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
- Vídeo 2 NASA
- Vídeo 3 NASA
- Vídeo 4 NASA
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
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
- 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.
- Modelagem: Os modelos podem ser objetos físicos, mostra todas as partes em proporção correta. Em geral, modelos em escala real não funcionam. Os projetistas usam os modelos para visualizar (tocar) a solução.
- Pode ser apenas um modelo matemático ou modelo de computador (Matlab), que permitem prever como uma solução vai funcionar. Para problemas complexos, isto pode ser extremamente valioso, porque o modelo de computador é geralmente muito mais barato do que construir a solução em si, e pode ajudar o projetista buscar o melhor compromisso (trade-offs) entre diferentes requisitos do projeto.
- Um exemplo o helicoptero da Bell - O Helicóptero BA609 foi o primeiro helicóptero civil com rotor inclinável. Foi totalmente concebido em um Projeto Baseado em Modelos.
- Compare com a modelagem com objetos físicos do helicóptero XV-3.
- Prototipagem:
- Storyboards: são uma série de ilustrações gráficas ou imagens com a finalidade de visualizar um vídeo, site, programa de software, ambiente, experiência do usuário. Storyboards mostram como a solução aparece para o usuário a medida que ele interage com ela destacando quaisquer problemas.
- Análise de soma dos números: Às vezes o trabalho de desenvolvimento pode ser simples como somar o peso de todos os componentes de uma solução para ver se o peso total cumpre os requisitos. Da mesma forma, você pode adicionar-se o custo de todas as partes para obter um custo total.
Construir um protótipo
Um protótipo é uma versão de funcionamento de uma solução. Muitas vezes, um projetista faz um protótipo com materiais diferentes do que a versão final, e geralmente não é tão bem acabado. Os protótipos são um passo fundamental no desenvolvimento de uma solução final, permitindo ao projetista testar como a solução funciona e até mesmo obter realimentação (feedback) dos usuários.
Teste e reprojeto
O processo de projeto envolve múltiplos ciclos em torno de sua solução final. Você provavelmente vai testar a sua solução - encontrar problemas e fazer as mudanças - testar a sua nova solução - encontrar novos problemas e fazer as mudanças - e assim por diante, antes de chegar ao projeto final. Ver os ciclos do BA609 (Traduzido).
Registro de Patentes
Solicitar o registro de patentes dos diversos desenvolvimentos que implicaram em invenções ou modelos de utilidade. A Patente é um título de propriedade temporária sobre uma invenção ou modelo de utilidade, outorgados pelo estado aos inventores ou autores detentores de direitos sobre a criação. A proteção conferida pela patente é um instrumento valioso e imprescindível para que a invenção e a criação industrializável se torne um investimento rentável.
- Patente de Invenção (PI): Produtos ou processos que atendam aos requisitos de atividade inventiva, novidade e aplicação industrial. Sua validade é de 20 anos a partir da data do depósito
- Modelo de Utilidade (MU): Objeto de uso prático, ou parte deste, suscetível de aplicação industrial, que apresente nova forma ou disposição, envolvendo ato inventivo, que resulte em melhoria funcional no seu uso ou em sua fabricação. Sua validade é de 15 anos a partir da data do depósito.
- Ver a lista das patentes do BA609.
- Aircraft with Integrated Lift and Propulsion System, Abe Karem
- Tilt-rotor aircraft, Robert Graham Burrage
- Method for Suppressing Vibration in a Tiltrotor Aircraft,James A. Wilson et al
- Torsionally de-coupled engine mount system, John V. Howard et al
Comunicação dos Resultados
Para completar um projeto, é importante comunicar seus resultados para outras pessoas em um relatório final. Também é fundamental documentar bem suas soluções de modo que eles podem ser produzidos em escala e feita posteriormente sua manutenção. Ver exemplos:
- Folheto com os dados básicos do helicóptero BA609
- Relatório técnico
- Apresentação em conferência
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.