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TÍTULO: PARAMETRIZAÇÃO E DESIGN ASSOCIATIVO EM SOFTWARE CAD 3D PARA AUTOMAÇÃODE PROJETOS MECÂNICOSTÍTULO:

CATEGORIA: CONCLUÍDOCATEGORIA:

ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURAÁREA:

SUBÁREA: ENGENHARIASSUBÁREA:

INSTITUIÇÃO: FACULDADE DE TECNOLOGIA TERMOMECÂNICAINSTITUIÇÃO:

AUTOR(ES): VANDEILSON LIMA NOBREAUTOR(ES):

ORIENTADOR(ES): ANDRÉ FERRUS FILHO, FABIO RUBIO, NILSON YUKIHIRO TAMASHIRO, VALDIRCOSTAORIENTADOR(ES):

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1. RESUMO

No Brasil, a maioria dos equipamentos mecânicos modelados em

softwares CAD 3D se utilizam de uma metodologia tradicional denominada

Bottom Up, que gera grande esforço para alteração de desenhos, que é feita

manual e individualmente e não permite o compartilhamento de dados entre

peças e submontagens, podendo conter referências cruzadas, o que torna a

montagem suscetível a erros e eleva o tempo na elaboração dos desenhos. Foi

proposto um roteiro de planejamento a ser aplicado em equipamentos

mecânicos de forma a possibilitar o uso de uma metodologia de modelamento

onde há a troca de informações entre as diversas peças do produto, permitindo

a automação dos processos de modelamento 3D e montagem virtual. Com

isso, se consegue uma drástica redução no tempo necessário para alteração

do equipamento, eliminação de erros dimensionais, de posição e interferências

entre peças, permitindo a personalização do tamanho e configuração do

equipamento através de um celular, notebook ou tablet remoto ao software de

desenho.

2. INTRODUÇÃO

Atualmente a tecnologia CAD 3D é fator obrigatório para as empresas se

manterem competitivas, proporcionando o aumento da produtividade industrial

e confiabilidade de um projeto, que é validado virtualmente e lançado no

mercado com menor custo, tempo e de forma a satisfazer as necessidades dos

clientes (FACHINELLO, 2006). Os softwares CAD 3D atuam na fase de projeto

promovendo sua otimização de tempo em diversos segmentos industriais,

como na análise de estruturas e componentes mecânicos, análises de

vibração, térmica e de tolerâncias em montagens. No entanto, os atuais

softwares podem ser integrados a outros processos informatizados, como PDM

(Gerenciamento de Dados do Produtos), ERP (Planejamento de Recursos

Empresariais) e PLM (Gerenciamento de Ciclo de Vida de Produtos)

promovendo melhoria na comunicação entre os setores e do sistema produtivo

como um todo (KANITAR, 2005).

Araújo (2013) relata sobre o custo final de um produto, afirmando que a

fase de projeto representa 5% dos custos, enquanto os 95% são atribuídos à

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etapa de manufatura. Todavia, cerca de 80% do custo de manufatura pode ser

influenciado pelas decisões da etapa de projeto, ou seja, são decisões que

podem inviabilizar a produção. Deming (apud GUELBERT, 2008) afirma que

promover uma redução no retrabalho de peças, atrasos e erros de produção

implica no aumento da qualidade final e confiabilidade do produto.

Na pesquisa de Bremer e Lenza (2000) há um estudo sobre tipologias

para referência de produção, afirmando que há uma tendência para as

empresas basearam sua manufatura padronizando parte de seus produtos,

agilizando sua produção, contudo permitindo que seus clientes personalizem

partes específicas de interesse, focando na satisfação do mercado, semelhante

a indústria automobilística.

São poucos os trabalhos recentes abordando esse assunto. Santos

(2011) propôs a parametrização de um subsistema mecânico para geração

automática de listas de materiais, fichas de corte e mapas de solda. Lima

(2010) realizou a automação de modelamento de um componente mecânico a

partir de uma tabela .xml por meio da programação de um aplicativo. O uso de

celulares e notebooks com acesso a internet está cada vez mais comum para

compartilhamento de informações, download de arquivos e apoio a tarefas

cotidianas. O serviço de computação em nuvem se mostra uma tendência e

agrega valor à empresa trazendo um ambiente colaborativo e simultâneo de

instituições geograficamente distantes.

A presente pesquisa atua em cima da importância da fase de projeto, da

necessidade do uso de software CAD 3D para trabalhar na otimização desse

processo e na tendência do uso da computação em nuvem para trazer mais

agilidade à empresa manufaturar seus produtos baseados em seus clientes,

com confiabilidade e qualidade.

3. OBJETIVOS

Elaboração de um roteiro de planejamento para produtos mecânicos em

software CAD 3D a fim de promover um aumento da confiabilidade e redução

no tempo gasto de projetos.

3.1 – Objetivos Específicos

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Elaborar o roteiro de planejamento, realizar a automação dos processos

de modelamento e montagem no software e torná-lo configurável através de

um smartphone remoto às instalações da empresa.

4 - METODOLOGIA

O método realizado nessa pesquisa será abordado em 3 partes. A

primeira faz referência ao estudo do produto mecânico a fim de estabelecer sua

estrutura completa, com submontagens, peças e estabelecer os pontos a

serem personalizados pelo cliente em uma compra. A segunda parte diz

respeito a definição dos parâmetros necessários para criação de todas as

partes e peças do produto e a criação de um arquivo de Excel® para realizar

seu controle dimensional. A última parte relata sobre a automação do projeto

via software Autodesk® Inventor 2016 e a configuração do equipamento

através de um smartphone.

A metodologia será validada a partir da aplicação e resultados obtidos

em uma família de vasos de pressão horizontais em função da experiência do

autor com a venda e projeto desse equipamento.

Figura 1: Vaso de pressão horizontal

4. DESENVOLVIMENTO

4.1 Estrutura do equipamento mecânico

Foi definido a estrutura geral do equipamento em submontagens e

subpartes, incluindo todas as peças que fazem parte do conjunto. Em seguida,

foi determinado sua estrutura padronizada e quais pontos possíveis de

personalização. Essa etapa demanda um estudo aprofundado por parte da

empresa em relação a sua capacidade de fabricação, incluindo normas de

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projeto do produto e possibilidades de variações do mesmo de forma a atender

seus diversos clientes.

A estrutura do vaso de pressão pode ser vista na figura 2. O

equipamento será composto de 5 modelos de diferentes tamanhos, cada um

com valores fixos de diâmetro externo, comprimento do corpo e distância do

centro do vaso em relação ao chão. Os pontos personalizáveis são:

Seleção dos diâmetros dos bocais (Entrada e Saída);

Ângulo dos bocais (0, 45, ou 90 graus em relação a horizontal);

Distância da face externa do Flange ao centro do vaso;

Distâncias dos bocais em relação a linha de tangência do tampo

inferior.

Figura 2: estrutura definida do vaso de pressão

4.2 Arquivo de Excel® para controle

Uma vez a estrutura definida foram estabelecidos todos os parâmetros

necessários para a modelagem de cada peça e os de posicionamento das

submontagens. Uma planilha estruturada no Excel® foi elaborada, sem

cabeçalho e com 3 colunas conforme figura 3. A primeira coluna da esquerda

faz referência ao nome do parâmetro, a segunda se trata do valor que a

primeira assume e a terceira representa a unidade de medida adotada. No total

foram utilizados 56 parâmetros para o mapeamento completo do vaso.

Figura 3: planilha estruturada com 3 colunas

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Foi desenvolvida uma planilha para servir de interface com o usuário.

Deve ser clara e intuitiva de forma a não gerar dúvidas além de permitir a

escolha do modelo do vaso e a personalização dos pontos mencionados no

capítulo 5.1, semelhante a um catálogo virtual de um produto, conforme figura

4. Na interface apreentada as dimensões vermelhas com fundo amarelo são os

padrões fixados para cada modelo do vaso e o cliente pode fazer a sua

configuração digitando os valores nas células com fundo azul, conforme a

necessidade de sua instalação.

Figura 4: Planilha que servirá de interface com o usuário

Dentro do arquivo de controle foi criado uma terceira planilha que serve

de banco de dados, apresentada na figura 5. Foram incluídas tabelas

dimensionais de peças normatizadas e os valores pré-fixados dos modelos do

vaso para serem consultadas através de fórmulas do Excel®.

Figura 5: planilha de banco de dados

4.3 Modelamento e montagem

A partir do gerenciador de parâmetros do Inventor 2016 foram

importados todos os dados alocados na tabela do item 5.2 para um arquivo de

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peça denominado Arquivo Esqueleto. Nele foram elaborados 6 Sketchs (corpo,

tampo superior, tampo inferior, tubulação de entrada, tubulação de saída e

dreno) contendo linhas de centro, círculos de referência, planos, eixos e pontos

a partir dos parâmetros importados. O arquivo pode ser visualizado na figura 6.

Figura 6: Arquivo esqueleto do vaso de pressão

Após montar o Arquivo Esqueleto foram elaboradas as submontagens e

suas peças individuais, onde todos seus parâmetros de modelagem foram

derivados do Esqueleto através do recurso Derive do Inventor. Uma vez

modelados todos os componentes, os mesmos foram inseridos no arquivo final

do vaso de pressão e aterrados à sua posição de origem, dispensando o uso

de qualquer restrição de montagem, como pode ser observado na figura 7.

Figura 7: montagem final do equipamento

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Em seguida o arquivo de controle foi compartilhado na plataforma

Dropbox® para que pudesse ser acessado e configurado através de um

smartphone. O dispositivo necessita de acesso à internet e o aplicativo Excel

instalado e atualizado.

5.4 Teste de validação

O teste que se segue é necessário como comprovação da eficiência da

automação dos processos de modelamento e montagem em relação à

economia de tempo no projeto. Para tal foi proposto um comparativo no tempo

gasto para modelar e montar o produto completo, partindo de dois arquivos de

projeto do vaso de pressão, um parametrizado e seguindo o roteiro de

planejamento apresentado no capítulo anterior e o outro seguindo

metodologias convencionais de modelamento. As condições do teste seguem

na Tabela 1

Diâmetro Externo

Comprimento

Centro ao chão

Bocal entrada

Distância Tampo

Bocal saída

Distância Tampo

Flange ao

centro

Vaso Inicial

1000 1400 650 3" @ 0º 600 3" @ 0º 550 800

Vaso Final

1000 1400 650 4" @ 90º 545 5" @ 0º 650 775

Tabela 1: condições iniciais e finais para teste de eficiência

5. Resultados

Comparando os tempos gastos para os vasos na Tabela 1, nota-se que

o equipamento automatizado requereu 87% a menos de tempo em relação ao

vaso modelado e montado convencionalmente. No primeiro caso, todo o tempo

gasto resulta da configuração do equipamento pela planilha de Excel®, contudo

seu modelamento e montagem foram realizados instantaneamente, sem a

necessidade de restrições de posicionamento e sem erros. No segundo caso,

as alterações tiveram de ser feitas manualmente e embora tenha feito uso dos

componentes de biblioteca padrão do software, houveram pequenas

dificuldades em relação a alteração dos ângulos dos bocais no ambiente de

montagem, sendo necessário excluir algumas restrições para acrescentar

outras no lugar, e na determinação do comprimento do tubo das tubulações de

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entrada e saída que hora ficava pequeno hora extenso, sendo necessário mais

tempo para ajustar o comprimento ideal. A tabela 2 apresenta o comparativo de

tempo.

O sistema mobile funcionou da mesma maneira que em um notebook

convencional, permitindo a completa configuração do vaso, conforme figura 8.

Figura 8: Acesso à planilha de controle através de dispositivo celular

6. Considerações finais

A metodologia proposta utiliza os recursos básicos de softwares CAD 3D

paramétricos, podendo ser aplicada em outros softwares do mercado como

CATIA, Solidworks, NX. Como resultado, a montagem do equipamento não

apresentou inconsistências ou restrições de posição e pôde ser empregada

Modelamento

3D Montagem

Tempo Total

(mm:ss)

Vaso Parametrizado

01:13 00:00 01:13

Vaso não parametrizado

04:03 06:05 09:08

Tabela 2: resultado de teste de eficiência do modelamento proposto, apresentando 87% de redução no tempo.

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sem o uso de arquivos da biblioteca padrão do software, reduzindo a

capacidade computacional requerida e ampliando sua penetração no mercado

atual. O roteiro de planejamento pode ser seguido para qualquer equipamento

mecânico, seja em sua totalidade ou um subconjunto, para a automação de

modelagem 3D e montagem. Contudo é necessário grande conhecimento do

produto por parte da empresa, bem como de seus processos de fabricação e

preferência dos clientes para que o resultado do trabalho seja de fato eficaz.

Por fim a redução do tempo gasto, quando feita em comparação ao

método convencional de desenho foi visível, entretanto a porcentagem da

eficiência pode ser maior ou menor dependendo da habilidade do projetista ao

manusear o software CAD ou em seu conhecimento de como o projeto foi

desenhado. O sistema de compartilhamento pela plataforma Dropbox®

demandou uma conta logada em um smartphone, além de ter o aplicativo da

plataforma e do Excel instalados no aparelho; contudo uma vez cumpridos

esses requisitos o arquivo permitiu que o usuário faça as alterações desejadas.

7. Fontes Consultadas

BALASTRERO JUNIOR, José Orlando; NUNES, Luiz Eduardo Nicolini

do Patrocínio. Modelagem e otimização de componentes em sistemas cad 3d

com a utilização de geometrias paramétricas. Sinergia, São Paulo, v. 12, n. 1,

p.84-92, abr. 2011. Quadrimestral. Disponível em:

<http://www2.ifsp.edu.br/edu/prp/sinergia/complemento/sinergia_2011_n1/pdf_

s/segmentos/artigo_09_v12_n1.pdf>. Acesso em: 23 mar. 2016.

BORBA, Rodrigo. Sistemática para gerenciamento de projetos em

pequenas empresas do setor metal mecânico que operam com engenharia sob

encomenda e pressão sob prazos. 2011. 58 f. TCC (Graduação) - Curso de

Engenharia de Produção e Sistemas, Universidade do Estado de Santa

Catarina, Joinville, 2011.

BREMER, Carlos Frederico; LENZA, Rogério de Paula. Um modelo de

referência para gestão da produção em sistemas de produção Assembly to

Order: ATO e suas múltiplas aplicações. In: BREMER, Carlos Frederico;

10

LENZA, Rogério de Paula. Um Modelo de Referência para Gestão da

Produção. São Carlos: [s.n.], 2000. p. 269-282.

BURATO, Carlos Umberto; SANTOS, Alan Garcia. Parametrização com

Abordagem Top-Down e Uso de Skeletal Modeling para Equipamentos

Mecânicos. In: AUTODESK UNIVERSITY BRASIL, 4., 2014, São

Paulo. Sessões de Indústria - Manufatura e design. São Paulo: [s.n.], 2014. p. 1

- 10.

FACHINELLO, Tatiana. Análise da implantação de um sistema de

gestão do ciclo de vida do produção no processo de desenvolvimento de

produtos de uma empresa de tecnologia: um estudo de caso. 2006. 150 f.

Dissertação (Mestrado) – Curso de Engenharia de Produção, Universidade

Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2006.

GUELBERT, Marcelo. GEM – Gestão estratégica da

manufatura: proposta para integração de ferramentas na produção em médias

empresas. 2008. 248 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia de Produção,

Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008.

KANITAR, Fátima Passos. Análise do desenvolvimento dos sistemas

CAD/CAE/CAM no Brasil nos diversos setores do conhecimento sob a ótica da

propriedade industrial. 2005. 168 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de

Tecnologia, Centro Federal de Educação Tecnológica Calso Suckow da

Fonseca, Rio de Janeiro, 2015.

LIMA, Jeovano de Jesus Alves de. Uma Contribuição para a Integração

entre Sistemas CAE e CAD com o Desenvolvimento de um Aplicativo. 2010.

102 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de Produção,

Universidade Metodista de Piracicaba, Santa Bárbara D'oeste, 2010.

SANTOS, Alan Garcia. Desenvolvimento de metodologia para

parametrização de equipamentos mecânicos pressurizados. 2011. 141 f.

Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade de São

Paulo, São Carlos, 2011.