na produção de job shop. O processo de job shop é também conhecido
como “processo por tarefa”, pois tem a produção de pequenos lotes de
uma grande variedade de produtos, em geral, organizados em arranjos
físicos por processo ou funcionais, tornando esta produção cara. Este é
o cenário que delimita o foco deste artigo, que traz a relação entre a
tecnologia para o desenvolvimento de protótipos, a gestão de projeto
de produto e a gestão de operações job shop O objetivo geral deste
trabalho é discutir como as tecnologias de prototipagem rápida podem
reduzir custos nas operações de job shop com lote unitário. A
metodologia de pesquisa está embasada no método dedutivo, com a
pesquisa bibliográfica e de campo. A pesquisa de campo foi realizada
em um evento técnico especializado em tecnologias para prototipagem
e impressão 3D realizado em São Paulo no primeiro semestre de 2015.
Os resultados mostram que a prototipagem rápida pode reduzir os
custos nas operações de job shop pela tecnologia de adição de
materiais ou de remoção de materiais, eliminando os gastos com
ferramentaria e máquinas. Estas tecnologias estão acessíveis porque
há diversos fabricantes e um expressivo crescimento na demanda de
empresas que usam este recurso.
Palavras-chave: Prototipagem rápida, jog shop, projetos
XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
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1. Introdução
O mundo tem sofrido subsequentes mudanças e crises nas últimas décadas, levando o
mercado a buscar novas soluções e formas de otimização para se adequar aos novos cenários,
sendo necessário o desenvolvimento de projetos.
Assim a área de gestão de projetos tem uma maior projeção, revelando sua importância diante
de um mercado dinâmico e desafiador, onde os processos tradicionais e as propostas
gerenciais da área de operações envolvendo a prestação de serviços e a manufatura não são
suficientes. Desde a revolução industrial, muita atenção foi dedicada à área de operações,
embora a área de projetos seja, historicamente, mais antiga, principalmente quando
observamos as incontestáveis pirâmides egípcias, cuja concepção e desenvolvimento destes
projetos ainda é um envolve grandes questionamentos e mitos.
Hoje, a área de projetos pode realizar a entrega de novos produtos, serviços ou resultados,
ampliando sua ação para a cadeia produtiva, pois há projetos da rede de suprimentos. Nos
últimos anos, observa-se o crescimento dos projetos sociais e ambientais, acompanhando as
novas temáticas relativas à responsabilidade social e ao desenvolvimento sustentável.
Dentre os tipos de projetos, o desenvolvimento do projeto do produto é um dos temas de
pesquisa de grande destaque, pois lida diretamente com os lançamentos do mercado e as
inovações tecnológicas. A pesquisa e desenvolvimento, tecnologia, inovação, operações e
projetos tem uma dependência que pode ser amplamente investigada pelos estudiosos, sendo
um interesse da sociedade acadêmica e do mercado.
A gestão de projetos precisa ser profissional, considerando técnicas, ferramentas gerenciais e
recursos que possam tornar os projetos mais competitivos e viáveis. É comum ver um projeto
que não cumpre prazo, nem sempre atende à qualidade e passa do orçamento previsto, como
se isso fosse natural e esperado. Trabalhar de forma intuitiva e desorganizada pode encarecer
o processo de desenvolvimento do projeto, a ponto de causar prejuízos e trazer perdas, mesmo
que faça a entrega, ou seja, se as condições de planejamento e execução não forem adequadas
e eficientes, o projeto pode ser um problema.
Essa visão não é mais aceita pelo mercado, que está sedento por projetos otimizados e
enxutos, que tragam um diferencial competitivo desde a sua concepção, sob condições de
gerenciamento que justifiquem seu investimento.
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A gestão de projeto de produto tem relevantes propostas teóricas e técnicas para auxiliar o
desenvolvimento do processo de forma organizada e sistemática. Especialmente na etapa de
execução do protótipo do produto, é possível ver uma clara aplicação deste recurso na
produção de job shop, sendo esta a discussão central deste trabalho.
O processo de job shop é também conhecido como “processo por tarefa”, com a produção de
pequenos lotes de uma grande variedade de produtos, em geral, organizados em arranjos
físicos por processo ou funcionais. O processo de jobbing é considerado completo porque
atende a uma alta variedade de produtos, com baixos volumes. Um exemplo de um processo
de jobbing é uma gráfica que produz ingressos par um evento social. O job shop pode ser
confundido com projetos porque lida com encomendas, mas a principal diferença é que os
processos de jobbing produzem itens em quantidade maior do que em projetos, mas ainda
assim sua escala de produção é considerada baixa em relação à produção em lotes e a
produção contínua. (CORRÊA; CORRÊA, 2012; SLACK; CHAMBERS; JONHSTON,
2009). Estas características de produção do job shop encarecem muito o seu processo
produtivo, devido à alta variedade de produtos e ao baixo volume de demanda.
Este é o cenário que delimita o foco deste artigo, que traz a relação entre a tecnologia para o
desenvolvimento de protótipos, a gestão de projeto de produto e a gestão de operações job
shop, buscando responder a seguinte pergunta da pesquisa:
Como a tecnologia aplicada a protótipos na gestão de projetos pode reduzir custos nas
operações de job shop com lote unitário?
Para responder a esta pergunta, o objetivo geral deste trabalho é discutir como as tecnologias
de prototipagem podem reduzir custos nas operações de job shop com lote unitário. A
metodologia de pesquisa está embasada no método dedutivo, com a pesquisa bibliográfica e
de campo. A pesquisa de campo foi realizada em um evento técnico especializado em
tecnologias para prototipagem e impressão 3D realizado em São Paulo no primeiro semestre
de 2015.
A coleta de dados foi realizada por observação das demonstrações no evento e no contato
posterior por email com os fabricantes, para maior detalhamento. Os resultados apresentados
mostram uma pesquisa qualitativa analítica.
2. A gestão de projetos no contexto moderno
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A gestão de projetos é uma área de grande importância para as empresas, atuando como
instrumento fundamental para qualquer atividade de mudança, especialmente quando o foco
está na obtenção do escopo custo e tempo; seja na geração de um produto, serviço ou atingir
um resultado exclusivo exemplo: projeto de pesquisa.
De acordo com o PMI (2012) um projeto sempre possui uma natureza temporária, pois indica
um início e um término definidos. Deve-se ressaltar que o término de um projeto é alcançado
em três diferentes maneiras:
a) Quando os objetivos já tiverem sido atingidos;
b) Quando se comprovar que os objetivos do projeto não poderão ou não serão
atingidos e o mesmo for encerrado;
c) Quando o projeto não se fizer mais necessário.
Ainda de acordo com o PMI (2012) é necessário enfatizar que temporário não significa de
curta duração; pois este termo não se aplica ao produto, serviço ou resultado criado pelo
projeto, pois usualmente os projetos são criados para obtenção de resultados duradouros.
Para Rabechini e Carvalho (2009), os projetos estão presentes em todo tipo de atividade
econômica, social, política e cultural, desde a construção de grandes obras, equipamentos
militares e desenvolvimento de software até a organização de recursos para atendimento de
demandas sociais diversas, ações ambientais, entre outros.
O sucesso na gestão de um projeto está relacionado na obtenção dos seguintes
objetivos: entrega no prazo previsto, com o custo orçado, com nível de desempenho
adequado, atendimento de acordo com as mudanças de escopo, respeitando a cultura da
organização, e com a devida aceitação do cliente (PMI, 2012).
Para uma boa gestão de projetos faz-se necessário designar um responsável que será o
gerente do projeto, que deverá ter como característica principais, de acordo com o PMI
(2012):
- Conhecimento – domínio sobre o assunto o qual estará gerenciando;
- Desempenho – significa o que o gerente de projetos é capaz de realizar enquanto emprega
seu conhecimento em gerenciamento de projetos;
- Pessoal – Comportamento do gerente de projetos durante a execução do projeto, isto envolve
liderança, capacidade de orientar a equipe para obtenção dos objetivos.
Conforme PMI (2012), os fatores importantes a serem considerados para o êxito da
gestão do projeto são os seguintes:
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- influências organizacionais e socioeconômicas vigentes;
- os stakeholders envolvidos, direta e indiretamente, com o projeto;
- ciclo de vida do produto (divisão por fases);
- habilidades gerenciais do gerente de projetos.
O gerenciamento de projetos é a aplicação de conhecimentos, habilidades, ferramentas e
técnicas para arquitetar atividades que visem atender os requisitos do projeto (PMI, 2012).
Para facilitar o gerenciamento do projeto, o mesmo deve ser dividido em fases que constituem
seu ciclo de vida, que pode ser definido ou moldado, com aspectos exclusivos da organização,
indústria ou tecnologia utilizada (PMI, 2012; DINSMORE; CAVALIERI, 2003).
Segundo PMI (2012), independentemente do tamanho e complexidade, todos os projetos
podem ser gerenciados seguindo um ciclo de vida do projeto com estas fases:
- Início do projeto;
- Organização e preparação;
- Execução do trabalho do projeto;
- Encerramento do projeto.
O ciclo de vida de um projeto permite verificar a evolução dos níveis de
custos e pessoal envolvidos em função do tempo, conforme mostra a Figura 1.
Figura 1 – Níveis típicos de custo e pessoal em toda a estrutura genérica do ciclo de vida de um projeto
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Fonte: PMI (2012)
O gerenciamento de projetos, de acordo com Vespermann (2009), tem certa correlação
com o Conceito do Ciclo PDCA (Plan – Do – Check – Act ou Planejar – Fazer – Verificar –
Agir). O grupo de Planejamento corresponde ao Planejar; o Execução ao Fazer; e
Monitoramento e Controle envolvem Verificar e Agir.
A gestão do conhecimento destes cinco grupos de processos envolve áreas do
conhecimento (D´Ávilla, 2006). O PMI (2012) apresenta dez áreas de conhecimento: 1)
Integração; 2) Escopo; 3) Tempo; 4) Custos; 5) Qualidade; 6) Recursos Humanos; 7)
Comunicações; 8) Riscos; 9) Aquisições e 10) Partes Interessadas.
Estas áreas de conhecimento estão distribuídas entre os cinco grupos de processos:
iniciação; planejamento; execução, monitoramento e controle; encerramento.
3. Operações job shop
Job shop ou processo por tarefa é o tipo de processo de produção associado a pequenos lotes,
a uma grande variedade de produtos e sequenciamentos de atividades variados, e tem um
arranjo físico do tipo funcional, isto é, máquinas do mesmo tipo dão agrupadas no mesmo
local (CORRÊA; CORREA, 2012; MILTENBURG, 1995).
Gaither e Frazier (2002) utilizam as expressões “focalizado no processo” e “sistemas de
produção intermitente” para definir o job shop. Já Davis, Aquilano e Chase (2001) definem
job shop como uma organização funcional onde os departamentos, áreas ou centros de
trabalhos são organizados em processos específicos de equipamentos específicos de
equipamentos e/ou operações.
Para Slack, Chambers e Johnston (2009), os recursos são compartilhados entre os diversos
produtos fabricados, que exigem a mesma atenção, mas diferem nas necessidades específicas
de produção. Estes autores comentam, ainda, que a maior parte dos itens produzidos por job
shop é única, não se repetindo ao longo do tempo.
Corrêa e Corrêa (2012) explicam que os trabalhadores neste tipo de processo ficam
responsáveis por produzir o produto completo, tendo que, para isto, serem polivalentes, ou
seja, capazes de trabalhar com diversos equipamentos e máquinas ao longo do fluxo
produtivo.
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Miltenburg (1995) ressalta que as habilidades dos operadores estão voltadas ao uso de
máquinas de propósito geral, em função da flexibilidade necessária, e que, frequentemente, há
pouca necessidade de treinar a mão de obra internamente uma vez que se trata de mão de obra
qualificada. Isto faz com que haja dificuldade em encontrar esta mão de obra na empresa,
havendo a necessidade de incentivos para mantê-la.
De acordo com Miltenburg (1995), neste tipo de processo o tempo de espera pode ser longo, o
que faz com que o estoque em processo seja alto e o tempo de espera longo, custos fixos
baixos e custos variáveis altos.
Ainda conforme Miltenburg (1995), o sistema de produção job shop foi projetado para
atender a altos níveis de flexibilidade e inovação para responder à necessidade dos clientes
por uma ampla variedade de já existentes e por novos produtos.
Miltenbur (1995) elenca uma série de características do job shop:
- a estrutura organizacional do job shop é achatada e, como já exposto
anteriormente, dividida por funções;
- as operações são descentralizadas e empreendedoras para responder rapidamente
às mudanças de necessidades dos clientes;
- pela natureza dos custos, os controles são focados no material e na mão de obra;
- os equipamentos apresentam ociosidade;
- a qualidade é responsabilidade do operador e da supervisão;
- a maior parte do material utilizado é comprada de acordo com a especificação do
cliente e vários fornecedores são usados e há pouco controle sobre eles;
- tanto o estoque de matéria prima quanto o de produtos acabados são pequenos, já
que o processo visa atender a pedidos;
- o controle da produção é feito com base nas datas de entrega;
- a manutenção é fácil, uma vez que se houver a quebra de uma máquina o
trabalho pode ser transferido para outra;
- não há economia de escala neste sistema, já que é um processo de mão de obra
intensiva;
- as máquinas tendem a ser velhas, uma vez que as mudanças tecnológicas são
lentas e o job shop é um sistema tecnologicamente seguidor e não líder;
- há frequentes desbalanceamentos de capacidade entre os setores devido às
mudanças de mix de produtos, gerando o aparecimento de gargalos;
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- há uma grande área de inspeção e testes finais onde os produtos são verificados
antes de serem despachados aos clientes.
4. Prototipagem rápida e job shop
Pela técnica de pesquisa de observação direta realizada na visita realizada no evento técnico
sobre prototipagem na cidade de São Paulo e pesquisa bibliográfica, foi possível entender sua
forma de funcionamento e conhecer a variedade de fabricantes disponíveis no mercado.
A montagem do protótipo ocorre em uma das fases de desenvolvimento do projeto do
produto, conforme apresentado na Figura 2.
Figura 2 – Fases de desenvolvimento de projetos
Início
do
projeto
Meses antes da
introdução no
mercado
Introdução no
mercado
36 27 18 9 0
Desenvolvimento do conceito
Planejamento do produto
Engenharia do produto/processo
Produção piloto / crescimento
Arquitetura do produto
Projeto conceitual
Mercado alvo
Construção do mercado
Teste em pequena escala
Investimento/finanças
Projeto detalhado do produto
e ferramental
Construção e teste de protótipos
Teste de produção em volume
Início da produção na fábrica
Volume aumenta para níveis
comerciais
conceito
Aprovação do
programa
conceito
projeto/
planejamento
produto
processo
Primeiro protótipo
completo
produção piloto
crescimento
de produção
Liberação final da
engenharia
Introdução no
mercado
Fonte: Corrêa e Corrêa (2012)
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Segundo Mello, Silva e Costa (2006), a prototipagem rápida é dividida em duas categorias: os
métodos com remoção de material e com adição de material. A Figura 3 apresenta as
tecnologias associadas a prototipagem rápida.
Na tecnologia de remoção de material, uma ferramenta subtrai material pela utilização de uma
variedade de diferentes tipos de fresas, geralmente de um bloco de madeira, espuma ou
plástico, que será gradualmente reduzido para a réplica física do modelo original desenhado
pelo software CAD – Computer Aided Design.
Na tecnologia com adição de material, o modelo físico é reproduzido sequencialmente,
colocando uma camada de material sobre a outra, formando a cópia analógica do original
digital desenvolvido no software CAD.
Figura 3 – Tecnologias associadas a prototipagem rápida
Fonte adaptada: Adaptado de Pham e Gault (1998) apud Mello, Silva e Costa (2006)
Portanto, a prototipagem rápida é caracterizada por:
- Alta flexibilidade: considerando que a impressora 3D utiliza o desenho do
produto digitalizado é possível mudar o produto a ser fabricado de maneira ágil,
principalmente se o material utilizado se mantiver constante.
- Baixo custo unitário: a prototipagem rápida permite a produção de uma única
peça com reduzido tempo de preparação de máquina, dessa forma alcançando um
custo unitário baixo.
- Setup rápido: tendo em vista que os produtos a serem gerados pela impressora
3D são provenientes de arquivos digitais, então a mudança de um produto para
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outro é facilitada, necessitando apenas do comando de envio do novo arquivo para
a impressora 3D. Essa rapidez pode sofrer alguma perda caso os produtos da fila
requeiram materiais distintos ou cores muito específicas.
O mercado atual de softwares CAD, apresenta diversos modelos de programas para auxílio
em desenvolvimento de produtos, porém alguns se destacam no ramo industrial, dentre eles
podemos citar:
- AUTO CAD – Desenvolvido pela Autodesk;
- SOLIDWORKS – Desenvolvido pela Dassault System;
- Inventor – Desenvolvido pela Autodesk;
- CATIA – Desenvolvido pela Dassault System;
- Pro Engineer – Desenvolvido pela PTC;
- Entre outros
Nos últimos anos, a oferta de impressoras 3D vem crescendo e, consequentemente, observa-se
a redução do custo de aquisição desse equipamento. No Brasil e no mundo inúmeras empresas
fabricam e comercializam impressoras 3D de baixo custo, tornando-as muito mais acessíveis.
Há uma previsão de crescimento de 35% do mercado mundial de impressoras 3D em todo o
mundo em 2014 e a tendência de duplicação das vendas em 2015 (CIMM, 2014). Este cenário
tão favorável mostra a grande aceitação das empresas em relação a esta inovação tecnológica
e sua viabilidade. A Figura 4 mostra um exemplo de impressora 3D de um fabricante que
estava no evento visitado.
Figura 4 – Impressora 3D com tecnologia FDM
Fonte: Ska, Stratasys (2015)
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A principal característica em foco neste estudo é a utilização do processo de impressão 3D
como forma de a redução dos custos com ferramentaria e fabricação de protótipos na
fabricação do lote unitário job shop.
Normalmente, após a etapa de encerramento da gestão de projetos, o projeto do produto é
repassado para a área de operações para iniciar a fabricação do produto. Como o processo de
jobbing tem uma demanda por item muito baixa, o impacto dos custos de ferramentaria e
fabricação se torna muito elevado.
A discussão deste artigo é a mudança dessa dinâmica, em que a prototipagem rápida, que é da
área de projetos, passar a ser usada como recurso também nas operações de job shop. Nesse
sentido, empresas manufatureiras passaram a investir em centros de produção com impressão
3D.
Estas impressoras trabalham com modelagem conceitual; prototipagem funcional; ferramentas
de manufatura; peças de uso final (especialmente nas produções que poderiam ser job shop);
aplicações avançadas e acabamento.
Este fabricante da Figura 5 anuncia a maior impressora 3D do Brasil, com dimensões 400 x
400 x 400 mm (volume de 64 litros) e mostra alguns exemplos de protótipos que fez. Seu
preço unitário não chega a sete mil reais, sendo acessível até para empresas com baixa
capacidade de investimento.
Figura 5– Impressora e protótipos gerados
Fonte: Sethi (2015)
A redução de custos e a rapidez na execução foram os fatores decisivos para a NASA
encomendar à Stratasys Direct Manufacturing, em parceria com o Laboratório de Propulsão a
Jato da NASA (JPL) para imprimir em 3D uma produção job shop de 30 antenas para a
missão do satélite FORMOSAT-7 Constellation Observing System for Meteorology,
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Ionosphere, and Climate (COSMIC-2), usando o material durável ULTEM 9085, um
termoplástico que apresenta resistência similar à de metais e mais leve do que o alumínio
(SKA, STRATASYS, 2015).
Com lançamento programado para 2016, a missão COSMIC-2 marca a primeira vez em que
peças impressas em 3D funcionarão externamente, no espaço sideral. Os sistemas de antenas
vão capturar dados atmosféricos e ionosféricos para ajudar a melhorar modelos de previsão do
tempo e avançar a pesquisa meteorológica na Terra.
Para manter o projeto dentro do prazo e do orçamento, a NASA precisava de uma alternativa
para usinagem das peças em Astroquartz, material tradicionalmente utilizado em sistemas de
antenas. A NASA recorreu à Stratasys Direct Manufacturing para produzir peças impressas
em 3D que pudessem lidar com os complexos projetos dos sistemas e que fossem também
resistentes para suportar as condições ambientais do espaço.
Um outro caso de fabricação do lote unitário usando prototipagem é o caso da Maersk,
sediada em Copenhague, Dinamarca, que está usando impressoras 3D para fabricar peças em
navios porta-contentores (SKA, STRATASYS, 2015a).
5. Considerações finais
O projeto do produto determina as especificações do produto e do seu processo de fabricação,
por isso, a escolha do tipo de tecnologia e a abordagem como será conduzida a gestão do
projeto terá impacto nas operações futuras.
No caso das operações de job shop, temos os casos de produção em baixa escala ou lote
unitário, por isso, o produto destes tipos de produto tem um algo custo de produção. Parte
desse alto custo é justificado pelo adaptação das máquinas e ferramentaria para um lote, e fica
ainda muito mais caro quando este lote só tem um produto, como é o exemplo das peças
especiais para veículos antigos.
Então, a prototipagem rápida surge como uma opção que reduz os custos da linha de
produção, produzindo o produto, ou uma baixa demanda de produtos em uma estação de
trabalho (work station) sob o comando da gestão de projetos, sem precisar da parceria com a
gestão de operações para sua execução.
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Um dos principais aspectos na redução de custos é a redução do tempo de execução, devido às
novas tecnologias de prototipagem rápida, que conseguem trabalhar com uma ampla
variedade de tamanhos de produtos e tipos de materiais.
Outro aspecto chave é o custo de produção pela prototipagem, que sendo mais barato do que o
custo de produção na linha de produção tradicional, já justifica a sua escolha. Caso o custo de
produção seja igual ou muito próximo da produção job shop, ainda assim a prototipagem é
uma boa opção porque irá entregar mais rápido, logo, também reduz custos porque tempo é
dinheiro. Se entrega mais rápido, sobra tempo para atender outros clientes e aumentar o
faturamento.
A grande questão a ser considerada na prototipagem é a escolha da tecnologia que melhor
atende à demanda da empresa. Pois os resultados apresentados nesta pesquisa revelaram
diversas alternativas de fabricantes, onde a relação custo x benefício precisa ser
cuidadosamente e criteriosamente analisada.
REFERÊNCIAS
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em: < http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/11526-prototipagem-e-
impressao-3d-sao-destaques-na-plastshow-2014> Acesso em: 12, maio. 2015.
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