METODOLOGIA DE PROJETO APLICADA PARA … · projeto informacional, projeto conceitual, projeto...

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METODOLOGIA DE PROJETO APLICADA PARA DESENVOLVIMENTO DE UMA ESTRUTURA VEICULAR Miguel Guilherme Antonello (UFSM ) [email protected] Leonardo Nabaes Romano (UFSM ) [email protected] O presente artigo tem como objetivo demonstrar como procedeu o desenvolvimento de uma estrutura tubular para veículo de competição tipo formula SAE. O desenvolvimento da estrutura veicular resultou-se da utilização de uma metodologia de projeto de produto que é apresentada em macrofases e fases, sendo que a macrofase destacada é a de projetação, a macrofase de projetação engloba as fases de projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. Além do processo de levantamento das informações, geração das concepções demonstrou-se a avaliação e seleção das concepções geradas possibilitando a escolha da solução ótima. Com isso ressalta-se a importância da sistematização do processo de desenvolvimento de produtos que agregam qualidade ao produto final como maior agilidade no desenvolvimento, orientação na escolha da alternativa adequada e a possibilidade de repetição para novos projetos de produto. Palavras-chaves: Metodologia, projeto de produto, estrutura veicular XXXIV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Engenharia de Produção, Infraestrutura e Desenvolvimento Sustentável: a Agenda Brasil+10 Curitiba, PR, Brasil, 07 a 10 de outubro de 2014.

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METODOLOGIA DE PROJETO

APLICADA PARA DESENVOLVIMENTO

DE UMA ESTRUTURA VEICULAR

Miguel Guilherme Antonello (UFSM )

[email protected]

Leonardo Nabaes Romano (UFSM )

[email protected]

O presente artigo tem como objetivo demonstrar como procedeu o

desenvolvimento de uma estrutura tubular para veculo de competio

tipo formula SAE. O desenvolvimento da estrutura veicular resultou-se

da utilizao de uma metodologia de projeto de produto que

apresentada em macrofases e fases, sendo que a macrofase destacada

a de projetao, a macrofase de projetao engloba as fases de

projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto

detalhado. Alm do processo de levantamento das informaes,

gerao das concepes demonstrou-se a avaliao e seleo das

concepes geradas possibilitando a escolha da soluo tima. Com

isso ressalta-se a importncia da sistematizao do processo de

desenvolvimento de produtos que agregam qualidade ao produto final

como maior agilidade no desenvolvimento, orientao na escolha da

alternativa adequada e a possibilidade de repetio para novos

projetos de produto.

Palavras-chaves: Metodologia, projeto de produto, estrutura veicular

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1 Introduo

O crebro humano est em constante exerccio com as atividades vitais do corpo e o controle

da realizao de tarefas dirias. Ideias e pensamentos fazem parte deste turbilhonamento de

informaes e que muitas vezes no se apresentam de maneira organizada e sistemtica.

Transformar ideias em produto no tarefa fcil, pois requer criatividade, organizao,

hierarquizao, sequenciamento ou concomitncia das atividade para se chegar a um produto

satisfatrio e inovador. Di Serio e Vasconcellos (2009, p. 70) afirmam que, A criatividade e

a imaginao so fatores fundamentais no contexto da inovao.

A competitividade gerada pelas exigncias dos clientes, pelo crescente nmero de produtos no

mercado, entre outros fatores, faz com que as empresas busquem alternativas para auxiliar no

desenvolvimento destes novos produtos. Quanto mais complexo for o produto desejado, maior

a necessidade do uso de uma metodologia de projeto para auxiliar na organizao das ideias e

no desenvolvimento deste produto. (ROMANO, 2013; BACK et al., 2008).

O sucesso de um produto no garantido quando se chega a um resultado final, ou seja, o

lanamento deste produto no mercado, um produto sem planejamento pode auxiliar para o

insucesso. Para minimizar estes impactos negativos, deve-se avaliar as escolhas realizadas

durante a fase de projeto, transpassar os obstculos encontrados, redirecionar o curso quando

necessrio e manter o ritmo de evoluo dos trabalhos. (BAXTER, 2011).

Compreendendo a complexidade do produto estudado e sabendo a importncia do uso de uma

metodologia para o projeto de produto, o objetivo deste trabalho apresentar como procedeu-

se o projeto da estrutura tubular para veculo de competio tipo frmula SAE, com a

aplicao de um metodologia de projeto para o desenvolvimento de produto.

2 Referencial terico

2.1 O projeto frmula SAE

O Projeto Frmula SAE uma competio de desenvolvimento de produto, onde os

estudantes devem conceber, projetar, fabricar, e competir com carros de corrida tipo frmula.

Iniciada no Texas em 1981, esta competio foi criada para promover uma oportunidade aos

estudantes de nvel superior para ganhar experincia no gerenciamento do projeto e

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construo, e para aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso de engenharia.

(SAEBRASIL, 2014).

Criada em 2004, o Frmula SAE Brasil no ano de 2013 encaminhou-se para sua 10 edio e

contou com 31 equipes. As equipes melhores classificadas ganham o direito de representar o

Brasil em duas competies internacionais realizadas nos EUA. (SAEBRASIL, 2013).

As restries impostas na estrutura do carro e no motor fazem com que o conhecimento e a

criatividade dos estudantes sejam desafiados. O carro deve ser construdo por um grupo de

alunos em um perodo de um ano e ser levado para a competio anual para julgamento e

comparao com outros veculos. O resultado final uma grande experincia para jovens

graduandos em um complexo projeto de engenharia, assim como a oportunidade de trabalhar

em equipe, que tem como maior motivao, o aprendizado. (ANTONELLO, 2011).

Conforme Formula SAE (2012), o projeto amplia os conhecimentos tcnicos e a capacidade

de liderana dos alunos, alm de lhes dar a oportunidade de vivenciar o processo de

desenvolvimento do produto do incio ao fim. A equipe precisa fabricar um produto de

qualidade dentro de prazo e oramento limitados. Aqueles que participam do programa

ganham experincia em gerenciamento de projeto, design, ensaios, anlises, controle

financeiro, comunicao, planejamento e marketing.

2.2 Projeto de produto

Projeto pode ser definido como um plano, intento ou um empreendimento. Produto aquilo

que produzido, fabricado, resultado ou consequncia da atividade humana. (FERREIRA,

2010).

O projeto de produto a transformao das ideias, informaes e conhecimentos em um

produto final, podendo este produto final ser um bem, um servio, ou resultado exclusivo.

(PMI, 2008). Para isso existe a necessidade de aglomerar as ideias que esto desconexas e

convert-las em um produto. Baxter (2011) afirma que a gerao de ideias o corao do

pensamento criativo, e que a inspirao criativa pode resultar do pensamento bissociativo,

juntando as ideias que antes no estavam relacionadas.

Quanto maior a complexidade do produto, maior o nmero de requisitos e fatores

influenciadores do projeto. Tais requisitos de projetos e especificaes exigem dos

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engenheiro, projetistas, designers e equipe envolvida uma ateno especial para a fase de

projeto do produto. (BAXTER, 2011). A etapa de projeto do produto engloba vrios fatores

que devem ser levados em considerao pela equipe de projeto, conforme afirma Back et al.

(2008), projeto do produto um plano amplo para realizar algo, compreendendo aspectos

desde a identificao de uma necessidade at o descarte ou o seu efeito sobre o meio

ambiente".

Shigley, Mischke e Budynas (2005, p. 26), salientam que Projetar consiste tanto em formular

um plano para a satisfao de uma necessidade especfica quanto em solucionar um

problema.. De acordo com os mesmos autores, se o resultado for um produto fsico, este

deve ser funcional, seguro, confivel, competitivo, utilizvel, manufaturvel e mercvel.

Faria (2011), destaca que o processo de desenvolvimento de produtos (PDP) um conjunto de

atividades que buscam alcanar as especificaes de projeto de um produto e de seu processo

de produo, tornando possvel a manufatura deste produto.

Baxter (2011) ressalta que com a evoluo da fase de desenvolvimento do produto os riscos e

incertezas vo sendo reduzidos, mas algum grau de incerteza pode persistir mesmo quando o

produto for fabricado. Trentim (2012) afirma que as empresas desejam que seus projetos

obtenham xito, sejam realizados conforme o planejado e principalmente, satisfaam os

clientes.

No incio o nvel de atividades, pessoas envolvidas e os custos do projeto so baixos, e com o

passar do tempo de projeto essas variveis aumentam gradativamente. O contrrio ocorre com

os riscos e incertezas que so maiores no incio do projeto e diminuem medida que os

resultados vo sendo alcanados. (PMI, 2008; TRENTIM, 2012).

A Figura 1 mostra que no incio do projeto a influncia das partes interessadas expressiva e

vai decaindo com o passar do projeto. J o custo das alteraes sobre incrementos

significativos como passar do tempo de projeto.

Figura 1 - Influncia das partes envolvidas e custo das mudanas

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Fonte: PMI (2008)

Com o verificado anteriormente, destaca-se a importncia de um planejamento adequado para

o projeto do produto, criao de concepes que para dentre estas se escolha a concepo

compatvel, e o acompanhamento do desenvolvimento deste projeto. Para auxiliar na busca

deste objetivo, sugere-se a utilizao e aplicao de metodologias de projetos.

2.3 Estrutura veicular

A estrutura do veculo o elemento tambm conhecido como quadro, frame ou chassi, sendo

o item agregador do automvel, responsvel por abrigar e suportar todos os sistemas,

subsistemas como tambm o piloto. Deve suportar o veculos como um todo e a estrutura

geralmente est escondida sob atrativas formas que determinam o estilo e a aerodinmica do

veculo. (BROWN, 2002).

Mencionado por Ribeiro (2011), os fabricantes de automveis ofereciam em suas linhas de

montagem, modelos de estrutura construdos em madeira, que muitas vezes no eram

fabricados pela prpria fbrica, manufaturados por marcenarias especializadas em

componentes, como colunas, chassi, assoalho, longarinas, laterais, sendo que alguns modelos

eram cobertos com chapas de ao. O autor tambm ressalta que com a melhoria da tecnologia

de fabricao, as fbricas de automveis substituram partes da estrutura das carrocerias,

confeccionadas em madeira, por componentes metlicos.

Ericsson (2008) afirma que o quadro ou estrutura pode ser como uma mola, ligando a

suspenso dianteira com a traseira. Se ele for muito flexvel, a tentativa de controlar a

distribuio e transferncia de carga lateral entre a dianteira e a traseira ser comprometida.

Conforme Brown (2002), a estrutura deve satisfazer vrios papis e influenciada por muitos

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parmetros do projeto dos sistemas do veculo (sistema eltrico, sistema mecnico, sistema de

segurana...), fato este que faz com que toda a equipe de projeto esteja informada sobre a

integridade estrutural do veculo. O mesmo autor destaca que estruturas tubulares em arranjo

triangular so comumente utilizadas em carros esportivos, indicado em aplicaes com baixo

volume de produo e com a vantagem de baixo custo do ferramental.

Existem vrios tipos de chassis ou estruturas, que so aplicadas nas construes

automobilsticas, para cada tipo de aplicao, incluindo automveis, utilitrios, caminhes,

nibus, carros de corrida, carros conceito, supercarros, poder haver uma aplicao especfica

de um tipo de chassi, no existindo, portanto um tipo preferencial. (BROWN, 2002;

MILLIKEN, 1995).

Com isso depreende-se que a estrutura o elemento que d suporte aos demais sistemas e

subsistemas do automvel, tendo influncias dos vrios elementos em contato direto e indireto

na forma de requisitos de projeto, dada representatividade, ressalta-se a importncia de um

planejamento de projeto para este item.

2.4 Metodologia de projeto do produto

A atividade de desenvolvimento de novos produtos no tarefa simples, requer pesquisa,

planejamento, controle, e importante, o uso da sistematizao dos mtodos aplicados.

Conforme Baxter (2011, p. 19), Os mtodos sistemticos de projeto exigem uma abordagem

interdisciplinar, abrangendo mtodos de marketing, engenharia de mtodos e a aplicao de

conhecimentos sobre esttica e estilo.

Pahl et al. (2005), salienta que necessrio a utilizao de procedimentos para o

desenvolvimento de boas solues para um produto, sendo que este procedimento seja

planejvel, flexvel, otimizvel e verificvel. O mencionado autor destaca que uma

metodologia de projeto pode ser entendida como um procedimento planejado com indicaes

concretas de condutas a serem observadas no desenvolvimento e no projeto do produto.

Rozenfeld et al. (2006), evidencia que o desenvolvimento do produto precisa de um processo

eficaz e eficiente para favorecer a competitividade da empresa, e para isso muitas empresas

adotam modelos para definir o padro de trabalho que desejam para o desenvolvimento de

produtos.

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Antonello (2011), ressalta que desenvolvimento de um projeto deve ser feito com uma

metodologia claramente definida, que possibilite a repetio para novos produtos, sendo que

os objetivos possam ser alcanados dentro de um prazo e custos pr-estabelecidos.

O processo de desenvolvimento pode ser dividido em macrofases e fases. O nmero de

macrofases e fases pode variar de acordo com o processo estudado, e ao final de cada fase

tem-se sadas desejadas. (ROMANO, 2013).

Romano (2013) ressalta que com o uso de um modelo de referncia possvel obter maior

compreenso do processo, registrar o conhecimento, planejar melhorias no processo, definir

uma base para a tomada de decises durante o processo e por fim, racionalizar e garantir o

fluxo de informaes. Todas estas informaes permitem estabelecer uma viso detalhada e

integrada do trabalho a ser realizado.

3 Metodologia empregada

Para alcanarmos o objetivo proposto neste trabalho, que demonstrar como procedeu o

projeto de uma estrutura tubular para veculo de competio tipo frmula SAE, e sabendo da

importncia do uso de metodologia de projeto, o desenvolvimento do trabalho foi

sistematizado com base no modelo prescrito por Romano (2013), mais especificamente sendo

aplicada a macrofase de projetao que engloba as fases de projeto informacional onde foi

feito o levantamento de informaes sobre o projeto, projeto conceitual onde gerou-se

conceitos de estruturas, projeto preliminar onde definiu-se a concepo adequada e por fim, o

projeto detalhado.

4 Resultados

4.1 Projeto da estrutura tubular

A Figura 2 destaca a macrofase de projetao do modelo prescrito por Romano (2013).

Figura 2 - Metodologia para o projeto de produto

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Fonte: Romano (2013)

Orientado pelas fases da metodologia, primeiramente reuniu-se informaes sobre o projeto,

posteriormente gerou-se conceitos, tais conceitos possibilitaram o projeto preliminar e por fim

o projeto detalhado da estrutura tubular.

O ciclo de vida do carro, assim como da estrutura tubular deve ser tal que suporte realizar

todas as provas da competio, e a durao da competio de trs dias com a realizao de

provas estticas e dinmicas. A regra no fornece uma configurao de estrutura, mas sim

informaes sobre os materiais que devem ser utilizados, dimenses destes materiais e

funes. Tem-se ento informaes sobre geometria, material e funo. A regra indica que a

estrutura deve conter dois aros principais, que ficam prximo ao piloto, um anteparo frontal

para atenuar eventual impacto frontal e estruturas de impacto lateral em caso de colises

perpendiculares a trajetria do carro.

A estrutura pode ser considerada um elemento central e agregador dos demais sistemas e

subsistemas do carro, onde todas as partes esto de alguma forma, diretamente ou

indiretamente conectadas na estrutura tubular. (ANTONELLO, 2011).

Todos os elementos, ou conjunto de elementos, tem-se uma especificao de material e

dimenses sugeridos pela regra da competio. A estrutura primria do carro deve ser

construda em ao com no mnimo de 0,1% de carbono, ou com material alternativo que tenha

resistncia equivalente ou superior ao ao com 0,1% de carbono.

Por requisito de segurana e manuteno da integridade fsica do piloto, a cabea e as mos

deste no devem entrar em contato com o solo em caso de capotagem, sendo protegidas pela

estrutura do veculo. No regulamento sugerido um modelo padro de piloto, com as

dimenses bsicas que devem ser usadas como gabarito para verificar o espao interno da

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estrutura.

Em posio de pilotagem, o capacete do piloto deve ter no mnimo 2" (50,8 mm) entre o

capacete e uma linha reta traada tangente ao aro principal e o aro frontal, e no mnimo 2"

(50,8 mm) entre uma linha reta traada a partir do topo do aro principal at a parte mais baixa

do travamento traseiro.

Caso no haja um travamento traseiro, o capacete do piloto no deve ultrapassar a linha

traseira do aro principal. A Figura 3 explica detalhadamente, onde tem-se em linha tracejada a

linha tangente aos elementos da estrutura.

O mnimo raio de dobra, medido na linha de centro do tubo, deve ser de trs vezes o dimetro

externo do tubo. As dobras devem ser suaves e continuas para evitar falhas ou enrugamentos

na parede dos materiais.

Figura 3 - Posicionamento do piloto

Fonte: Adaptado de Formula SAE (2012)

Tanto o aro principal como o aro frontal devem ser suportados por travamentos nos dois lados

da estrutura. Os ps do piloto devem estar contidos dentro da estrutura tanto numa vista lateral

como numa vista frontal, a posio de verificao a de pilotagem.

A abertura do cockpit dever ser suficiente para alocar o piloto, para isso a regra da competio

fornece um modelo (Figura 4) com as dimenses que devem estar livres dentro do habitculo.

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Figura 4 - Gabaritos inseridos no cockpit

Fonte: Adaptado de Formula SAE (2012)

Durante o teste do gabarito do cockpit pode ser removido o volante, a coluna de direo, o

banco e todos os estofamentos. O firewall, que o elemento de proteo do piloto das zonas

de calor, no pode ser movido ou removido em qualquer um dos testes.

Dentre os requisitos de projeto fornecidos pela regra da competio, tem-se outros requisitos

importantes que devem ser levados em considerao nas tomadas de decises. Entre estes

pode-se citar: massa final da estrutura, vida til do projeto, capacidade de transporte at a

competio, obteno do material requisitado, potencial construtivo da equipe, harmonia com

os demais sistemas, custos envolvidos e lies aprendidas com os carros anteriores. A Figura

5 mostra os fatores de influncia nas tomadas de decises.

Nesta fase no se tem a hierarquizao dos requisitos do projeto, pode-se observar que todos

esto igualmente distribudos ao redor do disco central chamado requisito/funo. Tem-se o

total de nove fatores de influncia sendo denominados: massa final, carros anteriores,

regulamento, vida, transporte, obteno de materiais, custos, potencial construtivo e outros

sistemas. O item outros sistemas divide-se, como mostra a indicao da seta em: motor,

transmisso, suspenso, sistema de segurana, sistema de direo, freio, carenagem e sistema

eltrico, que so os demais sistemas do carro e que esto agregados na estrutura.

Tendo informaes sobre os requisitos, montou-se informaes suficientes para se aproximar

de uma estrutura adequada. As influncias dos demais sistemas e subsistemas do carro, do

potencial construtivo reuniu-se informaes sobre a capacidade de manufatura no laboratrio,

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raios de dobra, tipo de solda e mo de obra disponvel para realizao dos processos de

manufatura.

Figura 5 - Mecanismos de influncia nas tomadas de decises

Fonte: Elaborao prpria

Antonello (2011) destaca que o projeto de um elemento necessita de uma ferramenta para

tomada de deciso, essa pode ser qualquer ferramenta que venha auxiliar e somar nas

decises.

Foi adaptado um fluxograma para auxiliar na escolha de todo e qualquer elemento da

estrutura, assim como a estrutura final, (Figura 6). No topo do fluxograma recebeu-se as

informaes que geraram os requisitos de projeto, esses requisitos proporcionaram a criao

de alternativas que satisfizessem as necessidades de projeto, deslocando-se horizontalmente

no fluxograma fazia-se a escolha das alternativas geradas, seguida de suas avaliaes, e

finalmente a sada do elemento selecionado.

Definida as configuraes bsicas para cada item constituinte da estrutura, deve-se combinar

estes itens para formar o sistema completo. Devido as suas interdependncias, os elementos

individuais no devem ser avaliados separadamente, mas sim conforme o valor de suas

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influncias na estrutura montada.

Para realizar a avaliao das concepes, teve-se a necessidade de montar um quadro que

confrontasse todos os geradores de requisitos entre si e fosse atribudo pesos aos resultados

destas comparaes, o Quadro 1 demonstra o cruzamento entre os geradores de requisitos.

Figura 6 - Fluxograma para tomada de decises

Fonte: Elaborao prpria

Inicialmente organizou-se todos os geradores de requisitos demonstrados na Figura 5 e

confrontados um com outro na matriz de avaliao. Leu-se o elemento da linha e comparou-se

com todos os elementos das colunas, verificando se tem uma importncia menos (-) valor 1,

importncia igual (=) valor 2 ou importncia mais (+) valor 3, e seus respectivos somatrios

de valores representados na coluna total.

Igualmente confrontou-se todos os sistemas do carro contidos na Figura 5, que so geradores

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de requisitos, um com outro e obtendo-se somatrios de valores. Com os resultados dos

somatrios, foram divididas em faixas de valores para classificar o peso como extremamente

importante (25-30), muito importante (20-24), importante (15-19), menos importante (10-14)

e sem importncia (1-9). A escolha de cada elemento foi feita conforme a sua melhor relao

com os elementos de maior peso. O elemento individual deve atender obrigatoriamente os

itens extremamente importantes e posteriores o maior nmero de elementos com grau de

importncia hierrquico. Utilizando esse mtodo de seleo para os elementos individuais e

verificando a relao com os demais sistemas do carro chegou-se s configuraes

alternativas, a escolha da soluo mais adequada se deu com base na matriz de avaliao,

verificando a maior relao com os sistemas de maior grau de importncia.

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Quadro 1 Matriz de avaliao do grau de importncia dos requisitos de projeto na tomada de deciso

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Fonte: Elaborao prpria

Na macrofase de projetao e na fase de projeto conceitual, criaram-se alternativas que

atendessem o regulamento e posterior, tivessem uma melhor relao com os requisitos

citados. Podem ser verificadas na Figura 7 as trs concepes de estruturas criadas, indicadas

com as letras: a, b e c.

Figura 7 Concepes geradas. Concepo a; concepo b; e concepo c

Fonte: Elaborao prpria

Pode-se verificar uma vista isomtrica e uma vista lateral das concepes geradas, cada uma

com sua peculiaridade em relao as demais, verificou-se com base na matriz de avaliao

qual a mais adequada e a que melhor atendeu as necessidades do projeto. O Quadro 2 mostra

a avaliao das concepo com relao aos itens que atendia, marcado com v na clula, e os

item que no atendia marcados com um trao -.

Quadro 2 Escolha da concepo tima

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Fonte: Elaborao prpria

Verificou-se a relao das concepes com os geradores de requisitos e feito o somatrio dos

itens com qual tem forte relao. Analisou-se a concepo da coluna e sua relao com o item

da linha, marcando com um v e fazendo o somatrio dos valores correspondentes dos

elementos assinalados. Pode-se verificar que a concepo c, por atender um maior nmero de

itens, obteve como resultado o somatrio de 320. Em comparao com a concepo a que

obteve resultado de 186 e a concepo b com resultado igual a 207, foi escolhida a concepo

c.

5 Concluso

O presente artigo mostra como a aplicao de uma metodologia pode auxiliar no processo de

desenvolvimento de novos produtos e a utilizao da matriz de deciso para avaliao dos

requisitos de projetos foi possvel chegar a uma soluo tima. O projeto final teve que

atender as regras da competio Frmula SAE Brasil do ano de 2011, com isso utilizou-se

como requisitos de projeto as informaes fornecidas pela organizao do evento. A estrutura

selecionada foi construda e utilizada em campo na VIII Competio Frmula SAE Brasil no

ano de 2011, onde a equipe Formula UFSM obteve a 8 colocao no seu segundo ano de

competio.

Com isso, conclui-se que o uso de uma sistematizao, organizao e aplicao dos

conhecimentos possvel desenvolver produtos que satisfaam as necessidades iniciais e

logrem xito em suas aplicaes.

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