POLI-USP. O papel do engenheiro de materiais no projeto de engenharia

Transcrição

1 O papel do engenheiro de materiais no projeto de engenharia

2 PERSPECTIVA HISTÓRICA Inicialmente eram utilizados somente materiais naturais: pedra, madeira, argila, peles e ossos. 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.

3 PERSPECTIVA HISTÓRICA POLI-USP 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 se apresentavam 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.

4 PERSPECTIVA HISTÓRICA POLI-USP 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

5 PERSPECTIVA 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.

6 PERSPECTIVA HISTÓRICA

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

9 Desenvolvimento Integrado de Produto POLI-USP Hoje em dia os especialistas em seleção de materiais são engenheiros de materiais ou engenheiros metalurgistas. Existem, entretanto, muitas outras modalidades de engenharia envolvidas no projeto de dispositivos, máquinas e equipamentos. É preciso desenvolver relações mais próximas de trabalho entre os o engenheiros que projetam componentes e aqueles que indicam ao projetista a melhor seleção do material para a fabricação. Integração entre seleção de material, processo de fabricação, projeto, custo, disponibilidade, reciclabilidade e desempenho é indispensável. As equipes de profissionais com formação multidisciplinar fequentemente se baseiam em conhecimentos que somente os engenheiros de materiais possuem a respeito das propriedades muitas vezes conflitantes dos materias a serem utilizados.

10 Desenvolvimento Integrado de Produto POLI-USP O entendimento das relações existentes entre Processos de Fabricação, Condicionamento da Microestrutura, Propriedades e Desempenho do Produto é parte essencial da seleção de materiais. Desempenho Processamento Propriedades Microestrutura

11 Existe um número muito grande de fontes de informação a respeito de materiais, mas poucas fontes levam em conta as diferenças inerentes entre os recursos de manufatura existentes. É o engenheiro de materiais, que tem familiriadade com os processos de fabricação e de como esses processos afetam as propriedades finais, quem lidera a tradução dos dados constantes de manuais e bases de dados em desempenho de um determinado produto. A fabricação de um protótipo por usinagem de um bloco metálico laminado ou forjado, permite obter uma peça com geometria idêntica à da peça a ser fabricada e servirá para testes de funcionalidade geométrica, ajuste no conjunto e determinação de cargas de trabalho. O protótipo não permitirá determinara vida em fadiga, a tenacidade à fratura nem outras propriedades dependentes do meio ambiente. Existem técnicas de prototipagem rápida que permitem fabricar um protótipo com as mesmas características estruturais do componente, p.e. por usinagem de poliestireno expandido no formato da peça, para ser usado como modelo para fundição pelo processo de fundição de espuma perdida.

12 Modelação e simulação de processos de fabricação POLI-USP Sistema de enchimento pressurizado

13 Modelação e simulação de processos de fabricação Sistema de enchimento sem pressurização

14 Desenvolvimento Integrado de Produto POLI-USP Diferentes áreas de especialidades envolvidas na definição de materiais, processos de fabricação, métodos de manufatura, para fabricação de peças a um custo baixo e de boa qualidade.

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18 Uma breve visão das técnicas de projeto

19 Projeto de engenharia como parte do processo de realização de um produto POLI-USP Projeto para fabricar um produto parte de uma necessidade vaga do departamento de marketing com o objetivo final de manufaturar um produto ou equipamento acessível, com desempenho adequado e que gere lucro para a empresa.

20 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, maus usos, 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.

21 Estágios do projeto POLI-USP 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.

22 Ferramentas empregadas da concepção até o produto final POLI-USP O conceito de marketing do produto. O conceito de engenharia. O projeto de configuração por partes. O projeto paramétrico.

23 Processo de interação guiada POLI-USP Empregado nas etapas 2 a 4 como metodologia para resolução de problemas.

24 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:

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

26 DIVERSAS TÉCNICAS: Técnicas empregadas para atingir as metas necessárias Equipes multidisciplinares de projeto (Cross functional design 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.

27 Benchmarking POLI-USP Benchmarking 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-acompanhia" para identificar o melhor do melhor e alcançar um nível de superioridade ou vantagem competitiva. Benchmarking é... um processo contínuo uma investigação que fornece informações valiosas um processo de aprendizado com outros um trabalho intensivo, consumidor de tempo, que requer disciplina uma ferramenta viável a qualquer organização e aplicável a qualquer processo Benchmarking não é... um evento isolado uma investigação que fornece respostas simples e "receitas" cópia, imitação rápido e fácil mais um modismo da administração

28 QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT POLI-USP QFD - 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.