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INOVAÇÃO E ENGENHARIA DE PRODUÇÃO: UMA VISÃO

GERAL DA CONSTRUÇÃO DE PROTÓTIPOS INDUSTRIAIS

E DOIS CASOS PRÁTICOS EM UMA FÁBRICA DE

ALIMENTOS

João Gabriel Gomes Carvalho

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de

Engenharia de Produção da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte

dos requisitos necessários à obtenção do título de

Engenheiro de Produção.

Orientador: Renato Flórido Cameira, D.Sc.

Rio de Janeiro

Agosto de 2017

iii

Carvalho, João Gabriel Gomes

Inovação e Engenharia de Produção: uma visão geral da construção de

protótipos industrias e dois casos práticos em uma fábrica de alimentos

/ João Gabriel Gomes Carvalho – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola

Politécnica, 2017.

xii, 77 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Renato Flórido Cameira

Projeto de Graduação – UFRJ/ POLI/ Curso de Engenharia de

Produção, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 68-70

1. Prototipagem industrial. 2. Desenvolvimento de novos produtos.

3. Inovação. 4. Prototipagem virtual. 5. Prototipagem rápida.

6. Prototipagem mista.

I. Cameira, Renato Flórido II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,

UFRJ, Curso de Engenharia de Produção. III. Inovação e Engenharia

de Produção: uma visão geral da construção de protótipos industrias e

dois casos práticos em uma fábrica de alimentos.

iv

Dedico este trabalho, em primeiro lugar, a Deus, por

ter permitido que eu estudasse em instituições de

grande relevância para a Engenharia e que eu

vivenciasse experiências pessoais e profissionais

incríveis ao longo desses seis anos de formação.

Em segundo lugar, presto homenagens aos meus pais,

Albertina e Ricardo, por todo o suporte fornecido ao

longo dessa trajetória para que este sonho se

tornasse realidade. Vocês são minhas maiores

referências de força, perseverança, amizade e amor!

Por fim, dedico este trabalho aos meus demais

familiares por estarem sempre por perto em todos os

momentos, aliviando os esforços para superar os

desafios.

v

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todo o Corpo Docente do curso de Engenharia de Produção da Universidade

Federal do Rio de Janeiro, ao Corpo Docente da Ecole Centrale de Lyon (França) do Programa

de Duplo Diploma de Engenharia Generalista, aos meus coordenadores de monitoria e de

empresa júnior, ao meu orientador de projeto de extensão, saudoso Luiz Meirelles, ao meu

orientador de artigo científico e de projeto de graduação, Renato Cameira, aos meus gestores

dos estágios que realizei, Marc Rocher, Daniel Ruppert, Roberta Piazzon e José Eduardo Vieira,

por terem contribuído de forma determinante para que eu me tornasse um profissional de

Engenharia de Produção.

Registro também um grande agradecimento especial aos professores Vinícius Cardoso,

Lino Marujo, Eduardo Jardim e Maria Alice Ferruccio, por toda a contribuição para que este

texto pudesse ter sido construído.

Agradeço igualmente a todo o corpo de profissionais da empresa que se tornou caso

deste estudo, por todos os dados fornecidos e todas as entrevistas concedidas, que foram de

grande valia para esta obra.

Por fim, deixo explícita a minha gratidão aos meus amigos, colegas de faculdade e

engenheiros, com quem tive o prazer de levar discussões relevantes para a elaboração deste

trabalho de fim de curso.

vi

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro de Produção.

INOVAÇÃO E ENGENHARIA DE PRODUÇÃO: UMA VISÃO GERAL DA

CONSTRUÇÃO DE PROTÓTIPOS INDUSTRIAIS E DOIS CASOS PRÁTICOS EM UMA

FÁBRICA DE ALIMENTOS


Agosto/2017

Orientador: Renato Flórido Cameira

Curso: Engenharia de Produção

O desenvolvimento de novos produtos e processos é um ponto focal de competição no mundo

global e dinâmico e gerir de modo excepcional o processo de inovação tornou-se estratégico

para as organizações. A construção de protótipos é considerada de grande relevância para o

processo de desenvolvimento de um novo produto ou sistema, trazendo maior eficiência e maior

velocidade de lançamento de novos produtos/sistemas às organizações. Por isso, em primeiro

lugar, este trabalho levantou as boas práticas ferramentais existentes de desenvolvimento de

protótipos para aplicações industriais, procurando esclarecer as vantagens e desvantagens entre

as técnicas existentes. Em segundo lugar, considerando esse mapeamento de boas práticas e

tendo como unidade de análise uma fábrica de alimentos, foram recomendadas as melhores

soluções de protótipos possíveis para dois problemas reais, sendo possível verificar a geração

de valor que a construção de protótipos propiciou nos dois casos, com uma economia total de

investimentos de ordem de grandeza significativa para a empresa estudada.

Palavras-chave: inovação; desenvolvimento de novos produtos; prototipagem industrial;

prototipagem virtual; prototipagem rápida; prototipagem mista

vii

Abstract of Undergraduate Project presented to Escola Politécnica/UFRJ as a partial fulfillment

of the requirements for the degree of Industrial Engineer.

INNOVATION AND INDUSTRIAL ENGINEERING: AN OVERVIEW OF THE

BUILDING OF INDUSTRIAL PROTOTYPES AND TWO PRACTICAL CASES IN A

FOOD FACTORY


August/2017

Advisor: Renato Flórido Cameira

Course: Industrial Engineering

The development of new products and processes is a focal point of competition in the global

and dynamic world and managing in an exceptional way the process of innovation has become

very strategic for organizations. The building of prototypes is very relevant to the process of

developing a new product or system, bringing greater efficiency and speed of launching new

products / systems to the organizations. Therefore, firstly, this project has described the existing

good practices in terms of building prototypes for industrial applications, seeking to clarify the

advantages and disadvantages of existing techniques. Secondly, considering these good

practices as well as having a food factory as a unit of analysis, the best viable solutions of

prototypes were recommended for two real problem situations, verifying the value creation

provided in both cases by the building of prototypes, with a total saving of investments of

significant magnitude for the company studied.

Keywords: innovation; new product development; industrial prototyping; virtual prototyping;

rapid prototyping; mixed prototyping

viii

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ................................................................................................. 1

1.2 OBJETO DE ESTUDO ..................................................................................................... 5

2 METODOLOGIA DE PESQUISA .................................................................................... 7

3 REVISÃO DA LITERATURA ......................................................................................... 10

3.1 APRESENTAÇÃO DAS BOAS PRÁTICAS DE PROTOTIPAGEM .......................... 10

3.1.1 Integração CAD/CAM......................................................................................... 13

3.1.2 Manufatura por subtração convencional .......................................................... 14

3.1.3 Prototipagem rápida a partir de usinagem CNC.............................................. 16

3.1.4 Estereolitografia ................................................................................................... 17

3.1.5 Sinterização seletiva a laser ................................................................................ 18

3.1.6 Inibição seletiva de sinterização ......................................................................... 19

3.1.7 Modelagem por deposição de material fundido ................................................ 21

3.1.8 Manufatura laminar de objetos .......................................................................... 22

3.1.9 Cura em solo sólido .............................................................................................. 23

3.1.10 Contour Crafting................................................................................................... 24

3.1.11 Direct Shell Production Casting........................................................................... 25

3.1.12 Impressão a jato de tinta ..................................................................................... 26

3.1.13 Laser Engineered Net Shaping (LENS) .............................................................. 27

3.1.14 Impressão 3D ........................................................................................................ 28

3.1.15 Realidade virtual e aumentada ........................................................................... 29

3.2 SÍNTESE ACERCA DAS TÉCNICAS DE PROTOTIPAGEM .................................... 32

4 APLICAÇÃO DO PROCESSO DE INOVAÇÃO EM DOIS CASOS REAIS ............ 36

4.1 CASO 1: A TAXA DE QUEBRA DE SALGADINHOS .............................................. 40

4.1.1 Aquisição de conhecimento ................................................................................. 49

4.1.2 Pesquisa de conceito ............................................................................................ 50

ix

4.1.3 Projeto básico ....................................................................................................... 51

4.1.4 Construção do protótipo ..................................................................................... 55

4.2 CASO 2: ADEQUAÇÃO DO TAMANHO DOS SALGADINHOS ............................. 59

4.2.1 Da aquisição de conhecimento ao projeto básico .............................................. 63

4.2.2 Construção de protótipo...................................................................................... 63

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ........................... 66

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 68

APÊNDICES ........................................................................................................................... 71

APÊNDICE A – RESULTADO DO DISPOSITIVO ALEATÓRIO UTILIZADO PARA FINS

DE AMOSTRAGEM CASUAL SIMPLES ............................................................................. 71

APÊNDICE B – DADOS AMOSTRAIS PARA O PRIMEIRO CASO DE APLICAÇÃO ... 72

APÊNDICE C – PÁ METÁLICA UTILIZADA PARA AMOSTRAGEM DE PRODUTOS 73

APÊNDICE D – NOVO RESULTADO DO DISPOSITIVO ALEATÓRIO UTILIZADO

PARA FINS DE AMOSTRAGEM CASUAL SIMPLES (TESTES DO SISTEMA DE

TOBOGÃS E DO SISTEMA DE CHICANE)......................................................................... 74

APÊNDICE E – DADOS AMOSTRAIS APÓS OS TESTES DE TOBOGÃS E DO SISTEMA

DE CHICANE .......................................................................................................................... 75

APÊNDICE F – VALIDAÇÃO ESTATÍSTICA DOS DADOS AMOSTRAIS DOS TESTES

DE TOBOGÃS E DO SISTEMA DE CHICANE.................................................................... 76

x

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – A realidade de muitos projetos de desenvolvimento de inovação: atraso ocorrido nas

tarefas do projeto ........................................................................................................................ 2

Figura 2 – Processo de desenvolvimento de um novo produto/sistema de aplicações industriais

nas organizações ......................................................................................................................... 3

Figura 3 – O ciclo projeto-construção-teste na resolução de problemas do desenvolvimento de

produtos ...................................................................................................................................... 5

Figura 4 – Processo de mapeamento sistemático ....................................................................... 8

Figura 5 – Técnicas de prototipagem industrial ....................................................................... 10

Figura 6 – O processo genérico de prototipagem rápida .......................................................... 12

Figura 7 – Modelo típico de implantação CIM ........................................................................ 14

Figura 8 – Estruturas CN vs. Estruturas distribuídas de controle numérico computadorizado 15

Figura 9 – Exemplo de prototipagem rápida CNC ................................................................... 17

Figura 10 – Esquema da técnica de estereolitografia ............................................................... 18

Figura 11 – Esquema do processo de sinterização seletiva a laser ........................................... 19

Figura 12 – Estágios do processo de inibição seletiva de sinterização .................................... 20

Figura 13 – Exemplo de aplicação de deposição de material fundido. .................................... 21

Figura 14 – Esquema ilustrativa da técnica de manufatura laminar de objetos. ...................... 23

Figura 15 – A técnica de cura em solo sólido........................................................................... 24

Figura 16 – Aplicação da técnica de Contour Crafting ............................................................ 25

Figura 17 – A técnica DSPC..................................................................................................... 26

Figura 18 – A técnica de impressão a jato de tinta ................................................................... 27

Figura 19 – Ilustração da técnica LENS ................................................................................... 28

Figura 20 – A lógica da impressão 3D ..................................................................................... 29

Figura 21 – Realidade virtual (esquerda) vs. Realidade aumentada (direita). .......................... 31

Figura 22 – A estrutura de simulação hápticas. ........................................................................ 31

Figura 23 – Modelo para aquisição, desenvolvimento e consolidação do conhecimento numa

organização por meio do método.............................................................................................. 37

Figura 24 – O modelo do diagrama de causa-e-efeito .............................................................. 40

Figura 25 – Exemplos de aperitivos quebrados ........................................................................ 41

Figura 26 – Resultado encontrado a partir do Minitab® para o teste de outliers ..................... 42

Figura 27 – Resultado para o teste de correlação entre as observações da amostra ................. 42

Figura 28 – Resultado da distribuição encontrada no software ARENA® .............................. 43

xi

Figura 29 – Fluxograma da linha de fabricação de sachês de salgadinhos aperitivos.............. 44

Figura 30 – Diagrama de causa-e-efeito consolidado a partir de sessões de brainstorming .... 45

Figura 31 – Análise comparativa de evolução da taxa média de quebra de biscoitos. ............. 45

Figura 32 – "5 Porquês" da categoria Máquina ........................................................................ 46

Figura 33 – Pequenas quedas sofridas pelos salgadinhos ao longo do resfriamento. .............. 46

Figura 34 – Ações tomadas para reduzir a taxa de quebra de biscoitos ................................... 48

Figura 35 – Ensacadora vertical vs. Ensacadora inclinada ....................................................... 52

Figura 36 – Configuração do sistema de chicane acoplado no conformador da ensacadora ... 54

Figura 37 – Análise estática do protótipo virtual de uma placa chicane com aço 304. ............ 55

Figura 38 – Análise estática de deslocamento do sistema chicane em PET............................. 56

Figura 39 – Análise estática de tensões do sistema chicane em PET ....................................... 57

Figura 40 – Fluxograma da linha de produção de tubos de 300g de biscoitos aperitivos. ....... 60

Figura 41 – Configuração média do tubo com 300g de produto no cenário anterior (esquerda) e

no cenário com o novo maquinário .......................................................................................... 61

Figura 42 – Diagrama de causa-e-efeito para o segundo caso ................................................. 61

Figura 43 – Estado inicial dos biscoitos aperitivos usando o CATIA® ................................... 64

Figura 44 – Estado final com volume final 1,5x maior usando o CATIA® ............................ 64

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Planilha de controle do processo de mapeamento sistemático da literatura ............. 8

Tabela 2 – Análise multicritério para as técnicas de prototipagem .......................................... 35

Tabela 3 – Hierarquia pela análise funcional emparelhada ...................................................... 38

Tabela 4 – Ferramenta QFD ..................................................................................................... 39

Tabela 5 – Análise funcional emparelhada para o primeiro caso ............................................. 49

Tabela 6 – Ferramenta QFD aplicada para o primeiro caso ..................................................... 51

Tabela 7 – Análise comparativa da dureza de diferentes polímeros ........................................ 56

Tabela 8 – Estudo de alternativas concorrentes para o Caso 1 ................................................. 58

Tabela 9 – Estudo de alternativas concorrentes para o Caso 2 ................................................. 65

1

1 INTRODUÇÃO

A inovação está presente na sociedade desde a criação de um novo conceito de produto

com proposta de valor original para atender a uma demanda até então não percebida em um

determinado segmento de mercado, passando pela transformação de um determinado conceito

em um produto ou em um processo factível e economicamente viável, até a incorporação de

novas ferramentas de tecnologias digitais e da internet nos negócios de uma empresa e de seus

concorrentes. Segundo Burgelman et al. (2012), as inovações são resultados de atividades

combinadas que levam a produtos novos e comercializáveis ou a novos sistemas de produção e

distribuição. Elas são classificadas em três tipos: as incrementais, que implicam em adaptação,

refinação e aprimoramento dos produtos e serviços existentes, assim como dos sistemas de

produção e distribuição; as radicais, que incluem novas categorias de produtos e serviços e/ou

de sistemas de produção e distribuição e, por fim, as de arquitetura, que se referem a

reconfigurações do sistema de componentes que constituem o produto, serviço ou sistema

produtivo/logístico.

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO

Gerir de modo excepcional o processo de inovação tornou-se estratégico para as

organizações. De fato, Wheelwright et al. (1992) argumentam que o desenvolvimento de novos

produtos e processos é um ponto focal de competição em um mundo global e dinâmico. As

firmas que lançam no mercado, com maior eficiência e rapidez, produtos que correspondem às

necessidades do público-alvo criam vantagem competitiva significativa e sustentável, desde

que administrem o risco de imitação. Ghemawat (2012) ilustra uma variedade de barreiras a

essa prática, sob a lógica da visão baseada em recursos: patentes; uso de informações tácitas e

privadas em detrimento de conhecimento explícito; criação de custos de mudança caros, com a

assinatura de contratos milionários com clientes, fornecedores e/ou complementadores;

economias de escala; ameaças de retaliação nos outros negócios dos concorrentes e o fato de

que as imitações geralmente levam tempo para serem implantadas.

Contudo, os próprios autores Wheelwright et al. (1992) abordam que, na maioria das

vezes, a realidade que circunda muitos projetos de inovação, embora comece com grandes

expectativas por parte de todos os interessados, ao final, fica muito aquém dos objetivos

originalmente concebidos, conforme mostra a Figura 1.

2

Figura 1 – A realidade de muitos projetos de desenvolvimento de inovação: atraso ocorrido nas tarefas do projeto.

Fonte: Wheelwright et al. (1992), p. 11

3

No caso industrial, mesmo diante disso, é possível que uma organização alcance

capacitações de desenvolvimento robustas e previsíveis que levarão ao atingimento das metas

de mercado almejadas, das metas da própria empresa e daquelas dos indivíduos envolvidos,

evitando atrasos na chegada dos produtos no mercado. Fazer isso requer uma série habilidades,

ferramentas e conceitos que, em muitos casos, diferem significativamente das inclinações

naturais comuns nas empresas (BURGELMAN et al., 2012).

No cerne dessa necessidade de mudança está a gestão do processo inovativo nas

organizações, resumido na Figura 2, desde a aquisição de conhecimento e pesquisa do conceito,

de coleta das necessidades de futuros clientes, potenciais oportunidades e criação das

especificações-alvo do novo produto/sistema, passando pelo projeto básico, onde são estudadas

alternativas de design de acordo com as funcionalidades requeridas, construção do protótipo,

tendo assim a primeira ou as duas primeiras unidades de um novo produto ou sistema,

elaborando uma análise de custos final e testando as respectivas especificações estabelecidas,

até a produção-piloto, verificando a produtibilidade do produto e eliminando quaisquer defeitos

no projeto final antes da empresa passar para a produção em larga escala. A vantagem

competitiva resulta, em grande parte, da maneira como o trabalho é feito durante o processo de

desenvolvimento.

Figura 2 – Processo de desenvolvimento de um novo produto/sistema de aplicações

industriais nas organizações. Fonte: O autor

São muitos os esforços de gestão necessários para garantir a vantagem estratégica

organizacional no contexto do processo de inovação: ter clareza dos objetivos; planejar os

lançamentos; sanar descompassos entre as funções de Marketing, Engenharia (ou P&D) e

Produção; resolver trade-offs entre custos e benefícios de correções de erros de projeto;

controlar a mutabilidade que pode ser sofrida pelo novo produto/sistema, com futuras

circunstâncias de mercado e tecnologias no médio-longo prazo, entre outros. Neste trabalho,

temos como assunto central a etapa de construção do protótipo, considerada de significativa

relevância para o processo de desenvolvimento de um novo produto ou sistema não só de um

ponto de vista subjetivo, mas também objetivo.

De um modo subjetivo, a importância dos protótipos na indústria está na fase de testes,

onde as características e funções que um produto deve possuir são devidamente verificadas (DA

4

SILVA et al., 2015). Não é incomum que testes de usuários revelem erros de concepção de

modelos (BORDEGONI, 2011). Burgelman et al. (2012) ratificam que a experiência dos

clientes revela diversas lacunas entre o protótipo e as exigências inicialmente estabelecidas. A

maneira como a equipe de desenvolvimento toma atitudes para preencher tais lacunas – a forma

de enquadrar e definir os problemas, gerar alternativas e realizar soluções de protótipos –

determina a velocidade e a eficiência da resolução dos problemas e consequentemente do

lançamento das inovações. Bordegoni (2011) ainda evidencia que corrigir falhas na fase de

prototipagem é significativamente mais barato do que alterar alguma especificação do produto

na fase de produção em larga escala.

Kamrani et al. (2010) argumentam que a fase de construção de protótipos é aquela em

que as decisões críticas acerca da inovação são tomadas, isto é, decisões que afetam diretamente

a forma final e o custo do produto ou sistema. Essa fase se refere a atividades que envolvem

decisões sobre a arquitetura, os materiais, a engenharia dos vários componentes que garantem

o funcionamento da inovação, entre outras. Em linhas gerais, pode-se afirmar que a construção

do protótipo se refere coletivamente a todo o processo de desenvolvimento da inovação,

concretizando as ideias de identificação de oportunidades de mercado na criação do

produto/sistema, nos testes, modificações e refinamentos necessários até que ela esteja pronta

para a produção-piloto. Os autores ainda abordam que a qualidade do design final do

produto/sistema é o fator mais importante na determinação do sucesso comercial da inovação.

Se o design final (ou protótipo) é ruim, não importa quão desenvolvido seja o sistema de

produção, o novo item está praticamente condenado a contribuir muito pouco para o bem-estar

e geração de riqueza da firma que o produz. Por fim, protótipos são também conhecidos por

facilitar a comunicação no processo de desenvolvimento de um novo produto. Eles enriquecem

tanto a comunicação através de uma organização com todos os stakeholders (gerência de topo,

vendedores, parceiros, consumidores e investidores), como as discussões no processo de design

entre todo o time de desenvolvimento (ELVERUM et al., 2015).

Objetivamente, Chartejee et al. (2005) corroborados por Kamrani et al. (2010) afirmam

que mais de 70% dos custos de todo o ciclo de vida de um produto são diretamente associados

a decisões tomadas na fase de elaboração do projeto, que se encerra com a construção do

protótipo. Dessa forma, fica perceptível que quanto maior a efetividade da técnica de construção

de modelos utilizada no processo inovativo, maior será a vantagem competitiva da organização,

uma vez que menos iterações no ciclo de projeto-construção-teste (Figura 3) ocorrerão. Nesse

ciclo, na fase de projeto, o time de desenvolvimento enquadra o problema e estabelece metas

5

para o processo de resolução; na fase de construção são desenvolvidos os protótipos das

alternativas de projeto para que na fase de testes sejam experimentados, desde uma perspectiva

global de funcionamento até com foco em uma dimensão particular de interesse.

Figura 3 – O ciclo projeto-construção-teste na resolução de problemas do desenvolvimento de

produtos. Fonte: Burgelman et al. (2012), p. 571

Uma vez descrito o contexto de inovação, elucidamos o objeto de estudo do presente

projeto de graduação, com seus respectivos tema, objetivos e unidade de análise.

1.2 OBJETO DE ESTUDO

A partir do exposto, a prototipagem industrial, isto é, a realização de protótipos nas

indústrias de um modo genérico foi adotada como a temática central deste texto. Tivemos como

objetivo geral, ilustrar a relevância da prototipagem para o processo de desenvolvimento de

inovação em uma organização industrial real, através de projetos de Engenharia de própria

autoria para solucionar problemas concretos. Mesmo que a literatura já remarque a importância

dos protótipos, notamos carência de comprovações práticas que corroborem a importância dos

protótipos nessa agregação de valor para as organizações. Nesse sentido, desenvolvemos

soluções desde a etapa de levantamento de requisitos de clientes até a construção de protótipos

para satisfazer a principal missão da Engenharia: resolver problemas reais em uma empresa.

Trouxemos como primeiro objetivo secundário, evidenciar, a partir da revisão

sistemática da literatura, as boas práticas ferramentais existentes acerca do desenvolvimento de

protótipos para aplicações industriais, possibilitando trazer maior eficiência e maior velocidade

de lançamento de novos produtos/sistemas às organizações. Conhecendo as boas práticas

tecnológicas (o Estado das Práticas), apresentamos, então, duas aplicações reais do processo de

inovação em uma unidade de análise específica: uma inovação de arquitetura e a outra,

6

incremental. A partir disso, tivemos como segundo objetivo secundário, desenvolver todas as

etapas do processo de inovação ilustrado na Figura 2 até a etapa de construção de protótipo,

recomendando a melhor solução de design final possível para os casos práticos apresentados.

A unidade de análise escolhida foi uma subsidiária de uma indústria multinacional de

grande porte do setor de alimentos (biscoitos aperitivos), cuja identidade foi preservada para

não comprometer o negócio. Essa condição, no entanto, não afetou o rigor das análises contidas

neste texto, bem como os resultados finais encontrados.

Após as justificativas, no capítulo 2, da metodologia de pesquisa empregada, o

levantamento do Estado das Práticas foi consolidado no capítulo 3 desta obra, juntamente com

um estudo comparativo das técnicas apresentadas, apontando suas respectivas vantagens e

desvantagens. A seguir, no capítulo 4, foram apresentados os problemas reais da unidade de

análise e os respectivos resultados encontrados, após o desenvolvimento autoral dos projetos

de Engenharia. O capítulo 5 foi reservado para a síntese final acerca dos dois protótipos

construídos, bem como para discussões de trabalhos futuros, expondo os desafios da Gestão da

Inovação nas empresas sob a ótica da Engenharia de Produção.

7

2 METODOLOGIA DE PESQUISA

No intuito de constatar a relevância da construção de protótipos nas organizações,

baseado em Thiollent (1986), a metodologia utilizada neste trabalho é a pesquisa-ação,

estruturada basicamente na proposição de soluções de problemas de uma unidade de análise

real desenvolvidas integralmente pelo próprio autor desta obra. É a partir do resultado desse

trabalho de projeto de Engenharia que efetivamente analisamos os impactos da prototipagem

no processo de desenvolvimento de novos produtos/sistemas em uma organização real.

Além disso, seguindo Lakatos et al. (2003), em paralelo a uma pesquisa de campo de

natureza quantitativa-descritiva, com desenvolvimentos matemáticos acerca das características

dos casos práticos, foi realizada uma pesquisa bibliográfica com o objetivo de realizar um

apanhado geral sobre as principais técnicas relacionadas com o tema de prototipagem industrial.

Foram realizadas pesquisas bibliográficas no Portal de Periódicos da Coordenação de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), em bases de renome em engenharia

e tecnologia, a saber: ScienceDirect, SpringerLink e Web of Science, assim como na Biblioteca

Digital Brasileira de Teses e Dissertações. A heurística adotada neste texto para eliminar vieses

na consulta, de modo a construir um resultado academicamente defensável, foi a busca de

palavras-chave relevantes para o tema e número de citações, de modo a identificar as

referências-chave para a pesquisa. A partir de filtragens sucessivas por esses critérios, passou-

se à delimitação sequenciada pelo título, resumo e pela leitura inspecional dos textos com

acesso gratuito. A seguir, utilizamos a recursividade das fontes retidas para satisfazer o

princípio do esforço suficiente (PROENÇA JR. et al., 2016), ou seja, chegamos a outras obras

diretamente pertinentes ao contexto de prototipagem industrial por meio das principais

referências inicialmente estabelecidas.

O processo de mapeamento sistemático utilizado está ilustrado na Figura 4.

8

Figura 4 – Processo de mapeamento sistemático. Fonte: Proença Jr. et al. (2015), p. 236

De modo a documentar de maneira completa o controle de realização do mapeamento,

sintetizando a coleção de referências-chave adotadas para esta obra, apresentamos na Tabela 1

a planilha eletrônica utilizada para registrar os passos do worflow acadêmico.

Tabela 1 – Planilha eletrônica de controle do processo de mapeamento sistemático da

literatura

Fonte: O autor

9

A partir de três principais palavras-chave identificadas como características da temática

desenvolvida nesta obra, para cada uma das bases científicas pesquisadas, coletamos

inicialmente os 2.645 resultados de maior relevância relativa, utilizando como chave de

aceitação o número de citações dos textos na literatura científica. Eliminando 328 fontes, entre

jornais, revistas, livros, dissertações, teses e artigos pelo critério de duplicação de textos,

prosseguimos com a etapa de rejeição de referências pelos títulos, resumos e pela leitura

inspecional dos que tivemos acesso gratuito. Sempre que seja o título, seja o resumo e,

posteriormente, a leitura inspecional das fontes não demonstrasse claramente o Estado das

Práticas, contribuindo para o alcance do primeiro objetivo secundário, optamos pela eliminação

das mesmas. Sendo assim, utilizamos 23 fontes, definidas, portanto, como os pilares da

literatura científica para este projeto. O relato desses resultados-chave foi apresentado ao longo

do texto da seção seguinte, de revisão da literatura.

10

3 REVISÃO DA LITERATURA

Visando caracterizar as boas práticas ferramentais existentes que podem

consequentemente conferir vantagem competitiva às organizações inovadoras, propiciando

ganho financeiro, buscamos neste capítulo desenvolver um mapeamento sistemático da

literatura acerca da construção de protótipos, ou seja, apresentar o estado da literatura de

prototipagem industrial, identificando as referências pertinentes ao tema.

3.1 APRESENTAÇÃO DAS BOAS PRÁTICAS DE PROTOTIPAGEM

Seja com o objetivo de explorar novas oportunidades ou de refinar soluções existentes,

a prototipagem é uma atividade valiosa no processo de desenvolvimento de inovações

(ELVERUM et al., 2016). O modelo da Figura 5 sintetiza as principais técnicas de construção

de protótipos identificadas na literatura científica.

Figura 5 – Técnicas de prototipagem industrial. Fonte: O autor

Um protótipo virtual pode ser definido como um modelo computacional de um

produto/sistema real (WANG, 2002; CHATERJEE et al., 2005). Esses modelos são muito

usados para realizar as análises estáticas e dinâmicas de seus componentes e estruturas. Como

apresentado em Chua et al. (1999), para que sejam considerados como completos, os protótipos

virtuais devem possuir três elementos: um modelo tridimensional desenvolvido com auxílio de

um computador (Computer Aided Design – CAD); uma interface de interação Homem-

Protótipo e uma plataforma de testes computacionais para aperfeiçoar a engenharia do produto

11

(Computer Aided Engineering – CAE) bem como otimizar as condições sob as quais ele será

manufaturado (Computer Aided Manufacturing – CAM).

Segundo Carvalho et al. (2016), um protótipo físico pode ser obtido a partir de

tecnologias tradicionais de manufatura por subtração, exemplificadas nesta obra nas máquinas

de Comando Numérico Computadorizado (CNC) devido à sua forte consolidação na indústria,

ou por técnicas de prototipagem rápida. As máquinas CNC convencionais de três a cinco eixos

são capazes de produzir objetos sólidos em centenas de tipos de materiais, desde diversos tipos

de metais até inúmeras variações de resinas plásticas. A partir de uma linguagem de

programação automática, os comandos associados aos movimentos das ferramentas das

máquinas CNC ao longo dos eixos são controlados a partir de um conjunto de instruções

gerados automaticamente, seguindo como referência características e tolerâncias do design final

do produto/sistema a ser desenvolvido. Enfim, o processo de usinar um material bruto até a

forma desejada é inteiramente automatizado e o fato de poder reproduzir adequadamente o

material do novo produto em questão aumenta significativamente a qualidade dos testes

realizados na fase de avaliação do design detalhado dos protótipos oriundos de máquinas CNC

(BREILAND, 2013). Com base em Caulliraux et al. (1999), a linguagem de programação

automática mais conhecida é o Automatic Programming Tools (APT).

Conforme apresentado em Da Silva et al. (2015), a prototipagem rápida é um sistema

composto por um conjunto de tecnologias que usa o princípio da superposição de camadas de

finas espessuras de um determinado material, usando informações oriundas de um modelo

digital para reproduzir uma peça mecânica física. O primeiro estágio da fabricação de um

protótipo rápido é o desenvolvimento de um modelo computacional tridimensional. A seguir, o

modelo geométrico CAD é convertido em formato Stereolithography (STL), interface-padrão

entre os modelos computacionais e os sistemas de prototipagem rápida. A partir desse arquivo,

um pacote de software "fatia" o modelo do componente CAD em várias camadas de espessura

mínima, em geral, com aproximadamente 0,1 mm de espessura, as quais são dispostas uma

sobre a outra. Toda camada infinitesimal CAD é aproximada por outra superfície composta por

facetas triangulares no arquivo STL, que atribui coordenadas cartesianas aos vértices de cada

faceta triangular. Por fim, esses dados de posição espacial são usados para criar os protótipos

físicos (KAMRANI et al., 2010).

Toda essa lógica da prototipagem rápida foi esquematizada na Figura 6. É interessante

notar que os sistemas de prototipagem virtual podem também ser utilizados para a produção em

larga escala. Tal aplicação, entretanto, foge do escopo deste trabalho. Ademais, Kamrani et al.

12

(2006) apresentam um sistema de usinagem CNC para prototipagem rápida, onde a partir de

um conjunto de algoritmos e de um simples modelo CAD são processados protótipos físicos.

Dessa forma, tendo como base Macarrão Jr. (2004) e Bezerra (2015), os sistemas de

prototipagem física existentes na literatura são: sistemas convencionais de manufatura por

subtração, prototipagem rápida a partir de usinagem CNC, estereolitografia, sinterização

seletiva a laser, inibição seletiva de sinterização, modelagem por deposição de material fundido,

manufatura laminar de objetos, cura em solo sólido, Contour Crafting, Direct Shell Production

Casting (DSPC), impressão a jato de tinta, LENS e impressão 3D.

Figura 6 – O processo genérico de prototipagem rápida.

Fonte: Adaptado de Kamrani et al. (2010), p. 341

Segundo Bezerra (2015), a realidade aumentada, por sua vez, se refere à tecnologia que

projeta, em tempo real, elementos virtuais em um ambiente real, aumentando a percepção do

usuário ao acrescentar uma dimensão de informação desenvolvida no computador sobre o

mundo real. Entende-se por realidade virtual como sendo uma simulação gerada por

computador de uma imagem ou ambiente tridimensional na qual o participante tem a sensação

de presença e participação na experiência, reduzindo a distinção entre o mundo real e o digital

(CHOI et al., 2015). De acordo com Talaba et al. (2008), em um ambiente virtual, os usuários

interagem com o meio e realizam suas ações através de alguns dispositivos específicos, como

13

óculos/visores de alta definição (Head Mounted Display – HMD), luvas de dados (datagloves)

e sensores neurais e biológicos que capturam a direção dos olhos, os gestos com as mãos e

sinais da resistência da pele, da taxa de batimento cardíaco, pressão arterial, atividade muscular

e sinais cerebrais, explorando os sentidos dos seres humanos com uma resolução igual ou

superior àquelas alcançadas de modo natural.

Tendo discutido os conceitos das diversas técnicas de prototipagem para facilitar o

entendimento do leitor, esclarecemos a seguir as funcionalidades de cada uma delas.

3.1.1 Integração CAD/CAM

O design assistido por computador é definido como qualquer atividade de desenvolvimento

que envolve o uso efetivo do computador para criar, modificar, analisar, otimizar e documentar um

design de engenharia. No que se refere ao desenvolvimento de um modelo digital tridimensional,

CATIA®, SOLIDWORKS®, Pro/ENGINEER®, Inventor®, I-deas® e Blender® são algumas das

principais ferramentas CAD disponíveis comercialmente para modelar computacionalmente

qualquer objeto. Quanto à interface Homem-Protótipo, um modelo virtual pode ser experimentado

em apenas um sentido dos seres humanos, o da visão. Entretanto, com a visualização oferecida

pelos softwares CAD, é possível observar o modelo computacional sob qualquer orientação espacial

e sob diversas condições de iluminação possíveis devido às inúmeras combinações de sombras e

cores disponíveis (WANG, 2002).

O desenvolvimento da manufatura virtual, isto é, o uso de sistemas computacionais para

simular os processos de fabricação dos produtos e da tecnologia de análise não-linear por elementos

finitos permitem que as organizações simulem a fabricação e analisem o comportamento estático e

dinâmico de seus novos produtos, de uma maneira cada vez mais realista, otimizando, por exemplo,

a vida útil dos componentes e o uso de materiais e reduzindo o custo final de produção (WANG,

2002; CHATTERJEE et al., 2005). Alguns softwares de referência em engenharia e/ou manufatura

assistida por computador são: Marc®, Adams®, Abaqus® e ANSYS®.

No contexto do ciclo projeto-construção-teste, é de suma importância alcançar uma boa

integração entre design e manufatura no intuito de promover uma linguagem comum para interação

do time de desenvolvimento. O objetivo da integração CAD/CAM é dar suporte à construção do

protótipo e suas respectivas modificações, análises e produção dentro de um único ambiente, de

modo que todos os aspectos do sistema CAD sejam coordenados e possam ser replicados para o

processo de produção. Entre os aspectos positivos no que se refere ao uso de sistemas CAD/CAM

temos o aumento da produtividade do time de desenvolvimento, que consegue reduzir

significativamente o tempo requerido para criar, analisar e documentar o design e o aumento da

qualidade do design, pois o time de desenvolvimento pode usufruir de um universo grande e diverso

14

de alternativas para atender às necessidades dos clientes, optando sempre pelo melhor resultado

possível (KAMRANI et al., 2010).

A Figura 7 ilustra melhor essa integração no contexto da Manufatura Integrada por

Computador (Computer Integrated Manufacturing – CIM). Tanto os aspectos de design do

protótipo final da inovação, como aspectos de controle e planejamento da produção em larga escala

e do negócio (marketing e finanças) são englobados em um sistema único integrado que compartilha

informações ao longo de todo o processo de inovação em tempo real, inibindo duplicidade de

conteúdo e retrabalhos e aumentando, portanto, a eficiência do desenvolvimento.

Figura 7 – Modelo típico de implantação CIM. Fonte: Kamrani et al. (2010), p.190

Sendo assim, concluída a apresentação da integração CAD/CAM, podemos explorar a

manufatura por subtração convencional.

3.1.2 Manufatura por subtração convencional

A manufatura por subtração convencional CNC é a estrutura mais difundida atualmente

em termos de comandos para máquinas-ferramenta, sobretudo naquelas aplicações relacionadas

à usinagem de materiais. Segundo Caulliraux et al. (1999), essa tipologia se desenvolveu

juntamente com a microeletrônica, e valeu-se de recursos desenvolvidos originalmente para os

microcomputadores, que vão desde os microprocessadores (cada vez mais rápidos e poderosos)

até os recursos de entrada/saída (unidades de discos magnéticos e óticos, unidades de vídeo ou

mesmo redes de comunicação de dados).

15

Essa tipologia se baseia na adoção de um microcomputador dedicado ao controle do

sistema com razoáveis capacidades de memória e processamento local ligado a uma ou várias

máquinas-ferramenta e assumindo as tarefas do controle numérico. Segundo Scheer (1993), em

substituição às primeiras unidades de Comando Numérico (CN), com programas introduzidos

nas máquinas de produção (tornos, perfuradoras e fresadoras) com o auxílio de fitas de papel,

as máquinas CNC foram então desenvolvidas para permitir uma maior flexibilidade de

operação, afinal, agora, os programas podiam ser carregados diretamente nas máquinas-

ferramenta e as alterações podiam ser implantadas muito mais facilmente através do teclado do

computador, sem a necessidade de manutenção de fitas e leitoras. Tais programas são

estruturados de acordo com a descrição das matérias-primas dos protótipos físicos, a descrição

das peças a serem fabricadas (dimensões e tolerâncias aceitáveis) e as instruções de controle de

usinagem propriamente ditas. A Figura 8 ilustra a distinção da tecnologia dos anos 60

(estruturas CN) para a tecnologia do século XXI (centros de usinagem CNC).

Figura 8 – Estruturas CN vs. Estruturas distribuídas de controle numérico computadorizado.

Fonte: Scheer (1993), p. 44

Mesmo no contexto de sistemas flexíveis de fabricação, exposto em Caulliraux et al.

(1999), com centros de usinagem equipados com dispositivos de troca automática de

ferramentas e capacitados a desempenhar diversas rotinas de usinagem diferentes ao mesmo

tempo (desbaste, furação, roscas, etc.) no mesmo hardware, pelo fato de seus programas serem

de complexa e demorada codificação e por utilizarem ciclos fixos de usinagem, as máquinas

CNC têm seu foco voltado para a produção em larga escala, em detrimento da construção de

protótipos (KAMRANI et al., 2006).

16

3.1.3 Prototipagem rápida a partir de usinagem CNC

Desde o primeiro processo comercialmente disponível de prototipagem rápida, muitos

processos que utilizam o princípio da superposição de camadas de espessura infinitesimais

foram desenvolvidos, e atualmente os custos de um sistema de prototipagem rápida têm se

tornado cada vez mais acessíveis (BEZERRA, 2015). Poucos deles, entretanto, explorando as

máquinas-ferramenta CNC. De fato, o tempo requerido para programação da peça a ser usinada,

do conjunto de ferramentas necessárias para tal e setup das máquinas-ferramenta limita o uso

de CNC para fins de construção de um protótipo. Kamrani et al. (2006) descreveram uma

metodologia capaz de criar um sistema de prototipagem rápida a partir de máquinas CNC que

podem ser utilizados por qualquer usuário, não somente por técnicos de Usinagem habilitados.

Em linhas gerais, o objetivo dessa técnica é de utilizar um conjunto de algoritmos e

hardwares genéricos que têm como entrada modelos CAD simples e que, após o input, são

capazes de enviar diretamente códigos de controle numérico para um determinado centro de

usinagem começar a processar o protótipo físico. Tal técnica pode ser aplicada para qualquer

material que possa ser usinado.

Utilizando o princípio de superposição de camadas infinitesimais, o conceito básico

consiste em usinar uma superfície visível do protótipo físico a cada orientação de ferramentas,

garantindo rotações sequenciais dos eixos de orientação das máquinas-ferramenta. Dessa

forma, o objetivo é usinar o protótipo a partir de configurações de orientações suficientes de tal

modo que, após todos os caminhos possíveis, todas as superfícies tenham sido usinadas

completamente (KAMRANI et al., 2006). Sendo assim, em vez das descrições do protótipo e

suas tolerâncias (como no programa numérico computadorizado codificado por um

especialista), para cada orientação, há uma camada infinitesimal a ser usinada pelas

ferramentas. O efeito “escada” criado com os contornos de superfície em outras técnicas de

prototipagem rápida se torna praticamente inexistente, visto que a precisão de corte em

máquinas-ferramenta CNC é elevada e a espessura da camada infinitesimal gerada é da ordem

de 20 µm. A Figura 9 ilustra essa precisão em detalhes.

17

Figura 9 – Exemplo de prototipagem rápida CNC.

Fonte: <https://goo.gl/GU9eTm>. Acesso em jul/2017

Vale ressaltar que, no intuito de otimizar os setups sucessivos dos centros de usinagem,

respeitando a complexidade do modelo final, apenas um eixo de rotação é solicitado para a

operação. Ademais, um conjunto de métodos algorítmicos determinam o mínimo de

configurações de orientação necessário para usinar todas as superfícies do protótipo físico. Tais

algoritmos otimizam o tempo de fabricação do protótipo, contribuindo para a eficiência do

processo de inovação.

3.1.4 Estereolitografia

Dentre as técnicas de prototipagem rápida, a estereolitografia foi a primeira. Segundo

Gorni (2001), seu processo utiliza polímeros líquidos sensíveis à luz, que se solidificam quando

expostos à radiação ultravioleta. A resina líquida fotocurável é inserida em uma cuba com uma

plataforma elevatória mergulhada (exercendo a função de base para o protótipo) que se desloca

para baixo a cada camada construída (BEZERRA, 2015). Um feixe de raio laser de alta precisão

focal de Hélio-Cádmio (HeCd) é direcionado por um conjunto de lentes e espelhos de acordo

com o desenho de cada seção transversal da camada infinitesimal do modelo computacional do

protótipo. Por ser fotossensível ao raio ultravioleta, a resina solidifica apenas na região

percorrida pelo raio (MACARRÃO JR., 2004). Com a camada concluída, a plataforma desce o

equivalente à espessura de uma nova camada. Um nivelador passa horizontalmente ao nível da

resina (garantido por outro raio laser – de Hélio-Neônio – HeNe) a fim de romper a tensão

superficial do líquido e minimizar o tempo de confecção de cada camada. O processo de

18

exposição à radiação de HeCd é repetido sucessivamente até que o protótipo físico seja

concluído.

Macarrão Jr. (2004) ainda acrescenta que como o modelo é construído no interior de um

líquido, é necessário que sejam adicionados suportes para fixação e sustentação do protótipo,

impedindo que ele se movimente ou flutue durante a operação. O modelo concluído é retirado

do interior da resina e do contato com os suportes e é então limpo com solvente apropriado e

colocado em forno para a cura total da resina solidificada. A fim de melhorar a qualidade da

superfície do modelo, esta pode ser lixada manualmente. A Figura 10 ilustra o funcionamento

do processo de estereolitografia.

Figura 10 – Esquema da técnica de estereolitografia.

Fonte: Adaptado de Gorni (2001). Acesso em jul/2017

Concluída a apresentação da estereolitografia, a técnica de prototipagem rápida

subsequente é a sinterização seletiva a laser.

3.1.5 Sinterização seletiva a laser

A técnica de sinterização seletiva a laser é similar ao processo de estereolitografia,

porém, o raio laser (desta vez de dióxido de carbono – CO2 – de média potência) funde de forma

seletiva, de acordo com a geometria da camada infinitesimal do modelo computacional,

materiais pulverulentos, tais como náilon, elastômeros e metais. Nesse processo, ilustrado na

Figura 11, o material em pó, espalhado e nivelado em uma cuba por um rolo nivelador, é

19

fundido e depois solidificado, camada por camada, à medida que a plataforma vai descendo.

Vale ressaltar que, ao contrário da estereolitografia, o protótipo em formação não necessita de

suporte, pois o próprio pó fornece a sustentação necessária, impedindo qualquer movimentação

do modelo físico.

Figura 11 – Esquema do processo de sinterização seletiva a laser.

Fonte: Adaptado de Macarrão Jr. (2004), p. 47

Segundo Bezerra (2015), como vantagens a tecnologia apresenta a variedade de

materiais que podem ser processados em um mesmo protótipo, bem como a não necessidade de

pós-cura. Como desvantagens, podemos mencionar os problemas de acabamento nas

superfícies similares aos da estereolitografia, o alto custo do equipamento de prototipagem e o

seu respectivo elevado consumo de energia.

3.1.6 Inibição seletiva de sinterização

A inibição seletiva de sinterização é um método de construção de protótipo que usa

sinterização de material em pó. Contudo, ao contrário do processo a laser, a fabricação de

protótipos físicos é realizada sem radiação. A técnica é realizada para uma variedade de

polímeros, entre eles o poliéster e o poliestireno.

Como ilustra a Figura 12, segundo Kamrani et al. (2006), o processo de inibição seletiva

de sinterização começa na deposição de resina plástica em pó sobre um suporte, sobre o qual

atravessa um rolo nivelador. Após o espalhamento do material pulverulento, as áreas

selecionadas para a inibição de sinterização, escolhidas de acordo com a geometria da camada

20

infinitesimal do modelo computacional tridimensional, são molhadas por um cabeçote de

impressora de alta precisão, com soluções salinas, em geral. A camada inteira de pó é então

sinterizada a partir de radiação infravermelha. Uma placa de minimização de ação radiadora é

posicionada para prevenir a área de camada de pó estendida fora da região do protótipo físico,

economizando material. O processo (etapas A-D) é repetido até que todas as camadas

infinitesimais do protótipo físico sejam percorridas, restando apenas o sólido polimérico

sinterizado da etapa E, com exceção da superfície molhada com líquido inibidor (solução

aquosa de iodado de potássio – KI, por exemplo), correspondente à superfície externa do

protótipo. Após a separação da parte sinterizada não correspondente ao protótipo, temos o

modelo físico formado (etapa F). Após a sinterização de cada camada, há a evaporação do

líquido inibidor, restando apenas camadas de sal com a geometria da camada infinitesimal do

modelo computacional.

Figura 12 – Estágios do processo de inibição seletiva de sinterização.

Fonte: Kamrani et al. (2006), p. 198

Essa técnica possui como vantagens: o baixo custo de equipamento (qualquer elemento

gerador de calor pode ser utilizado para sinterizar as camadas de resina em pó); a alta velocidade

de prototipagem (uma camada de pó é sinterizada na ordem de grandeza de segundo); a alta

acurácia e qualidade de acabamento e a possibilidade de realizar modelos físicos de diferentes

materiais poliméricos com diversas cores.

21

3.1.7 Modelagem por deposição de material fundido

Segundo Kamrani et al. (2010), a técnica de modelagem por deposição de material

fundido utiliza um cabeçote com dois bicos de extrusão controlado por computador para

depositar uma resina termoplástica de acordo com as especificações do protótipo no arquivo

STL. A operação do equipamento, ilustrada na Figura 13, inicia com a alimentação do cabeçote

a partir de uma bobina de resina. A seguir, o material é derretido no cabeçote de impressão a

temperaturas controladas, gerando uma resina semilíquida que sofre extrusão por um dos bicos,

sendo depositada em filetes de acordo com a geometria do modelo computacional sobre a base

do equipamento, que pode ser fixa ou móvel. Essa deposição é, então, repetida camada por

camada até obtermos o protótipo físico.

Figura 13 – Exemplo de aplicação de deposição de material fundido.

Fonte: <https://goo.gl/FrjtXa>. Acesso em jul/2017

Para dar a sustentação necessária ao modelo, o segundo bico de extrusão constrói um

suporte frágil e quebradiço, suficiente para o apoio da peça. Após a conclusão da construção do

protótipo, tal suporte é removido manualmente (MACARRÃO JR., 2004). A resina

termoplástica utilizada é em geral formada por Acrilonotrila Butadieno Estireno – Acrynolitrile

Butadiene Styrene (ABS).

22

A facilidade de remoção do modelo físico completo, sem perda de material é uma

vantagem clara da técnica. Como desvantagens, podemos mencionar: a fraca força interlaminar

do material termoplástico, gerando deformações no protótipo em caso de formas curvas ou

cisalhamento ao longo da superfície externa do modelo físico, assim como a lenta velocidade

relativa de funcionamento do equipamento de prototipagem.

3.1.8 Manufatura laminar de objetos

A manufatura laminar de objetos é a técnica de prototipagem rápida que utiliza modelos

CAD tridimensionais para a construção de protótipos a partir de material em folha (KAMRANI

et al., 2010). O processo de prototipagem foi ilustrado na Figura 14 e funciona da seguinte

forma: uma folha do material de construção do protótipo é colocada em contato físico sobre a

plataforma elevatória do equipamento; o feixe de laser do maquinário delineia a camada

infinitesimal correspondente à seção transversal do modelo físico; o mesmo feixe de laser

também corta uma área excedente em formato retangular para facilitar a fluidez do processo e

dar suporte à construção do protótipo; a plataforma elevatória sobe até destacar a área retangular

delineada na etapa anterior e retorna à posição original; a camada seguinte de material é puxada

para a parte superior da plataforma; o rolo compressor térmico pressiona a camada seguinte, de

modo a fixá-la na anterior e o processo se repete até que o modelo seja finalizado. Finalmente,

o volume excedente de material é destacado e o protótipo físico é revelado.

Kamrani et al. (2010) ainda faz menção às vantagens e desvantagens da manufatura

laminar de objetos. Como aspectos positivos podemos ressaltar: o baixo investimento em

material e em maquinário de prototipagem; o fato dos materiais serem não-tóxicos e a acurácia

dimensional. Os fatores negativos considerados na técnica são a susceptibilidade a deformações

no momento da selagem de camadas, devido à influência de humidade, bem como a necessidade

de pós-processamento, devido aos resíduos gerados com os cortes realizados pelo feixe de laser.

23

Figura 14 – Esquema ilustrativa da técnica de manufatura laminar de objetos.


3.1.9 Cura em solo sólido

A cura em solo sólido é um sistema de prototipagem rápida que utiliza luz ultravioleta

para curar cada camada infinitesimal do protótipo físico, construído em resina líquida. É uma

técnica relativamente mais complexa e ao contrário de sistemas à laser, o processo de cura em

sólido fixa as camadas infinitesimais dos modelos em apenas uma única exposição, não sendo

necessário percorrer as geometrias das camadas com feixes pontuais (KAMRANI et al., 2010).

O funcionamento da técnica consiste inicialmente na impressão eletrostática da camada

infinitesimal correspondente ao modelo em uma placa de vidro transparente (que pode ser limpa

e reutilizável). A impressão é realizada de tal forma que apenas a geometria do modelo

computacional permaneça transparente na placa de vidro. Em seguida, a plataforma principal

de construção do protótipo é revestida com resina fotocurável líquida, para, após isso, ser

deslocada horizontalmente para uma posição abaixo do vidro transparente marcado. Tanto a

plataforma como a placa de vidro são alinhados verticalmente sob a iluminação de uma lâmpada

ultravioleta. A luz ultravioleta atravessa, então, o vidro transparente e cura a área com resina

sobre a plataforma sem marcação eletrostática projetada. Os resíduos de resina não-curados na

plataforma são removidos por um aspirador à vácuo e a placa de vidro é limpa para ser

novamente utilizada na etapa de impressão da camada infinitesimal do modelo computacional.

24

Posteriormente, a plataforma é revestida com cera líquida, preenchendo os espaços entre as

áreas curadas, sendo endurecida a seguir por uma placa resfriadora. A camada enrijecida de

resina e cera sobre a plataforma é fresada até o nível de altura da última camada. A adição de

cera (nivelada com a resina curada) facilita a deposição subsequente de líquido fotocurável. A

própria plataforma retorna à posição sob a luz ultravioleta para concluir a cura da última

camada. O processo se repete até todo o modelo geométrico computacional ser percorrido. Em

linhas gerais, a Figura 15 ilustra a técnica de cura em solo sólido.

Figura 15 – A técnica de cura em solo sólido.

Fonte: <https://goo.gl/cRkLNf>. Acesso em jul/2017

Finalmente, a cera é dissolvida em água quente ou em solução aquosa com ácido cítrico.

Após a remoção integral de cera, temos o protótipo físico. A boa acurácia dimensional e o fato

de que qualquer sólido tridimensional pode ser construído com essa técnica são aspectos

positivos relevantes. Em se tratando de aspectos negativos, podemos mencionar a necessidade

contínua de supervisão do processo, principalmente no que se refere à limpeza da placa de vidro

transparente, além da quantidade significativa de resíduo material gerado (seja na aspiração à

vácuo ou na operação de fresagem).

3.1.10 Contour Crafting

A técnica Contour Crafting é uma tecnologia de fabricação capaz de utilizar vários tipos

de materiais para produzir peças complexas e volumosas com bom acabamento de superfície

em elevada velocidade.

25

A partir de Khoshnevis et al. (2010), o processo de fabricação é baseado na extrusão de

camadas grossas de material (cerâmica – argila e titanato zirconato de chumbo (PZT) em estado

pastoso – e resinas termoplásticas derretidas) contornadas com palhetas laterais cujas

orientações são dinamicamente alteradas para obter um melhor acabamento de superfície para

cada camada preenchida, conforme a Figura 16. A deposição de camadas grossas, de espessura

limitada pelo tamanho das espátulas, reduz de maneira significativa o tempo de construção do

protótipo, o que é fundamental na fabricação de itens volumosos.

Figura 16 – Aplicação da técnica de Contour Crafting. Fontes: Adaptado de

Kamrani et al. (2006), p. 222 e <https://goo.gl/wfmb35>. Acesso em jul/2017

Avanços rápidos na pesquisa dessa técnica de prototipagem rápida, a consideram como

uma opção viável para a construção de casas e estruturas civis (KAMRANI et al., 2006).

3.1.11 Direct Shell Production Casting

A técnica Direct Shell Production Casting (DSPC) consiste em um sistema diferente de

todos os demais no que se refere à prototipagem rápida. Basicamente, o processo gera um molde

cerâmico (em carboneto de silício, óxido de alumínio ou silicato de zircónio) para fundição

metálica, a partir de um modelo tridimensional computacional, evitando a necessidade das

ferramentas tradicionais de fundição.

Em linhas gerais, o funcionamento da técnica é ilustrado na Figura 17. Segundo

Kamrani et al. (2010), em primeiro lugar, o desenho CAD é utilizado para criar um modelo

computacional de molde cerâmico, assumindo que suas cavidades internas são correspondentes

às superfícies externas do protótipo a ser construído. Em seguida, o equipamento de

prototipagem rápida automaticamente espalha a camada inicial de material cerâmico em pó no

interior de uma cuba. Com o suporte de um bico de alta precisão, um aglutinante líquido é

impresso, seguindo a geometria da seção transversal do molde. A seguir, uma nova camada de

26

material pulverulento é depositada e o processo se repete até que a totalidade do molde seja

impressa. O molde é, então, separado do pó não sinterizado e depois cozido de modo a elevar

sua rigidez mecânica. Em uma fornalha específica, o molde é preenchido com metal fundido.

Finalmente, após o devido resfriamento do metal, a cerâmica é removida, dando origem ao

protótipo físico.

Figura 17 – A técnica DSPC. Fonte: <https://goo.gl/3QFcL7>. Acesso em jul/2017

Como vantagens da técnica podemos salientar: a redução de tempo e custo de produção,

quando comparamos com o processo de fundição tradicional; a possibilidade de construir

protótipos de geometria de alta complexidade e o fato de que muitos itens podem ser fabricados

de uma só vez. Como limitações do processo DSPC temos o acabamento superficial áspero (o

efeito “escada” da prototipagem rápida geralmente é aparente com camadas de espessuras da

ordem de grandeza de 0,175mm; a necessidade de eliminar rebarbas, além do fato que apenas

uma peça pode ser fabricada por molde.

3.1.12 Impressão a jato de tinta

Gorni (2001) apresenta que os protótipos fabricados a partir da técnica de impressão a

jato de tinta são construídos sobre uma plataforma elevatória a partir de recipientes preenchidos

com material fotopolimérico à base de acrilato líquido. Dois cabeçotes de impressão depositam

27

pequenas gotas de material de construção e de suporte para formar uma camada do protótipo,

seguindo a geometria da seção transversal do modelo computacional. Uma fonte de luz

ultravioleta realiza a cura das camadas. A plataforma é ligeiramente abaixada, adiciona-se mais

material e o processo é repetido. Uma barra niveladora garante o estado plano das camadas a

cada iteração. Finalmente, o material de suporte é removido com jatos de água e solventes

específicos, fazendo emergir o resultado final de protótipo. Para facilitar o entendimento do

leitor, o processo é ilustrado na Figura 18.

Figura 18 – A técnica de impressão a jato de tinta.


Bezerra (2015) aponta como vantagens da técnica a boa precisão e a boa qualidade de

acabamento superficial do protótipo físico. Como desvantagens temos a baixa durabilidade e

baixa rigidez do material utilizado.

3.1.13 Laser Engineered Net Shaping (LENS)

Segundo Gorni (2001) e Bezerra (2015), a Laser Engineered Net Shaping é uma técnica

que apresenta a vantagem de produzir protótipos de metal plenamente densos, com boas

propriedades metalúrgicas e sob velocidades razoáveis de construção. Um gerador de raio laser

de alta potência é usado para fundir pó metálico armazenado em uma câmara de atmosfera

controlada e fornecido coaxialmente ao foco do raio laser, por gravidade ou através de um gás

28

portador inerte pressurizado. O raio laser passa através do centro do cabeçote e é focado para

um pequeno ponto da plataforma de suporte através de um sistema de lentes. Os pontos são

calculados de acordo com as respectivas seções transversais dos modelos CAD. O bico de

deposição se movimenta nos três eixos, com possibilidade de rotação e inclinação, também

possíveis com a plataforma do equipamento de prototipagem.

Podem ser usados materiais de diversas ligas metálicas, tais como aço inoxidável, cobre,

alumínio e titânio. Os protótipos produzidos requerem usinagem para acabamento,

apresentando densidade plena, boa microestrutura e propriedades mecânicas. A potência do

gerador de raio laser utilizado é elevada da ordem de grandeza de 20KW, o que aumenta

consideravelmente o consumo energético. A Figura 19 ilustra uma aplicação prática da técnica

LENS.

Figura 19 – Ilustração da técnica LENS.

Fonte: <https://goo.gl/7cqvjP>. Acesso em jul/2017

Descritas as características da técnica LENS, prosseguimos com a última técnica de

prototipagem rápida relevante de acordo com as referências-chave do mapeamento sistemático

da literatura: a impressão 3D.

3.1.14 Impressão 3D

A técnica denominada por impressão 3D utiliza uma máquina que opera de maneira

similar às impressoras a jato de tinta para papéis. Segundo Macarrão Jr. (2004), o material em

pó é depositado em camadas, as quais recebem sobre si um jato de tinta, dando liga ao material

na geometria da seção transversal do modelo computacional. O autor alerta ainda que as

superfícies externas dos modelos construídos têm aparência semelhante a degraus, devido à

formação em camadas.

29

Em linhas gerais, o princípio de funcionamento da técnica foi representado na Figura

20. A impressora contém um reservatório de alimentação do material pulverulento de

construção do modelo. Abaixo desse reservatório, existe um pistão móvel que realiza

movimentos verticais descendentes durante a construção do modelo. O pó é então nivelado por

um cilindro que se desloca horizontalmente. O jato de tinta com a função de fundir os grãos de

material forma a camada infinitesimal do protótipo. O pistão desce e, com o material nivelado

novamente, o processo se repete, as camadas subsequentes são formadas até a construção

completa do modelo físico. Nesse processo, o próprio material em pó ao redor do modelo

fornece a sustentação necessária durante a fabricação do protótipo. Uma camada de cola deve

ser aplicada à superfície do modelo para evitar que ela se deteriore com o uso (MACARRÃO

JR., 2004).

Figura 20 – A lógica da impressão 3D. Fonte: <https://goo.gl/FrjtXa>. Acesso em jul/2017

Sendo assim, descrevemos na próxima subseção as técnicas de prototipagem mista, de

meio-termo entre os protótipos virtuais e físicos.

3.1.15 Realidade virtual e aumentada

Segundo Talaba et al. (2012), fazer um produto de sucesso no mercado requer alta

qualidade de design, que deve levar em consideração os requisitos cada vez mais sofisticados

30

dos usuários. A sensibilidade humana e o senso de conforto durante a interação com os novos

produtos/sistemas se tornaram uma das questões mais importantes no desenvolvimento de uma

inovação. Existe uma hierarquia de necessidades dos usuários quando eles interagem com um

produto, na qual o prazer ocupa o lugar mais importante antes da aplicação, funcionalidade,

segurança e bem-estar (PALACE, 2002). Sendo assim, um objetivo importante do design de

novos produtos/sistemas voltados para os usuários é facilitar a boa interação com os mesmos.

Embora sejam amplamente utilizados nas indústrias, como a de brinquedos, a de

embalagens e a de eletrodomésticos de pequeno porte (KAMRANI et al., 2010), protótipos

físicos adequados, que propiciam claramente interações com os clientes, são muitas vezes

indisponíveis no contexto de aplicações de maior porte, como nas indústrias de veículos

automotores, de aviões e de dutos para o setor de óleo e gás. Nessas circunstâncias, testes com

protótipos virtuais são a melhor alternativa, mas para obter resultados realmente efetivos, testes

de comportamento físico avaliando a interação com os usuários são mandatórios. Ligações

físicas entre os usuários e as inovações podem ser estabelecidas com o uso de dispositivos

hápticos de realidade virtual (KÜNZLER et al., 2004).

Talaba et al. (2012) afirmam que sistemas hápticos são divididos em duas categorias de

reação ao tato: a primeira ligada ao toque, direcionada a lidar com forças de baixa intensidade,

enquanto que a segunda é associada às forças cinéticas, relacionadas à posição, ao peso e aos

movimentos de músculos, tendões e juntas. Tecnologias que englobam as duas categorias de

feedbacks hápticos são consideradas de realidade virtual, já que o usuário é exposto

exclusivamente a modelos virtuais. Entretanto, o nível de aceitação da interação física com o

usuário é bastante limitado para essas tecnologias. De fato, o toque e as forças de baixa

intensidades são muito complexas de simular, uma vez que elas refletem diretamente o

fenômeno do contato, aonde o atrito desempenha um papel muito importante (TALABA, 2012;

BORDEGONI, 2011).

O estado da técnica sugere que a maneira de superar essa limitação seja mesclando

protótipos virtuais com feedback háptico, para forças cinéticas, com protótipos físicos, que

facilitam a assimilação da interação de toque (TALABA, 2012; MARNER et al., 2011;

BORDEGONI et al., 2009). Nesse ambiente de interação com modelos físicos e virtuais se

estabelece a realidade aumentada. A Figura 21 explicita a distinção de um ambiente de realidade

virtual para um ambiente de realidade aumentada. Para um mesmo produto, lavadora de roupas,

nota-se que o usuário à esquerda interage apenas com o protótipo virtual da lavadora, enquanto

que o usuário à direita interage tanto com o modelo virtual como com o físico.

31

Figura 21 – Realidade virtual (esquerda) vs. Realidade aumentada (direita).

Fontes: Bordegoni et al. (2010), p. 173 e Bordegoni (2011), p. 132-136

A Figura 22 evidencia a estrutura típica de uma aplicação de feedbacks hápticos em

ambientes de realidade virtual/aumentada. A interface háptica faz a ligação física entre o último

objeto do mundo real e o primeiro objeto do mundo virtual (denominado avatar). O avatar é

uma cópia virtual desse último objeto real e é o único objeto do mundo virtual cujos

movimentos não são controlados nele. Com isso, na prática, um avatar controlado por um

usuário é sempre integrado no ambiente virtual para possibilitar as reações hápticas. A interação

do avatar com os outros objetos virtuais é computada por meio de câmeras de detecção de

movimento ou joysticks de alta tecnologia com vários graus de liberdade, luvas de dados e

sensores neurais e biológicos; e transmitida ao usuário, através de paredes retroprojetoras de

renderização estereoscópica, visores de alta definição estereoscópica HMD e aparelhos de

renderização sonora.

Figura 22 – A estrutura de simulação hápticas.

Fonte: Adaptado de Talaba et al. (2012), p. 571

Bordegoni et al. (2009) afirmam que a prototipagem mista é um método que tem sido

cada vez mais provado como eficiente e eficaz no desenvolvimento de novos produtos. De fato,

ele facilita o real envolvimento de usuários finais, sem qualquer conhecimento técnico exigido,

32

nas etapas de validação do design, ao contrário do que ocorre com a grande maioria de máquinas

e sistemas, avaliadas por técnicos que seguem protocolos e procedimentos já pré-estabelecidos.

Além da baixa acessibilidade às tecnologias acima apresentadas, os efeitos colaterais que os

seres humanos podem sofrer a longo prazo ao serem submetidos aos ambientes virtuais

(JIMENO, 2007) são os principais pontos negativos destacados na literatura.

3.2 SÍNTESE ACERCA DAS TÉCNICAS DE PROTOTIPAGEM

Embora tenhamos explicitado o funcionamento genérico e os principais pontos positivos

e negativos de cada uma das técnicas de prototipagem apresentadas, julgamos pertinente para

a sequência do trabalho, consolidar essa informação em uma seção independente. De modo

complementar às informações já apresentadas na seção anterior, torna-se relevante, para fins de

projeto de Engenharia, classificar as técnicas de prototipagem com base nos aspectos mais

determinantes na avaliação e aprovação de protótipos, de modo a identificar qual técnica é mais

adequada para cada tipo de problema. Sendo assim, uma análise multicritério nos sugere ser

uma ferramenta que auxilia na escolha da melhor técnica possível, dentre as mapeadas no

Estado das Práticas.

Inicialmente, tendo como base Bordegoni (2011), é importante lembrar que protótipos

podem ser construídos com níveis variados de fidelidade, de acordo com as necessidades,

propósitos e maturidade do projeto básico de um novo produto/sistema. De fato, fabricar

protótipos muito realistas, idênticos aos modelos que serão produzidos em larga escala, pode

ser uma tarefa muito demorada e cara. Evidentemente que o nível de fidelidade pode afetar a

avaliação do design assim como o envolvimento emocional e as respostas dos usuários, por

isso, a seleção do tipo de técnica de prototipagem depende do quanto o protótipo deve se parecer

com a versão final do produto/sistema.

Assumindo que o nível de fidelidade é escolhido com o devido bom-senso, para

satisfazer as expectativas dos futuros clientes, um protótipo deve satisfazer, no mínimo, três

aspectos: estéticos, funcionais e ergonômicos (BORDEGONI, 2011). Todos eles avaliados

pelos sentidos humanos de visão, tato e audição. Wall et al. (1992) reafirmam esses aspectos a

partir das pesquisas que coletaram com especialistas, afirmando que os atributos que

efetivamente avaliavam a performance de um protótipo qualquer eram: aparência geral, módulo

de elasticidade, limite de resistência à tração, acurácia dimensional e geométrica, acabamento

de superfície, dureza, peso, temperatura de fusão, opacidade, condutividade e cor. É importante

salientar que estamos considerando avaliações exclusivamente do ponto de vista técnico.

33

Entendemos que considerações econômicas são melhor discutidas em análises ad hoc. De fato,

na seção posterior, exploramos algumas análises de custos para justificar a recomendação de

construção de protótipo para os dois casos práticos.

De modo a eliminar qualquer tendenciosidade, sem desviar o foco deste estudo com

pesquisas de campo (a partir do método Delphi, por exemplo), utilizamos variáveis binárias

associadas a cada um dos aspectos mencionados acima para realizar a análise multicritério para

cada uma das cinco principais técnicas de prototipagem. Essas variáveis traduzem os resultados

obtidos com a utilização das técnicas em termos de estética, funcionalidade e ergonomia.

Dessa forma, para o aspecto estético, definimos a variável garantia de ausência de

“escadas”, que demonstra a qualidade final de acabamento superficial do modelo; para o

aspecto funcional, foram definidas as variáveis análise de comportamento estático e dinâmico,

que investiga todas as propriedades mecânicas e elétricas dos protótipos e diversidade de

materiais, que demonstra a possibilidade de aplicação prática pelo usuário do modelo como

efetivamente a primeira unidade do novo produto/sistema e, por fim, para o aspecto ergonômico

foram utilizadas as variáveis feedback háptico, que avalia a real possibilidade de interação física

entre o protótipo e os usuários e diversidade de tamanhos, referenciando a todas as

possibilidades de garantia de acurácia dimensional e geométrica.

A única desvantagem da prototipagem virtual está representada na ausência de feedback

háptico (extensiva para a técnica de realidade virtual), que pode ser mitigada, por exemplo, com

a fabricação de modelos físicos de baixo custo, mesmo que não completamente fiéis à realidade

de produção em larga escala. Para as demais variáveis consideradas, percebemos que a

integração CAD/CAM satisfaz os resultados de garantia de bom efeito de acabamento, de

possibilidade de realização de análises de comportamentos mecânicos e de modelagem com

diversos tamanhos e materiais, garantindo que o design esteja adequadamente integrado com o

seu respectivo sistema de fabricação.

No que se refere à manufatura por subtração convencional, o principal ponto negativo

consiste nas análises de comportamento estático e dinâmico, existentes para as demais

tecnologias. Por não possuir como inputs modelos CAD (necessários para as demais técnicas)

e sim códigos de controle numérico, a técnica convencional de prototipagem por subtração não

usufrui do rico portfólio de análises computacionais de simulação de aplicações e processos de

fabricação dos produtos, a partir da tecnologia de análise não-linear por elementos finitos,

embora forneça alta qualidade de acabamento de usinagem e interação física com usuários,

assim como possa ser aplicada a uma gama diversa de materiais.

34

De acordo com o que foi discutido ao longo das doze técnicas distintas de prototipagem

rápida, presentes inclusive em ambientes de realidade aumentada, não é possível garantir a

ausência do efeito “escada” de superposição de camadas de fina espessura de material para a

maioria delas. As limitações de diversificação de material e tamanho para protótipos também

são desvantagens relevantes. O feedback háptico que é possível estabelecer com os clientes se

revela como bom ponto positivo para a técnica.

Considerando as técnicas de prototipagem mista, embora distintas entre si, elas se

revelam equivalentes quanto às avaliações. Em se tratando particularmente do porte das peças

fabricadas, tanto a realidade virtual como a aumentada não se mostram aplicáveis para modelos

de pequeno e médio porte, visto que o investimento tecnológico é relativamente alto quando

comparado às técnicas de prototipagem física e virtual. No caso da realidade virtual, o feedback

háptico não pode ser considerado como resultado, visto que a simulação de efeitos de toque, de

forças de baixa intensidade, ainda se mostra como uma oportunidade de melhoria. Para a

realidade aumentada, a utilização de modelos de prototipagem rápida nos ambientes virtuais

faz com que a avaliação estética seja comprometida.

Preenchendo a tabela com os critérios de comparação da linha superior, as técnicas de

prototipagem na coluna inicial e valores binários, aonde “0” significa a ausência do resultado

apresentado na linha superior e em que “1” representa o oposto, temos que o resultado final da

análise consolidada foi evidenciado na Tabela 2. Como importante conclusão intermediária

deste trabalho, podemos inferir que a prototipagem virtual se revela como aconselhável para a

construção de protótipos nos projetos em geral. De fato, em todos os três critérios de avaliação

(estético, funcional e ergonômico) a técnica apresenta vantagens, sendo a principal delas, que a

diferencia das demais a aceitação de uma ampla diversidade de tamanhos de modelos.

35

Tabela 2 – Análise multicritério para as técnicas de prototipagem

Fonte: O autor

Finalizada a descrição da comparação entre as diversas técnicas de prototipagem

existentes na literatura, temos que o primeiro objetivo específico deste trabalho foi alcançado.

Portanto, na seção seguinte, iniciamos a apresentação dos casos práticos deste projeto.

36

4 APLICAÇÃO DO PROCESSO DE INOVAÇÃO EM DOIS CASOS REAIS

Como compete à Engenharia de Produção a melhoria de sistemas produtivos, por meio

do projeto de produtos (ABEPRO, 1998), esta seção foi dedicada à aplicação prática dos

conceitos acerca da inovação e das técnicas de prototipagem descritas nas seções anteriores. De

fonte autoral, foram desenvolvidos dois projetos independentes de protótipos, tendo como base

dois casos reais em uma fábrica alimentícia de biscoitos aperitivos.

Após inicialmente descrevermos as problemáticas encontradas, percorremos as etapas

de aquisição de conhecimento, de pesquisa do conceito e de projeto básico do processo de

inovação. Finalizamos com as melhores recomendações no que se refere à construção de

protótipos das soluções propostas para ambos os casos. Como o foco desta obra é a

prototipagem industrial, a implantação das soluções projetadas em produção-piloto e larga

escala não foram consideradas.

Como norte metodológico para se chegar até as soluções propostas, foi utilizado o

PDCA (Plan – Do – Check – Act), representado no modelo da Figura 23. Falconi (2013) aponta

que o método transforma uma organização numa escola, pois a busca por resultados é paralela

à busca do conhecimento, que é o insumo para o alcance de resultados. De fato, a Figura 23

ilustra quatro pontos de busca pelo conhecimento: ou ele é criado, pela busca de fatos e dados;

ou aprendido, seja por recursos da própria empresa seja por recursos externos; ou copiado, a

partir do levantamento das melhores práticas mundiais relacionadas ao problema; ou difundido,

com a padronização e treinamento do trabalho, para manter os resultados. O método permite

buscar exatamente o conhecimento necessário para atingir uma meta almejada, sendo bastante

eficaz (FALCONI, 2013).

37

Figura 23 – Modelo para aquisição, desenvolvimento e consolidação do conhecimento numa

organização por meio do método. Fonte: Falconi (2013), p. 114

Analogamente ao modelo da Figura 23, temos o processo de inovação da Figura 2 e as

etapas de aquisição do conhecimento e de pesquisa de conceito, com a criação de conhecimento,

a partir da identificação das necessidades dos clientes e das funcionalidades exigidas no novo

produto/sistema; a de projeto básico, de conhecimento aprendido, explorando todo o potencial

técnico da organização; a etapa de construção de protótipo, de decisão final do design, com a

análise final das informações técnicas emergentes da organização comparadas com o

conhecimento copiado das melhores práticas de mercado; a etapa de produção-piloto, de

execução e verificação da solução planejada de prototipagem e a etapa final de produção em

larga escala, onde o protótipo é padronizado na organização.

Realizada essa analogia, para a etapa de aquisição do conhecimento, utilizamos a técnica

de análise funcional emparelhada para hierarquizar todos os critérios objetivos a serem

satisfeitos, oriundos das demandas dos clientes (CONSTANT, 2015). Essa técnica permite

identificar o conjunto de critérios objetivos a serem satisfeitos no projeto, atribuindo

importância relativa a cada um deles. Para isso, é realizada uma tabela para análise de

38

comparação por pares, em que para cada par de critérios distintos (i-j), são atribuídos números

entre “0,25” e “4”, indicando quanto i é julgado mais importante do que j. O valor “1” é

encontrado para as análises entre critérios similares. A Tabela 3 ilustra um exemplo da tabela

utilizada para a análise funcional emparelhada.

Tabela 3 – Hierarquia pela análise funcional emparelhada

Fonte: O autor

No que se refere à pesquisa de conceito, utilizamos o método Quality Function

Deployment (QFD) para traduzir as demandas de clientes em especificações de projeto, isto é,

usa-se a ferramenta com o objetivo de associar para cada demanda de cliente, o melhor critério

técnico a ser satisfeito no projeto da solução inovadora. Em termos práticos, utilizamos uma

tabela de duas entradas, em que na coluna inicial são colocadas as necessidades dos clientes e

na coluna superior são listados todos os requisitos técnicos de projeto. A seguir, são atribuídas

relações de pertinência entre as diferentes soluções, classificadas entre forte, moderada ou fraca.

Em termos quantitativos temos a atribuição dos respectivos números: “9”, “3” e “1”

(CONSTANT, 2015). Ao combinar todas as importâncias relativas das demandas, oriundas da

análise funcional emparelhada e os respectivos relacionamentos com os requisitos técnicos,

podemos elucidar a importância relativa das soluções, estabelecendo, assim, prioridades entre

as mesmas. A Tabela 4 exemplifica uma tabela QFD.

39

Tabela 4 – Ferramenta QFD

Fonte: Adaptado de Campos (2017)

Para fins de projeto básico, utilizamos como referência o controle estatístico do

processo, uma poderosa coleção de ferramentas para a melhoria da qualidade

(MONTGOMERY, 2015). Dentre essas ferramentas, a que melhor se relaciona no contexto de

aprendizado de conhecimento técnico organizacional, de extração de conhecimento das pessoas

de forma organizada, é o diagrama de causa-e-efeito, com o qual procura-se eventuais causas

dos resultados do sistema a partir de brainstormings, buscando, segundo Falconi (2013),

relacionar variáveis independentes com a variável dependente origem do problema. A Figura

24 exemplifica essa técnica. As causas prováveis dos problemas aliadas às melhores práticas de

mercado norteiam os projetos básicos de soluções.

40

Figura 24 – O modelo do diagrama de causa-e-efeito. Fonte: Falconi (2013)

A construção de protótipo foi uma discussão realizada caso-a-caso, com bom-senso, de

acordo com as necessidades expostas em cada um dos dois casos de aplicação industrial.

Mesmo que a justificativa de escolha detalhada de técnicas como a análise funcional

emparelhada, o método QFD e o diagrama de causa-e-efeito não pertença ao escopo desta obra,

é importante ressaltarmos que diversos autores como Falconi (2013), Bordegoni (2011) e

Kamrani et al. (2010) sugerem essas ferramentas como boas práticas de análise no contexto do

processo de inovação. A aplicação dessas ferramentas foi demonstrada ao longo da descrição

dos problemas. Sendo, assim, seguimos com o desenvolvimento dos casos práticos.

4.1 CASO 1: A TAXA DE QUEBRA DE SALGADINHOS

A motivação inicial para elaborar esta obra sobre protótipos surgiu da necessidade de

elaborar uma solução inovadora para um problema existente na organização estudada por mais

de doze anos. Embora uma análise estratégica fuja do escopo deste trabalho, sabe-se que os

elevados padrões de confiabilidade e de qualidade percebida de produtos finais são os

diferenciais competitivos determinantes da unidade de análise frente a seus concorrentes, em

todos os seus setores de atuação. Sendo assim, um significativo histórico de reclamações de

consumidores que constatam quebras de mercadoria nos sachês de biscoitos aperitivos

justificou o estudo aprofundado em uma linha de produção para o formato de sachês de 200g

de produto.

41

Com a inexistência de tecnologias de sensores e medidores automáticos de percentuais

de quebra de biscoitos no interior dos sachês de 200g, foi necessário realizar a amostragem

manual de diversas unidades do produto, de modo a nos nortear em termos de resultado. Por

questões de custos, levando em consideração as perdas associadas à operação do processo, onde

todos os sachês recolhidos para amostragem tiveram que ser abertos e, posteriormente,

descartados por uma pessoa totalmente dedicada à atividade ao longo do dia para a pesagem

dos salgadinhos quebrados (cf. Figura 25), separados dos inteiros, o tamanho amostral diário

foi limitado pela Direção Industrial a 100 sachês, contabilizando 0,5% de descarte de uma

produção média diária.

Figura 25 – Exemplos de aperitivos quebrados. Fonte: O autor

Seguindo Costa Neto (2002), de modo a garantir a representatividade da amostra sem

qualquer viés, adotamos o método de amostragem casual simples e sem reposição como

referência. De fato, trata-se de um caso de amostragem probabilística, onde a população de

sachês de 200g de biscoitos aperitivos é finita (20.000 unidades produzidas por dia), totalmente

acessível e todas as (20.000100

) combinações possíveis de amostras são igualmente prováveis.

Utilizando o dispositivo aleatório do editor de planilhas Microsoft® Excel® (cf. Apêndice A),

coletamos apenas os elementos sorteados para a amostra, garantindo, portanto, a

representatividade da população. Os dados amostrais foram expostos no Apêndice B.

Segundo Marujo (2016), após toda coleta de dados é necessário realizar uma etapa de

preparação dos mesmos, o que implica na eliminação de eventuais outliers e na garantia de que

não há correlação entre as observações amostrais. Dessa forma, utilizando o software de

estatística Minitab® (cf. Figura 26), garantimos que nenhum outlier pode ser verificado, afinal

a estatística de Grubbs G = 2,48 > Gtabelado para um nível de significância superior a 10%,

não rejeitando a hipótese nula de que não existem outliers (INMETRO, 2017).

42

Figura 26 – Resultado encontrado a partir do Minitab® para o teste de outliers. Fonte: O autor

Do mesmo modo, verificamos, conforme a Figura 27, a partir da estatística de Pearson

r = 0,246(≅ 0) que não há correlação entre os dados da amostra (GUJARATI et al., 2008).

Figura 27 – Resultado do Minitab® para o teste de correlação entre as observações da

amostra. Fonte: O autor

Utilizando o software estatístico ARENA®, conseguimos agrupar todos os dados

coletados em um histograma, bem como adequar uma distribuição de probabilidade a este

histograma. A Figura 28 ilustra o resultado encontrado. A distribuição que melhor se aproxima

estatisticamente é a distribuição normal de média 𝜇 = 0,124 (12,4%) e variância 𝜎2 =

0,004 (0,4%). Aplicando o teste qui-quadrado com nível de significância de 1,0%, temos que

χ2calculado = 12,9 < χ2

teórico = 13,3, e, portanto, o modelo da distribuição N(12,4%; 6,1%)

é adequado para representar a distribuição da população.

43

Figura 28 – Resultado da distribuição encontrada no software ARENA®. Fonte: O autor

No intuito de eliminar de maneira definitiva o problema de quebra, duas metas

igualmente importantes foram levadas em consideração. A primeira consiste em reduzir de

12,4% para uma mínima taxa média de quebra de salgadinhos que saem da fábrica e a segunda

consiste em conservar esse estado de taxa mínima até o consumidor final, de modo a eliminar

os impactos de choques sobre os biscoitos durante toda a etapa logística de transporte da fábrica

até os grandes varejos (supermercadistas), do estoque dos varejistas até as gôndolas, das

gôndolas até os carrinhos/cestas de clientes etc.. No contexto deste trabalho, apenas a primeira

meta foi considerada, sendo a segunda, de acordo com entrevistas em campo com engenheiros

experientes da indústria alimentícia, principalmente associada à injeção de ar nos sachês. Ficou

definido com a Direção Industrial da unidade de análise que o alvo para a taxa média de quebra

de biscoitos seria de, no mínimo, 3%, percentual favorável quando comparado a produtos

concorrentes, segundo análises não divulgadas, realizadas pela própria empresa.

O modelo da Figura 29 ilustra as etapas do fluxo de material existente na linha de

produção estudada.

44

Figura 29 – Fluxograma da linha de fabricação de sachês de 200g de salgadinhos aperitivos.

Fonte: O autor

A Figura 30 ilustra o diagrama de causa-e-efeito construído a partir de sessões de

brainstorming, animadas pelo autor desta obra, com uma equipe constituída por operadores,

engenheiros, técnicos de Manutenção, gerentes de Produção e de Qualidade, onde cada um

expôs sua sugestão de causa para o problema em questão, sendo anotadas aquelas de maior

aceitação pela maioria do grupo de trabalho.

45

Figura 30 – Diagrama de causa-e-efeito consolidado a partir de sessões de brainstorming.

Fonte: O autor

É importante ressaltar que através das diversas discussões em equipe, o grupo de

trabalho decidiu que a categoria Máquinas era o principal ponto de partida para alcançar a meta

de 3%. A evolução da taxa média de quebra de 200g de biscoitos ao longo da linha corroborou

essa decisão. De fato, foi constatado a partir de um trabalho de campo específico de

amostragem, concomitante ao apresentado na Figura 28, que dos 12,4% de taxa de quebra de

biscoitos, 11,6% ocorriam devido ao impacto da queda livre vertical de 1,44m. Para este

trabalho de amostragem, foi desenvolvida uma pá metálica de dimensões adequadas para

coletar 200g de produto antes da etapa de pesagem na balança multicabeçote, conforme o

Apêndice C.

Figura 31 – Análise comparativa de evolução da taxa média de quebra de biscoitos.

Fonte: O autor

46

Analisando o problema das máquinas com mais detalhe, foi possível identificar as várias

subcausas do efeito de elevada taxa de quebra de biscoitos na Figura 32.

Figura 32 – "5 Porquês" da categoria Máquina. Fonte: O autor

O alto impacto sofrido pelos biscoitos aperitivos na queda vertical de 1,44m na etapa da

ensacadora vertical (cf. Figura 35) faz com que as fissuras internas presentes no produto se

propaguem até chegar à quebra. Tais fissuras internas são formadas devido às pequenas quedas

sofridas pelos biscoitos ao longo das etapas de resfriamento bem como devido às tensões

formadas pelo gradiente de humidade que se forma logo após a saída do forno, na etapa de

secagem (BONAZZI et al., 2017). A Figura 33 visa facilitar o melhor entendimento do leitor

acerca da etapa de resfriamento dos salgadinhos após serem assados nos fornos.

Figura 33 – Pequenas quedas sofridas pelos salgadinhos ao longo do resfriamento.

Fonte: O autor

A partir do método de resolução de problemas, o PDCA (FALCONI, 2013) e tendo

como norte a análise de causas exposta na Figura 30, realizamos um conjunto de diferentes

47

testes visando reduzir a média da distribuição normal de percentual de quebra de aperitivos da

população de sachês de 200g, ao mesmo tempo que a sua respectiva variância. A Figura 34

consolida em imagens todas as quatro ações realizadas: a) instalação de tobogãs/conexões entre

as esteiras transportadoras planas, que eliminam as pequenas quedas anteriormente sofridas

pelos salgadinhos (cf. Figura 33); b) a instalação de um sistema de guilhotina, que introduz uma

pausa intermediária na queda livre vertical dos biscoitos, passando de um cenário de 1,44m de

queda para duas quedas consecutivas de 50,7cm e 93cm, reduzindo o impacto final sofrido

pelos biscoitos após a operação de selagem do sachê de 200g; c) a instalação de um sistema

chicane, de duas peças de material mole que se deformam elasticamente fixadas no interior da

ensacadora para reduzir a velocidade de queda dos salgadinhos e d) a mudança das espumas

técnicas no nível de selagem dos sachês, contribuindo para a amortização do impacto dos

biscoitos.

Sabendo que o detalhamento dos testes realizados não é o objetivo central deste texto,

nos atemos a mencionar que verificamos empiricamente que as soluções dos tobogãs e do

sistema de chicane contribuem para a melhoria do indicador de taxa de quebra de biscoitos. A

partir da instalação dos tobogãs adequados para a linha de condicionamento, nos dedicamos em

solucionar a problemática do caso com a implantação do sistema de chicane acoplado à

ensacadora vertical de sachês de 200g.

48

Figura 34 – Ações tomadas para reduzir a taxa de quebra de biscoitos. Fonte: O autor

49

4.1.1 Aquisição de conhecimento

Para o presente caso, três grupos de interessados foram mapeados: os consumidores dos

biscoitos, o setor de Qualidade da unidade de análise, bem como a área de Produção da fábrica

em estudo. Muito embasados a partir de inúmeras reuniões com a Direção Industrial,

identificamos seis critérios objetivos, abrangentes a todos esses stakeholders, a serem satisfeitos

no desenvolvimento de qualquer solução que pudesse ser implantada para reduzir a taxa de

quebra de biscoitos. São eles: (i) o resultado final de taxa média de quebra de aperitivos igual

ou inferior a 3,0%; (ii) o respeito à cadência máxima da ensacadora vertical; (iii) o indicador

de eficiência global da ensacadora vertical (Overall Equipment Effectiveness – OEE) inalterado,

sem qualquer fenômeno de bloqueio de queda de biscoitos no conformador da ensacadora; (iv)

se aplicável, utilização de material regulamentado para aplicações industriais alimentícias; (v)

uma baixa variabilidade nos resultados de percentual de quebra nos sachês de 200g e,

finalmente, se aplicável, (vi) a suficiente resistência à usura do material da solução, de modo

que nenhum vestígio pudesse ser localizado no interior dos sachês.

Novamente usufruindo de inúmeras entrevistas com a gerência e os setores da unidade

de análise, elaboramos uma análise funcional emparelhada, conforme ilustra a Tabela 5, com o

objetivo de hierarquizar cada uma das seis demandas apontadas para o caso.

Tabela 5 – Análise funcional emparelhada para o primeiro caso

Fonte: O autor

Sendo assim, a utilização de material regulamentado foi apontada como fator de maior

relevância, seguido pela inalterabilidade de performance, pelo respeito à cadência nominal da

ensacadora vertical, pela baixa variabilidade nos resultados de quebra de biscoitos, pela taxa

média de quebra igual ou inferior a 3% e pela resistência à usura suficiente para o material

constituinte da solução final. É curioso notar que mesmo que a problemática seja inteiramente

50

descrita no intuito de reduzir o percentual de quebra de biscoitos na linha de condicionamento

estudada, tal critério é elencado apenas na penúltima ordem de prioridade a ser respeitada. Essa

constatação ilustra a complexidade envolvida em projetos reais de Engenharia de Produção, ou

seja, não poderíamos resolver apenas o problema da taxa de quebra, era necessário também

englobar quatro requisitos multidisciplinares de clientes para implantar com efetividade uma

solução.

4.1.2 Pesquisa de conceito

Uma vez especificadas as necessidades dos clientes, nesta seção descrevemos as

características que o sistema de chicane deve possuir para responder a essas exigências. Em

linhas gerais, essas características correspondem às limitações dimensionais que as placas

devem possuir, condicionadas ao tamanho do conformador da ensacadora vertical, e às

propriedades mecânicas que o material constituinte do sistema deve possuir. Baseado em

Callister Jr. (2008), podemos dizer que são elas: o limite de escoamento, nível de tensão no qual

a deformação plástica tem seu início, causando, portanto, uma mudança permanente na

estrutura chicane, não sendo capaz de funcionar como programado; a resistência à flexão, ou

seja, a tensão máxima suportada pela estrutura sob flexão; a resiliência, capacidade do material

de absorver energia quando ele é deformado elasticamente; a dureza, medida de resistência de

um material a uma deformação plástica localizada (como uma pequena impressão ou risco) e,

por fim, a anelasticidade, que é associada à rapidez de recuperação do material após a

deformação elástica. Para os metais, as deformações elásticas são consideradas instantâneas,

sendo a componente anelástica desprezível.

A partir da identificação desses componentes, utilizamos o método QFD para identificar

todos os relacionamentos existentes entre as características do sistema de chicane e as

necessidades dos clientes, hierarquizadas na análise funcional emparelhada na seção anterior.

O resultado final foi apresentado na Tabela 6.

51

Tabela 6 – Ferramenta QFD aplicada para o primeiro caso

Fonte: O autor

Dela depreendemos que a anelasticidade, o respeito à regulamentação alimentícia e a

resistência à flexão do material, bem como a estrutura dimensional do sistema de chicane,

dentro dos limites físicos da ensacadora vertical, são os aspectos mais relevantes que a solução

inovadora deve compreender. Efetivamente satisfazendo esses quatro critérios, conseguimos

criar relacionamentos fortes com todos os seis requisitos dos clientes.

4.1.3 Projeto básico

Com foco nos quatro requisitos mais relevantes da análise QFD, de dimensão,

anelasticidade, resistência à flexão e respeito à regulamentação alimentícia, o objetivo dessa

seção foi de apresentar as conclusões iniciais de design do sistema de chicane para a redução

da significativa taxa média de quebra de biscoitos de 12,4%.

Em primeiro lugar, entretanto, para fins de projeto, é relevante mencionar o estudo de

melhores práticas desenvolvido na organização estudada. Tomando como referência outras

indústrias de aperitivos, como a de batatas chips, foi feito um levantamento, junto a

fornecedores parceiros, de investimento em uma nova máquina ensacadora inclinada, que

reduziria significativamente o impacto sofrido pelos aperitivos. É possível comparar

visualmente as duas tecnologias a partir da Figura 35.

52

De fato, a partir de um teste com diversas amostras de produtos em um fornecedor, a

eliminação da queda vertical de 93cm, correspondente à troca de uma tecnologia pela outra,

implicaria em uma redução da taxa média de biscoitos de 12,4% para 2,0%, resultado muito

satisfatório, tendo em vista a meta de 3%. Não foi possível obter acesso aos dados coletados no

teste realizado junto ao fornecedor parceiro para verificar a veracidade estatística do resultado,

a partir de uma metodologia similar à utilizada na Seção 4.1. Tendo foco exclusivamente no

contorno da elevada taxa de quebra de salgadinhos, o alto valor de investimento, da ordem de

grandeza de 295.000,00 USD para uma vida útil do novo equipamento de 10 anos, fez com que

a Direção Industrial optasse pelo estudo de solução alternativa com o sistema de chicane.

Embora não seja o objetivo central da seção, é necessário observar que uma análise

detalhada de investimentos se justificaria se o número de intervenções mecânicas no

equipamento antigo fosse exorbitante, alocando custos expressivos de mão-de-obra indireta,

bem como se indicadores de perda de material fossem muito acentuados. O fato constatado em

campo foi que os índices de performance da ensacadora vertical eram estáveis e pouco

destoantes dos valores observados para o equipamento novo. Vale ressaltar que, segundo os

próprios relatos de fornecedores parceiros, os mesmos não possuíam solução técnica alternativa

para a ensacadora vertical no que se refere ao grande impacto sofrido pelos biscoitos aperitivos,

sendo, portanto a ensacadora inclinada a única opção de comparação com o sistema de chicane.

Figura 35 – Ensacadora vertical vs. Ensacadora inclinada. Fontes: <https://goo.gl/oGZhu4> e

<https://goo.gl/ZCTGZR>. Acesso em jul/2017

Retornando ao conceito do sistema de chicane, como a importância relativa da

anelasticidade é maior (22,9%), justamente para não afetar a performance do equipamento,

permitindo que a ensacadora opere dentro da sua cadência nominal de 60 sachês min⁄ , torna-

se relevante sugerir algum material metálico compatível com a indústria alimentícia. De fato, a

53

instantaneidade proporcionada pelos metais na total recuperação material após as deformações

elásticas, em comparação com os efeitos viscoelásticos de resinas poliméricas, é um fator

decisivo para essa sugestão inicial.

Segundo Maceiras (2014), para garantir as condições adequadas de higiene alimentar,

as superfícies em contato com os alimentos precisam ser lisas, impermeáveis, livres de fendas,

trincas e arranhões de modo a evitar o aprisionamento de matéria orgânica nessas

irregularidades. As superfícies devem ainda ser de materiais não-tóxicos, à prova de danos,

resistentes à corrosão, não-absorventes e incapazes de migrar para os produtos alimentícios.

Sendo assim, o material que melhor se enquadra dentro deste rol de características é o aço

inoxidável.

De acordo com Palmetal (2017), a maioria dos contêineres e equipamentos em contato

com alimentos são fabricados com aço inoxidável tipo austenítico 304/316 ou tipo ferrítico 430.

Para condições mais severas de temperatura, acima de 50℃, onde a corrosão sob tensão pode

ser um risco, aços tipo dúplex tais como o 1.4362 ou o 1.4462 são recomendados. O de maior

aceitação por parte das indústrias e pelas agências de vigilância sanitária, pelo seu custo

benefício é o aço inox do tipo austenítico 304 (PALMETAL, 2017), sendo esse material,

portanto, a recomendação básica de projeto, desde que sua geometria atenda à resistência

mínima de flexão exigida para a funcionalidade da operação. Vale salientar que a temperatura

de funcionamento da linha de condicionamento estudada é ambiente (≈ 25℃).

Em paralelo à questão material, no que se refere ao dimensionamento do sistema de

chicane, foram realizados ciclos sucessivos de PDCA para encontrar a melhor forma geométrica

que criasse maiores oportunidades de contato com o produto para reduzir o impacto final do

conjunto de 200g no momento da selagem dos sachês. A partir da ideia inicial de uma rampa

de descida para os biscoitos ou de um tronco de cone no interior do conformador da ensacadora,

nos deparamos com a principal problemática do dimensionamento: os bloqueios de produção

gerados pelos conjuntos de biscoitos impossibilitados de serem condicionados, devido a

inserção de um material fixo no interior de um conformador de diâmetro estreito, de 100mm.

Dessa forma, chegamos ao sistema de chicane, em que o produto colide, de modo

sequencial, com duas placas de material flexível que se deformam elasticamente. As dimensões

adotadas foram as máximas possíveis que permitissem que as placas não criassem algum tipo

de empecilho à queda dos biscoitos (sem interferência entre elas próprias), de modo a não

impactar a performance da linha de condicionamento. O melhor resultado possível de ser

54

encontrado foi o ilustrado na Figura 36. Note que a placa da esquerda está no limiar de interferir

o perfeito funcionamento da placa adjacente.

Figura 36 – Configuração do sistema de chicane acoplado no conformador da ensacadora.

Fonte: O autor

Com as dimensões em mãos e com as placas feitas em resina PU de aplicação

alimentícia, de fácil acesso na unidade de análise, realizamos um novo trabalho de coleta de

amostras nos moldes anteriormente descritos (cf. Apêndices D, E e F) e nas mesmas condições

de produção, garantindo a representatividade da população, a inexistência de outliers e que não

havia correlação entre os dados da amostra. Verificamos que a população de sachês de 200g de

salgadinhos seguiu a distribuição exponencial f(x) = 60,98 ∙ e−60,98∙x − 0,001, de parâmetro

𝜆 = 60,98, valor médio 𝜇 =1

𝜆= 0,0164 = 1,6% e variância 𝜎2 =

1

𝜆2 = 0,0003 = 0,03%, o

que implica em uma redução do percentual de quebra de biscoitos em mais de 87% e uma

redução na variabilidade em mais de 70%. Esse resultado muito satisfatório evidencia o

significativo impacto potencial da solução até aqui projetada para a unidade de análise.

É fundamental separar, no entanto, os resultados garantidos pela inserção de tobogãs

dos resultados obtidos com os testes do projeto básico do sistema de chicane. Um novo trabalho

de amostragem nos moldes do que vem sendo adotado neste texto (Figura 28) foi elaborado

para as configurações com tobogãs (i) e com sistema de chicane e (ii) e sem sistema de chicane.

Encontramos a resposta de que 46,3% da redução de 87% da taxa média de quebra foi associada

aos tobogãs e 53,7%, associada ao sistema de chicane.

Mesmo com a análise dimensional concluída, deve-se ressaltar que se faz necessário um

estudo final de design da solução de chicane, uma vez que a resina plástica utilizada não garante

55

a perenidade do resultado em larga escala. Suas propriedades viscoelásticas e de dureza não

mantêm o estado intacto das placas por mais de um dia completo de produção, gerando margem

para que vestígios de material sejam encontrados nos sachês. Tal estudo foi realizado na seção

seguinte.

4.1.4 Construção do protótipo

No que se refere à elaboração do design final da solução, a construção de um protótipo

virtual se fez presente, no intuito de explorar as análises computacionais estáticas. Utilizando o

CATIA®, vimos que as sugestões de aços inoxidáveis do projeto básico se mostraram inviáveis

tecnicamente (cf. Figura 37). Simulando uma das placas encastrada em uma extremidade e com

a tensão exercida pela força distribuída do peso dos 200g de produto em sua superfície, nota-se

que o deslocamento máximo sofrido é quase desprezível, da ordem de 0,1mm, inviabilizando a

solução. Dessa forma, a utilização de polímeros se torna essencial para o design final do sistema

de chicane.

Figura 37 – Análise estática do protótipo virtual de uma placa chicane com aço 304.

Fonte: O autor

Rodrigues et al. (2014) e Kasther (2017) nos salientam acerca da existência de materiais

poliméricos com características como: boa resistência ao desgaste, atoxicidade, não retenção

56

de cheiros e não transmissão de sabor, aplicáveis no contexto do caso apresentado. São eles:

polietileno tereftalato (PET), polietileno de alta densidade (HDPE), polipropileno

homopolímero (PP Homo) e poliestireno expandido (EPS). Realizando uma análise

comparativa desses materiais com base nas especificações de projeto da Seção 4.1.2, temos que

a principal diferença entre eles está na dureza, afinal o módulo de relaxação é da ordem de

grandeza de 109MPa e o limite de escoamento é da ordem de 100 MPa para todos os quatro

tipos. Dessa forma, conforme indica a Tabela 7, temos que o material de maior dureza é o PET,

com 87 Shore D.

Tabela 7 – Análise comparativa da dureza de diferentes polímeros

Fonte: <https://goo.gl/9FrJME>. Acesso em jul/2017.

Com base no que foi exposto, a análise computacional foi refeita para o protótipo virtual,

desta vez, considerando o PET, cuja dureza excede inclusive a da resina PU utilizada na seção

anterior, em quase 20%. O resultado da Figura 38 demonstra um cenário muito favorável, em

que o deslocamento das placas é expressivo, ultrapassando a projeção máxima de ambas no

interior do conformador, garantindo a ausência de bloqueio de produção por impedimento de

queda de produto.

Figura 38 – Análise estática de deslocamento do sistema chicane em PET. Fonte: O autor

57

Além disso, o resultado da Figura 39 indica que a tensão gerada em ambos os casos é

inferior à resistência à flexão da ordem de grandeza de σ = 15MPa (JQ, 2017).

Figura 39 – Análise estática de tensões do sistema chicane em PET. Fonte: O autor

Sendo assim, conseguimos chegar a uma conclusão final de design para o sistema de

chicane, adotando as mesmas geometrias da seção anterior (retangulares de 775x85mm e

355x85mm) e o material PET, de aplicações alimentícias, resistente à flexão e, principalmente,

de maior dureza possível, visando mitigar o impacto de possíveis vestígios de material serem

encontrados nos sachês de produtos finais. É importante ressaltar que durante a produção-piloto,

é necessário estimar o tempo de vida útil de cada placa no intuito de programar manutenções

preventivas, de modo a não impactar negativamente a garantia de qualidade do produto final.

Retomando a discussão da Seção 3.2 acerca da necessidade de reprodução de protótipos

muito próximos aos produtos/sistemas que serão utilizados em larga escala, com base nas

geometrias retangulares das placas do sistema de chicane de dimensões pequenas (775x85mm

e 355x85mm), podemos concluir que é fundamental que uma reprodução fiel à realidade seja

aplicada para o caso. O custo baixo da implantação do protótipo neste caso, aliado à

inviabilidade técnica de reprodução integral do cenário de condicionamento corroboram o

raciocínio. De fato, a cada sachê, a disposição de biscoitos é totalmente aleatória, sendo

necessário, apenas em nível produção-piloto, verificar a perenidade dos resultados da solução

chicane de taxa média de quebra. Embora seja possível fabricar peças de resina flexível através

58

de tecnologias como a impressão 3D e a estereolitografia, o recomendável é, portanto, fabricar

o protótipo físico utilizando recursos convencionais como pequenas bobinas de material e

equipamentos de corte de alta precisão.

Sendo assim, realizando um cálculo simplificado do retorno das opções técnicas

concorrentes (conjunto tobogãs-chicane e ensacadora inclinada), assumindo como base apenas

a garantia de qualidade do produto final, com baixo percentual médio de quebra, temos o

resultado da Tabela 8. Tomando como base cotações reais que não puderam ser expostas em

anexo, por sigilos de negociação, percebemos a vantagem da prototipagem. No que se refere ao

cálculo de retorno financeiro, apenas levamos em consideração o investimento inicial

necessário, assumindo que o sistema de chicane seria renovado a cada semana, considerando

30 semanas de produção de sachês de 200g de biscoitos por ano, num horizonte de tempo de

10 anos, equivalente à vida útil da nova ensacadora. De fato, o fluxo de caixa gerado nesse

contexto é similar, visto que os percentuais de quebra são pouco destoantes entre si e os

indicadores operacionais de performance e de capacidade nominal de produção de 60

sachês/min puderam ser considerados idênticos.

Outra vantagem da solução de protótipo projetada é o seu tempo de implantação 93,8%

inferior ao de fabricação e instalação de uma nova ensacadora. Vale ressaltar que não foram

considerados, para fins de precisão de cálculos, os investimentos complementares necessários

para alterar todo o sistema de esteiras transportadoras tendo em vista a redução de altura

provocada pela mudança tecnológica.

Tabela 8 – Estudo de alternativas concorrentes para o Caso 1

Fonte: O autor

Com isso, concluímos o trabalho de desenvolvimento de soluções para o problema da

elevada taxa de quebra de biscoitos. Na seção a seguir, discutimos um novo caso.

59

4.2 CASO 2: ADEQUAÇÃO DO TAMANHO DOS SALGADINHOS

Além do problema referente à elevada taxa de quebra de biscoitos nos sachês de 200g,

que afeta diretamente a imagem da unidade de análise, fomos apresentados a outra

problemática. Desta vez, trata-se da linha de biscoitos de maior volume (em termos de unidades

e faturamento) da fábrica em estudo, em que o produto é condicionado em embalagens de

plástico alimentício de formato cilíndrico, com pesagem total de 300g. O fluxo de material

modelado na Figura 40 é um pouco mais elaborado em relação ao apresentado no primeiro caso.

A situação está associada a uma mudança tecnológica que a empresa-caso estava

atravessando há um ano da data de redação desta obra, substituindo todo o maquinário obsoleto

dessa linha de produção (sistema de abastecimento de embalagens, balanças multicabeçote e

empacotadoras de preenchimento volumétrico), de elevada vida útil (superior a quinze anos) e

de elevada carga de manutenção associada (cerca de 30% do tempo total de trabalho dos

técnicos mecânicos e de automação estava associado a intervenções nesses maquinários) por

um sistema de condicionamento de nova geração. Devido a questões de sigilo de investimento,

ao contrário do primeiro caso, não foi possível ter acesso a fotos desse maquinário.

O investimento não se justificou apenas pela obsolescência dos equipamentos antigos,

mas também pela maior produtividade, flexibilidade, pela redução de custo de dois operadores

com a automação de atividades e redistribuição da carga de trabalho para os demais

trabalhadores e também pela elevada precisão que o novo maquinário conferia ao

condicionamento. De fato, segundo os dados técnicos do equipamento novo, a cadência máxima

nominal era 25% superior, sendo a máquina facilmente adaptável ergonomicamente, com

dispositivos de regulagem nominal para outros formatos como os de 100g e 200g.

60

Figura 40 – Fluxograma da linha de produção de tubos de 300g de biscoitos aperitivos.

Fonte: O autor

Justamente a elevada precisão de condicionamento nos levou à segunda motivação desta

obra. A Figura 41 ilustra melhor o problema. Na configuração com o modelo antigo, a

disposição de salgadinhos é totalmente aleatória, preenchendo todo o volume do recipiente com

a quantidade referente a 300g de produto. Isso acontecia graças ao sistema de vibração vertical

da máquina de empacotamento. Após o preenchimento do volume dosado na balança

multicabeçote na embalagem, vibrações verticais sequenciadas ajustavam melhor o

posicionamento dos aperitivos no interior do tubo. É importante notar que essa disposição

aleatória também contribuiu para o investimento em novos equipamentos. A Diretoria

Industrial nos informou adicionalmente acerca de uma perda média de 5g de produto para cada

unidade produzida na planta. De fato, após o preenchimento volumétrico, era possível constatar

61

por meio de observações a queda de biscoitos ao longo do transporte até a inserção da tampa

seladora. Não tivemos acesso às medidas de perda para esse caso. De qualquer forma, isso é

irrelevante para a problemática central aqui discutida.

Figura 41 – Configuração média do tubo com 300g de produto no cenário anterior (esquerda)

e no cenário com o novo maquinário. Fonte: O autor

Os testes com o modelo de nova geração indicaram uma disposição mais organizada e

concentrada, sem aleatoriedades, com biscoitos dispostos harmoniosamente uns sobre os

outros. Esse fenômeno gerou, por consequência, um espaço vazio de altura de 3,5cm em todos

os tubos fabricados, o que foi expressamente condenado pelo setor de Marketing, por questões

estéticas de consumo. Tendo em vista esse novo problema, um diagrama de causa-e-efeito foi

realizado com o apoio da Direção Industrial. Seu resultado final consta na Figura 42.

Figura 42 – Diagrama de causa-e-efeito para o segundo caso. Fonte: O autor

62

Mesmo que tenham sido relevantes os apontamentos nas categorias de Matéria-Prima e

Método, nos baseando em visitas de campo, não foram encontradas alterações nos parâmetros

de fabricação dos produtos, sendo essas causas sugeridas, de validade nula. A mudança

tecnológica no maquinário de condicionamento, contudo, realmente demonstrou ser a causa

raiz do problema.

Tecnicamente, mantendo a nova geração de máquinas de empacotamento, não existe

solução para randomizar a disposição dos biscoitos, como no modelo anterior. Em linhas gerais,

uma sequência de três vibradores pneumáticos associados em série, com efeito longitudinal, é

responsável por agitar as embalagens fazendo com que os biscoitos se posicionem alinhados

horizontalmente. Por mais que a agitação máxima e mínima consiga ser alterada pela dosagem

de ar comprimido inserida nos dispositivos mecânicos, a situação mais favorável deixava um

espaço vazio de altura média de 3,5cm na embalagem, na etapa de testes. Vale salientar que tal

tecnologia de vibrações mecânicas é comum a diversos outros equipamentos de última geração

no que se refere a condicionamento voltado a preenchimento volumétrico, de acordo com as

entrevistas com os engenheiros especialistas. Dessa forma, retornar ao método anterior baseado

em agitações verticais sequenciadas implicaria em não resolver a questão de perda associada

ao formato específico do biscoito aperitivo fabricado pela unidade de análise.

Além disso, embora cogitada, a alteração das dimensões do tubo de 300g foi também

proibida pelo setor de Marketing, uma vez que as dimensões já eram características marcantes

do produto diante dos principais concorrentes há mais de 50 anos no mercado de atuação.

Reduzir o volume significaria, segundo as pesquisas de mercado obtidas com o setor de

Marketing, destruir a unicidade do produto nas gôndolas dos principais varejos, praticamente,

igualando-se à concorrência.

Assim, para resolver o problema, o setor de Engenharia da empresa estudada foi

desafiado a desenvolver novas dimensões para o biscoito aperitivo, garantindo, entretanto, o

mesmo formato (adotado neste texto como de uma elipse) e a mesma massa de 300g por

embalagem de produto. Tal decisão foi alinhada com o departamento de Marketing, que não

agregou tanta importância relativa ao tamanho do biscoito, garantindo, por meio de pesquisas

de mercado que a receita era o principal critério de escolha do cliente final. De fato, foi

constatado um universo de mais de vinte formatos possíveis de biscoitos aperitivos na empresa

estudada, todos eles com a mesma receita de sucesso. A decisão final estava fundamentada na

hipótese de que o cliente identificando o tubo com suas dimensões tradicionais e os biscoitos

nos formatos elípticos que o caracterizavam não iriam alterar sua fidelização.

63

O desafio ainda é mais relevante no contexto de que a técnica de fabricação do biscoito

começa com um processo de desmoldagem da massa do biscoito em um molde cilíndrico de

alto valor agregado. Como não recebemos a autorização de divulgação de imagens desse

processo industrial, resta-nos destacar que o custo de fabricação de um molde cilíndrico no

formato do biscoito é relativamente elevado, da ordem de grandeza 23.600,00 USD, com tempo

de fabricação variando em torno de três a quatro semanas. Sendo assim, a alteração de formato

implica necessariamente na aquisição de um novo molde. Com as limitações de custo e tempo,

uma conduta de testes de tentativa e erro é infactível. Portanto, desenvolver uma solução técnica

com base em uma das diversas técnicas de prototipagem industrial nos parece muito

recomendável.

4.2.1 Da aquisição de conhecimento ao projeto básico

Como a problemática de adequação do tamanho dos salgadinhos é de natureza mais

simples do que a do caso 1, não foi necessária realizar as análises de funcionalidades

emparelhadas e QFD. De fato, para esse caso, há apenas um cliente interessado: o próprio setor

de Marketing, que demanda a eliminação do espaço vazio de 3,5cm, respeitando, porém, o

tamanho dos tubos e a receita da massa de biscoito.

Em se tratando da solução para o problema, é mandatório que o novo conjunto de

biscoitos a ser condicionado nos tubos tenha massa de 300g e formato elíptico, sendo fabricado

a partir do mesmo processo ilustrado no fluxograma da Figura 38.

Sendo assim, o projeto básico de solução envolveu manter a densidade unitária de cada

biscoito, consequentemente reproduzindo a receita de massa, aumentando o volume dos

mesmos a partir da mesma razão de proporção de espaço vazio

tamanho total do tubo=

3,5cm

14cm= 25%, ou seja,

cada dimensão de largura e comprimento seria prolongada 11,8%, visto que 1,1182 ≅ 1,25

com a alteração da massa unitária para ≅ 1,6g.

4.2.2 Construção de protótipo

Em termos de design final, o ponto de partida seria o desenvolvimento de um protótipo

virtual do biscoito (cf. Figuras 43 e 44), para que ele servisse de input para a confecção de um

protótipo físico, por meio da prototipagem rápida, economizando o tempo e o custo de

desenvolvimento da solução. No que se refere à escolha do material de prototipagem rápida, o

recomendável seria algum de densidade mais próxima possível de ρ ≅ 0,27 g cm³⁄ , associada

ao biscoito. De acordo com UFRGS (2017), as recomendações cairiam sobre os polímeros,

64

como o polipropileno (ρ ≅ 0,9 g cm³⁄ ) ou o ABS (ρ ≅ 1,0 g cm³⁄ ). A reprodução física dos

protótipos é fundamental em primeiro lugar para garantir a estimativa de projeto básico, em

termos dimensionais. Num segundo momento, essa escolha se deve pela inviabilidade técnica

em caráter virtual de se reproduzir os fenômenos de vibração do novo equipamento de

condicionamento instalado, fator determinante para se saber o nível de biscoitos.

Figura 43 – Estado inicial dos biscoitos aperitivos usando o CATIA®. Fonte: O autor

Figura 44 – Estado final com volume final 1,5x maior usando o CATIA®. Fonte: O autor

Para o caso do polipropileno, técnicas como a impressão 3D e a estereolitografia podem

ser consideradas, enquanto que para o caso do ABS, a técnica apropriada é a deposição de

material fundido. De um modo geral, segundo levantamentos iniciais, por mais que se tenha

retrabalhos com o dimensionamento e impressão dos biscoitos, a ordem de grandeza de custo

não se assemelha com o custo de um novo molde cilíndrico para fabricação dos aperitivos,

sendo cerca de 2% do investimento.

Por mais que as densidades dos protótipos sejam três vezes maiores do que a do biscoito,

julgamos que o efeito vibratório seja relevante o suficiente para deslocar as peças fabricadas

com precisão. De qualquer modo, em caso de alguma não-conformidade, seguindo a lógica do

ciclo projeto-construção-teste, recomendamos que um centro de usinagem convencional deva

65

ser solicitado para utilizar um material ainda mais específico de densidade similar a dos

biscoitos originais.

Tabela 9 – Estudo de alternativas concorrentes para o Caso 2

Fonte: O autor

Sendo assim, a Tabela 9 busca demonstrar os resultados positivos após o projeto dos

protótipos. Supondo um cenário de confecção de duas alternativas distintas, além da proposta

na Figura 44, de biscoitos em resina plástica, com a reprodução de cerca de 200 itens para um

tubo de 300g, temos que o custo é 99,4% menor do que o de fabricação direta de três moldes

cilíndricos que devem ser descartados. É evidente que para fins de produção-piloto e de larga

escala, torna-se necessário adquirir um molde final segundo as dimensões dos protótipos que

apontarem o melhor resultado estético para a disposição de biscoitos no tubo de 300g.

Outra vantagem adicional nítida da solução com protótipos é o seu tempo de

implantação. No caso descrito, temos que o tempo é 97,1% inferior à alternativa sem protótipos,

graças às técnicas de prototipagem física, que não consideram a fabricação sequenciada de três

moldes cilíndricos distintos entre si.

66

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Com base no que foi descrito nos quatro capítulos acima, podemos dizer que o objetivo

geral deste projeto de graduação foi alcançado. Por mais que não tenhamos como discutir a

vantagem competitiva adquirida pela fábrica de salgadinhos estudada, pelo fato do escopo desta

obra não englobar um estudo estratégico, foi possível verificar a geração de valor que a

construção de protótipos propiciou nos dois casos, com uma economia total de investimentos

da ordem de grandeza de 350.000,00 USD, considerando o potencial alcance de meta de

qualidade de percentual de quebra de biscoitos, frente a um investimento tecnológico de grande

porte, assim como as economias de tempo (de três semanas, no mínimo) e custo de fabricação

de moldes cilíndricos, se utilizássemos uma conduta de testes de tentativa e erro para adequar

o tamanho dos salgadinhos.

Além disso, os objetivos específicos também foram atingidos. Boas práticas de

prototipagem industrial foram descritas e comparadas, mediante um mapeamento sistemático

da literatura. Chegamos à importante conclusão acerca da recomendação de utilização da

prototipagem virtual, em detrimento das técnicas físicas e mistas, em todos os projetos de

inovação, satisfazendo os três critérios básicos de avaliação de modelos: estético, funcional e

ergonômico.

Nos dois casos apresentados, fomos responsáveis pelo desenvolvimento das melhores

soluções técnicas de protótipos tanto para o caso de inovação de arquitetura, que consistia na

modificação do sistema mecânico de uma ensacadora vertical para a redução da taxa de quebra

de biscoitos por meio de um sistema de chicane, como para o caso de inovação incremental, de

adequação do tamanho dos biscoitos para uma incorporação tecnológica, por meio de testes

como modelos oriundos da prototipagem rápida. Nesse momento de aplicação prática, nos

deparamos com o relevante papel do engenheiro de produção no processo de inovação em uma

organização real, gerindo as etapas de aquisição do conhecimento, pesquisa de conceito, projeto

básico, construção de protótipo, produção-piloto e produção em larga escala.

Sendo assim, seguindo a lógica de que quanto mais rápida e eficiente for a técnica de

prototipagem, maior a vantagem competitiva para uma organização, temos a comprovação

prática da relevância da prototipagem industrial no processo de inovação da empresa aqui

estudada.

Como trabalhos futuros dentro do campo da inovação, identificamos algumas

oportunidades ao longo de nossas revisões bibliográficas que merecem ser exploradas pelo seu

potencial. Inicialmente, a partir de Kamrani et al. (2010), destacamos a análise do real impacto

67

da formação de times orientados para o design de produtos em relação ao suporte às diferentes

áreas do processo de inovação, como Engenharia, Produção, Qualidade, Custos, Compras,

Marketing etc.. É interessante validar, por meio de casos práticos, se a discussão aberta

promovida por esses times resulta ou não em novos produtos/sistemas de melhor qualidade, que

trazem maior satisfação ao consumidor e cujos processos de produção sejam mais eficientes.

Outro ponto adicional a destacar é a utilização do data mining para a descoberta de

novos padrões inesperados a partir de bases de dados gigantes (big data). Seria pertinente

investigar, em termos práticos, os ganhos reais para as organizações com o uso dessa técnica,

que consiste na agregação e organização de dados, encontrando padrões específicos e/ou

anomalias, principalmente no que se refere à melhor identificação das necessidades do

consumidor e o aprimoramento do desempenho interno entre as diversas funções

organizacionais no desenvolvimento de inovações.

Finalmente, seguindo Elverum et al. (2016) e Gartzen et al. (2016), poderia ser avaliada

também a construção de protótipos no contexto de design thinking e de métodos ágeis de

desenvolvimento de projetos, como o Scrum, fundamentado em ciclos contínuos de interação

e de feedbacks de clientes. Ou seja, em um cenário diferente do processo de inovação comum,

como o que foi estudado neste texto, iniciando com a aquisição de conhecimento e finalizando

com a implantação da inovação numa produção de larga escala, seria pertinente investigar como

os protótipos poderiam, de fato, contribuir para a rapidez de lançamento de novos

produtos/sistemas a partir de novas ferramentas de gestão.

68

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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71

APÊNDICES

APÊNDICE A – RESULTADO DO DISPOSITIVO ALEATÓRIO UTILIZADO PARA

FINS DE AMOSTRAGEM CASUAL SIMPLES

72

APÊNDICE B – DADOS AMOSTRAIS PARA O PRIMEIRO CASO DE APLICAÇÃO

73

APÊNDICE C – PÁ METÁLICA UTILIZADA PARA AMOSTRAGEM DE PRODUTOS

74

APÊNDICE D – NOVO RESULTADO DO DISPOSITIVO ALEATÓRIO UTILIZADO

PARA FINS DE AMOSTRAGEM CASUAL SIMPLES (TESTES DO SISTEMA DE

TOBOGÃS E DO SISTEMA DE CHICANE)

75

APÊNDICE E – DADOS AMOSTRAIS APÓS OS TESTES DE TOBOGÃS E DO SISTEMA DE CHICANE

76

APÊNDICE F – VALIDAÇÃO ESTATÍSTICA DOS DADOS AMOSTRAIS DOS TESTES

DE TOBOGÃS E DO SISTEMA DE CHICANE

1º) Teste de outliers: Foi identificado um outlier, correspondente ao valor de 8,0%, atribuído

provavelmente a um erro na coleta de dados devido ao levantamento de dados manual. Com a

eliminação desse outlier, Gcalculado = 3,29 > Gtabelado = 3,21 para um nível de significância

de 5%, validando o fato de que a nova série de dados não contém qualquer outlier.

2º) Teste de correlação: Utilizando o Minitab®, verificamos a partir da estatística de Pearson

r = 0,225(≅ 0) que os dados amostrais não são correlacionados.

3º) Ajuste estatístico: Utilizando o ARENA®, verificamos que a distribuição que melhor se

ajusta aos dados amostrais é a exponencial de constante C = −0,001 e taxa de falha λ =

0,0164. Aplicando o teste qui-quadrado com nível de significância de 5,0%, temos que

χ2calculado = 3,4 < χ2

teórico = 5,9, e, portanto, o modelo da distribuição f(x) = 60,98 ∙

e−60,98∙x − 0,001 é adequado para representar a distribuição da população.

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