Eng. reversa cad - cam

Eng. reversa cad - cam

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Revista da Unifebe (Online) Artigo Original ISSN 2177-742X

Claudiomar Ponticelli1 Cássio Aurélio Suski2

RESUMO: A manufatura convencional, ou seja, oposto a Engenharia Reversa, tem gerado muitos empecilhos. Atualmente, com alta competitividade e economia globalizada um número crescente de organizações têm buscado alternativas para a melhoria no processo de desenvolvimento de seus produtos. Tal busca resultou na tecnologia da Engenharia Reversa, que consiste em produzir novas peças, produtos ou ferramentas a partir de modelos ou componentes existentes. Sua principal aplicação está relacionada à atividade industrial. A busca pelo aumento da competitividade gera a necessidade cada vez maior de se reduzir tempos e custos, sem comprometer a qualidade do produto. Neste contexto, a Engenharia Reversa entra como uma das tecnologias que possibilitam tornar os sistemas produtivos mais ágeis e flexíveis. Os recursos CAD (Computador auxiliando o desenho)/CAM (Computador auxiliando a manufatura)/CAE (Engenharia Auxiliada por Computador) e prototipagem rápida geram o intercâmbio de áreas, que juntos completam a poderosa tecnologia chamada Engenharia Reversa. O objetivo do artigo é perceber a aplicação de modelos eficazes de gerenciamento, que buscam a redução do tempo de desenvolvimento, diminuição dos custos de projeto e produção, e o aumento da qualidade do produto, enfocando a satisfação do cliente. Desta forma este artigo fará uma pesquisa qualitativa através da revisão bibliográfica do assunto a fim de disseminar os conhecimentos dos vários autores estudados.

PALAVRAS-CHAVE: Manufatura convencional. CAE/CAD/CAM. Prototipagem rápida. Competitividade.

ABSTRACT: The conventional manufacture, that is, the opposite Reverse Engineering, has generated many difficulties. Currently, with high competitiveness and global economy an increasing number of organizations has searched alternative for the improvement in the process of development of its products. Such search resulted in the technology of the Reverse Engineering, that consists of producing new parts, existing products or tools from models or components. Its main application is related to the industrial activity. The search for the increase of the competitiveness has a necessity of reducing times and costs, without compromising the product quality. In this context, Reverse Engineering begins as one of the technologies that make possible to become the more agile and flexible productive systems. Resources CAD (Computer assisting the drawing), CAM (Computer assisting the manufacture), CAE (Engineering Assisted for Computer) and fast prototyping generate the interchange of areas that together complete the powerful called technology Reverse Engineering.

1 Especialista em Engenharia de Produção pelo Instituto Catarinense de Pós-Graduação – ICPG.

2 Doutorando em Ciências e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC. Docente do Centro Universitário de Brusque – Unifebe.

The objective of the article is to perceive the application of efficient models of management, that search the reduction of the development time, reduction of the project costs and production, and the increase of the product quality, focusing the satisfaction of the customer. In such a way this article will make a qualitative research through the bibliographical revision of the subject in order to spread the knowledge of some studied authors.

KEY-WORDS: Conventional manufacture.CAE/CAD/CAM.Fast prototyping.Competitiveness.

Introdução

A Engenharia Reversa é um processo de análise de um artefato e dos detalhes de seu funcionamento, geralmente com a intenção de construir um novo aparelho com a mesma função. Faz-se engenharia reversa quando se precisa trocar ou modificar uma peça por outra, com as mesmas características, mas não se tem todas as informações sobre essa peça. Geralmente, trata-se de peças obsoletas sobre os quais não se tem informações suficientes.

Neste trabalho, é apresentada uma revisão bibliográfica descritiva que aborda as vantagens, conceitos e aplicação da Engenharia Reversa, apresentando equipamentos e sistemas específicos usados para sua prática, comparando a manufatura convencional. Além de abordar sobre conceitos e definições de processos tecnológicos que servem de auxílio à Engenharia Reversa, como a tecnologia CAE e prototipagem rápida.

Comparar-se-á a manufatura convencional com a Engenharia Reversa, apresentandose conceitos e funcionamento de ambos, explicando como começa o processo reconstrução de um produto a partir de um modelo, feito através da digitalização 3D, abordando também, sobre o processo de escaneamento a laser, e em seguida, sobre sua tecnologia, relevando o tratamento de imagem através da criação de modelo CAD.

A partir deste ponto, é dada prioridade à tecnologia CAE. Ela não faz parte da

Engenharia Reversa e possui extrema importância, impondo rapidez ao processo, através de seu processo e benefícios.

Finalmente, abordar-se-á como a prototipagem rápida pode ser útil ao desenvolvimento de produtos e manutenção. Sendo feita uma comparação final com a manufatura convencional, e também, citado sobre o conceito e vantagens, além da especificação sobre protótipos, ou seja, a peça física, escaneada por Engenharia Reversa.

Manufatura Convencional

Na criação de uma nova peça através de peças obsoletas na manufatura convencional, é necessário fazer a medição total da peça física com instrumentos precisos para especificação do produto. Com estes dados inicia-se o trabalho de desenho da peça em um software de CAD. Em seguida tem-se a fase de programação da máquina-ferramenta CNC (comando numérico computadorizado) no ambiente de software CAM. O autor Ferneda (1999, p.17) argumenta que:

Até cerca de 30 anos atrás quase todos os desenhos mecânicos produzidos no mundo eram feitos através do processo manual, que apresentava problemas: Baixa produtividade, devido a habilidade de cada desenhista; Erros de representação geométrica e erros de cotas que seriam detectados durante a montagem dos equipamentos.

A manufatura convencional de fabricação de um produto ou ferramental é viável quando alterado e salvo ou arquivado. O processo se complica ainda mais, se houver falta de documentos, dados e desenhos. Fica evidente a complexidade em trabalhar sem possuir a real dimensão e tolerância da peça a ser fabricada. Havendo problemas ainda maiores se o trabalho depender de tolerância e precisão.

Por exemplo, numa fábrica, uma bomba falhou e tem que ser trocada por uma nova. A bomba foi instalada há 25 anos e as pessoas que fizeram o trabalho se aposentaram há muito tempo. A empresa que vendia essas bombas não existe mais. A fábrica tem que encontrar uma nova bomba, com exatamente as mesmas características. A bomba tem que ser montada sobre a tubulação existente (dimensões definidas, como a bomba está fixada, volume ocupado pela bomba, etc.) que são características fáceis de descobrir, mas podem também existir outras menos evidentes (a bomba tem que fornecer uma vazão definida, ela precisa respeitar algumas restrições desconhecidas). A empresa deve avaliar o nível de importância das características da bomba, antes de realizar a compra da mesma (JUNIOR et al., 2005, p.4).

Na realização do processo de medição, existem os gabaritos. Mesmo com toda a instrumentação indicada para o trabalho, existem superfícies da peça que não suportam a medição com estes instrumentos e, neste momento, se inicia o trabalho de medição através dos gabaritos. Normalmente feito de papel grosso ou massa de modelar, aproxima-se do perfil desejado, pois o mesmo possui medidas definidas pelo operador, e pode ser comparado ao perfil da peça, chagando a medida desejada. Nota-se que, havendo uma peça muito complexa ou pesada, maior será a demora para gabaritar e medir.

Após a medição e gabaritagem, inicia-se o trabalho de desenho feito em software

CAD, onde através das medidas retiradas da peça, é desenhada uma cópia idêntica a original. Esse desenho é registrado e arquivado tanto em 2D (bidimensional), para imprimir o desenho com seus devidos detalhes, como em 3D (tridimensional), tal trabalho denomina-se modelagem. A modelagem servirá para montar o programa através da tecnologia CAM no próprio software.

Segundo Nakamura et al. (2003, p. 42) o CAM realiza a programação de todos os tipos de usinagem CNC com mais rapidez e precisão, utilizando um modelo gerado em CAD e otimizando a trajetória da ferramenta. O recurso de simulação gráfica da usinagem permite a verificação de todas as operações envolvidas, através de uma animação tridimensional envolvendo a peça e a ferramenta de corte, eliminando assim a programação de uma trajetória de uma máquina-ferramenta CNC feita manualmente, onde a confiabilidade de usinagem só era alcançada através de longos e caros procedimentos de try-out e depuração do programa.

Após a operação CAM, o programa é convertido em códigos binários que são transmitidos via rede para a máquina-ferramenta CNC, que interpreta os códigos, tarefa conhecida como comando numérico, e realiza a usinagem do material idêntico ao da peça conforme informado. No final do trabalho, tem-se uma peça idêntica a original.

Engenharia Reversa

A Engenharia Reversa é um processo de duplicação de uma peça, de maneira que se possa copiá-la, tanto funcional quanto dimensionalmente, através de medição e avaliação da superfície da peça, com suporte dos dados técnicos da mesma. Podem-se citar alguns conceitos de autores conhecidos:

A Engenharia Reversa é uma metodologia de projeto que atrai grande interesse, pois sua utilização permite a criação de novos produtos em intervalos menores e com maiores possibilidades de sucesso se comparada às metodologias convencionais. O menor investimento financeiro e prazos reduzidos de desenvolvimento já são por si só importantes, mas o fato de lançar um produto novo baseado em algo que já obteve o reconhecimento do mercado é, talvez, o maior dos atrativos, principalmente pela redução dos riscos do investimento feito (NOGUEIRA et al., 2006, p. 02)

Ferneda (1999, p. 05) declara que “Tal processo de duplicação de uma peça, funcional e dimensionalmente, através de exame e medição físicos para desenvolverem-se dados técnicos da mesma de maneira que se possa copiá-la, é chamado de Engenharia Reversa”.

Lima (2003, p.07) conclui que “A Engenharia Reversa é o processo de levantar dimensões, com rapidez e exatidão, determinar padrões geométricos tais como áreas e volumes além de definir as tolerâncias de um modelo existente”.

Com o tempo, todos os tipos de maquinários e peças começaram a passar pelo processo de manutenção, fato na qual com o avanço da mesma, acabou originando a

Engenharia Reversa, não havendo uma data específica. E através dos anos a Engenharia Reversa chegou ao ponto forte e viável, utilizando softwares sofisticados e modernos, junto com instrumentos de medição e equipamentos CNC altamente qualificados.

Para o autor Lima (2003, p. 9) “A Engenharia Reversa subdivide-se basicamente nos seguintes passos: digitalização 3D (Captura de dados); tratamento dos dados coletados; criação de modelo CAD e, quando necessário, prototipagem rápida. Como o próprio nome já diz, o processo se sucede de trás para frente, a partir de um modelo físico já existente é feito um modelo virtual, assim formulando as etapas de engenharia e então a realização do produto. Geralmente, trata-se de peças antigas sobre os quais não temos informações suficientes, onde quem instalou a peça deixou a organização há muito tempo e não tem documentação escrita.

Aplicando Engenharia Reversa na indústria, consegue-se diminuir o ciclo do projeto e manufatura de um determinado produto, desde a criação até a concepção do mesmo. Mantendo baixos custos, alta qualidade e grande competitividade. Garantindo menores custos no desenvolvimento de novos produtos e mais agilidade na resposta às mudanças do mercado. Atendendo a trabalhos do tipo: cópias de produtos existentes; criação de novos produtos; inspeção, correção e melhoria do processo e documentação dos mesmos.

A utilização da Engenharia Reversa englobando técnicas de medição adequadas e ferramentas oriundas dos métodos tradicionais é fundamental para a garantia de resultados confiáveis, em prazos menores e a custos reduzidos. Isto por que as etapas e seus conjuntos de tarefas são discutidos e detalhados, permitindo seguir uma seqüência organizada de passos de forma a manter o pessoal envolvido integrado e devidamente instruído sobre o desenvolvimento do projeto.

Mesmo com tanto potencial a Engenharia Reversa encontra dificuldades, pois está associada a projetos caros e utilização de equipamentos e ferramentas computacionais específicos e de alto custo, além de equipes de projeto fortemente especializadas e qualificadas. Cada empresa deve avaliar se terá ou não retorno positivo antes de implantar a tecnologia da Engenharia Reversa.

Digitalização 3D

De alguma forma, temos que extrair os dados da geometria da peça, sendo ele simples ou complexo. O procedimento utilizado é a digitalização através de elementos em sistemas auxiliados por computador.

O autor Lima (2003, p.23) diz que “A digitalização é o processo de captura de coordenadas de pontos das superfícies da peça. O resultado do processo de digitalização é uma nuvem de pontos 2D ou 3D, armazenados como uma imagem”.

Utilizando a engenharia reversa, o caminho para copiar uma peça antiga é encurtado pelo motivo de se obter uma imagem “quase real” através do escaneamento. Existe, obviamente, um processo de tratamento da imagem escaneada. Ela não sai perfeita diretamente para o trabalho de uma máquinaferramenta. Somente o fato de se ter a imagem digitalizada em pouco tempo está motivando empresas a investirem nesse tipo de processo. Com a ausência do escaner se gasta tempo e material para a criação da peça solicitada. Esse processo de escaneamento chama-se digitalização 3D, representando digitalmente processos de engenharia reversa, medições e inspeções de qualidade (VIEIRA 2008, p. 01).

Obtendo-se equipamentos mais potentes para a instalação do software de tratamento de imagem, pode-se ter pronto um trabalho de dias, em poucas horas.

Escaner

Para a realização da digitalização 3D, existem vários equipamentos capazes de trabalhar capturando imagens desde peças pequenas até maiores dimensões. E trabalhando com operações diferentes como luz, foto-sensores, braços digitais, etc. Independente do modo de trabalho, a idéia de funcionamento é a mesma, conforme Vieira (2008, p.02):

O funcionamento do escaner a laser pode ser comparado a um tubo de raios catódicos, igual aos usados em televisores ou monitores de vídeo. Porém, em vez do feixe de elétrons, o escaner usa um feixe de raios laser. Através de um motor e de um sistema de espelhos, o feixe de laser faz uma varredura do objeto que está a sua frente, com uma cobertura linha por linha, exatamente da mesma forma que um feixe de elétrons varre a tela do cinescópio para gerar uma imagem. Com um sinal de modulação, na reflexão pode-se medir, com precisão, a distância que se encontra o ponto em que ele reflete.

Dessa maneira, qualquer imagem bidimensional varrida pelo escaner, é interpretada tridimensionalmente devido à profundidade capturada pela modulação de sinal.

Para sensoriar essa imagem existe um fotodiodo, que através de um sistema de lentes e espelhos, focaliza exatamente o ponto em que o feixe de laser incide. Com isso, esse fotodiodo recebe a luz refletida do laser, gerando as unidades de informação correspondentes à sua posição e também à distância em que se encontra do aparelho. Em cada varredura de uma linha temos então uma seqüência de pixels que correspondem a pontos do perfil do objeto, incluindo sua distância do scanner, o que permite gerar uma informação binária que corresponde a uma imagem tridimensional (VIEIRA 2008, p.02)

A utilização do escaner é muito mais viável em comparação ao braço e foto-sensores, pois possui todo um mecanismo de funcionamento que além de coletar os dados da superfície da peça de forma bem definida, já possui uma interface mais apurada com o software de modelamento. Enquanto que com o braço e foto-sensores, tem-se o dobro do trabalho para juntar os dados e montar o modelamento.

Tecnologia

A tecnologia de digitalização é totalmente avançada, auxiliada por computadores, equipamentos e softwares, sendo que a composição de tal tecnologia, faz com que o trabalho seja concluído mais rapidamente e com resultados finais muito superiores ao processo manual, melhorando a qualidade e a realização do processo.

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