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CONTRIBUIÇÃO DA TOLERANCIA
DIMENSIONAL NO PROCESSO DE
DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO
Roderlei Camargo (UNIMEP)
Alvaro Jose Abackerli (UNIMEP)
Para se competir nos dias atuais, é necessário o desenvolvimento de
melhores produtos, com custos menores e qualidade superior que os
concorrentes, assim como a necessidade cada vez maior de respeitar o
meio ambiente. Além disto, esses proddutos simples, seguros e
inequívocos, precisam ser desenvolvidos em tempos cada vez menores.
Sendo assim, foca-se neste trabalho a importância da tolerância no
processo de desenvolvimento do produto, capaz de atender aos
requisitos anteriormente mencionados, na mesma razão de
importância, em que o gerenciamento das variações geométricas
assumem no projeto do produto, num contexto de engenharia
simultânea, em que engenheiros e projetistas precisam gerenciar as
tolerâncias geométricas e dimensionais e saber quais informações
contribuem para esta determinação. Neste trabalho será feita uma
abordagem dando uma visão geral sobre análise e síntese de
tolerâncias em engenharia mecânica, especialmente sobre a
otimização das especificações de tolerâncias, por intermédio de seis
principais estratégias, quais sejam: Tolerâncias, Análise de tolerância,
Síntese de tolerância e otimização, Alargamento da tolerância,
Desvinculação da tolerância e Prevenção da tolerância. Quanto aos
benefícios decorrentes da correta utilização de sistemas de tolerâncias,
o mais importante reside no fato de que, com a integração dos métodos
de análises mencionados, dará ao engenheiro projetista a possibilidade
de selecionar cada método, no estágio certo do projeto, a fim de obter
as informações necessárias atualizadas, promovendo a integração da
engenharia dimensional com o projeto do produto e projeto do
processo, dentro do ciclo de vida do produto.
Palavras-chaves: Tolerância, Análise de tolerância, Síntese da
tolerância, Otimização da tolerância
XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão.
Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009
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1. Introdução
A crescente exigência em termos de custo, tempo de entrega e qualidade, do atual
mercado globalizado e competitivo, impõe as empresas o desafio de responderem de forma
rápida e eficiente, com a busca de melhores produtos, mais atraentes, personalizados, mais
acessíveis, mais robustos, multifuncionais, mais confiáveis e principalmente, lançados no
nicho de mercado muito antes da concorrência. Afirma Giordano et al. (2008), que para
materializar as exigências acima, significa responder de forma rápida e eficaz, a
questionamentos sobre estilo, durabilidade, funcionamento, segurança e custos destes
produtos. Estas respostas resultam de grandes esforços de engenharia integrada por meio de
grupos especialistas em concepção de projeto, desenvolvimento de produto, protótipo, testes
de engenharia e manufatura, sendo utilizadas diferentes tecnologias digitais e novas técnicas
de engenharia off-line. O futuro deve mostrar uma nova realidade, onde novas respostas serão
evidenciadas por sistemas de engenharia integrados, cuja base esta na combinação de
protótipos físicos e virtuais, fazendo parte da fase de desenvolvimento de um produto, sendo
que a adoção do sistema de tolerâncias na fase inicial do projeto, postulado por Dantan et al.
(2008), passa a ser uma atividade chave no desenvolvimento avançado do produto, podendo
se constituir em vantagem competitiva no próprio desenvolvimento, permitindo avaliar
diferentes configurações do produto, objetivando um projeto otimizado sob aspectos de
funcionalidade, segurança e custo. A adoção de sistemas de tolerâncias na manufatura permite
simular o processo de fabricação com a eliminação das perdas de material e buscando a
otimização do emprego de máquinas, ferramentas e dispositivos, reduzindo drasticamente os
custos de produção. Com relação aos testes de engenharia, permite antecipar os resultados que
seriam obtidos com protótipos físicos, reduzindo a quantidade do número de testes, os quais
respondem pela maior parte dos custos de desenvolvimento de novos produtos.
Para melhorar a qualidade de um produto, o problema da tolerância não pode ser visto de
forma isolada, assim como considerações paralelas também devem ser levadas em conta,
como a rigidez estrutural, a deformação elástica de peças de máquinas, a estrutura da
construção, o processo de fabricação e manufatura, a montagem dos componentes e o uso do
produto no mercado. Então, conforme Hochmuth et al. (1998), a otimização multicritério
surge como uma alternativa capaz de integrar estes fatores, via controle das restrições de
tolerância. A conseqüência para com o produto decorrente da aplicação desta tolerância, deve
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ser investigada pelo engenheiro projetista durante o processo de projeto em cada fase do
desenvolvimento do produto. Por isso, a inclusão de ferramentas computacionais integradas a
engenharia off-line, com arquitetura classe mundial para apoiar as atividades de criação de um
produto, em cada etapa do processo, ajudam a resolver os problemas de desenvolvimento do
produto. Entende-se como engenharia off-line de projeto e fabricação classe mundial, as
seguintes ferramentas tecnológicas: FMEA (Analise do modo de falha e seus efeitos) de
sistema, de projeto, de projeto e ecológico; FMECA (Analise critica do modo de falha e seus
efeitos); TRD (Projeto robusto de Taguchi); DRBFM (Revisão de projeto baseado em
critérios de falha); FTA (Analise da causa raiz); EQFD (Desdobramento avançado da função
qualidade); AGF (Analise dos geradores de falha); TRIZ (Teoria da solução inventiva de
problemas); WOIS (Estratégia de inovação de orientação contraria).
Neste contexto, este trabalho descreve a importância da tolerância, sob o ponto de vista
da engenharia dimensional, focando a tolerância integrada ao processo de desenvolvimento
de um novo produto, evidenciando as estratégias: Tolerâncias, Análise de tolerância, Síntese
de tolerância e otimização, Alargamento da tolerância, Desvinculação da tolerância e
Prevenção da tolerância.
2. Tolerância no processo de desenvolvimento do produto
Afirma Weckenmann (2008), que ao integrar desenho, engenharia e manufatura sob
um mesmo teto, consegue-se produzir de acordo com as necessidades do cliente e sob
conceitos mais exigentes de produção, graças as recentes pesquisas em metrologia e sistemas
de tolerâncias principalmente, que é o foco da tríade formada pelo projeto, fabricação e
controle de qualidade. Os fatos demonstram que os processos de fabricação estão retornando à
idéia básica de que o produto é o centro do processo produtivo, e que para isso, se requer
sistemas que permitam unir as áreas de engenharia com a parte administrativa e fabril, as
quais estiveram sempre separadas. E que no final, possibilita que toda a rede humana da
empresa, possa participar do processo de desenvolvimento do produto simultaneamente,
auxiliado pela engenharia off-line de projeto e fabricação classe mundial, sendo também
possível achar a melhor solução de um requisito de projeto. Isto pode ser feito por meio da
integração das ferramentas de síntese e analise multicritério no domínio da engenharia
preventiva, sendo considerado neste campo, conforme Meerkamm & Hochmuth (1998) apud
Hochmuth et al. (1998), os critérios formados por tolerância, cálculo da rigidez estrutural e
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otimização. As tolerâncias têm um papel fundamental na engenharia dimensional, pois não
existe processo de fabricação isento de desvios. Além disso, tolerâncias bem definidas
garantem a intercambiabilidade das peças, sendo considerada em alguns segmentos fabris,
como uma estratégia de manufatura. Os sistemas especialistas estão ficando cada vez mais
complexos no que tange ao desenvolvimento de projetos de engenharia e como conseqüência,
há uma tendência de decréscimo das zonas de tolerâncias, o que é uma maneira errada, afirma
Meerkamm (1998) apud Hochmuth et al. (1998). Devido as variações da cadeia do processo
de fabricação, a solução eficaz consiste em aumentar as especificações da tolerância
mantendo a função correta, o que significa tornar o projeto mais robusto. A tolerância de
acoplamento (folga e desvio) e o cálculo da rigidez estrutural (deformação elástica,
desconsiderando as influências térmicas) de um produto, conferem uma correlação orientada a
uma influência de análise multicritério. Conseqüentemente, se for aplicado um controle de
restrição de tolerância, possibilita ao engenheiro projetista, conceber um modelo de cálculo
mais próximo da realidade. Danckert et al. (1993), Mannewitz & Simunovic (1996) apud
Hochmuth et al. (1998) sugerem que, quando se discute os desvios de um produto, como parte
do gerenciamento da qualidade, há que se observar quatro fases que estão interligadas: Projeto
(processo de projeto),
Manufatura (construção da
estrutura e processo de
fabricação), Montagem
(dos componentes)
e Uso (pelo cliente final).
A figura 1 denota a
influência da tolerância no
processo de
desenvolvimento do produto, sendo evidenciados os desvios dos produtos nas diversas fases
citadas.
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Figura 1 – Tolerância no processo de desenvolvimento do produto
(Adaptado de Mannewitz 1993, Schrems 1998, Meerkamm & Weber 1993, Pahl & Beitz 2003)
Na fase de projeto, os requisitos do produto que estão listados no caderno de requisitos
obrigatórios, durante a fase de planejamento, exercem grande influência para uma solução
assertiva no processo de projeto (por exemplo: a suavidade e ruído de engrenamento, as folgas
e a alternância da precisão entre as peças de uma máquina), sendo possível prever estes
desvios por intermédio de alguns métodos de cálculos ou mesmo simulações, referente a
influência destes desvios no projeto, a saber: Simulação de Monte Carlo, calculo da relação de
erro, estatística e aritmética (integral Gaussiana e calculo da cadeia de tolerância para
elementos 1D, 2D e 3D), problemas envolvendo equacionamento linear e não linear e a
arquitetura de construção, que pode ser integral quando a montagem do produto é feita
formando uma peça única (processos de solda) ou diferencial quando a montagem do produto
é feita considerando as peças como elementos isolados. Dantan et al. (2003) ressaltam a
importância da fase de projeto com relação aos aspectos de tolerância, uma vez que os
parâmetros de tolerâncias influenciam ambos, a performance do projeto funcional e os custos
de produção, por isso, as tolerâncias são os elementos chaves para a integração do projeto.
Na fase de manufatura, preconizado por Schrems (1998) apud Hochmuth (1998), as
tolerâncias geométricas são uma das principais razões para os problemas da qualidade na
produção industrial, sendo evidenciada pelas diversas distribuições de produção e tendência,
principalmente as que envolvem grandes lotes do processo industrial de fabricação, conforme
processamento estocástico ou sistemático. Segundo Mannewitz (1993) apud Hochmuth et al.
(1998), estas distribuições resultam dos cinco fatores “M” do diagrama de causa e efeito
(Ishikawa): Máquina, Material, Método, Homem e Meio Ambiente, apontados em diversos
formulários e influenciando a curva de tendência do processo. Assim por exemplo, tem-se a
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influência da pressão e das tensões térmicas nos processos de fabricação, como em processos
de soldagens e moldes plásticos de injeção, o que resulta em distorção ou mesmo
empenamento das peças usinadas, prejudicando a qualidade final do produto e alterando
significativamente o seu custo. Também afirmam Dantal et al. (2008), corroborando com a
argumentação da menção do custo como fator decisivo na definição da aprovação do produto,
pois é aceito que a fase conceitual e a fase do projeto preliminar, são as duas fases mais
criticas dentro do processo de desenvolvimento de um produto, sendo que mais de 75% do
custo total de um produto, é atribuído as decisões feitas durante a fase conceitual e a fase do
projeto preliminar. As decisões e informações geradas durantes estas fases, têm grande
impacto nas fases sucessivas, sendo que estas fases iniciais do projeto apontam para o uso de
metodologias que permitem o gerenciamento das informações, avaliação da
manufaturabilidade e produtibilidade, planejamento preliminar do processo e estimativa do
custo do produto. Então, o conceito e o projeto preliminar precisam estar integrados com as
atividades de manufatura, por intermédio do gerenciamento das informações das variações
geométricas e atividades de tolerâncias.
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Na fase de montagem, para Meerkamm & Weber (1993) apud Hochmuth et al. (1998),
a precisão dos componentes variam de acordo com a tolerância auferida e depende do nível
da automação e do tipo de montagem (automática, manual ou seletiva) requeridas (figura 1).
Então para a montagem automática, a zona de tolerância deve ser bem menor do que para a
montagem seletiva, o que exerce influencia no custo, na intercambiabilidade e no projeto para
manufatura e montagem (DFMA), demonstrando com isto, se o projeto atende as exigências
para uma solução ótima ou solução robusta insensível a variações.
Na fase do uso, citado por Schrems (1998) apud Hochmuth et al. (1998), quando se
foca o uso de um produto (figura 1, exemplificando uma furadeira industrial), diversos fatores
são relevantes para um perfeito funcionamento e conseqüente durabilidade deste produto, cujo
desempenho tem uma relação direta com o sistema de tolerância auferido, quais sejam: o
funcionamento (rotação) suave e silencioso, a deformação elástica, os desvios provocados por
influências térmicas e dinâmicas, as vibrações, o desgaste e a eficiência. Um exemplo pratico
destas não conformidades são os desbalanceamentos das peças de máquinas de alta
velocidade e da sobreposição dos desvios de sistemas complexos móveis (suspensão da roda
de um automóvel), que provocam grandes oscilações influenciando o conforto interno.
3. Estratégias de otimização de tolerâncias e especificações : Uma visão geral
Creveling (1997) e Hochmuth et al. (1998), propuseram seis abordagens estratégicas
para aumentar a qualidade, a economia e a robustez dos produtos (o termo robustez é definido
como uma medida de insensibilidade de um produto para com os desvios inerentes ao
processo de fabricação), mediante o desenvolvimento de sistemas técnicos na direção de
melhoria, cuja tendência conduz a produtos com um grau mais elevado de eficiência, quais
sejam: Tolerâncias, Análise de tolerância, Síntese de tolerância e otimização, Alargamento da
tolerância, Desvinculação da tolerância e Prevenção da tolerância.
3.1 – Tolerancias
Os itens de um componente, que são importantes para sua função, devem ser tolerados
pelo tipo e pelo valor da sua tolerância, para que seja assegurada a função correta das peças
que fazem parte do acoplamento. Na literatura são encontrados diversos métodos para auferir
a tolerância de superfícies geométricas de peças, porém, quando for necessário promover um
ajuste (de folga ou interferência) no conjunto montado, é necessário fazer uma combinação de
tolerâncias, de modo a garantir o ajuste e também os requisitos deste ajuste, traduzidos em
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features de projeto. Estas features representam recursos internos do sistema CAD, que
facilitam a inserção das diversas tolerâncias, na superfície do modelo matemático, atuando
com orientação a objeto, sendo portanto, dotado de orientação paramétrica e variacional,
ressaltando os requisitos de projeto, o resultado em forma de tipo de ajuste e o acoplamento.
3.2 – Analise da tolerancia
A análise de tolerância é uma ferramenta quantitativa para prever a acumulação da
variação em montagens. Conforme Chase et al. (1997), a análise de tolerância acopla a
capabilidade da manufatura e os requisitos de performance dentro de um modelo de
engenharia, provendo um ambiente comum de integração onde o projeto e a manufatura
podem interagir e avaliar quantitativamente os efeitos dos seus respectivos requisitos. Este
ambiente formado pela tolerância de montagem, tolerância do componente e analise de
tolerância de montagem, faz aderência a engenharia simultânea e provê uma ferramenta para
aumentar a performance e reduzir o custo do produto, pois integram os requisitos de
performance e os requisitos de manufatura, formando o modelo de engenharia. A analise de
tolerância estima os efeitos da variação da manufatura sobre as dimensões da montagem do
produto, ou seja, a dimensão dos comprimentos e dos ângulos envolvendo duas ou mais peças
diferentes. A analise de tolerância provê uma ligação importante entre o projeto de engenharia
e a manufatura, sendo uma ferramenta que quantifica o efeito da variação da montagem dos
componentes sobre as especificações de performance, figura 2, Chase et al. (1997). A
estratégia de manufatura deste modelo, é definida conforme os requisitos competitivos que se
deseja priorizar, apertando o conjunto de atividades inerentes ao projeto de engenharia ou
afrouxando as atividades inerentes a manufatura.
Figura 2: Tolerâncias - Ligação crítica entre Projeto e Manufatura
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A análise de tolerância pode ser dividida em análise das partes internas e análise sobre
todas as partes de uma peça (produto ou componente), seguido da conseqüente síntese e
otimização da tolerância. Concordam com a teoria da analise de tolerância, os autores
Meerkamm & Hochmuth (1998) apud Hochmuth et al. (1998), e com relação a teoria da
otimização da tolerância, os autores Chase & Greenwood (1988). Após a análise da tolerância
sobre todas as partes da peça, cada parte com as devidas zonas de tolerâncias modificadas,
devem ser calculadas novamente, porem, considerando a analise de partes internas da peça.
Concluído esta iteração via checagem das características relevantes, procede-se a síntese e
otimização da tolerância, cujo principio, por ser um método promissor de alocação de
tolerância, utiliza as técnicas de otimização para atribuir tolerâncias aos componentes, tais que
os custos de produção de uma montagem sejam minimizados. Isto é realizado pela correta
definição de uma curva de custo versus tolerância, de cada componente desta montagem.
Neste método, a otimização do algoritmo estocástico, varia a tolerância de cada componente e
pesquisa sistematicamente pela combinação de tolerância que melhor minimize o custo. Em
resumo, a análise de tolerância é uma função inerente ao processo.
3.2.1 – Analise de Tolerância Interna da Peça
A análise de tolerância interna da peça tem seu foco na acuracidade (precisão) dos
processos de fabricação, das máquinas, da combinação de seqüências de processos e da
economia dos processos. Previsões relacionadas com a acuracidade dos processos de
fabricação, somente podem ser feitas via incertezas de fabricação ou de manufatura, sendo
que para auxiliar o engenheiro projetista na busca de informações acerca da acuracidade dos
processos (por exemplo: distorções e incertezas), os métodos de calculo e de simulação são
uma boa opção, considerando a existência de um modelo matemático CAD tridimensional,
que constitui a base deste desenvolvimento.
3.2.2 – Controle das Restrições de Tolerâncias
O engenheiro projetista precisa prever a rigidez estrutural e a deformação elástica
(excluindo a termo-deformação) dos componentes, pois, a deformação resultante de forças e
momentos em condições de funcionamento, assim como a tensão residual de um ajuste
prensado, por exemplo, podem ocorrer de forma simultânea. Deslocamentos na região de
contato têm sua origem nas especificações de tolerâncias e na deformação dos componentes
acoplados (condição da compatibilidade).
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3.2.3 – Analise de Tolerância sobre Todas as Peças
O cálculo da cadeia de tolerância sobre todas as peças, fornecerá as respostas do grau
de influência que cada tolerância exerce para com o todo, sendo realizado em cada ponto de
operação do produto. Comenta Salomons et al. (1995), que primeiramente é importante
conhecer a estrutura do produto, isto inclui os elementos manufaturados internamente (make)
e os outros elementos que serão comprados externamente (buy), sem contudo deixar de lado
as dependências de montagem entre estes componentes, advindos dos acoplamentos e ajustes
entre as diversas peças, assim como as tolerâncias estabelecidas. O conhecimento da estrutura
do produto e a correta definição dos componentes da arvore de dependência, determinam uma
estratégia de manufatura que pode beneficiar os negócios da empresa, permitindo a abertura
da tolerância e da respectiva cota de cada tolerância, o que se traduz em redução de custo. Já
as cadeias de tolerâncias devem ser calculadas em cada ponto importante do trajeto
cinemático do produto, dependendo das circunstancias operacionais (por exemplo, condições
térmicas), via calculo aritmético ou por meio de métodos estatísticos, dependendo da filosofia
empregada, mas sempre fundamentado em um sistema de simulação multicorpos.
3.3 – Sintese de tolerância e otimização
Conforme Song et al. (2007), existem varias técnicas para a determinação da síntese de
tolerância, algumas delas postuladas pelos seus respectivos autores, Sutherland et al. (1975)
apud Prabhaharan et al. (2005), focaram na formulação de uma atribuição de tolerância como
um problema de otimização irrestrito e sua solução em malha fechada, Ostwald et al. (1977) e
Sunn et al. (1988) apud Song et al. (2007), introduziram uma técnica baseada em uma
programação integral para otimização do custo da tolerância levando em conta a tolerância de
montagem, Chase and Greenwood (1988) apud Prabhaharan et al. (2005), introduziram um
modelo recíproco com dados empiricos melhorados promovendo o ajuste da capabilidade,
Lee and Woo (1989) apud Prabhaharan et al. (2005), apresentaram um modelo discreto de
custo de tolerância associado a um método de otimização de tolerância, usando um índex de
confiabilidade e uma programação integral para eliminar o erro de modelamento, Tang et al.
(1988) e Kaushal et al. (1992) apud Song et al. (2007), propuseram uma regra baseada em
abordagem da tolerância com relação ao intervalo de confiança e na tolerância de montagem,
Manivannan et al. (1989) apud Song et al. (2007), desenvolveram uma técnica com uma
abordagem baseada no conhecimento, provendo uma capabilidade na definição de regras
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efetivas para o projeto do produto e processo, de forma integrada, Lu et al. (1989) apud Song
et al. (2007), usaram a inteligência artificial para otimizar a síntese de tolerância, Kalajdzic et
al. (1992) apud Song et al. (2007), propuseram uma regra com base nos features do modelo
matemático CAD/CAM, Dong et al. (1994) apud Prabhaharan et al. (2005), propuseram
varios modelos de custo de tolerância para diversos processos de fabricação, Ji et al. (2000) e
Shan et al. (2003) apud Song et al. (2007), valendo-se dos sistemas especialistas e da
inteligência computacional, determinaram o processo de tolerância e sua respectiva
otimização, via algoritmo genético, e finalizando, Prabhaharan et al. (2005), desenvolveram
uma abordagem metaheurística denominada de colônia de algoritmos contínuos (CACO), que
é uma ferramenta de otimização para minimizar os desvios críticos dimensionais e atribuir a
tolerância ótima baseada no custo. A síntese de tolerância é um procedimento inverso de se
determinar as tolerâncias individuais das peças, sendo que a sua soma vai de encontro com a
especificação de tolerância da montagem, ou seja, ela é oriunda dos requisitos de projeto,
considerando que a magnitude da tolerância dos componentes para cumprir este requisito é
desconhecida. Este trabalho de síntese e atribuição de tolerância num esforço conjunto para
atender as especificações de montagem, pode ser frustrado assim como pode exigir grande
quantidade de tempo do engenheiro projetista. Tolerâncias críticas em montagens mecânicas
são no geral, o resultado da somatória de tolerâncias ou a acumulação de tolerâncias na
montagem das peças. A variação resultante de folgas, ajustes com interferência, folgas para
lubrificação e elementos terminais, dependem da variação de cada uma das peças dos
componentes da montagem. A tolerância de montagem é geralmente especificada com base
nos requisitos de performance, enquanto as tolerâncias dos componentes estão relacionadas
intimamente com a capabilidade do processo produtivo. O maior problema comum na
especificação de tolerância por parte dos engenheiros projetistas é com relação a atribuição de
tolerância, que vem a ser a distribuição da especificação da tolerância de montagem entre os
componentes da própria montagem. Chase et al. (1997), consideram a síntese de tolerância
uma ferramenta intimamente relacionada a análise de tolerância, porém trabalha na direção
oposta. A atribuição de tolerância determina um conjunto adequado de tolerâncias de
componentes, para satisfazer a variação dos limites especificados da montagem. Fazendo uma
comparação, a análise de tolerância estima a porcentagem de rejeição oriunda da variação da
especificação dos componentes, enquanto a atribuição de tolerância determina um conjunto de
tolerâncias de componentes contendo as especificações admissíveis do limite de rejeição.
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Tanto a análise de tolerância quanto a síntese de tolerância, capacitam o engenheiro para
incorporar os efeitos da variação da manufatura já nas fases iniciais do projeto do produto.
3.4 – Alargamento da tolerância
O Alargamento da tolerância é uma das abordagens estratégicas propostas por
Hochmuth et al. (1998), com o escopo de aumentar a qualidade e a insensibilidade de um
produto, para com os desvios inerentes ao seu processo de manufatura. Nesta linha de
raciocínio, é proposto uma ampliação da zona de tolerância, sem prejuízo do nível de
qualidade e tornando-a mais econômica, por intermédio de quatro abordagens, quais sejam:
1) Fator de alargamento; 2) Princípio “máximo material“; 3) Elementos de maquinas
especiais; 4) Definições estáticas (graus de liberdade).
3.5 – Desvinculação da tolerância
Danckert & Landschoof (1993) apud Hochmuth et al. (1998), descrevem a
Desvinculação da tolerância como uma estratégia para reduzir o numero de itens tolerados
dentro de um projeto, fazendo a separação ou mesmo reduzindo a cadeia de tolerância, ao
mesmo tempo em que a solução para o problema de função, se dá pelo entendimento do
fenômeno físico, exemplificando o caso do eixo e do furo, surge uma cadeia de tolerância
onde o calculo do acoplamento é relativamente simples, existe somente dois elementos para o
calculo da tolerância dimensional. Ainda conforme Danckert & Landschoof (1993) apud
Hochmuth et al. (1998), uma possibilidade de separar a cadeia de tolerância, é usando os
efeitos físicos de outras disciplinas, por exemplo: mecânica pura, mecânica dos fluidos,
termodinâmica e componentes de software contendo lógica de controle de elementos, para
resolver funções elementares da estrutura da funcional.
3.6 – Prevenção da tolerância
O termo prevenção da tolerância diz respeito a uma estratégia de poupar ou mesmo
não especificar as tolerâncias, no domínio da ideação heurística da engenharia dimensional,
por intermédio das novas técnicas inovadoras de engenharia: WOIS (contrary oriented
innovative strategy) e TRIZ (theory of inventive problem solving). Um bom exemplo desta
estratégia evidenciando a quebra ou aparamento da superficie (trimming) de um produto,
denominado de biela automotiva, e sendo construído em uma única peça maciça, a qual pelo
efeito do corte via cisalhamento da superfície do sobremetal formado, não foi necessário
especificar nenhuma tolerância para as duas peças, pois as superfícies aparadas combinam-se
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exatamente, formando um micro ajuste sem folga. Algumas providências de preparação para
esta operação foram necessárias, para garantir o perfeito ajuste entre as duas peças aparadas,
por exemplo, um processo de trimming surface, seguido da usinagem final, o que garante a
exatidão do ajuste final. Com esta mudança de paradigma, foi possível eliminar a operação de
retífica plana e cilíndrica das duas peças sobressalentes, o que colaborou com a redução de
custo, pelo uso da estratégia prevenção da tolerância. Preconizado por Terninko et al. (1998),
a TRIZ é um acrônimo para “Teoria da Solução Inventiva de Problemas” e seu criador foi
Genrikh Saulovich Altshuller, sendo uma metodologia sistêmica cuja orientação ao ser
humano é baseada no conhecimento, para a posterior solução inventiva de problemas. O pilar
da TRIZ é a realização de que contradições podem ser resolvidas metodologicamente por
intermédio da aplicação de soluções de invenções inovadoras. O termo conhecimento é usado
porque a TRIZ contém heurísticas orientadas para a resolução de problemas, sendo que as
fontes de informações originais são patentes, faz uso das descobertas das ciências naturais e
na engenharia com, o objetivo de resolver problemas e também orienta o levantamento e
utilização de conhecimentos no domínio do problema genérico ou especifico a ser
solucionado. No caso especifico da aplicação da metodologia TRIZ na engenharia
dimensional, a partir de um problema especifico envolvendo uma cadeia de tolerância, o
engenheiro projetista de posse das ferramentas para analise da situação problemática, formula
um problema de ordem dimensional, para então realizar a abstração, chegando a um problema
de ordem genérica. Segue com a utilização de outras ferramentas para a ideação, com o
escopo de atingir a uma solução genérica, que necessita ser particularizada ou adaptada para
chegar a uma solução específica, que possa resolver os conflitos na visão de projeto e
processo, ou seja, atendendo aos interesses da função do produto, assim como, reduzir os
custos inerentes ao processo de fabricação. O importante nesta abordagem é a quebra de
paradigma, trocando de tecnologia ao invés de otimizar a tecnologia, fazendo com que seja
mudado o modelo mental do profissional que esta desenvolvendo esta metodologia, de forma
a privilegiar os princípios inventivos da concepção de novas técnicas de fabricação e
montagem, o que pode favorecer o sistema de tolerância que está sendo concebido, com
relação ao custo e a capabilidade do processo. Esta metodologia pode ser expressa em etapas,
quais sejam: 1 - Problema específico; 2 - Abstração; 3 - Problema genérico; 4 - Resolução; 5 -
Solução genérica; 6 - Particularização; 7 - Solução especifica.
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Outro método que faz aderência a estratégia de prevenção da tolerância é o WOIS, de
acordo com Linde (1993) apud Hochmuth et al. (1998), cujos princípios que norteiam esta
metodologia se assemelham muito com a TRIZ. A WOIS é um acrônimo para “Estratégia
Inovadora de Orientação Contraria”, privilegiando a criatividade por meio de contradições ou
oportunidades alternativas, que levam a inovação, porém com utilidade e maximizando o
valor agregado do produto, o qual o cliente reconhece. A contrariedade é uma declaração de
conformidade com os atributos aparentemente incompatíveis ou opostos, onde a resolução
desta contrariedade é um dos processos por intermédio dos quais a idealidade pode ser
aumentada. O conceito de idealidade na engenharia dimensional, refere-se á observação de
que os sistemas de tolerâncias evoluem, considerando um horizonte temporal, no sentido do
aumento da valoração das cotas úteis e da diminuição das cotas inúteis, maximizando o valor
para com a função ou requisito do produto, o que para a fabricação se traduz em aumento dos
índices “Cp” e Cpk” do processo de manufatura. Em um dimensionamento podem ocorrer
contrariedades técnicas e contrariedades físicas. A contrariedade técnica ocorre, quando
existem conflitos entre dois parâmetros de tolerâncias, sendo que as tentativas usuais para
melhorar um deles, pioram o outro, exemplificando: a relação peso e potência em motores
automotivos, a relação resistência estrutural mecânica e peso em uma asa de avião. A
contrariedade física ocorre em níveis contraditórios de um mesmo parâmetro de tolerância,
correspondendo as contradições físicas, o que significa dizer que um mesmo parâmetro pode
ser: alto ou baixo, presente ou ausente, grande ou pequeno, funcional ou não funcional.
4 – Conclusão
Apresentou-se neste trabalho uma visão geral envolvendo os problemas de tolerâncias,
evidenciados pelos seis tipos de estratégias: Tolerâncias; Análise da tolerância; Síntese da
tolerância e otimização; Alargamento da tolerância; Desvinculação da tolerância e Prevenção
da tolerância, com a finalidade de tornar mais econômico as especificações de tolerâncias. Os
argumentos apresentados denotam a necessidade do acoplamento da analise de tolerância e da
analise do calculo da rigidez estrutural, visando a obtenção potencial de uma otimização
multicritério do produto, pois o problema de tolerância não pode ser visto de forma isolada.
Neste sentido, o controle das restrições de tolerância é uma alternativa que favorece o
calculo via método dos elementos finitos.
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Sob o ponto de vista da engenharia dimensional, a incorporação dos métodos de
analise e síntese mencionados, dentro do ciclo de vida do produto, refletem a importância da
tolerância, integrada ao processo de desenvolvimento do produto, presente em todas as macro
fases, e faz aderência a engenharia simultânea, possibilitando que as empresas adotem as
melhores praticas para o desenvolvimento do produto, objetivando atingir a excelência
competitiva no projeto do produto e no processo de produção. Visto isto, a engenharia
dimensional é uma ferramenta que orienta o uso adequado de sistemas de tolerâncias, com
uma correta viabilidade de produção, reduzindo assim os custos ao incluir os requisitos de
manufatura já no projeto do produto.
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