DFMA: Metodologia para Desenvolvimento em Projetos Industriais

DFMA: Metodologia para Desenvolvimento em Projetos Industriais DFMA: Methodology for Development in Industrial Projects Carvalho, Natalha Gabrieli Moreira; Bacharelando; FATEA/CNPq [email protected]

Fernandes, Luiz Fernando; Bacharelando; FATEA/CNPq [email protected]

Borges, Maria Carolina; Bacharelando; FATEA/CNPq [email protected]

Ribeiro, Rosinei Batista; Doutor; FATEA/UERJ [email protected]

Matias, Nelson Tavares; Doutor; FATEA/UERJ [email protected]

Resumo O presente artigo apresenta e discute algumas das metodologias usadas por empresas de projeto de produto, visando à melhoria e ao aperfeiçoamento de aspectos como redução de custos, processo de montagem, manufatura, sustentabilidade, prazo desde o desenvolvimento inicial até sua disponibilização no mercado, além do atendimento às necessidades dos usuários e clientes. Algumas das estratégias para atingir tais objetivos são especificadas e exemplificadas por meio da apresentação dos benefícios e das formas de obtê-los, bem como a apresentação de dados estatísticos sobre tais benefícios. Palavras-chave: Metodologia; Projeto; Desenvolvimento; Benefícios.

Abstract

This article presents and discusses some of the methodologies used by product designing companies, aiming at improving different aspects, such as costs reduction, assembly process, manufacture, sustainability, time-to-market, besides meeting the needs of users and customers. Some of the strategies to achieve such objectives are specified and exemplified through the presentation of the benefits and how to achieve them, as well as the presentation of statistical data on such benefits. Keywords: Methodology; Project; Development; Benefits.

Introdução O termo design não possui significado exato, mas possui definições estéticas, ao referirse a cores, formas e técnicas, abrangendo o detalhamento de um produto, em seus mais diversos âmbitos, além da união da beleza, com a funcionalidade, criatividade e praticidade. Visando o aprimoramento em termos de tecnologia, produtividade e economia, as organizações têm utilizado de estratégias para melhorarem seus sistemas produtivos. Com toda a evolução técnica, inúmeras empresas tem implementado programas de garantia de qualidade da conformidade do produto, o que exige um projeto mais elaborado, uma vez que tal aspecto não pode ser inserido, a menos que tenha sido projetado nele. Frente a isso, elevou-se uma das metodologias de projeto mais importantes: o Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), originado na década de 1970, na Europa. Seu objetivo é simplificar o projeto do produto, bem como reduzir a quantidade de componentes e tempo de montagem, melhorar a qualidade, reduzir custos e ainda assim, aumentar a produtividade (SOUSA, 1998). Além disso, o DFMA auxilia na integração das áreas de desenvolvimento do produto (Projeto e Engenharia) e áreas de fabricação (Produção), visando medidas preventivas, eficientes e mais rápidas, evitando eventuais problemas. O Design for Manufacturing (DFM) tem como objetivo o desenvolvimento de um produto de forma que tenha baixo custo, atenda aos requisitos funcionais e seja de fácil manufatura. Tal abordagem enfatiza aspectos da manufatura e outros processos voltados à conformação mecânica e usinagem. Essa técnica visa a total influência do conhecimento das características de processamento sobre o desenvolvimento do projeto, tais como os custos das opções de materiais, ângulos de saída de ferramentas, raios e cantos vivos e acabamentos e demais características ligadas à construção (BOOTHROYD; DEWHUSRT, 2012; ROZENFELD, 1999). Atualmente, o conceito do DFM foi expandido para outras áreas, genericamente denominada de Design for Excellence (DFX), englobando o Design for Manufacturing, Design for Assembly, Design for Higher Quality, Design for Cost, Design for Environment entre outros. Como segunda abordagem, há o Design for Assembly (DFA), que consiste na análise e obtenção de informações sobre as alternativas possíveis, ainda no processo de desenvolvimento do projeto, com o objetivo de reduzir o número de peças, através de uma análise individual das mesmas, considerando função, material, montagem e forma de cada uma, a fim de desenvolver um produto mais barato, simples e funcional. Em tal análise, são considerados aspectos como o número total de itens, comparando com o número que seria ideal; dificuldades decorrentes do formato das peças, atrapalhando a manipulação dos componentes; e sequência e tempo de montagem. Para o DFA, o produto ideal possui apenas um componente, acentuando o foco principal da redução de componentes (COSTA; SILVA, 2004). Objetivos Analisar os mais diversos aspectos da metodologia Design for Manufacturing and Assembly e discorrer sobre elas, observando os princípios e aplicações, bem como seus objetivos e benefícios, quando implantadas em uma empresa.

Metodologia O presente artigo foi elaborado através de uma pesquisa que coletou os princípios, objetivos, propostas, benefícios e fundamentos da metodologia de desenvolvimento de produtos Design for Manufacturing and Assembly, a qual auxilia e aprimora o desenvolvimento em projetos de produto, sejam os projetistas ou engenheiros. A pesquisa contou com a coleta de informações provenientes de diversos autores, tratando do design, manufatura, montagem e projeto. Desenvolvimento O desenvolvimento de produtos é uma atividade que influencia e é influenciada por aspectos sociais, políticos, econômicos e culturais, gerando até mesmo novas necessidades. O desenvolvimento de produto deve considerar todo o ciclo de produção do mesmo e consumo depois de ser distribuído, que vai desde a busca das necessidades do mercado, até o descarte final (KAMINSKI, 2000). O termo “Manufacturing” refere-se à fabricação de um componente individual, enquanto “Assembly” é a montagem de vários componentes formando o produto final; assim sendo, o DFM e o DFA devem ser entendidos e aplicados de maneiras diferentes, de acordo com a necessidade e situação, mas buscando o uso simultâneo de ambas as metodologias, visando a redução no número de peças e na complexidade, tanto na montagem quanto no produto final (BOOTHROYD; DEWHURST; KNIGHT, 1994). Considerando todos estes fatores, Kaminski (2000), propõe um processo de desenvolvimento de produto que é composto por sete etapas, sendo elas:  Estudo da viabilidade: especificando as exigências, esta fase também identifica as necessidades e determina as possíveis soluções para os problemas;  Básico: é a fase de escolha e especificação entre as propostas que foram definidas anteriormente;  Executivo: esta fase conta com a especificação completa do produto, testes e garantia de que está pronto para ser produzido, sendo uma fase ideal para as alterações necessárias, evitando futuros prejuízos ou em certos casos, o abandono do projeto;  Produção (execução): é a fase da elaboração da produção, incluindo a compra dos equipamentos necessários, além da determinação do processo de montagem, equipe envolvida etc.;  Disponibilização ao cliente: esta etapa trata-se do planejamento de como o produto chegará ao cliente e definição de embalagem, divulgação e transporte, por parte do projetista;  Consumo e/ou utilização do produto: é a fase de previsão do uso do produto, preocupando-se com a segurança, alta confiabilidade, fácil manutenção etc., sendo esta, função do projetista;  Abandono (descarte) do produto: o descarte ocorre por 2 razões: a obsolescência técnica ou desgaste. O ideal é quando a obsolescência técnica e o desgaste ocorrem simultaneamente. Para isso, o projetista deve preocupar-se em reduzir a velocidade da obsolescência, e projetar para que a vida útil coincida com o tempo de utilização. Sousa (1998) afirma que o “processo deve ser baseado no conceito do ciclo de vida do produto e constituído de seis fases”:  Desenvolvimento / planejamento de especificações: fase pré-conceitual, onde há uma análise e compreensão do problema e as possíveis soluções são estudadas mais profundamente;  Projeto conceitual: a ideia do produto é definida, permitindo o avanço com as etapas seguintes;

 Projeto do produto: o projeto é detalhado e desenvolvido completamente, pronto para fabricação. O processo de planejamento de manufatura começa a ser definido;  Produção;  Uso ou serviço;  Descarte ou renovação do produto. Nota-se que, apesar da variação de nomenclatura, as etapas são praticamente as mesmas, representando os mesmos passos a serem seguidos no desenvolvimento do produto, e mesmos aspectos que devem ser levados em consideração, sendo elas:  Estudo do mercado consumidor, bem como sua necessidade;  Ideia e função do produto;  Características principais do produto e seu detalhamento;  Produção do produto;  Consumo e/ou utilização do produto;  Descarte do produto. O DFMA deve ser utilizado com maior ênfase, na fase inicial do projeto, uma vez que o conceito ainda está surgindo e sendo estudado e possibilita alterações com custos menores e que possibilitem uma redução na duração do projeto. Todos estes aspectos, quando somados, colaboram na chegada do produto ao mercado, tanto em termos de tempo, quanto no preço, que se torna consideravelmente menor (BOOTHROYD; DEWHURST; KNIGHT, 1994). Apesar de a fase conceitual ter uma duração maior com a aplicação da metodologia DFMA, a duração total do processo é bastante reduzida, uma vez que alguns problemas são identificados e solucionados antes mesmo de acontecerem, além da redução no número de peças, tornando o processo de produção mais curto. A aplicação técnica do Design for Manufacturing and Assembly necessita de alguns recursos que permitam o desenvolvimento da metodologia em questão. São elas:  Esquema inicial da montagem, definindo as operações básicas;  Desenhos técnicos com vistas em cortes, detalhados com informações técnicas, permitindo a completa visualização e compreensão do processo em questão;  Esquema de sequência do processo de fabricação;  Outro recurso de extrema utilidade e eficiência é a utilização de protótipo que se assemelham ao máximo do real (texturas e dimensões), permitindo uma visualização e compreensão mais ampla sobre montagem, dificuldades de manuseios e resultado final do produto. A metodologia DFMA segue alguns princípios, os quais são detalhados de forma mais específica os mais importantes: a) Projetar para o menor número de componentes possível: com a redução do número de peças, há também redução no custo do produto, da montagem e do tempo de montagem. b) Montagem empilhada / unidirecional: a montagem empilhada (ou unidirecional) deve seguir sempre a lei da gravidade, agindo de cima para baixo, uma vez que reduz as reorientações, facilitando o processo de fabricação. c) Padronização de processos e componentes: a padronização de componentes reduz a variação de peças, o tempo gasto para o desenvolvimento dos mesmos, as ferramentas usadas no processo de montagem, os equipamentos, o treinamento de pessoal, o custo final do produto, além de um aumento na qualidade do mesmo.

d) Montagem modular ou com componente-base: a montagem modular visa o uso de apenas uma base para a produção de produtos diferentes, permitindo também a incorporação de componentes de fixação. Esta técnica tem como objetivo a

diversificação de produtos a partir da combinação de módulos funcionalmente independentes, como o componente-base. Além de promover maior agilidade ao processo de montagem, também reduz o custo do produto. e) Facilitar alinhamento e inserção de todos os componentes: trata-se do desenvolvimento de componentes com características de auto-localização, possibilitando uma montagem mais precisa, fácil e rápida. Além de reduzir o tempo de montagem, também reduz o custo, uma vez que a montagem pode ser feita automaticamente por um equipamento. f) Facilidade de manipulação de peças: deve-se projetar componentes de fácil manipulação e transporte, aspecto que influencia no peso do mesmo. Segundo Sousa (1998), os principais fatores que afetam a manipulação são: I. Geometria: formas regulares simplificam e facilitam o manuseio dos componentes; II. Rigidez: evitar materiais macios, pontiagudos ou frágeis; III. Peso: evitar componentes pesados (fator que influencia também no transporte do mesmo); IV. Tamanho: excessivamente grandes ou pequenas e escorregadias atrapalham a manipulação; V. Componentes simétricos reduzem a ocorrência de falhas; VI. Evitar peças que possam ficar presas ou emaranhadas; VII. Considerar o empacotamento individual das peças; VIII. O uso de furos ovais evita ajustes; IX. Facilitar o acesso ao componente; X. Evitar o uso de peças que necessitem serem manipuladas por mais de uma mão. g) Projeto para estabilidade: deve-se evitar projetar peças que possam se movimentar durante a montagem; as peças devem permanecer estáticas durante a operação. Deste modo, o operador não precisa se preocupar e perder tempo com o processo, pois os componentes envolvidos permanecerão imóveis durante a montagem, não havendo risco de perdê-los. h) Redução de ajustes: a redução (ou preferencialmente, a eliminação) de ajustes otimiza o tempo de montagem, além de facilitar a manufatura e aumentar a confiabilidade e qualidade do produto. Bralla (1999) ressalta outros aspectos importantes que complementam a manufatura e montagem no projeto de um produto, sendo alguns deles:  Simplicidade: reduzir complexidade e quantidade de componentes;  Materiais e componentes padronizados: produção em série, que possibilita facilidade na estocagem (para a empresa) e na compra (para o consumidor);  Uso de materiais mais processáveis: o material mais adequado é aquele que possibilita menor custo, processo de usinagem e eficiência mecânica dentro do projeto do produto;  Trabalho em equipe: trabalho conjunto das pessoas envolvidas no projeto do produto e processo, facilitando a integração entra as áreas e soluções de problemas;  Reduzir operações secundárias: as operações secundárias (acabamentos, inspeções etc.) podem ter custo tão elevado quanto às operações de fabricação;  Utilizar características especiais de processo: aproveitar processos especiais que eliminem etapas desnecessárias;  Evitar limitações no processo: expandir as possibilidades de processos para que atendam à demanda e exigências dos clientes, ampliando o mercado consumidor.

Com a aplicação da técnica, Boothroyd e Dewhurst (2012) relatam reduções superiores a 50% em relação às etapas operacionais, com a utilização de softwares, conforme demonstrados na tabela 1. Redução de ciclos de montagem Redução do número de operações na montagem Redução no número de montagens defeituosas Redução do lead time de vendas

Acima de 61%

Acima de 50% Acima de 68% Acima de 50%

Tabela 1 – Reduções com a aplicação do DFMA Fonte: Boothroyd e Dewhurst (2012)

Considerações finais Após toda a pesquisa e análise das informações obtidas, nota-se claramente o quão benéfico uma metodologia de projeto de produto pode tornar-se dentro de uma empresa. Além das vantagens em relação à redução de custos (tanto em termos de equipe, quanto de componentes e ferramentas), nota-se também que a segurança é abordada, assim como a satisfação do cliente. A garantia e confiança que um produto transmite é fundamental quando trata-se da credibilidade de uma empresa. As especificações adequadas e funcionalidade também mostram-se de extrema importância para o entendimento por parte do usuário, abrindo portas para a ampliação do mercado consumidor.

Referências BOOTHROYD, G.; DEWHURST, P.. Boothroyd and Dewhurst Website. Disponível em: . Acesso em: 20 nov. 2012. BOOTHROYD, G., DEWHURST, P., KNIGHT, W. Product Design for Manufacture and Assembly. New York: Marcel Dekker Inc, 1994. BRALLA, J. G. Design for manufacturability Handbook, 2 ed. McGraw-Hill, Boston, 1999, (International Edition - Rev.de: Handbook of product design for manufacturing-1986). HORTA, L. C.; ROZENFELD, H. (1999) – Design For Manufacturing and Assembly, . Acesso em: 20 nov. 2012. KAMINSKI, P. C. Desenvolvendo produtos com planejamento, criatividade e qualidade. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2000. SOUSA, A.G. Estudo e análise dos métodos de avaliação da montabilidade de produtos industriais no processo de projeto. Programa de Pós-graduação em Eng. Mecânica, UFSC, 1998. Dissertação de Mestrado.