Processo de Projeto em Engenharia

Objetivos da Aula

• Apresentar os elementos fundamentais para um BOM projeto de engenharia;
• Apresentar métodos para solução criativa de problemas usados por engenheiros;
• Comparar o método científico com o método de projeto em engenharia;
• Realizar dinâmica para:
  • definir um problema;
  • pesquisar soluções existentes;
  • propor soluções novas; e
  • selecionar uma proposta.

Introdução

"Projeto em engenharia é o processo criativo de identificar necessidades e então vislumbrar uma solução para estas necessidades."[1]

"É um processo de tomada de decisão (frequentemente interativo) em que as ciências básicas, matemática e ciências da engenharia são 
aplicadas para converter recursos de forma ótima para atender um determinado objetivo."[2]

Observe que a solução pode ser um produto, uma técnica, um projeto, um método etc.

Quem poderia enumerar alguns resultados de projetos em engenharia?

• • Vídeo 1 NASA
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  • Vídeo 2 NASA
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  • Vídeo 3 NASA
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  • Vídeo 4 NASA
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Passos do Processo

Os seguintes passos podem ser realizados para um projeto em engenharia:

   * Definir o problema;
   * Realizar pesquisa aprofundada;
   * Especificar requisitos;
   * Propor um conjunto de possíveis soluções;
   * Escolher a melhor solução;
   * Realizar o desenvolvimento;
   * Construir um protótipo;
   * Testar e reprojetar se for o caso.
   * Comunicar/reportar o projeto;

Definição do Problema

Houston, We have a problem!

• • Vídeo Apollo 13
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O processo inicia quando nos perguntamos as seguintes questões:

• Qual é o problema ou necessidade a ser sanada?
• Quem possui o problema?
• Por que é tão importante resolvê-lo?

Note que uma definição/identificação pobre pode levar a perda de tempo, dinheiro etc.

O problema deve escrito de forma objetiva e mais específica possível. Exemplo:

Projetar uma antenha de recepção de HDTV na faixa VHF (canais 2 a 13) 
com GANHO de +3dB e Front-to-Back Ratio de 10db. 
A antena deve pesar até 2Kg e não deve custar mais do que R$ 150,00. 

O mesmo problema poderia ser:

Projetar uma antenha de recepção de HDTV na faixa VHF (canais 2 a 13) 
com um bom GANHO e alto Front-to-Back Ratio. 
Ela deve ter baixo custo e ser extremamente leve.

A segunda definição, por ser menos específica, pode não ser uma boa opção para o processo de projeto.

Obs: Se tiver curiosidade olhe Understanding Antenna Specifications and HDTV

Pesquisa aprofundada

• coletar o máximo possível de informação sobre o assunto. Informações podem ser:
  • medições físicas;
  • resultados de experimentos de laboratórios já realizados;
  • mapas;
  • patentes e modelos de utilidades;
  • artigos de revistas e conferências;
  • resultados de pesquisa de opinião;
• Enumerar soluções já existentes;
• Averiguar soluções para problemas similares;

Especificação de requisitos para a solução

Com o estudo detalhado de soluções existentes é possível detalhar os requisitos da solução. A própria definição do problema pode trazer alguns destes requisitos. Tente observar onde as soluções existentes falham em atender os requisitos.

Proposição de Soluções

Pode-se usar várias técnicas para criar novas propostas de soçução:

• Brainstorming
  • Encorajar todos os tipos de ideias possíveis (mesmo aquelas aparentemente impraticáveis);
  • Mesclar ideias já apresentadas (encorajar a desenvolver ideias sobre ideias já colocadas);
  • Gerar o máximo possível de ideias;
  • Postergar o julgamento - de preferência, o julgamento (seleção da melhor ideia) deve ser realizado por outro grupo;
  • Grupo de 6 a 12 mas pode ser realizado individualmente;
  • Vídeo Apollo 13 - Brainstorming
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• Checklists, ex:
  • uma forma de fazer antena extremamente leve;
  • uma forma de fazer antena com estrutura modificável para obter alto back-to-front ratio;
  • uma forma de fazer antena com dimensões extremamente reduzidas;

• Lista de atributos:
  • Listar atributos do objeto em questão;
  • Para cada atributo enumerar ideias que possibilitam modificar este atributo;
    • Tamanho: antena dobrável, antena com camadas de materias diferentes;
    • Peso: antena com material plástico;
    • Ganho: antena com amplificador embutido, antena com forma calculada para a faixa em questão;

• Comparação forçada (Forced Relationship). Escolhe-se arbitrariamente um objeto e forçamos o objeto de nosso interesse a assumir atributos deste objeto:

Por exemplo, escolhe-se um pneu de automóvel para fornecer atributos para a antena:

• • uma antena redonda;
  • uma antena com pressão;
  • uma antena de borracha;
  • uma antena com liga leve;

Pode-se ainda acrescentar os seguintes pontos neste processo criativo:

• análise das soluções existentes e da possível combinação das mesmas para uma melhor solução;
• deve-se produzir esquemas, desenhos e rabiscos das possíveis propostas;
• Durma sobre o problema: após uma etapa exaustiva de geração de propostas, durma, faça outras atividades, libere a mente e volte em um outro momento a pensar sobre o assunto;

A Escolha da Melhor Solução

• Olhar para cada proposta de solução e verificar se ela preenche os requisitos do problema;
• Olhar para as características para além dos requisitos, que cada proposta proporciona: as características que seriam desejáveis mas não necessariamente obrigatórias;
• Verificar o quanto as soluções atendem critérios universais, que são:
  • elegância;
  • robustez;
  • custo;
  • estética;
  • recursos;
  • tempo;
  • habilidades requeridas;
  • segurança.

Escolha um índice para o atendimento de critérios, por exemplo:
2-Atende completamente, 1-Atende parcialmente e 0-Não atende. 
Monte uma matriz de decisão com colunas associadas a cada proposta e linhas associadas aos requisitos e aos critérios universais. 
Some os pontos para cada proposta. 
Use este índice para nortear a escolha da melhor proposta.

Desenvolver a Solução

O desenvolvimento envolve o refinamento e aprimoramento de uma solução. Continua durante todo o processo de projeto e muitas vezes até depois da entrega do projeto final ao clientes.

• Os objetivos do trabalho de desenvolvimento são:
  • Fazer o projeto funcionar:
  • Reduzir o risco: reduzir a probabilidade de que uma solução que irá falhar, para evitar a perda de tempo. É melhor descobrir que uma possível solução não vai funcionar no início do processo de projeto, quando as outras soluções ainda estão sendo consideradas.

Como fazer isso? Uma estratégia é fazer um protótipo de uma pequena parte da solução potencial, a parte arriscada, para ter certeza que ele vai trabalhar.

• Otimizar: quase sempre há vários requisitos, os quais podem entrar em conflito entre eles, totalmente ou em parte. A otimização é o processo de encontrar o melhor compromisso entre os diversos requisitos, e é uma parte essencial de quase todos os esforços de desenvolvimento.

Por exemplo, se você tentar maximizar um requisito como velocidade ou precisão, normalmente o custo pode aumentar.

• Métodos de trabalho de desenvolvimento incluem:
  • Desenhos: Projetistas usam desenhos para registrar as idéias para que estas não sejam esquecidos, e para comunicar as idéias aos outros. O desenho também ajuda a estudar a interação entre as diferentes partes de um projeto.

Existem vários tipos de desenhos. Esboços são desenhos à mão livre ásperas feito muito rapidamente e, geralmente, mostrando apenas os contornos dos objetos. Desenhos pictóricos retratam uma visão fotográfica dos objetos. Desenho Técnico é uma maneira exata de desenho que mostra o tamanho real de um objeto e sua forma, este desenho normalmente é feito com software de CAD (computer-aided design). Os desenhos técnicos podem virar plantas que mostram pormenores como os pedaços de como os componentes se interrelacionam.

É bom se acostumar a fazer desenhos mesmo quando os projetos parecem simples e podem ser visualizados mentalmente, pois a medida que os projetos vão se tornando complexos, a falta de desenhos adequados passa a ser um problema.

Comparação entre o método científico e o processo de projeto em engenharia

Cientistas normalmente estudam como a natureza funciona enquanto engenheiros apresentam soluções para problemas da "vida real". Neste sentido, eles se utilizam de métodos distintos para atingir seus objetivos. Confira aqui a diferença entre método científico e do processo de projeto em engenharia.

Observe que muitas vezes é difícil diferenciar um cientista de um engenheiro. Cientistas aplicam métodos de engenharia em determinados momentos e vice-versa.