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UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA DIEGO RODRIGUES WORLITZ DESENVOLVIMENTO DO PROJETO INFORMACIONAL E CONCEITUAL DE UM MANIPULADOR ROBÓTICO COLABORATIVO Palhoça 2017

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UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

DIEGO RODRIGUES WORLITZ

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO INFORMACIONAL E CONCEITUAL DE

UM MANIPULADOR ROBÓTICO COLABORATIVO

Palhoça

2017

DIEGO RODRIGUES WORLITZ

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO INFORMACIONAL E CONCEITUAL DE

UM MANIPULADOR ROBÓTICO COLABORATIVO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado

ao Curso de Engenharia de Produção da

Universidade do Sul de Santa Catarina como

requisito parcial à obtenção do título de

Bacharelado em Engenharia de Produção.

Orientador: Prof. Juliano Mazute, MSc. Eng.

Palhoça

2017

Aos sonhos que nôs elevam,

Às oportunidades que nôs levam,

Ao futuro que nôs aguarda,

À vida que nôs permite.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente gostaria de agradecer aos meus pais por terem me dado a educação

e o suporte necessário para que eu me tornasse apto a correr atrás de realizar os meus sonhos.

Os laços familiares foram imprescindíveis para que eu conseguisse chegar até aqui. Quero

agradecer a todas as oportunidades que tive e a toda a ajuda que foi me dada por diversas

pessoas que passaram por minha vida. Tanto o ambiente acadêmico quanto o profissional me

presentearam com colegas que logo se tornaram amigos e que deliberadamente me ajudaram

em diversas etapas desde o início da minha carreira.

Estar nas etapas finais da conclusão de um curso tão importante para a minha

carreira e para o meu futuro, chega a ser até difícil de acreditar. Nada disso teria sido possível

se eu estivesse sozinho nesta jornada. Os agradecimentos vão também para os grandiosos

programas acadêmicos PROUNI e Ciências Sem Fronteiras, e para as organizações CAPES e

CNPq que promovem suporte estudantil para os estudantes brasileiros.

Gostaria de aproveitar para deixar a minha eterna gratidão para as maravilhosas

experiências profissionais que tive desde o início da minha vida profissional nas empresas

Exatta, Olsen, Xexeumar, Audaces e ProMotion. Estas organizações não só contribuíram para

o meu desenvolvimento profissional, mas também me ajudaram a me tornar uma pessoa

melhor.

Por fim, tenho também muito a agradecer a Unisul por todos estes anos de desafios

propostos acompanhados de intenso aprendizado e desenvolvimento pessoal. Em especial,

gostaria de agradecer ao coordenador de curso Prof. José Roberto Barros e ao meu orientador

Prof. Juliano Mazute que me ajudaram em diversas situações. E por último, mas não menos

importante, quero dizer que existe em mim um profundo respeito e admiração pelos

professores dedicados e extremente presentes que temos no curso de Engenharia de Produção

no campus Pedra Branca. Fica aqui registrado a minha eterna gratidão a todos os envolvidos

nesta nova conquista.

“O futuro pertence àqueles que

acreditam na beleza de seus

sonhos.” (Eleanor Roosevelt, SD).

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo a aplicação da metodologia PRODIP no

desenvolvimento do projeto informacional e conceitual de um manipulador robótico

colaborativo. O manipulador robótico, conhecido como robô colaborativo é um equipamento

capaz de executar funções de movimentar objetos dispensando a necessidade do uso de grades

e sistemas externos de segurança para os seus usuários. Esta classe de robôs é essencial para

a automação de linhas de produção tornando-as mais eficientes e ao mesmo tempo mais

seguras. A tecnologia de sensoriamento de torque é o que possibilita a colaboração entre o

homem e robô, favorecendo a humanização dos processos industriais. Estes avanços

tecnológicos são os resultados de intensas pesquisas e aplicações de métodos sistemáticos nos

ambientes acadêmicos e profissionais. O presente estudo busca conceber um novo

equipamento aplicando as ferramentas de projeto e desenvolvimento integrado de produto em

uma empresa de tecnologia atuante das áreas de automação e robótica. Este trabalho apresenta

as etapas de projeto informacional e conceitual conforme proposto pela metodologia de

projeto. Com o uso desta metodologia o produto desenvolvido terá uma base de informações

técnicas fundamentadas e suas características funcionais estarão de acordo com as do mercado

atual. Fatores estes que também contribuem para um processo de desenvolvimento criterioso,

sistêmico e com menores riscos de falha. Desta forma tornando o produto desenvolvido um

equipamento com potencial competitivo se comparado a seus concorrentes e possibilitando a

empresa a se destacar no mercado em que atua.

Palavras-chave: Manipulador robótico, robô colaborativo, projeto integrado de produtos,

metodologia de projeto.

ABSTRACT

The present work main objective is an application of the PRODIP – Intregrated Product

Design methodology in the development of the informational and conceptual design phases

for a collaborative robotic manipulator. The robotic manipulator, known as a collaborative

robot, is an equipment capable of performing pick and place operations, dispensing the need

of complex safety features such as fences, proximity sensors and among others external

security systems around its operation cell. This class of robots are essential for future

improvements of most industrial production lines, turning them to be more efficient and at the

same time a safer place for humans to work. The torque sensing technology plays the key role

enabling the collaboration between man and machine which promotes humanization in

industrial process. Such technological achievements are results of intense scientific research

and applications of systematic methods in academic and professional institutions. The main

goal of this development is to design a new collaborative manipulator by applying the

integrated product design method and tools in the engineering department of a target study

case company. This study presents the informational and conceptual design phases step by

step as proposed by the given methodology. Accordingly, the product development will be

based on theoretical details and functional characteristics collected from customers insights,

team members past-experience and market research. These factors play an important role in

contributing to a healthier, systemic and less risky development process. Therefore, the use of

a solid development process intends to give to the company a higher chance in developing a

reliable and competitive new product, enabling them to thrive and succeed in the robotic

market.

Keywords: Robotic manipulator, collaborative robot, products integrated design, design

methodology.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2.1 - Etapas do modelo de projeto PRODIP ............................................................... 18

Figura 2.2 - Influências sobre o custo do produto .................................................................. 19

Figura 2.3 - Sequência de atividades de projeto .................................................................... 21

Figura 2.4 - Transformação das informações ......................................................................... 22

Figura 2.5 - Ciclo de vida do produto .................................................................................... 23

Figura 2.6 - Definição da função global ................................................................................. 24

Figura 2.7 - Exemplo de matriz morfologica ......................................................................... 25

Figura 2.8 - Exemplo de manipulador robótico ..................................................................... 27

Figura 2.9 - Conceito de junta mecatrônica de um robô LWR .............................................. 31

Figura 3.1 - Classificação metodologia de pesquisa .............................................................. 33

Figura 3.2 - Estrutura organizacional da empresa estudada ................................................... 35

Figura 3.3 - Ciclo de desenvolvimento de novos produtos .................................................... 35

Figura 4.1 - Processo geral de projeto .................................................................................... 37

Figura 4.3 - Etapas do projeto informacional ......................................................................... 38

Figura 4.4 - Ciclo de vida do produto .................................................................................... 42

Figura 5.1 - Etapas e tarefas do projeto conceitual ................................................................ 53

Figura 5.2 - Fluxo das funções parciais ................................................................................. 56

Figura 5.3 - Proposta de concepção 01 .................................................................................. 62

Figura 5.4 - Proposta de concepção 02 .................................................................................. 63

LISTA DE QUADROS

Quadro 2.1 - Etapas do projeto conceitual ............................................................................. 25

Quadro 2.2 - Quadro comparativo robôs colaborativo e industrial ........................................ 29

Quadro 4.1 - Categorias de informação na fase de projeto informacional ............................. 36

Quadro 4.2 - Informações técnicas do modelo de referência 01 ............................................ 40

Quadro 4.3 - Informações técnicas do modelo de referência 02 ............................................ 40

Quadro 4.4 - Informações técnicas do modelo de referência 03 ............................................ 41

Quadro 4.5 - Clientes por fase do ciclo de vida ..................................................................... 43

Quadro 4.6 - Lista de necessidades dos clientes do projeto ................................................... 44

Quadro 4.7 - Conversão das necessidades dos clientes em requisitos dos clientes ............... 46

Quadro 4.8 - Lista de requisitos do projeto ............................................................................ 48

Quadro 5.1 - Função global do manipulador robótico colaborativo ...................................... 54

Quadro 5.2 - Lista de funções parciais ................................................................................... 55

Quadro 5.3 - Matriz de Pugh (1990) ...................................................................................... 57

Quadro 5.4 – Lista de concepções de produto ....................................................................... 60

Quadro 5.5 - Matriz de decisão (Pugh) para seleção de concepção ....................................... 66

Quadro 5.6 - Ficha de características do produto ................................................................... 70

LISTA DE ABREVEATURAS E SIGLAS

PRODIP – Processo de Desenvolvimento Integrado de Produtos

PDP – Processo de Desenvolvimento de Produto

RIA – Robot Industries Association

CAD – Computer Aided Design

CNC – Comando Numérico Computadorizado

GDL – Graus de Liberdade

ISO – International Organization for Standardization

TI – Tecnologia da Informação

TUV – Associação de Especificações Técnicas

DLR – Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt

LWR – Light Weight Robots

ROI – Return on Investment

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12

1.1 PROBLEMA DA PESQUISA....................................................................................... 13

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................. 14

1.2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................... 14

1.2.2 Objetivo Específico ................................................................................................... 14

1.3 JUSTIFICATIVA .......................................................................................................... 14

1.4 ESTRUTURA ................................................................................................................ 15

1.5 DELIMITAÇÃO ASSUNTO ........................................................................................ 16

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 17

2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA PROJETO ........................................................ 17

2.2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO .......................................... 17

2.2.1 Planejamento ............................................................................................................. 19

2.2.2 Projetação ................................................................................................................. 19

2.2.3 Implementação .......................................................................................................... 20

2.3 FLUXOGRAMA DO DESENVOLVIMENTO DO PROJETO ................................... 20

2.4 PROJETO INFORMACIONAL.................................................................................... 21

2.5 PROJETO CONCEITUAL ............................................................................................ 23

2.6 CONTEXTUALIZAÇÃO DO MANIPULADOR ROBÓTICO ARTICULÁVEL ..... 26

2.6.1 Estrutura de um manipulador robótico .................................................................. 26

2.6.2 Caracterização da função colaborativa .................................................................. 28

2.6.3 Estado da arte do mecanismo para robôs colaborativos ....................................... 30

2.6.4 Aspectos relativos aos padrões de segurança ISO-10218 ...................................... 31

3 METODOLOGIA .......................................................................................................... 33

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ............................................................................. 33

3.2 CARACTERICAÇÃO DA EMPRESA ........................................................................ 34

4 PROJETO INFORMACIONAL................................................................................... 36

4.1 ETAPA 01 – PESQUISAR INFORMAÇÕES SOBRE O TEMA DO PROJETO ....... 38

4.1.1 Tarefa 01 – Pesquisar por informações técnicas .................................................... 38

4.1.1.1 Definição dos produtos de referência ....................................................................... 39

4.1.2 Tarefa 02 – Estabelecer ciclo de vida do produto .................................................. 41

4.2 ETAPA 02 – IDENTIFICAR NECESSIDADES DE CLIENTES DO PROJETO....... 43

4.2.1 Tarefa 01 – Definir os clientes do projeto ao longo do ciclo de vida .................... 43

4.2.2 Tarefa 02 – Coletar necessidades dos clientes ........................................................ 44

4.3 ETAPA 03 – ESTABELECER OS REQUISITOS DOS CLIENTES .......................... 46

4.3.1 Tarefa 01 - Conversão das necessidades dos clientes em requisitos dos clientes 46

4.4 ETAPA 04 – ESTABELECER REQUISITOS DO PROJETO .................................... 48

4.4.1 Tarefa 01 - Conversão dos requisitos do cliente em requisitos do projeto .......... 48

4.5 ETAPA 05 – ESTABELECER ESPECIFICAÇÕES DO PROJETO ........................... 49

4.5.1 Tarefa 01 - Quadro de especificações do projeto ................................................... 49

4.6 CONSIDERAÇÕES DO CAPÍTULO ........................................................................... 52

5 PROJETO CONCEITUAL ........................................................................................... 53

5.1 ETAPA 01 – ESTABELECER ESTRUTURA FUNCIONAL ..................................... 54

5.1.1 Tarefa 01 – Estabelecer função global do produto ................................................ 54

5.1.2 Tarefa 02 – Estabelecer estruturas funcionais parciais ........................................ 54

5.1.3 Tarefa 03 – Ponderações de requisitos e funções ................................................... 56

5.2 ETAPA 02 – PRINCÍPIOS DE SOLUÇÃO ................................................................. 58

5.2.1 Tarefa 01 – Aplicar método de busca de soluções .................................................. 58

5.3 ETAPA 03 – GERAR POSSÍVEIS CONCEPÇÕES .................................................... 59

5.3.1 Tarefa 01 – Combinação dos princípios de solução ............................................... 59

5.3.1.1 Concepção – 01 ........................................................................................................ 62

5.3.1.2 Concepção – 02 ........................................................................................................ 63

5.4 ETAPA 04 – SELECIONAR COMBINAÇÕES .......................................................... 65

5.4.1 Tarefa 01 – Aplicar método de seleção de combinações ........................................ 66

5.5 ETAPA 05 – EVOLUIR AS VARIANTES DE CONCEPÇÃO .................................. 67

5.5.1 Tarefa 01 – Detalhar concepção selecionada .......................................................... 67

5.5.1.1 Ficha de dados da concepção selecionada ............................................................... 69

6 CONCLUSÃO ................................................................................................................ 71

6.1 RESULTADOS OBTIDOS ........................................................................................... 71

6.2 RECOMENDAÇÕES FUTURAS ................................................................................ 72

REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 73

APÊNDICE ........................................................................................................................... 76

12

1 INTRODUÇÃO

A automação pode ser definida como a tecnologia pelo qual os processos ou

procedimentos são executados sem a assistência humana. Humanos podem estar presentes

como observadores ou até mesmo participantes, mas o processo é operado de forma autônoma.

A automação acontece quando um sistema controlado executa um programa com uma série de

instruções. (GROOVER, 2010, p. 887).

Durante anos a automação de linhas produtivas com o uso de robôs foi bastante

interferida e regrada devido aos possíveis riscos da relação homem-máquina. Muitas vezes

inclusive, os robôs e os aparatos de um sistema automatizado foram vistos como os vilões do

chão de fábrica. E a razão é simples: robôs industriais tradicionais podem oferecer riscos à

saúde humana quando instalados, operados e monitorados de forma incorreta.

Segundo Hahn, o robô colaborativo é uma inovação e, ao mesmo tempo, um

aprimoramento dos mecanismos robóticos industriais convencionais que, por segurança,

precisam estar completamente isolados dos trabalhadores humanos. Isso torna a instalação

mais complexa e cara, além de requerer mais espaço físico no chão de fábrica, muitas vezes

indisponível. A tecnologia colaborativa trouxe mais facilidade de instalação,

consequentemente menor custo, além de ocupar um menor espaço nas fábricas. (MARQUES,

2016).

Os benefícios que a tecnologia da robótica colaborativa traz para a indústria vão

além da produtividade e da segurança na interação com os operadores em um ambiente de

trabalho compartilhado. Esta categoria de robôs está diretamente atrelada à indústria 4.0,

também conhecida por manufatura avançada. A combinação entre essas duas novidades no

chão de fábrica faz com que a comunicação entre o setor administrativo e o operacional

aconteça em tempo real, aumentando muito a qualidade e a eficiência na circulação de

informações corporativas.

A empresa estudada no desenvolvimento deste trabalho, por estar diretamente

envolvida com as inovações tecnológicas da indústria, encontrou este potencial de crescimento

e decidiu adicionar em seu portfólio de produtos o manipulador robótico colaborativo. Este

produto irá complementar a área de automação e modernização de sistemas produtivos que a

empresa já atende atualmente.

Segundo Rozenfeld et al. (2006), desenvolver produtos consiste em um conjunto

de atividades por meio das quais, busca-se, a partir das necessidades do mercado e das

possibilidades e restrições tecnológicas, e considerando as estratégias competitivas e de

13

produto da empresa, chegar às especificações de projeto de um produto e de seu processo de

produção, para que a manufatura seja capaz de produzi-lo.

Portanto, a finalidade deste trabalho de conclusão de curso de Engenharia de

Produção é dar suporte no desenvolvimento conceitual de um manipulador robótico

colaborativo. Tendo em vista que esta modalidade de equipamento, por possuir um nível

tecnológico muito alto, não é atualmente fabricado no Brasil, e sim apenas revendido. O

desenvolvimento deste produto e o sucesso de sua implementação no mercado se tornará chave

para o crescimento da empresa estudada na América Latina e no mundo.

1.1 PROBLEMA DA PESQUISA

A robótica, por exemplo, viabiliza a substituição de pessoas que trabalham em

ambientes perigosos e insalubres, realizando tarefas repetitivas, inseguras ou em contato com

materiais tóxicos. A substituição desses agentes por robôs evita riscos físicos, ergonômicos e

psicossociais, transferindo-os para tarefas mais inteligentes e seguras nas fábricas. (GROUP-

PROMOTION, 2017).

A empresa, atuante da área de automação e robótica desde a sua fundação, tem em

seu planejamento de negócio o desenvolvimento de um manipulador robótico colaborativo.

Este equipamento, diferente dos robôs tradicionais, é capaz de executar suas tarefas em

simultâneo com o ser humano sem a existência do espaço confinado. Este produto por se tratar

de um equipamento bastante complexo, atualmente não é fabricado no Brasil.

Utilizando-se da metodologia de Processo de Desenvolvimento Integrado de

Produtos (PRODIP), busca-se desenvolver o projeto informacional e conceitual de um

manipulador robótico que seja capaz de operar em simultâneo e aliado à mão de obra humana.

Esta metodologia tem como objetivo guiar o desenvolvimento de novos produtos durante todas

as suas fases de criação. Além disso, fornece ferramentas que simplificam o estudo da estrutura

funcional de um produto complexo como um manipulador robótico.

Este trabalho possui o propósito de elaborar uma solução para o problema de

pesquisa: Como desenvolver, de modo conceitual, um manipulador robótico que seja capaz de

interagir e auxiliar o ser humano em suas tarefas diárias em seu ambiente de trabalho tornando-

o mais seguro e produtivo?

14

1.2 OBJETIVOS

Nesta seção serão abordados o objetivo geral e os específicos que estruturam o

desenvolvimento deste trabalho.

1.2.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho consiste em desenvolver o projeto conceitual de

um manipulador robótico colaborativo utilizando a metodologia de projeto integrado de

produtos (PRODIP).

1.2.2 Objetivo Específico

Os objetivos específicos estipulados, que possuem a função de fundamentar o

objetivo geral deste trabalho, são:

- Conhecer o desenvolvimento do produto de forma a reduzir os riscos de

engenharia e de processo produtivo.

- Utilizar de métodos estruturados e sistemáticos no desenvolvimento de um novo

produto.

- Compreender os requisitos funcionais do produto e sintetizar as informações

geradas pelas ferramentas PRODIP de forma a tornar o processo de desenvolvimento de um

novo projeto mais eficiente.

- Desenvolver diferentes alternativas na tratativa dos requisitos do produto com o

intuito de selecionar a concepção mais indicada.

1.3 JUSTIFICATIVA

A engenharia de produção desenvolveu-se, ao longo do século XX, em resposta às

necessidades de desenvolvimento de métodos e técnicas de gestão dos meios produtivos

demandada pela evolução tecnológica e mercadológica. Enquanto que os ramos tradicionais

da Engenharia, cronologicamente seus precedentes, evoluíram na linha do desenvolvimento

da concepção, fabricação e manutenção de sistemas técnicos, a Engenharia de Produção veio

a concentrar-se no desenvolvimento de métodos e técnicas que permitissem otimizar a

utilização de todos os recursos produtivos. (CUNHA, 2002).

15

Neste contexto, o profissional de Engenharia de Produção se envolve de forma

integral no que diz respeito aos processos produtivos e de desenvolvimento de produtos. Estas

abordagens metodológicas e cientificas cada vez mais se tornam chaves para o sucesso de

empresas de pequeno e médio porte.

O PDP pode ser definido como um conjunto de atividades por meio das quais se

busca, a partir das necessidades do mercado e das possibilidades e restrições tecnológicas, e

considerando as estratégias competitivas e de produto da empresa, chegar às especificações de

projeto de um produto e de seu processo de produção, para que a manufatura seja capaz de

produzi-lo. Ainda, o desenvolvimento de produto envolve o acompanhamento do produto após

o lançamento, bem como o planejamento da descontinuidade do produto no mercado

incorporando estes conceitos na especificação do projeto atendendo assim, todas as

necessidades do produto ao longo do seu ciclo de vida. (ROSENFELD et al., 2006).

Com base nestas aptidões do Engenheiro de Produção, o exercício da aplicação de

metodologias de desenvolvimento de produto torna-se factível tanto para o profissional da área

quanto para as empresas que o contratam. É bem sabido que um produto pode ser desenvolvido

em uma infinidade de maneiras, seguindo diferentes métodos e abordagens técnicas. Contudo,

ao estudar o desenvolvimento de um produto de forma sistemática antes de sua fabricação,

utilizando-se de métodos consolidados e confiáveis, amplia-se o campo de visão reduzindo

drasticamente os riscos, os custos e até mesmo o tempo do projeto.

Desta forma, este trabalho tem como propósito aplicar o método PRODIP e suas

ferramentas de desenvolvimento de produto, de forma a maximizar os resultados do

departamento de engenharia da empresa estudada no desenvolvimento de um novo produto.

1.4 ESTRUTURA

O presente trabalho está subdividido em 06 (seis) capítulos os quais detalham todo

o desenvolvimento do projeto desta pesquisa. O primeiro capítulo tem por objetivo apresentar

a relevância deste trabalho de um ponto de vista acadêmico e profissional. Este capítulo é

composto por introdução, problema da pesquisa, objetivos e a justificativa de sua criação.

No segundo capítulo é apresentado a revisão dos conceitos bibliográficos que

fundamentam a metodologia utilizada no processo de desenvolvimento de produtos

industriais. Esta metodologia está dividida em 03 macro fases: planejamento, projetação e

implementação. Neste trabalho será apresentado as duas primeiras fases da macro fase de

projetação.

16

No terceiro capítulo será apresentado o tipo de pesquisa utilizado no

desenvolvimento deste trabalho e a sua adequação destes conteúdos com a caracterização da

empresa estudada.

No quarto capítulo inicia-se a fase de projeto informacional onde se apresenta o

processo de coleta das informações pertinentes ao desenvolvimento do produto proposto

considerando interesses da empresa frente a oportunidade de negócio e no problema de projeto.

Nesta etapa busca-se fundamentar o desenvolvimento com base nas informações de mercado,

no estudo de concorrentes e na experiência dos especialistas da equipe de projeto.

No quinto capítulo é apresentada a fase de projeto conceitual, que tem como

objetivo unificar as informações adquiridas nas etapas anteriores para criar as concepções do

produto. Nesta etapa faz se o uso de ferramentas como a matriz morfológica, matriz de decisão

e de criatividade construtiva. Com a conclusão desta etapa, o projeto conceitual estará definido

de forma a atender as características funcionais levando em consideração o posicionamento da

empresa.

No sexto capítulo é apresentado a conclusão do trabalho bem como o resultado da

pesquisa. Ao concluir esta etapa é possível apresentar o projeto conceitual às partes

interessadas da empresa avaliarem se o modelo proposto atende as suas necessidades.

1.5 DELIMITAÇÃO ASSUNTO

No processo de desenvolvimento de produtos existem inúmeras metodologias e

ferramentas, de diferentes autorias, cada qual em sua plena capacidade de gerar resultados

positivos. Contudo, este presente trabalho visa a aplicação da metodologia de projeto adaptada

por Romano (2003) e Back et al. (2008). Esta metodologia possui 03 (três) etapas

denominadas de macro fases do projeto, sendo ainda subdivididas em 09 (nove) fases.

O presente trabalho propõe a aplicação das duas primeiras fases da macro fase de

projetação sendo elas, o projeto informacional e o projeto conceitual, apresentados

respectivamente nesta ordem.

Com a aplicação destas duas fases da metodologia selecionada, será obtido o

projeto conceitual do manipulador robótico colaborativo, deixando a critério da empresa a

realização das demais fases da metodologia para a conclusão do desenvolvimento do produto.

17

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

No presente capítulo será apresentada a revisão bibliográfica dos tópicos que são

relevantes para o desenvolvimento deste trabalho. Os tópicos aqui relacionados estarão em

concordância direta com a metodologia de desenvolvimento integrado de produtos PRODIP e

suas ferramentas auxiliares, assuntos estes que são imprecindíveis na elaboração da proposta

de projeto.

2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA PROJETO

Projeto é uma atividade predominantemente cognitiva, fundamentada em

conhecimento e experiência, dirigida à busca de soluções ótimas para produtos técnicos, a fim

de determinar a construção funcional e estrutural e criar documentos com informações precisas

e claras para a fabricação. (Back et al. 2008).

Para Fonseca (2000), o projeto aplicado ao ramo de engenharia, por sua vez, é uma

atividade tecnológica, estruturada e gerenciável que visa à solução de problemas típicos da

engenharia, voltada ao futuro e usando a criatividade.

Ao estudarmos o termo projeto, é muito comum encontrarmos a ligação deste

termo em atividades que propõem a solução de um problema. Neste caso, um projeto pode ser

visto como um planejamento estruturado, ou seja, que segue um processo cuja finalidade é

gerar uma nova solução e ou uma solução melhorada para um determinado problema.

Segundo Pahl e Beitz (2011), os métodos de desenvolvimento de produto - assunto

que envolve integralmente a função de projetar, se torna aplicável quando além do

conhecimento específico no assunto, os projetistas passam a trabalhar de forma sistêmica e

seguem medidas organizacionais.

2.2 PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO

O modelo utilizado para o desenvolvimento deste trabalho é o modelo PRODIP –

Processo de Desenvolvimento Integrado de Produtos que segundo Back et. al (2008), é

definido como:

“[...] um modelo que contribui para que as empresas passem a executar um processo

de desenvolvimento de produtos formal, sistemático e integrado aos demais

processos empresariais, e participantes da cadeia de fornecimento, clientes finais

[...]”.

18

Para Romano (2003), o processo de desenvolvimento de produtos consiste na

realização de uma série de atividades, que vão desde a detecção da oportunidade de negócio,

até o lançamento do produto no mercado.

As empresas cada vez mais buscam por alternativas mais seguras e produtivas para

desenvolverem os seus produtos e serviços. Ao tomar como base as metodologias existentes

de desenvolvimento de produto, os riscos de errar se tornam menores. Métodos estes que são

baseados em inúmeras bibliografias e em diversos trabalhos passados, podem garantir que as

chances do sucesso sejam maiores e que ainda podem reduzir os custos envolvidos no projeto.

O método PRODIP é dividido em 03 macrofases e são elas: planejamento,

projetação e implementação, conforme ilustrado na figura 2.1.

Figura 2.1 - Etapas do modelo de projeto PRODIP

Fonte: Adaptado de Romano (2003) e Back et. al (2008).

Com o uso das metodologias de desenvolvimento de produto, pode-se organizar

de melhor forma as informações obtidas durante todo o processo. Desta forma, auxiliam no

processo de tomada de decisões quando relacionados com tempo e custo do desensolvimento.

Segundo Smith e Reinertsen (1991) apud Back et. al (2008, p. 15), na figura 2.2 a

seguir, o custo do projeto em desenvolvimento é na ordem de 5%, mas o efeito de decisões tomadas

nesta fase afeta cerca de 70% do custo total do produto.

19

Figura 2.2 - Influências sobre o custo do produto

Fonte: Smith e Reinertsen (1991).

2.2.1 Planejamento

O objetivo desta fase consiste em garantir o planejamento do projeto do produto

de forma sistêmica e controlada. A macro fase de planejamento está dividida em 02 fases, são

elas: planejamento do produto e planejamento do projeto. Ambas propõem a elaboração de um

“plano de projeto” para o produto e ou serviço a ser elaborado. O plano de projeto serve como

conteúdo de entrada para a fase seguinte da metodologia, conforme mostra a Figura 2.2.

No presente trabalho, não serão apresentadas as fases da etapa de planejamento,

uma vez que a equipe de marketing e o comitê executivo da empresa estudada já o forneceram

pronto para o departamento de engenharia. Este documento, por sua vez é composto de valores,

nomes de colaboradores e informações de fornecedores e parceiros que são confidênciais para

a empresa, portanto não serão divulgadas nesta dissetação.

2.2.2 Projetação

A macro fase de projetação é subdividida em 04 fases, são elas: projeto

informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. Esta macro fase

possui como função assimilar o desenvolvimento do produto com diversas questões

pertinentes a sua forma, funcionamento e processo de fabricação e ciclo de vida.

20

Segundo Back et. al (2008), os resultados principais de cada fase da projetação são

respectivamente, as especificações de projeto, a concepção do produto, a viabilidade técnica e

econômica do produto e a documentação do produto.

O presente trabalho apresentará as duas primeiras fases da macro fase de

projetação, sendo elas o projeto informacional e o projeto conceitual, tendo so seu

encerramento na etapa de projeto conceitual.

2.2.3 Implementação

Na macrofase de implementação se executa o plano de manufatura do produto

desenvolvido em uma linha de produção. Esta etapa é composta de 03 fases, são elas:

preparação da produção, lançamento e validação do produto.

Segundo Back et. al (2008), os resultados destas fases são, respectivamente, a

liberação do produto, a liberação do lote piloto e a validação do produto.

2.3 FLUXOGRAMA DO DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

O uso de metodologias tem por finalidade garantir que o desenvolvimento das

tarefas siga procedimentos definidos e sistemáticos com a finalidade de garantir um melhor

rendimento durante o processo de projeto e com isso melhores resultados em sua conclusão.

A figura 2.3 demonstra a sequência das atividades relacionadas ao

desenvolvimento do manipulador robótico colaborativo.

21

Figura 2.3 - Sequência de atividades de projeto

Fonte: Mazute (2014).

2.4 PROJETO INFORMACIONAL

O projeto informacional trata da identificação das necessidades dos clientes, e da

transformação dessas necessidades em especificações de projeto do produto. Para isso, utiliza-

se uma metodologia, que prescreve passo a passo o caminho a ser percorrido pela equipe de

projeto, para que essa transformação de informações seja feita de forma organizada (Back &

Forcellini, 2001).

Como podemos observar na figura 2.3, o projeto informacional sucede a etapa de

planejamento do projeto, o que significa que ele é alimentado pelas informações coletadas na

etapa de planejamento. Estas informações são comumente obtidas através de pesquisa de

mercado, estudo de concorrentes e em forma de consulta nas bibliografias existentes.

22

A primeira fase da etapa de projetação tem por principal função a coleta das

informações provenientes de clientes e ou usuários finais do produto. Estas informações são

conhecidas como requisitos dos clientes e ou necessidades dos clientes como proposto por

Pahl e Beitz (1996).

Segundo Fonseca (2000), as informações do projeto informacional devem ser

obtidas diretamente do cliente, e em seguida precisam ser traduzidas para a linguagem de

projeto. Essa necessidade se dá pelo fato de que muitas vezes a linguagem do usuário não é

adequada para a realidade técnica de projeto.

A figura 2.4 exemplifica o procedimento de transformação das informações do

projeto informacional como proposto por Fonseca (2000).

Figura 2.4 - Transformação das informações

Fonte: Adaptado de Fonseca (2000).

Segundo Farina (2010), as especificações de projeto constituem uma lista de

objetivos que o produto a ser projetado deve atender. Elas apresentam duas funções, sendo a

primeira “direcionar o processo de geração de soluções” e a segunda “fornecer as bases para

os critérios de avaliação das fases posteriores do processo de projeto”.

Os recursos necessários para um projeto mudam durante o seu ciclo de vida. O

padrão típico dos recursos necessários para um projeto segue uma curva previsível, sendo

possível dividir o ciclo de um projeto em fases de projeto. (ROMANO, 2003).

Com estas informações, sabe-se que o projeto informacional tem como um de seus

objetivos a determinação das principais fases do ciclo de vida do produto. Estas fases são

também conhecidas como fases do ciclo de vida do produto e o acompanham desde a definição

do projeto até o seu encerramento conforme mostra a figura 2.5.

23

Figura 2.5 - Ciclo de vida do produto

Fonte: Fonseca (2000).

Na presente fase, buscou-se através de aplicação de um brainstoming em uma

reunião com a equipe de projetos para a geração de ideias, debatendo sobre requisitos dos

clientes e estudo dos concorrentes com a finalidade de reunir informações pertinentes ao

produto. Após essa etapa, com o auxílio das ferramentas de projeto matriz de decisão Pugh e

matriz de Roth, estas informações foram transformadas em especificações do projeto. Estas

especificações são conteúdos necessários para a entrada na fase seguinte da metodologia, a

fase de projeto conceitual.

2.5 PROJETO CONCEITUAL

De uma forma mais detalhada, segundo Pahl & Beitz (2011), o projeto conceitual

é a parte do processo de projeto na qual, pela identificação dos problemas essenciais através

da abstração, pelo estabelecimento da estrutura de funções e pela busca de princípios de

solução apropriados e suas combinações, o caminho básico da solução é exposto através da

elaboração de uma concepção de solução.

24

O processo de adequação das informações provenientes da fase de projeto

informacional começa nas especificações de projeto. Nesta etapa os dados são utilizados de

forma a provocar possíveis princípios e ou alternativas de solução para cada requisito do

usuário.

Segundo Back (2008), para atingir o propósito desta fase são realizadas diversas

tarefas que buscam, primeiramente, estabelecer a estrutura funcional do produto. Esta

atividade envolve a definição da função global a ser executada, bem como suas sub funções.

Para Farina (2010), esta fase está subdividida em: (i) a estruturação funcional do produto que

descreve o comportamento dos elementos físicos que virão constituir a máquina; (ii)

concepção da matriz morfológica que demonstra os princípios de soluções das possíveis

formas construtivas do equipamento.

Com o uso das informações do projeto informacional é possível a definição da

função global do produto. Segundo Pahl & Beitz (1996), o detalhamento da função global

corresponde ao passo de estabelecimento da estrutura de funções. Uma estrutura de funções é

um conjunto de funções interligadas por fluxos (que podem ser de energia, material ou sinal)

representados graficamente através de um diagrama de blocos.

Na figura 2.6 é apresentado um exemplo de função global juntamente do uso do

fluxograma de material, energia e sinal como proposto por Pahl & Beitz (1996).

Figura 2.6 - Definição da função global

Fonte: Pahl e Beitz (1996).

Segundo Dofour (1996) apud Farina (2010) o projeto conceitual pode ser

dividido em 07 (sete) etapas, conforme mostrado no quadro 2.1 a seguir.

25

Quadro 2.1 - Etapas do projeto conceitual

PROJETO

CONCEITUAL

ESPECIFICAÇÕES

Abstrair e identificar os problemas principais

Estabelecer estruturas de funções, funções globais e funções parciais e

procurar princípios de soluções que satisfaçam as sub-funções

Combinar princípios de soluções que satisfaçam as funções globais e

selecionar as combinações adequadas

Estabelecer variantes de conceito e valiar variantes de concepção contra

os critérios técnicos e econômicos

Conceito

Fonte: Pahl & Beitz, (1977) apud Farina, (2010).

Após a definição da função global, é possível elaborar variadas concepções de

produto e ou princípios de solução a fim de atender aos requisitos do projeto. Para a formulação

destas concepções, utiliza-se da ferramenta matriz morfológica, proposta por autores como

Back et al. (2008) e Pahl e Beitz (2011), conforme mostrado na figura 2.7.

Figura 2.7 - Exemplo de matriz morfologica

Fonte: Pahl & Beitz (2011).

26

Segundo Back (2008), o método da matriz morfológica consiste em uma pesquisa

sistemática de diferentes combinações de elementos ou parâmetros, com o objetivo de

encontrar uma nova solução para o problema.

Além da matriz morfológica, também se é aplicável o uso de outras ferramentas

como a matriz de decisão (Pugh), quadros avaliativos e as ferramentas CAD para o

desenvolvimento geométrico e visual do produto e de seus princípios de solução.

O projeto conceitual será a última etapa apresentada neste trabalho, deixando

assim as demais fases da metodologia para serem elaboradas e estudadas em ocasiões futuras

como bem interessar à empresa estudada.

2.6 CONTEXTUALIZAÇÃO DO MANIPULADOR ROBÓTICO ARTICULÁVEL

Segundo a Associação das Indústrias da Robótica (RIA) apud Pazos (2002), um

robô pode ser definido como um manipulador reprogramável, multifuncional, projetado para

mover materiais, peças, ferramentas ou dispositivos especiais em movimentos variáveis

programados para a realização de uma variedade de tarefas.

A robótica vem sendo empregada nas mais variadas etapas dos processos

produtivos e industriais. A necessidade de se adequar ao rápido crescimento tecnológico de

processos industriais é o fator que mais fomenta o uso de robôs para automatizar os sistemas

produtivos. Segundo Groover (1988), na indústria os robôs do tipo manipulador são

empregados em várias aplicações sendo sua maioria a movimentação de materiais, peças e

ferramentas de diversos tipos.

2.6.1 Estrutura de um manipulador robótico

Um robô pode possuir diferentes características que vão de acordo com a sua

função e tipo de aplicação. No caso dos robôs manipuladores do tipo antropomórficos (que

simulam o funcionamento de um braço humano mecanizado), sua estrutura mecânica

convencional é formada por mecanismos articulados chamados de juntas robóticas que

conferem ao robô o seu número de graus de liberdade (número de eixos).

Conforme Craig (2005, p. 05), a respeito dos graus de liberdade de um

manipulador, tem-se que:

“O número de graus de liberdade que um manipulador possui é o número de

variáveis independentes de posição que precisam ser especificadas para a

localização de todas as partes do mecanismo.” (Craig, 2005).

27

As juntas robóticas são interligadas por hastes modulares estruturais denominadas

de “elos” que sustentam as juntas robóticas permitindo a extensão de seu alcance de trabalho.

O dispositivo encarregado de fixar os objetos está localizado na extremidade do robô e é

chamado de efetuador, que pode ser em forma de pinça, garra, ventosa e entre outros.

Manipuladores robóticos são constituídos por interligamentos rígidos, que são

conectadas por juntas que permitem movimentos relativos de entre seus interligamentos

vizinhos. Estas juntas são normalmente equipadas com sensores de posição que possibilitam a

medição relativa da posição atual de interligações próximas. No caso de juntas rotativas ou de

revolução, estes deslocamentos são chamados de juntas angulares. (CRAIG, 2005).

Os movimentos do robô manipulador são normalmente gerados por acionamentos

eletromecânicos que são controlados por sinais elétricos enviados por um computador. A

energia e os sinais elétricos são enviados para os motores que ligados a um sistema mecânico

de transmissão, formam a junta robótica, o componente gerador de movimento. A figura 2.8

ilustra o esquemático de um manipulador do tipo antropomórfico com até 05 graus de

liberdade (GDL).

Figura 2.8 - Exemplo de manipulador robótico

Fonte: Adaptado de Pazos (2002).

28

Por fim, os movimentos gerados pelo manipulador são coordenados por uma

relação matemática denominada de cinemática. Para cada tipo de robô cria-se um modelo de

cinemática específica que o torna controlável por meio do comando numérico

computadorizado (CNC) e ou por funções paramétricas.

2.6.2 Caracterização da função colaborativa

A empresa Robotiq, define o termo “robô colaborativo” como uma característica

que envolve uma grande variedade de modelos com diferentes recursos. Contudo, todos eles

compartilham um objetivo comum: trabalhar lado a lado com os humanos e ajudá-los em suas

tarefas.

Segundo Henriksen (2017), células automatizadas com estrutura fixa e ou

permanentes são de custo elevado e exigem mais tempo para serem reconfiguradas. Nos dias

de hoje, lotes menores de produção e a alta demanda por customização de produtos promovem

uma grande vantagem em favor dos robôs colaborativos devido a sua flexibilidade e adaptação.

Em relação à aos fatores de segurança, podemos afirmar que os robôs

colaborativos são de certa forma desenvolvidos especialmente para permitirem a segurança

operacional durante a execução de suas tarefas em colaboração com os humanos. Segundo a

Robotiq, esta categoria de robôs possuem os seguintes aspectos técnicos que contribuem

diretamente para a adequação da função colaborativa:

a. Limitadores de força e de potência – Nos robôs com limitação de força, todas as

juntas robóticas são equipadas com um dispositivo de sensor de força, portanto o

robô consegue sentir se existe impactos que causam forças excessivas nas juntas.

Os sensores são extremamente sensíveis e podem detectar até mesmo pequenos

impactos e são projetados para interromper o movimento quando uma força externa

é detectada.

b. Velocidade e monitoramento de movimento – Um robô quando equipado com

um sistema de visão ou sensores de presença podem antecipar as possíveis colisões

mantendo uma distância mínima de segurança com relação aos objetos próximos.

O robô com o recurso de detecção de presença pode ainda reduzir sua velocidade

quando sentir que tem algum objeto próximo ao mesmo tempo que pode resumir o

seu movimento quando sentir que o objeto se afastou. Contudo, para algumas

aplicações ou locais de instalação, pode ser necessário a inclusão de grades de

proteção.

29

c. Design “impacto suave” – Os robôs colaborativos são projetados com um conceito

de geometria suave e curva de forma a não causar danos em casos de contato com

os operadores. A classe de robôs colaborativos possui superfícies orgânicas e

arredondadas e seus mecanismos são integrados e isolados do contato com o meio

externo, recursos que reduzem os riscos de danos nos impactos. Em comparação,

os robôs de classe industrial possuem arestas cortantes, mecanismos expostos e

pontos de perfuração.

As características apresentadas pelos manipuladores robóticos podem ser usadas

em conjunto para substituir o trabalho do homem em casos complicados e perigosos como

operações em ambientes hostis e prática de trabalhos repetitivos (CAMPBELL et. al, 2008).

Segundo Siciliano (2009), tais manipuladores representam um dos mais avançados

produtos industriais e que por conta de seu baixo peso, estes robôs oferecem uma performance

interessante na interação com o ambiente garantindo segurança em caso de contatos com seres

humanos.

Esta categoria de robôs que possui a função colaborativa está sendo inserida

principalmente nas operações onde o trabalho é repetitivo, que necessitam de múltiplos turnos

e que não admitem o erro humano no processo. Este ambiente de trabalho, juntamente com a

pressão psicológica sobre os operados, muitas vezes coloca em riscos à saúde dos operadores

e indiretamente a qualidade do serviço. São ainda mais indicados, em linhas de produção onde

os robôs industriais não podem ser instalados devido à incompatibilidade de adequação de

aparatos de segurança, que em muitos casos ocupam espaço extra, o investimento é alto e o

trabalho fica intermitente e até mesmo improdutivo.

O quadro 2.2 faz a comparação entre as principais diferenças e características dos

robôs colaborativos e industriais.

Quadro 2.2 - Quadro comparativo robôs colaborativo e industrial

Aspecto Robôs Colaborativos Robôs Industriais

Versatilidade

Altamente flexíveis, executam

diversas tarefas, não requer

adequação da linha

Não são flexíveis, executam

tarefas designadas na

implantação, mais indicado para

repetitividade

Continua...

30

Instalação Intercambiável, móvel e rapidamente

instalado

Fixado, geralmente são

chumbados no solo, não são

facilmente transportados

Programação

Interface amigável, rápida

programação com sistema move-by-

touch (robô grava o movimento do

operador e repete)

Programação dedicada e

especial para o produto que está

na linha, não possui sistema

move-by-touch

Operação

Interação direta com operários, rápido

aprendizado, não necessita de

profissionais altamente qualificados,

não oferece riscos

Não interage com operador,

difícil aprendizado, requer

profissional qualificado e

qualquer erro pode causar dano

aos operadores

Segurança

Todas as articulações possuem o

sistema de segurança que evitam que

o robô cause danos ao operador

Necessita de isolamento de

célula com cercas, sensores de

presença, sinais luminosos e

ainda existem riscos

Interação

Operador Frequente Baixa

ROI –

Retorno de

Investimento

Rápido retorno mesmo em linhas de

baixa produtividade, economia na

mão de obra especializada

O retorno é rápido e justificável

em linhas de alta produtividade

devido aos altos investimentos

na integração

Fonte: Adaptado de Robotiq – Collaborative Robots in Global Companies (2016).

2.6.3 Estado da arte do mecanismo para robôs colaborativos

As juntas robóticas utilizadas nos robôs colaborativos possuem diversas

características e recursos que os robôs da classificação industrial não possuem. Esse fator se

dá por conta da necessidade de inserir funções eletromecânicas que capacitem o robô a

trabalhar em um ambiente compartilhado com os humanos.

Segundo Schäeffer et. al (2007), em comparação com o controle dos robôs

industriais padrões, o recurso mais importante no controle dos robôs DLR (Centro

Aeroespacial Alemão), é o uso dos sensores de torque de junta aclamados de controle

suavizado para robôs, com a conformidade de controle de força e ou torque, tão bem quanto

detectores de falhas e colisões.

A figura 2.9 a seguir ilustra o conceito eletromecânico de uma junta robótica

desenvolvida para robôs LWR (robôs de baixo peso), que no Brasil são conhecidos como robôs

colaborativos.

31

Figura 2.9 - Conceito de junta mecatrônica de um robô LWR

Fonte: DLR (2007).

2.6.4 Aspectos relativos aos padrões de segurança ISO-10218

Os manipuladores robóticos que são categorizados como colaborativos devem

seguir os padrões estipulados pelas normas internacionais, neste caso determinadas pela ISO

– Organização de Padrões Internacionais. Estas normas regulamentadoras conferem aos

equipamentos e aos processos produtivos diretrizes que devem ser seguidas com a finalidade

de garantirem níveis padrões de segurança e qualidade operacional.

Segundo a ISO, um padrão internacional estabelece regras, diretrizes ou

características para as atividades ou para seus resultados, objetivados em alcançarem um grau

ótimo de qualidade em um dado contexto. Este processo ocorre de várias formas. Da parte dos

padrões de produto, os exemplos incluem: métodos de teste, prática de códigos, diretrizes

padronizadas e gerenciamento de sistemas padrões.

32

Com relação aos robôs colaborativos, a ISO determinou um grupo de normativas

para que os robôs desta categoria devem se adequar, esse padrão é chamado de ISO 10218-

2011 e é definido por:

“...uma especificação de requisitos e diretrizes inerentes ao projeto seguro, medidas

de proteção no uso dos robôs industriais. Ela descreve os perigos básicos associados

com os robôs e provem os requisitos que eliminam ou adequadamente reduzem os

riscos associados com estes perigos.” (ISO, 2011).

Para o correto desenvolvimento do equipamento, está previsto em etapas futuras

que a empresa efetue a compra das normas com o objetivo de garantir que o produto esteja em

conformidade com os padrões internacionais.

33

3 METODOLOGIA

O presente capitulo tratará de apresentar a metodologia utilizada na pesquisa e no

desenvolvimento deste trabalho.

3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA

Nesta etapa descreve-se a metodoogia de pesquisa para o estudo proposto. Esta

classificação está relacionada com a sua natureza, o seu tipo, abordagem e o procedimento

utilizado, conforme mostra a figura 3.1.

Figura 3.1 - Classificação metodologia de pesquisa

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

Segundo Gil (2002), pode-se definir pesquisa como o procedimento racional e

sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos.

A pesquisa é requerida quando não se dispõe de informação suficiente para responder ao

problema, ou então quando a informação disponível se encontra em tal estado de desordem

que não possa ser adequadamente relacionada ao problema.

A natureza desta pesquisa é dada como aplicada, pois, se trata de uma aplicação

prática com a finalidade de resolver um problema com o desenvolvimento de um produto. O

34

presente trabalho vai em busca de princípios de solução para o desenvolvimento do

equipamento proposto, não se tratando apenas de um estudo da teoria.

O objetivo desta pesquisa, que se enquadra na classificação de “tipo de pesquisa”,

é descritivo pois além de estudar o problema ela também descreve e registra os resultados

encontrados. Segundo Castilho et al. (2014), a pesquisa descritiva promove estudo, análise,

registro e interpretação dos fatos do mundo físico, sem a interferência do pesquisador. Os

dados encontrados geralmente são coletados pela aplicação de entrevista, questionário e ou

observação.

Com relação a abordagem de pesquisa para este trabalho, trata-se de uma

abordagem qualitativa pois conta com aspectos referentes a coleta de dados de modo prático.

Os dados foram extraídos de documentos técnicos, análises de concorrentes e através de

entrevistas diretas com especialistas da área de engenharia. Segundo Ramos (2009), a

abordagem qualitativa das informações também se dá por meio de descoberta, descrição,

compreensão de dados e participação do pesquisador no processo de estudo.

O procedimento utilizado neste trabalho foi o de estudo de caso pois se trata de um

caso específico de desenvolvimento de um determinado produto em uma determinada

empresa. Segundo Castilho et al. (2014), o estudo de caso é caracterizado por ser um modelo

de pesquisa que tem como objeto de investigação de uma entidade bem definida, como por

exemplo, uma pessoa ou um grupo de pessoas, uma comunidade, uma organização e ou uma

implantação de um processo tomados como uma unidade de análise.

3.2 CARACTERICAÇÃO DA EMPRESA

A empresa, onde se aplicou o estudo de caso para o desenvolvimento deste

trabalho, atua no desenvolvimento de equipamentos e robôs para automação de indústrias. Esta

organização é classificada como de pequeno porte e foi fundada no ano de 2007, atualmente

está instalada no município de Palhoça localizado no estado de Santa Catarina.

De forma a garantir a segurança e sigilo das informações da empresa estudada,

optou-se por não diretamente informar o nome da organização. Além disso, algumas

informações referentes às tecnologias envolvidas no desenvolvimento do produto também

foram mantidas sigilosas, afim de preservar a propriedade intelectual da empresa.

A organização conta com um corpo técnico de aproximadamente 20 (vinte)

colaboradores, dentre eles engenheiros, mestres, doutores e profissionais das áreas de

35

administração, marketing e TI. Esta empresa segue a estrutura organizacional conforme

demonstra a figura 3.2.

Figura 3.2 - Estrutura organizacional da empresa estudada

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017)

O processo de desenvolvimento de novos produtos para a empresa segue um fluxo

interno que tem por objetivo organizar e sistematizar o trabalho das equipes. A implantação

desde fluxo se deu por necessário logo na fundação da empresa com a finalidade de garantir

que a inovação andasse de acordo com o mercado. Este método utilizado envolve diretamente

as áreas de marketing, engenharia e produção, conforme ilustrado na figura 3.3.

Figura 3.3 - Ciclo de desenvolvimento de novos produtos

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

36

4 PROJETO INFORMACIONAL

Neste capítulo é apresentado o procedimento para a obtenção das especificações

de projeto necessárias para o desenvolvimento conceitual do manipulador robótico

colaborativo. Desta forma, o capítulo aborda a aplicação das ferramentas da primeira fase da

metodologia de projeto utilizada, o projeto informacional. O objetivo desta etapa é a

identificação das necessidades dos clientes partindo do problema de projeto e transformar estes

dados em marcações e ou metas que o produto deve atender.

De acordo com Fonseca (2000), a fase de projeto informacional é onde se

sistematiza a documentação técnica e se efetiva a obtenção da lista de especificações para o

projeto a ser desenvolvido. Portanto, se torna necessário a compreensão das diferenças entre

necessidade, requisito e especificação de projeto. O autor busca um melhor esclarecimento na

diferenciação destes tópicos através do quadro 4.1.

Quadro 4.1 - Categorias de informação na fase de projeto informacional

Fonte: Fonseca (2000).

O quadro apresentado por Fonseca demonstra quais são as categorias de

informações que devem ser levantadas junto aos clientes internos e externos da organização.

Ainda, segundo Fonseca (2000), o projeto informacional é utilizado para

transformar a informação de entrada em especificações de projeto. Estas especificações se

constituirão no guia dos trabalhos nas fases posteriores do processo de projeto, razão pela qual

a sua obtenção implica numa responsabilidade para o sucesso do projeto no seu conjunto. Ele

busca esclarecer que o projeto informacional, inserido no processo geral de projeto, é

esquematizado conforme demonstra a figura 4.1 a seguir.

37

Figura 4.1 - Processo geral de projeto

Fonte: Fonseca (2000).

A figura acima ilustra a fase do projeto informacional sendo antecedida por

necessidades do projeto e sucedida por especificações do projeto. As especificações de projeto,

segundo Fonseca (2000), são informações de cunho básica para fases posteriores do processo

de desenvolvimento de produto, mas, que devem ser previamente trabalhadas partindo de

informações iniciais brutas. A figura 4.3 a seguir, ilustra as etapas a serem seguidas para o

cumprimento da fase de projeto informacional.

38

Figura 4.2 - Etapas do projeto informacional

Fonte: Adaptado de Mazute (2014).

4.1 ETAPA 01 – PESQUISAR INFORMAÇÕES SOBRE O TEMA DO PROJETO

Esta etapa, seguindo a metodologia, é dividida em duas partes sendo a primeira

“pesquisar por informações técnicas” e a segunda “estabelecer ciclo de vida do produto”.

4.1.1 Tarefa 01 – Pesquisar por informações técnicas

Através de uma pesquisa de cunho técnico em busca de dados de equipamentos e

soluções de automação que executassem as funções de um robô colaborativo no mercado atual,

39

foram encontrados alguns modelos, sendo os principais: Kuka LBR iiwa, Universal Robots

UR10 e Rethink Robots Sawyer. Ambos os equipamentos listados são de origem internacional

e, portanto, não possuem fabricação no território nacional, fator que torna o custo destes

equipamentos alto e com linhas de crédito bastante limitadas.

Segundo Fonseca (2000), a busca por informações sobre o projeto deve ser dirigida

em três direções: procura de patentes sobre o produto que vai ser projetado, procura de

tecnologias e métodos de fabricação disponíveis e procura de informações sobre produtos

similares.

Da procura anterior pode-se extrair informação suficiente para definir os produtos

ou modelos concorrentes, tomando como base a existência de produtos similares. Dentre os

produtos similares identificados, devem ser definidos quais se constituem em líderes do

mercado pela sua qualidade ou pelo seu preço, dependendo dos objetivos definidos para o

produto. Dentre os produtos líderes, serão selecionados os concorrentes. (Fonseca, 2000).

4.1.1.1 Definição dos produtos de referência

Estão sendo considerados como produtos de referência três modelos de robôs

colaborativos dos principais fabricantes já bastante conceituados no mercado mundial. Estes

modelos por se tratarem de equipamentos de altíssima qualidade, possuem informações

técnicas que já atendem o mercado e já se enquadram nas normas regulamentadoras. Portanto,

o aproveitamento destas informações de concorrentes possui grande importância no

desenvolvimento de produtos.

Na sétima edição do E-Book da empresa Robotiq, está disponível uma lista de

detalhamentos técnicos como parâmetros funcionais, estéticos, e uma estimativa de valor de

mercado para alguns dos robôs colaborativos. O modelo a ser desenvolvido deve possuir

características técnicas funcionais bastante próximas aos modelos de benchmarking, contando

com um valor mais acessível para o mercado nacional. Os próximos quadros mostrarão as

características provenientes desta pesquisa de produtos concorrentes.

a. Modelo de referência 01 – Kuka LBR iiwa

O robô colaborativo da Kuka possui elevado nível tecnológico e é indicado para

tarefas laboratoriais ou em células de montagem de alta precisão. Este modelo de robô é o de

maior custo disponível no mercado. No quadro 4.2 a seguir estão listadas suas características

técnicas.

40

Quadro 4.2 - Informações técnicas do modelo de referência 01

Fonte: Adaptado de Robotiq Cobots E-book - Edição 07 (2017).

b. Modelo de referência 02 – Universal Robot UR10

Atualmente, o robô colaborativo UR10 da Universal Robots é o líder de vendas no

mercado nacional. Este produto alinha em seu projeto um relativo baixo custo de fabricação

quando comparado com o modelo da Kuka, com recursos que atendem as necessidades da

maioria dos clientes devido ao seu alto alcance e capacidade de carga. O quadro 4.3 apresenta

as características técnicas básicas para este modelo de referência.

Quadro 4.3 - Informações técnicas do modelo de referência 02

Fonte: Adaptado de Robotiq Cobots E-book - Edição 07 (2017).

c. Modelo de referência 03 – Rethink Robotics Sawyer

Este modelo de robô colaborativo está entre os mais conceituados no quesito de

interface de operação amigável. Conta com uma tela intuitiva e que se comunica com o usuário

enquanto executa suas tarefas. Além disso, este modelo possui câmeras em suas juntas que

41

auxiliam na detecção de objetos em seu percurso com a finalidade e evitar colisões. O seu

custo é bastante elevado se considerar o fator custo por capacidade de carga, o valor se torna

mais alto que o modelo UR10 da Universal Robots. No quadro 4.4 estão as informações

técnicas para este modelo.

Quadro 4.4 - Informações técnicas do modelo de referência 03

Fonte: Adaptado de Robotiq Cobots E-book - Edição 07 (2017).

4.1.2 Tarefa 02 – Estabelecer ciclo de vida do produto

O estabelecimento de um modelo de ciclo de vida no projeto de um produto tem

por função possibilitar uma visualização direta dos setores pelos quais o produto irá passar

durante as etapas de seu desenvolvimento.

Como definição dos elementos do ciclo de vida, Roozemburg & Eekels (1995),

apud Novaes (2005), definem que “[...] entre a criação e o descarte, o produto sofre diversos

processos, tais como: fabricação, montagem, instalação, operação, manutenção, uso,

reutilização e descarte”. Cada um desses processos traz consigo requisitos e necessidades para

o novo produto, o que induz as equipes de projeto a considerar todos os seus inter-

relacionamentos desde sua criação até o seu descarte. (FARINA, 2010).

O modelo utilizado neste trabalho, que é proposto por Fonseca (2000), se dá

conforme a figura 4.3 a seguir.

42

Figura 4.3 - Ciclo de vida do produto

Fonte: Adaptado de Fonseca (2000).

Segundo Farina (2010), com a determinação do ciclo de vida, é possível detectar

os clientes internos, intermediários e externos, envolvidos e associados a cada uma das fases

do ciclo de vida do produto a ser desenvolvido. Destaca que a definição dos clientes é um

passo importante para o levantamento de suas necessidades.

A definição das fases do ciclo de vida de um produto depende de fatores como: o

tipo de produto que vai ser projetado; o tipo de projeto a ser executado; a dimensão da demanda

do produto; proximidade do mercado consumidor; suas características de funcionamento;

características de uso e manuseio, entre outros (FONSECA, 2000).

Baseando-se no método elaborado por Fonseca, para a definição das fases do ciclo

de vida do manipulador robótico colaborativo, elaborou-se o ciclo de vida através de consultas

com as equipes de projeto e dos especialistas. Desta forma, fica definido que o objeto de estudo

utilizará das fases de projeto, fabricação, montagem, embalagem e transporte dos setores

produtivos, venda do setor de mercado e manutenção, reciclagem e descarte do setor de

consumo.

43

4.2 ETAPA 02 – IDENTIFICAR NECESSIDADES DE CLIENTES DO PROJETO

Está etapa é dividida em duas tarefas seguindo a metodologia, a primeira sendo

“definir os clientes ao longo do ciclo de vida” e a segunda “coletar as necessidades dos

clientes”.

4.2.1 Tarefa 01 – Definir os clientes do projeto ao longo do ciclo de vida

Na definição dos clientes que estão envolvidos nas fases do ciclo de vida do

produto, usa-se da consulta de especialistas, identificados conforme quadro 4.5.

Quadro 4.5 - Clientes por fase do ciclo de vida

Fonte: Adaptado de Farina (2010).

44

4.2.2 Tarefa 02 – Coletar necessidades dos clientes

Segundo Fonseca (2000), existe dois meios práticos para a geração das

necessidades dos clientes. O primeiro caminho seria a aplicação de questionários para coletar

as necessidades dos clientes boas base nas fases do ciclo de vida do produto. O segundo modo

é o uso direto da equipe de projeto e especialistas baseando-se em pesquisas de mercado,

experiência da equipe, conhecimento prático da empresa na área, listas de verificação e nos

atributos do produto.

Para a elaboração deste trabalho, foi utilizado o segundo modo, a consulta com os

especialistas e envolvidos no projeto de dentro da própria empresa. A equipe utilizou das fases

do ciclo de vida como parâmetros de estudo e da ferramenta Matriz ROTH proposta por

Fonseca cuja função é ajudar na identificação e melhorar a definição das necessidades dos

clientes.

A proposta consiste em obter as especificações de projeto, partindo de uma matriz

que tem como coordenadas as fases gerais (aproximadamente) do ciclo de vida versus aspectos

de tipo físico, organizacionais, legais, entre outros, do produto. Para cada interseção, o autor

sugere um grupo de pontos de interesse a levar em conta pelos projetistas no momento de fazer

a lista de especificações. (FONSECA, 2000, p. 26).

Utilizando das informações resultantes da consulta com os especialistas do

departamento de projetos e do uso da Matriz ROTH, foram identificadas 35 necessidades dos

clientes, listadas de acordo com as fases do ciclo de vida do produto, conforme mostra o quadro

4.6.

Quadro 4.6 - Lista de necessidades dos clientes do projeto

FASES ITEM NECESSIDADES DOS CLIENTES

PROJETO

1 Alcançar 1400 mm de braço

2 Carregar até 10 kg

3 Possibilidade de controlar de longe

4 Baixo peso

5 Proteção contra impacto e colisões com o usuário

6 Precisão no movimento

7 Usar várias ferramentas na ponta

8 Não ter arestas e ou geometrias cortantes

Continua...

45

9 Operar de forma segura e confiável

10 Mais barato que concorrência

11 Possuir velocidade

FABRICAÇÃO

12 Fácil de fazer

13 Ser separável em partes

14 Peças comuns

15 Utilizar componentes facilmente encontrados no mercado

MONTAGEM E

EMBALAGEM

16 Fácil de montar

17 Possuir manuais e explicação de montagem

18 Possuir ferramentas e artifícios de montagem

19 Usar caixas iguais

TRANSPORTE

20 Não danificar no transporte e no manuseio

21 Pegas para carregamento

22 Fácil carregamento

VENDA

23 Acompanhar o manual de funcionamento

24 Demonstração do produto

25 Garantia

MANUTENÇÃO

26 Equipe que faça manutenção

27 Peças extras na caixa

28 Desmontar facilmente

29 Requerer pouca manutenção

30 Peças baratas

31 Não quebrar na montagem e desmontagem

32 Planejamento de manutenção

RECICLAGEM 33 Os materiais devem ser recicláveis

34 Identificar os materiais por etiquetas

DESCARTE 35 Não utilizar materiais tóxicos

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

46

4.3 ETAPA 03 – ESTABELECER OS REQUISITOS DOS CLIENTES

Após a definição das necessidades dos clientes obtidas na consulta com os

executivos do projeto e ao setor comercial é efetuada a modificação dos termos genéricos em

termos técnicos de engenharia.

4.3.1 Tarefa 01 - Conversão das necessidades dos clientes em requisitos dos clientes

Esta tarefa é utilizada para melhorar a interpretação dos dados obtidos de forma

gerencial a nível técnico e específico para engenharias. Conforme proposto por Fonseca

(2000), a conversão das necessidades dos clientes deve ser sistematizada com o uso dos verbos

ser, estar e ou ter, seguidos de um ou mais substantivos, ou também com uma frase composta

por outro verbo qualquer seguida de um ou mais substantivos.

Além da conversão das informações dos clientes em uma linguagem de

engenharia, ainda nesta tarefa se qualificou o chamado “Grau de Importância” para cada um

dos requisitos dos clientes. Estes indicadores de importância para os requisitos foram obtidos

através do conhecimento técnico dos especialistas e com o apoio da equipe de projeto.

De acordo com Ogliari (1999) apud Farina (2010), “[...] usualmente a valoração

dos requisitos dos clientes é conduzida pela equipe de projeto, através da análise sistemática e

do debate sobre cada uma das necessidades e suas implicações no resultado do projeto”.

Através da realização desta conversão, foi obtida uma lista de requisitos de clientes

que é composta por 35 itens. Os requisitos dos clientes estão listados em ordem decrescente,

seguindo o seu grau de importância conforme mostra o quadro 4.7.

Quadro 4.7 - Conversão das necessidades dos clientes em requisitos dos clientes

ITEM REQUISITOS DOS CLIENTES GRAU DE

IMPORTÂNCIA

1 Ter alcance de 1400 mm 10

2 Suportar cargas de 10 kg (Payload) 10

3 Ter interface de controle remota 10

4 Ter sensor de torque 10

5 Ter sensor de posição 10

6 Ser adaptável para diversas ferramentas 10

Continua...

47

7 Ter movimentos rápidos 10

8 Ser leve 9

9 Ser ergonômico 9

10 Operar de forma segura e confiável 9

11 Ter assistência técnica disponível 8

12 Ser mais barato que concorrência 8

13 Ser fácil de fabricar 8

14 Possuir peças de reposição no cliente 7

15 Ser modular 7

16 Ter peças padronizadas 7

17 Ser de fácil montagem 7

18 Resistir ao transporte e ao manuseio 7

19 Ser de baixo nível de manutenção 7

20 Ser transportado com segurança 6

21 Ter material de apresentação 6

22 Utilizar componentes comerciais 6

23 Possuir manual de montagem 5

24 Ter manual do usuário 5

25 Ter garantias de funcionamento 5

26 Possuir ferramentas e dispositivos de montagem 5

27 Ser de fácil desmontagem 5

28 Possuir plano de manutenção periódica 4

29 Possuir olhais para içamento/carregamento 4

30 Possuir peças de reposição baratas 4

31 Ser de materiais recicláveis 4

32 Utilizar de embalagens padronizadas 3

33 Ser fácil de carregar 3

34 Ter identificação dos materiais 3

35 Utilizar materiais atóxicos 3

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

48

4.4 ETAPA 04 – ESTABELECER REQUISITOS DO PROJETO

Esta etapa possui uma tarefa cuja função é agregar grandezas físicas e econômicas,

no sentido de maximização e ou minimização proporcional, buscando satisfazer os requisitos

dos clientes.

Segundo Fonseca (2000), uma necessidade embora traduzida para a linguagem dos

projetistas (requisitos de usuário) está, ainda, na forma de necessidade e não possui associação

com as características mensuráveis do produto. Portanto, converte-las em requisito de projeto

significa decidir algo físico sobre o produto.

4.4.1 Tarefa 01 - Conversão dos requisitos do cliente em requisitos do projeto

Ao avaliarmos o quadro de requisitos dos clientes, podemos observar que existe

uma grande quantidade de itens que contam com diferentes índices de importância. Contudo,

para a realização da conversão dos requisitos do cliente em requisitos do projeto serão usados

apenas 54% dos requisitos encontrados. Essa seletiva julgou-se necessário pelo grupo de

especialistas, que tomou como prioridade apenas os itens de maior grau de importância,

conforme mostra o quadro 4.8.

Quadro 4.8 - Lista de requisitos do projeto

REQUISITOS DO PROJETO AÇÕES METAS

Ter alcance de 1400 mm MAXIMIZAR ≥ 1400 mm

Suportar cargas de 10 kg (Payload) MAXIMIZAR ≥ 10 kg

Ter interface de controle remota MAXIMIZAR 100%

Ter sensor de torque MAXIMIZAR Sempre medir torque

Ter sensor de posição MAXIMIZAR Sempre medir posição

Ser adaptável para diversas ferramentas MAXIMIZAR Máximo possível

Ter movimentos rápidos MAXIMIZAR Máximo possível

Ser leve MINIMIZAR Mínimo possível

Ser ergonômico MAXIMIZAR Máximo possível

Operar de forma segura e confiável MAXIMIZAR Máximo possível

Ter assistência técnica disponível MAXIMIZAR Máximo possível

Ser mais barato que concorrência MINIMIZAR Mínimo possível

Continua...

49

Ser fácil de se fabricar MAXIMIZAR Máximo possível

Possuir peças de reposição no cliente MAXIMIZAR Máximo possível

Ser modular MAXIMIZAR Máximo possível

Ter peças padronizadas MINIMIZAR Máximo possível

Ser de fácil montagem MAXIMIZAR Máximo possível

Resistir a quebras MINIMIZAR Máximo possível

Ser de baixo nível de manutenção MINIMIZAR Mínimo possível

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

4.5 ETAPA 05 – ESTABELECER ESPECIFICAÇÕES DO PROJETO

Segundo Fonseca (2000), esta etapa consiste em classificar os requisitos de projeto

levando em consideração as restrições, metas e objetivos do projeto.

As especificações de projeto não definem uma solução para o problema de projeto,

sua principal função é fornecer subsídios ou critérios para tomada de decisão no que diz

respeito à avaliação e seleção de alternativas de projeto do produto. (FARINA, 2010).

4.5.1 Tarefa 01 - Quadro de especificações do projeto

Com a identificação dos requisitos de projeto, é possível criar uma lista das

especificações do projeto, cada qual classificado com seus objetivos desejáveis, a verificação

de sua etapa na metodologia, as saídas indesejáveis e um comentário sobre sua função. A lista

de especificações do projeto é de acordo com o quadro 4.9.

Quadro 4.9 – Especificações do projeto

REQUISITOS

DO

PROJETO

UN

IDA

DE

OBJETIVO

VE

RIF

ICA

R

SAÍDAS

INDESEJADAS COMENTÁRIOS

Ter alcance de

1400 mm mm

Consiga

alcançar

objetos num

raio de 1400

mm

Projeto

Detalhado

Não alcançar

1400 mm de

curso

Este requisito

torna o produto

competitivo

Continua...

50

Suportar cargas

de 10 kg

(Payload)

kg

Consiga

manipular

objetos de até

10 Kg

Projeto

Detalhado

Não ser capaz de

suportar 10 kg

Este requisito

torna o produto

competitivo

Ter interface

de controle

remota

%

Ser possível o

controle

integral do

manipulador

de forma

remota

Projeto

Preliminar

Não ter total

controle de

forma remota

Requisito

necessário para a

praticidade de

operação

Ter sensor de

torque Un

Ter um sensor

de torque em

cada

articulação

Projeto

Preliminar

Não possuir

sensor de torque

Requisito

necessário para

adequação às

normas de

segurança

Ter sensor de

posição Un

Ter um sensor

de posição em

cada

articulação

Projeto

Preliminar

Não medir

posição

Requisito

necessário para

garantir precisão e

leitura do

movimento

Ser adaptável

para diversas

ferramentas

%

Deve se

adaptar as

ferramentas

de mercado

Projeto

Detalhado

Não ser

adaptável

Requisito que

torna o produto

competitivo

Movimentar-se

rápido %

Ter

movimenta-

ção adequada

Projeto

Preliminar

Movimentos

lentos

Requisito que

torna o robô ágil e

eficiente

Ser leve Kg

Possuir baixo

peso relativo

com base na

média dos

concorrentes

Projeto

Preliminar

Ser mais pesado

que os

concorrentes

Requisito

necessário para o

manuseio e

instalação do

equipamento

Ser

ergonomicame

nte adaptado

%

Não possuir

arestas

cortantes e tão

pouco

geometrias

que ofereçam

riscos de

danos aos

operadores

Projeto

Preliminar

Oferecer riscos

de danos aos

operadores

Requisito que

confere ao robô a

classificação de

colaborativo

Continua...

51

Operar de

forma segura e

confiável

%

Controle total

das funções,

acesso a

botões de

emergência

Projeto

Preliminar

Oferecer riscos

de danos aos

operadores

Requisito que

confere ao robô a

classificação de

colaborativo

Ter assistência

técnica

disponível

%

Assistência

técnica

integral para

os clientes

Projeto

Preliminar

Não ter

assistência

técnica para o

equipamento

Torna a empresa

competitiva

Ser mais barato

que

concorrência

R$

Possuir um

custo de

investimento

menor do que

o dos

concorren-tes

Projeto

Preliminar

Ser mais caro

que os

concorrentes

Torna a empresa

competitiva

Ser fácil de

fabricar %

Possuir baixos

custos de

manufatura

Projeto

Detalhado

Fabricação de

alto custo

Aumento da

lucratividade para

a empresa

Possuir peças

de reposição no

cliente

Un

Comercializar

peças de

reposição para

manutenção

preditiva e

corretiva

Projeto

Detalhado

Não fornecer

peças de

reposição

Aumenta a

satisfação do

cliente e a

competitividade da

empresa

Ser modular R$ Praticidade na

manutenção

Projeto

Preliminar

Não ser prático

para a

manutenção

Aumenta a

satisfação do

cliente e a

competitividade da

empresa

Ter peças

padronizadas R$

Possuir baixa

variedade de

componen-tes

Projeto

Detalhado

Alta variedade

de componentes

Redução de custo

de

armazenamento,

suprimentos,

logística e de

preço unitário

Ser de fácil

montagem R$

Não exigir

mão de obra

especializada

para a

montagem

Projeto

Detalhado

Ser de difícil

montagem

exigindo mão de

obra

especializada

Redução de custo

de mão de obra

Continua...

52

Resistir a

quebras

N.

m

Equipamento

durável

Projeto

Detalhado

Não resistir às

forças

necessárias e

gerar quebras

durante o uso

Maior

durabilidade do

equipamento

Ser de baixo

nível de

manutenção

R$

Baixo custo

no longo

prazo do

equipamento

Projeto

Preliminar

Dar defeitos e

ficar for a de

operação com

frequência

Satisfação do

cliente e

competitividade

no mercado

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

4.6 CONSIDERAÇÕES DO CAPÍTULO

O resultado do projeto informacional, como ressaltado anteriormente, é fornecer

informações para as etapas futuras no desenvolvimento de produto. Sendo assim, as

especificações do projeto não necessariamente geraram soluções diretas de projeto, mas sim,

para a criação de alternativas na tomada de decisões durante o desenvolvimento conceitual do

produto, chamadas de especificações do projeto.

Portanto, a saída do projeto informacional refere-se às informações necessárias

que serão as entradas para a etapa de projeto conceitual, fase que será apresentada no próximo

capítulo.

53

5 PROJETO CONCEITUAL

No presente capítulo será apresentado a fase de projeto conceitual. Esta etapa,

seguindo a metodologia PRODIP, é responsável pela geração de configurações possíveis para

explicitar o conceito do produto em desenvolvimento utilizando os dados obtidos no projeto

informacional. Estas configurações são chamadas de alternativas de conceito e são obtidas

através do uso de ferramentas e de tarefas como exemplificado na figura 5.1 adaptada por

Romano (2003) apud Mazute (2014).

Neste trabalho foram utilizadas a síntese funcional e a matriz morfológica,

ferramentas propostas por Back et al (2008). Contudo, a sequência sistemática aplicada é a

proposta por Romano (2003).

Figura 5.1 - Etapas e tarefas do projeto conceitual

Fonte: Adaptado de Mazute (2014).

54

5.1 ETAPA 01 – ESTABELECER ESTRUTURA FUNCIONAL

Esta etapa consiste em elaborar as novas informações do projeto partindo das

informações encontradas na etapa anterior, o projeto informacional. Sua função é tornar mais

simples a forma de como entender o funcionamento do produto a ser desenvolvido e com isso,

gerar alternativas conceituais que concordantes com os requisitos do projeto informacional.

5.1.1 Tarefa 01 – Estabelecer função global do produto

Segundo Romano (2003), utiliza-se da análise funcional para a determinação das

estruturas funcionais, ou seja, para a determinação da função global e de seu desdobramento

em funções parciais e elementares considerando os parâmetros de entrada e saídas de energia,

material e sinal.

O processo de obtenção da função é dado com o fluxo das linhas, estas entradas e

saídas de energia, material e sinal do processo. No processo de transformação, nota-se que este

sofre influência do meio ambiente e do usuário (MAZUTE, 2014).

A função global definida no presente trabalho foi definida como “manipular

objetos e detectar colisão” e as entradas e saídas que possibilitam essa função são ilustradas

no quadro 5.1.

Quadro 5.1 - Função global do manipulador robótico colaborativo

Entradas Função Global Saídas

Material Objetos

Manipular objetos e

detectar colisão

Objetos manipulados

Energia Eletromecânica Energia consumida

Sinal Sensor de torque e

de posição Sinal de posição

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

5.1.2 Tarefa 02 – Estabelecer estruturas funcionais parciais

Com a definição da função global, é possível gerar novas sub funções ao

desmembrarmos a função maior. Nesta tarefa geram-se as funções parciais que são

complementares ao princípio de solução de produto, conforme listadas no quadro 5.2 a seguir.

55

Quadro 5.2 - Lista de funções parciais

Função Funções

Parciais Descrição Entradas Saídas

F1 Visualizar

objetos

Conhecer a posição

inicial do objeto a ser

manipulado

Sinal de iniciar

ciclo

Posição do

objeto

conhecida

F2 Pegar objetos

Efetuar o processo de

pega do objeto por meio

de um dispositivo e ou

ventosa

Sinal abre e

fecha

Objeto fixado

no

manipulador

F3 Mover objetos

Transportar os objetos do

ponto inicial até o ponto

final

Objeto a ser

movimentado

Objeto

manipulado

F4 Contagem de

ciclos

Contar quantos objetos

manipulados em função

do tempo de trabalho

Objetos que

entram no

sistema

Número de

embalagens

F5

Detectar

obstruções na

trajetória

Detectar a presença de

corpos sólidos em contato

com as partes do

manipulador durante

movimento

Sinal de parada

emergencial

Manipulador

parado

F6 Parada

emergêncial

Para a movimentação

quando encontra

obstrução no trajeto

Sinal do sensor

de torque

Manipulador

parado

F7 Resumir

operação

Retorna a executar a

manipulação de objetos

quando indicado caminho

livre

Sinal de iniciar

ciclo

Manipulador

em execução

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

Após o desmembramento da função global em funções parciais, utilizando a

ferramenta de síntese funcional, proposta por Pahl e Beitz (1996) apud Back e tal (2008) é

possível gerar o fluxo das funções parciais do projeto conforme mostra a figura 5.2 a seguir.

56

Figura 5.2 - Fluxo das funções parciais

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

O método da síntese funcional segue um procedimento bem definido,

compreendendo as seguintes atividades: formular o problema ou a função global do sistema

em desenvolvimento; estabelecer uma estrutura ou um fluxo de funções do problema ou

processo; pesquisar ou criar princípios de solução alternativos para cada função da estrutura,

montando a matriz morfológica; combinar um princípio de cada função da estrutura, para

formar concepções alternativas do problema global; e selecionar as concepções viáveis. (Back

et al, 2008).

5.1.3 Tarefa 03 – Ponderações de requisitos e funções

Para a escolha da melhor combinação de requisitos e funções, mantendo como

referência um equipamento da concorrência colhido pela equipe de especialistas, utilizou-se

do método de matriz de decisão (Pugh), conforme sugerido por Back et al (2008). Esta seleção

relaciona a pontuação seguindo método de Pugh (1996) como positiva ou negativa e ou igual

ao modelo de referência. Por fim, é feito a média ponderada utilizando o grau de importância

de cada requisito dos usuários conforme demonstrado no quadro 5.3 a seguir.

57

Quadro 5.3 - Matriz de Pugh (1990)

Requisitos do Usuário Pesos Estruturas Funcionais

EF-REF EF-01 EF-02

Ter alcance de 1400 mm 10

Universal

Robots

UR10

1 1

Suportar cargas de 10 kg (Payload) 10 0 -1

Ter interface de controle remota 10 0 0

Ter sensor de torque 10 0 0

Ter sensor de posição 10 0 0

Ser adaptável para diversas ferramentas 10 1 1

Movimentar-se rápido 10 0 0

Ser leve 9 1 1

Ser ergonomicamente adaptado 9 0 0

Operar de forma segura e confiável 9 0 0

Ter assistência técnica disponível 8 1 0

Ser mais barato que concorrência 8 1 1

Ser fácil de se fabricar 8 0 0

Possuir peças de reposição no cliente 7 1 1

Ser modular 7 0 0

Ter peças padronizadas 7 1 0

Ser de fácil montagem 7 -1 -1

Resistir a quebras 7 0 0

Ser de baixo nível de manutenção 7 0 0

Somatório (+1) 0 7 3

Somatório (-1) 0 -1 0

Somatório (0) 19 10 11

Média ponderada - 52 27

Classificação da Estrutura 1º 2º 3º

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

Segundo Back et al (2008), a seleção da concepção tem consideráveis

consequências sobre os negócios da empresa, a manufatura, o uso, a manutenção e a

comercialização do produto. O autor ainda defende que decisões erradas, na presente fase do

58

projeto, podem tornar-se irreversíveis ou muito dispendiosas para ser revertidas mais tarde se

a solução escolhida já estiver em produção.

Este método de decisão tornou possível a visualização de uma melhor estrutura

funcional do produto em desenvolvimento, baseando-se em valores quantitativos coletados

pela equipe de especialistas.

5.2 ETAPA 02 – PRINCÍPIOS DE SOLUÇÃO

De acordo com Back et al. (2008), a equipe de projeto deve ter como um de seus

objetivos, criar várias alternativas de soluções para o mesmo projeto e ou problema. Desta

forma, ao longo do desenvolvimento pode-se comparar e combinar soluções selecionando a

melhor e mais inovadora concepção para o produto.

Para a geração das alternativas de solução, emprega-se o uso da ferramenta matriz

morfológica conforme sugerido por Back et al. (2008).

Esta ferramenta tem por função estabelecer diferentes alternativas para atender a

mesma função e ou finalidade. Ao avaliar todas as alternativas é possível selecionar a

concepção ótima e ou ideal, levando em consideração a experiência dos especialistas

envolvidos no projeto.

5.2.1 Tarefa 01 – Aplicar método de busca de soluções

A matriz morfológica foi preenchida pelo grupo de especialistas do projeto,

utilizando do método de brainstorming conforme sugerido por Back et al. (2008). Este método

consiste em reunir um grupo de profissionais de diversas áreas para opinarem sobre as

possíveis soluções para os problemas apresentados.

Depois de empregado o método do brainstorming, um segundo procedimento foi

aplicado com a finalidade de transformar as informações em dados técnicos existentes, essa

atividade é proposta por Fonseca (2000) e é chamada de levantamento da literatura existente

e complementou a seletiva dos potenciais de solução.

O produto destas duas etapas é a formação de uma matriz contendo as possíveis

alternativas de solução para o produto, conforme apresentado no apêndice C.

59

5.3 ETAPA 03 – GERAR POSSÍVEIS CONCEPÇÕES

Segundo Farina (2010), a matriz morfológica consiste na pesquisa sistemática de

diferentes combinações de elementos visando à geração de diferentes soluções para o

problema/funções a serem atendidas.

Posterior ao desenvolvimento dos princípios de soluções, segundo a metodologia,

é necessário avaliar as possíveis concepções que melhor atendem às especificações do projeto.

5.3.1 Tarefa 01 – Combinação dos princípios de solução

Nesta etapa, faz-se necessário o uso das bibliografias disponíveis, do

conhecimento dos especialistas e do envolvimento da equipe de projeto na elaboração da

seletiva entre os princípios de solução gerados para cada função estabelecida na matriz

morfológica. Após a conclusão desta etapa, obtém-se um novo quadro de alternativas contendo

02 (duas) concepções possíveis para o projeto, conforme mostra o quadro 5.4 a seguir.

60

Quadro 5.4 – Lista de concepções de produto

61

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

62

5.3.1.1 Concepção – 01

A seguir encontra-se ilustrada a primeira alternativa de solução para o produto

manipulador robótico colaborativo, conforme figura 5.3.

Figura 5.3 - Proposta de concepção 01

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

Esta concepção foi elaborada com o uso dos princípios de solução gerados pela

matriz morfológica localizados (Quadro 5.5) na coluna “Concepção-01”.

63

5.3.1.2 Concepção – 02

A seguir encontra-se ilustrada a segunda alternativa de solução para o produto

manipulador robótico colaborativo, conforme figura 5.4.

Figura 5.4 - Proposta de concepção 02

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

64

Esta concepção foi elaborada com o uso dos princípios de solução gerados pela

matriz morfológica localizados (Quadro 5.5) na coluna “Concepção-02”.

Os princípios de solução sugeridos ambos usam de uma estrutura modular

articulável para garantir o alcance de 1400 mm de curso conforme solicitado nos requisitos de

projeto. O conceito C-01 não atende o requisito de sustentar 10 Kg de carga devido as baixas

capacidades de torques obtidas na combinação de motor de passo com redutor planetário.

A interface de controle remota para o modelo C-01 se dá pelo uso de computadores

portáteis como notebooks, laptops e até mesmo tablets. Este princípio de fato é capaz de

controlar o equipamento, contudo não oferece rápido aceso à botoeira de emergência como no

conceito C-02, um importante item para a segurança do usuário.

O sensor de torque com eixo, como proposto no C-01 é capaz de medir os torques

instantâneos no braço do robô, porém, o espaço que ocupa para a margem de torque que

oferece não se torna uma opção vantajosa se comparado com o sensor de torque do conceito

C-02.

O princípio de magazine de ferramentas (C-01), devido ao seu modelo construtivo,

se revelou ser muito pesado para o manipulador suportar ao mesmo tempo que sustenta as

cargas de 10 Kg dos objetos a serem manipulados. A flange de adaptação (C-02) atende a

versatilidade de ferramentas ao mesmo tempo que é compacta e leve. Contudo, este magazine

de ferramentas é um acessório que poderá ser adaptado em situações que a carga na ponta do

robô seja inferior a metade da capacidade de carga, ou seja, de no máximo 5 kg.

O uso do encoder incremental como sugerido em C-01 é uma alternativa válida

para o funcionamento do manipulador, porém, os encoders incrementais não armazenam a

posição do robô após quedas de energia e ou desligamento do equipamento. Já o encoder

absoluto (C-02) na sua versão de disco com leitor ótico separados se tornam mais compactos

e ainda funciona de forma a memorizar a posição absoluta em que o braço do manipulador se

encontra, mesmo após o corte de energia.

A atribuição dos materiais estruturais do manipulador robótico levou em

consideração as matérias primas alumínio (C-02) e polímeros de engenharia (C-01). Para a

obtenção da característica de “ser leve” os materiais poliméricos estão na frente das ligas de

alumínio, porém, existe também a necessidade de “resistir a quebras”. O uso do alumínio se

deu por mais vantajoso pois além de possuir elevada resistência mecânica é também um

material de fácil processamento industrial com ótimo nível de acabamento. Ainda, a produção

das peças em polímero obrigatoriamente necessitaria da confecção de moldes de injeção, fator

que eleva custo do produto em casos de pequenos lotes de produção e no curto prazo.

65

Na adaptação dos sistemas de segurança necessários para a adequação do

manipulador aos requisitos de usuário foram sugeridos os sensores de presença (C-01) e freios

eletromagnéticos (C-02). O princípio de sensor de presença não é o mais adequado pois não

garante a parada do manipulador em casos extremos. Já o modelo com o freio eletromagnético

(C-02) em combinação com o sensor de torque (C-02) é capaz de efetuar a parada no exato

momento que recebe o sinal de colisão.

A padronização de peças se deu com o uso da sugestão de manter os elementos de

fixação iguais para todos os módulos do manipulador, conforme proposto em C-02. Uma vez

que o dimensional dos braços difere entre si, não é possível o uso de módulos da base na

extremidade do robô e por conta disso não podem ser padronizados. Este mesmo motivo torna

inviável o uso de rolamentos iguais (C-01).

O modo de montagem do produto a ser desenvolvido será com peças roscadas (C-

02) e com elementos de fixação do tipo: parafusos Allen, arruelas de pressão, porcas travas e

entre outros. O sistema de engate rápido (C-01) não é o mais indicado pois não garante que os

módulos fiquem devidamente encaixados durante as operações rápidas e com carga máxima.

Como parte do sistema de segurança que o manipulador robótico colaborativo

propõe, foram sugeridos os princípios de solução sensor de força (C-01) e sistema de controle

de torque (C-02). A alternativa de sensor de força é válida apenas para a ponta do robô, onde

está localizado a ferramenta de pega de objetos. Contudo, este recurso não garante que as

outras partes móveis do manipulador não colidam, inviabilizando assim o seu uso. A

combinação do sensor de torque (C-02) integrado ao sistema de controle de torque é o princípio

de solução mais indicado.

5.4 ETAPA 04 – SELECIONAR COMBINAÇÕES

Após o empilhamento das duas propostas de concepção do projeto, foram

avaliadas pela equipe de projeto as alternativas com base nos parâmetros de custo,

disponibilidade no mercado, fabricação e ainda consultando bibliografias relacionadas à

robótica aplicada.

Segundo Back et al. (2008), a concepção do produto tem um grande impacto em

todas as etapas de seu ciclo de vida para a empresa, assim sendo, se assume que a seleção da

alternativa com maior potencial de sucesso na macro fases de projetação.

66

5.4.1 Tarefa 01 – Aplicar método de seleção de combinações

A equipe de projeto, no momento de selecionar a concepção que melhor se

enquadra no projeto, utilizou do método de matriz de decisão (Pugh). Tal método foi utilizado

anteriormente neste capítulo, na etapa de seleção da estrutura funcional.

Nesta etapa, a matriz de decisão conforme mostrada no quadro 5.6, conta apenas

com os requisitos de usuário que foram considerados na geração de princípios de solução. A

equipe de projeto julgou alguns destes requisitos como irrelevantes para a criação do conceito

do produto, portanto foram desconsiderados.

Quadro 5.5 - Matriz de decisão (Pugh) para seleção de concepção

Requisitos do Usuário Pesos Concepções

REF C-01 C-02

Ter alcance de 1400 mm 10

Universal

Robots

UR10

1 1

Suportar cargas de 10 kg (Payload) 10 -1 0

Ter interface de controle remota 10 0 0

Ter sensor de torque 10 -1 0

Ter sensor de posição 10 0 0

Ser adaptável para diversas ferramentas 10 1 1

Movimentar-se rápido 10 0 0

Ser leve 9 1 0

Ser ergonomicamente adaptado 9 0 0

Ser modular 7 0 1

Ter peças padronizadas 7 0 0

Ser de fácil montagem 7 -1 -1

Resistir a quebras 7 -1 0

Somatório (+1) 0 3 3

Somatório (-1) 0 4 1

Somatório (0) 19 6 9

Média ponderada 0 -5 20

Classificação da Concepção 2º 3º 1º

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

67

5.5 ETAPA 05 – EVOLUIR AS VARIANTES DE CONCEPÇÃO

Conforme os resultados obtidos através do método de matriz de decisão o quadro

5.6 demonstra que a concepção mais indicada para o projeto é a C-02. A ferramenta

quantificou o valor de cada requisito de usuário e gerou uma média ponderada diferente para

cada concepção. Este resultado demonstra que o equipamento terá maior chance de sucesso se

utilizar os princípios de solução indicados.

A informação extraída da matriz de decisão vai de concordância com os conceitos

da equipe de desenvolvimento. Segundo os especialistas, algumas alternativas sugeridas para

a C-01 são funcionais, porém são inviáveis devido ao fator espaço, custo e peso.

5.5.1 Tarefa 01 – Detalhar concepção selecionada

Esta tarefa tem por objetivo extrair maiores detalhes sobre a concepção julgada

como indicada pela equipe de projeto e através das ferramentas de valoração. É muito

importante considerar que mesmo a concepção sendo a mais indicada, pode existir pontos em

que o projeto exija diferentes tratativas. Portanto, esta análise fechará a macro fases do projeto

conceitual de forma a apresentar um conceito de produto mais detalhado e confiável para as

etapas futuras como o projeto preliminar e o detalhado.

A concepção construtiva selecionada é inicialmente composta por braços

modulares. Serão 04 (quatro) módulos conectados em forma de elos garantindo atender os

1400 mm de alcance conforme requisito de projeto.

Para suportar as cargas solicitadas, serão utilizados os redutores harmônicos

devido a sua capacidade de alta ampliação de torque, por ocuparem pouco espaço físico e por

ser um equipamento mais leve do que os redutores planetários.

O modo de operação remoto selecionado é painel de operação. Esta escolha se dá

por vários motivos relacionados à segurança, praticidade e durabilidade. O painel de operação

conta com os botões de parada de emergência, chave de segurança e é também resistente a

choques e respingos de óleo e ou líquidos.

Utilizando o sensor de torque conforme sugere a C-02, garantirá que o

manipulador pare o movimento em qualquer situação que o mesmo encoste e ou colida com

alguma obstrução em seu trajeto. Já a alternativa proposta pela C-01, apenas é capaz de medir

o torque em que o movimento está sendo executado, não funcionando como dispositivo de

segurança.

68

Para garantir a exatidão das paradas e para que a função colaborativa funcione, é

necessário garantir uma alta qualidade na leitura da posição dos braços do manipulador. O

encoder incremental não atende esta especificação por dois motivos, primeiramente este

equipamento ocupa um espaço maior, e em segundo lugar ele não tem a mesma sensibilidade

que o encoder de classe absoluta. Desta forma ele não poderá ser acoplado no interior da junta

robótica.

A alternativa que melhor atende ao uso de diversas ferramentas é a de flange

adaptadora pois é um conceito mais econômico, de menor peso e se torna mais compacto

conferindo a devida sustentação para as ferramentas na ponta do manipulador robótico.

Na motorização do manipulador robótico, segundo a equipe de projeto, deve ser

utilizado o modelo mais compacto e com maior relação velocidade de rotação e torque (Nm).

Os motores de escovas do tipo sem carcaça são os mais indicados para esta aplicação pois

ocupam um espaço menor, são mais leves e mais precisos que os motores de passo de mesma

categoria potencial.

Para o atendimento dos requisitos de baixo peso e suportar cargas de 10 Kg. Os

materiais de sustentação propostos que possuem melhor resultado são alumínio e polímeros.

Contudo, as ligas de alumínio ainda se sobressaem em relação aos polímeros. Uma vez que

possuem maior resistência mecânica e elevada durabilidade para longos períodos de uso

industrial. Neste caso, o material alumínio se tornou o mais indicado para a confecção da

estrutura do manipulador robótico.

Os recursos relacionados a ergonomia deste equipamento estão também

relacionados ao nível de segurança que ele é capaz de atender. Para que o equipamento seja

ergonômico em seu uso, dispositivos de segurança como freios eletromagnéticos precisam

trabalhar em conjunto com os sensores de torque e controladores de torque. Desta forma, se

tornam capazes de efetuar as paradas de emergência em situações em que a operação do

manipulador pudesse colidir e ou chocar-se com o operador. Neste caso os freios

eletromagnéticos são mais indicados do que os sensores de presença, pois apresentam maior

eficiência em garantir a segurança dos operadores.

As partes mecânicas do manipulador serão construídas de forma modular, ou seja,

serão intercambiáveis e de fácil montagem. Deste modo, os braços do manipulador robótico

serão o invólucro para o conjunto de módulos motorizados, e estes darão sustentação para o

módulo seguinte até chegar na ponta do robô onde estará a flange adaptadora que fixa as

ferramentas de trabalho.

69

A necessidade de manter padrões em peças é de grande importância para tornar-se

um equipamento fabricável. Para todo o modelo construtivo, foram considerados os mesmos

elementos de fixação como parafusos, arruelas e pinos posicionadores, para todas as juntas.

Os rolamentos utilizados são de diferentes modelos pois cada junta robótica possui diâmetros

diferentes. Portanto, não se tornou funcional a padronização destes itens, apenas a dos

elementos de fixação.

Com o uso de elementos de fixação de peças roscadas, a montagem do

manipulador se revelou mais simples e mais funcional. Uma vez que os engates rápidos não

oferecem fixação para altas cargas e níveis de esforços mecânicos, o uso de elementos roscados

se tornou mais factível.

As duas alternativas encontradas para garantir que o manipulador seja capaz de

resistir a quebras foram: ser construído de materiais de alta resistência mecânica (ligas de aço)

e com isso se tornar um equipamento pesado, ou ter dispositivos que controlam os esforços e

evitam que o equipamento se danifique durante as operações. Neste caso, os controladores de

torque, mesmo elemento que garantem a segurança do operador, podem ser utilizados para

conferir durabilidade ao equipamento. Nas situações em que o manipulador for sujeito a uma

colisão passível de quebra, os freios e emergência atuarão fazendo com que o equipamento

pare o movimento sem resultar em quebras.

5.5.1.1 Ficha de dados da concepção selecionada

Para fins de comparação e apresentação das características funcionais, técnicas e

mercadológicas do equipamento, uma ficha de dados foi desenvolvida. Esta ficha de dados,

conforme mostra o quadro 5.6, serve para informar os parâmetros principais que o projeto

conceitual do produto pretende oferecer. Os dados nela descritos estão sujeitos à alteração nas

etapas futuras para uma melhor adequação ao decorrer de seu desenvolvimento.

70

Quadro 5.6 - Ficha de características do produto

Fonte: Elaborado pelo Autor (2017).

71

6 CONCLUSÃO

Este capítulo tem por objetivo fazer a apresentação das conclusões obtidas no

desenvolvimento deste trabalho. Além disso, também apresenta algumas informações e

recomendações para a realização de trabalhos futuros relacionados ao desenvolvimento deste

projeto.

6.1 RESULTADOS OBTIDOS

O presente trabalho teve como princípio inicial o desenvolvimento de um

manipulador robótico colaborativo utilizando a metodologia de projeto PRODIP, sendo este o

seu objetivo geral. As etapas da metodologia que foram propostas neste desenvolvimento

foram as fases de projeto informacional e conceitual. Na conclusão da fase de projeto

conceitual e com a apresentação de duas alternativas de conceito de produto atesta que o

objetivo foi alcançado.

As alternativas de projeto, mais conhecidas como concepções de produto, foram

desenvolvidas por meio de um método sistemático e criterioso de desenvolvimento de produto.

A metodologia foi utilizada de forma prática e envolveu diversas ferramentas auxiliares

durante todo o andamento. O uso das ferramentas auxiliares possibilita a coleta de informações

necessárias que compreendem as necessidades dos clientes, dados que posteriormente foram

transformados em especificações de projeto.

Os impactos gerados com a aplicação de um método de desenvolvimento de

projeto, não só reduzem os riscos de engenharia, mas também servem como um parâmetro que

agrega qualidade operacional durante todo o processo. Estas abordagens, tanto as de cunho

teórico quanto as técnicas trazem uma nova experiência para os setores envolvidos. Ao mesmo

tempo que torna o desenvolvimento mais documental, o processo de projetar como um todo

fica mais dinâmico e passível de ser acompanhado. Fatores estes que são pontos chave na

maioria dos setores de pesquisa e desenvolvimento industrial.

De acordo com o problema de projeto proposto para o desenvolvimento do

presente trabalho, entende-se que os objetivos esperados foram alcançados. A etapa em que se

encerra este desenvolvimento entrega para a empresa um modelo conceitual que atende as

especificações de projeto. Desta forma, fica a critério da empresa a continuidade no

desenvolvimento deste produto, partindo para as fases futuras da metodologia proposta.

72

6.2 RECOMENDAÇÕES FUTURAS

Na conclusão deste trabalho foram apresentadas duas concepções de produto para

o projeto do manipulador robótico colaborativo. Uma das concepções não sendo a ideal para

os parâmetros de mercado e uma segunda que atende as especificações de projeto ao mesmo

tempo que formata um produto competitivo em frente aos modelos da concorrência.

Para os trabalhos futuros da equipe envolvida e até mesmo para a empresa, se faz

necessário dar continuidade nas etapas seguintes da metodologia de projeto. As próximas fases

desta macro fase de projetação compreendem o projeto preliminar e o projeto detalhado. Após

suas conclusões a empresa terá em mãos um protótipo de produto. Em seguida, é previsto pela

metodologia o início das etapas de implantação em linha de produção.

É importante ressaltar que o desenvolvimento das etapas futuras tem profunda

dependência nas etapas que foram desenvolvidas no presente trabalho. Portanto, este estudo

de caso de desenvolvimento de um novo produto não se trata apenas das atividades

procedurais, mas de certa forma é também um ensinamento para todos os envolvidos.

73

REFERÊNCIAS

AMARAL. et al. Gestão de desenvolvimento de produtos. 1ed. São Paulo. Saraiva. 2006.

BACK, N., FORCELLINI, F. A. Apostila da disciplina de Projeto Conceitual, EMC 6605,

do Programa de Pós-graduação em Eng. Mecânica. UFSC, 2001.

BACK, N. et al. Projeto integrado de produtos: planejamento, concepção e modelagem.

Barueri, SP: Manole, 2008.

CASTILHO, P. et al. Manual de metodologia científica ILES/ULBRA. 2ed. Itumbiara, GO.

2014.

CUNHA, G. Um Panorama Atual da Engenharia de Produção. ABEPRO, 2002. Disponível

em: <http://www.abepro.org.br/arquivos/websites/1/PanoramaAtualEP4.pdf> . Acesso em:

29 de agosto de 2017.

CRAIG, J. J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control. 3ª ed. Pearson Prentice

Hall, Upper Saddle River, NJ, 2005. Disponível em: <

http://www.mech.sharif.ir/c/document_library/get_file?uuid=5a4bb247-1430-4e46-942c-

d692dead831f&groupId=14040>. Acesso em: 07 de dezembro de 2017.

FARINA, E. Desenvolvimento conceitual de um módulo de potência autopropelido para

agricultura. UFSC. Florianópolis, 2010.

FONSECA, A.J.H. Sistematização do processo de obtenção das especificações de projeto de

produtos industriais e sua implementação computacional. 2000. 180 f. Tese (Doutorado em

Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.

GIL, A. C. Como elaborar projetos de pesquisa. 3. ed. São Paulo: Atlas, 2002.

GROUP-PROMOTION. Segurança no Trabalho: Principais Acidentes e os Riscos

Jurídicos. Disponível em: <http://www.group-promotion.com/seguranca-no-trabalho-

principais-acidentes-e-os-riscos-juridicos/> . Acesso em: 29 de agosto de 2017.

GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. Pearson Education do

Brasil, 2010.

74

GROOVER, M. P. et al. Robótica, Tecnologia e Programação. São Paulo, SP: McGraw-

Hill, 1988.

HENRIKSEN, S. M., Collaborative Robots – a process technology strategy to enable

Leagile Manufacturing. Norwegian University of Science and Technology. Disponível em:

< https://brage.bibsys.no/xmlui/handle/11250/2462442>. Acesso em: 07 de dezembro de

2017.

INTERNATIONAL STANDARDS ORGANIZATION. ISO 10218-1:2011 Robots and

robotic devices - Safety requirements for industrial robots - Part 1: Robots. Disponível em:

<https://www.iso.org/standard/51330.html> . Acesso em: 27 de novembro de 2017.

MARQUES, K. Robôs colaborativos e as perspectivas do engenheiro no mercado de

inovação e automação. Disponível em:

<http://www.eesc.usp.br/portaleesc/index.php?option=com_content&view=article&id=2946

&Itemid=164> . Acesso em: 28 de agosto de 2017.

MAZUTE, J. Estudo de mecanismo dosador de manivas para plantadora de mandioca.

Dissertação / UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina.2014.

PAHL, G, BEITZ, W. Engineering design: a systematic aproach. London, Springer, 1996.

PAHL, G., BEITZ, W., FELDHUSEN, J., & GROTE, K.-H. Projeto na engenharia (6ª Alemã;

2ª reimpressão ed.). São Paulo: Blucher, 2011.

PAZOS, F. Automação de sistemas & Robótica. Editora Axcel Books do Brasil. Rio de

Janeiro. 2002.

RAMOS, A. Metodologia da pesquisa científica: como uma monografia pode abrir o horizonte

do conhecimento. São Paulo: ATLAS, 2009.

ROBOTIQ. Cobots Ebook: Collaborative Robots Buyer's Guide. Disponível em: <

https://blog.robotiq.com/collaborative-robots-global-companies>. Acesso em: 14 de

setembro de 2017.

ROBOTIQ. Collaborative Robots in Global Companies. Disponível em:

<https://cdn2.hubspot.net/hubfs/13401/COBOT%20EBOOK%20FINAL6.pdf> . Acesso em:

14 de setembro de 2017.

75

ROMANO, L. Modelo de referência para o processo de desenvolvimento de máquinas

agrícolas. 2003. 321 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis,

2003.

ROZENFELD, H.; FORCELLINI, F. A..; AMARAL, D. C.; TOLEDO, J. C.; SILVA, S. L.;

ALLIPRANDINI, D. H.; SCALICE R. K. Gestão de desenvolvimento de produtos: Uma

referência para melhoria de processo. São Paulo: Saraiva, 2006.

SICILIANO, B., SCIAVICCO, L., VILLANI, L., ORIOLO, G., Robotics: Modeling,

Planning and Control. Advanced Textbooks in Control and Signal Processing. Springer,

London, UK. 2009.

SCHÄFFER, A. A., HADDADIN, S., OTT, C., STEMMER, A., WIMBÖCK, T.,

HIRZINGER, G. The DLR Lightweight Robot – Design and Control Concepts for

Robots in Human Environments. Institute of Robotics and Mechatronics, German

Aerospace Center (DLR). Disponível em:

<https://www.researchgate.net/publication/224998296_The_DLR_Lightweight_Robot_-

_Design_and_Control_Concepts_for_Robots_in_Human_Environments>. Acesso em 08 de

dezembro de 2017.

SMITH, P.G., REINERTSEN, D.G. Developing products in half the time. New York, Van

Nostrand Reinhold, 1991.

VAN CAMPBELL, C.H; COUTINHO, C. Pinto, J. Desenvolvimento de um robô

manipulador industrial. Associação Educacional Dom Bosco, Rio de Janeiro, 2008.

76

APÊNDICE

77

APÊNDICE A – MATRIZ MORFOLÓGICA

78