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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
UMA METODOLOGIA PARA INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM VOLTADA PARA MANUFATURA
REMOTA DE PEÇAS ROTACIONAIS BASEADA NA
INTERNET
Tese submetida à
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
para a obtenção do grau de
DOUTOR EM ENGENHARIA MECÂNICA
ALBERTO JOSÉ ÁLVARES
Florianópolis, outubro de 2005
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ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA
UMA METODOLOGIA PARA INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM VOLTADA PARA MANUFATURA REMOTA
DE PEÇAS ROTACIONAIS BASEADA NA INTERNET
ALBERTO JOSÉ ÁLVARES
Esta tese foi julgada adequada para a obtenção do título de
DOUTOR EM ENGENHARIA
ESPECIALIDADE ENGENHARIA MECÂNICA
sendo aprovada em sua forma final.
Prof. João Carlos Espíndola Ferreira, Ph.D. - Orientador
Prof. José A. Bellini da Cunha Neto, Dr. - Coordenador do Curso
BANCA EXAMINADORA
Prof. João Carlos Espíndola Ferreira, Ph.D. - Presidente
Prof. Lourival Boehs, Dr. Eng.
Prof. Ricardo José Rabelo, Dr.
Prof. Marcelo Teixeira dos Santos, Dr.
Prof. Osiris Canciglieri Junior, Ph.D.
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À minha amada Lillian e aos meus maravilhosos
filhos Manuella, Carolina, Marcos Estevam, João
Alberto e Luis Felipe.
Agradecimentos
Ao Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC por oferecer as condições necessárias para ela-
boração desta tese.
À Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia e ao Departamento de Engenharia Mecânica
por terem aprovado meu afastamento, o que viabilizou minha dedicação integral ao doutoramento.
Ao Prof. João Carlos Espíndola Ferreira pela orientação e apoio.
Aos Bolsistas do Graco, Magno e Jones, e do Grima, Roman, pela valiosa colaboração na imple-
mentação do sistema WebMachining.
À MANET (Rede de Automação da Manufatura) pelo apoio oferecido para elaboração deste tra-
balho.
Ao IFM (Instituto Fábrica do Milênio) e ao CNPq pela disponibilização de três bolsas de iniciação
científica.
v
Abstract
This thesis describes a methodology for CAD/CAPP/CAM integration for the remote manufacture of
cylindrical parts using Internet, especially through the protocols associated with the World Wide Web.
This methodology propost specifies the modules of the system, and how these modules interact with
each other. Described within this work is the architecture for implementing the integrated system
CAD/CAPP/CAM applied to the remote manufacture of cylindrical parts, consisting of a group of
specifications, techniques and algorithms used for the functional definition of the modules of the
system.
This work presents a description of the implementation of the WebMachining methodology and
system (http://WebMachining.AlvaresTech.com) developed in a context of e-Mfg and
Concurrent Engineering, aiming at integrating CAD/CAPP/CAM for the remote manufacturing of
cylindrical parts through the Internet.
The methodology and its implementation are conceived starting from the modelling paradigm
based on synthesis of design features, in order to allow the integration among collaborative design
(WebCADbyFeatures), generative process planning (WebCAPP) and manufacturing (WebTurning).
The system is implemented in a distributed environment of agents (agents’ community), whose
architecture is stratified in three layers: design, Process Planning and Production; being adopted
Knowledge Query and Manipulation Language (KQML) as the language pattern of messages among
the design, process planning and production agents.
In this work a system will be presented, which was developed for the collaborative design of
feature-based cylindrical parts through the Internet, integrated with a CAD/CAPP/CAM system, using
an approach based on multi-agent systems. The information referring to the features is manipulated
through a relational database management system. The Graphic User Interface (GUI) is implemented
in Java and HTML.
The main objective of this research is to develop a methodology and the implementation of a sys-
tem CAD/CAPP/CAM integrated and intelligent, oriented to production of cylindrical parts through
Web. The systems developed starting from this methodology can be applied in the industry and in the
academy. In academic applications it can be used in distance teaching in a context of remote labora-
tories. In industrial applications it can be used as part of a service of rapid prototyping for try-out of
parts or for the supply of functional prototype for the own company or remote customers in a context
of telemanufacturing.
The life cycle of the development of the system WebMachining is based on objects-oriented pro-
gramming. It was also used the modelling methodology IDEF (IDEF0 and IDEF1X) associated to
UML, for designing and implementation of the methodology of the system WebMachining.
vi
Resumo
Esta tese de doutorado apresenta uma metodologia para integração CAD/CAPP/CAM voltada para
manufatura remota de peças rotacionais via Internet, em especial os protocolos associados à World
Wide Web, bem como a implementação de um sistema computacional baseado na arquitetura proposta,
que permitiu a validação da metodologia concebida. Esta metodologia, denominada WebMachining
(http://WebMachining.AlvaresTech.com), descreve uma arquitetura para implementação
do sistema integrado CAD/CAPP/CAM via Web, definindo um arcabouço para um sistema integrado
CAD/CAPP/CAM via Internet.
A metodologia é concebida a partir do paradigma de modelagem colaborativa baseada em síntese
por features de projeto, a fim de permitir a integração das atividades de projeto detalhado colaborativo,
planejamento do processo e manufatura. Utiliza-se um ambiente distribuído de agentes de softwares
interoperáveis denominado de Comunidade de Agentes de Manufatura, sendo sua arquitetura estrati-
ficada em três camadas: Projeto, Planejamento do Processo e Fabricação. O fluxo de informações é
realizado através do encapsulamento das informações, adotando-se o Knowledge Query and Manipu-
lation Language (KQML) como linguagem de mensagens entre os agentes.
O objetivo principal desta tese é desenvolver uma metodologia e a implementação de um sistema
CAD/CAPP/CAM integrado e inteligente, voltado para fabricação de peças rotacionais via Web. O
sistema é inédito no que concerne à abordagem de projeto colaborativo por síntese de features e no
processo de fabricação utilizado, sendo voltados para fabricação de peças rotacionais simétricas (fea-
tures concêntricas) e assimétricas (features não-concêntricas). Inova também na incorporação de fun-
cionalidades associada à teleoperação via Web da máquina-ferramenta CNC permitindo a integração
CAD/CAPP/CAM no chão-de-fábrica. O sistema CAPP concebido e implementado utiliza uma nova
abordagem de mapeamento de features de projeto para features de torneamento e usinagem, deno-
minada de “decomposição orientada ao setup, geometria e operação”, sendo aderente ao STEP-NC,
usando uma estrutura de dados semelhante e trabalhando com planos de processos não-lineares.
Os sistemas desenvolvidos a partir desta metodologia poderão ser aplicados na indústria e na
academia. Em aplicações acadêmicas poderão ser utilizados em ensino a distância em um contexto
de laboratórios remotos. Em aplicações industriais poderão ser utilizados como parte de um serviço
de prototipagem rápida para try-out de peças ou para o fornecimento de protótipo funcional para
a própria empresa ou clientes remotos em um ambiente de telemanufatura; podendo também ser
integrado ao sistema de Gestão da Produção da empresa, fornecendo planos alternativos de processos
para o sistema de programação da produção em "tempo real".
O ciclo de vida do desenvolvimento do sistema WebMachining é baseado em técnicas de pro-
gramação orientada a objetos. Utilizou-se também a metodologia de modelagem IDEF (IDEF0 e
IDEF1X) associada à UML, para projeto e implementação da metodologia do sistema WebMachi-
ning.
Sumário
ABSTRACT v
RESUMO vi
LISTA DE TABELAS xiv
LISTA DE FIGURAS xv
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS xxii
Capítulo 1: Introdução 1
1.1 Resumo Orientativo da Tese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Questão a Responder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Hipótese a Comprovar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.4 Contexto e Condições de Contorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.5 Enfoque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Formulação do Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Oportunidade do Tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Contribuições do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Estrutura do Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Capítulo 2: Manufatura Eletrônica (e-Mfg) 7
2.1 Manufatura Eletrônica (e-Mfg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Manufatura Remota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Manufatura Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 Trabalho Colaborativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.1 Realidade Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.2 Laboratório Virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 Teleoperação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.6 Teleoperação e o CAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.7 Taxonomia: Laboratórios Virtuais e Remotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.8 Infra-estrutura de Rede de Alta Velocidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
vii
SUMÁRIO
viii
2.9 WWW (World Wide Web) e SOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Capítulo 3: Revisão de Literatura: Planejamento do Processo 13
3.1 Projeto Lógico do Plano de Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Planejamento do Roteamento - Macroplanejamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Planejamento das Operações de Usinagem - Microplanejamento . . . . . . . . . . . 15
3.4 Determinação do Tipo de Operação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4.1 Capacidade do Processo e Seus Limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.4.2 Método para Seleção das Operações de Corte X Tabelas de Roteamento . . . 16
3.4.3 Determinação de Sobremateriais de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4.4 Determinação de Condições de Usinagem e Tempos Padrão . . . . . . . . . 17
3.5 Fixação em um Torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6 Planejamento do Processo com Alternativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Capítulo 4: Revisão de Literatura: CAPP e Projeto por Features 21
4.1 Abordagens de Sistemas CAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1.1 Variante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.1.2 Generativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.1.3 Semi-generativo ou Híbrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Integração Projeto e Manufatura Baseada em Features . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.1 O Elo de Ligação Entre as Atividades de Projeto e Manufatura . . . . . . . . 24
4.2.2 Reconhecimento de Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.3 Mapeamento de Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.3.1 Projeto com Features de Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.3.2 Projeto com Features de Manufatura . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 Projeto Por Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.1 ISO10303-224: Definição de Produto para Planejamento de Processo . . . . 29
4.3.2 ISO10303-48: Features de Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.4 Aderência à Norma ISO 14649 (STEP-NC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.5 Sistemas CAPP Voltados Para Operações de Torneamento . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6 Outros Trabalhos Associados ao Planejamento de Processos . . . . . . . . . . . . . 34
4.6.1 Estratégias de Movimentação de Ferramentas e Superfícies Intermediárias . . 34
4.6.2 Seleção da Seqüência de Operações de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7 Métodos e Ferramentas Para CAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7.1 Banco de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.2 Inteligência Artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.3 Agentes de Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.7.3.1 Uma Noção Fraca para Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.7.3.2 Uma Noção Forte para Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.7.4 Arquitetura de Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.7.5 Tipologia de Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
SUMÁRIO
ix
4.7.6 Linguagens de Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.7.7 Objetos e Agentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.7.8 O Desenvolvimento de Sistemas de Agentes (ou Multiagentes) . . . . . . . . 44
4.7.9 Qual Modelo de Tomada de Decisão Utilizar ? . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Capítulo 5: Metodologias e Sistemas CAD/CAPP/CAM Baseados na Web 46
5.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.1.1 CAD/CAM Colaborativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.1.2 CAD Colaborativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2 Ferramentas CAD com Área de Trabalho Compartilhada . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2.1 WebSpiff (http://www.webspiff.org) . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.2.2 WebCAD3D e CyberCut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Capítulo 6: WebMachining: Integração CAD/CAPP/CAM Baseada na Web 54
6.1 Metodologia WebMachining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.2 Arquitetura Multiagente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.3 Sistema WebMachining: Modelagem IDEF0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3.1 Atividade WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.3.2 Atividade WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.3.2.1 Abordagem Para Planejamento do Processo . . . . . . . . . . . . 68
6.3.2.2 Metodologia CAPP Para Peças Rotacionais . . . . . . . . . . . . . 69
6.3.2.3 Mapeamento de Features de Projeto para Features de Manufatura . 71
6.3.2.4 Operações de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.3.2.5 Seqüência de Operações de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.2.6 Determinação das Condições de Usinagem . . . . . . . . . . . . 75
6.3.2.7 Geração do Programa NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.3 WebTurning: CAM Execução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.4 Modelagem IDEF1X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Capítulo 7: Interface CAD-CAPP: CAPP Baseado em Mapeamento de Fea-
tures 82
7.1 Mapeamento de Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.1.1 Decomposição Orientada ao Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.1.2 Decomposição Orientada à Geometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.1.3 Decomposição Orientada à Operação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
7.2 Determinação das Operações de Usinagem Associadas às Features: Workingsteps . . 91
7.2.1 Grafos E/Ou Para Operações de Desbaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.2.2 Grafos E/Ou Para Operações de Acabamento e Semi-acabamento . . . . . . 100
7.3 Representação do Plano de Operações Não-Linear por Features de Usinagem: Work-
ingsteps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
SUMÁRIO
x
7.4 Determinação da Seqüência de Operações:Workplan . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.5 Estratégias para Geração de Trajetórias de Ferramentas . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.5.1 Faceamento: Desbaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.5.2 Torneamento Externo e Interno: Desbaste da Direita para Esquerda (Ferra-
menta para Esquerda) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.5.3 Torneamento Externo e Interno de Reentrância com Superfície Intermediária
à Direita: Desbaste da Direita para Esquerda . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.5.4 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Superfície
Intermediária Triangular à Direita: Desbaste Esquerda para Direita . . . . . 116
7.5.5 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Superfície
Cônica à Esquerda: Desbaste Direita para Esquerda . . . . . . . . . . . . . . 117
7.5.6 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Superfície
Circular (Côncava ou Convexa) à Esquerda: Desbaste Direita para Esquerda . 118
7.5.7 Torneamento Externo e Interno de Ranhuras: Desbaste Canal Estreito . . . . 120
7.5.8 Torneamento Externo e Interno de Features de Transição: Desbaste Chanfros,
Arredondamentos e Filetes: Usinagem Direita para Esquerda . . . . . . . . . 120
7.5.9 Operações de Acabamento: Perfilamento Externo e Interno de Features e
Outras Operações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.5.10 Operações de Fresamento e Furação: Eixo C . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.6 Determinação das Ferramentas de Corte (Insertos e Suportes) . . . . . . . . . . . . 122
7.7 Modelo de Tempos Para Determinação das Condições de Corte Otimizadas Para Op-
erações de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.7.1 Formulação do Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.7.2 Modelos Matemáticos para Cálculo de Tempos de Usinagem . . . . . . . . . 128
7.7.3 Metodologia de Otimização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.7.4 Algoritmo Genético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
7.8 Linearização do Plano de Processos com Alternativas . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.8.1 Metodologia de Otimização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.8.2 Algoritmo Genético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.9 Geração do Programa NC (ISO 6983) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
7.10 Geração da Documentação Final do Plano de Processo Linearizado . . . . . . . . . . 140
Capítulo 8: Abordagem Lógica Para CAPP: Métodos e Algoritmos Conce-
bidos 142
8.1 Peça Exemplo: Estudo de Caso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.2 Mapeamento de Features de Projeto para Features de Usinagem . . . . . . . . . . . 142
8.2.1 Decomposição Orientada ao Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.2.2 Decomposição Orientada à Geometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.2.3 Decomposição Orientada à Operações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.3 Determinação dos Workingsteps de Usinagem e de Torneamento com Alternativas . . 153
SUMÁRIO
xi
8.3.1 Macroplanejamento: Algoritmos e Estruturas para Determinação do Rotea-
mento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8.3.2 Microplanejamento: Algoritmos e Estruturas para Determinação das Oper-
ações de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
8.3.3 Montagem dos Turning_workingsteps e Machining_workingsteps . . . . . . 158
8.4 Determinação e Representação da Seqüências de Operações por Setup . . . . . . . . 158
8.5 Estratégias para Geração de Trajetórias de Ferramentas . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.5.1 Primeiro Setup: Setup1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.5.2 Segundo Setup: Setup2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.6 Determinação das Ferramentas de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
8.6.1 Ferramentas Para Torneamento Geral, Sangramento e Rosqueamento . . . . 164
8.7 Determinação dos Modelos de Tempos e Custos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.8 Determinação das Condições de Usinagem com Algoritmos Genéticos . . . . . . . . 169
8.8.1 Determinação das Propriedades, Coeficientes e Constantes do Modelo de
Otimização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8.8.2 Primeiro Estágio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8.8.3 Segundo Estágio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
8.8.4 População Inicial: n Passes de Desbaste + 1 Passe Acabamento . . . . . . . 175
8.9 Linearização do Plano de Processos com Alternativas (Workplan) . . . . . . . . . . 177
8.10 Geração do Código G e Plano de Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Capítulo 9: Projeto Colaborativo: WebCADByFeatures 182
9.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
9.2 Arquitetura Multiagente Para Projeto Colaborativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
9.3 Modelagem da Informação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
9.3.1 WebCADbyFeatures: Modelagem Conceitual da Informação . . . . . . . . . 184
9.3.2 WebCADbyFeatures: Modelagem Física - MySQL . . . . . . . . . . . . . . 185
9.4 Sistema Computacional WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.5 Modelagem Colaborativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
9.6 Discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Capítulo 10: Planejamento do Processo Não-Linear: WebCAPP 197
10.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.2 Implementação Computacional do WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.2.1 Via Servlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.2.2 Via Applet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.3 Discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Capítulo 11: Teleoperação Centro de Torneamento: WebTurning 206
11.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
SUMÁRIO
xii
11.2 Arquitetura WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
11.3 Interface com o Usuário WebDNC: GUI Cliente-Servidor . . . . . . . . . . . . . . . 209
11.4 Funções FOCAS1/Ethernet Para Teleoperação do Centro de Torneamento . . . . . . 210
11.5 Servidor WebDNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
11.6 Servidores de Vídeo e Áudio: WebCam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
11.7 Discussão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Capítulo 12: Estudos de Casos: Peças Exemplos 216
12.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
12.2 Peças Jogo de Xadrez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
12.2.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
12.2.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
12.2.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.3 Peça com Tolerâncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.3.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.3.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.3.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.4 Peça Romi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.4.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.4.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.4.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
12.5 Peça Complexa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
12.5.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
12.5.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
12.5.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
12.6 Peça Espelho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
12.6.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
12.6.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
12.6.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Capítulo 13: Conclusões 243
13.1 Contribuições do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
13.2 Implementação Computacional WebMachining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
13.2.1 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
13.2.2 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
13.2.3 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
13.3 Sugestões para Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
SUMÁRIO
xiii
Apêndice A: Publicações e Projetos Associados à Tese 250
Apêndice B: URLs Associadas à Metodologia WebMachining 252
B.1 Metodologia Para Teleoperação Via Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
B.2 Metodologias IDEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
B.3 Modelagem Física e Conceitual do Banco de Dados MySQL . . . . . . . . . . . . . 252
B.3.1 Modelagem Conceitual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
B.3.2 Modelagem Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
B.4 Biblioteca de Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Apêndice C: Modelos Matemáticos Para Otimização 254
C.1 Modelo Matemático Passe Único para Cálculo de Tempos de Usinagem: Faceamento
e Torneamento Cilíndrico, Cônico e Circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
C.2 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de Perfil Contínuo . . . . . . 256
C.3 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de Torneamento Longitudinal 260
C.4 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de Sangramento, Corte de
Peças e Faceamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
C.5 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de Recartilhamento . . . . . 262
C.6 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de Furação e Alargamento . . 262
C.7 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de Rosqueamento Cilíndrico . 263
C.8 Modelos de Otimização de Usinagem Propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
C.8.1 Modelo Baseado no Mínimo Custo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
C.8.2 Modelo Baseado na Máxima Taxa de Produção . . . . . . . . . . . . . . . . 266
C.8.3 Restrições Práticas de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Apêndice D: Ciclo de Vida do Software WebMachining Modelado em UML270
D.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
D.2 WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
D.2.1 Use-Case Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
D.2.2 Activity Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
D.2.3 Modelo Estático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
D.2.4 Modelo Dinâmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
D.2.5 Implementação do WebCADbyFeatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
D.3 WebCAPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
D.3.1 Decomposição Orientada ao Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
D.3.2 Decomposição Orientada à Geometria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
D.3.3 Decomposição Orientada à Operação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
D.3.4 Geração do Código G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
D.3.5 Modelo Estático: Class Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
D.4 WebTurning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
SUMÁRIO
xiv
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 287
Lista de Tabelas
4.1 Troca de mensagens utilizando KQML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1 Operações de usinagem modeladas na decomposição orientada à operação. . . . . . 90
7.2 Classificação das features reconhecidas pelo método. . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7.3 Tabela montagem cromossomo associado ao algoritmo genético. . . . . . . . . . . . 132
8.1 Tabela Workingsteps de torneamento e usinagem (W
ID
). . . . . . . . . . . . . . . . 155
8.3 Operações de usinagem modeladas na decomposição orientada à operação. . . . . . 165
8.4 Condições de usinagem para passe simples em operações de acabamento, considerando
um comprimento de corte de 60,1 mm (L). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.5 Condições de usinagem para passe simples em operações de desbaste, considerando
um comprimento de corte de 60,1 mm (L). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
8.6 Faixa de avanços máximos recomendado pela SANDVIK (2003) em relação ao raio de
arredondamento da ponta do inserto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
8.7 Possibilidades de ap
s
e ap
r
para a peça exemplo: a
pr
=
12,5−a
ps
4
. . . . . . . . . . . . . 175
8.8 População inicial de cromossomos, função fitnes, valor esperado e valor real baseado
no método da roleta (probabilidade de um indivíduo ser melhor que outro). . . . . . 176
8.9 Operadores de reprodução e crossover com probabilidade de 80%. . . . . . . . . . . 176
8.10 Operador de mutação com probabilidade de 80%. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
8.11 Tabela Workingsteps para linearização Workplan (W
ID
). . . . . . . . . . . . . . . . 178
8.12 Matriz adjacente relativa ao tempo de troca de setup entre Workingsteps (W
ID
). . . . 179
12.1 Features presentes nas peças estudadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
12.2 Ferramentas Sandvik disponíveis no Galaxy 15M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
13.1 Síntese das contribuições da tese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
13.2 Especificações, funcionalidades e requisitos do sistema WebMachining. . . . . . . . 246
D.1 Use-cases para os três sub-sistemas do ambiente integrado WebMachining. . . . . . 271
xv
Lista de Figuras
3.1 Tipos de placas utilizadas (HUANG, 1988): estilo 1, 2, 3 e 4. . . . . . . . . . . . . . 19
4.1 Abordagem de criação de features utilizando projeto por features (SHAH e MANTYLA,
1995). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Estrutura de modelo de dados para STEP-NC representada por um diagrama Ex-
press_G (ISO 14649 - PART 1, 2003). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 Camadas da arquitetura multiagente MAC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.2 Arquitetura Multiagente WebMachining. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3 Diagrama IDEF0: WebMachining nível A0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.4 Diagrama IDEF0: principais atividades do sistema WebMachining. . . . . . . . . . . 62
6.5 Diagrama IDEF0: Atividades WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.6 Componentes GUI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.7 Taxonomia de features de forma utilizada (CAM-I, 1986). . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.8 Diagrama de classes para Projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.9 Diagrama IDEF0: Atividades CAPP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.10 Diagrama IDEF0: sub-atividades do WebCAPP associadas ao mapeamento de fea-
tures de projeto para features de manufatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.11 Árvores de decisão para features concêntricas baseada em HUANG (1988). . . . . . . 75
6.12 Diagrama IDEF0: Atividades CAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.13 Modelagem da informação de algumas features de forma utilizadas através da metodolo-
gia IDEF1X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.14 Diagrama de classes para features de tolerâncias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.15 Diagrama de classes para tecnologia de usinagem (recursos de manufatura). . . . . . 81
7.1 Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando
L
peca
D
peca
> 4. . . . . . . . . . 86
7.2 Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando
L
peca
D
peca
< 2. . . . . . . . . . 87
7.3 Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando 2 ≤
L
peca
D
peca
≤ 4. . . . . . . . 87
7.4 Poliforma fechada representando o perfil 2D da peça bruta e peça acabada. . . . . . . 90
7.5 (a) Ferramentas: direita para esquerda, esquerda para direita e neutra (CHANG et al.,
1998) (b) Operações mais usuais em peças de revolução (MAZIERO e NASCIMENTO,
2003) (c) métodos de usinagem de canal/reentrância (YANG E LEE, 1998). . . . . . . 92
xvi
LISTA DE FIGURAS
xvii
7.6 Um exemplo do procedimento associado a uma árvores de decisão (HUANG, 1988),
apresentando alternativas de volumes e operações de usinagem para features concên-
tricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.7 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cilíndrica/retilínea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.8 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cônica para dentro (cut-in). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.9 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cônica para fora (cut-out). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.10 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal estreito. 96
7.11 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com as duas faces perpendiculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.12 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com uma face perpendicular à esquerda e uma superfície cônica à direita,
para dentro da peça (cut-in). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.13 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com uma face perpendicular à direita e uma superfície cônica à esquerda,
para fora da peça (cut-out). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.14 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo face. . . . . 99
7.15 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo chanfro. . . . 99
7.16 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo filete ou
arredondamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.17 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature ID. . . . . . . . . . 100
7.18 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para perfil com features OD e ID
cilíndricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.19 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo Perfil Externo
para fora e para dentro com reentrância (cut-in). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.20 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo Perfil Interno
para fora e para dentro com reentrância. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.21 Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo perfil para
fora (cut-out) e para dentro (cut-in) com filetes para superfícies internas e externas. . 102
7.22 Exemplo de peça STEP-NC (2003): (a) Geometria da peça (b) lista de workingstep,
(c) grafo E/OU, (d) lista da estrutura de dados para operações de usinagem. . . . . . 104
7.23 (a) Relação de features de usinagem por setup para operações de desbaste, semi-
acabamento e acabamento (b) Tabela de relacionamentos por setup mostrando a pre-
cedência de features de usinagem (c) Matriz Adjacente por setup. . . . . . . . . . . . 105
7.24 Opções de Workingsteps: features de usinagem, operações de usinagem representa-
dos no formato de Matriz Operações Teóricas: operação, tempo e custo teórico da
operação (TP), precedência (prioridade) e seqüência final de execução de workingstep. 107
LISTA DE FIGURAS
xviii
7.25 Geração lógica do caminho de ferramenta para torneamento (SHAH e MANTYLA,
1995) destacando estratégias para movimentação de ferramenta da esquerda para di-
reita (1, 2, 3, 8 e 9) e da direita para esquerda (4 e 5) nas operações de desbaste e de
acabamento (perfilamento). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
7.26 Trajetória de ferramenta para perfil cônico e convexo: corte paralelo x corte bi-axial. 118
7.27 Caminho de ferramenta para desbaste de ranhura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.28 Caminho da ferramenta para desbaste de features de transição: chanfro, arredonda-
mento e filete, respectivamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.29 Caminho da ferramenta para acabamento: operação de perfilamento (movimento bi-
axial) com ferramenta para esquerda e torneamento com ferramenta para direita (di-
reção do avanço). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.30 Modelo de usinagem multi-passe (CHEN e SU, 1998): (a) trajetória da ferramenta
para dois estágios de desbaste e um passe de acabamento (b) Modelo interpolação
circular (c) Modelo interpolação linear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.31 ToolBox Algoritmo Genético do MatLab, utilizado na determinação das condições de
usinagem otimizadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.32 Entidades associadas à representação de planos de processos não-lineares segundo
STEP-NC (Part 10), em Express-G. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
7.33 Workplans alternativos e workingsteps associados, onde os valores das células estão
associados ao custo ou tempo relativo à operação de usinagem. . . . . . . . . . . . . 136
7.34 Exemplo: (a) peça (b) features de usinagem e operações (c) grafo de precedência de
workingsteps (d) matriz de setup de workingstep (e) strings (f) operador crossover (g)
operador de mutação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
7.35 Documentação final do plano de processo linearizado em XML. . . . . . . . . . . . 141
8.1 Peça exemplo em 2D e 3D sendo constituída por 39 features de forma do tipo OD, ID,
canal, face, arredondamento e chanfro, modelado pelo sistema WebCADbyFeatures. 143
8.2 Posicionamento das linhas delimitadoras (LDs) em antes de depois das features F6 e
F39 e valor dos pesos de F1-F6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
8.3 Roteamento para o Setup1 e Setup2 da peça exemplo, relacionando as features de
projeto (F1 - F39), sendo representado na ordem inversa. . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.4 Volumes de usinagem associados à peça exemplo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.5 Grafo E/OU de workingsteps associado à peça exemplo. . . . . . . . . . . . . . . . 156
8.6 Grafo de precedência de features de usinagem associado aos Workingsteps. . . . . . 161
8.7 Definição Zero Peça (ZP) no Setup1, peça exemplo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
8.8 Chaves de código do porta-ferramenta DDJNR/L (SANDVIK, 2003). . . . . . . . . . 165
8.9 Páginas HTML da Sandvik utilizadas para pesquisar as condições de usinagem para
ope-rações de acabamento e desbaste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8.10 Código G gerado para a peça exemplo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
LISTA DE FIGURAS
xix
9.1 Janela principal do WebCADbyFeatures, apresentando o perfil de uma peça rota-
cional em 2D. A peça é constituída por 29 features, incluindo features do tipo OD,
ID, Face, Groover, Splines, entre outras. É apresentado sólido VRML correspondente,
gerado pelo sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
9.2 Resumo da modelagem UML da biblioteca de features. . . . . . . . . . . . . . . . . 185
9.3 As três camadas do acesso ao banco de dados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
9.4 Arquitetura computacional WebMachining: módulos do sistema WebCADbyFeatures. 186
9.5 Acesso ao sistema WebCADbyFeatures (http://WebMachining.AlvaresTech.
com). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
9.6 Etapas da geração da peça no CAD: a) Janela de Opções (Options); b) Janela de
dados de um novo projeto (New Project); c) Janela de dados do blank barra sólida
(SolidBar); d) Janela de opções de modelagem (Modelling Options). . . . . . . . . . 189
9.7 Modelagem da feature de Eixo C padrão de furos axial. . . . . . . . . . . . . . . . . 190
9.8 Interface WebCADbyFeatures: 2D e VRML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
9.9 Inteface do cliente para projeto colaborativo: "WebCADbyFeatures Collaborative De-
sign IPLayre Router Client", apresentando o painel "Register". . . . . . . . . . . . . 192
9.10 Interface do cliente para projeto colaborativo: Request do Agent de Interface "Al-
vares" no servidor Router do ambiente JATLite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9.11 Modelagem colaborativa entre os agentes "Alvares" e "jones". Agente "Alvares" en-
via modelo por features para agente "jones". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
9.12 Modelagem colaborativa entre os agentes "Alvares" e "jones". Agente "Alvares" re-
cebe o modelo por features do agente "jones", após efetuar as alterações no modelo
de features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
10.1 Normalização das features de projeto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.2 Decomposição orientada à geometria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.3 Plano de processo linearizado e programa NC gerado pelo WebCAPPServlet em XML. 200
10.4 Simulação do programa NC capturado pelo sistema de processamento de imagens
WebCam do sistema WebDNC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
10.5 Resultado da atividade de decomposição orientada ao setup, geometria e operação
gerado pelo sistema WebCAPPApplet, sendo a peça constituída por 29 features. . . . 201
10.6 a) Lista de Workingsteps; b) grafo E/OU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
10.7 Programa NC gerado pelo sistema WebCAPPapplet. . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
11.1 Arquitetura detalhada: módulos do sistema WebTurning. . . . . . . . . . . . . . . . 207
11.2 Hardware: placa ethernet, protocolo e API FOCAS1/DNC1 (Fanuc, 2003). . . . . . . 208
11.3 Biblioteca DLL FOCAS1/DNC1:fluxo de dados (Fanuc, 2003). . . . . . . . . . . . . 208
11.4 WebDNC: teleoperação e monitoramento remoto do centro de torneamento Galaxy
15M (http://WebDNC.graco.unb.br). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
11.5 Arquitetura, fluxo de dados e algumas funções disponibilizadas pelo WebTurning. . . 211
11.6 Sistema de monitoração por imagem WebCam (NetCam), constituído por quatro ap-
plets, que monitoram a tela do CNC, o interior da máquina e o exterior. . . . . . . . 213
LISTA DE FIGURAS
xx
12.1 Modelagem torre utilizando feature Eixo C e o VRML associado às features concên-
tricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
12.2 Modelagem bispo utilizando feature ODconvex e o VRML associado às features con-
cêntricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
12.3 Modelagem do cavalo utilizando feature Eixo C e o VRML associado às features
concêntricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
12.4 Modelagem do peão utilizando feature spline e o VRML associado às features con-
cêntricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
12.5 Modelagem rainha e duas visões do VRML associado às features concêntricas. . . . 220
12.6 Modelagem do rei e VRML associado às features concêntricas. . . . . . . . . . . . . 221
12.7 Procedimento de normalização realizado pelo WebCAPP identificando as features de
projeto que serão mapeadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
12.8 Decomposição orientada ao setup com a identificação das features de fixação, super-
fícies delimitadoras e features de Eixo C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.9 Decomposição orientada à geometria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
12.10Decomposição orientada à operação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
12.11Programa NC gerado para a peça torre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
12.12Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para as peças rei e torre. . . . 227
12.13Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para as peças bispo, cavalo,
peão e rainha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
12.14GUI WebDNC mostrando a fabricação da torre e realizando o upload do arquivo NC
da peça rei para o Galaxy 15M. Também são apresentadas simulações e imagens da
usinagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
12.15GUI WebDNC mostrando a usinagem do bispo e do cavalo. . . . . . . . . . . . . . . 229
12.16GUI WebDNC mostrando a usinagem do peão e da rainha e telas associadas ao down-
load e upload de programas NC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
12.17Peças do jogo de xadrez usinadas pelo Galaxy 15M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
12.18Detalhes das peças torre e rainha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
12.19Modelagem de peça com features de tolerâncias de cilindricidade e features de refe-
rências A e M e os VRMLs associados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
12.20Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça tolerância no
Setup1 e Setup2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
12.21GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça tolerância. . . . . . . 233
12.22Features externas da peça tolerância. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
12.23Features internas da peça tolerância, lado esquerdo e lado direito. . . . . . . . . . . . 234
12.24Modelagem da peça romi constituída por features concêntricas e não-concêntricas, e
os modelos VRMLs associados destacando-se a rosca métrica e os canais. . . . . . . 235
12.25Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça romi no Setup1 e
Setup2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
12.26GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça romi. . . . . . . . . . 236
12.27Detalhes features internas e externas da peça romi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
12.28Features externas (lado esquerdo e direito) da peça romi. . . . . . . . . . . . . . . . 237
LISTA DE FIGURAS
xxi
12.29Modelagem da peça complexa com features de Eixo C, padrão de furos Axial, asso-
ciada à feature de face F18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
12.30Modelagem VRML da peça complexa apresentando as features concêntricas em wire-
frame e isométrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
12.31Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça complexa no
Setup1 e Setup2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
12.32GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça complexa. . . . . . . 239
12.33Features externas e internas da peça complexa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
12.34Modelagem da peça espelho hiperbólico aproximada por spline e o VRML associado. 240
12.35Simulação do programa NC no CNC do Galaxy 15M para a peça espelho hiperbólico
modelada por spline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
12.36GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça espelho. . . . . . . . . 241
12.37Peça espelho usinada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
C.1 Modelo de trajetória de ferramenta para sangramento (SANDVIK, 2003). . . . . . . . 262
D.1 Diagrama Use-Case do WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
D.2 Diagrama de Atividade do WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
D.3 Diagrama de Atividade do projeto colaborativo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
D.4 Diagrama Estático WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
D.5 Diagrama de classe (modelo estático) para a classe ODStraight (super classe Fea-
ture e pacote features) e seu relacionamento com as demais classes e pacotes Web-
CADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
D.6 Modelo estático para a classe CADAgentFrame (pacoteProtocolLayer.Example.
CAD) associado ao JATLite (projeto colaborativo, agente de interface) e seu relaciona-
mento com as demais classes e pacotes WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . 275
D.7 Diagrama de Seqüência para use-case de inserção de uma feature qualquer do Web-
CADbyFeatures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
D.8 Component and Deployment Diagrams do WebCADbyFeatures. . . . . . . . . . . . 276
D.9 Use-Case do WebCAPP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
D.10 Use-Case decomposição orientada ao setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
D.11 Use-case decomposição orientada à geometria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
D.12 Use-case decomposição orientada à operação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
D.13 Diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo WebCAPP e relaciona-
mento com demais pacotes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
D.14 Diagrama de classe Workingstep que é composto pelas classes FeatureDeUsinagem e
OperaçãoDeUsinagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
D.15 Diagrama de classe FeatureDeUsinagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
D.16 Diagrama de classe OperacaoDeUsinagem e seus relacionamentos com as classes
FerramentaUtilizada e TecnologiaDeUsinagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
D.17 Diagrama de classe CodigoG e seus relacionamentos com as classes FerramentaUti-
lizada, Maquina e InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao. . . . . . . . . . . . . . 284
LISTA DE FIGURAS
xxii
D.18 Diagrama de classe EncontrandoSuperficiesDelimitadoras e seus relacionamentos
com a classe InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao. . . . . . . . . . . . . . . . . 285
D.19 Diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo NetCam e relaciona-
mento com demais pacotes, que permite a visualização de vídeo e imagens em tempo
real e vídeo gravado do chão-de-fábrica (GUI NetCAM). . . . . . . . . . . . . . . . 285
D.20 Modelo estático (diagrama de classes) para a classe NetCAMAVI (pacotecom.
AlvaresTech.NetCAM) e seu relacionamento com as demais classes e pacotes
do módulo WebCam, que permite a gravação de vídeo em formato .avi. . . . . . . . 286
Lista de Símbolos e Abreviaturas
CAD Computer Aided Design - Projeto Auxiliado por Computador 1
CAPP Computer Aided Process Planning - Planejamento de Pro-
cesso Auxiliado por Computador
1
CAM Computer Aided Manufacturing - Manufatura Auxiliada por
Computador
1
GUI Graphical User Interface - Interface Gráfica do Usuário 2
CIM Computer Integrated Manufacturing - Manufatura Integrada
por Computador
2
B2B Business to Business - Negócio para Negócio 2
B2C Business to Costumer - Negócio para Consumidor 2
WWW World Wide Web - Rede Mundial de Computadores 2
CNC Comando Numérico Computadorizado 3
KQML Knowledge Query and Manipulation Language 3
e-Mfg Electronic Manufacturing - Manufatura Eletrônica 4
SOA Service-oriented Architecture - Arquitetura Orientada a
Serviço
5
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Protocolo
de Controle de Transmissão/Protocolo Internet
6
IDEF Integration Definition for Function Modeling 6
IDEF0 Integration DEFinition language 0 6
IDEF1X Integration Definition for Information Modeling 6
NC Comando Numérico 8
ERP Enterprise Resources Planning - Planejamento dos Recursos
da Empresa
8
RV Reality Virtual - Realidade Virtual 9
FTP File Transfer Protocol - Protocolo de Transferência de Ar-
quivo
10
HTTP Hypertext Transfer Protocol - Protocolo de Transferência de
Hypertexto
10
xxiii
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
xxiv
DNC Distributed Numeric Control - Comando Numérico Dis-
tribuído
11
MRP Material Resource Planning - Planejamento dos Recursos de
Materiais
11
CAPPC/CAP Planejamento e Controle da Produção Auxiliado por Com-
putador
11
DXF Data Exchange Format - Formato de Troca de Dados 11
IGES Initial Graphics Exchange Specification - Especificação Ini-
cial de Troca de Dados Gráficos
11
HTML Hiper Text Markup Language - Linguagem Simbólica de
Hipertexto
11
CGI Comun Gateway Interface - Interface de Porta Comum 11
VRML Virtual Reality Modeling Language - Linguagem de Mode-
lagem de Realidade Virtual
12
PNs Petri Networks - Redes de Petri 20
AI Artificial Intelligence - Inteligência Artificial 23
STEP Standard Exchange of Product Model Data - Padrão de Troca
de Modelo de Dados de Produto
25
PDES Product Data Exchange Using STEP 25
CSG/DSG Constructive/Destructive Solid Geometric - Sólido Ge-
ométrico Construtivo/Destrutivo
27
ADDL Linguagem de Descrição de Projeto 27
FDL Linguagem de Descrição Funcional 27
PDGL Linguagem Gráfica para o Projeto de Peças 27
PSG Process Sequence Graphic - Gráfico de Seqüência de Pro-
cesso
32
SNLP Systematic NonLinear Planning - Planejamento Não-Linear
Sistemático
37
DAI Distribuited Artificial Intelligence - Inteligência Artificial
Distribuída
39
MAS MultiAgent Systems - Sistemas MultiAgentes 39
ACL Agent Communication Language - Linguagem de Comuni-
cação de Agentes
40
FIPA-ACL Foundation for Intelligent Physical Agents - Agents Comu-
nication Language
43
KIF Knowledge Interchange Format 43
FIPA-CLL FIPA Content Language Library 43
FIPA-SL FIPA Semantic Language 43
FIPA-DRF FIPA Resource Description Framework 43
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
xxv
FIPA-CCL FIPA Constraint Choice Language 43
FIPA-KIF FIPA Knowledge Interchange Format 43
SQL Structured Query Language - Linguagem de Pesquisa Estru-
turada
45
JATLite Java Agent Template Lite 45
AMR Agent Message Router 45
Jade Java Agent DEvelopment Framework 45
CORBA Commom Object Request Broker Architecture 49
API Aplication Protocol Interface - Interface de Protocolo de
Aplicação
52
Vc velocidade de corte 128
f avanço 128
ap profundidade de corte 128
FOCAS1 Fanuc Open CNC API Specifications 183
VOIP Voice Over Internet Protocol - Voz sobre Protocolo Internet 196
UML Unified Modeling Language - Linguagem de Modelagem
Unificada
270
Lista de Algoritmos
1 Caminho de ferramenta para faceamento (torneamento transversal). . . . . . . . . . 112
2 Caminho de ferramenta para desbaste torneamento longitudinal da direita para esquerda.113
3 Algoritmo para determinação do caminho de ferramenta para desbaste de reentrância
em torneamento longitudinal da direita para esquerda. . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4 Algoritmo para determinação do caminho de ferramenta no torneamento, desbaste da
esquerda para direita em uma superfície intermediária. . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5 Programa em Java para construção de blocos em código G. . . . . . . . . . . . . . . 140
6 Principais passos para implementação do WebCAPP. . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7 Algoritmo para decomposição orientada ao setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8 Algoritmo para definição do número de fixações da peça. . . . . . . . . . . . . . . . 145
9 Algoritmo para definir candidatas à superfícies de fixação (features internas e exter-
nas) para o Setup1 e Setup2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
10 Algoritmo para agrupamento de features no Setup1 e Setup2. . . . . . . . . . . . . . 148
11 Algoritmo para determinação das linhas delimitadoras (LD) e agrupamento de features.149
12 Algoritmo para detecção de features secundárias, para evitar seu uso como superfície
de fixação no Setup2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
13 Estrutura para algoritmo macroplanejamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
14 Algoritmos para atividade de macroplanejamento de operações de usinagem. . . . . 157
15 Estruturas para microplanejamento de operações de usinagem. . . . . . . . . . . . . 159
16 Estruturas para microplanejamento de operações de usinagem. . . . . . . . . . . . . 160
17 Estrutura Workingstep. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
18 Estratégia para movimentação de ferramenta associada aos Workingsteps utilizando
ciclos fixos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
19 Cálculo de tempos para Workingsteps baseado na área de usinagem da feature de
torneamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
20 Fluxograma apresentando algoritmo genérico para otimização das condições de usi-
nagem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
21 Fluxograma detalhado para seleção de condições de usinagem para passe simples: a)
operações de desbaste b) operações de acabamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
22 Fluxograma determinação de movimentação de ferramenta baseado em ciclo fixo ou
movimentação manual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
xxvi
Capítulo 1
Introdução
A globalização tem afetado diretamente as empresas, os consumidores e as economias dos países,
provocando a introdução de novos modelos organizacionais, levando em conta a gestão da produção
e o fluxo de informação, para diminuir o tempo de resposta em relação à demanda de mercado. O
rápido desenvolvimento da Internet tem facilitado a comunicação no âmbito da manufatura, criando
novas possibilidades e oportunidades para aumentar a eficiência deste processo, diminuindo o tempo
de reação às demandas e oscilações do mercado.
Componentes e produtos variados e de boa qualidade, fabricados em diferentes países, têm sido
disponibilizados às pessoas em qualquer parte do mundo, muitas vezes a preços iguais ou inferiores
aos produtos nacionais. A Internet tem contribuído significativamente para a globalização, pois ela
permite uma comunicação mais rápida entre pessoas e também empresas. Uma prova disto é a quan-
tidade de recursos que têm sido gastos no comércio eletrônico. Analistas da Câmara Brasileira de
Comércio Eletrônico (http://Camara-e.net) estimam que em 2005 o comércio eletrônico
associado ao B2B (business to business) nos USA estará em torno de US$ 1,8 trilhões e o B2C (busi-
ness to costumer) no Brasil na ordem de R$ 9,5 bilhões. Além da venda de itens como carros, jóias e
livros através da Internet, esta tecnologia tem sido utilizada com sucesso em outras atividades impor-
tantes, como a manutenção remota de equipamentos (ROCKWELL, 2002) e a telecirurgia efetuada por
um robô comandado remotamente por um cirurgião localizado à centenas de quilômetros de distância
(SCIENTIFIC AMERICAN, 2000).
Esta tese de doutorado tem como tema a proposição de uma nova metodologia de integração
CAD/CAPP/CAM voltada para manufatura remota de peças rotacionais utilizando a Internet, em es-
pecial os protocolos associados à World Wide Web, visando a aplicação e domínio de ferramentas
relacionadas à Internet, bem como a implementação de um sistema computacional. O sistema deno-
minado WebMachining irá disponibilizar as funções para modelagem de produto colaborativo (We-
bCADbyFeatures), Planejamento de Processo Auxiliado por Computador Generativo (WebCAPP) e
de Manufatura Auxiliada por Computador (WebTurning), para que um usuário remoto possa modelar
uma peça rotacional, gerar o planejamento do processo com alternativas e fabricar a peça em um cen-
tro de torneamento, realizando todo o ciclo de desenvolvimento do produto, relacionado ao projeto
detalhado colaborativo, planejamento do processo e fabricação, de forma integrada e via Internet.
A motivação deste trabalho de doutoramento está associada à importância e à evolução tecnológica
da Internet nos últimos anos, visando uma contribuição para a concepção de um novo paradigma para
1
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
2
desenvolvimento de produto colaborativo via Web. O objetivo principal desta pesquisa é desenvolver
uma metodologia e a implementação de um protótipo computacional, sistema CAD/CAPP/CAM in-
tegrado e inteligente, voltado para fabricação de peças rotacionais via Web.
Os Sistemas desenvolvidos a partir desta metodologia poderão ser aplicados na indústria e na
academia (ÁLVARES e FERREIRA, 2003). Em aplicações acadêmicas poderão ser utilizados em en-
sino a distância, em um contexto de laboratórios remotos. Em aplicações industriais poderão ser
utilizados como parte de um serviço de prototipagem rápida para try-out de peças ou para o forne-
cimento de protótipo funcional para a própria empresa ou clientes remotos em um ambiente de tele-
manufatura; podendo também ser integrado ao sistema de gestão da produção da empresa, fornecendo
planos alternativos de processos para o sistema de programação da produção (scheduling) em "tempo
real".
1.1 Resumo Orientativo da Tese
1.1.1 Questão a Responder
Como conceber e implementar um sistema integrado CAD/CAPP/CAM voltado para manufatura re-
mota de peças baseado na Web, a fim de atender o novo paradigma de desenvolvimento de produto
colaborativo, envolvendo as fases de ciclo de vida do produto associadas ao projeto detalhado cola-
borativo, planejamento do processo e fabricação ?
1.1.2 Hipótese a Comprovar
As necessidades primárias para a próxima geração de sistemas de softwares CAD/CAPP/CAM são
a interoperabilidade
1
entre as ferramentas de softwares, colaboração entre projetistas e equipes de
projeto de forma distribuída, integração de dados e conhecimento através do ciclo de desenvolvimento
de produto (do projeto à fabricação), bem como a captura, troca e reutilização do conhecimento.
Para atender estas demandas torna-se necessário o desenvolvimento de metodologias que definam os
módulos do sistema e como estes módulos interagem entre si, estabelecendo um novo paradigma de
ambientes CAD/CAPP/CAM integrados e colaborativos.
1.1.3 Objetivos
O objetivo principal desta pesquisa é desenvolver uma metodologia e a implementação de um sistema
CAD/CAPP/CAM, integrado e inteligente, voltado para fabricação de peças rotacionais via Web, que
poderá ser utilizado pela indústria de manufatura e por instituições acadêmicas.
Será implementado um sistema computacional, disponibizado via Web (http://WebMachining.Al-
varesTech.com), que possibilitará aos usuários remotos o desenvolvimento de produto de forma in-
tegrada, colaborativa e distribuída. O desenvolvimento da metodologia e a sua implementação tem
como requisitos-chave a modularidade, padronização, facilidade de utilização, compartilhamento de
informações e recursos.
1
Interoperabilidade deve ser entendida como a capacidade de dois ou mais sistemas ou produtos, usualmente hardware
ou software, trabalharem harmoniozamente.
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
3
1.1.4 Contexto e Condições de Contorno
Esta metodologia para fabricação de peças remotas, bem como a sua implementação, limita sua
abrangência ao projeto detalhado colaborativo, planejamento do processo e fabricação de peças rota-
cionais simétricas e assimétricas (operações eixo C, ferramenta rotativa), utilizando-se de tornos CNC
e centros de torneamento. A fabricação das peças rotacionais deverá ocorrer, preferencialmente, em
uma única máquina de comando numérico, em uma, duas ou três fixações. O detalhamento dos de-
mais processos que sejam necessários (retificação, tratamento térmico e superficial, por exemplo) não
serão objeto da metodologia e da implementação. A metodologia concebida poderá ser aplicada ao
contexto de peças prismáticas, com as devidas adequações para esta categoria de peças.
Sua implementação utiliza como plataforma de desenvolvimento o sistema operacional Linux,
as linguagens de programação Java, C e C++ e softwares open source como o Apache, JatLite,
MySQL, PhP e TomCat. A aplicação desenvolvida é uma candidata natural à utilização da Inter-
net 2, conectando o Graco/UnB ao Grima/UFSC com maior largura de banda e qualidade do serviço
de telemanufatura, bem como as demais universidades brasileiras.
1.1.5 Enfoque
A metodologia é concebida a partir do paradigma de modelagem colaborativa baseada em síntese
por features de projeto (adição e subtração de features de forma), a fim de permitir a integração das
atividades de projeto colaborativo (CAD), planejamento do processo generativo (CAPP) e manufatura
(CAM planejamento e CAM execução). O procedimento inicia-se na modelagem colaborativa de uma
peça por features, num contexto de manufatura remota utilizando a Web como meio de comunicação,
num modelo computacional cliente-servidor. O sistema é concebido num ambiente distribuído de
agentes de softwares interoperáveis denominado de Comunidade de Agentes de Manufatura, sendo
sua arquitetura estratificada em três camadas: Projeto, Planejamento do Processo e Fabricação. O
fluxo de informações entre as três camadas da arquitetura é realizado através do encapsulamento das
informações, adotando-se o Knowledge Query and Manipulation Language (KQML) como padrão
de linguagem de mensagens entre os agentes.
1.2 Formulação do Problema
O problema objeto desta tese pode ser sintetizado da seguinte forma:
“Definir uma metodologia para um sistema integrado CAD/CAPP/CAM voltado para manufatura
remota de peças rotacionais simétricas e assimétricas baseado na Web, bem como a sua implemen-
tação, a fim de atingir um novo paradigma de desenvolvimento de produto colaborativo via Inter-
net, de forma a atender às necessidades primárias para a próxima geração de sistemas de softwares
CAD/CAPP/CAM, que são a interoperabilidade entre as ferramentas de softwares, colaboração entre
projetistas e equipes de projeto de forma distribuída, integração de dados e conhecimento através
do ciclo de desenvolvimento de produto (do projeto à fabricação), bem como a captura, troca e re-
utilização do conhecimento. Para atender estas demandas torna-se necessário o desenvolvimento de
metodologias que definam os módulos do sistema e como estes módulos interagem entre si, estabele-
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
4
cendo um novo paradigma de ambiente integrado CAD/CAPP/CAM para a era de e-Mfg (electronic-
Manufacturing), levando em conta o balanceamento da funcionalidade do modelo cliente-servidor e
a largura de banda disponível no sistema de comunicação de dados a ser utilizado, no caso a rede
Internet.”
1.3 Oportunidade do Tema
Está em curso uma nova revolução no sistema de trabalho adotado nas empresas de manufatura,
migrando das atividades auxiliadas pelo uso do computador (CAD, CAPP, CAM, CAP, etc) baseadas
em sistemas integrados por computador, desenvolvidas nas decadas de 80 e 90 do século 20, para as
atividades baseadas em e-work (electronic-work), que caracterizam o princípio de trabalho da era da
informação, com uso intensivo da tecnologia da informação.
A Tecnologia da Informação, em especial a tecnologia de redes de comunicação e a convergência
de tecnologias baseadas em redes sem fio e Internet, está abrindo um novo domínio para construção
dos futuros ambientes de manufatura denominados e-Mfg, usando métodos de trabalho baseados
em Collaborative e-Work, em especial para as atividades desenvolvidas durante o ciclo de desen-
volvimento de produto em ambientes CAD/CAPP/CAM integrados e colaborativos. Este é um novo
paradigma para estes sistemas computacionais baseados em ambiente globalizados, centrados em
rede e espacialmente distribuídos, possibilitando o desenvolvimento de atividades usando e-Work.
Isto permitirá que os desenvolvedores de produtos, projetistas, tenham maior facilidade de comu-
nicação possibilitando o compartilhamento e o projeto colaborativo durante o desenvolvimento do
produto, bem como, a teleoperação e monitoração dos dispositivos de fabricação.
A intensa competitividade entre as empresas e os novos desenvolvimentos na área da tecnologia
da informação impõem uma nova abordagem crítica com relação aos sistemas CAD/CAM oferecidos
atualmente à indústria e à academia. Para tirar vantagem da aplicação interativa baseada na Web é
necessário mudar a abordagem para conceber e explorar novos paradigmas para a integração CAD/
CAPP/CAM.
Tendo em vista a importância e popularidade da Internet, é apresentado uma metodologia de inte-
gração CAD/CAPP/CAM voltada para manufatura remota de peças rotacionais utilizando a Internet,
em especial os protocolos associados a World Wide Web, visando a aplicação e domínio de ferramen-
tas relacionadas à Internet, bem como a disponibilização das funções CAD/CAPP/CAM para que um
usuário possa remotamente realizar o projeto colaborativo de uma peça rotacional (modelagem em
2D e visualização em 2D e 3D), gerar o planejamento do processo e fabricar a peça em um centro de
torneamento.
Esta tese pretende ser uma contribuição para o desenvolvimento da linha de pesquisa denomi-
nada de telemanufatura (e-Mfg), que congrega áreas multidisciplinares envolvendo a Tecnologia da
Informação, Engenharia Mecânica e Engenharia Mecatrônica.
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
5
1.4 Contribuições do Trabalho
A metodologia idealizada utiliza a tecnologia Internet e de comunicação associada à SOA (Service-
oriented Architecture) para oferecer um novo paradigma para o desenvolvimento dos futuros ambi-
entes integrados CAD/CAPP/CAM. Estes ambientes serão globais, centrados em rede e espacialmente
distribuídos, tendo como front-end com o sistema CAD/CAPP/CAM navegadores Web e a linguagem
Java, permitindo a independência da plataforma computacional do usuário.
Os Sistemas desenvolvidos a partir desta metodologia poderão ser aplicados na indústria e na
academia. Esta metodologia de desenvolvimento de produto permite que uma empresa (aqui repre-
sentada pelo usuário remoto) não necessariamente possua os equipamentos para a projeto, planeja-
mento e fabricação de um lote de peças, além da empresa fabricante das peças poder ter contato direto
com o cliente.
O sistema proposto apresenta muitas contribuições, inovações, para o desenvolvimento de sis-
temas de manufatura eletrônica e telemanufatura baseados em serviços Web, integrando atividades
de projeto detalhado de forma colaborativa, planejamento de processos e fabricação através da mo-
delagem por features, utilizando os protocolos TCP/IP, SOA e sistemas distribuídos. O sistema é
inédito no que concerne à abordagem de projeto colaborativo por síntese de features e no processo de
fabricação utilizado, sendo voltados para fabricação de peças rotacionais. Inova também na incorpo-
ração de funcionalidades associada à teleoperação via Web da máquina-ferramenta CNC permitindo
a integração CAD/CAPP/CAM. O sistema CAPP, proposto e implementado, utiliza uma nova abor-
dagem de mapeamento de features de projeto para features de torneamento e usinagem, denominada
de “decomposição orientada ao setup, geometria e operação”, sendo utilizados conceitos associados
à norma STEP (STEP, 2003), e também aderente ao STEP-NC (STEP-NC, 2003).
Outras contribuições específicas estão associadas à implementação do sistema utilizando a tec-
nologia Java Applet e servlets que impõem uma maior segurança e restrições associadas à rede de
comunicação. Esta implementação permite a utilização de uma estrutura de plataforma transversal
(cross plataform) reusável, possibilitando a sua operação com qualquer sistema operacional que su-
porte Java.
A seguir são apresentadas algumas contribuições do trabalho relacionadas à integração CAD/
CAPP/CAM e a Tecnologia da Informação:
• CAD por features voltado para Web: é inovador na sua concepção, bem como, na aplicação
voltada à modelagem colaborativa de peças rotacionais simétricas e assimétricas.
• CAPP generativo voltado para Web e aderente à STEP-NC: é inovador, principalmente na apli-
cação escolhida, voltada para planejamento do processo não-linear de peças rotacionais simétri-
cas e assimétricas. Vários métodos propostos e implementados para resolução das atividades
relacionadas ao planejamento de processo não-linear são inovadores, como a “decomposição
orientada ao setup, geometria e operação”, “geração de planos de processos não-lineares”,
“otimização das condições de usinagem baseada em algoritmos genéticos” e “linearização do
plano de processo baseado em algoritmos genéticos”.
• Supervisão, monitoração e teleoperação do centro de usinagem Galaxy 15M da Romi (CNC
Fanuc 18i-ta) via Web. O sistema de supervisão e teleoperação via Web está integrado aos
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
6
servidores de streaming de imagens e de som, que permitem uma imersão do usuário remoto
no chão-de-fábrica.
• integração baseada em banco de dados relacional compartilhando toda a informação do sistema
aliada à arquitetura multiagente e sistemas distribuídos, utilizando-se de applets e servlets em
uma arquitetura cliente-servidor.
• identificação e discussão das técnicas disponíveis para telemanufatura via Web. Isto inclui téc-
nicas e protocolos tais como CGI, HTTP, HTML, Java, sistemas multiagentes, VRML, servlets,
entre outros.
• análise detalhada de características da Internet para aplicação de telemanufatura, levando em
conta o balanceamento da funcionalidade disponível na arquitetura cliente-servidor em relação
à largura de banda, a fim de minimizar o delay inerente ao protocolo TCP/IP.
1.5 Estrutura do Documento
Inicialmente é apresentada uma revisão de literatura, do capítulo dois ao cinco. O capítulo dois
apresenta uma introdução à manufatura eletrônica baseada na Internet. O capítulo três apresenta uma
introdução ao planejamento do processo. O capítulo quatro aborda o uso de features de projeto e
manufatura como elemento de integração entre o projeto e a manufatura. O capítulo cinco aborda as
metodologias e sistemas CAD/CAPP/CAM baseados na Web.
Do capítulo seis ao oito são apresentados os aspectos associados à metodologia concebida para
viabilizar a integração CAD/CAPP/CAM via Web, denominada de WebMachining. O Capítulo seis
apresenta a arquitetura e os módulos do sistema WebMachining. O capítulo sete apresenta a interface
CAD-CAPP associada, detalhando as dez atividades concebidas para o planejamento de processo.
O capítulo oito descreve a abordagem lógica para CAPP, descrevendo a aplicação dos métodos e
algoritmos concebidos em cada uma das atividades previstas, através de um estudo de caso aplicado
à uma peça exemplo.
Os capítulos nove, dez e onze apresentam os resultados obtidos na implementação computacional
dos sistemas WebCADbyFeatures, WebCAPP e WebTurning, respectivamente, através da descrição e
apresentação de telas dos sistemas desenvolvidos.
O capítulo doze apresenta cinco estudos de casos constituídos por dez peças exemplos, para todo
o ciclo de vida da metodologia WebMachining, validando assim a metodologia proposta.
No capítulo treze são apresentadas as conclusões, contribuições e sugestões de trabalhos futuros
visando a evolução do sistema WebMachining.
No Apêndice A são apresentadas uma síntese das publicações e projetos aprovados por agências
de fomentos gerados a partir do trabalho de doutoramento.
No Apêndice B são apresentadas as URLs relativas aos modelos IDEF0 e IDEF1X concebidos, à
modelagem conceitual e física da base de dados relacional e à biblioteca de features CAM-I utilizada.
No Apêndice C são apresentados os modelos matemáticos para otimização de operações de usi-
nagem, complementando assim o capítulo sete.
No Apêndice D é apresentado o ciclo de vida do software WebMachining modelado em UML.
Capítulo 2
Manufatura Eletrônica (e-Mfg)
Este capítulo apresenta uma revisão de literatura relativa à Tecnologia da Informação e sua utilização
na manufatura, sendo designada atualmente de Electronic Manufacturing (Manufatura Eletrônica).
São apresentados conceitos de Manufatura Remota e Virtual (Teleoperação e Realidade Virtual), tec-
nologia Web, linguagens de programação voltadas pra Web, ferramentas de desenvolvimento, labo-
ratórios remotos e virtuais, que serão utilizados no desenvolvimento da metodologia e do sistema
WebMachining.
2.1 Manufatura Eletrônica (e-Mfg)
A Tecnologia da Informação, em especial, a tecnologia de redes de comunicação e Internet, está
abrindo um novo domínio para construção dos futuros ambiente de manufatura denominados e-Mfg
(electronic-Manufacturing) usando métodos de trabalho baseados em Collaborative e-Work (Trabalho
Eletrônico Colaborativo), em especial para as atividades desenvolvidas durante o ciclo de desenvolvi-
mento de produto em ambientes CAD/CAPP/CAM integrados e colaborativos (MALEK et al., 1998;
LEE, 2003 & NOF, 2004).
E-Work (Trabalho Eletrônico) foi definida pelo PRISM Center (NOF, 2004) como qualquer ativi-
dade produtiva que seja colaborativa, suportada por computador e apoiada por comunicação em or-
ganizações altamente distribuídas de robôs e/ou de pessoas ou sistemas autônomos. Em essência
e-Work é compreendida de e-ativities (electronic-ativities - atividades eletrônicas), ou seja atividades
baseadas e executadas através do uso de Tecnologia da Informação.
Este é um novo paradigma para estes sistemas computacionais baseados em ambiente globaliza-
dos, centrados em rede e espacialmente distribuídos, possibilitando o desenvolvimento de atividades
usando e-Work. Isto permitirá que os desenvolvedores de produtos, projetistas, tenham maior faci-
lidade de comunicação possibilitando o compartilhamento e o projeto colaborativo durante o desen-
volvimento do produto, bem como, a teleoperação e monitoração dos dispositivos de manufatura.
Em essência, e-work é constituído de atividades eletrônicas, isto é, atividades baseadas e exe-
cutadas através da Tecnologia da Informação. Essas e-atividades incluem v-(virtual)Design (Pro-
jeto Virtual), e-Business (e-negócio), e-Commerce (e-comércio), e-Manufacturing (e-Manufatura), v-
Factories (v-fábricas), v-Enterprises (v-empreendimentos), e-Logistics (e-logísticas), e semelhante-
mente, robótica inteligente, transporte inteligente, e assim por diante. Todas estas e-atividades se
7
CAPÍTULO 2. MANUFATURA ELETRÔNICA (
E-MFG
)
8
apoiam em computador e tecnologias de comunicação, e todas requerem colaboração e interações
inerentes entre máquinas, pessoas e computadores. E-work inclui aplicações como telerobótica, tele-
manufatura, teleoperação e serviços remotos. Telework também faz parte de e-work de acordo com a
definição geral.
2.2 Manufatura Remota
Segundo MALEK et al. (1998), telemanufatura ou manufatura remota pode ser definida como uma
atividade onde uma empresa (cliente) utiliza serviços oferecidos por centros especializados (servi-
dores) disponibilizados via rede de comunicação através das supervias da informação (Internet) para
executar, em tempo real, operações e processos necessários para o projeto e a produção de bens. Desta
forma atividades relativas à telemanufatura estão presentes em todo o ciclo de desenvolvimento do
produto, desde a concepção do produto até a sua fabricação e distribuição.
Atualmente já existem empresas com alto nível de especialização que oferecem serviços em um
ambiente voltado para telemanufatura. Estes centros especializados detêm o estado da arte na tec-
nologia de software (sistemas CAE/CAD/CAPP/CAM/ERP, entre outros), especialidades avançadas
e acesso às informações atualizadas em seus campos, a fim de auxiliar seus clientes no desenvolvimen-
tos de novos produtos e processos (AHN et al., 1999 e MALEK et al., 1998). Como exemplo cita-se o
CyberCut da Universidade de Berkeley (http://cybercut.berkeley.edu), que possibilita a
modelagem de uma peça prismática, que será usinada, utilizando-se de um sistema CAD/CAPP/CAM
desenvolvido em Java (BROWN e WRIGHT, 1998). Outro exemplo foi desenvolvido por ÁLVARES et
al. (2002) onde o sistema permite a teleoperação de uma máquina de oxi-corte CNC, bem como, a ge-
ração do programa NC da peça a ser produzida utilizando um ambiente de modelagem CAD/CAM de-
senvolvido na linguagem Java (http://weboxicorte.graco.unb.br), denominado de We-
bOxiCorte.
Assim, sistemas de teleoperação de equipamentos industriais enquadram-se no contexto de tele-
manufatura (MALEK et al., 1998) nos aspectos referentes ao controle da manufatura em operações
de chão-de-fábrica, bem como, os ambientes computacionais integrados de CAD/CAPP/CAM para
desenvolvimento de produto. Estes sistemas e ambientes de suporte ao desenvolvimento de produto
e de teleoperação estão sendo atualmente disponibilizados através da Internet/Intranet, utilizando-se
dos protocolos de desenvolvimento para Web.
2.3 Manufatura Virtual
É necessário fazer uma distinção do conceito de Manufatura Remota (telemanufatura), que será uti-
lizado no desenvolvimento do trabalho de doutorado, dos conceitos de Manufatura Virtual e Empresa
Virtual que muitas vezes são confundidos.
A manufatura virtual pode ser definida, conforme BANERJEE e ZETU (2001), como um ambi-
ente de manufatura sintético, integrado, que utiliza todos os níveis de decisão e controle no projeto
de produto e processo, planejamento de processo, planejamento da produção e controle de chão de
fábrica.
CAPÍTULO 2. MANUFATURA ELETRÔNICA (
E-MFG
)
9
A empresa virtual é uma rede multi-disciplinar, rapidamente configurável, de pequenas empresas
configuradas para projetar e produzir um produto específico. Pode ser definida como um consór-
cio temporário de empresas que juntam competências e recursos, suportados por redes de computa-
dores, para melhor responder às oportunidades de mercado (CAMARINHA-MATOS, 1998), podendo
inclusive utilizar-se de conceitos de telemanufatura onde as empresas com maior competência, em
determinadas áreas, disponibilizam serviços especializados para as demais empresas, ajudando-as no
desenvolvimento de produtos.
2.4 Trabalho Colaborativo
O trabalho colaborativo
1
, como item integrante da estratégia de implantação de uma estrutura de ma-
nufatura virtual envolve conceitos de realidade virtual, em ambientes compartilhados, proporcionando
aplicações de teleoperação, telerobótica e telepresença, além de uma infra-estrutura de rede de alta
velocidade.
2.4.1 Realidade Virtual
O termo realidade virtual (RV) pode ser interpretado como uma forma avançada de interface do
usuário de computador (BURDEA & COIFFET, 1994), a qual tem aplicação na maioria das áreas
do conhecimento. Pode também ser definida como uma técnica avançada de interface, onde o usuário
pode realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por
computador, utilizando canais multi-sensoriais. A interface com realidade virtual envolve um con-
trole tridimensional altamente interativo de processos computacionais, onde o usuário entra no espaço
virtual das aplicações e visualiza, manipula e explora os dados da aplicação em tempo real, usando
seus sentidos, particularmente os movimentos naturais tridimensionais do corpo. A grande vantagem
desse tipo de interface é que o conhecimento intuitivo do usuário a respeito do mundo físico pode
ser transferido para manipular o mundo virtual. PENG et al. (2000) apresentam um sistema CAPP
Generativo baseado em realidade virtual voltado para o processo de usinagem.
A vantagem principal dessa tecnologia é o desenvolvimento e análise do projeto colaborativo,
habilitando grupos de engenheiros a visualizar e manipular, em tempo real, um objeto virtual tão
facilmente como eles poderiam fazer com um objeto físico.
2.4.2 Laboratório Virtual
Um laboratório virtual (BANERJEE e ZETU, 2001), (SCHIMID, 1998) e (ZHAI e MILGRAM, 1991) é
um meio heterogêneo e distribuído de resolução de problemas que permite a um grupo de pessoas de
diversos lugares no mundo trabalharem em um conjunto comum de projetos. No projeto e manufatura,
uma empresa envolvida na produção de um produto grande e complexo, tal como um avião, deve ser
capaz de simular processos diretamente para interagir com as bases de dados de projeto, as quais
contêm especificações técnicas e de manufatura.
1
Nesta tese será utilizado o termo colaborativo traduzido do Inglês collaborative. Pode-se utilizar o termo cooperativo
como sinônimo.
CAPÍTULO 2. MANUFATURA ELETRÔNICA (
E-MFG
)
10
2.5 Teleoperação
Existem diversas situações em que a operação de um determinado dispositivo deve ser realizada
através de um operador remoto, o qual encontra-se fisicamente distante do objeto de controle. Estes
dispositivos remotamente operados vêm sendo utilizados em diversas áreas tais como robótica, medi-
cina, pesquisa submarina, etc.
Geralmente, uma tarefa de manipulação remota requer uma máquina de propósito geral que possa
realizar uma variedade de manipulações físicas. Muitas destas tarefas são altamente variáveis. As
tarefas remotas variam em termos do local onde a tarefa tem que ser realizada e se a tarefa é conhecida
a priori. Um sistema ideal para realizar estas tarefas tem que ter a mesma capacidade de um operador
humano para reconhecer qual tarefa tem que ser realizada e quais passos devem ser tomados para
sua realização, além de possuir flexibilidade para realizar manipulações físicas, de maneira análoga à
operação de um humano.
Aspectos importantes no efetivo controle de dispositivos remotos envolvem: o atraso entre uma
ação de controle do operador e sua correspondente visualização, como informação de realimentação
de sua ação, mostrada em seu display; largura de banda do sistema de comunicação, que determinam
uma parcela importante do atraso relacionado à ação de controle; experiência na tarefa de controle
contínuo, manual, do dispositivo controlado; questões de segurança e erros de posicionamento e
autonomia (SHERIDAM, 1992), (ZHAI, 1992) e (NOF, 1999).
A questão da autonomia é particularmente importante, já que define o quanto o dispositivo tele-
operado pode funcionar independentemente do operador humano. Isto pode ser obtido através da
implementação de parte da estratégia de controle em um computador localizado no site remoto. O
operador pode estabelecer altos níveis de controle ao computador remoto, o qual pode executar os
níveis mais baixos de controle.
2.6 Teleoperação e o CAM
Manufatura Auxiliada por Computador é o estágio final do auxílio do computador na produção de
peças mecânicas. Dessa forma, em referências mais antigas (pré-década de 90), CAM é definido
como o uso de sistemas de computação para planejar, gerenciar e controlar as operações de uma
planta, através de interface computadorizada direta ou indireta com a produção (GROOVER, 1985).
Dentro dessa definição, GROOVER dividiu o CAM em duas grandes categorias:
1. Execução (monitoramento e controle por computador): Estas são as aplicações diretas nas quais
o computador se conecta diretamente com o processo de manufatura com o propósito de moni-
torar ou controlar o processo. A teleoperação está intimamente ligada a esta etapa do CAM.
2. Planejamento (aplicações de suporte à manufatura): Estas são as aplicações indiretas nas quais
o computador é usado como suporte das operações de produção na planta, mas não há interface
direta entre o computador e o processo de manufatura. O ambiente integrado CAD/CAPP/CAM
se insere nesta categoria.
O monitoramento do processo envolve uma interface direta com o processo de manufatura, tendo o
propósito de observar o processo e o equipamento associado e coletar dados do processo. O computa-
CAPÍTULO 2. MANUFATURA ELETRÔNICA (
E-MFG
)
11
dor não é usado para controlar a operação diretamente. O controle continua nas mãos de operadores
humanos, que podem ser guiados pelas informações compiladas pelo computador. O controle do
processo por computador vai um passo além de apenas observar o processo, controlando-o a partir
das observações. Novamente atividades associadas à teleoperação da máquina-ferramenta CNC, robô
industrial, entre outros estão presentes no CAM. Ou seja, as atividades de chão-de-fábrica que são
executadas pelo CAM, são agora atribuições do sistema de teleoperação como: download e upload
de programas, inicialização da máquina, status da máquina, e outras funções associadas ao DNC
(Comando Numérico Distribuído).
2.7 Taxonomia: Laboratórios Virtuais e Remotos
Muitos cursos da engenharia, incluindo cursos de Controle e Automação da Manufatura, normal-
mente usam a Web para demonstrações de softwares, tutoriais e gerência básica do curso. Entretanto,
a necessidade de aulas práticas em laboratório está levando ao desenvolvimento de duas modalidades
de uso da Web na área de Ensino a Distância (EAD): laboratórios virtuais e laboratórios remotos.
Este uso da Web voltado ao ensino pode também ser voltado para desenvolvimento de produto, plane-
jamento e programação da produção e manufatura, usando a mesma metodologia em especial nos
chamados laboratórios remotos, que também podem ser designados de plantas industrias remotas em
um contexto de telemanufatura e manufatura virtual.
Os laboratórios virtuais são simulações de dispositivos físicos por meio de software. Estes podem
ser considerados demos interativos sofisticados. Os laboratórios virtuais podem ser uma bancada de
testes de um sistema visando elaborar métodos para o seu controle, ou mesmo a simulação de um
sistema de manufatura baseado em teoria de filas. Se a simulação for muito detalhada, pode ser um
bom substituto para um laboratório real, especialmente se acompanhado de animação.
Os laboratórios virtuais acessíveis através da Internet/Intranet estão se transformando em uma
maneira popular para reduzir custos de equipamento e disponibilizar conceitos através do laboratório
em cursos de EAD. Estes tipos de laboratórios usam geralmente softwares comerciais como o Lab-
View, MatLab (LEE et al., 1998), Arena, AutoMod, Sistemas CAD/CAM, entre outros. Por exemplo,
o laboratório virtual para ensino de Processamento de Sinais da Universidade de Carnegie Mellon
(STONICK, 1993) e o laboratório CAD/CAM desenvolvido em Java da Universidade de Berkeley
(cybercut http://cybercut.berkeley.edu) são utilizados em Ensino a Distância (EAD) em
algumas disciplinas dos cursos de Graduação e Pós-Graduação destas Universidades. Outro exemplo
mais recente é o laboratório remoto denominado TeleLabs, que utiliza a arquitetura LabView e está
disponível na URL http://www.mech.uwa.edu.au/jpt/tele.
2.8 Infra-estrutura de Rede de Alta Velocidade
A infra-estrutura de Rede de Alta Velocidade deve disponibilizar diversas tecnologias para suportar
diferentes aplicações, as quais utilizam parâmetros diversos de Qualidade de Serviço como (YE et al.,
2005): velocidade de transmissão, atraso (delay), throughput, agendamento e taxa de perda.
A velocidade de transmissão define a faixa de valores na qual a velocidade de uma determinada
CAPÍTULO 2. MANUFATURA ELETRÔNICA (
E-MFG
)
12
conexão deve estar; o atraso define o máximo de interrupção aceitável para um sinal na rede, de modo
a garantir o fluxo contínuo de transferência da informação; o throughput define a quantidade de dados
transmitidos em uma unidade de tempo; o agendamento define o horário em que uma determinada
conexão deverá estar disponível e a taxa de perda define a taxa máxima esperada de perda de pacotes
na unidade de tempo.
No Brasil esta infra-estrutura de rede é disponibilizada pelo backbone da RNP que conecta as
instituições de ensino superior, em especial a UnB e a UFSC. Futuramente ter-se-á conectividade
através da Internet 2, onde o backbone terá uma maior largura de banda, sendo mais adequado para
aplicações de manufatura remota e virtual.
2.9 WWW
2
(World Wide Web) e SOA
O serviço WWW surgiu em 1989 (TORNINCASA, 2001) como um integrador de informações, dentro
do qual a grande maioria das informações disponíveis na Internet podem ser acessadas de forma
simples e consistente em diferentes plataformas. A forma padrão das informações do WWW é o
hipertexto, o que permite a interligação entre diferentes documentos, possivelmente localizados em
diferentes servidores, em diferentes partes do mundo.
O hipertexto é codificado com a linguagem HTML (Hypertext Markup Language) e suas exten-
sões, que possui um conjunto de marcas de codificação que são interpretadas pelos clientes WWW
(que são os browsers, como o Netscape), em diferentes plataformas. O protocolo usado para a trans-
ferência de informações no WWW é o HTTP.
Ao se avaliar a efetividade do uso do WWW na manufatura remota é imprescindível a realiza-
ção de um estudo e avaliação das várias ferramentas disponíveis para prover recursos avançados no
WWW, tais como interatividade, animações, simulações e mundos virtuais a este serviço.
Em ÁLVARES (2003 e 2002) e SU et al. (2005) são apresentadas as principais ferramentas de
desenvolvimento para Web, bem como discutido os fatores relevantes na avaliação destas ferramentas
para verificar se o seu uso tem o potencial de prover um hiperdocumento interativo, eficiente e de alta
de qualidade. São analisadas as seguintes ferramentas: Form/CGI, servlets, Java, Javascript e VRML
(Virtual Reality Modeling Language).
Nos últimos anos um novo paradigma para organização de software e intercomunicação tem
emergido, denominado de SOA (Arquitetura Orientada a Serviço), sendo um protótipo da infra-
estrutura de TI dos próximos anos (MCINTOSH, 2004). SOA potencializa a proposta de serviços
Web (MCINTOSH, 2004 & ESTREM, 2003) fornecendo orientação sobre como a infra-estrutura de
TI deve ser arquitetada para utilizar serviços Web (http://www.ibm.com/br/products/
software/info/topic/webservices).
2
Também denominado de Web. Neste trabalho muitas vezes a terminologia WWW será designada simplesmente de
Web, ou seja, a rede Internet utilizando o protocolo HTTP.
Capítulo 3
Revisão de Literatura: Planejamento do
Processo
O planejamento do processo é uma função vital nas indústrias de manufatura pois fornece as infor-
mações necessárias para a transformação de matéria-prima ou produtos semi-acabados em produtos
final (CHANG et al., 1998). Os requisitos associados a seleção de um processo podem ser divididos
em requisitos para a peça e para o processo (SMITH, 1999).
Os requisitos da peça estão associados aos aspectos funcionais sendo definidos no projeto da peça
sem levar em conta a quantidade a ser produzida. Por outro lado, os requisitos de processo levam
em conta os aspectos de negócio/econômico da manufatura (quanto, qual o custo e quando?). Os
requisitos da peça normalmente especificados no projeto mecânico são: tolerância dimensional, to-
lerância de forma e posição, rugosidade superficial, forma geométrica e material. Os requisitos de
processo são: tamanho do lote, custo de setup, tempo de setup, custo por peça e taxa de produção.
O projeto mecânico de um novo produto deve incluir estes atributos para possibilitar à atividade de
planejamento do processo a especificação do plano de processo, preferencialmente, com alternati-
vas que será utilizado na fabricação da peça. As decisões associadas ao planejamento do processo
(WANG & LI, 1991) podem ser divididas em atividades associadas ao planejamento do roteamento
(macroplanejamento) e ao planejamento das operações de usinagem (microplanejamento).
3.1 Projeto Lógico do Plano de Processo
De acordo com HALEVI E WEIL (1995) o projeto lógico do plano de processo deve seguir a seguinte
ordem:
• Análise preliminar da peça mecânica;
• Seleção dos processos de usinagem (operações elementares), ferramentas e parâmetros de corte;
• Agrupamento dos processos dentro de operações (jobs);
• Seleção de máquinas-ferramenta;
13
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
14
• Seqüenciamento das operações de acordo com as relações de precedência segundo as restrições
de ordem: dimensional, tolerâncias geométricas, tecnológica (desbaste antes de pré-acabamento)
e econômicas (redução do custo de produção e desgaste/quebra de ferramenta, por exemplo);
• Seleção dos dispositivos de fixação e referências dimensionais;
• Preparação final do arquivo com o plano de processo para a peça.
Nesta abordagem a seleção da máquina-ferramenta é feita após ter-se escolhido os parâmetros de
corte através dos métodos baseados no mínimo tempo de produção (maior produtividade) ou menor
custo de usinagem. Por este método as restrições para escolha da máquina baseiam-se nas condições
tecnológicas de usinagem que irão definir a potência e a velocidade requerida para a máquina a ser
selecionada e outras restrições disponíveis.
Segundo WANG & LI (1991) o planejamento do processo pode ser dividido em dois estágios:
planejamento do roteamento e projeto da operação de usinagem. No primeiro caso faz-se um plane-
jamento global dos processos de fabricação de uma peça tendo como objetivo a determinação do
conteúdo e das seqüências de operações no plano de processos. Os fatores considerados são: mate-
rial, especificações técnicas da peça, características da matéria-prima, volume de produção, máquinas,
ferramentas, sistemas de medição, dispositivos de fixação, entre outros. Tendo-se identificado as o-
perações a serem executadas no planejamento de roteamento de operações parte-se para o segundo
estágio, o projeto das operações de usinagem.
A partir da listagem da ordem lógica das operações fornecida pelo roteamento deve-se realizar
um detalhamento do plano de processos com as informações necessárias para as instruções de fa-
bricação da peça. De forma bastante semelhante à abordagem de HALEVI & WEIL (1995) têm-se
as seguintes atividades no estágio associado ao planejamento do roteamento, também denominado de
macroplanejamento (ÁLVARES, 2002):
• Análise do desenho da peça;
• Seleção dos processos e rotas de usinagem para cada superfície da peça a ser usinada (feature);
• Determinação do conteúdo de cada operação e o número de operações de usinagem.
• Determinação das seqüências de operações;
• Seleção das referências de apoio para cada operação;
• Arranjo de operações de tratamento térmico;
• Arranjo de operações auxiliares (inspeção, limpeza, etc);
As seguintes atividades são efetuadas no projeto (planejamento) de operações de usinagem, também
denominado de microplanejamento (ÁLVARES, 2002):
• Seleção da máquina e ferramental para cada operação;
• Arranjo das seqüências de operações elementares em cada operação;
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
15
• Determinação dos sobremateriais para cada superfície a ser usinada;
• Determinação das cotas e tolerâncias de fabricação para cada operação;
• Determinação das condições de usinagem para cada operação;
• Estimativa de tempos padrões para cada operação.
3.2 Planejamento do Roteamento - Macroplanejamento
É realizado um planejamento global dos processos de fabricação de uma peça tendo como objetivo
a determinação do conteúdo e das seqüências de operações no plano de processos. Os fatores con-
siderados são: material, especificações técnicas da peça, características da matéria-prima, volume de
produção, máquinas, ferramentas, sistemas de medição, dispositivos de fixação, entre outros.
Em ÁLVARES (2001) são detalhadas as principais atividades associadas ao macroplanejamento,
listadas a seguir: seleção método de usinagem; divisão da rota de processo em etapas; concentração e
separação de operações.
3.3 Planejamento
1
das Operações de Usinagem - Microplaneja-
mento
É um planejamento específico, onde cada operação definida no roteamento do processo é detalhada
em termos de máquinas, ferramentas, superfícies de referência para a fabricação, dispositivos de
fixação, condições de corte, etc.
Em ÁLVARES (2001) são detalhadas as principais atividades associadas ao microplanejamento:
seleção de máquinas-ferramenta; seleção de ferramentas; seleção de dispositivos de fixação; seleção
de superfícies de referência para a fabricação; determinação de sobremetais; determinação de dimen-
sões e tolerâncias de usinagem; seleção de condições de corte; estabelecimento de tempos padrão;
documentação do plano de processo.
3.4 Determinação do Tipo de Operação
Segundo HALEVI & WEILL (1995) muito esforço tem sido desenvolvido nos últimos anos para esta-
belecer teorias e algoritmos para a completa otimização do processo de fabricação com remoção de
material. Entretanto a maioria dos esforços concentram-se nos parâmetros tecnológicos de usinagem,
em especial na velocidade de corte. Caso a operação a ser executada seja supérflua nenhum ganho
será obtido com a otimização da velocidade de corte que está diretamente relacionada com o tempo
de usinagem.
As operações necessárias e sua seqüência devem ser determinadas antes da escolha das condições
de usinagem e da máquina a ser utilizada, caso haja opções de máquinas. A seguir são apresentados
alguns métodos para determinar os tipos de operações necessárias para fabricação da peça.
1
Também denominado de Projeto das Operações de Usinagem.
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
16
3.4.1 Capacidade do Processo e Seus Limites
A seleção da operação deve ser baseada na capacidade e nas condições de limite do processo. A
profundidade de corte é um dos parâmetros que mais influenciam na tomada desta decisão. A estraté-
gia de limites de contorno é baseado no conceito da existência de restrições técnicas e considerações
econômicas na seleção das operações de corte ótimas. O método proposto por HALEVI & WEILL
(1995) estabelece um conjunto de restrições técnicas como limites de contorno, e então, levando em
consideração aspectos econômicos, seleciona-se as condições de trabalho dentro destes limites.
Estas restrições são usadas para estabelecer os limites da profundidade de corte, avanço e ve-
locidade de corte. As restrições que determinarão as condições de contorno (limites) são expressas
através de fórmula e tabelas como por exemplo:
• acabamento superficial como função da profundidade de corte e avanço;
• força de corte como função da profundidade de corte e avanço;
• limite da profundidade de corte como função da dureza do material e acabamento superficial;
• profundidade de corte como função do avanço;
• profundidade de corte como função de uma operação elementar a ser selecionada, entre outros.
3.4.2 Método para Seleção das Operações de Corte X Tabelas de Roteamento
Este método desenvolvido por HALEVI E WEISS (1995) tem por finalidade otimizar a definição das
operações de usinagem. Baseia-se no axioma onde a otimização é buscada através da minimização
do número de passes de usinagem, definindo os maiores valores possíveis das condições de usinagem
(avanço e profundidade), dando preferência às estratégias de otimização bem conhecidas baseadas
nos limites de contorno calculados e tabelados.
A partir dos limites da profundidade de corte calculados em relação às diversas restrições que são
levadas em consideração, determina-se a quantidade de passes a ser efetuada escolhendo os parâme-
tros de corte para cada operação de usinagem, avanço e profundidade de corte. A velocidade de corte
é determinada por outro método. Cabe destacar que a utilização deste método é mais genérico pois
ainda não se escolheu a ferramenta de corte a ser utilizada bem como a máquina-ferramenta. Este
método determina inicialmente o sistema e dispositivo de fixação da peça, a seguir determina as ope-
rações elementares (número de passes e condições de usinagem) e finalmente faz um agrupamento das
operações elementares em operações (jobs) utilizando a matriz das anteriores. Após a determinação
das operações define-se a velocidade de corte, escolhe-se a máquina através da Matriz de Halevi e
finalmente seleciona-se as ferramentas de corte. Neste método parte-se das operações de usinagem,
condições tecnológicas de corte e por último define-se as máquinas e ferramentas, minimizando as
restrições que se impõe a cada tomada de decisão. Desta forma as restrições impostas pelas várias
decisões tomadas ao longo das etapas do planejamento do processo são minimizadas.
Outra abordagem muito popular WANG e LI (1991) e CHANG e WYSK (1985) é a utilização
de tabelas que já apresentam roteamentos típicos de usinagem para superfícies cilíndricas externas,
internas e planas.
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
17
3.4.3 Determinação de Sobremateriais de Usinagem
Outra estratégia que pode ser utilizada é baseada no conceito de sobrematerial de usinagem
2
que é
apresentado em WANG e LI (1991) e FERREIRA (1996). A quantidade de sobrematerial é a diferença
entre as cotas de fabricação obtidas nas operações atual e anterior. O sobrematerial total (incluindo
todas as operações) é igual à soma dos sobremateriais referentes a cada operação, desde a matéria-
prima até a peça na forma final.
Existem diferentes métodos para a determinação de sobremateriais WANG E LI (1991) e (FERREIRA,
1996):
1. Cálculo: pouco usado devido à ausência de dados experimentais.
2. Estimativa baseada na experiência: normalmente pouco eficiente.
3. Tabelas de sobremateriais: dados disponíveis de manuais normalmente compilados de dados
de chão-de-fábrica e experimentos. Esta é a abordagem mais utilizada na determinação de
sobrematerial.
Cada cota e tolerância de projeto é obtida através de uma série de operações de usinagem. Em cada
operação, a superfície é usinada até que se atinja uma certa cota e precisão de fabricação. A cota e
tolerância de fabricação devem ser indicadas no plano de operações. A determinação das cotas de
fabricação de outras operações de usinagem relaciona-se com os sobremateriais de usinagem. Os
sobremateriais são determinados em ordem inversa, isto é, da peça acabada até a matéria prima.
3.4.4 Determinação de Condições de Usinagem e Tempos Padrão
As condições de usinagem podem ser obtidas de handbooks ou catálogos de fabricantes de ferramen-
tas, ou através do método seqüencial. No caso da utilização de handbooks ou catálogos de fabricantes
de ferramentas faz-se a seleção das condições de corte para uma dada combinação de materiais de
peça e ferramenta, bem como, da geometria da ferramenta WANG E LI (1991).
As condições de corte utilizadas numa operação influenciam significativamente na precisão di-
mensional, geométrica e na qualidade superficial obtida; assim como na vida da ferramenta e na pro-
dutividade de um processo. Um grande número de pesquisas tem sido realizadas para determinação
dos parâmetros de usinagem ótimos, tendo iniciado com GILBERT (1950).
A seleção de condições de corte em um modelo multi-passe envolve a determinação de quatro
parâmetros: profundidade, avanço, velocidade de corte e o número de passes de usinagem.
Um modelo multi-passe generalizado descrito em TAN e CREESE (1995) & CHANG et al. (1998)
é utilizado para seleção do número de passes de usinagem ótimo, bem como, da velocidade de corte,
avanço e profundidade de corte para cada passe individual. Ao contrário de um modelo de passe
simples, onde a profundidade de corte é fixa e apenas um único passe é utilizado para produzir a
peça, no modelo multi-passe é assumido vários passes de usinagem para produzir a peça. Assim
profundidade de corte (a
p
) torna-se uma variável de controle.
2
Sobrematerial de usinagem é uma camada de material que deve ser removida da superfície da peça para que a precisão
e a qualidade da superfície sejam obtidas.
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
18
Normalmente um modelo multi-passe é dividido em várias operações de desbaste, com uma
mesma profundidade de corte de usinagem ou com diferentes profundidades para cada passe, e um
único passe de acabamento. O primeiro passo do problema associado à determinação das condições
de corte é o cálculo da profundidade de corte (a
p
). Se for possível a execução da operação de desbaste
em um único passe, então a profundidade de corte é determinada em função do sobremetal de acaba-
mento que deverá ser deixado para o passe de acabamento. Em operações de desbaste, a profundidade
de corte é função da potência da máquina-ferramenta, do comprimento da aresta de corte, da rigidez
da peça, do método de fixação, entre outras. Desta forma, podem ser necessários vários passes de
usinagem para a remoção do sobremetal, com profundidades de corte menores.
CHEN e TSAI (1996) relatam várias abordagens para resolver o problema de otimização de usi-
nagem multi-passe, incluindo métodos baseados em programação geométrica, multiplicadores de
Lagrange, programação linear, entre outros, que foram utilizados no passado. SHIN e JOO (1992)
apresentaram um modelo matemático para otimização das condições de corte de operações de tornea-
mento longitudinal com restrições práticas, que influenciou a maioria dos métodos propostos a partir
de então, sendo um dos trabalhos mais citados na área. Entretanto este modelo matemático só pode
ser aplicado em operações de torneamento longitudinal linear, não contemplando operações de facea-
mento, torneamento cônico, torneamento circular, entre outras operações, normalmente presentes em
peças rotacionais.
CHEN e SU (1998) apresentaram um novo modelo matemático que inclui operações de tornea-
mento longitudinal (trajetória da ferramenta retilínea), torneamento cônico, faceamento e torneamento
circular, que são considerados simultaneamente no modelo matemático, sendo baseado em um tra-
balho de SPEEDDING et al. (1998). Atualmente vários métodos de otimização utilizam abordagens
heurísticas baseadas em simulated annealing, como descritos em CHEN e TSAI (1996), KHAN et
al. (1997) e CHEN e SU (1998), e em algoritmos genéticos, destacando REDDY et al. (1988), ON-
WUBOLU e KUMALO (2001), WANG e JAWAHIR (2001) e CHEN e CHEN (2003).
A fase final do planejamento do processo consiste em estabelecer o tempo padrão para cada o-
peração. Os tempos padrões num plano de processo fornecem os dados iniciais para a programação
da produção, escalonamento de pessoal e cálculo de custos. O tempo padrão é o tempo necessário
para executar uma tarefa bem definida (p.ex. uma operação) sob certas condições. Um tempo padrão
é composto pelo tempo de setup, tempo de processamento, tempo de manuseio, tempo de serviço e
tempo de compensação. Em WANG E LI (1991) são apresentadas tabelas e fórmulas para o cálculo
dos diversos componentes do tempo padrão, em especial os modelos de tempo para as principais
operações de usinagem normalmente utilizadas e que dependem das condições de usinagem definidas
para a operação.
3.5 Fixação em um Torno
Na usinagem por comando numérico três métodos são usados para que as dimensões entre duas
superfícies, features, de uma peça sejam obtidas (ZHANG et al., 1996):
1. usinagem das duas features em um mesmo setup (dimensões tipo I - erros tipo I) ;
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
19
Figura 3.1: Tipos de placas utilizadas (HUANG, 1988): estilo 1, 2, 3 e 4.
2. usando a feature de referência como superfície de fixação de setup, em relação a outra feature
(dimensões tipo II - erros tipo II);
3. usando uma referência intermediária de setup para máquina e duas features em diferentes setups
(dimensões tipo III - erros tipo III).
Estes três tipos são denominados como setup método I, setup método II e setup método III; consistindo
em diferentes fontes de erros de fabricação. Os erros geométricos relacionados às superfícies de usi-
nagem estão associados principalmente ao projeto geométrico. Já os relacionamentos dimensionais
associados às superfícies de usinagem estão ligados à precisão dimensional do sistema de controle da
máquina. O relacionamento entre as superfícies usinadas levando em conta os erros dimensionais e
geométricos, em um mesmo setup, está associado à capabilidade máquina/processo. Assim as dimen-
sões obtidas pelo setup método I são dimensões do tipo I, consistindo no menor erro de fabricação
entre os três métodos. Este é o método a ser utilizado para facilitar o controle de tolerância.
Quando o setup método II é utilizado na fabricação NC introduz-se um erro de localização na
dimensão obtida (dimensões tipo II), sendo menos precisa que as dimensões tipo I. O método III
é o menos desejado dos três, pois tem-se a formação de uma cadeia dimensional associada a cada
dimensão do tipo III, devendo-se evitá-lo.
Uma descrição detalhada sobre planejamento de setup e modelos geométricos de placa de fixação
e fixações validas são apresentados em (ZHANG et al., 1996) e (MASSAROPPI e MASIERO, 2001),
respectivamente.
Existem muitos métodos de fixação de peças simétricas em um torno. HALEVI & WEILL (1995),
ÁLVARES (2001) e (MASSAROPPI e MASIERO, 2001) apresentaram algumas orientações para sele-
cionar o tipo de fixação mais econômica para operações de torneamento, como o uso de placas com
três castanhas com e sem contra-ponta. A figura 3.1 apresenta os quatro tipos de fixação em placas
com três castanhas mais utilizadas (HUANG, 1988).
3.6 Planejamento do Processo com Alternativas
A chave para a fabricação de qualquer peça é o plano de processo, o qual contém as informações
necessárias à fabricação da peça, como por exemplo, operações, máquinas, ferramentas de corte, dis-
positivos de fixação e condições de corte (FERREIRA e WYSK, 2001). O plano de processo para
uma peça ou lote deve satisfazer os requisitos de tolerância considerando também o carregamento
da máquina e a eficiência do processamento. Assim, o planejamento do processo é uma atividade
CAPÍTULO 3. REVISÃO DE LITERATURA: PLANEJAMENTO DO PROCESSO
20
complexa, e no caso de sistemas de manufatura que estão sujeitos às incertezas de demanda, o plane-
jamento do processo deve ser executado freqüentemente.
Devido aos aspectos dinâmicos do planejamento do processo que influenciam o comportamento
do ambiente, cada plano de processo deve conter alternativas para cada operação. Isto é recomendado
porque fatores como carregamento excessivo de certas máquinas, mudanças constantes nos produtos,
mudanças necessárias no processamento entre lotes de fabricação, entre outros, exigem que se tenha
planos/métodos alternativos a fim de melhorar a performance do sistema de manufatura, como em
uma célula ou um sistema flexível de manufatura.
Razões para Utilização de Planos de Processo Alternativos
A seguir são apresentados os principais motivos para geração de métodos alternativos para fabricar
uma peça:
1. Uma determinada máquina pode estar em manutenção ou pode estar ocupada fabricando outra
peça ou um lote. Uma máquina alternativa pode ser usada reduzindo o tempo de processamento
da peça e também o trabalho em processo. Com a disponibilidade de alternativas, no caso de
uma falha no chão-de-fábrica, por exemplo quebra de uma máquina, não será necessário refazer
o planejamento do processo da peça, pois existe um plano alternativo para fabricação da peça.
2. A indisponibilidade de uma determinada ferramenta de corte no magazine da máquina especi-
ficada, pode ser substituída por uma ferramenta alternativa especificada no planejamento do
processo com alternativas.
3. O tamanho do lote pode influenciar a escolha da operação; isto é, para pequenos lotes uma certa
operação pode resultar em um tempo de fabricação menor, por outro lado para lote com quan-
tidade maior outra operação pode ser mais apropriada para diminuir o tempo de fabricação, até
mesmo se operações posteriores necessitarem de setup de uma nova ferramenta. Por exemplo,
se apenas uma peça está sendo produzida (peça protótipo) a estratégia mais eficiente é produzir
a peça usando um único setup de ferramentas no magazine da máquina, se possível. Setup de
novas ferramentas na máquina demanda mais tempo do que usar as ferramentas disponíveis na
máquina, sendo inclusive menos eficiente do ponto de vista de usinagem, por exemplo menor
velocidade de corte a ser usada.
Existem diferentes modos de representar planos de processos com alternativas (não-lineares), destacan-
do-se: Redes de Petri; grafos E/OU; Estruturas em árvores; gráficos direcionados. KRUTH e DETAND
(1992) propõem o uso de Redes de Petri (PNs) para representar planos de processos não-lineares. PNs
são usadas para representar features, operações e máquinas. KIRITSIS e PORCHET (1996) propõem
uma abordagem baseada em PNs para planejamento do processo dinâmico e seqüenciamento. Em
ÁLVARES (2001) são apresentados exemplos detalhados da utilização da modelagem do planejamento
do processo através de PNs e grafos E/OU.
Capítulo 4
Revisão de Literatura: CAPP e Projeto por
Features
Planejamento do Processo Auxiliado por Computador (CAPP) é o elo de ligação entre CAD e CAM.
CAPP tem sido pesquisado desde os anos 60 (ALTING e ZHANG, 1989). Na década de setenta foi
lançada a primeira aplicação comercial sendo direcionada para o armazenamento e recuperação de
planos de processo para usinagem convencional.
O planejamento do processo auxiliado por computador (CAPP) é tido como parte fundamental
de um sistema de Manufatura Integrado por Computador (CIM) por ser responsável pela ligação de
dados de projeto (CAD) e fabricação (CAM). No passado, o desenvolvimento dos sistemas auxiliados
por computador foi principalmente concentrado nos sistemas CAD (projeto) e CAM (manufatura).
Devido à sua importância no contexto de um sistema CIM, nas últimas décadas grandes esforços têm
sido empreendidos no sentido de um maior desenvolvimento de sistemas CAPP.
O ano de 1976 talvez seja o grande marco na corrida pelo desenvolvimento destes sistemas.
Naquele ano, dois sistemas foram apresentados, um desenvolvido pela CAM-I (Computer Aided
Manufacturing-International) e outro desenvolvido pela OIR (Organization of Industrial Research).
Nos anos que se seguiram houve a apresentação de diversos outros sistemas (ALTING e ZHANG,
1989), mas até os dias de hoje a sua aplicação industrial ainda não é uma realidade. Um sistema
comercial de CAPP famoso é o MetCapp
R
(ftp://graco.unb.br/pub/capp/metcapp),
sendo utilizado a tecnologia de features como forma de viabilizar a integração entre as atividades de
projeto e de fabricação.
4.1 Abordagens de Sistemas CAPP
Para a construção de sistemas CAPP duas abordagens básicas são seguidas (GROOVER, 1987) e
(DETAND, 1993): variante e generativo. Contudo, alguns sistemas que foram construídos apresen-
tam uma combinação das anteriores dando origem a um terceiro tipo, a abordagem semi-generativa,
também chamada de híbrida.
21
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 22
4.1.1 Variante
A abordagem variante para o planejamento de processo é comparável à forma manual utilizada por
um processista, onde o plano de processo para uma nova peça é obtido através de pequenas alterações
executadas em um plano de processo já existente para uma peça similar. Em alguns sistemas vari-
antes, as peças são agrupadas em famílias, caracterizadas por similaridades no processo de fabricação
(Tecnologia de Grupo). Para cada família de peças, um plano de processo padrão que contém todas
as possíveis operações, é armazenado no sistema. Através da classificação e codificação, um código
é definido para cada peça, a partir de uma série de quesitos. Este código é então utilizado para definir
a qual família a peça pertence e qual deve ser o plano padrão associado. Em comparação com o
planejamento de processo manual, a abordagem variante é bastante vantajosa, pois a manipulação de
informações se torna bem mais simples e os planos de processos podem ser padronizados. Contudo,
neste tipo de abordagem, a qualidade final do plano de processo ainda depende da habilidade do pro-
cessista que realiza as modificações necessárias às particularidades de cada peça. Sendo assim, nos
sistemas variantes, o computador é apenas uma ferramenta de auxílio às atividades de planejamento
do processos. Em ÁLVARES et al. (2002) é apresentado a concepção de um sistema CAPP variante
concebido para Web.
O CAPP variante está associado com a codificação e classificação de peças baseadas na Tec-
nologia de Grupo
1
. Nesta abordagem, as peças são classificadas e codificadas baseada em várias
características ou atributos. Um sistema de codificação de Tecnologia de Grupo pode ser usado para
a recuperação de planos de processos para peças semelhantes. Grande parte dos sistemas CAPP vari-
antes, relatados na literatura, se utilizam da tecnologia de grupo como ferramenta de implementação.
4.1.2 Generativo
Neste tipo de abordagem, um novo plano de processo é gerado para cada peça do sistema, sem a
intervenção de um processista. São utilizadas tabelas de decisão, árvores de decisão, fórmulas, regras
de produção, sistemas especialistas, redes semânticas, etc, para definir quais são os procedimentos
necessários para converter um material bruto em uma peça acabada. A entrada de informações sobre
a peça para um sistema generativo pode ser do tipo texto, onde o usuário responde a uma série de
questões predefinidas, ou do tipo gráfica, onde as características da peça são definidas através de
um módulo de CAD. Quando se pensa em um sistema CIM, a utilização de uma interface gráfica
para a definição da peça é a maneira mais interessante, pois desta forma a comunicação entre os
módulos de CAD e CAPP fica prontamente estabelecida. A grande vantagem deste tipo de abordagem
é que os planos de processos gerados são padronizados e completamente automatizados. Este tipo de
abordagem torna-se bastante atraente para empresas que trabalham com uma grande variedade de
produtos que são produzidos em pequenos lotes.
O objetivo desta abordagem é a geração automática de planos de processo, a partir da descrição
de uma nova peça. Freqüentemente, a descrição da peça é um modelo sólido em CAD, por ser um
modelo de produto sem ambigüidades. Um banco de dados de manufatura, algoritmos e lógicas de
1
A Tecnologia de Grupo (GT) pode ser definida como o estudo de uma grande população de itens aparentemente
diferentes e a sua divisão em grupos com características similares. A utilização típica da tecnologia de grupo aparece no
conceito de famílias de peças, onde a codificação e a classificação são utilizadas.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 23
tomada de decisão são os ingredientes principais de um sistema de CAPP generativo. Na década de
oitenta, os sistema de CAPP baseados em conhecimento usando técnicas de Inteligência Artificial
(AI) foram desenvolvidos, sendo os sistemas especialistas uma das técnicas mais utilizadas.
De acordo com ALTING e ZHANG (1989) um sistema especialista pode ser definido como uma
ferramenta que tem a capacidade de absorver conhecimento em um domínio específico, e utilizar este
conhecimento para propor alternativas de solução. Até o começo dos anos 80, apesar dos esforços
empreendidos, o desenvolvimento de sistemas CAPP não havia apresentado resultados muito satis-
fatórios. Isto porque o planejamento do processos é uma área onde não existem soluções algorítmicas,
a capacidade de raciocinar é essencial e as ferramentas computacionais existentes até aquele momento
eram muito limitadas neste sentido. Os sistemas especialistas, devido à capacidade de simular o pro-
cesso de raciocínio de um ser humano, se apresentam como uma das ferramentas mais adequadas para
o desenvolvimento de sistemas CAPP generativos.
4.1.3 Semi-generativo ou Híbrido
Este tipo de sistema aparece devido à dificuldade encontrada em se criar sistemas puramente genera-
tivos. Estes sistemas são um misto de sistemas variante e generativo. Aqui, várias tarefas que seriam
realizadas pelo processista, num sistema variante, são automatizadas, mas algumas modificações no
plano de processos gerado ainda são necessárias.Um sistema híbrido (generativo/variante) é descrito
por DETAND (1993), sendo aplicado para geração de planos de processos não-lineares.
4.2 Integração Projeto e Manufatura Baseada em Features
As features podem ser consideradas como um elemento de integração potencial entre o projeto e
a manufatura. A integração entre as etapas do ciclo produtivo é um dos caminhos que devem ser
explorados na busca pela redução de custos e tempos de produção. De acordo com SHAH e MÄNTŸLA
(1994) a modelagem do produto é o ponto central para a promoção de tal integração.
Num sistema de manufatura integrado, o modelo do produto, definido no módulo de CAD, deve
estar disponível para outros módulos (CAE, CAPP, CAM, CAQ, etc) para que estes possam realizar
suas funções. Estes módulos devem ser capazes de enviar informações de realimentação para o mó-
dulo de CAD, permitindo que as alterações necessárias na peça possam ser efetuadas ainda na etapa
de projeto, como por problemas detectados na fabricação. A utilização de features como base de
informação para a modelagem do produto é o caminho para se atingir esta integração (TÖNSHOFF
et al., 1994). De acordo com SALOMONS et al. (1993) a tecnologia de features é o caminho mais
adequado para se promover a integração entre as atividades de projeto, planejamento do processos,
fabricação, inspeção, etc.
De acordo com SHAH, MÄNTYLÄ e NAU (1994), o primeiro trabalho relacionado com features foi
realizado por Grayer durante seu doutorado em Cambridge, em 1976, onde features foram utilizadas
para a automatização da geração de programas NC com base em desenhos feitos em um CAD.
Como as pesquisas em features são relativamente recentes, várias definições são apresentadas,
cada uma formulada com base em conceitos de uma área específica. SHAH et al. (1993) apresentaram
o conceito de features de forma como sendo elementos físicos de uma peça que podem ser identifi-
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 24
cados por uma forma e por alguns atributos. MAYER et al. (1994) apresentaram várias definições de
feature, cada uma aplicada a uma área distinta:
• feature de forma: entidades relacionadas com a geometria e topologia de uma peça;
• feature de tolerância: entidade relacionada com os desvios aceitáveis nas dimensões de uma
peça;
• feature de material: entidade relacionada com as propriedades mecânicas de uma peça;
• feature funcional: entidade relacionada com a funcionalidade da peça;
• feature de montagem: entidade relacionada às operações de montagem.
Segundo SHAH e MÄNTŸLA (1995) feature é uma forma geométrica definida por um conjunto de
parâmetros que têm significado especial para engenheiros de projeto e fabricação. IRANI et al. (1995)
definem feature do ponto de vista de planejamento do processo: feature pode ser identificada como
uma modificação na forma, no acabamento superficial ou nas dimensões de uma peça, produzida por
um determinado conjunto de operações. ERVE (1988) apresenta uma definição do ponto de vista de
planejamento do processos, onde features de forma são tratadas como características de uma deter-
minada peça, com uma forma geométrica definida, que podem ser utilizadas para especificação de
processos de usinagem, fixação e medição.
4.2.1 O Elo de Ligação Entre as Atividades de Projeto e Manufatura
Projeto e manufatura talvez sejam as etapas do ciclo produtivo que tiveram o maior avanço tecnológico
das últimas décadas, com o desenvolvimento de sistemas CAD (de auxílio ao projeto) e dos sistemas
CAM (de auxílio à geração de programas NC). Contudo, este desenvolvimento se deu de forma iso-
lada, e a comunicação de sistemas CAD/CAM é hoje um grande problema, ocasionando um aumento
exagerado no tempo de desenvolvimento de qualquer produto.
Este problema ocorre devido ao pequeno desenvolvimento dos sistemas CAPP, que na verdade
têm a tarefa de promover a ligação entre dados de projeto e fabricação. A passagem de dados de
projeto para o planejamento do processo e deste para a fabricação deve então ser o ponto estudado.
Para a geração de um plano de processo, é necessário que uma análise detalhada da peça seja em-
preendida. Quando se deseja utilizar o computador para a geração de planos de processo, a utilização
da tecnologia de features facilita a análise da peça (SALOMONS, 1995). Sendo assim, é interessante
que os dados manipulados por um sistema CAPP estejam na forma de features de manufatura. Asso-
ciado às features de manufatura, no caso de processos de fabricação com remoção de material, tem-se
as features de usinagem
2
. Uma feature de usinagem é constituída por:
1. Features volumétricas: é o volume de material removido pela operação de usinagem para trans-
formar a peça bruta em peça acabada. O volume removido é denominado de volume delta ou
volume removido;
2
Feature de usinagem é a porção ou parte da peça afetada pela operação de usinagem.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 25
2. Features de superfície: é uma coleção de faces na peça que resulta da usinagem (subtração) de
uma feature volumétrica.
Segundo HALEVI e WEILL (1995) e HOUTEN (1991) a modelagem baseada em feature é definida
como um elemento físico da peça que tem algum significado específico de engenharia, devendo sa-
tisfazer as seguintes condições:
• ser um elemento físico da peça;
• se mapeável para uma forma genérica;
• ter um significado para engenharia;
• ter propriedades que se possa prever.
De acordo com SHAH e MÄNTYLÄ (1994 e1995) existem essencialmente duas formas de se fazer a
preparação de dados de um produto, com base em features, para o planejamento de processos:
• reconhecimento de features de manufatura a partir de um modelo sólido;
• mapeamento de features de projeto em features de manufatura.
4.2.2 Reconhecimento de Features
Neste tipo de abordagem, a peça criada no CAD é representada em termos de um modelo sólido. As
features de manufatura são identificadas, com base neste modelo sólido, de forma automática ou de
forma interativa.
Alguns pesquisadores relatam restrições com relação ao reconhecimento de features como BRONS-
VOORT e JANSEN (1994), que afirmam que o reconhecimento é de certa forma redundante, pois du-
rante a etapa de projeto, informações de alto nível sobre o produto são transformadas em informações
geométricas de baixo nível. Durante o reconhecimento de features as informações geométricas são
reprocessadas com a finalidade de recuperar as informações de alto nível perdidas.
4.2.3 Mapeamento de Features
Neste tipo de abordagem, uma biblioteca de features de projeto ou de manufatura é colocada à dis-
posição do projetista, que cria a peça através da instanciação das features presentes nesta biblioteca
(SHAH e BHATNAGAR, 1989) e (HAN e REQUICHA, 1998). Desta forma pode-se distinguir duas
categorias de sistemas de projetos baseados em features: projeto com features de forma e projeto com
features de manufatura (HAN e REQUICHA, 1996).
4.2.3.1 Projeto com Features de Forma
Neste caso o modelo da peça é representado em termos de features de projeto. As features de ma-
nufatura são obtidas através da conversão ou mapeamento das features de projeto para o domínio da
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 26
manufatura. De acordo com SHAH e MÄNTYLÄ (1994 e 1995) o mapeamento de features pode ser
feito segundo as seguintes classe de mapeamento
3
:
1. mapeamento um-para-um (1 => 1): quando a feature resultante do mapeamento é idêntica à
feature mapeada, no caso feature de manufatura (do outro domínio). São exemplos as operações
de recartilhamento, rosqueamento e furação;
2. mapeamento de agregação discreta (m => 1): quando duas ou mais features de um domínio
são mapeadas para uma única feature em outro domínio. Por exemplo, “m” features de projeto
são combinadas em uma feature de usinagem simples (operações de torneamento cilíndrico e
perfilamento);
3. mapeamento especializado (1 => n) onde uma feature de projeto é mapeada em muitas features
de usinagem, ou seja, alternativas de operações de usinagem, mapeamento um para “n” features
(ranhuras e superfícies cônicas);
4. decomposição discreta (1 => m): quando uma feature é mapeada para duas ou mais features
em outro domínio. Por exemplo um furo escareado (feature de projeto) é produzido por uma
seqüência de operações, onde a primeira operação realiza a furação e a segunda o escareamento
do furo (m features de usinagem);
5. mapeamento conjugado (m => n): quando uma feature (obtida após o mapeamento) é resul-
tante de apenas algumas partes de duas ou mais features de um outro domínio. A features são
decompostas em suas faces e as faces são reagrupadas, formando novas features com porções
de features diferentes, assim “m” features produzem “n” features, sendo esta a mais complexa
de todas as classes de features (vários cilindros, cones e cavidades de uma peça rotacional,
decompostos e reagrupados para serem usinados com determinadas ferramentas);
6. reparametrização variante: quando diferentes conjuntos de atributos são utilizados para repre-
sentar a mesma feature em diferentes domínios.
Uma revisão mais detalhada sobre mapeamento de features pode ser encontrada nas referências GADH
(1994) e SHAH & MÄNTŸLA (1994 e 1995).
Para que seja possível ter o modelo da peça em termos de features de projeto, é necessário que se
realize um projeto por features. De acordo com FINGER e DIXON citados por SALOMONS (1995), a
utilização do computador no auxílio às atividades de projeto pode se dar em três etapas, quais sejam:
• projeto conceitual ou preliminar;
• projeto estrutural ou de configuração;
• projeto paramétrico ou detalhado.
3
O modelo de features de forma instanciado, para um determinado projeto/peça (bruta e acabada), pode ser mapeado
em features de usinagem. Uma feature de usinagem representa um volume de material usinado em uma operação de
usinagem com uma determinada ferramenta e setup da peça.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 27
Sistemas de projeto por features têm sido construídos, como os relatados em SHAH e MÄNTŸLA
(1995) e WRIGHT & WANG (1998), mas são mais adequados para a etapa de detalhamento. As etapas
de projeto estrutural e conceitual ainda não dispõem de sistemas baseados em features suficiente
maduros.
O planejamento do processo necessita, além da definição da geometria da peça, de dados como
tolerâncias, acabamentos superficiais e especificações de material (SHAH e MÄNTYLÄ, 1995). Se
estes dados já estão prontos no modelo derivado de um CAD baseado em features, então, quando
comparado a um sistema de reconhecimento de features, esta abordagem permite uma redução sig-
nificativa no esforço empreendido para a comunicação CAD-CAPP. Por outro lado, ao utilizar um
sistema de projeto por features, o projetista deve se limitar à utilização das features presentes na bi-
blioteca. Esta seria então uma desvantagem do projeto por features em relação ao reconhecimento de
features.
SHAH E MÄNTYLÄ (1995) descrevem várias técnicas de transformação/conversão de features
de projeto em features de usinagem, destacando-se os métodos heurísticos, estruturas de nível inter-
mediária, mapeamento baseado em células e mapeamento baseado em grafos. Cabe destacar uma
técnica de mapeamento de features para processo muito utilizada, denominada Shallow Knowledge
(Conhecimento Superficial), segundo SHAH e MÄNTYLÄ (1995). Nesta técnica o sistema de plane-
jamento de processo utiliza mapas superficiais (shallow) com representação simbólica de formas para
representação de processos de fabricação. As formas são classificadas em formas de grupos de formas
similares e cada grupo é associado com processos que podem produzir a peça.
4.2.3.2 Projeto com Features de Manufatura
Normalmente a abordagem baseada em features de manufatura é empregada na modelagem de peças
prismáticas, associando o volume a ser removido de material da peça diretamente à feature de usi-
nagem, através da subtração de material da peça bruta em função da ferramenta de corte selecionada.
Utiliza-se um modelador sólido do tipo CSG (Constructive Solid Geometry), por trabalhar direta-
mente com operações booleanas de subtração de features a partir da peça bruta até chegar à geometria
desejada da peça acabada. Por exemplo, no processo de furação o volume de material removido
está associado diretamente ao diâmetro da ferramenta, bastando definir uma operação booleana de
subtração de um volume cilíndrico com determinadas dimensões de diâmetro (ferramenta) e compri-
mento (profundidade de corte).
Em peças cilíndricas/rotacionais esta associação não é tão óbvia como nas peças prismáticas
quando se utiliza modeladores CSG, pois o projetista deve associar o volume a ser removido de
material à forma geométrica desejada, sendo esta estratégia pouco utilizada nas peças rotacionais.
Como é possível representar uma peça rotacional através de 2D, não é necessário utilizar-se de um
modelador sólido (WANG e LI, 1991). No projeto de peças rotacionais é mais adequado utilizar a
abordagem de projeto baseado em features de projeto trabalhando-se com uma biblioteca de features
para criar a geometria desejada. As peças rotacionais podem ser formadas por dois grupos de features
de projeto (HAM e LU, 1998) e SALOMONS, KAPPERT et al. (1993): concêntricas (features internas
e features externas) e não-concêntricas (features de Eixo C, ferramenta rotativa).
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 28
4.3 Projeto Por Features
Segundo SHAH e MÄNTYLÄ (1995) duas metodologias de projeto por features são comumente uti-
lizadas:
1. Destruction by Machining Features, também é conhecida por Destructive Solid Geometry ou
Deforming Solid Geometry (DSG);
2. Síntese por Features de Projeto.
A abordagem Destruction by Machining Features inicia-se com um modelo da peça na qual a peça
desejada será usinada. O modelo da peça é criado pela subtração na peça bruta de features que
correspondem ao material removido por operações de usinagem. O sistema Cybercut (http://
cybercut.berkeley.edu) utiliza esta abordagem, obrigando o usuário a remover entidades
geométricas de uma peça de formato regular através do fresamento e furação da peça bruta, de tal
forma que o processo de manufatura da peça é incorporado, de forma inerente, ao projeto. Alguns
sistemas comerciais também suportam esta abordagem. Estes sistemas usam um conjunto de features
pré-definidas que são subtraídas do sólido base (peça bruta).
Na abordagem com features de manufatura o projetista é forçado a definir a geometria da peça
usando um conjunto de features associadas com um processo de manufatura específico. Exemplos de
utilização desta abordagem são os sistema Quick Tournaroud Cell - QTC (CHANG et al., 1988), First
Cut e Cybercut (SMITH e WRIGHT, 2000). Para usinagem, as features disponíveis para o projetista
são limitadas as features negativas e todas são subtraídas da peça bruta. A vantagem deste método é
que as features de usinagem estão diretamente disponíveis no modelo da peça não sendo necessário o
reconhecimento ou mapeamento de features. A imposição deste método é a sua restrição, pois assume
que o projetista tem um amplo conhecimento de manufatura e força o projetista a pensar em termos de
features de manufatura. O projetista está interessado, inicialmente, na forma da peça e nos aspectos
funcionais.
A segunda abordagem, síntese por features de projeto, difere da abordagem anterior com relação
ao modelo que pode ser construído tanto pela adição quanto pela subtração de features, não sendo
necessário iniciar com um modelo de uma peça bruta.
Em todas as abordagens de Projeto por Features, as peças são criadas diretamente usando fea-
tures e o modelo geométrico é gerado do modelo de features. Isto requer que o sistema de pro-
jeto (CAD) tenha definições genéricas de features disponibilizadas pela biblioteca de features, per-
mitindo a instanciação das features pela especificação de dimensões, parâmetros de localização, a
feature/face/aresta sobre a qual está localizada e vários outros atributos (propriedades), restrições e
relacionamentos.
A figura 4.1 apresenta um diagrama da técnica de criação de features utilizada na metodologia. O
usuário interage com o modelador de features e constrói o modelo de features a partir da instanciação
de features disponibilizadas pela biblioteca de features. A partir do modelo de features o mode-
lador geométrico cria o modelo geométrico da peça. O modelo de features define a forma, atributos
dimensionais, posição das features, restrições geométricas e atributos não-geométricos (features de
materiais, features de Tolerância, entre outros). Já o modelo geométrico é constituído por entidades
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 29
Figura 4.1: Abordagem de criação de features utilizando projeto por features (SHAH e MANTYLA,
1995).
topológicas, gráficos topológicos, entidades geométricas e ponteiros topológicos-geométricos. Mo-
delos geométricos são representados normalmente por modelos gráficos 2D e 3D (arame), modelos
de superfície e modelos sólidos.
4.3.1 ISO10303-224: Definição de Produto para Planejamento de Processo
O Protocolo de Aplicação Part 224 do STEP (ISO 10303-224, 1997) foi desenvolvido para definição
de produtos mecânicos voltado para o planejamento de processo computadorizado usando features de
forma. Part 224 inclui tolerâncias, propriedades do material e de superfícies e dados de controle
da produção e administrativos. Uma Feature de manufatura é definida como uma informação de
produto necessária no planejamento de processo automatizado. Existem três categorias de features de
manufatura, segundo Part 224 (SHAH e MÄNTYLÄ, 1995): features de transição, features repetidas e
features de usinagem.
Uma feature de usinagem é definida como uma forma que representa volumes para serem removi-
dos por usinagem. Contudo, uma saliência também é tratada como uma feature de usinagem. Uma
feature de transição específica uma área de transição entre duas superfícies; diferindo das features
de usinagem na qual nenhuma orientação de posicionamento é necessário. Uma feature repetida é
especificada por uma feature base e um arranjo geométrico de cópias da feature base.
Features de usinagem são definidas em termos de objetos de aplicação, que inclui a definição do
tipo de features (saliência, furo, recartilhado, canal, cavidades, perfis 2D, rosca, etc), perfil, loca-
lização/orientação, dimensões e tolerâncias. Features de transição aplicam-se apenas à quinas/cantos,
como: filetes que são arredondamentos aplicados à arestas côncavas, chanfros (é plano) e cantos
arredondados (é curvo) são aplicados à quinas convexas. Features repetidas podem incluir padrões
retangulares ou circulares.
Pode-se definir também uma feature composta como sendo a união de uma ou mais features em
uma seqüência específica. O Protocolo de Aplicação Part 224 especifica perfis 2D, abertos e fechados,
comumente utilizados em operações de torneamento, como: T, V, N_gon, Circular e Retangular.
O Protocolo de Aplicação Part 224 especifica onze categorias de Unidades de Funcionalidade que
são necessárias para a atividade de planejamento de processo, como "machining_features" e
"manufacturing_part_properties".
A norma STEP (ISO 10303-224, 1997) define uma machining_feature (nomenclatura STEP)
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 30
como sendo uma “unidade de funcionalidade (UoF) que contém as informações necessárias para
identificar as formas que representam os volumes de material que devem ser removidos da peça por
um processo de usinagem”. Já um volume_feature é visto como o “volume adicionado ou subtraído
de um volume pré-existente”.
4.3.2 ISO10303-48: Features de Forma
Segundo SHAH e MÄNTYLÄ (1995) existem vários tipos de features geométricas como: features
de forma (descrevem porções da geometria nominal/idealizada da peça); features de tolerância (des-
crevem variação geométrica em relação a forma nominal); features de montagem (descrevem rela-
cionamentos entre peças em uma montagem mecânica). Além das features geométricas temos as
features funcionais e features de materiais.
Em função da aplicação, ou seja de um particular ponto de vista, visão, uma feature de forma pode
ser chamada de feature de projeto, feature de manufatura, feature de inspeção, feature de torneamento,
feature de usinagem, feature de fixação, feature de custo, etc.
Modelos de features são dependentes do domínio, ou seja da aplicação. Quando uma peça é
projetada por features, o modelo resultante nem sempre é conveniente para uma dada aplicação, como
para o planejamento de processo. O Protocolo de Aplicação Part 48 (ISO 14649, 2003) define um
modelo de features de forma de propósito geral tendo por objetivo fornecer uma definição de features
independente do domínio, ao contrário de Part 224 que é limitado ao escopo para produzir features
pelos processos de torneamento e fresamento.
Uma “form_feature” é um "shape_aspect o qual conforma-se para algum padrão pré-concebido
ou estereótipo e é, para propósito de aplicação, tratado como uma ocorrência deste estereótipo". As
features de forma podem ser classificadas, segundo Part 48, como Features de Volume, Features de
Transição e Padrão de Features. Já um “volume_feature” é visto como o "volume adicionado ou
subtraído de um volume pré-existente".
Observa-se que existe um conflito evidente na definição de features segundo os Protocolos de
Aplicação Part 48 e Part 224 (SHAH e MÄNTYLÄ, 1995). Na metodologia desenvolvida neste trabalho
é utilizado como referência a definição de features associada ao Protocolo de Aplicação Part 224,
utilizando sempre que possível os conceitos associados ao Protocolo de Aplicação Part 48, desde que
não estejam em conflito.
As técnicas de mapeamento a serem utilizadas são derivadas de:
1. métodos heurísticos, onde as features podem ser combinadas ou decompostas em função de um
conjunto de regras de transformação de uma visão à outra (mapeamento 1 => 1, por exemplo);
2. técnica de mapeamento baseado em células, onde volumes são combinados dentro de dife-
rentes grupos extraindo-se as features de usinagem de features de projeto. Muitos métodos de
decomposição de célula volumétrica tem sido propostos (SHAH e MANTYLA, 1995), sendo que
todos os métodos envolvem quatro fases:
• determinar o volume a ser removido por usinagem (peça acabada menos peça bruta);
• particionar cada volume de remoção de material em sub-volumes elementares;
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 31
• combinar os volumes elementares em features de usinagem;
• combinar as features de usinagem para operações de usinagem com base na classificação ante-
rior.
4.4 Aderência à Norma ISO 14649 (STEP-NC)
ISO 14649 (2003) é basicamente uma representação estruturada de um plano de processo para ope-
rações de torneamento, fresamento, eletroerosão, entre outras, sendo baseada em features de usinagem
(SUH et al., 2003). ISO 14649 está em desenvolvimento para operações de torneamento, sendo
denominada de ISO 14649 - Part 12.
Enquanto o padrão ISO 6983 (código G) preocupa-se em especificar a trajetória de movimen-
tação de ferramenta, o STEP-NC específica o plano de usinagem por meio de “Workingstep”, como a
entidade central. Um Workingstep associa uma feature de usinagem à uma operação de usinagem (fer-
ramenta de usinagem, condições de corte, funções da máquina-ferramenta e estratégia de usinagem
associada à movimentação de ferramenta).
As informações que constituem o ISO 14649 - Part 12 são compostas por quatro grupos (figura
4.2):
1. descrição da tarefa: descreve a seqüência lógica de tarefas executáveis (Machining_workingstep,
Turning_workingstep e NC_function). Os detalhes de cada workingstep são apresentados na de-
scrição da tecnologia em referência à uma descrição da ferramenta, associados à uma feature
de usinagem;
2. descrição da tecnologia: refere-se aos detalhes de cada workingstep associando-o à uma feature
de usinagem e à operação de usinagem. Assim descreve-se a tecnologia de usinagem utilizada,
listando as ferramentas, estratégias de usinagem e condições tecnológicas de usinagem;
3. descrição da ferramenta: define os detalhes da ferramenta de corte especificada em um wor-
kingstep;
4. descrição da geometria: define a geometria associada a uma feature de usinagem.
STEP-NC também suporta seqüências de processos não-lineares definidas através das entidades
presentes em objetos executáveis de um programa STEP-NC. Estas são entidades “SUBTYPE” de
“program_structure”:
• operações seletivas/Selective: entidade que define um conjunto de executáveis em que apenas
um será executado, correspondendo ao “OU”;
• paralelas/Parallel: entidade que permite executar vários executáveis em paralelo e disparados
ao mesmo tempo;
• não seqüênciais/Non_sequencial: entidade que define um conjunto de executáveis que serão
executados sem uma ordem pré-estabelecida, correspondendo ao “E”.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 32
Figura 4.2: Estrutura de modelo de dados para STEP-NC representada por um diagrama Express_G
(ISO 14649 - PART 1, 2003).
Assim pode-se gerar planos de processos não-lineares usando um esquema de representação baseado
em Gráfico de Seqüência de Processo (PSG), que nada mais é do que um grafo E-OU (SUH et al.,
2003). Um PSG é uma representação gráfica da seqüência de workingsteps descritas em termos de
features de usinagem (Machining_features) e operações de usinagem (Machining_operations) usando
relacionamento E-OU.
Atualmente tem-se três tipos previstos de controladores aderentes à STEP-NC (SUH et al., 2002):
1. controlador convencional: pós-processamento do ISO 14649 para código G;
2. novo controlador STEP-NC: interpretação do programa ISO 14649 e geração da trajetória de
ferramenta;
3. novo controlador STEP-NC inteligente: executa de forma autônoma várias funções inteligentes
baseado na ISO 14649, por exemplo: seleção automática de ferramentas, monitoração au-
tomática, detecção de features de usinagem, seleção automática das condições de corte, entre
outras.
Por não se dispor atualmente de controladores comerciais STEP-NC e pelo escopo do trabalho não
ser o STEP-NC, o programa NC será gerado apenas no padrão ISO 6983, códigos G e M.
4.5 Sistemas CAPP Voltados Para Operações de Torneamento
ERICKSON (1988) revisou mais de 127 sistemas CAPP e projetos associados. Ele observou que a
incompatibilidade nos softwares, no hardware e nas diferentes representações de produto, recursos e
planos de processo inibiram o desenvolvimento de um sistema integrado de propósito geral. O autor
sugere que os futuros sistemas CAPP deverão ser modulares, fáceis de integrar, amigáveis e de fácil
manutenção. HAM e LU (1988) sugerem que as futuras pesquisas deverão incluir a integração de
projeto e manufatura aplicando técnicas de inteligência artificial.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 33
SHUNMUGAM et al. (2002) destacam que poucos sistemas CAPP reportados na literatura levam
em consideração aspectos de otimização da seqüência das operações ou sugerem seqüências alterna-
tivas de operações ou de planos de processo. Nesta linha, uma abordagem muito utilizada é a matriz
de precedência (RHO et al., 1992) e o Hamiltonian Path (HP), que é análogo aos problemas de plane-
jamento de processo baseado no gráfico de precedência e matriz de custo de operação (IRANI et al.,
1995).
GIUSTI et al. (1989) apresentaram o CAPP KAPLAN descrevendo uma abordagem baseada em
conhecimento para planejamento de processo de peças rotacionais. CHO et al. (1991) descrevem o
desenvolvimento de um sistema integrado de planejamento de processo e monitoração para operações
de torneamento. SHYU et al. (1987) descrevem um sistema integrado de CAD/CAPP/CAM para
centros de torneamento. DESAI e PANDE (1991) apresentaram um sistema de modelagem baseado
em features para CAPP voltado à fabricação de peças rotacionais. RICO et al. (1997) descrevem um
CAPP para peças rotacionais baseado em features e perfis 2D. KRUTH e DETAND (1992) descrevem
um sistema de CAPP para geração de planos de processos não-lineares.
CAY e CHASSAPIS (1997) fazem um levantamento do estado da arte associado ao CAPP e con-
cluem que sistemas de engenharia distribuídos baseados em agentes irão permitir a integração das
atividades de desenvolvimento de produto de forma concorrente. Destacam também a falta de boas
metodologias para desenvolvimento de sistemas de engenharia concorrente que incluam planejamento
de processo. Sugerem que as metodologias IDEF (HARRINGTON, 1984) devem ser utilizadas para
descrever os modelos das atividades de produção.
LI et al. (2005) e LI (2005) apresentaram um sistema de planejamento de planos de processos
baseado na Web aplicado em projeto distribuído, sendo voltado para peças prismáticas. São apre-
sentados três módulos de otimização: seleção de máquinas e ferramentas, determinação de setups e
seleção da sequência de operações de usinagem.
Chung e Peng (2004) apresentaram um sistema de seleção de ferramentas e máquinas baseado na
Web voltado para o domínio de peças rotacionais.
Sistemas de planejamento do processo automatizados (CAPP) relatados na literatura como PART,
PARTS, ROUND, RNDFIX e XPLANES (HOUNTEN, 1991 e ERVE, 1985) implementam as seguintes
funções de planejamento de operações e processos: interpretação do modelo de produto; seleção de
máquinas-ferramenta; seleção de ferramentas; determinação de setups; projeto de fixações; deter-
minação dos métodos/operações de usinagem; seleção de ferramentas de corte; determinação das
seqüências de usinagem; cálculo das trajetórias de ferramenta; cálculo das condições de usinagem;
geração do programa NC; planejamento de capacidade.
Normalmente nestes sistemas, custo e Throughput são objetivos secundários a serem obtidos e
os recursos disponíveis como máquinas-ferramenta, ferramentas de corte e mão-de-obra são as res-
trições. A partir destes recursos disponíveis deve-se buscar a elaboração de um plano de processo
exeqüível e realista.
Diversas arquiteturas de sistemas CAPP baseados na abordagem de features e desenvolvidos para
operações de torneamento, tanto de caráter acadêmico como comercial, são detalhados em ÁLVARES
(2001 & 2002), dentre os quais se incluem os seguintes sistemas:
• ROUND: sistema concebido a partir do sistema BID, que era um programa interativo desen-
volvido para cálculo econômico das condições de usinagem em operações de torneamento
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 34
(HOUTEN, 1984);
• TECHTURN (Technological Oriented Turning System): é um sistema de planejamento do pro-
cesso generativo para peças torneadas (HUANG, 1988).
• CAPP Grima (REZENDE, 1996): se aplica à peças rotacionais que serão executadas em células
de manufatura com estratégia de usinagem bem definida.
• Seicos Sigma
10L Multi Control: é um software integrado ao CNC
4
de centros de tornea-
mento da Hitachi Seiki que consiste de uma interface gráfica (front-end) com o usuário para
realizar as atividade de planejamento do processo ((http://www.hitachiseikiusa.
com/controls)).
4.6 Outros Trabalhos Associados ao Planejamento de Processos
4.6.1 Estratégias de Movimentação de Ferramentas e Superfícies Intermediárias
A ISO 14649 - PART 12 (2003) descreve as seguintes estratégias, usadas como referência:
• Estratégia Unidirecional: utilizada em operações de torneamento longitudinal e faceamento
em uma única direção de corte (movimento linear) usando ferramenta para direita ou para es-
querda, onde a ferramenta vai de um lado ao outro, e então retorna para a posição de partida,
podendo ser do tipo unidirecional_perpendicular (movimento de retorno é perpendicular a di-
reção de avanço) ou unidirecional_diagonal (movimento de retorno/afastamento é definido por
um ângulo não perpendicular com a direção de corte, normalmente 45
o
);
• Estratégia Bidirecional: utilizada em operações de torneamento longitudinal e faceamento em
duas direções de corte (movimento linear) usando ferramenta neutra, onde a ferramenta exe-
cuta o corte no movimento de ida e no movimento de retorno, na direção oposta, a 180
o
do
movimento de ida;
• Estratégia de Contorno: utilizada em operações de perfilamento ao longo do contorno externo
ou interno da peça. Utilizado normalmente para operações de semi-acabamento e acabamento;
• Estratégia para Rosqueamento: utilizada em operações de rosqueamento com a especificação
de várias profundidades de corte por camada, para remoção de material. Pode ser do tipo pro-
fundidade de corte constante, profundidade de corte variável ou profundidade de corte removida
constante determinada pelo CNC. A direção do rosqueamento pode ser esquerda, direita, cen-
tral, esquerda zig-zag e direita zig-zag;
• Estratégia de Sangramento (Grooving): usada para qualquer operação de sangramento, podendo
ser de um único passe ou multi-passes;
4
Este CNC é na realidade um computador industrial baseado na arquitetura PC.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 35
• Estratégia Explícita: faz-se uma definição exata de todos os movimentos necessários para a tra-
jetória da ferramenta, quando não se pode utilizar as estratégias anteriores. Ou seja, o fabricante
do CNC pode definir estratégias de movimentação de ferramenta proprietária.
IBRAHIM et al. (1994) demonstram que para um volume de material associado a um perfil de peça
cônica, onde o envelope cônico é representada em 2D por uma reta inclinada, utiliza-se duas alter-
nativas de movimentação de ferramenta: abordagem de cortes paralelos; abordagem de corte bi-axial
onde a trajetória da ferramenta é paralela ao perfil da peça. Um melhor resultado é obtido para a
abordagem de corte bi-axial, pois minimiza o caminho de deslocamento de ferramenta, diminuindo o
tempo de usinagem. IBRAHIM et al. (1994) também demonstram que para um perfil circular da peça
o corte bi-axial é mais eficaz que o corte paralelo.
Operações de torneamento exigem a capacidade de se tratar com o conceito de geometrias inter-
mediárias, que são geradas durante as várias operações. Por exemplo, em função da geometria da
ferramenta determinados segmentos não poderão ser executados durante uma operação de usinagem
associado a uma fixação/setup, pois haverá interferência entre a ponta da ferramenta e a peça durante
a movimentação da ferramenta, inviabilizando a operação. Devido a este fato uma nova geometria
associada à cinemática peça-ferramenta será necessária, sendo denominada geometria intermediária.
É necessário a usinagem desta geometria a partir de um novo setup.
4.6.2 Seleção da Seqüência de Operações de Usinagem
Uma peça é composta por um determinado número de features que é produzida por uma sucessão
de diferentes operações de usinagem. Esta abordagem top-down tem como objetivo apresentar um
método que pode ser implementado computacionalmente a fim de agrupar as operações elementares
em operações (jobs), realizar o seqüenciamento destas operações elementares agrupadas
5
de acordo
com seu relacionamento de precedência (anteriores). Este método de determinação da seqüência de
operações de usinagem foi desenvolvido por SUNDARAM (1986) e também, descrito por HALEVI &
WEILL (1995) que apresenta uma pequena diferença na resolução da matriz de relacionamento de
precedência.
Esta metodologia estabelece um procedimento sistemático para seleção da seqüência de ope-
rações de usinagem. As operações elementares de usinagem podem ser agrupadas em uma seqüência
e o grupo de operações elementares pode ser processado em uma única máquina. A partir da es-
pecificação de operações de usinagem é montada uma tabela de relacionamento de precedência de
operações baseada nos seguintes fatores:
• Tolerância Dimensional;
• Tolerância Geométrica (acabamento superficial, tolerância de forma e posição);
• Considerações Tecnológicas (incluir desbaste antes de acabamento, por exemplo);
• Aspectos Econômicos (incluir semi-acabamento, por exemplo).
5
Operações elementares agrupadas denominadas a partir de agora simplesmente de operações.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 36
O trabalho de SUNDARAM (1986) detalha o método e apresenta a solução através de manipulação de
matrizes, o que é facilmente implementado em um computador. A abordagem da solução proposta
por HALEVI & WEILL (1995) não permite uma implementação computacional sendo mais adequada
como demonstração de uma solução didática. Outra abordagem de otimização da seqüência de usi-
nagem é baseada em algoritmo genético, sendo apresentado por USHER e BOWDEN (1996).
Uma diferença básica nesta proposta em relação à USHER e BOWDEN (1996) e SUNDARAM
(1986) está associada aos elementos da matriz adjacente, que nesta proposta é composta por features
de usinagem. Já em USHER e BOWDEN (1996) é composta por features de forma e em SUNDARAM
(1986) por operações de usinagem.
ZHAO et al. (2002) relacionam quatro condições nas quais uma feature de forma rotacional irá
necessitar de uma operação de acabamento:
1. se a superfície da feature envolve operações secundárias como rosqueamento, sangramento ou
corte;
2. se a superfície da feature está relacionada a um requisito de tolerância dimensional ≤ ±0, 6
mm.
3. se a superfície da feature tem um requisito de tolerância geométrica;
4. se a superfície da feature tem um requisito de acabamento superficial ≤ 12, 5µm.
As principais tolerâncias dimensionais consideradas são associadas a ângulo, diâmetro, comprimento,
raio e largura. As tolerâncias geométricas (forma e posição) são consideradas de dois tipos: features
simples e features inter-relacionadas. As simples incluem cilindricidade, planicidade, perfil de linha,
perfil de superfície, circularidade e retilineidade. As inter-relacionadas/ligadas incluem paralelismo,
angulosidade, ortogonalidade, posição, concentricidade, simetria e batimento.
As tolerâncias associadas às features inter-relacionadas envolvem duas features, sendo a segunda,
usualmente, uma feature de referência. Normalmente as features inter-relacionadas são processadas
em uma mesma fixação da peça, a fim de garantir a restrição geométrica definida (ZHAO et al., 2002).
Segundo CAM-I (1986), na geração da definição dos passes de corte para remoção de material
deve-se utilizar a abordagem lógica denominada outside-in, de fora para dentro, trabalhando do con-
torno externo da peça bruta (blank) para as features internas. Neste tipo de cenário certas features
devem ser representadas como sendo filhas de uma feature pai, estabelecendo um relacionamento de
precedência; fazendo com que a feature pai seja gerada antes da feature filha, como ocorre em uma
cavidade (feature pai) com um furo na sua base (feature filha). Assim é necessário definir as restrições
de precedência de volumes a serem removidas utilizando um grafo E/OU.
VARVAKIS (1991) apresenta um ambiente de modelagem de produto baseado em features para
peças rotacionais, o qual é constituído por uma GUI que permite a modelagem de produto utilizando
uma biblioteca de features. O modelador de produto está conectado ao módulo denominado “Pacote
de Aplicações” que realiza as atividades de planejamento do processo e a geração do código G, sendo
integrado a uma base de dados. Utiliza-se a mesma estratégia definida em CAM-I (1986) para deter-
minação/reconhecimento das regiões de usinagem, avaliando as regiões externas e as regiões internas
da peças, varrendo o perfil associado ao modelo de features, e determinando os relacionamentos entre
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 37
as features de projeto e mapeando-as em features de usinagem. Utiliza-se a abordagem CAM-I (1986)
baseada no relacionamento Pai-Filho entre features, para esta finalidade.
ZHAO et al. (2002) apresentaram um conceito para integração de sistemas CAD e sistemas basea-
dos em conhecimento para seleção de ferramentas de corte e condições de usinagem voltado para ope-
rações de torneamento, denominado EXCATS. Relatam também o desenvolvimento de um segundo
sistema denominado CADEXCATS que integra o EXCATs a um sistema CAD comercial utilizando a
abordagem de reconhecimento de features a partir de um arquivo IGES.
ZHANG et al. (1997) apresentaram uma proposta de planejamento de setup baseado em grafo,
relacionando as alternativas de setup, que inclui o agrupamento de features em setups, seleção de
referências de setup para cada setup e determinação da seqüência de setups.
AVILA e WEBER (2000) apresentaram uma especificação para o domínio de planejamento de pro-
cesso para peças rotacionais simétricas utilizando a abordagem SNLP (Systematic NonLinear Plan-
ning).
USHER e BOWDEN (1996) apresentaram uma abordagem baseada em algoritmo genético para
determinação da seqüência de operações para peças rotacionais. Utiliza regras de produção e gráficos
de precedência. As features são divididas em features primárias e secundárias, onde uma feature
primária é a forma básica de uma parte da peça (cone e cilindro, por exemplo) e as features secundárias
determinam aspectos de forma detalhada no formato de atributos à uma forma primária, como roscas
e ranhura.
Uma feature secundária é definida como residente sobre uma feature primária. As restrições de
seqüenciamento observadas e critérios de otimização de sequenciamento são classificados como:
1. restrições de exeqüibilidade: referência de localização, acessibilidade, não destruição, tolerân-
cia geométrica e estrita precedência.
2. critério de otimização: número de setups, continuidade do movimento e perda de precedência.
Features de forma em peças rotacionais apresentam relacionamentos entre features basicamente de
dois modos: adjacente e subordinada (CHERNG et al., 1998). As features de forma são divididas
em features principais/primárias (cilindro, cone, face, etc) e features auxiliares/secundárias (filete,
chanfros, entalhe, rasgo, etc). O relacionamento das features principais são adjacentes, isto é, anterior
e posterior. Já o relacionamento entre as features principal e secundária são subordinados, isto é, Pai-
Filho.
SCHÜTZER et al. (1992) desenvolveram dois protótipos para a modelagem semântica, geométrica
e tecnológica de peças prismáticas e rotacionais utilizando o conceito de "manufacturing features"
(FINDES-P) e de "design features" (FINDES-R), respectivamente, os quais foram implementados
usando o Sistema CAD/CAM Euclid3 utilizando o sistema operacional VMS.
4.7 Métodos e Ferramentas Para CAPP
Existem vários métodos para descrever a estrutura de decisão no planejamento do processo. Os méto-
dos de representação do conhecimento relacionam-se diretamente à lógica de decisão nestes sistemas.
Os seguintes métodos de lógica de decisão são utilizados no planejamento do processo: tabelas de
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 38
decisão e técnicas baseadas em inteligência artificial destacando-se os sistemas especialistas, lógica
difusa, redes neurais, sistemas multiagentes e algoritmos genéticos (WANG e LI, 1991).
Uma base de dados relacional é a maneira mais adequada de compartilhar dados para as diver-
sas atividades a serem desenvolvidas para integração CAD/CAPP/CAM. Durante a modelagem por
features, no cliente, é necessário o armazenamento das instâncias de classes de features definidas no
processo de modelagem da peça. Estas informações devem ser armazenadas em uma base de dados,
no servidor. Com estas informações disponíveis, o sistema de CAPP poderá utilizar diversos métodos
para resolução dos problemas referentes ao planejamento de processo. Os diversos módulos do CAPP
podem trabalhar utilizando uma arquitetura multiagente em que cada atividade a ser executada pelos
módulos do CAPP seria considerada um agente (ULIERU et al., 2000)
A seguir é apresentado uma pequena revisão sobre informações de manufatura em banco de da-
dos relacionais, técnicas baseadas em Inteligência Artificial utilizadas na tomada de decisão de um
CAPP generativo, e finalmente uma introdução sobre agentes de softwares, sistemas multiagentes e
a arquitetura de desenvolvimento de agentes denominada JATLite. Em ÁLVARES (2003 e 2002) e
MANET (2002) estes tópicos são apresentados em detalhes.
4.7.1 Banco de Dados
Segundo JUNIOR (2001) os modelos de banco de dados
6
são coleções de ferramentas conceituais
para a descrição de dados, relacionamentos, semântica e restrições. O modelo conceitual de banco
de dados associado às informações de fabricação pode ser dividido em duas grandes áreas (WANG e
WALKER, 1989):
1. Conhecimento de manufatura: conhecimento declarativo;
2. Regras de manufatura: conhecimento procedural.
O conhecimento do planejamento do processo pode ser classificado de maneira geral em: conheci-
mento dos componentes/peças; conhecimento de máquinas; conhecimento de ferramentas; conheci-
mento de sistemas de fixação; conhecimento de materiais.
Este conhecimento pode ser armazenado em banco de dados e acessado pelas várias atividades
de manufatura incluindo o planejamento do processo. Normalmente o modelo de base de dados rela-
cional (JUNIOR, 2001) é utilizado para armazenar e disponibilizar este conhecimento de manufatura
para a empresa. Logo o desenvolvimento de sistemas CAPP utilizando ambientes de softwares basea-
dos em Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados Relacional (DBMS) é uma abordagem muito
utilizada para compartilhamento do conhecimento da manufatura nas diversas atividades necessárias
ao planejamento do processo.
4.7.2 Inteligência Artificial
Técnicas ou abordagens emergentes de Inteligência Artificial (AI) como redes neurais, lógica difusa,
algoritmos genéticos, sistemas especialistas, etc, oferecem novas oportunidades e abordagens para re-
solver complexos problemas associados à elaboração automática de planos de processo (DÉPINCÉ et
6
Também denominado de base de dados.
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 39
al., 2001). A maioria dos métodos utilizados na pesquisas de CAPP são baseados em lógica difusa ou
um mix de métodos usando redes neurais, lógica difusa e sistemas especialistas. Atualmente as técni-
cas de AI são usadas em funções específicas como seleção de ferramentas de corte, seqüenciamento
das operações, reconhecimento de padrões, etc.
O uso de técnicas de AI em planejamento do processo tem destacado a necessidade de se ter a
abordagem certa aplicada no domínio do problema. Algumas técnicas como algoritmos genéticos ou
lógica difusa podem tratar com planos de processos contendo alternativas, gerando planos de proces-
sos não-lineares. Considera-se que o próximo desenvolvimento de sistema de CAPP é a integração
de técnicas de AI dentro do campo de inteligência artificial distribuído, como em uma arquitetura
computacional baseada em Agentes (DÉPINCÉ et al., 2001). Neste caso as atividades são distribuídas
através de múltiplos resolvedores de problemas especializados, ou seja o Agente.
HASHMI et al. (1998) desenvolveu uma aplicação para seleção das condições de usinagem
utilizando-se da abordagem baseada em lógica difusa. HASHMI et al. (1998) conclui o estudo indi-
cando que existe uma boa correlação entre os dados utilizados de velocidade de corte recomendados
pelo Machining Data Handbook e os valores de velocidade previstos pelo modelo em lógica difusa.
O uso de sistemas distribuídos tem mostrado que a inteligência distribuída melhora a eficiência do
processo de decisão. Em sistemas distribuídos, o problema original é decomposto em sub-problemas e
cada sub-sistema especialista é responsável por uma tarefa específica. Em um único sistema, diferen-
tes fontes de conhecimento coexistem e o uso de Inteligência Artificial Distribuída (DAI) permite
o gerenciamento evitando os conflitos devido às várias formas de representação de conhecimento
utilizadas. No final as soluções parciais criadas pelos sub-sistemas são colocadas juntas, de forma
ordenada, para obter uma solução global.
Outra vantagem de técnicas de DAI é a possibilidade de integrar o usuário na malha de decisão:
de maneira a controlar e disparar os subsistemas especialistas por meio de três maneiras: orientado
ao usuário, orientado pelo cenário e disparo automatizado.
Em DÉPINCÉ et al. (2001) é apresentado uma arquitetura para CAPP generativo baseada na re-
presentação multiagentes. MAS distribui as atividades de planejamento do processo para múltiplos
agentes especializados e coordena-os de maneira a obter a solução global. Um agente é uma entidade
que pode atuar em um ambiente, comunicar-se com outros agentes e cujo o comportamento é resultado
de suas observações, conhecimento e interação com outros agentes. Um agente pode ser um modelo
de dados (máquinas, ferramentas, dispositivos, etc), um supervisor, funções matemáticas ou um ser
humano.
O planejamento de processos de fabricação tem uma característica bastante peculiar, pois não
existe um algoritmo predefinido para a geração dos planos de processo. Assim, se faz necessária a
utilização de uma metodologia de programação especialmente voltada para a solução de problemas
desta natureza. A tecnologia de sistemas especialistas se apresenta como uma alternativa bastante
atrativa, também.
4.7.3 Agentes de Software
Agentes são metáforas computacionais para um tipo de componente de software que em seu funciona-
mento pretende imitar o comportamento de seres humanos no tocante a diversas características, parti-
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 40
cularmente no que se refere a um comportamento independente e inteligente (MANET, 2002). Apesar
dessa idéia geral, diversas definições de agentes podem ser encontradas na literatura. WOOLDRIDGE
e JENNINGS (1995) apresentaram duas propostas de definição de agentes, no que chamam de noção
forte e noção fraca, dependendo do grau de "realismo" com que se pretende entender a metáfora de
agente. A seguir são apresentadas várias definições associadas ao tema agentes, sendo descritas com
mais detalhes em MANET (2002).
4.7.3.1 Uma Noção Fraca para Agentes
Segundo WOOLDRIDGE e JENNINGS (1995), uma noção fraca do termo agente é aquela que o utiliza
para denotar qualquer hardware ou sistema de computação baseado em software, que apresente as
seguintes propriedades:
1. autonomia: os agentes operam sem a intervenção direta dos humanos ou outros agentes, além
de ter algum tipo de controle de suas ações e estados internos;
2. habilidade social: os agentes interagem com outros agentes (e possivelmente com humanos)
através de algum tipo de linguagem de comunicação de agentes (ACL);
3. reatividade: os agentes percebem seu ambiente, o qual pode ser o mundo real, um usuário via
uma interface gráfica de usuário (GUI), uma coleção de outros agentes, a Internet, ou talvez
a combinação de alguns destes ou de todos respondendo de forma oportuna às mudanças que
ocorrem neste ambiente;
4. pró-atividade (pro-activeness): os agentes não simplesmente reagem em resposta ao ambiente,
mas têm a capacidade de exibir condutas baseadas em metas, tomando a iniciativa em relação
a suas próprias ações.
4.7.3.2 Uma Noção Forte para Agentes
Para alguns pesquisadores, particularmente aqueles que trabalham na área da Inteligência Artificial,
o termo agente deve ter um significado mais específico que o adotado pela noção fraca (MANET,
2002). Em sentido geral, estes pesquisadores descrevem um agente como um sistema de computação
que, além de apresentar as propriedades identificadas na noção fraca, deve ser definido ou imple-
mentado utilizando-se conceitos que usualmente são aplicáveis aos seres humanos. Por exemplo, é
bastante comum na Inteligência Artificial caracterizar os agentes usando noções aplicáveis à mente
humana, tais como conhecimentos, crenças, intenções e obrigações. Para FRANKLIN (1996) “agentes
inteligentes são entidades de software que realizam um conjunto de operações em nome de um usuário
ou outro programa com certo grau de independência ou autonomia, e desta maneira empregam algum
conhe-cimento ou representação das metas e/ou desejos do usuário”.
4.7.4 Arquitetura de Agentes
Um tópico importante relacionado à tecnologia de agentes diz respeito às diferentes arquiteturas que
podem ser idealizadas para a implementação de agentes. Entende-se por uma arquitetura de agentes
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 41
como sendo o conjunto de especificações e técnicas utilizadas para a definição funcional dos agentes
(WOOLDRIDGE e JENNINGS, 1995), onde:
• MAES define uma arquitetura de agentes como: "Uma metodologia particular para a construção
de agentes. Especifica como os agentes podem ser decompostos na construção de um conjunto
de módulos (componentes) e como estes módulos podem interagir entre si. O conjunto total
de módulos e suas interações deve especificar como os dados dos sensores e o estado interno
do agente serão utilizados para determinar as ações realizadas pelo agente e seu futuro estado
interno. Uma arquitetura envolve técnicas e algoritmos que suportem esta metodologia."
• KAELBLING considera uma arquitetura de agentes como: "Uma coleção específica de módulos
de software (ou hardware), tipicamente designados por caixas com setas que indicam os dados
e o fluxo de controle entre os módulos. Uma visão mais abstrata de uma arquitetura é uma
metodologia geral para projetar a decomposição em módulos particulares direcionados à tarefas
particulares."
4.7.5 Tipologia de Agentes
Existem diferentes critérios para a classificação de agentes. Por exemplo, os agentes podem ser
classificados por sua mobilidade, ou seja, sua habilidade em mover-se por diferentes nós de uma rede
(MANET, 2002). Segundo este conceito os agentes podem ser classificados como agentes estáticos
ou agentes móveis. Outra possível classificação pode ser feita segundo sua arquitetura. Assim, eles
poderiam ser classificados como deliberativos ou reativos (também conhecidos na literatura como
reflexivos).
Os agentes também podem ser classificados segundo os diferentes atributos que possam ideal-
mente exibir (MANET, 2002). Neste sentido, JENNINGS (1994) descreve uma classificação prática
dos agentes (baseado em alguns casos no que são os agentes, e outros no papel que eles executam),
resultando na seguinte classificação:
1. Agentes colaborativos (Collaborative Agents): agentes geralmente estáticos e grandes sobre os
quais há ênfase na autonomia e cooperação com outros agentes para executar tarefas em prol
de seus proprietários, em ambientes multiagente abertos ou de tempo limitado. Eles podem ter
aprendizado, mas este atributo não é geralmente de maior importância em sua operação. Para
coordenar suas atividades, eles podem realizar algum tipo de negociação para alcançar acordos
mutuamente aceitáveis.
2. Agentes de interface (Interface Agents): suportam e fornecem uma ajuda pró-ativa, geralmente
para um usuário utilizando um programa de aplicação complexo. Este tipo de agente enfatiza
sua autonomia e capacidade de aprendizado para executar as tarefas em nome de seus propri-
etários. Uma metáfora usada para definir os agentes de interface, é que são assistentes pessoais
os quais estão colaborando com o usuário no mesmo ambiente de trabalho. Sua cooperação
com outros agentes, se existe, é tipicamente limitada para responder às consultas.
3. Agentes móveis (Mobile Agents): processos de software com capacidade de movimentar-se
através das redes de longo alcance (WANs, Wide Area Networks), como é o caso da WWW
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 42
(World Wide Web), interagindo com hosts externos, executando tarefas em nome de seus pro-
prietários e retornando a sua origem com o resultado das tarefas executadas. Estas tarefas ou
obrigações podem ser as mais diversas possíveis, desde fazer uma reserva de vôo até manipular
uma rede de telecomunicações.
4. Agentes de informação (Information Agents): administradores de informação WWW pró-ativos,
dinâmicos, adaptativos e colaborativos que executam o papel de administradores, manipu-
ladores ou coletores de informação de qualquer recurso distribuído.
5. Agentes reativos ou reflexivos (Reactive Agents): agentes que não possuem internamente mode-
los simbólicos de seus ambientes, embora respondam de maneira "estímulo-resposta" ao estado
atual do ambiente no qual são colocados.
6. Agentes híbridos (Hybrid Agents): agentes cuja constituição é uma combinação de duas ou
mais filosofias.
7. Sistemas de agentes heterogêneos (Heterogeneous Agent Systems): algum software baseado em
agentes que combine dois ou mais agentes das categorias descritas acima.
Neste trabalho de doutorado, devido a sua natureza, os agentes podem ser classificados como do
tipo colaborativo ou do tipo de interface, onde as atividades de modelagem colaborativa de produto e
planejamento do processo demandam uma autonomia na tomada de decisão e cooperação com outros
agentes.
4.7.6 Linguagens de Agentes
Com o desenvolvimento da tecnologia de agentes, uma grande variedade de ferramentas de software
encontram-se disponíveis para o projeto e construção de sistemas baseados em agentes. O número
emergente de protótipos de linguagens de agentes é um sinal de que a tecnologia de agentes está sendo
amplamente utilizada e que muitas aplicações baseadas em agentes estão sendo desenvolvidas.
WOOLDRIDGE e JENNINGS (1995) escreveram a respeito: "por uma linguagem de agente, entende-
se um sistema que permita programar hardware ou software de sistemas de computação em termos
de alguns dos conceitos desenvolvidos pelos teóricos de agentes. Como mínimo, espera-se que tal
linguagem inclua alguma estrutura correspondente a um agente"
Como a questão "O que é um agente?" é muito polêmica e não existe um consenso (e possivel-
mente nunca existirá) com respeito a esta questão, alguns pesquisadores consideram uma linguagem
como linguagem de agentes e outros podem não considerá-la da mesma maneira. O que é certo, é que
elas prestam-se em diferentes graus para diferentes tipos de definições e aplicações de agentes.
Até agora foi utilizado a terminologia "linguagem de agentes" para referenciar a linguagem uti-
lizada na criação dos agentes. É importante destacar que existe um outro enfoque para esta terminolo-
gia, onde utiliza-se "linguagem de agentes" para referenciar a linguagem que dois ou mais agentes
utilizam para comunicar-se entre si, quando interagindo em um ambiente comum (MANET, 2002).
Esta terminologia é usual dentro do contexto de sistemas multiagentes, sendo que as "linguagens de
agentes" são utilizadas para o intercâmbio de conhecimento a ser compartilhado entre os agentes que
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 43
Tabela 4.1: Troca de mensagens utilizando KQML.
Agente A Agente B
(ask-all : sender AgenteA (tell :sender AgentB
:receiver AgentB :receiver AgenteA
:in-reply-to id0 :in-reply-to id1
:reply-with id1 :reply-with id2
:language Java :language Java
:ontology: Features :ontology: Features
:content “[Feature.ID (X,L)]“ :content "[Feature.ID (30,40),Feature.ID (76,10)]"
cooperam/colaboram em sistemas deste tipo. Dois tipos de linguagens de agentes são destacados
na literatura (NWANA, 1997): as chamadas Linguagem de Comunicação de Agentes (ACL ) e as
chamadas Linguagens de Conteúdo (CL ).
As ACL são utilizadas para deixar explícito o ato comunicativo relacionado à mensagem, ou
seja, destaca-se o ato comunicativo pretendido pelo agente quando de sua comunicação com seu in-
terlocutor. Alguns exemplos desta linguagem são o KQML (Knowledge Query and Mani-pulation
Language) e o FIPA-ACL (Foundation for Intelligent Physical Agents - Agents Comunication Lan-
guage).
As CL, por sua vez, são utilizadas para expressar o conhecimento que se deseja compartilhar com
o destinatário da mensagem. Exemplos de linguagens deste tipo são o KIF (Knowledge Interchange
Format), FIPA-CLL (FIPA Content Language Library), FIPA-SL (FIPA Semantic Language), FIPA-
RDF (FIPA Resource Description Framework), FIPA-CCL (FIPA Constraint Choice Language) e o
FIPA-KIF (FIPA Knowledge Interchange Format).
Uma mensagem na linguagem de comunicação entre agentes KQML consiste de uma performativa
(PERFORMATIVE - meta mensagem) que denota o ato de fala ou intenção do agente, seus argumentos
obrigatórios, como o conteúdo da mensagem e outros argumentos que descrevem o conteúdo. No
exemplo da tabela 4.1, o AgenteA quer saber se o AgenteB pode fornecer a posição (em termos da
coordenada X) e comprimento (L) de uma feature cilíndrica_interna, no contexto da ontologia
7
de
Features-cilíndrica_interna (campo :ONTOLOGY Features-cilíndrica_interna). O AgenteA pergunta
isto (intenção diretiva), então, ao AgenteB, que retorna as respectivas posição e comprimento das
features cilíndricas_internas contidas na sua base de dados (intenção informativa). Como se pode
observar, as mensagens respondem e conectam-se logicamente umas às outras pelo campo :IN-REPLY-
TO. Desta feita, a primeira mensagem (id1) está ligada à mensagem id0, e a segunda (id2) responde
à mensagem id1. O conteúdo das mensagens foi codificado no formalismo lógico de representação
Java (campo :LANGUAGE).
7
Uma ontologia (GRUBBER, 1995) é uma maneira de se definir um conteúdo específico sobre um conhecimento a ser
compartilhado e reusado entre diferentes agentes, estabelecendo convenções em três níveis: (i) formato de representação
da linguagem; (ii) protocolo de comunicação entre agentes (humanos ou computacionais); (iii) especificação do conteúdo
do conhecimento compartilhado (conceituação). O processo de conceituação implica em definir um corpo de conheci-
mento, representado formalmente, que seja baseado nos seguintes elementos: objetos, entidades, relações entre objetos e
entre conceitos. Uma ontologia é descrita de forma hierárquica através de uma taxonomia, como a utilizada na Taxonomia
de Features de Forma CAM-I (1986).
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 44
4.7.7 Objetos e Agentes
A engenharia de software baseada em agente é com freqüência comparada à programação orientada
a objetos (POO), em que os agentes, assim como os objetos, compartilham algumas propriedades
tais como: encapsulamento, herança (com certa freqüência) e fornecem uma interface baseada em
mensagens para suas estruturas de dados internas e seus métodos (ou algoritmos). Na programação
orientada a objetos, o significado de uma mensagem pode ser diferente de um objeto para outro
(princípio do polimorfismo). Na engenharia de software baseada em agentes, os agentes utilizam
uma linguagem comum, que tem uma semântica independente dos agentes, ou seja, os agentes devem
ter uma linguagem de comunicação (ACL) comum de modo que todos possam se entender.
Outra diferença entre objetos e agentes é que um objeto tem uma postura passiva diante do mundo
(MANET, 2002). Ou seja, um objeto é uma entidade do mundo que somente recebe mensagens,
efetuando um comportamento em resposta a elas. Por outro lado, um agente tem uma postura ativa,
ou seja, é uma entidade do mundo que possui um ciclo de vida e que durante esse ciclo de vida
estará adquirindo continuamente informações do mundo, através da busca ativa por mensagens que
se encontrem no ambiente em que está inserido.
4.7.8 O Desenvolvimento de Sistemas de Agentes (ou Multiagentes)
Agentes podem ser integrados à sistemas de software na forma de componentes especialmente de-
senvolvidos para operar de maneira pró-ativa e contínua. Desta forma, pode-se adotar as mes-
mas metodologias de projeto de software utilizadas, por exemplo, em sistemas orientados a obje-
tos, com apenas pequenas modificações. Essas modificações ocorrem principalmente na fase de
design, durante a atribuição de funcionalidades (responsabilidades) aos componentes de software.
Nesse instante, ao invés de se projetar um componente na forma de um autômato (grupo de objetos
trocando mensagens entre si, o que seria natural na metodologia orientada a objetos), utiliza-se a
metáfora de um agente
. Nesse caso, o pojeto do componente-agente passará por etapas de definição
das responsabilidades do agente (sua motivação - geratriz do comportamento pró-ativo), e ciclo de
vida. A atribuição de uma motivação a um agente não é uma tarefa trivial, sendo atualmente fonte de
inspiração para toda uma área de pesquisas dentro do tema "sistemas inteligentes".
4.7.9 Qual Modelo de Tomada de Decisão Utilizar ?
A utilização de uma arquitetura baseada em sistemas multiagentes (MAS) aliada a SOA (MCINTOSH,
2004) é muito atrativa atualmente, por permitir o desenvolvimento de sistemas colaborativos e dis-
tribuídos utilizando-se redes de comunicação baseadas no protocolo TCP/IP e serviços baseados na
Web, em uma arquitetura cliente/servidor.
Desta forma pode-se utilizar diversos tipos de agentes trabalhando cooperativamente e de forma
distribuída na resolução dos diversos problemas associados ao ciclo de desenvolvimento de produto
(projeto, planejamento do processo e fabricação) via Web. Por exemplo, pode-se utilizar um sistema
de gerenciamento de base de dados relacional (MySQL
R
ou SQL
R
) para compartilhar as infor-
mações dos recursos disponíveis de manufatura (máquinas, ferramentas, informações de materiais,
dispositivos de fixação, etc) e ter os agentes como os resolvedores das atividades de projeto e plane-
CAPÍTULO 4. REVISÃO DE LITERATURA: CAPP E PROJETO POR
FEATURES 45
jamento do processo. Os agentes podem ser implementados utilizando diversas abordagens na sua
lógica de decisão: sistemas especialistas baseado em regras de produção, algoritmos genéticos, redes
neurais, tabelas de decisão, entre outros.
Pode-se utilizar a linguagem de comunicação de agentes KQML ou FIPA-ACL como linguagem
que os agentes usam para se comunicar. Por exemplo, o sistema Cybercut (AHN et al., 2001) utiliza
o KQML como linguagem de comunicação. A arquitetura de agentes utilizada pelo sistema Cybercut
pode ser tomada como referência para o trabalho de doutorado. Cybercut foi concebido em um
ambiente em rede de agentes de softwares interoperáveis. A arquitetura Cybercut não prevê o projeto
detalhado colaborativo (CAD colaborativo), ao contrário da metodologia WebMachining.
Cybercut utiliza a ferramenta computacional JATLite (Java Agent Template Lite). JATLite é um
pacote de programas escritos em Java baseado na teoria de agentes denominada Typed-Message
Agents, que permite aos usuários a criação de agentes de softwares que comunicam-se de forma
robusta usando protocolo TCP/IP. Um agente é definido em termos de uma comunidade de agentes
que trabalha por meio de computação distribuída usando typed-messagens. Esta ferramenta pode ser
obtida gratuitamente na URL http://java.stanford.edu/index.html. JATLite oferece
uma infra-estrutura básica na qual agentes registrados com um Agent Message Router (AMR) usam
um nome e um password, conectando-se e desconectando-se da Internet, mandando e recebendo
mensagens, transferindo arquivos com FTP, e geralmente trocando informações com outros agentes
através dos vários computadores onde eles estão sendo executados.
JATLite foi utilizado na implementação do CyberCut e também será utilizado no desenvolvi-
mento da metodologia e na implementação do sistema WebMachining. O protocolo de mensagem
compartilhado utilizado é o KQML. JATLite permite o desenvolvimento de uma infra-estrutura para
Typed-Message Agents, definido nos termos de uma comunidade de agentes. Maiores informações
sobre KQML e sistemas desenvolvidos utilizando-se a arquitetura de agentes podem ser encontradas
na URL http://www.cs.umbc.edu/kqml. Uma abordagem interessante utilizando o ker-
nel de sistema especialista JESS (Clips portado para Java), KQML e JATLite é descrito na URL
ftp://suse.lab.unb.br/pub/papers/CooplS99-paper.pdf.
Em CAMARINHA-MATOS et al. (2001) é apresentado uma comparação da utilização de platafor-
mas (ambientes) para desenvolvimentos de sistemas multiagentes. São avaliados vários ambientes
de desenvolvimentos e analisados três com maior profundidade: JATLite, FIPA-OS e Jade (Java
Agent DEvelopment Framework) (http://sharon.cselt.it/projects/jade/). Jade e
FIPA-OS obtiveram uma melhor avaliação que JATLite, por terem uma melhor documentação, com-
patibilidade FIPA-ACL e maior funcionalidade no desenvolvimento de sistemas multiagentes. Em
SHEN e NORRIE (1999) é apresentado uma revisão de literatura sobre sistemas baseados em agentes
para manufatura inteligente, sendo que muitos utilizam KQML e JATLite.
Maiores informações sobre outras ferramentas acadêmicas para desenvolvimento de sistemas mul-
tiagentes podem ser encontradas na URL http://www.agentbuilder.com/AgentTools/
academic.php e em SHEN, et al. (2001). Ferramentas comerciais podem ser encontradas na URL
http://www.agentbuilder.com/AgentTools/commercial.php. Na URL http://
www.dbgroup.unimo.it/Miks/selectedAgentSoftware.html são apresentadas fer-
ramentas para desenvolvimento de agentes de propósito geral, toolkits para desenvolvimento de MAS,
entre outros.
Capítulo 5
Metodologias e Sistemas CAD/CAPP/CAM
Baseados na Web
Neste capítulo é apresentada uma revisão de literatura sobre arquiteturas e sistemas CAD/CAPP/CAM
colaborativos e correlatos, centrados em rede e distribuídos. Duas arquiteturas que se destacam são o
Cybercut e o WebSpiff, ambas baseadas na tecnologia de features.
5.1 Introdução
A Tecnologia da Informação, em especial, a tecnologia de redes de comunicação e Internet, está
abrindo um novo domínio para construção dos futuros ambiente CAD/CAPP/CAM (LEE et al., 1999).
Este é um novo paradigma para estes sistemas computacionais baseados em ambiente globalizados,
centrados em rede e espacialmente distribuídos. Isto permitirá que os desenvolvedores de produtos,
projetistas, tenham maior facilidade de comunicação possibilitando o compartilhamento e o projeto
colaborativo durante o desenvolvimento do produto, bem como, a teleoperação e monitoração dos
dispositivos de manufatura. Com o crescimento da popularidade dos navegadores baseados no WWW
está ficando mais evidente que o ambiente de projeto e manufatura orientado à rede se tornará um novo
paradigma para o desenvolvimento de produto (ZHOU et al., 2002), (ADAMCZYK, 2002) e (OFFODILE
e MALEK, 2002).
No chão-de-fábrica vários exemplos de arquiteturas para protocolos de camada de aplicação do
Modelo ISO/OSI, Manufacturing Message Specifications (MMS), estão sendo desenvolvidos. Es-
tas arquiteturas utilizam-se do protocolo TCP/IP por apresentar menores custos de implementação e
devido ao fato da maioria dos dispositivos de manufatura (CNC, PLC, Robôs, entre outros) não su-
portarem o MMS. Segundo CHEAH et al. (1997) o TCP/IP é uma ótima alternativa para suportar o
protocolo MMS como um padrão de fato em redes de computadores. Assim o CAM em sua fase de
execução, também pode usufruir dos benefícios do TCP/IP (WANG et al., 2004).
5.1.1 CAD/CAM Colaborativo
A filosofia de aplicações CAD/CAM tradicionais é baseada no ambiente computacional desenvolvido
na década de 70 e restrito à aplicações tipo "single-location" (KAO e LIN, 1996). A Tecnologia
46
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
47
CAD/CAM foi concebida como uma aplicação "single-user" e um usuário CAD/CAM pode ape-
nas se comunicar com a unidade de processamento central (CPU) do seu computador. Em sistemas
CAD/CAM comerciais os usuários não podem, normalmente, se comunicar entre eles, mesmo que
a CPU seja um sistema de tempo compartilhado como uma estação de trabalho Unix ou um main-
frame. Com a popularização das Redes de Comunicação Local (LAN) sistemas CAD/CAM foram
implementados em servidores de redes, permitindo que os usuários acessem o servidor de qualquer
computador conectado à LAN. Contudo, a interação entre os usuários CAD/CAM ainda ocorre da
mesma forma que antes, apesar da utilização dos modernos serviços de comunicação disponíveis
como E-mail, fax, ftp, http, entre outras, que diminui o tempo gasto para comunicações.
Passadas mais de três décadas a tecnologia CAD/CAM tem tido um grande sucesso em aplicações
industriais tendo como resultado um significativo aumento na produtividade e competitividade. A
Engenharia Simultânea ou Concorrente (CE) tem sido reconhecida como uma filosofia de manufatura
capaz de possibilitar a concretização da Manufatura Integrada por Computador (CIM) que não pode
alcançar todo seu potencial sem CAD/CAM. Já é uma realidade a manufatura global que aumenta
de forma acentuada a implementação de empreendimentos multinacionais e multiregionais. Assim,
é necessário a utilização de tecnologias CAD/CAM para facilitar a Engenharia Simultânea (CE) nas
Empresas Integradas por Computador (CIE) em operações multiregionais ou multinacionais.
Histórias de sucesso sobre CE usualmente enfatizam a ligação entre muitas divisões na empresa
para compartilhamento e troca de idéias e experiências. Este estilo de trabalho emprega uma equipe
multifuncional, equipe virtual ou uma força tarefa multidisciplinar. Para que isto ocorra os engen-
heiros deverão trabalhar efetivamente como time/equipe, sendo este um fator crítico para o sucesso
do desenvolvimento de produto de forma simultânea (HARTLEY, 1992). O engenheiro de projeto de-
fine toda a geometria CAD, passando-a para a divisão de engenharia no estilo tradicional de trabalho,
over-the-face ou over-the-wall. Por outro lado, com a equipe de projeto organizada como uma força
tarefa (CE), o engenheiro de projeto e o processista podem sentar-se lado a lado e trabalhar juntos,
se eles estiverem lotados no mesmo departamento. Isto resulta em um processo de desenvolvimento
contínuo, melhor que um modelo seqüencial onde os projetos são passados de um lado para o outro.
Portanto, em empresas que mantêm operações multiregionais ou multinacionais, uma necessidade por
sistemas computacionais CAD/CAM colaborativos têm surgido, para facilitar o trabalho em equipe
de forma fechada entre engenheiros localizados em diferentes regiões geográficas.
Um sistema CAD/CAM colaborativo deve prover aos projetistas, em duas ou mais localizações
remotas, capacidade de trabalhar juntos sobre atividades de projeto comuns, o que significa que um
novo ambiente de projeto terá de ser criado para se ter um uso total de todos os conhecimentos
relevantes, tecnologias e recursos do mercado mundial. Para atingir esta tarefa desafiadora, tecnolo-
gias de rede e computadores devem ser usadas para acentuar a comunicação entre os projetistas. Por
exemplo, multimídia, sistemas whiteboard 2D e 3D, browsers, WWW, ferramentas de aplicação com-
partilhada, etc, têm demonstrado serem de grande utilidade para acentuar as ligações entre projetistas
geograficamente separados, mas ainda não são suficientes para o trabalho colaborativo.
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
48
5.1.2 CAD Colaborativos
Na prática de projeto de engenharia, cada vez mais as atividades associadas aos vários aspectos de
manufatura estão sendo consideradas durante a fase de projeto. Modelagem baseada em features tem
sido considerada como um novo paradigma para integração das atividades de engenharia, desde o pro-
jeto até a fabricação. Assim o conceito de features tem sido usado em uma ampla gama de aplicações
como projeto de peças e montagem, projeto para manufatura, planejamento de processo e inúmeras
outras aplicações. Estas aplicações estão migrando para ambientes computacionais heterogêneos e
distribuídos para suportar o processo de projeto e manufatura, que serão distribuídos tanto na dimen-
são espacial quanto temporal.
Nota-se que é indesejável e freqüentemente improvável requerer que todos os participantes nas
atividades de desenvolvimento de produto usem o mesmo sistema de hardware e software. Assim os
componentes devem ser modulares e comunicar-se com os demais através de uma rede de comuni-
cação, para efetiva colaboração.
Muitos esforços de pesquisa têm sido empregado no desenvolvimento de ambientes de projeto
orientados à redes de computadores, normalmente, denominados de centrados em rede. SHAH et
al. (1997) desenvolveram uma arquitetura para padronização da comunicação entre o núcleo de um
sistema de modelagem geométrica e as aplicações. HAN e REQUICHA (1998) propuseram uma abor-
dagem similar que possibilita o acesso transparente para diversos modeladores sólidos. WANG e
WRIGHT (1998) descreveram um serviço de manufatura distribuído denominado de Cybercut (http:
//cybercut.berkeley.edu). Foi enfatizado como ferramentas de CAD firam desenvolvidas
para facilitar o projeto distribuído e o processo de fabricação.
SMITH e WRIGHT (2000) descreveram um serviço de manufatura distribuído denominado de
Cybercut, desenvolvido na Universidade de Berkeley (http://cybercut.berkeley.edu) que possibilita a
concepção de uma peça prismática que será usinada utilizando-se de um sistema CAD/CAM desen-
volvido em Java em um contexto de manufatura remota (ÁLVARES et al., 2002 e 2003).
LI, SHAO et al. (2004) descreveram um sistema de projeto de produto colaborativo e inteligente
orientado ao processo baseado no paradigma de projeto Analysis-Synthesis-Evaluation (ASE) e na
parametrização do projeto de produto, baseado em agentes.
WebSpiff (BIDARRA et al., 2001) baseia-se numa arquitetura cliente/servidor consistindo, no lado
do servidor, de dois componentes principais: Sistema de Modelagem SPIFF que fornece toda a fun-
cionalidade para modelagem baseada em feature, utilizando o kernel de modelagem ACIS (CORNEY
e LIM, 2001); Gerenciador de Sessão que fornece funcionalidade para iniciar, associar-se, sair e fechar
uma sessão de modelagem, bem como, gerência todas as comunicações entre o sistema SPIFF e os
clientes.
LI et al. (2004, 2005), LI (2005), WONG et al. (2004) e FUH e LI (2004) relacionaram vários
sistemas de projeto colaborativo e Engenharia Simultânea distribuídos e integrados para projeto e
manufatura, sendo que nenhum dos sistemas relatados implementa atividades de projeto colaborativo
integrado com sistemas de planejamento de processo e fabricação remota via Web para o domínio de
peças rotacionais, constituídas por features concêntricas e não-concêntricas. A maioria dos sistemas
relatados são voltados para peças prismáticas, como o WebCAD 2000 do sistema Cybercut, que não
implementa projeto colaborativo (SMITH e WRIGHT, 2001).
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
49
HARDWICK et al. (1996) propuseram uma infra-estrutura que permite a colaboração entre com-
panhias no projeto e manufatura de novos produtos. Esta arquitetura integra o WWW para com-
partilhamento de informações na Internet utilizando o padrão STEP para modelagem de produto.
MARTINO et al. (1998) propõem uma abordagem para integrar as atividades de projetos com as de-
mais atividades de manufatura baseada na abordagem de modelagem por feature integrada (híbrida),
que suporta projeto por features e reconhecimento de features. Entretanto estes dois trabalhos são
conceituais em sua essência e não apresentam uma representação bem estruturada e nem algoritmos
detalhados. Por exemplo, estes trabalhos não definem como distribuir o processamento computacional
necessário entre os componentes distribuídos, e como modular a comunicação entre os componentes
para minimizar o delay da rede. Se as ações de troca de dados entre as aplicações não puderem ser
disparadas apropriadamente, isto acarretará em um problema crítico para a computação distribuída.
Logo, é crucial o desenvolvimento de um sistema bem integrado, centrado em rede e com arquitetura
baseado em agentes para projeto e manufatura distribuída e cooperativa.
LEE et al. (1999) apresentaram a arquitetura de um sistema de modelagem baseada em features
centrado em rede, em um ambiente de projeto distribuído, denominado de NetFeature System. Esta
abordagem combina técnicas de modelagem baseada em features com tecnologia de comunicação e
de computação distribuída para suportar atividades de modelagem de produto e projeto colaborativo
em uma rede de computadores. A abordagem é implementada em uma arquitetura cliente/servidor, na
qual os clientes realizam a modelagem baseada em features através da Web, o servidor cria o modelo
de features neutras e outras aplicações se comunicação umas com as outras usando um protocolo de
comunicação padrão para acessar os objetos remotos. O sistema foi concebido a fim de se ter um bom
balanceamento entre as funcionalidades disponíveis no lado do cliente e largura de banda disponível
na Internet.
O processamento no lado do cliente é importante quando a aplicação é baseada na Web. Isto sig-
nifica que o servidor dá ao cliente alguma responsabilidade pelo processamento dos dados, ou seja,
o cliente deve ter mais funcionalidades do que simplesmente um front-end desprovido de processa-
mento local denominado como um de thin clients. LEE et al. (1999) utilizaram um protocolo de
comunicação padronizado baseado em CORBA (Commom Object Request Broker Architecture), que
é mais complexo e difícil de implementar.
De forma semelhante às atividade de modelagem de produto, planejamento do processo e a ma-
nufatura assistida por computador na fase de planejamento (CAM Planejamento) e na teleoperação
(CAM Execução) necessitam de um bom balanceamento entre largura de banda e funcionalidades do
cliente, implementada na GUI.
5.2 Ferramentas CAD com Área de Trabalho Compartilhada
Segundo BIDARRA et al. (2001) ferramentas CAD com área de trabalho compartilhada (workspace-
sharing tools) são aplicações que podem ser usadas como um programa stand-alone, mas que pos-
suem facilidades para conectar-se com outras aplicações de modelagem, de maneira a estabelecer
um ambiente de trabalho colaborativo. Podem também ser adicionados às aplicações existentes, para
prover a funcionalidade necessária para um ambiente colaborativo. Algumas destas aplicações uti-
lizam base de dados compartilhadas ou gerenciadores de sessões.
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
50
Sistemas colaborativos podem ser definidos como sistemas multi-usuários distribuídos sendo ao
mesmo tempo concorrente e sincronizado (BIDARRA et al., 2001). Concorrência envolve geren-
ciamento de diferentes processos que tentam simultaneamente acessar e manipular o mesmo dado.
Sincronização envolve propagação, envolvendo dados entre usuários de uma aplicação distribuída, de
forma a deixar seus dados consistentes.
Sistemas de modelagem cooperativa tipicamente tem uma arquitetura cliente/servidor, diferindo
na distribuição de funcionalidade e de dados entre clientes e servidores. Um problema recorrente nos
sistemas cliente/servidor está associado ao conflito entre a limitação da complexidade da aplicação
cliente e a minimização do carregamento da rede. Em um contexto de modelagem cooperativa, a
complexidade do cliente é principalmente determinada pelas facilidades de modelagem e interativi-
dade implementadas no cliente, enquanto que o carregamento da rede é determinado principalmente
pelo tipo e tamanho do modelo de dados sendo transferido de/para os clientes.
Uma solução de compromisso pode ser concebida entre os dois extremos, os chamados thin clients
e fat clients. Uma arquitetura pura thin client tipicamente coloca toda a funcionalidade no servidor, o
qual envia uma imagem de sua interface de usuário para ser mostrada no cliente.
O outro extremo, um puro fat client oferece total facilidade de interação e modelagem local,
mantendo seu próprio modelo local. Comunicações com o servidor é então requerida quando houver
necessidade de sincronizar as modificações de dados do modelo local com os outros clientes. Em
ambiente colaborativo onde clientes podem concorrentemente modificar o modelo de dados remoto,
a prevenção da inconsistências de dados entre diferentes clientes torna-se um problema crucial.
Em ambiente colaborativo todos os clientes devem ter o mesmo modelo geométrico. Quando um
usuário altera o modelo, todos os clientes devem ser atualizados. Para que o processo tenha consistên-
cia as mensagens de atualização devem ser entregues na mesma ordem para todos os clientes. Este
problema é caracterizado como uma questão de sincronização e consistência do modelo geométrico.
Um segundo problema está associado à concorrência e diversas soluções são adotadas nos sis-
temas descritos (BIDARRA et al., 2001). O carregamento da rede, associado à largura de banda, am-
biente computacional heterogêneo e problemas específicos de aplicações são também relacionados na
análise feita por BIDARRA et al. (2001).
Sem dúvida a redução do carregamento da rede de comunicação é uma das principais metas para
os desenvolvedores de sistema de modelagem distribuída e interativa, seguido da consistência e sin-
cronização do modelo geométrico.
RODRIGUEZ e AL-ASHAAB (2005) apresentaram uma revisão de literatura descrevendo vários
sistemas e arquiteturas para desenvolvimento de produto colaborativo, com enfoque na etapa de pro-
jeto conceitual. ZHANG et al. (2004) apresentaram uma revisão de literatura sobre informações
de produtos comerciais e sistemas acadêmicos para projeto colaborativo e visualização baseados na
Internet, destacando-se o uso de VRML.
Em ÁLVARES (2004 e 2003) é apresentada uma revisão de literatura de várias metodologias,
ferramentas e sistemas CAD/CAPP/CAM e correlatos baseada na Web, destacando-se:
• CSCW-FeatureM: FeatureM (STORK, 1998) é um sistema CAD 3D que suporta modelagem
sólida baseada em features utilizando o ACIS-kernel e uma linguagem interpretada denominada
de MCL+, que permite ao usuário a adição de funcionalidade;
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
51
• CollIDE: O sistema Collaborative Industrial Design Environment (CollIDE) desenvolvido por
NAM (1998) oferece uma área de trabalho 3D compartilhada para muitos usuários de uma
aplicação stand-alone CAD;
• TOBACO: Tool Based Co-operation (TOBACO) foi desenvolvido por DIETRICH (1997). Forne-
ce um componente integrado no topo de programas de projeto existentes para habilitá-los a
participar na modelagem colaborativa;
• ARCADE: o objetivo dos desenvolvedores (STORK, 1997) do ARCADE (Advanced Realism
CAD Environment) foi criar um método de discussão aprimorado para ser usado sobre a Inter-
net. O método permite que muitos usuários trabalhem juntos sobre um projeto, interagindo um
com o outro em tempo real;
• Modelagem Sólida Cooperativa (CSM): o sistema CSM (Collaborative Solid Modelling) é um
sistema de modelagem cooperativa baseado na Web (CHAN e WONG, 1999), que usa muitos
métodos de concorrência;
• NetFeature (LEE, 1999): é um sistema de modelagem baseado em features e na Web. Diversos
browsers distribuídos, clientes, conectam-se ao servidor de modelagem de features neutro;
• CyberView (KIM, 1988): usa modelagem assíncrona combinada com visualização via Web
browser;
• Prototipagem Rápida Baseada na Web: a URL http://tmf.sdsc.edu apresenta um pro-
jeto da pesquisa e desenvolvimento chamado Tele-Manufacturing Facility (TMF). O TMF ofe-
rece um serviço de prototipagem rápida (RP) automatizado baseado na Internet. O sistema
disponibiliza um serviço para que usuários remotos tenham a possibilidade de fabricarem um
protótipo de uma peça a partir do arquivo em formato “stl” (estereolitografia). Em LUO et al.
(1999) e LAN et al. (2004) são descritas a arquitetura de outros sistemas de prototipagem rápida
baseados na Web;
• Manufacturing Advisory Service: é uma ferramenta computacional para auxiliar o projetista
durante o ciclo de desenvolvimento de produto, em especial na seleção de material e processo
de manufatura, desenvolvida por SMITH e WRIGHT (2000) na sua tese de doutorado;
• WELD (Web-based Electronic Design Environment): fornece uma estrutura de plataforma in-
dependente para acoplamento de aplicações e ferramentas CAD existentes, de maneira a criar
um ambiente de projeto colaborativo (CHAN e SPILLER, 1998);
• COCA (Collaborative Objects Coordination Architecture): é uma arquitetura de coordenação
genérica que permite aos usuários utilizarem regras sociais em um sistema colaborativo (LI,
1998);
• DistView (PRAKASH e SHIM, 1994): é um toolkit que pode ser usado para desenvolver apli-
cações colaborativas para uso sobre redes de comunicação de área (WAN);
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
52
• Sistema de Telemanufatura WebOxicorte: é um sistema integrado CAD/CAPP/CAM desen-
volvido para programação da máquina de oxi-corte CNC e sua teleoperação via Web (http:
//weboxicorte.graco.unb.br) em um contexto de telemanufatura (ÁLVARES et al.,
2002);
• Wise-ShopFloor (WANG et al., 2004), iShopFloor e eShopFloor (HAO et al., 2005): é uma
metodologia com arquitetura aberta para monitoração em tempo real e controle remoto de
máquinas CNC via Web. Segundo HAO et al. (2005) apenas 10% das máquinas CNC no
mundo têm capacidade para conectar-se diretamente à Internet.
A seguir são descritos os dois principais sistema que influenciaram o desenvolvimento desta tese,
WebSpiff e Cybercut.
5.2.1 WebSpiff (http://www.webspiff.org)
WebSpiff (BIDARRA et al., 2001) é baseado em uma arquitetura cliente/servidor consistindo de
muitos componentes. No lado do servidor tem-se dois componentes principais:
1. Sistema de Modelagem SPIFF: fornece toda a funcionalidade para modelagem baseada em
feature, utilizando o kernel de modelagem ACIS;
2. Gerenciador de Sessão: fornece funcionalidade para iniciar, associar-se, sair e fechar uma
sessão de modelagem, bem como, gerência todas as comunicações entre o sistema SPIFF e
os clientes.
Os componentes do portal WebSpiff fornecem o acesso inicial a uma sessão WebSpiff para um novo
cliente, que inclui um servidor Web onde os dados do modelo é disponibilizado para download pelos
clientes. Os clientes executam operações localmente, associado com a visualização, interação com o
modelo em features, mensagens semânticas de alto nível, especificação de operações de modelagem,
bem como, atualização de dados dos clientes enviados via rede.
O servidor coordena a sessão de colaboração mantendo um modelo de produto centralizado
e provê todas as funcionalidades que não podem, ou não devem, ser implementados no cliente.
Uma importante vantagem desta arquitetura é que existe apenas um modelo de produto centralizado,
envitando-se inconsistências entre múltiplas versões do mesmo modelo.
5.2.2 WebCAD3D e CyberCut
WebCAD3D (WANG e WRIGHT, 1998) é um sistema de manufatura “rápido” que faz uso do WWW
como mecanismo de integração. O sistema tenta integrar os ambientes de projeto e manufatura dis-
tribuído, através do projeto criado em um cliente Web e enviado para um servidor de manufatura
sobre a Internet. No servidor de manufatura, uma aplicação envia os comandos necessários para uma
fresadora CNC.
O sistema WebCAD3D é parte do sistema denominado de CyberCut (http://cybercut.
berkely.edu) que realiza a integração CAD/CAPP/CAM para fabricação de peças prismáticas a
CAPÍTULO 5. METODOLOGIAS E SISTEMAS
CAD/CAPP/CAM
BASEADOS NA WEB
53
partir do WebCAD3D que é um applet, iniciado a partir de um browser. Segundo WANG e WRIGHT
(1998) uma comunidade de manufatura globalizada será o futuro do ambiente de manufatura. Cada
membro da comunidade irá fornecer seus próprios serviços e ferramentas.
O sistema é disponível para os usuários como um Java applet que pode ser usado em combinação
com um Web browser. É usado a Modelagem Sólida Destrutiva (DSM) de maneira a refletir o processo
de fabricação que trabalha com operações de fresamento e furação, utilizando o conceito de features
de usinagem/manufatura (subtrativas).
Como um meio termo entre os ambientes de manufatura e projeto, uma variação do DSM, o
DSM Solid Interchange Format (SIF) é usado. Este contém informações adicionais da peça, como
tolerâncias e informações específicas de usinagem, como raio de canto. O cliente faz uso de um
conjunto pré-definidos de features de usinagem, armazenadas em uma biblioteca, que podem ser
fabricadas na máquina disponível. Esta biblioteca de projeto está localizada no servidor.
Capítulo 6
WebMachining: Integração CAD/CAPP/CAM
Baseada na Web
Este capítulo descreve a metodologia concebida para integração CAD/CAPP/CAM voltada para ma-
nufatura remota de peças rotacionais utilizando a Internet, em especial os protocolos associados à
Web (SOA), sendo denominada de WebMachining (http://WebMachining.AlvaresTech.
com).
A metodologia WebMachining apresenta uma arquitetura e arcabouço para implementação do sis-
tema integrado CAD/CAPP/CAM aplicado à manufatura remota de peças rotacionais, consistindo de
um conjunto de especificações, técnicas e algoritmos utilizados para a definição funcional dos módu-
los do sistema. A metodologia é concebida a partir do paradigma de projeto colaborativo baseada em
síntese por features de projeto (features aditivas e subtrativas), permitindo a integração das atividades
de projeto (CAD), planejamento do processo (CAPP) e manufatura (CAM Planejamento e CAM e-
xecução).
Esta metodologia especifica os módulos do sistema e como estes módulos interagem entre si,
sendo apresentado na forma de diagramas IDEF0, IDEF1X e UML, para modelagem funcional e de
informação, respectivamente (Apêndice B.2).
6.1 Metodologia WebMachining
A metodologia é concebida a partir do paradigma de modelagem baseada em síntese por features de
projeto (adição de features para operações de torneamento e subtração de features para operações de
fresamento e furação), a fim de permitir a integração das atividades de projeto colaborativo (CAD),
planejamento do processo (CAPP) e fabricação (CAM Planejamento e CAM execução) utilizando
como referência o modelo de features de manufatura definido por Part 224 e mais especificamente a
taxonomia de features de forma para peças rotacionais definido por CAM-I (1986). O procedimento
inicia-se na modelagem colaborativa de uma peça por features num contexto de manufatura remota
utilizando a Web como meio de comunicação, num modelo computacional cliente/servidor.
Os clientes conectam-se ao Modelador de Features Neutro via Web e iniciam a instanciação de
uma nova peça a ser modelada, de forma colaborativa, a partir de uma base de dados, usando a
biblioteca de features padronizadas disponibilizada pelo sistema. Após a conclusão e validação dos
54
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
55
modelos de produto por features e geométrico, a peça criada é armazenada e disponibilizada para os
demais módulos do sistema.
O sistema é concebido num ambiente distribuído de agentes de softwares interoperáveis denomi-
nado de Comunidade de Agentes de Manufatura, sendo sua arquitetura estratificada em três camadas:
Projeto, Planejamento do Processo e Fabricação. O fluxo de informações entre as três camadas da
arquitetura é realizado através do encapsulamento das informações, adotando-se o Knowledge Query
and Manipulation Language (KQML) como padrão de linguagem de mensagens entre os agentes.
Na camada superior reside um grupo de Agentes de Projeto (agentes de interface), os quais atuam
como uma ferramenta CAD colaborativa baseada em features e também permite aos usuários que se
conectem aos níveis inferiores. Este módulo é denominado WebCADbyFeatures.
A camada intermediária consiste do agente de planejamento que incorpora as características de
um CAPP generativo utilizando métodos de representação do conhecimento baseados em inteligência
artificial, destacando-se as regras de produção, teorias de grafos e algoritmos genéticos. Este grupo
de agentes interpreta as definições de projeto, modelagem por features e geométrica realizada pelo
usuário, e determina como fabricar a peça usando o agente de fabricação (WebTurning), que reside
na camada inferior. O módulo intermediário é denominado WebCAPP.
O agente de fabricação (WebTurning) permite a teleoperação da máquina de comando numérico
via Internet e a monitoração do processo de usinagem através de streaming de vídeo e áudio. As infor-
mações sobre recursos de fabricação disponíveis (máquinas, ferramentas, informações de materiais,
dispositivos de fixação, etc) estão disponíveis através de uma base de dados relacional que é acessada
pelos diversos agentes do sistema. Este módulo é denominado de WebTurning.
As mensagens são trocadas usando conexões sockets diretas (ÁLVARES e ROMARIZ, 2002) en-
tre os agentes. A metodologia idealizada utiliza a tecnologia Internet e de comunicação associada
à SOA para oferecer um novo paradigma para o desenvolvimento dos futuros ambientes integrados
CAD/CAPP/CAM. Este ambiente é globalizado, centrado em rede, colaborativo e espacialmente dis-
tribuído, tendo como front-end com o sistema CAD/CAPP/CAM navegadores baseados na Web e as
linguagens HTML, Java e VRML (Virtual Reality Modeling Language), permitindo a independência
da plataforma computacional do usuário.
A originalidade desta arquitetura está associada à contribuição metodológica para o desenvolvi-
mento de sistemas de telemanufatura via Internet (e-Mfg) a partir da concepção (projeto detalhado
colaborativo) de um produto (peça) utilizando a abordagem de síntese por features de projeto (fea-
tures aditivas e subtrativas) até a fabricação da peça, usando a Internet como meio de conexão entre
as várias tecnologias avançadas de manufatura utilizadas. Ou seja, inicia-se o processo de desenvolvi-
mento de produto colaborativo utilizando o agente de interface CAD (WebCADbyFeatures) orientado
por features, trabalhando em um ambiente distribuído e colaborativo, gerando o modelo geométrico
e de features da peça (projeto detalhado); o planejamento de processo com alternativas e o código G
(WebCAPP); e a seguir a teleoperação da máquina-ferramenta CNC (WebTurning).
A metodologia pode ser aplicada para manufatura de peças de rotacionais, bem como para man-
ufatura de peças prismáticas. A metodologia e sua implementação irá concentrar-se com maior pro-
fundidade na modelagem colaborativa, planejamento de processo e fabricação de peças rotacionais
simétricas e assimétricas.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
56
Figura 6.1: Camadas da arquitetura multiagente MAC.
6.2 Arquitetura Multiagente
Utiliza-se de diversos tipos de agentes trabalhando colaborativamente e de forma distribuída na re-
solução dos diversos problemas associados à integração CAD/CAPP/CAM em um contexto de uma
comunidade de agentes. Utiliza-se um agente de interface na modelagem de produto colaborativo
(GUI) associado a um sistema de gerenciamento de base de dados relacional (MySQL
R
ou SQL
R
),
para compartilhar as informações dos recursos disponíveis de manufatura (máquinas, ferramentas, in-
formações de materiais, dispositivos de fixação, etc). Têm-se também agentes como os resolvedores
das atividades de planejamento do processo. Os agentes são implementados utilizando-se de diversas
abordagens na sua lógica de decisão: regras de produção (if/then), teoria de grafos, algoritmos genéti-
cos e raciocínio lógico. Utiliza-se da linguagem de comunicação de agentes KQML, como linguagem
que os agentes usam para se comunicar.
Este ambiente em rede de agentes de softwares interoperáveis é denominado de Comunidade de
agentes de Manufatura (MAC). A figura 6.1 apresenta a arquitetura MAC estratificada em três ca-
madas. Na camada superior reside um grupo de agentes de projeto, os quais atuam como ferramentas
CAD e também permite aos usuários que se conectem às camadas inferiores. A camada intermediária
consiste do agente de planejamento. Este agente interpreta as definições de projeto, modelagem ge-
ométrica, realizada pelo usuário, e determina como fabricar a peça usando o agente de fabricação
(máquina-ferramenta) selecionado, o qual reside no nível inferior. É utilizado uma interface transpa-
rente entre o projeto, planejamento e fabricação.
A partir deste fluxo de informações entre as três camadas da arquitetura é necessário realizar
o encapsulamento destas informações, sendo adotado o KQML ( http://www.cs.umbc.edu/
kqml) como padrão de linguagem de mensagens entre os agentes. O KQML contém informações
sobre quais agentes enviam mensagem, onde eles estão e como interpretar a mensagem recebida pelo
destinatário. As mensagens são trocadas usando conexões sockets diretas entre os agentes.
A arquitetura do sistema Multiagente WebMachining é apresentada na figura 6.2, sendo utilizado
o ambiente de desenvolvimento de agentes JATLite baseado na linguagem KQML. A arquitetura
idealizada é constituída por dez agentes agrupados em seis grupos: facilitador (1), gerenciador de
base de dados (2), projeto colaborativo (3), modelagem 3D VRML (4), planejamento do processo (5)
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
57
e fabricação (6,7,8,9, 10), conforme descrição a seguir:
1. AGENTE FACILITADOR (AF): realiza o gerenciamento da comunicação entre os agentes, ad-
ministrando o roteamento das mensagens entre os agentes, segurança do sistema e o registro
de agentes, por exemplo. É implementado através do Agent Message Router da arquitetura
JATLite, sendo um agente disponibilizado pelo ambiente JATLite. Deve haver pelo menos um
AF definido na arquitetura. Pode ser necessário mais de um AF em função da quantidade de
agentes presentes no sistema, a fim de melhorar a performance do mesmo. O maior gargalho
do ambiente de desenvolvimento JATLite é o AMR, pois os agentes sempre se comunicam uns
com os outros via AMR (middleware).
2. AGENTE GERENCIADOR DE BASE DE DADOS (ADB MySQL): este agente faz a interação
com a base de dados MySQL. Qualquer agente que deseja alguma informação disponibilizada
pela base de dados (linguagem SQL) faz uma solicitação para o Agente Gerenciador de Base de
Dados, e este envia a resposta para o agente que solicitou a informação. O Agente Facilitador
realiza o roteamento de mensagens entre estes agentes.
3. AGENTE DE INTERFACE CAD - PROJETO COLABORATIVO (AICAD COLABORATIVO -
WEBCADBYFEATURES): a interface gráfica com o usuário (GUI) para projeto colaborativo
por features é implementada através de um applet Java. Assim toda GUI executada por um
cliente remoto, para definir o modelo de features e geométrico da peça bruta e da peça acabada
(modelagem do produto), possui um AICAD incorporada à interface. Este agente (AICAD)
irá se comunicar com a comunidade de agentes através de uma conexão ao AF, e este fará o
roteamento da mensagem para o agente em questão. São enviadas mensagens para os demais
módulos do sistema comunicando os dados referentes ao projeto em desenvolvimento (modelo
de produto) como: usuário, nome da peça, nome do projeto, entre outros; que permitirá a iden-
tificação do modelo de produto que o cliente está elaborando. A conexão com a base de dados
MySQL é realizada diretamente via servlets, a fim de melhorar o desempenho do sistema, não
usando o ADB para esta finalidade. O cadastramento do usuário na base de dados de usuários
remotos é feito via PHP. A visualização 3D do modelo de produto é gerenciada via AICAD,
que se comunica com o agente de modelagem 3D, através de VRML.
4. AGENTE DE MODELAGEM 3D BASEADO EM VRML (AVRML): é responsável pela modelagem
3D utilizando VRML via servlets. Recebe mensagens do AICAD para construção de modelos
3D em VRML das peças modeladas por features. A seguir o servlet VRML envia o modelo da
peça em VRML para o cliente, onde o mesmo é visualizado no browser, através de um plug-in
VRML previamente instalado.
5. AGENTE PLANEJAMENTO DE PROCESSO (ACAPP): é responsável pelo planejamento de pro-
cesso e geração do programa NC, sendo chamado pelo agente usuário remoto para gerar o plano
de processo linearizado via applet ou servlet, após a conclusão da modelagem colaborativa da
peça. São executadas as seguintes atividades: mapeamento de features de projeto para features
de manufatura (usinagem); determinação das operações de usinagem com alternativas, asso-
ciadas às features de usinagem: workingsteps de usinagem e de torneamento; determinação
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
58
Figura 6.2: Arquitetura Multiagente WebMachining.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
59
da seqüência de usinagem com alternativas: workplan não-linear; estratégias para geração de
trajetórias de ferramentas; determinação das ferramentas de corte (insertos e suportes); determi-
nação do modelo de tempos e cálculo dos tempos padrão e custo padrão para cada workingstep;
determinação das condições tecnológicas de usinagem otimizadas, utilizando algoritmos genéti-
cos; linearização do plano de processos não-linear, utilizando algoritmos genéticos; geração do
programa NC (ISO 6983); geração de relatórios e plano de processo.
6. AGENTE DE INTERFACE CAM COM O USUÁRIO REMOTO (AICAM - WEBDNC): toda GUI
associada ao CAM, executada por um cliente remoto e utilizada para fazer a teleoperação da
máquina-ferramenta CNC, possui um AICAM incorporada à interface. Este agente (AICAM)
irá se comunicar com a comunidade de agentes através de uma conexão ao AF, fazendo o
roteamento da mensagem para o agente em questão.
7. AGENTE WEBCam (WebCam): é responsável pela captura de vídeo, imagem e áudio do pro-
cesso de usinagem, enviando streamings de vídeo e áudio diretamente para a GUI associada ao
CAM (AICAM - WEBDNC).
8. AGENTE WEBCNC (WebCNC): é responsável pelo controle remoto da máquina CNC, re-
cebendo comandos e enviado o status da máquina para a GUI associada ao CAM, WebDNC.
Recebe mensagens do AF referente à identificação do usuário, login e senha, nome do arquivo
com o programa NC e dados de planejamento do processo (fixação, ferramentas e peça bruta),
sendo responsável pela implementação do protocolo de DNC através da Web.
9. AGENTE INTERFACE COM O OPERADOR DA MÁQUINA (AIO): esta interface gráfica (GUI)
instrui o operador no chão-de-fábrica, sendo implementada através de um applet Java. Este
agente de interface com o operador (AIO) dá as instruções para o operador sobre fixação da
peça bruta, setup de ferramentas, preparação da máquina, agendamento da fabricação de uma
peça, entre outras.
10. AGENTE OPERADOR DA MÁQUINA (AO): este agente (AO) é o operador da máquina-ferramen-
ta no chão-de-fábrica, que recebe instruções de fixação da peça bruta, setup de ferramentas,
preparação da máquina, agendamento da fabricação de uma peça e outros dados associados ao
planejamento de processo, e que só podem ser tratados por um operador humano.
No item seguinte é apresentado um detalhamento da arquitetura proposta através da abordagem
IDEF0 (Apêndice B.2), onde são descritas as especificações funcionais de cada módulo do sistema.
6.3 Sistema WebMachining: Modelagem IDEF0
O sistema integrado CAD/CAPP/CAM denominado de WebMachining, foi modelado através da
metodologia IDEF0. A figura 6.3 representa o nível 0 do modelo IDEF0 com todas as entradas,
controles, mecanismos, saídas e funcionalidades que são propostas pela metodologia WebMachining.
A figura 6.4 apresenta a estratificação do sistema nas três camadas associadas aos agentes de
softwares interoperáveis denominada de Comunidade de Agente de Manufatura, sendo as atividades:
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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60
Figura 6.3: Diagrama IDEF0: WebMachining nível A0.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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61
1. WebCADbyFeatures.
2. WebCAPP.
3. WebTurning.
A atividade WebCADbyFeatures tem como entrada de dados a modelagem por features e outras
informações pertinentes, e como saída o modelo de features e geométrico da peça bruta e da peça
acabada, que serve com entrada de dados para o CAPP. A atividade WebCAPP tem como saída a
geração do plano de processos linearizado e o programa NC, além da lista de workingsteps (features
de usinagem e de torneamento associadas às operações) e o workplan. A atividade WebTurning tem
como entrada a peça bruta (blank), os dados referentes à teleoperação da máquina CNC, programa NC
(DNC) e setup da peça, zero peça e de ferramentas; e como saída o controle da máquina, streamings
de vídeo e áudio do processo e a peça usinada.
A seguir são apresentados os diagramas IDEF0 associados às três atividades da metodologia e
sistema concebido, denominado de WebMachining
1
.
6.3.1 Atividade WebCADbyFeatures
A figura 6.5 apresenta o modelo IDEF0 referente à atividade WebCADbyFeatures. É constituído
por sete atividades permitindo o projeto colaborativo através da criação e manipulação do modelo de
features para a peça bruta e acabada, armazenamento em um banco de dados, validação do modelo e
visualização do modelo geométrico em 2D e 3D:
1. Projeto colaborativo: cria modelo da peça utilizando classes de features, disponíveis na bi-
blioteca de features;
2. Validação do modelo de features referente instanciação da peça;
3. Banco de dados associado ao modelo da peça instanciada por features;
4. Modelador gráfico 2D - lado cliente;
5. Modelador gráfico 3D - lado servidor;
6. Visualização do modelo gráfico 2D na GUI do usuário - browser e Java;
7. Visualização do modelo gráfico 3D na GUI do usuário - browser, VRML e Java.
A GUI disponibiliza as funcionalidades necessárias para suportar modelagem colaborativa baseada
em features. Esta interface CAD está associada a menus, opções de visualização (2D e 3D/Vrml),
prompts e mensagens de erro, interações com o usuário de forma gráfica e textual, seleção de features
(editar e apagar) e de bibliotecas de features, instanciação de features (aditivas e subtrativas), mani-
pulação das features, ler e escrever (armazenar) o modelo de features localmente e remotamente, entre
outros.
1
Na URL http://WebMachining.AlvaresTech.com/idef0 é apresentado o IDEF0 em versão html, faci-
litando a navegação e entedimento do modelo funcional do sistema WebMachining.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
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Figura 6.4: Diagrama IDEF0: principais atividades do sistema WebMachining.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
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Figura 6.5: Diagrama IDEF0: Atividades WebCADbyFeatures.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
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64
A figura 6.6 apresenta os componentes da interface gráfica para modelagem colaborativa. Os
principais componentes são: Interface Gráfica com o Usuário (GUI), a biblioteca de features, Interface
Gráfica 2D, componentes de visualização 2D (primitivas gráficas) processadas localmente na própria
interface, componentes de visualização 2D (animação de arquivos arquivos jpg) e 3D (Kernel ACIS e
VRML) com processamento remoto, Browser, plug-ins Java, plug-ins VRML, Applets Java e sockets
TCP/IP.
A GUI permite a modelagem colaborativa de peças rotacionais via Internet usando a abordagem
de projeto por features integrado a um modelador de sólidos baseado em VRML via servlets. Pode-se
utilizar também o kernel ACIS e um conversor de formato SAT para VRML, para modelagem de
sólidos (ÁLVARES et al., 2004). As informações referentes às features são manipuladas localmente
através de um objeto serializado que armazena a biblioteca de features. Esta biblioteca de features
está disponível também através de um sistema de gerenciamento de base de dados relacional, que a
armazena remotamente em um servidor.
A GUI é implementada em Java e HTML, disponibilizada por browser, onde o usuário introduz
as informações sobre a feature que deseja inserir na peça, e estes dados são encaminhados ao Servlet,
que executa a função em Java para geração do modelo 3D (VRML) da peça; ou ao servidor em C++
para a criação do sólido no ACIS via CGI (Common Gateway Interface). Para o usuário visualizar a
peça em seu browser, o formato do sólido no kernel ACIS é transformado para o formato VRML, e
em seguida enviado para a GUI cliente, browser que faz a visualização do modelo VRML através de
um plug-in VRML. Rotinas em C++ e java, em função do servidor, são desenvolvidas para manter a
consistência da peça que está sendo criada. Como a peça é rotacional, o usuário visualiza a peça em
2D durante a modelagem colaborativa.
As informações referentes às features são gerenciadas em uma base de dados MySQL, que ar-
mazena as informações sobre a modelagem de produto por features, contendo informações associadas
às features de forma, features de material, features de tolerâncias e features tecnológicas (tratamento
superficial, tratamento térmico e dados de produção). Estas informações conjugadas permitem o ma-
peamento das features de projeto para as features de usinagem e operações de usinagem associadas,
que é fundamental para o planejamento do processo da peça. As informações do banco de dados são
descritas utilizando-se o modelo de informações do IDEF1X, conforme apresentado nos Apêndices
B.3 e na URL http://WebMachining.AlvaresTech.com/idef1x.
A figura 6.7 apresenta a taxonomia de features de forma utilizada pelo sistema WebMachining,
sendo baseada na proposta CAM-I (1986). As features de forma concêntricas podem ser vistas, por e-
xemplo, como features de segmento, cilíndricas, arcos, splines, cônicas e transição, que são utilizadas
na implementação da metodologia, sendo associadas no planejamento de processo às operações de
torneamento, faceamento, mandrilamento, rosqueamento, faceamento, entre outras, pela atividade
WebCAPP. Têm-se também as features de forma não-concêntricas associadas à ferramenta acionada
de um centro de torneamento, permitindo a execução de operações de fresamento e furação com Eixo
C nas direções radial e axial.
A figura 6.8 apresenta o diagrama de classes (UML) associado à classe Projeto, que está rela-
cionada com as informações geométricas, classe Blank (peça bruta) e classe PeçaAcabada; e não-
geométricas, como as classes UsuárioAgenteInterface e DadosdeProdução. A classe PeçaAcabada
está associada às features concêntricas e não-concêntricas (classe Feature). E a classe Feature está
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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65
Figura 6.6: Componentes GUI.
Figura 6.7: Taxonomia de features de forma utilizada (CAM-I, 1986).
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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66
Figura 6.8: Diagrama de classes para Projeto.
associada à classe de Tolerância.
Pode-se realizar a modelagem da peça para a região externa (perfil externo, features concêntricas),
região interna (perfil interno, features concêntricas) ou Eixo C (ferramenta acionada, features não-
concêntricas).
A modelagem da peça tem início com a instanciação das features concêntricas externas, que sem-
pre iniciam a partir de uma das extremidades, face esquerda ou face direita. As features internas
são instanciadas após a conclusão da instanciação das features que definem o perfil externo da peça,
indicando o seu ponto de início, que pode ser a partir da extremidade esquerda, região central ou da
extremidade direita da peça. Assim é necessário identificar sua posição inicial através de uma coorde-
nada cartesiana, que no caso está associada ao eixo Z, assumindo a modelagem no sistema cartesiano
ZX, que é o sistema de coordenadas da máquina-ferramenta (Z,X). Já se utiliza as coordenadas ZX
e não XY para evitar a necessidade de mapeamento do sistema de coordenadas de projeto para o
programa NC.
São armazenadas informações sobre a ordem, precedência de features de forma no momento de
sua instanciação (criação), mostrando o relacionamento com as features adjacentes. Para cada feature
de forma instanciada pode-se incluir as features de tolerâncias associadas (forma, posição, orientação,
localização, batimento, dimensional e rugosidade) e as features de referências (datum) de projeto.
A modelagem das features concêntricas pode ter início a partir do sentido da extremidade esquerda
para a extremidade direita ou vice-versa, sendo adotado como padrão a opção modelagem da extre-
midade esquerda para direita. Assim o modelo de features para a peça acabada e para a peça bruta é
constituído por uma lista de features concêntricas, sendo a lista ordenada segundo a precedência das
features no modelo de features instanciado para a peça.
Após a modelagem das features concêntricas, inicia-se a modelagem das features não-concêntricas,
associadas ao Eixo C (ferramenta rotativa) do centro de torneamento. Pode-se modelar features de
Eixo C, com ferramentas rotativas radiais e axiais. O método utilizado é baseado no projeto por sín-
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
67
tese de features subtrativa, ou seja, definem-se os volumes de material a serem removidos a partir da
seleção de ferramentas rotativas, fresamento ou furação, que irão gerar as features de projeto do tipo
cavidade, rasgo de chaveta, furos, padrões de furação, entre outros. Roscas e escareados podem ser
associados como atributos de features de furos não-concêntricos, gerando assim features secundárias.
Pode-se ter também furos como atributos de features de cavidades, e estes furos poderão ter também
atributos de escareados e rosca, por exemplo.
Outro importante atributo relacionado às features está associado à referência de projeto, que é
utilizada como referência para o sistema de cotagem, normalmente localizado nas extremidades da
peça, face esquerda ou direita. Caso uma das features, referentes à extremidade esquerda ou direita,
esteja associado ao sistema de referência de projeto (sistema de origem de cotagem das dimensões de
projeto), recomenda-se que o sentido de modelagem de features deve ser coincidente com o sistema de
referência de projeto. O sistema de referência de usinagem deve coincidir com o sistema de referência
de projeto, a fim de atender o princípio de coincidência de referências, evitando assim a transferência
de cotas.
As features têm associado aos atributos dimensionais, comprimentos das features (eixo Z), mais
um atributo relacionando esta dimensão de projeto ao sistema de referência de projeto ou à uma cota
associada à feature adjacente predecessora.
As informações referentes às ferramentas, sistemas de fixação de peças e ferramentas, condições
de usinagem, dados de máquinas, dados de produção, entre outros, são armazenadas na mesma base
de dados, permitindo seu compartilhamento entre os módulos do CAPP, para tomada de decisão.
O WebCADbyFeatures fornece os dados para o sistema de planejamento de processo. Para faci-
litar a entrada de dados pelo projetista utiliza-se na GUI a figura de menus oferecendo uma interface
amigável e confortável para a instanciação de uma feature, permitindo a definição de seus atributos,
tolerâncias, relacionamentos e especificações, conforme descrito. Para esta finalidade utiliza-se do
conceito de features no nível do usuário e features no nível do modelo. Assim o usuário projeta a
peça com um simples conjunto de features no nível do usuário disponibilizadas pela GUI, applet.
Estas features são convertidas para features no nível do modelo com maior detalhamento, incluindo
outras informações de maneira implícita ao modelo de features no nível do usuário, como coordenadas
inicial e final da feature, (Zi, Xi) e (Zf, Xf) obtidos indiretamente através do modelo geométrico da
peça e não como uma atributo em um menu, numeração lógica das features, amarrando a precedência
das features, entre outras.
6.3.2 Atividade WebCAPP
O Plano de processo não-linear gerado pelo CAPP é representado utilizando uma estrutura de dados
baseada em STEP-NC (ISO 14649, Part 12 e 11), que é um novo padrão para transferência de dados
entre sistemas CAD/CAM e máquinas CNC (XU e HE, 2003). A arquitetura para o módulo CAD
é baseada no paradigma de Projeto por Features. Já os módulos CAPP e CAM idealizados podem
ser caracterizados segundo as quatro dimensões definidas por SHAH e MANTYLA (1995) da seguinte
forma:
1. na dimensão de planejamento é voltado para geração de planos de processos não-lineares
para peças rotacionais utilizando centros de torneamento, contendo definição de operações,
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
68
fi-xação/setup, seqüências de operações, ferramentas, parâmetros de corte, geração do código
G e estimativas de tempos e custos, ou seja, microplanejamento;
2. na dimensão de planejamento associado ao tempo pode ser aplicado no nível tático e no nível
operacional de um sistema de Gestão da Produção;
3. na dimensão método de planejamento é caracterizado com sendo um CAPP Generativo;
4. e na dimensão profundidade de planejamento é definido como dinâmico, ou seja, planos podem
ser mudados dinamicamente durante a manufatura em função das características dinâmicas do
sistema de manufatura, trabalhando também de forma on-line.
6.3.2.1 Abordagem Para Planejamento do Processo
As duas sistemáticas de divisão das atividades de planejamento do processo (HALEVI X WANG),
descritas na revisão de literatura, são bastante semelhantes sendo que um dos aspectos que as difere
é a ordem, o momento, onde se executa a atividade associada à seleção da máquina-ferramenta. Na
abordagem WANG & LI (1991) esta atividade é a primeira a ser realizada no estágio de projeto de
operações de usinagem (macroplanejamento). Isto impõe uma forte restrição à tomada de decisão
associada às demais atividades e principalmente na determinação das condições de usinagem para
cada operação. A abordagem HALEVI & WEILL (1995) é menos restritiva com relação a escolha da
máquina quando comparado a ordem de atividades de WANG & LI (1991), e analisando o exemplo
apresentado por HALEVI E WEILL (1995) no capítulo dez do seu livro, nota-se como o método tem
consistência com um abordagem bastante lógica e estruturada. As duas abordagens mantêm uma
estreita correlação e muitas vezes podem ser utilizadas de forma complementar.
No caso do novo método concebido para planejamento de processo para peças rotacionais simétri-
cas e assimétricas, e na implementação computacional desenvolvida, já se conhece uma das restrições
para tomada de decisão, que diz respeito à máquina que será utilizada (Centro de Torneamento Galaxy
15M), bem como à placa e castanhas para fixação da peça. Assim a abordagem WANG & LI (1991)
é mais adequada, pois não haverá máquinas alternativas para serem utilizadas.
A partir deste enfoque a abordagem de HALEVI (1999), que aplica o Matrix Method como método
de otimização baseada em planos de processos alternativos perde o sentido, por se estar trabalhando
apenas com uma máquina de comando numérico, tendo como critério de otimização a fabricação com
o menor número possível de fixações da peça na máquina e setup de ferramentas. Com este critério
pode-se penalizar determinada operação alternativa, diminuindo suas chances de ser a operação es-
colhida dentre as alternativas disponíveis.
O Matrix Method poderá ser utilizado no caso de se ter a disponibilidade de várias alternativas de
máquinas-ferramenta para serem utilizadas. Neste caso deve-se utilizar como método de otimização
a linearização dos diversos planos de processos gerados pelo método de CAPP proposto, definindo-se
a melhor máquina para realizar a fabricação da peça, utilizando o método desenvolvido por HALEVI
(1999).
O CAPP proposto busca a otimização do sistema de usinagem MFFP (Máquina, Dispositivo de
Fixação, Ferramenta e Peça) em função da quantidade de fixações necessárias da peça, para possi-
bilitar a execução de todo o plano de processo em uma única máquina. Trabalha-se com planos de
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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69
processos alternativos (não-linear) baseado em operações alternativas a serem processadas em uma
única máquina. Estes planos de processos alternativos levam em consideração aspectos associados
às alternativas de setups da peça, superfícies de fixações, operações de usinagem, seqüências de usi-
nagem e seleção de ferramentas de corte.
Com a implementação em um protótipo da metodologia de integração CAD/CAPP/CAM, para
geração do plano de processos, baseado na estrutura de dados STEP-NC (aderente à STEP-NC), ter-
se-á também uma ferramenta de programação NC orientada ao chão-de-fábrica, gerando o programa
NC baseado na ISO 6983 para determinada máquina-ferramenta.
Assim este arcabouço conceitual para integração CAD/CAPP/CAM poderá ser utilizado de forma
off-line (externa ao CNC) ou incorporado ao próprio CNC aberto da máquina-ferramenta, sendo por-
tanto aderente à proposta STEP-NC (SUH e CHEON, 2002).
6.3.2.2 Metodologia CAPP Para Peças Rotacionais
A figura 6.9 apresenta o diagrama IDEF0 referente ao CAPP. É constituído por dez atividades para
tratamento de features rotacionais concêntricas (peças simétricas) e não-concêntricas (peças assimétri-
cas, Eixo C), sendo o macroplanejamento constituído pelas atividades de 1 a 3 e o microplanejamento
pelas atividades de 4 a 10:
1. mapeamento de features de projeto para features de manufatura (usinagem);
2. determinação das operações de usinagem com alternativas, associadas às features de usinagem:
workingsteps de usinagem e de torneamento;
3. determinação da seqüência de usinagem com alternativas: workplan não-linear;
4. estratégias para geração de trajetórias de ferramentas;
5. determinação das ferramentas de corte (insertos e suportes): ferramentas para torneamento
externo e interno (torneamento geral, cortar, ranhurar e rosqueamento) e ferramentas rotativas
(furar, fresar, alargar, rosqueamento com macho rígido e escarear);
6. determinação do modelo de tempos e cálculo dos tempos padrão e custo padrão para cada
workingstep;
7. determinação das condições tecnológicas de usinagem otimizadas, utilizando algoritmos genéti-
cos;
8. linearização do plano de processos não-linear, utilizando algoritmos genéticos;
9. geração do programa NC (ISO 6983);
10. geração de relatórios e plano de processo.
A descrição das principais funcionalidades associadas às atividades são apresentadas a seguir.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
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Figura 6.9: Diagrama IDEF0: Atividades CAPP.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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71
6.3.2.3 Mapeamento de Features de Projeto para Features de Manufatura
A principal atividade do WebCAPP é o “mapeamento de features de projeto para features de manu-
fatura” onde são determinadas as features de usinagem, fazendo sua associação com as alternativas
de operações de usinagem para gerar a feature de projeto. Esta atividade está diretamente associ-
ada com o modelo de features utilizado. O WebCADbyFeatures fornece os dados para o sistema de
planejamento de processo.
Para facilitar a entrada de dados para o projetista a GUI é orientada por menus para a instanciação
de uma feature e a definição de seus atributos, relacionamentos, tolerâncias e especificações. Por
exemplo uma feature “OD retilínea” (diâmetro externo, cilindro), com chanfros à esquerda e à direita,
pode ser modelada como sendo uma feature “OD retilínea” com mais duas features de transição
do tipo chanfro; ou se o projetista preferir, poderá ser instanciada como uma feature “OD cônica
esquerda” +“OD retilínea” + “OD cônica direita”.
Assim o modelo de features gerado pela GUI e disponibilizado para o CAPP será constituído
por uma feature “OD cônica esquerda” +“OD retilínea” + “OD cônica direita”, indiferentemente do
método de modelagem utilizado pelo usuário disponível na GUI. Esta atividade é denominada de
normalização da biblioteca de features, sendo realizada pelo CAPP.
O ambiente de projeto por features é baseado em features de forma de alto nível como chanfro,
segmento cônico, furo de centro, rasgo de chaveta, etc, que irão corresponder de uma forma geral
às operações de usinagem, com pouco detalhamento. O mapeamento de features de alto nível para
features de baixo nível, que corresponde mais diretamente às operações de usinagem, relativas aos
volumes de usinagem que serão removidos, será implementado por meio de um novo procedimento de
mapeamento denominado decomposição orientada ao setup, à geometria e à operação de usinagem,
levando em conta este três aspectos simultaneamente. A figura 6.10 apresenta o diagrama IDEF0 para
esta atividade.
Por exemplo, um eixo pode ser tratado como uma seqüência de segmentos, pois o processo de
torneamento pode ser adequadamente modelado por um sistema gráfico 2D, sem nenhuma ambigüi-
dade na sua representação, diferentemente de peças prismáticas.
Uma seqüência de segmentos é uma feature composta que consiste de uma coleção de segmentos
cônicos e cilíndricos. Os segmentos tem a mesma linha de centro. Assim as features de forma
associadas à definição de instanciação da peça, podem ser mapeadas para features de seqüência de
segmentos e as operações de torneamento, com seus diversos passes, podem ser determinadas para
operações de desbaste, semi-acabamento e acabamento, para as features de usinagem, no caso de
torneamento. As features de transição podem também ser mapeadas, determinando-se os chanfros
associados as features de seqüência de segmentos.
Desta forma pode-se determinar as features de usinagem e torneamento que irão representar as o-
perações de usinagem associadas à remoção de material em relação à peça bruta previamente definida.
Uma vez que estes volumes a serem usinados foram identificados, é necessário determinar as ope-
rações de usinagem que podem produzi-los. Para capturar as características fundamentais do processo
de usinagem, é necessário entender a interação peça-ferramenta, ou seja sua cinemática, para gerar
os volumes a serem removidos. É necessário criar este modelo e associar restrições (geométrica,
dimensional, tecnológica e econômica) e heurísticas de manufatura ao modelo do processo. Utiliza-
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
72
Figura 6.10: Diagrama IDEF0: sub-atividades do WebCAPP associadas ao mapeamento de features
de projeto para features de manufatura.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
73
se como referência as features de manufatura para torneamento definidas na ISO/DIS 14649 - Part 12
(2003) e as features de furação e fresamento definidas na ISO/DIS 14649 - Part 11 (2003).
A atividade de planejamento da operação de usinagem pode ser definida como a tarefa de especi-
ficar a operação mais apropriada de uma lista de operações disponíveis para criação de uma feature.
O planejamento da operação elucida a relação entre os modelos de processo e de features. A repre-
sentação do plano de processo linearizado é baseada na estrutura de modelo de dados da ISO 14649,
denominada de STEP-NC, e o programa NC é gerado de acordo com a norma ISO 6983, códigos
G/M.
Operações de torneamento podem ser modeladas em termos de tipos de arestas, na forma de linhas
do contorno da peça, ou seja, de um desenho que representa o perfil 2D da peça modelada por features
de forma, segundo o seu contorno ou através de superfícies. A remoção de material necessária é obtida
em função da forma da peça bruta especificada.
As operações de torneamento estão diretamente associadas à fixação da peça, exigindo, normal-
mente, pelo menos duas fixações da peça. Estratégias de movimentação de ferramenta e de fixação
da peça associadas ao “torneamento para a direita“ e “torneamento para a esquerda” devem também
ser consideradas (ÁLVARES, 2002) e (SHAH e MANTYLA, 1995).
Uma abordagem complementar no macroplanejamento ((FERREIRA, 1996) e WANG E LI (1991)),
é a utilização de tabelas que já apresentam roteamentos típicos de usinagem para superfícies cilíndri-
cas externas, internas e planas. Exemplos destes tipos de tabelas podem ser obtidos em manuais.
Após a seleção dos processos finais de usinagem e roteamentos de todas as superfícies (críticas e
menos críticas), faz-se uma análise considerando-se as features inter-relacionadas por tolerâncias.
Um exemplo de roteamento de usinagem para uma determinada superfície poderia ser: torneamento
(desbaste) -> torneamento (semi-acabamento) -> retificação (desbaste) -> retificação (acabamento) ->
super-acabamento (Tolerância IT de 3-5 e Rugosidade de 0,008-0,16 µm).
Operações de torneamento exigem a capacidade de se tratar com o conceito de geometrias inter-
mediárias, que são geradas durante as várias operações. Por exemplo, em função da geometria da
ferramenta determinados segmentos não poderão ser executados durante uma operação de usinagem
associado a uma fixação/setup, pois haverá interferência entre a ponta da ferramenta e a peça durante
a movimentação da ferramenta, inviabilizando a operação. Devido a este fato uma nova geometria
associada à cinemática peça-ferramenta será necessária, sendo denominada geometria intermediária.
É necessário a usinagem desta geometria a partir de um novo setup da peça ou a troca de ferramenta
usando-se uma ferramenta mão esquerda (avanço para direita), por exemplo.
6.3.2.4 Operações de Usinagem
As operações consideradas são torneamento cilíndrico externo e interno (mandrilamento), facea-
mento, furação, sangramento (interno e externo) e rosqueamento (interno e externo) em um centro
de torneamento. Também são permitidas operações de fresamento e furação, radiais e axiais, através
de ferramenta rotativa (Eixo C) do centro de torneamento.
A metodologia de planejamento a ser utilizada é uma combinação de dois métodos: uma árvore
de decisão e um método heurístico usando regras de produção. Uma estrutura em árvore é construída
através do seguinte procedimento: mapeamento de features (feature de manufatura); geração do vo-
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
74
lume a ser usinado e determinação da operação; modificação da geometria da peça.
As features de forma normalmente presentes em peças torneadas são: cilindro, face, rosca, cônico,
chanfro, arco, rasgo e entalhe. As features de usinagem (concêntricas e não-concêntricas) conside-
radas podem ser classificadas de forma geral em cinco categorias: rosca, chanfro e rasgo, perfil
externo, perfil interno e Eixo C.
A determinação do volume de material a ser removido e a operação baseia-se no tipo de feature
reconhecido pelo sistema, conforme descrito no item mapeamento de features (6.3.2.3). A cada fea-
ture reconhecida, a área ou perfil de usinagem e a operação podem ser determinadas. As operações
de acabamento para features concêntricas consistem de: rosqueamento, torneamento, faceamento,
mandrilamento e alargamento. A operação final de acabamento constitui-se de um único passe. A
profundidade de corte ainda não é conhecida e só será calculada depois que uma apropriada ferra-
menta de corte tenha sido selecionada.
6.3.2.5 Seqüência de Operações de Usinagem
A determinação da seqüência de operações de usinagem é baseada na análise de restrições sendo
implementado através de regras de produção (CHANG et al., 1998) e (ÁLVARES, 2001). As restrições
que determinarão um gráfico ou tabela de precedência são de quatro tipos: restrições de operações;
restrições geométricas; restrições de ferramentas; restrições de tolerâncias geométricas.
Estas restrições são analisadas de forma conjunta, no procedimento de mapeamento de features
denominado de decomposição baseada no setup, geometria e operações de usinagem. Esta decom-
posição irá definir quantos setups deverão ser feitos na peça, a lista de features de usinagem a ser usi-
nada em cada setup (levando em conta restrições de referências, tolerâncias dimensionais, tolerâncias
de microgeometria (rugosidade) e de macrogeometrica (forma, localização, orientação, batimento e
posição) e as operações de usinagem que serão executadas em cada feature de usinagem ou de tornea-
mento.
É adotada a nomenclatura STEP NC (ISO 14649, 2003), definindo assim as features de usinagem
e de torneamento (Fu) e os Workingsteps associados. Para cada alternativa de Workingstep relativo à
uma feature de usinagem/torneamento (volume de material a ser removido da peça), ter-se-á as ope-
rações de usinagem e ferramental que podem ser utilizadas para remoção desta feature de usinagem,
gerando assim um plano de processos com alternativas de operações e ferramentas que poderão ser
utilizadas. Assim cada Fu terá um relacionamento de 1-> n operações, gerando “n” Workingsteps
diferentes.
O roteamento das operações associadas ao torneamento, para perfil externo e interno, é baseado
em rotas pré-estabelecidas (HUANG, 1988) associado às regras que definem boas práticas de usi-
nagem, tendo a seguinte seqüência básica (figura 6.11): furação -> facear (desbaste e acabamento)
-> torneamento longitudinal (desbaste e acabamento) -> sangramento (desbaste e acabamento) ->
recartilhamento -> rosqueamento -> cortar.
Para as operações associadas a Eixo C (ferramenta rotativa, furação e fresamento (radial e a-
xial)), tem-se o seguinte roteamento pré-determinado, para cada setup da peça e direção de usinagem:
fresamento -> furação -> escareamento -> alargamento -> rosqueamento.
Para determinação do Workplan com alternativas, que determina a seqüências de execução dos
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
75
Figura 6.11: Árvores de decisão para features concêntricas baseada em HUANG (1988).
Workingsteps para cada setup, é utilizado um método baseado em SUNDARAM (1986), que permite a
representação e definição do Grafo de Precedência de Features de Usinagem. Esta técnica estabelece
um procedimento sistemático para seleção da seqüência de operações de usinagem (Workplans). As
operações elementares de usinagem podem ser agrupadas em uma seqüência e o grupo de operações
elementares pode ser processado em uma única máquina. A partir da especificação de operações de
usinagem é montado uma matriz de relacionamento de precedência de operações baseada nas res-
trições mencionadas, que pode ser visualizado pelo Grafo de Precedência de Features de Usinagem.
Associado ao Grafo de Precedência de Features de Usinagem tem-se um grafo E/OU de Work-
ingsteps, que representa para cada feature de usinagem/torneamento as alternativas de operações de
usinagem.
6.3.2.6 Determinação das Condições de Usinagem
As condições de usinagem são obtidas através da consulta à uma base de dados que disponibiliza as
informações de condições de usinagem e ferramentas baseado em dados de fabricantes de ferramentas
e a utilização de algoritmo genético no procedimento de otimização. Faz-se a seleção das condições
de corte para uma dada combinação de materiais de peça e ferramenta, bem como, da geometria da
ferramenta WANG E LI (1991) e HUANG (1980).
As restrições associadas à velocidade de corte, avanço, profundidade de corte, força de corte e
potência de corte são levadas em consideração, utilizando-se modelos de processos de usinagem para
calculá-los.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
76
6.3.2.7 Geração do Programa NC
O método desenvolvido para geração do código NC, utiliza o conceito de Workingstep, que tem
associado uma feature de usinagem/torneamento e uma operação de usinagem. Assim já se conhece
para as features de usinagem/torneamento a sua geometria associada ao perfil 2D da peça rotacional
(features concêntricas). Para features não-concêntricas (Eixo C), têm-se a informação sobre o volume
de material a ser removido associado à uma operação de fresamento ou furação, de forma semelhante
ao que ocorre no método DSG.
Cada operação de usinagem têm associado uma ferramenta de corte, estratégia de movimentação
de ferramenta, condições de usinagem, movimentação de ferramenta, plano de aproximação e um
plano de segurança.
Para geração da estratégia de movimentação de ferramenta utiliza-se três abordagens:
• abordagem manual;
• abordagem automática, baseada em ciclo fixo de usinagem disponibilizada pelo CNC;
• híbrida.
Na abordagem manual, toda a movimentação de ferramenta é feita manualmente, sendo necessário o
cálculo de todo o posicionamento intermediário da movimentação de ferramenta, o que apresenta um
alto custo computacional para o CAPP, sendo propenso ao erro.
Na abordagem automática, baseada em ciclos fixos, define-se apenas os parâmetros necessários ao
ciclo fixo, e os dados relacionados as cotas (X, Z) que definem o perfil da peça acabada, segmentos.
Na abordagem híbrida utiliza-se as duas estratégias de movimentação de ferramenta; como por
exemplo em operações de sangramento de canais largos, que pode ser necessário a utilização da
movimentação manual associado a um ciclo fixo.
6.3.3 WebTurning: CAM Execução
A figura 6.12 apresenta o diagrama IDEF0 referente ao CAM execução, sendo cons-tituído por três
atividades:
1. GUI para teleoperação (WebDNC);
2. WebCam para captura e streamings de vídeo e áudio;
3. WebCNC para teleoperação da máquina CNC.
O sistema de teleoperação do torno, denominado WebTurning, é baseado em uma arquitetura
Cliente-Servidor, utilizando metodologia desenvolvida por ÁLVARES e ROMARIZ (2002), constituída
por dois módulos (ÁLVARES, et al., 2002):
• servidores: representado pelos programas localizados na estação de trabalho (computador pes-
soal com Sistema Operacional Linux), conectado à máquina-ferramenta através da interface
ethernet e protocolos TCP/IP e DNC;
• clientes: representado por applet Java e páginas HTML.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
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77
Figura 6.12: Diagrama IDEF0: Atividades CAM.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
78
6.4 Modelagem IDEF1X
O modelo de informação que possibilita a integração CAD/CAPP/CAM é baseado na abordagem Pro-
jeto por Features (síntese por features de projeto), sendo concebido através da abordagem metodoló-
gica IDEF1X (banco de dados relacional), tendo todos os dados referentes ao modelo de informação
contidos em um único diagrama IDEF1X (ÁLVARES, 2003). O modelo de informação descreve
cada subsistema em termos de entidades/objetos, atributos e relacionamentos. A partir deste modelo
IDEF1X é gerado o modelo físico da base de dados relacional. É utilizado o sistema de gerenciamento
de base de dados MySQL. O diagrama IDEF1X é apresentado na http://WebMachining.
AlvaresTech.com/idef1x.
O modelo de informação é dividido em domínios (CHEP et al., 1998) associados às bases de dados
de features (features de forma, features de tolerância, features de produção e features de materiais)
e base de dados de tecnologia de usinagem (biblioteca de máquinas-ferramenta, biblioteca de ferra-
mentas de corte, biblioteca de usinabilidade e biblioteca de fixações). A base de dados de features
relaciona-se com o modelo do produto e a base de dados de tecnologia de usinagem relaciona-se com
o modelo de recursos. Estas bases de dados foram implementadas fisicamente através de uma única
base de dados denominada de WebMachining, sendo constituída por oitenta e duas tabelas.
O usuário remoto conecta-se ao sistema criando um novo projeto, que será constituído pelos dados
referentes à modelagem por features de uma peça acabada e de uma peça bruta, além de informações
tecnológicas, tolerâncias dimensionais e geométricas, referências e cotas de projeto, relacionamento
de features, acabamento superficial, dados de produção e dados do usuário. Todo projeto é constituído
por este conjunto de dados para peça bruta e acabada, que estão definidos nos vários domínios des-
critos. Um usuário pode ter vários projetos concebidos e armazenados no sistema de base de dados.
Cada usuário tem uma identificação única no sistema.
Todos os relacionamentos entre as entidades são vistos de forma hierárquica a partir do domínio
da peça (peça bruta ou peça acabada), seguido pela classe de features (concêntrica ou não-concêntrica,
Eixo C), pelo tipo de features de forma (furo, diâmetro externo, diâmetro interno, reentrância, canal,
rosca, face, rasgo, entre outros) e finalmente pela feature em si e seus atributos. Mecanismos de he-
rança de features são aplicados nesta taxonomia de features, quando se aplica conceitos de orientação
a objetos nos relacionamentos das features (relacionamento do tipo é um). A figura 6.13 mostra a
modelagem da informação no contexto do projeto WebMachining.
Pode-se ter a modelagem de peças rotacionais associada à features concêntricas, que ocorrerá nas
regiões externa e interna da peça; bem como associada às features não-concêntricas (Eixo C), que
poderá utilizar-se de ferramenta rotativa axial ou radial.
Para cada tipo de feature podem ser associadas as tolerâncias dimensional, forma, localização,
orientação, batimento, posição e qualidade superficial, que são tratadas como entidades relacionadas
às features de forma, segundo a taxonomia de features utilizada (CAM-I, 1986). Por exemplo, uma
feature do tipo furo pode ter uma tolerância dimensional e uma tolerância de circularidade associada.
Uma feature pode ter também uma referência (Datum), sendo este Datum uma referência para outra
feature, associado à uma tolerância de posição, localização, orientação ou de batimento. A figura 6.14
apresenta as features de tolerâncias que podem estar associadas às features de forma baseadas em
CAM-I (1986). A modelagem em UML (diagrama de classes) associada aos recursos de manufatura
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
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Figura 6.13: Modelagem da informação de algumas features de forma utilizadas através da metodolo-
gia IDEF1X.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
80
Figura 6.14: Diagrama de classes para features de tolerâncias.
é apresentado na figura 6.15
Roscas (Threads) são tratadas como atributos de features de Diâmetro Externo (OD) e Diâmetro
Interno (ID), podendo ser identificadas também como uma feature de Eixo C (não-concêntrica), as-
sociada a um furo concêntrico ou não-concêntrico. Recartilhado (Knurl) são tratados como atributos
de features de Diâmetro Externo (OD). Ou seja, a partir de uma feature básica/principal (OD ou ID)
é associada uma feature secundária especificada na forma de um atributo, que poderá estar presente
ou não na feature principal (relacionamento do tipo tem um). Caso esteja presente, é estabelecido
um relacionamento entre as duas entidades, ou seja uma feature OD (principal) tem uma rosca (se-
cundária). A utilização deste artifício é necessário pois não é possível separar uma thread cilíndrica de
um cilindro interno ou externo, sendo mais adequado trabalhar com o conceito de atributo, conforme
sugerido por CAM-I (1986).
As features de transição (filetes, arredondamentos e chanfros) são representadas como atributos de
features de Diâmetro Externo (OD) e Diâmetro Interno (ID). Podem também ser tratadas como uma
feature de forma do tipo Diâmetro Externo (OD) ou Diâmetro Interno (ID). Neste caso não se tem a
presença de atributos de filetes e chanfros na instanciação da feature. Esta definição fica a critério do
projetista, possibilitando mais flexibilidade na modelagem da peça.
Os capítulos seguintes (7 a 13) apresentam um detalhamento da metodologia WebMachining,
ilustrando os métodos e algoritmos concebidos, resultados da implementação e estudos de casos. O
Apêndice C apresenta a modelagem matemática para aplicação de GA e o Apêndice D apresenta
a modelagem UML associada ao sistema computacional desenvolvido e disponibilizado na URL
http://WebMachining.AlvaresTech.com.
CAPÍTULO 6. WEBMACHINING: INTEGRAÇÃO
CAD/CAPP/CAM
BASEADA NA WEB
81
Figura 6.15: Diagrama de classes para tecnologia de usinagem (recursos de manufatura).
Capítulo 7
Interface CAD-CAPP: CAPP Baseado em
Mapeamento de Features
Este capítulo descreve a interface CAD-CAPP concebida para peças rotacionais (concêntricas e não-
concêntricas), consistindo de um conjunto de especificações, técnicas, métodos e algoritmos utiliza-
dos na definição funcional dos módulos da metodologia para interfacear as atividades de projeto
detalhado colaborativo (WebCADbyFeatures) e o planejamento de processo generativo não-linear
(WebCAPP), voltado para geração de planos de processo linearizados e de programas NC para um
centro de torneamento.
Após o projeto colaborativo, a peça modelada é armazenada e disponibilizada para a metodologia
CAPP gerar o plano de processo com alternativas, sua linearização e a representação do plano de
processo linearizado baseado em STEP-NC (ISO 14649 - Part 12 e Part 11), bem como a geração do
programa NC para o centro de torneamento selecionado.
O planejamento de processo tem início na atividade de mapeamento de features, ou seja na trans-
formação ou mapeamento de features de projeto (concêntricas e não-concêntricas) em features de
usinagem. A descrição dos métodos e técnicas utilizadas em cada uma das dez atividades são apre-
sentadas neste capítulo.
7.1 Mapeamento de Features
O método de mapeamento de features desenvolvido depende da natureza da feature de forma que está
sendo analisada, isoladamente e também de maneira conjunta com as demais features de mesmo tipo,
sendo oriundo das classes de mapeamento descritas a seguir:
1. classe de mapeamento um-para-um (1 =>1): features do tipo recartilhado e rosca mapeadas em
operações de recartilhamento e rosqueamento, respectivamente, gerando um Machining_
workingstep (STEP NC - Part 10 e Part 12) para operações associadas a torneamento. Já
para features de Eixo C (furos, rasgo de chaveta e cavidades) é necessário o uso de operações
com ferramentas rotativas em um centro de torneamento, sendo estas features mapeadas em
operações de furação, fresamento, escareamento e rosqueamento. STEP-NC Part 12 não prevê
features de eixo C, devendo-se utilizar a norma STEP-NC Part 11;
82
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 83
2. classe de mapeamento agregação discreta (m => 1): onde “m” features de projeto são combi-
nadas em uma feature de usinagem simples, gerando o Turning_workingstep (STEP NC - Part
10 e Part 12) ou um Machining_workingstep do tipo groove ou spline, denominados de groove
complexo e spline virtual, respectivamente. A biblioteca de features é normalizada durante o
procedimento de mapeamento de features, para interpretar estes tipos de features de projeto em
features de usinagem, e a partir destas associar um determinado tipo de workingstep. Ocorre
nas operações de torneamento cilíndrico, perfilamento e sangramento;
3. classe de mapeamento especializado (1 => n): ocorre em canais (grooves), splines e superfícies
cônicas, operações de sangramento e torneamento cônico;
4. classe de decomposição discreta (1 => m): uma feature é decomposta em “m” features, sendo
representada por uma Composite_feature de usinagem.
As técnicas de mapeamento a serem utilizadas são derivadas de:
1. métodos heurísticos: onde as features podem ser combinadas ou decompostas em função de um
conjunto de regras de transformação de uma visão à outra, por exemplo, mapeamento 1 => 1,
aplicado em recartilhados e roscas;
2. técnica de mapeamento baseado em células: onde volumes são combinados dentro de diferentes
grupos extraindo-se as features de usinagem das features de projeto. A decomposição de célula
volumétrica segue quatro fases:
• determinar o volume a ser removido por usinagem (peça acabada menos peça bruta);
• particionar cada volume de remoção de material em sub-volumes elementares;
• combinar os volumes elementares em features de usinagem;
• combinar as features de usinagem para operações de usinagem com base na classificação ante-
rior.
As features de forma de usinagem são classificadas em grupos de formas similares e cada grupo é as-
sociado com processos que podem produzir a peça, determinando assim um Machining_workingstep
ou um Turning_workingstep. As features de usinagem mapeadas são utilizadas para representação
simbólica das formas. Devido à simetria rotacional o planejamento de operações de torneamento
recomenda uma representação baseada em arestas/linhas ou superfícies.
A atividade de mapeamento de features de usinagem depende da geometria da peça bruta e da
peça acabada, dos métodos de usinagem (operações e setup) e da seqüência de operações de ma-
nufatura. Em função destas opções pode-se ter mapeadas diferentes features de usinagem. Algumas
features de projeto podem ser convertidas diretamente e outras não, devido às discrepâncias semântica
e geométrica do modelo de features em uma determinada visão (projeto) para outra (usinagem).
A metodologia concebida propõe um sistema de modelagem por features com múltiplas visões,
para permitir a integração das diferentes fases do ciclo de vida do produto (fases de projeto deta-
lhado, planejamento de processo e fabricação), usando relações geométricas (geometria do produto) e
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 84
não-geométricas (tolerâncias dimensionais, forma, posição, orientação, batimento e rugosidade) para
conectar as diferentes fases do ciclo de vida do produto, tendo uma grande influência no planejamento
do processo e fabricação do produto.
A nova técnica proposta de mapeamento é derivada da técnica de mapeamento baseada em célu-
las, apresentando uma abordagem lógica para decomposição volumétrica orientada por três aspectos,
sendo aplicada para features rotacionais concêntricas e não-concêntricas (Eixo C):
1. Setup
1
: determina-se inicialmente a quantidade de fixações necessárias (1, 2 ou 3) para fabricar
a peça, e a seguir as alternativas de fixação da peça para cada um dos setups, determinando-se
as superfícies de fixação da peça e grupo de features a serem usinadas em cada setup. Em
função do setup, as features de usinagem podem ser diferentes. Logo os volumes de usinagem
dependem do setup.
2. Geométrico: geometria da peça acabada e bruta, gerando um esquema de representação do tipo
Poliforma Fechada, composta por elementos geométricos 2D dos tipos linhas, arcos e splines,
onde são conhecidos todos os vértices da poliforma, representando a fronteira de remoção de
material. Esta poliforma, modelo geométrico, é gerada a partir do modelo de features.
3. Operações de usinagem: em função do tipo de feature de projeto pode-se determinar a classe
de mapeamento, simplificando o problema. Por exemplo uma feature rosca ou um recartilhado
podem ser mapeadas em um modelo de classe 1 => 1 usando o método heurístico. Já um
canal, em função da sua geometria, pode ser mapeado em vários tipos de combinações de
operações de usinagem podendo ser classificado como um mapeamento com alternativas, classe
de mapeamento especializado (1 => n).
O método idealizado leva em consideração, de forma simultânea, os três aspectos que mais influen-
ciam a determinação dos volumes a serem usinados em peças rotacionais. As features de usinagem
são mapeadas a partir das features de projeto disponíveis na biblioteca de features, através da decom-
posição volumétrica baseada em critérios geométricos, setup da peça e nas operações de usinagem. O
método é o mais geral possível tratando a maior parte das geometrias de peças rotacionais simétricas
e as principais features não-concêntricas presentes em peças assimétricas rotacionais, que se pode
conceber, tendo a seguinte abrangência:
• a peça bruta (blank) do tipo barra, cilindro, tubo e fundida;
• o setup da peça, do tipo placa, placa e contra-ponta e entre pontas;
• e operações de torneamento longitudinal, faceamento, perfilamento/cópia, mandrilamento, fu-
ração, alargamento, recartilhamento, sangramento, corte de barra, furação e fresamento.
Este novo método propõe uma abordagem de decomposição volumétrica baseada nos três aspectos
fundamentais para determinação dos volumes de material a serem removidos da peça bruta. Em algu-
mas abordagens geométricas (DONG e VIJAYAN, 1997) trabalha-se apenas com geometria externas,
1
Setup está associado com as atividades de fixação da peça no centro de torneamento, que no caso utiliza-se de uma
placa pneumática de três castanhas, com ou sem o uso de contra-ponta. Também é necessário que a peça tenha uma
feature do tipo ID ou OD com no mínimo 5 mm de comprimento de contato para fixação e feature de face retilínea para
ser utilizada como superfície de apoio.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 85
não contemplando geometrias internas. Outra abordagem baseada em geometria e operações, descrita
em CHO et al. (1994), modela apenas linhas, polígono, descrevendo somente as superfícies externas.
Segundo CHO et al. (1994), LEE et al. (1993), RICO et al. (2000), DONG e VIJAYAN (1997) e SHAH
& MANTYLA (1995) várias abordagens fazem a decomposição baseando-se em aspectos geométricos
e/ou em aspectos de operações de usinagem; e alguns em aspectos geométricos e em operações de
usinagem.
Esta nova abordagem também contempla features concêntricas do tipo splines e não-concêntricas
(Eixo C) presentes em centros de torneamento, que normalmente não são tratadas pela maioria dos
sistemas relatados na literatura, podendo ser considerado como mais uma contribuição para o plane-
jamento de processos de peças rotacionais simétricas e assimétricas (Eixo C).
A seguir são apresentados os três métodos que compõem à decomposição orientada ao setup, à
geometria e à operação. Estes métodos determinarão as alternativas para setup da peça, volumes a
serem removidos e operações de usinagem com alternativas para remoção dos volumes determinados,
gerando assim um plano de processo não-linear.
7.1.1 Decomposição Orientada ao Setup
A decomposição orientada ao setup leva em consideração a quantidade de setups da peça, definida em
função dos aspectos de tolerâncias geométricas, qualidade superficial, estabilidade e rigidez da peça,
modelo geométrico e modelo funcional do dispositivo de fixação. Tem-se como saída deste modelo
de decomposição orientada ao setup a definição do tipo, número de setups e dos grupos de features a
serem processados em cada setup.
É feita uma análise dos requisitos tecnológicos para seleção do sistema de fixação da peça baseado
nos mesmos procedimentos adotados por um processista na definição da fixação da peça:
• análise do desenho da peça (tolerância dimensional, geométrica e acabamento superficial);
• define quais os elementos geométricos que serão usinados no mesmo setup (grupos) para garan-
tir os requisitos tecnológicos;
• define o sistema de fixação para os diversos setups.
As tolerâncias de uma peça podem ser categorizadas em tolerâncias locais e relativas. Uma tolerância
local está relacionada com uma única feature e é determinada principalmente pela capabilidade do
processo/máquina. Tolerância relativa está relacionada com mais de uma feature e é influenciada
pela capabilidade da máquina/processo, mas também pela seleção de referências (datum) e setup
no planejamento do processo. Quando uma determinada dimensão de desenho (cota) não pode ser
obtida diretamente é necessário fazer seu cálculo baseado na cadeia de tolerâncias. Logo o controle de
tolerância pode ser realizado pelo planejamento do setup, sendo que do ponto de vista da fabricação,
tolerâncias são erros de fabricação oriundos de muitas fontes (ÁLVARES, 1990) resultando numa
variação nas dimensões da peça, de caráter sistemática e aleatória.
A seguir é apresentada a proposta de decomposição orientada ao setup com as principais regras
para se chegar ao planejamento de setup com alternativas, tendo como orientação a escolha do método
de setup I (método erros dimensionais e geométricos). Caso não seja possível, opta-se pelo método de
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 86
Figura 7.1: Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando
L
peca
D
peca
> 4.
setup II (erro de localização na dimensão). O procedimento a ser adotado é sintetizado nas seguintes
regras:
• definir tipo da peça bruta (cilindro, barra, tubo, fundido), denominado de blank.
• escolha em função da geometria (superfícies cilíndricas OD e ID da peça bruta e da peça
acabada): apenas superfícies OD e ID cilíndricas são candidatas à superfície de fixação no
setup da peça, desde que o comprimento da superfície cilíndrica e seu diâmetro interno ou ex-
terno seja compatível com o modelo geométrico da placa de fixação e da castanha do torno
CNC.
• função da estabilidade e rigidez da relação comprimento da peça/diâmetro da peça (figura 7.1):
quando a relação
L
peca
D
peca
> 4, a peça será definida como um eixo, peça longa, sendo necessário
um conjunto de fixações do tipo placa e contra-ponta e/ou entre-centro, tendo as seguintes
alternativas de fixação: duas fixações do tipo placa e contra-ponta; três fixações sendo duas do
tipo placa e contra-ponta para operações de desbaste e a terceira entre-centros para operações
de acabamento, quando o torque driver (Td), torque máquina (Tm) e torque placa (Tc), forem
da magnitude Tm > > Td e Tc> > Td; ou uma fixação placa e contra-ponta, quando Td > Tm e
Td > Tc. Se alimentação da máquina for feita por barra pode-se ter um único setup do tipo placa
e contra-ponta tendo como última operação o corte da peça no próprio torno, desde que uma das
faces, extremidades da peça, não tenha features de projeto que necessitem de uma usinagem.
• função da estabilidade e rigidez da relação comprimento da peça/diâmetro da peça (figura 7.2):
quando a relação
L
peca
D
peca
< 2, a peça será definida como uma peça curta, sendo necessário um
conjunto de no máximo duas fixações tipo placa, uma para peça bruta (Setup 1) e outra para
peça semi-acabada (Setup 2). Se a alimentação da máquina for feita por barra pode-se ter um
único setup do tipo placa tendo como última operação o corte da peça no próprio torno, desde
que uma das faces, extremidades da peça, não tenha features de projeto que necessitem de uma
usinagem.
• função da estabilidade e rigidez da relação comprimento da peça/diâmetro da peça (figura 7.3):
quando a relação 2 ≤
L
peca
D
peca
≤ 4, a peça será definida como uma peça intermediária, podendo
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 87
Figura 7.2: Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando
L
peca
D
peca
< 2.
Figura 7.3: Grafo e/ou setup: alternativas para setup da peça quando 2 ≤
L
peca
D
peca
≤ 4.
ser tratada em termos da quantidade e tipo de fixações como uma peça curta ou uma peça longa,
em função da sua rigidez e estabilidade e das features de forma presentes.
• peças com features ID vazadas são fixadas com placas em um ou dois setups.
• qualidade superficial: eliminar as superfícies OD e ID com qualidade superficial apertada (0,2
µm) da lista de candidatas à superfícies de setup.
• tolerâncias dimensionais: eliminar as superfícies OD e ID com tolerâncias apertadas (IT 7) da
lista de candidatas à superfícies de setup.
• tolerância geométrica (concentricidade, paralelismo, perpendicularismo e batimento): features
com requisitos de tolerâncias de posição, orientação, localização ou batimento deverão ser agru-
padas no mesmo setup.
• Definir as alternativas de superfícies de fixação para o blank e para a peça acabada a partir do
modelo funcional, que relaciona a interação de esforços entre a castanha e a peça. De acordo
com a diretriz VDI 3106 (MASSAROPPI e MASIERO, 2001) as possibilidades de contato entre
castanha e peça podem ser divididas em: pelo centro, pelas extremidades ou completo, onde o
raio de curvatura da superfície de fixação da castanha é maior, menor e igual ao raio da peça,
respectivamente. Durante a usinagem a solicitação crítica (MASSAROPPI e MASIERO, 2001)
é aplicada na extremidade da peça (Zext), no ponto mais distante do centro de gravidade da
fixação (Zcg). Segundo MASSAROPPI e MASIERO (2001) a fixação mais segura para a peça
durante o processo de usinagem é aquela que apresentar o menor índice de fixação, dado pela
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 88
razão entre o acréscimo da densidade de carga (qm) provocado pela força de usinagem e a
própria força de usinagem. Assim If (Índice de Fixação) é:
If =
(F + qm)
F
(7.1)
qm = qmax − q0 = 4 ∗
M
L
2
= 4 ∗ F ∗
(Zext − Zcg)
L
2
(7.2)
Logo, quanto maior for o comprimento de contato (L) e menor for a distância entre o ponto de
aplicação da carga ao centro de gravidade de contato, menor será o Índice de Fixação, tendo assim
uma melhor qualidade de fixação. Finalmente seleciona-se as alternativas de superfícies cilíndricas
OD e ID candidatas aos setups: setup 1 (blank), setup 2 e setup 3.
• subdividir o blank e a peça final em grupos para cada setup, levando em conta as superfícies de
fixação definidas.
• para cada superfície de fixação, features ID e OD próximas às faces esquerda e direita da peça,
define-se uma Linha de Demarcação (LD) no ponto de início e no ponto final da feature em
análise. O número de combinações será: 2 x (Número de features OD x Número de features
ID).
• para cada grupo (alternativa) verifique se existe alguma definição de features de tolerâncias de
posição, orientação, batimento ou localização. Exclua aqueles que não atendam ao requisito de
agrupamento de tolerâncias geométricas em um mesmo setup.
• verifique requisitos de qualidade superficial agrupando features com a mesma qualidade.
• escolha a melhor alternativa para os setups.
• definir os grupos de features por setup.
7.1.2 Decomposição Orientada à Geometria
Após a determinação do número de setups, para a melhor alternativa, e a definição dos grupos de
features por setup, é realizada a decomposição de volumes baseada na geometria do blank e da peça
final. O método idealizado é baseado na decomposição de uma poliforma
2
onde o mapeamento de
features é feito a partir da determinação do volume a ser removido por usinagem levando em conta a
geometria da peça acabada menos a peça bruta.
O volume de usinagem global é dividido em features de usinagem usando um algoritmo de
varredura de linhas horizontal e vertical. Para diâmetros externos é realizada a varredura para fea-
tures de forma do tipo OD de maior diâmetro para features OD de diâmetro imediatamente infe-
rior, determinando-se os vértices desta poliforma. A seguir repete-se o procedimento até concluir a
varredura de todos os diâmetros externos das features OD.
2
Poliforma é uma forma geométrica fechada formada por uma sucessão de linhas e arcos conectados, que descrevem
em 2D a área final da peça rotacional e a área global de material a ser removido do blank. Na realidade a área (2D) está
relacionada ao volume do sólido rotacional e ao volume global de material a ser removido do blank.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 89
Para diâmetros internos repete-se o mesmo procedimento de forma inversa às features OD, ou seja,
é feita a varredura para features de forma do tipo ID do menor diâmetro para features ID de diâmetro
imediatamente superior. O procedimento é repetido até varrer o menor diâmetro das features ID que
constituem a peça.
As features OD de maior diâmetro e ID de menor diâmetro de uma peça são as superfícies que
definem uma possível inversão no perfil crescente ou decrescente da poliforma, devendo portanto ser
examinados detalhadamente.
A seguir são apresentadas as regras e heurísticas associadas ao método de decomposição ge-
ométrica:
• O modelo de features de projeto é transformado em um modelo geométrico 2D, denominado
de poliforma fechada, formado por segmentos de retas, arcos e splines conectados de maneira
lógica (figura 7.4).
• Faz-se uma varredura com uma linha de referência horizontal (diâmetro= coordenada X= cons-
tante) para features OD e para features ID de cada grupo de setups, do maior para o menor
diâmetro e do menor para o maior diâmetro, respectivamente, definindo-se os volumes de ma-
terial a serem removidos para cada grupo de setup. A seguir identificam-se os volumes de
material a serem removidos por operações de torneamento, mandrilamento e perfilamento.
• Faz-se uma varredura com uma linha de referência vertical (comprimento longitudinal = coor-
denada Z = constante) para features de faces nas extremidades da peça para os grupos de setups,
do maior para o menor comprimento longitudinal, definindo-se os volumes de material a serem
removidos para cada grupo de setup. A seguir identificam-se os volumes de material a serem
removidos por operações de faceamento, face esquerda e face direita.
• Roscas e superfícies recartilhadas são atributos de feature ID ou OD e OD, respectivamente.
Os volumes de material a serem removidos são identificados, gerando o modelo geométrico
associado às features.
• Canais e furos são identificados separadamente em função do tipo de features representado no
modelo de features. A seguir os volumes de material a serem removidos são identificados para
cada feature.
• As features de Eixo C (fresamento e furação) são determinadas independentemente, pois já
estão identificadas na biblioteca de features, e seus volumes já são conhecidos previamente,
devido ao método de modelamento utilizado, que é baseado no projeto por síntese de features
subtrativas, muito similar ao método DSG. Em função da localização da feature na peça a
usinagem poderá ocorrer no primeiro ou no segundo setup da peça.
7.1.3 Decomposição Orientada à Operação
Após a identificação do grupo de features por setup, dos volumes de material a serem removidos
(levando em consideração a geometria do blank e da peça acabada para cada grupo de features por
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 90
Figura 7.4: Poliforma fechada representando o perfil 2D da peça bruta e peça acabada.
Tabela 7.1: Operações de usinagem modeladas na decomposição orientada à operação.
Operações Tipo de feature de usinagem associada e direção
Torneamento Volume associado ao perfil da peça na direção horizontal
Faceamento Volume associado ao perfil da peça na direção vertical
Perfilamento Volume associado ao contorno da peça sem direção preferencial
Furação Volume associado a um furo
Canal/Reentrância Volume associado a um canal ou reentrância na peça pode ser curto ou largo
Recartilhamento Atributo da feature de usinagem pai (superfície primária e secundária)
Fresamento Volume associado a uma cavidade, rasgo de chaveta, canal cilíndrico, etc
Alargamento Volume associado a um furo
Escareamento Atributo da feature de usinagem pai (superfície primária e secundária)
Rosqueamento Atributo da feature de usinagem pai (superfície primária e secundária)
setup) é necessária a decomposição dos volumes globais de material a serem removidos, previamente
identificados, em features de usinagem, associando um sub-volume de um volume maior à uma ope-
ração de usinagem e um determinado tipo de ferramenta.
Em algumas situações as features de usinagem decompostas pelo método geométrico não podem
ser usinadas em apenas uma operação (figura 7.5 c). Assim as features de usinagem devem ser
decompostas em outras features de usinagem (figura 7.5). Por exemplo, canal (largo ou estreito),
faceamento, torneamento e feature de perfil. Logo pode-se ter muitas alternativas de operações de
usinagem para uma determinada feature de usinagem, no caso de torneamento.
Deve-se levar em consideração os tipos de operações de usinagem a serem utilizadas para remoção
dos volumes identificados, gerando alternativas de operações para uma mesma feature de usinagem.
As operações de usinagem modeladas são apresentadas na tabela 7.1.
Assim roscas e superfícies recartilhadas (superfícies secundárias) são mapeadas através da classe
de mapeamento 1:1, sendo atributos de uma feature primária, do modelo de features, e usinadas por
operações de rosqueamento e recartilhamento. É necessário definir apenas o sobrematerial necessário
a ser deixado pela operação de torneamento anterior. Já Furos são mapeados através da classe de
mapeamento 1:1 sendo uma feature primária.
As demais features concêntricas de projeto são mapeadas através da classe de mapeamento 1 :
muitos (1 => n) e muitos : 1 (m => 1), levando em consideração as alternativas de operações e ferra-
mentas a serem utilizadas na remoção dos volumes associados às features de usinagem identificadas.
Um determinado volume de material a ser removido, associado ao perfil da peça cilíndrica, pode
ser decomposto em operações de torneamento ou faceamento (fig. 7.6). Uma operação de tornea-
mento tem preferência sobre uma operação de faceamento, quando a dimensão Z de usinagem (di-
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 91
reção longitudinal) é maior que a dimensão X de usinagem (direção radial, associado ao diâmetro da
peça). Por outro lado, uma operação de faceamento tem preferência sobre uma operação de tornea-
mento, quando a dimensão X de usinagem (direção radial, associado ao diâmetro da peça) é maior
que dimensão Z de usinagem (direção longitudinal). Utilizando esta heurística obtém-se um bom re-
sultado para o deslocamento de ferramenta em termos de tempo, não sendo necessário analisar todas
as alternativas de sub-volumes de material (feature de torneamento) que poderia gerar um roteamento
alternativo (fig. 7.6).
Uma ranhura estreita ou larga, ou mesmo uma reentrância, que pode ser considerada uma ranhura
larga, podem ser usinadas tendo as seguintes alternativas, conforme apresentado na figura 7.5 (c),
considerando um único setup:
• reentrância/canal usinado apenas com a utilização de uma ferramenta de sangramento (be-
dame);
• reentrância usinada com uma ferramenta de sangramento e uma segunda para torneamento (uma
ferramenta esquerda para direita, neutra ou uma ferramenta direita para esquerda com ângulo
de abordagem compatível com a geometria cônica);
• reentrância com usinagem zig-zag, onde é feita a usinagem com ferramenta direita para es-
querda, deixando uma superfície intermediária e depois a usinagem é completada com uma
ferramenta esquerda para direita, a fim de remover a superfície intermediária. Outra alternativa
é utilizar uma ferramenta neutra com ângulo de abordagem compatível com a geometria cônica
da saliência.
7.2 Determinação das Operações de Usinagem Associadas às Fea-
tures: Workingsteps
A atividade concebida de mapeamento de features determina as features de usinagem associando-
as às operações de usinagem com alternativas, considerando a geometria da peça bruta e da peça
acabada, setup e operações de usinagem. Para representar todas estas alternativas utiliza-se um grafo
E/OU que relaciona as várias possibilidades de operações de usinagem, geometria das ferramentas e
setup, para gerar uma determinada feature de usinagem.
Uma operação de usinagem define o processo de usinagem para uma área limitada da peça de-
nominada de feature de usinagem. Define-se assim o conteúdo de um workingstep de usinagem
(Machining_workingstep
3
) ou de torneamento (Turning_workingstep
4
) associando a operação de usi-
3
Segundo STEP-NC Part 10, um Machining_workingstep associa uma operação de usinagem a uma única feature de
usinagem, incluindo também um plano de segurança.
4
Segundo STEP-NC Part 12, um Turning_workingstep associa uma operação de usinagem a uma lista de features
concêntricas de usinagem (duas ou mais), incluindo também um plano de segurança. Esta definição viola a definição
de Part 10. Pela Part 10 não pode haver ambiguidade de relações de "n" features de usinagem e 1 operação (n:1), não
permitindo uma lista de features de usinagem, conforme definido em Part 12. Workingstep está sempre associado com 0 ou
1 feature de usinagem. Uma feature de usinagem pode estar associada a “n” operações de usinagem (cardinalidade 1 =>
n). Já Machining_workingstep pode estar associada a uma única feature de usinagem. Este contradição contínua pendente
até as próximas revisões do draft da norma atual. Devido as características peculiares do torneamento, é necessário esta
adequação na norma, permitindo este relacionamento.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 92
Figura 7.5: (a) Ferramentas: direita para esquerda, esquerda para direita e neutra (CHANG et al., 1998)
(b) Operações mais usuais em peças de revolução (MAZIERO e NASCIMENTO, 2003) (c) métodos de
usinagem de canal/reentrância (YANG E LEE, 1998).
Figura 7.6: Um exemplo do procedimento associado a uma árvores de decisão (HUANG, 1988),
apresentando alternativas de volumes e operações de usinagem para features concêntricas.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 93
Tabela 7.2: Classificação das features reconhecidas pelo método.
Features Concêntricas Features Eixo C
rosca e recartilhado cavidade e rasgo
canal, corte, alívio e reentrância furo
arredondamento, filete e chanfro escareado
face alargamento
perfil externo (ODs) rosca
perfil interno (IDs)
spline
furo
nagem à uma feature de usinagem, definindo no mínimo a ferramenta e os parâmetros tecnológicos
de usinagem segundo STEP-NC.
Define ainda, em uma operação de usinagem, o movimento de abordagem/aproximação da fer-
ramenta em relação à peça, definindo o ponto de início de usinagem, bem como o movimento de
afastamento, especificando o plano de afastamento (plano de retração) onde a ferramenta se posi-
cionará após o passe de usinagem. Estes planos são associados à uma estratégia de movimentação
de ferramenta. Define-se também um plano de segurança onde a ferramenta poderá ser posicionada
evitando o choque com a peça.
Utiliza-se uma árvore de decisão no planejamento da seqüência de operações para usinagem das
regiões da peça associadas ao perfil externo da peça (figura 6.11 (a)), e uma árvore para o perfil
interno da peça (figura 6.11(b)), levando em consideração a quantidade de setups e o diâmetro interno,
associados às operações de furação e mandrilamento.
A árvore é associada ao procedimento de mapeamento de features gerando um plano de processo
com alternativas de operações de usinagem, setup e ferramentas (figuras 6.11 e 7.6).
As features concêntricas presentes em peças torneadas são: diâmetro, face, rosca, cônico, chan-
fro, arco, canal, reentrância, alívio, recartilhado, filete e chanfro. As features Eixo C, que exigem
usinagem com ferramenta rotativa, presentes em peças rotacionais assimétricas são: furo
5
, cavidade,
rasgo de chaveta, face, rosca, escareado, canal, rosca, padrão de furos, padrão de rasgos, entre outros.
As features consideradas são classificadas e apresentadas na tabela 7.2.
À cada feature mapeada, a área ou perfil de usinagem associado à uma operação de desbaste é
determinada. É previsto um sobrematerial para as operações de semi-acabamento e/ou acabamento.
As operações de acabamento consistem de: perfilamento/cópia, rosqueamento, torneamento, facea-
mento, sangramento, mandrilamento
6
, fresamento, furação, escareamento e alargamento. A operação
final de acabamento constitui-se de um único passe. As operações de desbaste consistem de facea-
mento, torneamento, sangramento, mandrilamento, fresamento e furação. A profundidade de corte
5
As operações de furação axial podem ser executadas com ferramenta acionada ou fixa. Para ferramenta acionada
pode-se furar diâmetros menores que 16 mm, que é o máximo diâmetro compatível com a ferramenta acionada. Para
ferramenta não-acionada tem-se disponível um porta-ferramenta para furação de 20 mm. Assim pode-se trabalhar no
desbaste com furos axiais a partir de 20 mm.
6
O menor diâmetro que se pode usinar com as barras de mandrilar disponíveis é da ordem de 22 mm. Assim o
torneamento interno é viável a partir de furos de 22 mm. Se a peça bruta não for vazada, faz-se o furo passante com
ferramenta fixa para um diâmetro de no mínimo 22 mm. A seguir utiliza-se uma barra de mandrilar.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 94
ainda não é conhecida e só será calculada depois que uma apropriada ferramenta de corte tenha sido
selecionada e as condições de usinagem tenham sido otimizadas.
As features de projeto são mapeadas em features de usinagem, mais especificamente em features
de torneamento (features concêntricas) e features de usinagem (features não-concêntricas, fresamento
e furação, Eixo C) de acordo com a especificação das features de torneamento e de features de usi-
nagem definidas na ISO 14649 - Part 12 e Part 11 (2003), sendo incluídas as seguintes features de
torneamento
7
definidas na proposta Part 12 e as features de usinagem incluídas na Part 10 e Part 11:
• Part 12: outer_round (outer_diameter, outer_diameter_to_shoulder), revolved_feature (groove,
revolved_flat, revolved_round, general_revolution), knurl (straight_knurl, diagonal_knurl, di-
amond_knurl, catalogue_knurl);
• O Anexo C da proposta de norma ISO 14649 - Part 12 inclui alguns tipos de features de tornea-
mento que são normalmente utilizadas no chão-de-fábrica como: cut_in e circular_face, bot-
tom_transition, bottom_transition_slope, botom_transition_round, face_radiused;
• Part 10 e Part 11: planar_face, pocket (closed_pocket, open_pocket), slot, step, round_hole,
profile_feature (general_outside_profile, shape_profile), toolpath, boss, rounded_end, com-
pound, replicate (rectangular_pattern, circular_pattern, general_pattern), thread, transition
(chamfer, edge_round (fillet)), profile (closed_profile, open_profile);
• além destas são incluídas as features associadas às operações de torneamento internas (man-
drilamento) semelhantes às features de torneamento externa e furação, que não foram incluídas
na Part 12, e estão descritas na ISO 10303 AP224 e ISO 14649 - Part 10.
No item seguinte são elaborados grafos de precedência de features, que relacionam a precedência
de uma feature em relação a outra, restringindo as possibilidades de combinações de seqüência de
usinagem e minimizando o problema de otimização da determinação da seqüência de usinagem.
A descrição das alternativas de fabricação para cada uma das features de usinagem é apresentada
a seguir, podendo subdividir as operações de usinagem em operações de desbaste, semi-acabamento
e acabamento em função dos requisitos de qualidade definidos para a feature de projeto
8
.
Utilizou-se para as features de torneamento concêntricas uma nomenclatura utilizada comumente
na indústria e na academia, para fugir da terminologia em língua inglesa adotada no STEP-NC, que
ainda não possui uma tradução para língua portuguesa. Já se incluiu na descrição da operação os
tipos de ferramentas que poderão ser utilizadas, apresentando assim as alternativas disponíveis para
fabricação da feature de usinagem, descrevendo então um workingstep de usinagem, associando uma
feature de usinagem com alternativas de operações de usinagem (cardinalidade 1 feature : n ope-
rações). Mais a frente são incluídas as estratégias de movimentação de ferramentas na descrição das
operações de usinagem.
7
Feature de torneamento é uma classe base abstrata para todas as features de usinagem usadas em torneamento. As
features de torneamento definidas são classificadas como formas geométricas que podem ser obtidas pelo torneamento de
peças cilíndricas com operações de dois eixos (X e Z) ou operações em 3 eixos (Z, X e C). As features que podem ser
obtidas por operações em três eixos não são tratadas pela norma STEP-NC Part 12.
8
Considere a descrição da geometria da peça da direita para a esquerda, associada à fixação da peça em um torno CNC.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 95
Figura 7.7: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cilíndrica/retilínea.
Utiliza-se um mapeamento 1:1 para as features de usinagem não-concêntricas (Eixo C), tendo-se
alternativas apenas com relação ao tipo de ferramenta utilizada e a estratégia de usinagem associada.
Nesta tese não se considerou alternativas de operações para Eixo C, já amarrando o processo de
usinagem à feature. Foge do escopo deste trabalho a proposição de novos algoritmos para se usinar
uma cavidade, por exemplo. São utilizadas estratégias de usinagem pré-definidas e lineares, sem
avaliação de alternativas.
7.2.1 Grafos E/Ou Para Operações de Desbaste
A seguir são apresentados os grafos E/OU para as features concêntricas associadas às operações de
desbaste. A partir destes grafos E/OU pode-se definir as alternativas de operações de desbaste para
cada feature de torneamento mapeada.
1. OD cilíndrico/retilíneo: torneamento com ferramenta para direita, para esquerda ou neutra
(figura 7.7).
2. OD cônica para dentro da peça (cut-in): torneamento com ferramenta para direita
9
; ou ferra-
menta para esquerda
10
com ângulo de abordagem da ferramenta compatível com a inclinação
do cone. Outra alternativa é utilizar uma ferramenta neutra (figura 7.8).
3. OD cônica para fora da peça (cut-out): torneamento com ferramenta para esquerda; ou ferra-
menta para direita com ângulo de abordagem da ferramenta compatível com a inclinação do
cone. Outra alternativa é utilizar uma ferramenta neutra (figura 7.9).
4. Canal estreito (canal): sangramento da peça com ferramenta compatível com a dimensão do
canal.
5. Canal largo (reentrância) com as duas faces perpendiculares: sangramento da peça com ferra-
menta compatível com a dimensão do canal, sendo necessário vários passes ao longo da di-
reção X a partir das faces perpendiculares para o centro; ou torneamento com ferramenta neutra
9
Na terminologia adotada ferramenta para direita está associada com a direção do movimento da ferramenta (avanço)
da esquerda para a direita, ou seja, ferramenta lado esquerdo (left-hand tool).
10
Na terminologia adotada ferramenta para esquerda está associada com a direção do movimento da ferramenta
(avanço) da direita para a esquerda, ou seja, ferramenta lado direito (right-hand tool).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 96
Figura 7.8: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cônica para dentro (cut-in).
Figura 7.9: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo OD (Diâmetro
Externo) cônica para fora (cut-out).
com ângulo de abordagem da ferramenta adequado + sangramento; ou torneamento com fer-
ramenta para esquerda com ângulo de abordagem da ferramenta adequado + torneamento com
ferramenta para direita com ângulo de abordagem da ferramenta adequada (usinagem zig-zag)
(figura 7.10).
6. Canal largo (reentrância) com uma face perpendicular à esquerda e uma superfície cônica à
direita, para dentro da peça (cut-in): sangramento com ferramenta compatível + torneamento
longitudinal com ferramenta de sangramento; ou sangramento + torneamento com ferramenta
para direita; ou sangramento + torneamento com ferramenta para esquerda com ângulo de abor-
Figura 7.10: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal estreito.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 97
Figura 7.11: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com as duas faces perpendiculares.
dagem da ferramenta compatível com a inclinação do cone; ou sangramento + torneamento
com ferramenta neutra com ângulo de abordagem da ferramenta compatível com a inclinação
do cone; ou sangramento + sangramento com ferramenta circular compatível (figura 7.11).
7. Canal largo (reentrância) com uma face perpendicular à direita e um superfície cônica à es-
querda, para fora da peça (cut-out): sangramento com ferramenta compatível + torneamento
longitudinal com ferramenta de sangramento; ou sangramento + torneamento com ferramenta
para esquerda, ou sangramento + torneamento com ferramenta para direita com ângulo de abor-
dagem da ferramenta compatível com a inclinação do cone; ou sangramento + ferramenta neutra
com ângulo de abordagem da ferramenta compatível com a inclinação do cone; ou sangramento
+ sangramento com ferramenta circular compatível (figura 7.12).
8. Canal largo (reentrância) com superfície cônica à esquerda (para fora da peça, cut-out) e su-
perfície cônica à direita (para dentro da peça, cut-in): sangramento com ferramenta compatível
+ torneamento longitudinal com ferramenta de sangramento; ou torneamento utilizando fer-
ramenta para direita + torneamento utilizando ferramenta para esquerda (usinagem zig-zag);
ou torneamento utilizando ferramenta para esquerda com ângulo de abordagem da ferramenta
compatível com a inclinação do cone à direita; ou torneamento com ferramenta neutra com ân-
gulo de abordagem de ferramenta compatível com a inclinação dos cones à direita e à esquerda;
ou sangramento com ferramenta circular compatível (figura 7.13).
9. Face: faceamento normalmente realizado na face esquerda e/ou direita da peça (onde a dimen-
são radial/diametral X é maior que a dimensão longitudinal Z); ou ferramenta de sangramento
(7.14).
10. Chanfros: são features modificadores, transição, sendo tratadas como se fossem features do tipo
OD cônica, com operação de torneamento bi-axial (movimento simultâneo nas coordenadas X
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 98
Figura 7.12: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com uma face perpendicular à esquerda e uma superfície cônica à direita, para dentro da
peça (cut-in).
Figura 7.13: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo canal largo,
reentrância, com uma face perpendicular à direita e uma superfície cônica à esquerda, para fora da
peça (cut-out).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 99
Figura 7.14: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo face.
Figura 7.15: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo chanfro.
e Z paralelo ao cone); ou operação de torneamento paralela (coordenada X constante para cada
passe) acompanhando o perfil da peça; ou operação de faceamento com ferramenta com ângulo
de abordagem compatível com a inclinação do cone (figura 7.15).
11. Filetes e arredondamentos (superfícies convexas e côncavas): são features modificadores, tran-
sição, sendo tratadas como se fossem features do tipo OD convexas ou côncavas, com operação
de torneamento bi-axial (movimento simultâneo nas coordenadas X e Z paralelo ao arco); ou
operação de torneamento paralela (coordenada X constante para cada passe) acompanhando o
perfil da peça; ou operação de perfilamento com ferramenta circular (figura 7.16).
12. Furos axial passante ou cego: furação com broca helicoidal, utilizando ferramenta acionada ou
não-acionada.
Figura 7.16: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo filete ou
arredondamento.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 100
Figura 7.17: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature ID.
13. Furos de centro: furação com brocas de centros para fixação com contra-ponta ou entre-centros,
utilizando ferramenta acionada ou não-acionada.
14. Features concêntricas internas com diâmetro > 22 mm: representadas pelas features do tipo
ID sendo tratadas da mesma maneira que as features do tipo OD, bem como as features de
canal, reentrâncias, chanfros, filetes e arredondamentos. As operações de torneamento externo
são associadas à operações de mandrilamento (torneamento interno) e as demais operações são
tratadas de forma semelhante, tendo como diferencial restrições de deslocamento da ferramenta
para acessar a parte interna da peça a fim de evitar interferência e choque do sistema de fixação
da ferramenta com a peça. O diâmetro interno deve ser maior do que 22 mm para que estas
operações possam ocorrer. As features de usinagem internas são semelhantes as features de
usinagem externas (figura 7.17).
15. Features concêntricas internas com diâmetro ≤ 15 mm: apenas furação, utilizando ferramenta
acionada ou não-acionada (figura 7.17).
7.2.2 Grafos E/Ou Para Operações de Acabamento e Semi-acabamento
A seguir são apresentados os grafos E/OU para as features concêntricas associadas às operações
de acabamento e semi-acabamento. A partir destes grafos E/OU pode-se definir as alternativas de
operações de acabamento e semi-acabamento para cada feature de torneamento mapeada.
1. Face: faceamento de acabamento.
2. Perfil para features OD e ID: mandrilamento ou torneamento com ferramenta de torneamento
e mandrilamento esquerda, a partir do sobrematerial deixado nas operações de desbaste de
features OD e ID cilíndricas; ou com ferramenta de torneamento/mandrilamento neutra (figura
7.18).
3. Perfil para fora (cut-out) e para dentro (cut-in) externo com reentrância: perfilamento/cópia
com ferramenta de torneamento para esquerda e movimento para fora, a partir do sobrematerial
deixado nas operações de desbaste de features de reentrâncias + perfilamento com ferramenta
de torneamento para direita; ou perfilamento com ferramenta neutra; ou perfilamento com fer-
ramenta de torneamento para esquerda com ângulo de abordagem compatível com a superfície
para dentro; ou perfilamento com ferramenta circular de torneamento ou sangramento com
diâmetro da ferramenta compatível (figura 7.19).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 101
Figura 7.18: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para perfil com features OD e ID
cilíndricas.
Figura 7.19: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo Perfil Externo
para fora e para dentro com reentrância (cut-in).
Figura 7.20: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo Perfil Interno
para fora e para dentro com reentrância.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 102
Figura 7.21: Grafo E/OU apresentando alternativas de usinagem para feature do tipo perfil para fora
(cut-out) e para dentro (cut-in) com filetes para superfícies internas e externas.
4. Perfil para fora (cut-out) e para dentro (cut-in) interno com reentrância: perfilamento/cópia com
ferramenta de mandrilamento para esquerda e movimento para fora, a partir do sobrematerial
deixado nas operações de desbaste de features de reentrâncias internas + perfilamento com fer-
ramenta de mandrilamento para direita; ou perfilamento com ferramenta neutra; ou perfilamento
com ferramenta de mandrilamento; ou perfilamento com ferramenta circular de torneamento ou
sangramento com diâmetro da ferramenta compatível (figura 7.20).
5. Perfil para fora e para dentro com filetes para superfícies internas e externas: perfilamento/cópia
com ferramenta de torneamento/mandrilamento para esquerda com ângulo de abordagem ade-
quado seguindo o perfil; ou ferramenta de torneamento/mandrilamento com geometria circular,
para fora ou para dentro, a partir do sobrematerial deixado nas operações de desbaste de fea-
tures de reentrâncias com filetes; ou perfilamento com ferramenta circular de torneamento ou
sangramento com diâmetro da ferramenta compatível (figura 7.21).
6. Canal estreito: sangramento de acabamento.
7. Rosca: rosqueamento em uma superfície OD ou ID cilíndrica.
8. Recartilhado: recartilhamento em uma superfície OD.
9. Furo: alargamento de furos com qualquer diâmetro.
7.3 Representação do Plano de Operações Não-Linear por Fea-
tures de Usinagem: Workingsteps
Faz-se a representação do plano de processos não-linear através de Workingsteps, incluindo as en-
tidades Non_sequencial e Selective, para cada setup, segundo ISO 14649 - Part 10 (STEP NC), re-
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 103
presentando assim as operações de usinagem com alternativas (grafo E/OU) associadas às features de
usinagem, adotando como referência o roteamento padrão
11
estabelecido anteriormente.
A figura 7.22 apresenta um exemplo para uma peça, destacando a geometria da peça, features
de usinagem e setup (a), a lista de workingstep (b), o grafo E/OU da seqüência de processo (c) e a
estrutura de dados das operações de usinagem associadas às features, descrita através de uma lista (d).
Até o momento foi realizado apenas a representação do plano de processo não-linear através da
estrutura de dados orientada a objetos definida pelo STEP-NC. A seguir será determinado a ordem na
qual as features de usinagem deverão ser removidas da peça, ou seja, a ordem que os workingsteps
deverão ser executados, que até o momento não foi definido, sem ainda linearizar o plano de processos
não-linear.
7.4 Determinação da Seqüência de Operações:Workplan
Tendo-se determinado as features de usinagem (FU) associadas às operações de usinagem com alter-
nativas, que representam na realidade uma entidade workingstep (STEP-NC), parte-se para a terceira
atividade de planejamento de processo, que tem como objetivo a determinação da seqüência de o-
perações de usinagem para fabricação da peça, gerando a seqüência na qual as “n” features serão
usinadas, ou seja a ordem de execução dos workingsteps. Assim definimos o conceito de workplan
(ISO 14649 - PART 1, 2003), que é uma coleção de workingsteps com uma seqüência de execução,
ou seja, uma lista ordenada de executáveis, para um determinado setup.
Para cada setup têm-se os workingstep, associando features de usinagem (FU) e operações de
usinagem, sendo representados por grafo de FU por setup (lista de features), tabela de relacionamento
por setup e a matriz adjacente por setup, conforme apresentado na figura 7.23. Após a determinação
da seqüência na qual as features de usinagem, associadas aos workingsteps, serão executados para
cada setup, gera-se um workplan por setup da peça. Por exemplo, se o plano de processo tem dois
setups, serão gerados três workplans:
• Workplan definindo os dois setups: identifica cada setup e qual será o primeiro setup a ser feito
sobre a peça;
• Workplan para o primeiro setup: identifica a lista ordenada de workingsteps que serão executa-
dos na peça associados ao primeiro setup (Setup1);
• Workplan para o segundo setup: identifica a lista ordenada de workingsteps que serão executa-
dos na peça associados ao segundo setup (Setup2).
Utiliza-se do conceito de roteamento pré-definidos WANG e LI (1991) e HUANG (1986), onde
tabelas ou árvores de decisão (figura 6.11) apresentam roteamentos típicos de usinagem para superfí-
cies cilíndricas externas, internas e planas (Eixo C), baseados em “boas práticas de fabricação”.
11
Roteamento padrão define uma sequência de operações de usinagem genéricas que poderão ser executadas sobre
determinada feature de usinagem. Em função do tipo de feature de usinagem pode-se ter várias alternativas de operações
de usinagem (operação, ferramenta, ciclo fixo e tecnologia de usinagem, por exemplo).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 104
Figura 7.22: Exemplo de peça STEP-NC (2003): (a) Geometria da peça (b) lista de workingstep, (c)
grafo E/OU, (d) lista da estrutura de dados para operações de usinagem.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 105
Figura 7.23: (a) Relação de features de usinagem por setup para operações de desbaste, semi-
acabamento e acabamento (b) Tabela de relacionamentos por setup mostrando a precedência de fea-
tures de usinagem (c) Matriz Adjacente por setup.
A determinação da seqüência de usinagem das features associadas às operações de usinagem,
workplan, é baseada na análise de restrições que pode ser implementado através de regras de pro-
dução (CHANG et al., 1998), (SUNDARAM, 1986) e (ÁLVARES, 2001), sem realizar ainda a otimiza-
ção/linearização das alternativas de operações, que podem ser utilizadas na remoção da feature de
usinagem.
Uma otimização eficiente do plano de processo não-linear não é possível neste estágio, pois não
se tem ainda um plano de processo detalhado com as condições de usinagem, tempos e custos para
cada operação. Até o momento pode-se utilizar como critério de otimização o número de setups,
a continuidade de movimento e a perda de precedência. Entretanto não é possível utilizar critérios
econômicos para definir uma função objetivo que otimize o plano de processo não-linear. Está análise
será feita mais a frente em um procedimento de otimização da seleção das operações alternativas,
denominado de linearização do plano de processos com alternativas. As restrições que determinarão
um gráfico ou tabela de precedência de features de usinagem são de quatro tipos (figura 7.23):
1. restrições de operações;
2. restrições geométricas (já analisadas);
3. restrições de ferramentas (já analisadas);
4. restrições de tolerâncias geométricas (já analisadas).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 106
As restrições associadas às operações serão analisadas a seguir. Do ponto de vista de fabricação, boas
práticas, existem várias regras que devem ser seguidas quando se vai determinar o seqüenciamento
das operações, por exemplo:
• operações de desbaste devem ser executas em primeiro lugar;
• uma feature primária deve ser executada antes que uma feature secundária associada à primária.
Por exemplo, um chanfro deve ser usinado antes que uma rosca (secundária) em uma feature
OD ou ID (primária) ou uma cavidade (fresamento) deve ser realizada antes que um furo em
operações com Eixo C;
• determinar os elementos de localização, isto é, referências de apóio e fabricação. Por exemplo,
as duas faces externas e furos de centro devem ser usinados em primeiro lugar;
• operações de furação concêntricas nas faces esquerda ou direita, se possível, devem ser execu-
tadas antes do faceamento externo;
• identificar as features que tem requisitos de tolerâncias de posicionamento, orientação, bati-
mento ou orientação. Por exemplo as features de tolerâncias de concentricidade e perpendicu-
larismo.
As regras para determinação da seqüência de usinagem associadas às rotas pré-estabelecidas de ope-
rações são apresentadas a seguir, e sintetizadas na figura 6.11, apresentada anteriormente:
1. se tem perfil interno remova a maior quantidade de material possível através de operações de
furação
12
;
2. desbaste do perfil externo através de operações de faceamento, sangramento ou torneamento
longitudinal;
3. execute as operações de sangramento externo;
4. execute operação de furação nas features que não podem ser usinadas por operações de man-
drilamento (D≤22);
5. execute mandrilamento de desbaste no perfil interno;
6. execute as operações de sangramento interno;
7. acabamento dos elementos externos;
8. rosqueamento externo;
9. alargamento das features que não podem ser usinadas por operações de mandrilamento;
10. acabamento do perfil interno;
11. rosqueamento interno;
12
Ferramenta não-acionada (D≥22) e Ferramenta acionada (D≤15).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 107
ID
W orkingstep
FU Operação Precedência Tempo Custo Sequência Final
1 1 1 0 1 (início)
2 1 2 0 2
3 2 3 1 4
4 3 4 2 3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
n m n k (final)
Figura 7.24: Opções de Workingsteps: features de usinagem, operações de usinagem representados
no formato de Matriz Operações Teóricas: operação, tempo e custo teórico da operação (TP), pre-
cedência (prioridade) e seqüência final de execução de workingstep.
12. para eixo Eixo C deve-se seguir a seguinte seqüências de operações (ferramenta rotativa): fre-
samento -> furação -> escareamento -> alargamento -> rosqueamento.
A tabela de relacionamento de precedência apresenta o relacionamento de precedência de operações
associadas às features de usinagem (FU) determinadas anteriormente (workingstep), levando em con-
sideração as quatro restrições apresentadas (figura 7.23). As restrições entre features são determi-
nadas e este relacionamento de precedência é representado por um Grafo Direcionado, através de
uma estrutura de dados baseado em uma matriz adjacente X.
Para resolver o problema de sequenciamento de operações de usinagem é utilizado o algoritmo
para determinação da matriz de acessibilidade R (DEO, 1974 & SUNDARAM, 1986).
Optou-se pela abordagem proposta por SUNDARAM (1986) por ser um algoritmo com um ótimo
desempenho, quando comparado com a abordagem de algoritmos genéticos, que apresentaria um
desempenho inferior e ainda seria mais complexo em termos de implementação (USHER e BOWDEN,
1996).
Este método estabelece um procedimento sistemático para seleção da seqüência de operações
de usinagem, ou melhor da seqüência (ordem) de remoção de material associadas as features de
usinagem. As operações elementares de usinagem podem ser agrupadas em uma seqüência por setup
e o grupo de operações elementares deste setup (workingstep) pode ser processado em uma única
fixação na máquina escolhida (workplan).
Pode-se representar o resultado desta atividade através de uma matriz de “n” workingsteps, rela-
cionando “ m” features de usinagens e “n” operações de usinagem (alternativas, cardinalidade 1 => n)
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 108
para fabricar a feature de usinagem (planos alternativos), através de uma matriz semelhante à matriz
das operações teóricas de Halevi (HALEVI, 1999), sendo “n” ≥”m”.
A figura 7.24 apresenta um exemplo de workingsteps representado através do formato de matriz
das operações teóricas, sem levar em contas as restrições dos recursos de fabricação. As features de
usinagem (fig. 7.24 (c)) são arranjadas em uma ordem de precedência, determinada anteriormente. A
coluna prioridade/precedência indica a restrição na seqüência de features de usinagem, associadas aos
workingsteps. Prioridade/precedência 0 (zero) significa que a operação pode ser a primeira ou pode
ser executada em qualquer ordem. TP indica o tempo padrão teórico ou custo teórico para a operação,
não calculados ainda. Restrições tecnológicas como tolerâncias geométricas, impõem a necessidade
de que algumas operações sejam executadas sem remoção da peça da máquina ou da fixação, ou seja,
mesmo setup, definindo a precedência. A coluna seqüência final representa a ordem de execução dos
workingsteps após a linearização do grafo E/OU de precedências de features. A tabela representada
na figura 7.24 é inspirada na abordagem da Matriz de Halevi (HALEVI, 1999).
Tem-se como resultado final a representação de todas as alternativas de operações para cada fea-
ture de usinagem. Ou melhor, uma relação de precedência de workingsteps na forma de um grafo
de precedências de features linearizado, que pode ser mapeado em um grafo E/OU de workingsteps,
indicando as alternativas de operações para geração de cada feature de usinagem, a ser representado
por um workplan com alternativas.
7.5 Estratégias para Geração de Trajetórias de Ferramentas
Neste item serão apresentadas as estratégias de usinagem previstas pelo arcabouço conceitual de
geração da movimentação de ferramenta para cada operação considerada. São utilizados três métodos
para geração de movimentação de ferramenta:
• No primeiro método a movimentação de ferramenta para o workingstep é associada a ciclos
fixos disponíveis no CNC Fanuc 18i-ta do centro de torneamento Galaxy 15M da Romi, uti-
lizado na implementação do sistema. Sempre que possível faz-se a opção por movimentação
de ferramenta baseada em ciclos fixos;
• No segundo método a movimentação de ferramenta para o workingstep considerado é gerada
sem utilização de ciclos fixos;
• No terceiro método (híbrido) a movimentação de ferramenta é gerada com a combinação de
ciclos fixos e programação convencional sem o usao de ciclos fixos.
A determinação da estratégia usada na geração de movimentação de ferramentas (percursos de fer-
ramentas) para cada operação é baseada no método de raciocínio geométrico (SHAH e MANTYLA,
1995) sobre o perfil bidimensional da peça a ser usinada, e nas estratégias especificadas na ISO 14649
- Part 12 (2003). São utilizadas algumas definições associadas a ISO 14649 (STEP-NC), detalhadas
a seguir:
• Workingstep (Machining_workingstep e Turning_workingstep): são informações de usinagem
para uma ferramenta de corte atuar sobre uma feature de usinagem, contendo uma operação de
usinagem;
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 109
• Operação de usinagem: dados tecnológicos para um Workingstep que detalha a operação, sendo
composto de dados da ferramenta de corte, estratégias para geração de trajetórias de ferramen-
tas para operações de torneamento, funções da máquina (fluído de corte, remoção de cavaco,
etc), profundidade de corte, tolerância de acabamento, velocidade de corte, avanço, plano de
retração, plano de segurança, estratégia de aproximação/abordagem e estratégia de retração.
Assim para o detalhamento de uma operação de usinagem é necessário a especificação da ferramenta
e uma estratégia usada para criação da trajetória da ferramenta de usinagem. Segundo STEP-NC
Parts 10 e 12 esta entidade é definida como estratégia de usinagem (Machining_strategy), sendo esta
estratégia associada ao próprio ciclo fixo do fabricante, ou à uma estratégia particular, sem uso de
ciclo fixo, ou de forma híbrida, para o workingstep considerado.
Uma estratégia de movimentação de ferramenta está associada basicamente à definição de quatro
trajetórias da ferramenta que são:
• trajetória de aproximação/abordagem: trajetória desenvolvida pela ferramenta a partir do ponto
de aproximação (plano de aproximação), para abordagem da peça a fim de iniciar o corte;
• trajetória de usinagem: trajetória desenvolvida pela ferramenta para usinagem da peça, após a
execução da trajetória de aproximação para início de usinagem, onde há remoção de material;
• trajetória de afastamento/retração: trajetória desenvolvida pela ferramenta ao final de um passe
de usinagem, para se afastar da peça posicionando-se no ponto de retração (plano de retração),
que poderá ser o mesmo que o plano de aproximação;
• trajetória de transição da ferramenta: qualquer trajetória desenvolvida pela ferramenta para se
posicionar no ponto de aproximação. Por exemplo, posicionamento no ponto de aproximação
a partir do plano de segurança definido para a direção Z, posicionamento a partir do ponto de
afastamento (plano de retração) até o próximo ponto de aproximação da ferramenta.
A figura 7.25 apresenta a natureza da lógica para geração do caminho de ferramenta para torneamento
de desbaste em peças rotacionais simétricas (features concêntricas). Normalmente, mais de uma
fixação da peça é necessária, consistindo de torneamento com ferramenta para direita (operações de
corte de 1 a 3) e ferramenta para esquerda (operações 4 e 5). É necessário trabalhar com o conceito
de geometrias intermediárias geradas durante as várias operações de usinagem, conforme já descrito.
Operações de mergulho (cut-in) através de sangramento é uma boa alternativa para usinagem de
reentrâncias que gerem superfícies intermediárias (fig. 7.25 operações 3 e 5).
Inicialmente é necessário analisar o modelo da peça bruta e da peça acabada representados na
forma de segmentos cilíndricos e cônicos (figura 7.23) através da modelagem por features, conforme
descrito nos métodos de decomposição orientado ao setup, geometria e operação, que identificaram as
features de usinagem e torneamento e associaram operações de usinagem, definindo os workingsteps.
O modelo de features concêntricas, não incluindo as features de eixo C, é convertido para um modelo
baseado em arestas (figura 7.23b), segmentos de retas e arcos. Divide-se os volumes para operações
de desbaste e acabamento. A geometria da operação e movimentação da ferramenta associada ao
volume a ser removido, features de torneamento, é determinada da seguinte forma para o exemplo em
questão (figura 7.23):
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 110
Figura 7.25: Geração lógica do caminho de ferramenta para torneamento (SHAH e MANTYLA, 1995)
destacando estratégias para movimentação de ferramenta da esquerda para direita (1, 2, 3, 8 e 9) e da
direita para esquerda (4 e 5) nas operações de desbaste e de acabamento (perfilamento).
1. Determinação do ponto de referência (Linha Delimitadora entre setups): a determinação do
ponto de referência depende da estratégia de fixação da peça adotada e da forma geométrica
da peça, que já foi determinado na atividade de mapeamento de features, tendo-se identificado
as features de usinagem para cada setup (workplan). Como princípio deve-se evitar colisões
com os elementos de fixação, deixando as áreas que podem ser usinadas de uma forma mais
adequada, para as próximas operações;
2. Gerar a geometria do perfil desejado da direita para esquerda até o ponto de referência (setup
1): a figura 7.23(c) apresenta a primeira fixação da peça e a área a ser removida (volumes 1, 2,
3 e 4).
3. Copie as demais regiões que não foram usinadas, para o perfil da peça bruta à esquerda (setup
2): os volumes 5 a 10 (fig. 7.23(c)) representam a segunda fixação da peça (peça invertida);
4. Varrer a depressão, reentrância, do perfil meta de acordo com a capacidade do movimento
da ferramenta (ângulo mergulho/abordagem, cut-in): o ângulo da linha (segmento de reta) da
geometria intermediária é determinado pela geometria da ferramenta (ângulo de posição (cut-
out) e ângulo de abordagem (cut-in)).
As estratégias de geração da trajetória da ferramenta de corte para cada operação de usinagem, des-
baste e acabamento, associadas às features de usinagem previamente determinadas são baseadas na
ISO 14649 - PART 12 (2003), sintetizadas no capítulo 4.
A seguir são apresentadas as estratégias previstas para cada tipo de operação considerada para re-
moção das features de usinagem, incluindo as estratégias definidas na ISO 14649 - PART 12 (2003).
Algumas destas estratégias são implementadas através de ciclos fixos, parametrizados, o que facilita
a geração do código; sendo utilizado, principalmente, os seguintes ciclos fixo do CNC Fanuc 18i-ta
(ROMI, 2003):
1. G71 (tipos I e II) e G70 são utilizados para torneamento longitudinal automático de um per-
fil, sendo associado à uma lista de features de projeto, que são mapeadas como uma Turn-
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 111
ing_Feature. Assim G71 e G70 são associados a um Turning_Workingstep de desbaste e outro
de acabamento, respectivamente (mapeamento n => m). O ciclo fixo G71 tipo II permite ope-
rações de usinagem em reentrâncias (cut-in) com um adequado ângulo de abordagem do porta-
ferramenta. Já o tipo I não permite operações de mergulho, na direção da linha de centro da
peça. Na usinagem de splines utiliza-se o ciclo fixo G71 tipo II;
2. G72 e G70 permitem o torneamento transversal automático de um perfil, sendo associado a
um groove complexo, a partir de uma lista de features de projeto, e mapeados como uma Com-
posite_Feature. Assim G72 e G70 são associados a um Machining_Workingstep de desbaste e
outro de acabamento, respectivamente (mapeamento n => 1);
3. G73 e G70 são utilizados para torneamento longitudinal automático de um perfil de uma peça
fundida ou pré-usinada, com um determinado sobrematerial para permitir uma operação de
perfilamento do blank, tendo uma estratégia de movimentação de ferramenta paralela ao perfil
da peça, sendo associado à uma lista de features de projeto, que são mapeadas como uma
Turning_Feature. Assim G73 e G70 são associados a um Turning_Workingstep de desbaste e
outro de acabamento, respectivamente (mapeamento n => m);
4. G75 permite a usinagem de canais, sendo associados as features de projeto do tipo groove
simples
13
. Também é utilizado para usinagem de features de faces retilíneas e de recartilhados
(feature secundária). Nos três casos, a feature de projeto (principal ou secundária) é mapeada
como um Machining_Workingstep (mapeamento 1=>1);
5. G74 é utilizado como ciclo de furação de ferramenta acionada (D≤15 mm) associado à uma
feature de projeto de região interna ou de Eixo C mapeada como um Machining_Workingstep
(mapeamento 1=>1);
6. G83 é utilizado como ciclo de furação de ferramenta não-acionada (D>20 mm) associado à uma
feature de projeto de região interna mapeada como um Machining_Workingstep (mapeamento
1=>1);
7. G76 (ciclo de rosqueamento automático) é utilizado em uma feature secundária, sendo mapeado
como um Machining_Workingstep (mapeamento 1=>1).
7.5.1 Faceamento: Desbaste
Esta operação de usinagem ocorre principalmente nas extremidades da peça (esquerda ou direita)
em função do tipo de fixação da peça. O início da usinagem tem início no ponto A (Z,X), onde
é posicionada a ponta da ferramenta de faceamento, conforme apresentado na figura associada ao
algoritmo (1). O algoritmo (1) apresenta a estratégia classificada como unidirecional diagonal ou
perpendicular. No caso da ilustração a estratégia é diagonal, pois a trajetória de afastamento apresenta
um ângulo diferente de 90
o
, no caso 45
o
. Pode-se utilizar o ciclo fixo G75 do CNC Fanuc 18i-ta, que
implementa esta operação de faceamento.
13
Grooves simples são modelados diretamente da GUI e identificados na biblioteca de features com um Groove (ma-
peamento 1 => 1).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 112
Algoritmo 1 Caminho de ferramenta para faceamento (torneamento transversal).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 113
Algoritmo 2 Caminho de ferramenta para desbaste torneamento longitudinal da direita para esquerda.
7.5.2 Torneamento Externo e Interno: Desbaste da Direita para Esquerda
(Ferramenta para Esquerda)
A usinagem tem início da extremidade direita para esquerda, sendo que a remoção de material para
um determinado passe(s) de usinagem leva em consideração o diâmetro nominal da peça mais um
sobremetal de acabamento. O algoritmo (2) apresenta a estratégia classificada como unidirecional di-
agonal ou perpendicular. No caso da ilustração associada ao algoritmo (2) é diagonal, pois a trajetória
de afastamento apresenta um ângulo de 45
o
. Pode-se utilizar o ciclo fixo G71 tipo I do CNC Fanuc
18i-ta, que implementa esta operação de torneamento longitudinal.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 114
7.5.3 Torneamento Externo e Interno de Reentrância com Superfície Inter-
mediária à Direita: Desbaste da Direita para Esquerda
No torneamento externo e interno de reentrância (canal largo) com superfície intermediária à di-
reita, usinagem com sentido pra dentro da peça (ferramenta esquerda), a usinagem tem início da
extremidade direita para esquerda, sendo que a remoção de material para um determinado passe(s)
de usinagem leva em consideração o diâmetro nominal das features cilíndricas adjacentes à direita
e à esquerda que definem o canal largo. O diâmetro externo da feature à esquerda é menor que o
da feature à direita. Os passes de usinagem são executados de forma semelhante ao caso anterior,
acrescentando-se também o sobremetal de acabamento. A diferença reside na consideração que se
faz com relação ao ângulo de abordagem da ferramenta, que gera um triângulo para dentro da peça
(superfície intermediária), devido à trajetória oblíqua da ferramenta (ângulo de abordagem). Para
remover esta superfície triangular é necessário o uso de uma ferramenta para direita ou a usinagem
da superfície, com a mesma ferramenta em outro setup, invertendo o lado de fixação da peça. Caso a
feature direita seja um cone, deve-se escolher uma ferramenta com ângulo de abordagem igual ao ân-
gulo do cone. O algoritmo (3) apresenta esta estratégia de movimentação de ferramenta e a ilustração
associada exemplifica o caso.
A superfície intermediária é determinada a partir da equação da reta em função do ângulo de
abordagem da ferramenta (α = χ), plano de segurança associado à coordenada X (ponto P(X)) e
vértice da feature de forma à direita, no caso o ponto A (Z,X). O deslocamento de P para A, primeiro
passe, que inclui o sobremetal para a operação de acabamento, é dado por:
tan(α) =
∆X
∆Z
=
a
p
− sobremetal
Z
maior
− Z
menor
Z
menor
= Z
maior
−
a
p
− sobremetal
tan(α)
(7.3)
ou
A(Z) = P (Z) −
(a
p
− sobremetal)
tan α
(7.4)
O deslocamento da ferramenta não deve ser tangente ao ponto A e sim paralelo à uma reta de
inclinação α, que é obtida adicionando um valor de sobremetal na direção Z, no movimento de apro-
ximação da ferramenta. A seguir calcula-se para cada profundidade de corte (a
p
) o ponto de início
de usinagem, substituindo a coordenada Z na equação da reta determinada. O deslocamento da fer-
ramenta a partir do ponto P se dá através de um posicionamento bi-axial da ferramenta no plano ZX,
iniciando o movimento de usinagem. A seguir executa-se o movimento de retração e de transição,
para reposicionar a ferramenta para o movimento de aproximação e iniciar o novo passe de usinagem.
Pode-se utilizar o ciclo fixo G71 tipo II do CNC Fanuc 18i-ta, para implementar este tipo de estratégia.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 115
Algoritmo 3 Algoritmo para determinação do caminho de ferramenta para desbaste de reentrância
em torneamento longitudinal da direita para esquerda.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 116
Algoritmo 4 Algoritmo para determinação do caminho de ferramenta no torneamento, desbaste da
esquerda para direita em uma superfície intermediária.
7.5.4 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Su-
perfície Intermediária Triangular à Direita: Desbaste Esquerda para Di-
reita
A usinagem tem início da esquerda para direita (ferramenta para direita) após a operação sobre a
reentrância da direita para esquerda ou de uma feature cônica para dentro (cut-in) da peça usinada
por uma ferramenta com ângulo de abordagem não compatível com a inclinação do cone. Deve-se
remover esta superfície intermediária na forma triangular (2D), sendo que a remoção de material para
um determinado passe(s) de usinagem deve levar em consideração o diâmetro nominal da peça mais
o sobremetal de acabamento.
Pode-se utilizar o mesmo procedimento, na geração da trajetória de ferramenta, para usinar esta
superfície intermediária em um segundo setup, invertendo o lado de fixação da peça, e utilizando uma
ferramenta para esquerda, conforme descrito no item anterior.
Faz-se o torneamento a partir do ponto P (plano de aproximação inicial) fazendo com que a fer-
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 117
ramenta atinja o ponto correspondente sobre a reta gerada pela operação intermediária (movimento
de aproximação) e a seguir inicia-se o torneamento até o ponto B, deixando o sobremetal para a ope-
ração de acabamento. A seguir desloca-se a ferramenta para o ponto C, afastando da peça, movimento
de retrocesso, e faz-se o posicionamento sobre o ponto seguinte sobre o reta inclinada, movimento
de aproximação. Esta movimentação é feita até a remoção completa da superfície intermediária,
removendo-se a região triangular (algoritmo 4). Pode-se utilizar o ciclo fixo G71 tipo I do CNC
Fanuc 18i-ta.
7.5.5 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Su-
perfície Cônica à Esquerda: Desbaste Direita para Esquerda
Pode-se utilizar duas abordagens de movimentação de ferramenta: cortes paralelo e bi-axial. A usi-
nagem tem início da direita para esquerda, sendo que a remoção de material para um determinado
passe(s) de usinagem leva em consideração o perfil cônico nominal da peça mais um sobremetal de
acabamento.
No corte paralelo a ferramenta se desloca para cada passe de usinagem, em uma trajetória hori-
zontal com uma cota X constante. A superfície gerada após os “n” passes será uma superfície oblíqua
com “n” degraus, necessitando portanto de uma operação final de perfilamento com um passe de
acabamento e/ou de semi-acabamento. A geometria do corte é apresentada na figura 7.26 (esquerda).
Os pontos de intersecção à reta inclinada (Z,X) para uma determinada cota X (associada a profundi-
dade de corte utilizada) são determinados através da igualdade das equações das retas consideradas,
por exemplo:
X = X
i
(profundidade de corte a
p
=d)
X = X
0
− (Z − Z
0
) tan(α)
Z =
(X
0
+Z
0
tan α)−Xi
tan(α)
(ponto de intersecção)
Assim ficam determinadas as cotas (Z,X) associadas ao ponto de intersecção com a reta inclinada.
No corte bi-axial a ferramenta se desloca de forma oblíqua com deslocamento linear simultâneo
em X e Z seguindo uma trajetória paralela à superfície cônica da reentrância. Determina-se os pontos
inicial e final da trajetória, através das várias equações das retas paralelas. Inicialmente determina-se
o número de passes de usinagem (n) necessários em função da geometria da reta inclinada, dado por
(7.5).
n =
(h1 − h2)
a
p
cos(α) (7.5)
Os pontos inicial e final, já incluindo o valor de sobrematerial para a operação de acabamento nas
cotas de X e Z da reta oblíqua, são determinados para cada passe por:
X
passe
f inal
= X
0
X
passe
inicial
= X
passe
intermediario
= X
0
− P asse
numero
a
p
onde P asse
numero
está associado à seqüência de passes de 1 a N, na ordem decrescente, sendo o
primeiro passe igual a “n” e o enésimo passe igual a 1.
Z
passe
inicial
=Z
0
Z
passe
f inal
=Z
passe
intermediario
= Z
0
− (P asse
numero
a
p
tan(α))
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 118
Figura 7.26: Trajetória de ferramenta para perfil cônico e convexo: corte paralelo x corte bi-axial.
Assim os pontos inicial e final são determinados para cada passe de usinagem, permitindo a in-
terpolação linear nos dois eixos do CNC do ponto inicial ao ponto final. Pode-se utilizar o ciclo fixo
G71 tipo II do CNC Fanuc 18i-ta.
7.5.6 Torneamento Externo e Interno de Reentrância (Canal Largo) com Su-
perfície Circular (Côncava ou Convexa) à Esquerda: Desbaste Direita
para Esquerda
Pode-se utilizar duas abordagens de movimentação de ferramenta: cortes paralelo e bi-axial (fig. 7.26
direita). A usinagem tem início da direita para esquerda, sendo que a remoção de material para um
determinado passe(s) de usinagem leva em consideração o perfil circular nominal da peça mais um
sobremetal de acabamento. O caso é semelhante ao anterior.
No corte paralelo a ferramenta se desloca para cada passe de usinagem em uma trajetória horizon-
tal com uma cota X constante. A superfície gerada após os “n” passes será uma superfície “circular”
com “n” degraus, necessitando portanto de uma operação final de perfilamento com um passe de
semi-acabamento e/ou de acabamento. Os pontos de intersecção (Z,X) ao círculo, para uma determi-
nada cota X (associada à profundidade de corte utilizada) são determinados através da igualdade das
equações da reta e do circulo consideradas:
X = X
1
(a seqüência de “n” profundidades de corte determinando cada equação de X)
(X − X
0
)
2
+ (Z − Z
0
)
2
= R
2
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 119
Ponto de intersecção para X = X
1
:
(X
1
− X
0
)
2
+ (Z − Z
0
)
2
= R
2
Z
2
− 2 Z
0
Z + (X
1
− X
0
)
2
+ Z
2
0
− R
2
= 0 (7.6)
Assim resolvendo esta equação do segundo grau determina-se as duas raízes, sendo utilizada a
raiz compatível com o quadrante que se está trabalhando. Neste caso, trata-se do primeiro quadrante
onde o valor da cota Z está associada. Desta forma ficam determinados as cotas (Z,X) associadas ao
ponto de intersecção com o arco.
No corte bi-axial a ferramenta se desloca de forma circular com deslocamento linear simultâneo
em X e Z seguindo uma trajetória paralela à superfície circular da reentrância. Determina-se os
pontos inicial e final da trajetória, através das várias equações de circulos concêntricos. Inicialmente
determina-se o número de passes de usinagem (n) necessários, em função da geometria dos círculos
concêntricos, sendo do menor raio “R”, até o maior raio que ocorre no vértice esquerdo do volume a
ser removido, “Rtotal”.
R
total
=
Z
2
0
+ X
2
0
(7.7)
n =
R
total
− R
a
p
radial
(7.8)
Os pontos inicial e final, já incluindo nas cotas (Z,X) e no raio o valor de sobrematerial para a
operação de acabamento, serão determinados para cada passe por:
X
passe
f inal
= X
0
X
passe
inicial
= X
passe
intermediario
= X
0
− X
R
P asse
numero
,
onde X
R
P asse
numero
está associado a cota X para o raio considerado e que intercepta a reta associada
a cota X
R
P asse
numero
determinada pela equação do círculo, conhecendo-se o raio e a cota Zo (material
a ser removido, já levando em conta o sobrematerial para acabamento), na seqüência de passes de 1 a
“N”, na ordem decrescente.
Z
passe
inicial
=Z
0
Z
passe
f inal
=Z
passe
intermediario
= Z
0
− Z
R
P asse
numero
,
onde Z
R
P asse
numero
está associado à cota Z para o raio considerado e que intercepta a reta associada
a cota Z
R
P asse
nmero
determinada pela equação do círculo, conhecendo-se o raio e a cota Xo (material
a ser removido, já levando em conta o sobrematerial para acabamento), na seqüência de passes de 1 a
“n”, na ordem decrescente.
Assim os pontos inicial e final são determinados para cada passe de usinagem permitindo a inter-
polação circular em sentido horário ou anti-horário (função do quadrante que o arco se encontra) nos
dois eixos do CNC, do ponto inicial ao ponto final. Pode-se utilizar o ciclo fixo G71 tipo II do CNC
Fanuc 18i-ta.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 120
Figura 7.27: Caminho de ferramenta para desbaste de ranhura.
Figura 7.28: Caminho da ferramenta para desbaste de features de transição: chanfro, arredondamento
e filete, respectivamente.
7.5.7 Torneamento Externo e Interno de Ranhuras: Desbaste Canal Estreito
A usinagem ocorre em função da geometria da ranhura, sendo que o movimento da ferramenta tem
direção radial, perpendicular ao eixo rotacional da peça. A operação utiliza uma ferramenta de san-
gramento, podendo ocorrer um ou vários passes na direção longitudinal, em função da largura do
canal. Deve-se prever um sobrematerial para acabamento.
A figura 7.27 apresenta a trajetória da ferramenta que inicia no ponto P(Z,X) até o ponto A(Z,X)
em avanço rápido, movimentação de transição, e à uma distância de segurança da peça (cota X
0
, plano
de retração). A ferramenta é posicionada em A(Z) de forma adequada para geração do canal. A seguir
a ferramenta move-se até o ponto B(X) em avanço programado, movimento de aproximação seguido
de movimento de usinagem, e depois retorna para o ponto A(X), em avanço rápido (movimento de
retração). Se for necessário um novo passe de usinagem na direção longitudinal, repete-se a mesma
movimentação da ferramenta em avanço rápido e depois em avanço programado, gerando mais uma
seção do canal, até completá-lo na sua largura. Pode-se utilizar o ciclo fixo G75, G72 ou G71 tipo I
do CNC Fanuc 18i-ta.
7.5.8 Torneamento Externo e Interno de Features de Transição: Desbaste Chan-
fros, Arredondamentos e Filetes: Usinagem Direita para Esquerda
A usinagem ocorre em função da geometria da features de transição, podendo ser do tipo chanfro
(superfície cônica) ou arredondamento e filetes (superfícies convexas e côncavas). Utilizam-se abor-
dagens semelhantes à usinagem de reentrâncias com movimentação da ferramenta da direita para
esquerda, conforme descrito anteriormente.
A figura 7.28 apresenta a trajetória da ferramenta da direita para esquerda. Pode-se ter a mesma
movimentação com ferramenta da esquerda para direita, utilizando-se o mesmo procedimento. Deve-
se prever um sobrematerial para a operação de acabamento.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 121
Figura 7.29: Caminho da ferramenta para acabamento: operação de perfilamento (movimento bi-
axial) com ferramenta para esquerda e torneamento com ferramenta para direita (direção do avanço).
7.5.9 Operações de Acabamento: Perfilamento Externo e Interno de Features
e Outras Operações
O perfilamento/cópia consiste em operações de acabamento e/ou semi-acabamento ao longo do per-
fil da peça, para atingir a qualidade dimensional e geométrica especificada em projeto. As demais
operações de acabamento consistem no passe final sobre uma feature de usinagem que sofreu uma
operação preliminar de desbaste.
As operações de acabamento da geometria do perfil da peça estão associadas ao sobrematerial
deixado pela operação de desbaste. A diferença geométrica das operações de acabamento com re-
lação ao desbaste concentra-se no fato da usinagem ocorrer ao longo do perfil, em um passe de usi-
nagem (acabamento) ou dois passes (semi-acabamento e acabamento). São modeladas as seguintes
ope-rações: faceamento, torneamento/mandrilamento da direita para esquerda e da esquerda para
direita, perfilamento/cópia, sangramento, rosqueamento, alargamento, corte da peça, fresamento e
recartilhamento.
Pode-se utilizar movimentação da ferramenta da direita para esquerda, bem como, da esquerda
para a direita, sendo abordagens de usinagem semelhantes às descritas nas operações de desbaste.
A operação final de corte da peça, normalmente utilizada com alimentação por barras em um
único setup da peça, é uma operação semelhante à operação de sangramento, tendo por objetivo
cortar a peça, deixando-a com a dimensão especificada em projeto, sendo a última operação realizada
sobre a peça. Após esta operação a peça é removida da máquina.
A figura 7.29 apresenta a trajetória da ferramenta da direita para esquerda (ferramenta lado direito)
e da esquerda para direita (ferramenta lado esquerdo) em uma operação de perfilamento (movimento
bi-axial) com ferramenta para esquerda (direção do avanço) e torneamento com ferramenta para di-
reita (direção do avanço). Pode-se ter a mesma movimentação com ferramenta da esquerda para
direita, utilizando-se o mesmo procedimento. Deve-se prever um sobrematerial para a operação de
acabamento. Pode-se utilizar o ciclo fixo G71 tipos I e II associado à G70 do CNC Fanuc 18i-ta,
que implementam a operação de torneamento longitudinal sem mergulho (cut-out, G71 tipo I) e com
a possibilidade de mergulho (cut-in, G71 tipo II), respectivamente, para executar as operações de
desbaste (G71) e acabamento (G70).
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 122
7.5.10 Operações de Fresamento e Furação: Eixo C
A movimentação de ferramentas rotativas associada à Eixo C podem ocorrer em duas direções:
• Axial (paralelo ao eixo Z);
• Radial (paralelo ao eixo X).
As operações na direção axial ocorrem principalmente nas faces esquerda ou direita da peça (extre-
midade da peça), podendo-se ter operações de furação, escareamento, alargamento, rosqueamento e
fresamento, utilizando-se um sistema de coordenadas cartesiano ou um sistema de coordenadas polar
(X, C). O sistema de coordenadas polar permite uma movimentação de ferramenta nos eixos X e C
com interpolação linear e circular destes eixos, possibilitando a geração de trajetórias de ferramentas
para usinagem de canais, cavidades e ilhas, por exemplo.
As operações na direção radial ocorrem na face cilíndica da peça, podendo-se ter operações de
furação, escareamento, alargamento, rosqueamento e fresamento, utilizando-se um sistema de coorde-
nadas cartesiano ou um sistema de coordenadas cilíndrica (Z, C). O sistema de coordenadas cilíndrica
permite uma movimentação de ferramenta nos eixos Z e C com interpolação linear e circular destes
eixos, permitindo a geração de trajetórias de ferramentas para usinagem de canais, cavidades e ilhas.
A movimentação de ferramentas de fresamento é realizada sem utilização de ciclos fixos, pois
os mesmos não estão disponíveis no CNC. Para operações de furação e correlatas (alargamento e
escareamento) e rosqueamento com macho rígido, são utilizados ciclos fixos disponibilizados pelo
CNC. A estratégia de movimentação de ferramentas de fresamento é baseado em ISO 14649 - PART
11 (2003).
7.6 Determinação das Ferramentas de Corte (Insertos e Suportes)
A seleção dos insertos/pastilhas de metal duro e porta-ferramentas (ferramentas de corte
14
) é baseada
em dois critérios básicos, sendo adotado a terminologia Sandvik Coromant (SANDVIK, 2003):
• no material a ser usinado, podendo-se selecionar ferramentas de diversas classes Coromant
(compatível com as classes ISO P, M ou K);
• no tipo de operação de usinagem associada às features de usinagem, incluindo a estratégia de
movimentação da ferramenta considerada. Por exemplo, se a reentrância, operação de mer-
gulho, tem um ângulo de inclinação de 55
o
com a direção Z, o porta-ferramenta deverá ter um
ângulo de abordagem, cut-in, maior ou igual, para permitir a usinagem desta geometria.
Para cada Machining_workingstep e Turning_workingstep, associados às features de usinagem, são
determinados todos os insertos e porta-ferramentas que poderão ser utilizados em função:
• da operação (torneamento, perfilamento/cópia, faceamento, mandrilamento, recartilhamento,
rosqueamento, sangramento, furação, fresamento, escareamento e alargamento);
14
A associação entre um inserto e um porta-ferramenta será denominado de ferramenta de corte. As opções de fer-
ramentas de corte para operações com Eixo C são menores no sistema considerado, quando comparadas com as opções
disponíveis para ferramentas de torneamento e correlatas.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 123
• do tipo de operação, se é de desbaste, semi-acabamento ou acabamento;
• estratégia de movimentação da ferramenta considerada;
• do tipo de ferramenta (para esquerda, para direita, neutra ou circular);
• do ângulo de abordagem da ferramenta (ângulos de posição efetivo do gume principal e do gume
secundário, DIN 6581, e ângulo de entrada, segundo ASA B5.22 (1950) que define os ângulos
de trabalho) associado à geometria do porta-ferramenta, fixação da ferramenta no dispositivo
de fixação de ferramentas (cut-in e cut-out).
Os dados associados às pastilhas de corte e porta-ferramentas são armazenados em uma base de
dados relacional. Utiliza-se a linguagem SQL para realizar a pesquisa das ferramentas de corte a
serem selecionadas para a usinagem de cada feature de usinagem que compõe a peça.
Para ferramentas rotativas, seleciona-se as alternativas de ferramentas em função da classe de
material a ser usinada e dos diâmetros necessários para as operações de fresamento, furação, escarea-
mento e rosqueamento. Durante a modelagem da peça por síntese de features subtrativas, escolhe-se
o diâmetro da ferramenta que será utilizada a partir de uma lista de ferramentas que a GUI disponi-
biliza para o usuário. Esta lista de ferramentas define as ferramentas disponíveis no banco de dados
do WebCAPP. Caso o usuário deseje, pode-se definir uma ferramenta com geometria diferente da
especificada pelo sistema WebCAPP, o que dificultará a usinagem da peça, pois a mesma não estará
disponível na base de dados de ferramentas.
Para ferramentas de torneamento, o formato da pastilha é selecionado em função do ângulo de
posição necessário e das exigências de acessibilidade e versatilidade da ferramenta. Deve-se sempre
que possível selecionar o maior ângulo de ponta, levando em conta a resistência e a economia, quando
o fator acessibilidade (cut-int e cut-out, por exemplo) não for preponderante. Deve-se também sele-
cionar o maior raio de arredondamento da ponta possível, para obter uma aresta de corte robusta e
maiores avanços. Caso haja tendência à vibração opta-se por um raio menor.
A seleção inicia-se com a determinação dos portas-ferramenta que são compatíveis com a o-
peração considerada e as pastilhas associadas. O sistema de fixação do inserto é então selecionado,
levando em conta a movimentação da ferramenta a fim de evitar qualquer colisão com a peça, ana-
lisando o ângulo de entrada (abordagem, cut-in) do porta-ferramenta. Um porta-ferramenta com
maior ângulo de entrada é preferível, caso não se tenha um porta-ferramenta com ângulo de entrada
adequado à feature de usinagem. A seguir, as dimensões do porta-ferramenta são determinados (com-
primento, largura e altura). Se existirem vários candidatos escolhe-se o porta-ferramenta mais largo e
com menor comprimento, melhorando assim a rigidez da ferramenta.
Monta-se uma tabela relacionando as features de usinagem às alternativas de ferramentas a serem
utilizadas em cada operação. Determina-se a geometria necessária para a ferramenta associada ao
porta-ferramenta (ângulos, sentido(s) de avanço e restrições dimensionais). Através dos dados dos
materiais do par peça-pastilha (segundo AISI/SAE e da classe da pastilha Coromant), faz-se uma
pesquisa na base de dados de ferramentas, determinando-se as ferramentas disponíveis ou os conjun-
tos pastilhas/porta-ferramenta mais adequados, que poderão ser utilizados na fabricação da peça.
Dá-se preferência para aquelas ferramentas que já estejam montadas na torre de ferramentas da
máquina, minimizando o tempo de setup de ferramenta e máquina, através de um fator de penali-
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 124
dade para as demais ferramentas. Procura-se especificar, sempre que possível, ferramenta esquerda
(L), com movimento de avanço da direita para esquerda
15
(mão-direita), levando em conta a neces-
sidade de setups da peça, a fim de se evitar a utilização de ferramenta direita (R), da esquerda para
direita (mão-esquerda). Novamente usa-se o critério da penalidade, agora para ferramenta direita (R).
Pode-se gerar uma superfície intermediária (estratégia de usinagem adotada pelo workingstep) em um
primeiro setup, e no segundo setup usina-se a superfície intermediária com a mesma ferramenta do
primeiro setup (ferramenta esquerda), sem necessidade do uso de uma ferramenta direita. No Setup1,
primeiro setup, leva-se também em consideração o custo unitário da ferramenta, a disponibilidade da
ferramenta no almoxarifado e a qualidade desejada para a peça.
As condições de usinagem a serem utilizadas são obtidas diretamente da base de dados de ferra-
mentas da Sandvik Coromant (Sandvik Coromant http://www.coroguide.com/), através de
uma consulta a esta base de dados via formulário HTML, contento os parâmetros necessários para
obter estas informações. Optou-se por esta estratégia por não se dispor dos modelos matemáticos,
constantes e coeficientes utilizados pela Sandvik nas equações de Taylor ou Kienzle. Consultando-
se esta base de dados, para um único passe de usinagem, pode-se calcular as condições de corte
otimizadas (velocidade de corte e avanço associadas à uma determinada profundidade de corte) para
vida de ferramenta de 15 a 60 minutos. A partir destes dados determina-se o menor custo de usinagem
e o menor tempo de usinagem. Têm-se assim as condições de usinagem para determinada profundi-
dade de corte otimizadas segundo os três critérios: menor tempo, menor custo e vida de ferramenta
pré-definida.
Após a seleção prévia das ferramentas (porta-ferramentas e insertos) utiliza-se os seguintes critérios
para a seleção final dos insertos e do porta-ferramenta (Sandvik, 2003) relacionados à sua geometria
e as condições de usinagem
16
, que serão utilizadas nas várias operações de usinagem com alternativas
associadas às features de usinagem:
1. Torneamento desbaste de OD, ID, splines e reentrâncias (canal largo): escolhe-se a ferramenta
que apresentar maior ângulo de ponta (ε), maior raio de arredondamento da ponta (r
ε
), maior
espessura de pastilha, maior comprimento do gume de corte e ângulo de posição (κ) próximo de
90
o
(minimizar força de corte). Se for uma feature ID deve-se levar em consideração o diâmetro
mínimo para execução da operação de mandrilamento (D≥22 mm). O Porta-ferramenta é se-
lecionado em função dos ângulos de posição e de abordagem (cut-in e cut-out), direção de
avanço (L ou R) e operação interna ou externa. Determina-se para cada ferramenta selecionada
as faixas de utilização de velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem (depende
do comprimento efetivo de corte), geometria da ferramenta (ε, κ, r
ε
, espessura da pastilha e
comprimento do gume de corte) e diâmetro mínimo para operações de torneamento interno
(mandrilamento).
2. Torneamento acabamento de OD e ID cilíndricas, splines e perfilamento interno e externo:
escolhe-se a ferramenta que apresentar menor ângulo de ponta, maior raio de arredondamento,
15
O centro de torneamento Galaxy Romi tem torre de ferramentas traseira. Assim as ferramentas de torneamento devem
ser vistas e especificadas de forma invertida.
16
As faixas de utilização de velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem, geometria da ferramenta, entre
outros, são utilizados para determinação otimizada das condições de corte, segundo os critérios menor tempo de produção,
menor custo de produção e vida de ferramenta.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 125
menor espessura e menor comprimento efetivo da aresta de corte. Se for uma feature ID deve-
se levar em consideração o diâmetro mínimo para execução da operação de mandrilamento. O
Porta-ferramenta é selecionado em função dos ângulos de posição e de abordagem (cut-in e
cut-out), direção de avanço e operação interna ou externa. O ângulo de posição deve permitir o
contorno de todo perfil associado à geometria final da peça na região da feature de usinagem,
onde ocorrerá a operação de corte. Determina-se para cada ferramenta selecionada as faixas de
utilização de velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem, geometria da ferramenta
(ε, κ, r
ε
, espessura da pastilha e comprimento do gume de corte) e diâmetro mínimo para
operações de torneamento interno (mandrilamento).
3. Sangramento: escolhe-se a ferramenta e o porta-ferramenta associados à geometria da feature
de usinagem (interna ou externa) que tenha a maior largura possível, possibilitando a usinagem
do canal. Determina-se para cada ferramenta selecionada as faixas de utilização de velocidade
de corte, avanço, geometria da ferramenta (largura e comprimento da pastilha).
4. Rosqueamento: escolhe-se a ferramenta em função do tipo de rosca de uso mais geral (métrica,
unificada/withworth, quadrada ou Acme/trapezoidal) e o passo da rosca (milímetro ou filetes
por polegada). A seleção do porta-ferramenta leva em conta se a operação é interna ou externa.
Determina-se para cada ferramenta selecionada o passo de rosca e o número de passes para
usinagem da rosca e as faixas de utilização de velocidade de corte e avanço.
5. Furação: escolhe-se a ferramenta em função do diâmetro e do comprimento do furo. O dispo-
sitivo de fixação da ferramenta já está associado à ferramenta escolhida. Determina-se para cada
ferramenta selecionada as faixas de utilização de velocidade de corte, avanço, profundidade de
usinagem e as características da broca (comprimento e diâmetro).
6. Recartilhamento: escolhe-se a ferramenta em função da geometria do recartilhado desejado.
Determina-se para cada ferramenta selecionada as faixas de utilização de velocidade de corte,
profundidade de corte e geometria da ferramenta (largura do recartilhado).
7. Alargamento: escolhe-se a ferramenta de alargamento em função do diâmetro e do compri-
mento do furo associado e da qualidade especificada. O dispositivo de fixação da ferramenta já
está associado à ferramenta escolhida. Determina-se para cada ferramenta selecionada as faixas
de utilização de velocidade de corte, avanço, profundidade de usinagem e as características do
alargador (comprimento e diâmetro).
8. Rosqueamento com macho rígido: escolhe-se a ferramenta em função do tipo de rosca e o passo
da rosca (milímetro ou filetes por polegada) e busca-se as condições de usinagem na base de
dados.
9. Fresamento: escolhe-se a ferramenta em função do diâmetro definido durante o procedimento
de modelagem por features da peça. A partir deste diâmetro são selecionadas as opções de
fresas que poderão ser utilizadas. Em função do tipo do tipo de feature de usinagem associada
ao diâmetro da ferramenta escolhida para a operação (faceamento, fresamento de canais de 90
o
,
fresamento de perfis ou fresamento de canais), busca-se as opções disponíveis na base de dados.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 126
10. Escareamento: escolhe-se a ferramenta em função do diâmetro definido durante o procedimento
de modelagem por features da peça. A partir deste diâmetro são selecionadas as opções de
escareadores que poderão ser utilizados e busca-se as condições de usinagem na base de dados.
7.7 Modelo de Tempos Para Determinação das Condições de Corte
Otimizadas Para Operações de Usinagem
De uma maneira geral os trabalhos associados à otimização das condições de corte no domínio de
peças rotacionais simétricas sempre apresentam:
• uma formulação do problema a ser otimizado: normalmente restrito e não integrado a um sis-
tema CAPP;
• um modelo matemático relativo ao tempo de corte para as operações de usinagem consideradas
(abordagem multi-passe): normalmente voltado para operações de torneamento longitudinal e
passes de acabamento com a mesma profundidade de corte. O modelo multi-passe leva em con-
sideração as operações de desbaste e acabamento simultaneamente. As operações de desbaste
e acabamento são executadas, normalmente, com a mesma ferramenta;
• uma função objetivo relacionada ao modelo de otimização da usinagem: pode ser baseada em
custo de usinagem, vida de ferramenta ou taxa de produção, tendo por objetivo a minimização
da função associada ao custo de usinagem ou a maximização da função associada à taxa de
produção. Normalmente baseado em custo;
• um método de resolução do problema de otimização: resolução conjunta das operações de
desbaste e de acabamento. Nos trabalhos mais recentes a otimização é baseada em simulated
annealing e algoritmos genéticos.
O método proposto se diferencia dos métodos apresentados na revisão de literatura (capítulo 3) nos
seguintes aspectos:
• formulação do problema a ser otimizado: as trajetórias da(s) ferramenta(s) consistem em múlti-
plos passes de usinagem e um passe de acabamento, onde os passes de desbaste (multi-passe)
são utilizados para deixar um sobrematerial para a operação de acabamento (passe simples), que
é executada ao longo do perfil da peça. São otimizadas as condições de corte para operações
de torneamento/mandrilamento longitudinal linear, longitudinal cônico e longitudinal circular,
faceamento, corte, sangramento, furação e recartilhamento; englobando todas as features con-
cêntricas de projeto descritas na taxonomia de features (CAM-I, 1986) e ISO 14649 (2003),
acrescido de spline, que não é considerado normalmente.
• modelo matemático relativo ao tempo de corte para as operações de usinagem consideradas
(abordagem multi-passe): modelo matemático de tempos para operações multi-passes com
diferentes profundidades de corte para torneamento/mandrilamento longitudinal linear, longi-
tudinal cônico e longitudinal circular, faceamento, perfilamento, corte, sangramento, furação e
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 127
recartilhamento. O modelo multi-passe leva em consideração as operações de desbaste e acaba-
mento simultaneamente, sendo o sobrematerial de acabamento uma restrição para o desbaste.
A profundidade de corte de desbaste é igual à profundidade de corte total menos a profundidade
de corte de acabamento. Cada feature de usinagem poderá ter vários modelos matemáticos em
função das alternativas disponíveis no grafo e/ou das features de usinagem considerada (work-
ingstep do workplan), sendo que as operações de acabamento e desbaste poderão ser executadas
com ferramentas diferentes. A maioria dos métodos relatados na literatura trabalham apenas
com modelo matemático relativo a operações de torneamento longitudinal retilíneo (SHIN e
JOO, 1992 e REDDY et al., 1988) e muito poucos com outras operações de usinagem (CHEN e
SU, 1998).
• função objetivo: cada modelo de tempo associado à uma determinada operação de usinagem
tem uma função objetivo. Assim têm-se várias funções objetivo para cada alternativa de usi-
nagem considerada, associada a cada uma das features de usinagem da peça (workingstep).
O problema de otimização torna-se muito mais complexo, pois são otimizadas todas as ope-
rações possíveis, levando em conta as alternativas disponíveis. Para cada operação de usinagem
tratada define-se duas funções objetivo para otimização, sendo uma baseada em menor custo
de produção e a segunda baseada na maior taxa de produção, determinando assim o intervalo
de máxima eficiência de usinagem. Pode-se trabalhar também com vida de ferramenta fixa,
quando custo e tempo não forem priorizados.
• método de resolução do problema de otimização: resolução do problema de forma conjunta
para as operações de desbaste e de acabamento, baseado em algoritmos genéticos. A dife-
rença do método concebido em relação aos propostos por REDDY et al. (1988), ONWUBOLU
e KUMALO (2001) e CHEN e CHEN (2003), concentra-se no fato do algoritmo genético ser
aplicado para operações multi-passe com diferentes profundidades de corte em torneamento e
mandrilamento (longitudinal linear, longitudinal cônico e longitudinal circular), faceamento,
perfilamento, corte, sangramento, furação e recartilhamento e de estar integrado a um sistema
CAPP, bem como trabalhar com operações alternativas.
O método proposto baseia-se, principalmente, nos trabalhos de:
• SHIN e JOO (1992): quando trata de restrições;
• REDDY et al. (1988): quando trata de algoritmos genéticos como método de resolução do
problema de otimização baseado em custo;
• CHEN e SU (1998) e de SPEEDDING et al. (1998): quando tratam do modelo de usinagem para
outras operações de usinagem voltadas para peças rotacionais e baseados em modelos de custo.
Neste item são determinados os modelos de tempos de usinagem e no item seguinte é apresentado o
modelo de otimização de usinagem para menor custo de produção, menor tempo de produção e vida
de ferramenta fixa. Operações associadas a Eixo C não são modeladas, com exceção das operações
de furação e correlatas. Operações como recartilhamento e rosqueamento só apresentam alternativas
com relação à ferramentas.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 128
7.7.1 Formulação do Problema
A seleção de condições de corte para modelo multi-passe de usinagem envolve a determinação de
quatro parâmetros, que são: profundidade, avanço e velocidade de corte, bem como o número de
passes de usinagem. Um modelo multi-passe generalizado (TAN e CREESE, 1995 & CHANG et al.,
1998) é utilizado para seleção do número de passes de usinagem ótimo, bem como, da velocidade
de corte, avanço e profundidade de corte para cada passe individual. Ao contrário de um modelo de
passe simples, onde a profundidade de corte é fixa e apenas um único passe é utilizado para produzir
a peça, no modelo multi-passe são assumidos vários passes de usinagem para produzir a peça. Assim,
a profundidade de corte (a
p
) torna-se uma variável de controle. Qualquer modelo multi-passe pode
ser gerado a partir de um modelo de passe único.
A otimização dos parâmetros de usinagem é realizada pela abordagem de algoritmos genéticos
para as seguintes operações de usinagem:
• torneamento/mandrilamento longitudinal linear (modelo multi-passe);
• torneamento longitudinal cônico e longitudinal circular (modelo multi-passe);
• perfilamento (modelo multi-passe);
• faceamento
17
(modelo multi-passe);
• corte da peça (modelo passe único);
• sangramento (modelo passe único);
• furação (modelo passe único);
• recartilhamento (modelo passe único).
7.7.2 Modelos Matemáticos para Cálculo de Tempos de Usinagem
Peças rotacionais usinadas em um torno CNC apresentam formas contínuas, sendo que os processos
de torneamento incluem interpolação linear e/ou interpolação circular. A interpolação linear pode
ser dividida em três operações: torneamento longitudinal retilíneo, faceamento e torneamento cônico.
Interpolação circular é usada em torneamento circular gerando formas circulares, convexas ou côn-
cavas. Para otimização deste perfil contínuo não é possível utilizar os modelos de usinagem propostos
apenas para operações de torneamento longitudinal. Assim será utilizado um modelo mais genérico
que possa ser aplicado para torneamento/mandrilamento longitudinal linear, torneamento longitudinal
cônico e longitudinal circular, perfilamento e faceamento, em uma única fórmula de cálculo de tempo,
englobando todas estas operações. É contemplada também a feature do tipo spline, que é tratada a
partir de interpolação linear com resolução de 0,1 mm.
A figura 7.30 apresenta a trajetória de ferramenta para operações de desbaste e acabamento (CHEN
e SU, 1998). A trajetória da ferramenta para desbaste é constituída por n passes de usinagem, sendo
que o desbaste é dividido em dois estágios:
17
Deve ser entendido como uma operação de torneamento transversal.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 129
Figura 7.30: Modelo de usinagem multi-passe (CHEN e SU, 1998): (a) trajetória da ferramenta para
dois estágios de desbaste e um passe de acabamento (b) Modelo interpolação circular (c) Modelo
interpolação linear.
1. desbaste dos primeiros (n-1) passes tendo uma trajetória de ferramenta para operação de tornea-
mento longitudinal iniciando no ponto P
1
(com profundidade de corte de desbaste d
r
, na direção
X) até o ponto P
2
, distante d
s
do perfil da peça (profundidade de corte de acabamento nas di-
reções Z e X). Depois a ferramenta se afasta do ponto P
2
em direção ao ponto P
3
. O processo
continua para o próximo passe de desbaste, conforme já apresentado na análise de estratégias
de movimentação de ferramentas;
2. desbaste do último passe de usinagem (n) ao longo do perfil da peça, deixando um sobrematerial
de acabamento no valor da profundidade de corte de acabamento (d
s
), rea-lizando uma operação
de perfilamento de semi-acabamento interno ou externo;
A seguir conclui-se a usinagem com um único passe de acabamento ao longo do perfil da peça, rea-
lizando uma operação de perfilamento de acabamento interno ou externo, podendo utilizar a mesma
ferramenta de desbaste ou uma específica de acabamento. Este tipo de estratégia de movimentação
é utilizado em ciclos fixos, com G71 e G70 (torneamento longitudinal) ou G72 e G70 (torneamento
transversal, sangramento).
Os modelos matemáticos para as operações de usinagem modeladas (torneamento longitudinal,
torneamento transversal (faceamento), sangramento, corte, recartilhamento, furação, alargamento e
rosqueamento) são apresentados no Apêndice C. Estes modelos são utilizados para determinação das
condições de usinagem otimizadas usando algoritmos genéticos.
7.7.3 Metodologia de Otimização
O procedimento de otimização é baseado em algoritmos genéticos, utilizando a abordagem de mi-
nimização proposta por YELOWLEY e GUN (1989), denominada de “ótima subdivisão” da profun-
didade de corte, que posteriormente foi aprimorada por GUPTA et al. (1995) e BHASKARA et al.
(1998). Nesta abordagem a usinagem multi-passe é considerada como um problema multi-estágio,
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 130
como ocorre no procedimento de programação dinâmica. O problema de minimização para os passes
de desbaste e acabamento é dividido em dois estágios. A minimização da função objetivo (custo ou
tempo) é dividida em dois problemas de minimização separados para operações de desbaste e acaba-
mento, visando a otimização da profundidade de corte para os “n” passes de desbaste e o passe de
acabamento.
No primeiro estágio um conjunto de profundidades de corte é gerado, entre os limites máximos
e mínimos da profundidade de corte para operações de desbaste e acabamento. A seguir calcula-se
de forma separada, para as operações de desbaste e acabamento, o custo e/ou tempo mínimo e as
velocidades de corte e avanços otimizadas para cada profundidade de corte considerada, utilizando
as funções objetivo apresentadas anteriormente para modelos de tempo ou de custo de produção, e as
restrições associadas aos modelos.
Em função da resolução da profundidade de corte selecionada (décimo, centésimo ou milésimo
de mm) as alternativas de profundidades de corte poderão aumentar de forma geométrica, o que invi-
abiliza a utilização de abordagens de otimização baseadas em programação dinâmica. Por exemplo,
para uma faixa de profundidades de corte entre 1 e 5 mm, o cálculo das condições de corte otimizadas
para cada passe de usinagem possível com resolução de 0,1 mm (profundidades de corte 1,0; 1,1; 1,2;
... 4,9 e 5,0) em um PC Pentium III leva dois segundos (BHASKARA et al., 1998); então o cálculo
de todos os passes (51) levaria 102 segundos. Caso a resolução fosse de 0,01 mm o cálculo de todos
os passes (501) levaria 1.002 segundos, ou seja 16,7 minutos. Caso a resolução fosse de 0,001 mm
o cálculo de todos os passes (5001) levaria 10.002 segundos, ou seja 2,9 horas. Desta forma deve
haver um compromisso entre a resolução de passe escolhida e o tempo de resolução do problema.
Os va-lores otimizados individualmente são armazenados e disponibilizados para serem usados no
segundo estágio.
No segundo estágio, uma combinação de um pré-determinado subconjunto de profundidades de
corte é selecionado, levando em conta a profundidade de corte total a ser removida da peça bruta.
Calcula-se, inicialmente, um conjunto de número de passes de usinagem de desbaste (tentativas),
em função da profundidade de corte total, profundidade de corte para os passes de acabamento e a
máxima profundidade de corte permitida para operações de desbaste:
n
(i)
=
a
p
− a
ps(i)
a
prU
(7.9)
A seguir utiliza-se uma abordagem de otimização baseada em algoritmos genéticos para determi-
nar o número ótimo de passes de desbaste, a profundidade de corte para cada passe de desbaste e a
profundidade de corte para o passe de acabamento, requeridos para obter o mínimo custo e/ou tempo
de produção total. Antes da apresentação do algoritmo genético será detalhado cada estágio.
Primeiro Estágio Custos e tempos para passes individuais de desbaste e acabamento e suas ve-
locidades de corte e avanços ótimas são determinados para valores fixos de profundidade de corte
de acordo com a resolução determinada. No caso serão utilizados incrementos de 0,1 mm para ope-
rações de desbaste e acabamento. Para operações de acabamento e desbaste usa-se como referência
as recomendações do fabricante de ferramentas (SANDVIK, 2003) para seleção da faixa de avanços a
ser utilizado. De uma forma geral a profundidade de corte para desbaste varia de 1,0 a 10,0 mm (101
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 131
opções de passes) e para acabamento de 0,2 a 2,0 mm (19 opções de passes).
O valor ótimo do avanço de acabamento (fs) é selecionado em função do menor valor de avanço
obtido do limite superior das restrições associadas ao avanço:
f
∗
s
= min(f
1
s
, f
2
s
, f
3
s
, f
4
s
, f
5
s
)
Para f
∗
s
, T (vida ferramenta) e a
ps
determina-se a velocidade de corte ótima V
∗
c
s
através da equação
expandida de Taylor, e o mínimo custo e/ou tempo para a operação de acabamento é calculado da
função objetivo. Assim determina-se os parâmetros de corte otimizados, o mínimo custo e o mínimo
tempo de produção para cada uma das opções de passes de acabamento, montando-se uma tabela de
passe simples de acabamento para a
ps(j)
, V
c
s(j)
, f
s(j)
, UC
s(j)
, UT
s(j)
onde j varia de 1, 2, 3, ... s
passe
.
Procedimento semelhante é adotado para as operações de desbaste, onde monta-se uma tabela de
passe simples de desbaste para a
pr(j)
, V
c
r(j)
, f
r(j)
, UC
r(j)
, UT
r(j)
onde j varia de 1, 2, 3, ... r
passe
.
Segundo Estágio Neste estágio calcula-se o número de passes de desbaste (n
i
), que pode variar em
função do intervalo de profundidade de corte de acabamento definido. Deve-se arredondar o valor
calculado de n
i
, trabalhando-se com um número inteiro, para o intervalo determinado:
a
p
− a
psL
a
prU
≤ n
i
≤
a
p
− a
psU
a
prU
(7.10)
Faz-se a seguir uma combinação otimizada dos passes de corte de acabamento (a
∗
ps
) e desbaste
(a
∗
pr(i)
) para (n
i
+1) passes, e o mínimo tempo e custo de usinagem total são determinados. Um
algoritmo genético é utilizado para obter a combinação otimizada das profundidades de corte e das
funções objetivos, levando em conta as seguintes restrições:
• devem existir n
i
passes de desbaste e um de acabamento;
• as profundidades de corte individuais de n
i
dos passes de desbaste e o passe de acabamento
devem estar contidas no intervalo de profundidades de corte de desbaste e acabamento definidos
pelo sistema/usuário;
• a soma das profundidades de corte individuais para (n
i
+ 1) passes deve ser igual a profundidade
total de material a ser removida da feature de usinagem.
7.7.4 Algoritmo Genético
O algoritmo genético (GA) é iniciado com um conjunto de profundidade de corte com (n
i
+ 1) passes
escolhidos de forma aleatória dos passes individuais de desbaste e acabamento calculados no primeiro
estágio, sendo um método de pesquisa adaptativo geral que permite a determinação do ótimo global
a partir de funções objetivos (função custo, fitness). O algoritmo faz analogia com mecanismos uti-
lizados pela evolução biológica natural. A partir do conjunto inicial, novos e melhores conjuntos são
reproduzidos usando alguns indivíduos dos grupos selecionados por suas respectivas aptidões.
Um candidato à solução, um ponto no espaço de pesquisa, é representado por uma seqüência
de números (binário ou decimal) denominado de cromossomo ou uma string. A probabilidade de
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 132
Tabela 7.3: Tabela montagem cromossomo associado ao algoritmo genético.
seleção de um cromossomo é diretamente proporcional ao valor da sua função objetivo (fitness). A
busca tem início sobre uma população inicial que é formada por um conjunto de cromossomos. Cada
cromossomo, uma string, é representado por uma coleção de n +1 elementos (genes) correspondendo
a n +1 passes, sendo n o número de passes de desbaste; e 1 o passe de acabamento.
A geração inicial é formada por uma população de 10 cromossomos. Quatro operadores podem
atuar sobre a população de uma geração:
• Reprodução: seleção de cópias de cromossomos proporcionais ao valor da função objetivo
(seleção de pares via Roulette Wheel);
• Crossover (Recombinação): uma troca de secções de cromossomos entre pares (definição de
pontos de crossover e dos pares de cromossomos). Utiliza-se uma probabilidade de crossover
de 80% (PCROSS);
• Mutação: uma modificação randômica de cromossomos. Utiliza-se uma pequena probabilidade
de mutação de 20% (PMUT);
• Ajuste de valores no cromossomo: este quarto operador é introduzido a fim de ajustar os valores
das strings dos genes para respeitar as três restrições impostas à função objetivo.
Como estratégia de solução é utilizado uma codificação em strings de (n+1) números reais, que repre-
sentam “n” passes de desbaste e “um” passe de acabamento. Se n
i
= 3, ter-se-á 3 passes de desbaste
e um passe de acabamento, sendo representado por uma string de números reais com quatro elemen-
tos (genes). Utiliza-se um algoritmo genético modificado, fazendo-se ajustes de valores nos strings
(cromossomos), caso seus valores não respeitem as restrições associadas à profundidade de corte,
após a operação de crossover e mutação. A tabela 7.3 apresenta a montagem dos cromossomos e a
aplicação do GA baseado no método da Roulette Wheel. São mostrados os valores da função objetivo
(UC, custo de produção), a função Fitness, o valor esperado e o valor real, que indica a quantidade de
cromossomos mais aptos, e que serão preservados para as próximas gerações.
O tamanho da população inicial é de 10 cromossomos (strings) e o algoritmo gera quinhen-
tas gerações para obtenção do ótimo global, sendo utilizado o toolbox GA do software MatLab
para resolução do problema (http://www.mathworks.com/products/gads), apresentado
na figura 7.31.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 133
Figura 7.31: ToolBox Algoritmo Genético do MatLab, utilizado na determinação das condições de
usinagem otimizadas.
7.8 Linearização do Plano de Processos com Alternativas
Até este momento tem-se especificado uma lista de features de usinagem a serem trabalhadas sendo
associado, para cada feature de usinagem alternativas de operações de corte, definindo os working-
steps. Para cada alternativa de operação é associado um modelo de tempo e custo e uma estratégia
de movimentação de ferramenta, sendo realizado a seguir a otimização das condições de usinagem
baseado em um modelo multi-passe e a utilização de algoritmos genéticos, conforme apresentado no
item anterior. A figura 7.24 sintetiza a representação dos workingsteps com alternativas de operações,
incluindo os dados relativos de cálculo de tempos e custos para cada operação de usinagem. Com
estes dados disponíveis é possível linearizar o plano de processos (workplan não-linear) utilizando
uma função objetivo baseada em mínimo custo ou mínimo tempo de usinagem.
A representação do plano de processo não-linear é baseada em STEP-NC através das entidades re-
lativas a um executável (Executable) definidas no SUPERTYPE associada à entidade program_struc-
ture (estrutura de programa STEP-NC) como: Entidade Selective (OU) e Entidade Non_sequential
(E). A figura 7.32 (a) apresenta os SUPERTYPE de uma entidade Executable, segundo STEP-NC
(Part 10) para representação de planos de processos não-lineares. A figura 7.23 (c) apresenta um
exemplo de um plano de processo não-linear e o workplan associado, sendo constituído por várias
alternativas de roteamentos, descrevendo o plano de processo não-linear.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 134
Figura 7.32: Entidades associadas à representação de planos de processos não-lineares segundo
STEP-NC (Part 10), em Express-G.
7.8.1 Metodologia de Otimização
Neste item é apresentada uma abordagem de linearização do plano de processo não-linear utilizando
um método de linearização baseado em algoritmo genético adaptado de ROCHA et al. (1999) e
ZHANG et al. (1997), determinando o plano de processos linearizado, que será representado por um
workplan linearizado, usando uma estrutura de programa para representação de alternativas, segundo
STEP-NC.
ROCHA et al. (1999) descrevem um algoritmo genético usado para gerar a seqüência de operações
de usinagem e selecionar máquinas e ferramentas, tendo como critério de otimização o custo de
produção em termos de tempo, mostrando a viabilidade da utilização de algoritmos genéticos neste
tipo de aplicação. Este algoritmo será alterado para trabalhar com o conceito de workingstep e planos
de processos não-lineares.
A formulação do problema matemático segundo HALEVI (1999) é a seguinte: “Dada uma lista
de operações a serem executadas e uma lista de recursos disponíveis, uma decisão é requerida para
definir qual máquina ou máquinas usar, quais operações serão executadas em cada máquina, qual a
seqüência e quais as condições de corte que serão empregadas”.
No caso do problema em análise não há a figura de várias máquinas, ou seja máquinas alterna-
tivas para executar as operações, e sim operações alternativas para usinar uma determinada feature
de usinagem, com a utilização de diferentes tipos de ferramentas, estratégias de usinagem e setup,
representadas através de um grafo E/OU (figura 7.23). Ou seja, já se conhece a feature de usinagem,
volume a ser removido, podendo-se associar várias opções de operações de usinagem à esta feature.
Assim define-se um conjunto de workingstep que podem usinar a mesma feature, conforme apresen-
tado na figura 7.23 (b).
A formulação do problema matemático definido por HALEVI (1999) deve ser ajustado para o
caso em análise, tornando-se: “Dada uma lista de operações associadas às features de usinagem
(workinsteps de usinagem) a serem executadas, e uma lista de recursos disponíveis apresentando
alternativas de operações com diferentes ferramentas, estratégias de usinagem e setup (workplan,
program_structure e workingsteps), segundo um esquema de representação de dados STEP-NC, para
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 135
uma dada máquina-ferramenta; uma decisão é requerida para definir qual operação, dentre as alterna-
tivas (workingsteps) disponíveis, deve ser especificada para cada setup, qual a seqüência de usinagem
e quais as condições de corte que deverão ser empregadas, ou seja, como linearizar o workplan com
alternativas”.
A figura 7.33 apresenta os possíveis “j” workplans por setup (rotas no grafo E/OU) e o “n” wor-
kingsteps associados representados em uma matriz workplan x workingstep, devendo ser analisado
em conjunto com o grafo de seqüência de workingstep, grafo E/OU, conforme figura 7.23. Cada
célula da matriz contém um valor de tempo ou custo mínimo, já linearizados, associado à operação
de usinagem sobre uma feature. O custo/tempo do setup do conjunto máquina-peça-ferramenta é
calculado em paralelo como a soma dos custos/tempos relativos ao:
• setup da máquina;
• setup da ferramenta;
• troca de ferramenta entre usinagens de features sucessivas, adjacentes (troca de ferramenta no
magazine);
• setup da peça entre usinagens de features sucessivas, adjacentes (por exemplo, inversão da peça
na placa, permitindo usinagem do lado esquerdo e depois do lado direito).
Para otimização do plano de processo não-linear, utiliza-se de um critério de otimização baseado
na minimização do custo de produção ou do tempo de usinagem global através da abordagem de
algoritmo genético, levando em conta a minimização do setup.
Para avaliação do impacto do setup sobre as alternativas de operações para um determinado work-
plan, monta-se uma matriz relacionando um workingstep (“i”) com o workingstep posterior (“i +1”),
indicando na célula o tempo ou o custo de alteração de setup da operação atual sobre a feature, para
a próxima operação na feature seguinte, de acordo com o grafo E/OU; ou seja verifica-se se há uma
relação de precedência que permita a transição de setups entre os dois workingsteps. Caso não seja
permitido a alteração de setup de workingstep para outro, a célula fica vazia, estabelecendo-se as
regras de precedências entre workingsteps. Na figura 7.34 (a-d) estes conceitos associados à peça
exemplo são apresentados para seis features de usinagem (figura 7.34(a)). Cada feature de usinagem
tem duas operações alternativas (figura 7.34(b)). Um grafo de precedência é apresentado em (figura
7.34(c)) e a matriz custo de setup é apresentado em (figura 7.34(d)).
A seguir define-se uma função objetivo baseada em custos ou tempos, que será utilizada no pro-
cedimento de linearização do plano de processos com alternativas para o domínio de peças rotacionais,
utilizando a abordagem de algoritmo genético. As funções objetivos calculadas para cada workplan
(CustoWorkplan (CW) e TempoWorkplan (TW)), associado a um setup da peça, são:
CW =
n
i=1
(CustoW orkingstep
i
)+
n−1
i=1
(CustoSetup
i−→i+1
∗ Ω (W orkingstep
i
, W orkingstep
i+1
))
(7.11)
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 136
Figura 7.33: Workplans alternativos e workingsteps associados, onde os valores das células estão
associados ao custo ou tempo relativo à operação de usinagem.
T W =
n
i=1
(T empoW orkingstep
i
)+
n−1
i=1
(T empoSetup
i−→i+1
∗ Ω (W orkingstep
i
, W orkingstep
i+1
))
(7.12)
sendo CustoSetup
i−→i+1
ou T empoSetup
i−→i+1
o custo ou tempo de setup para trocar do Working-
step
i
para o W orkingstep
i+1
(7.13) e n o número de workingstep do workplan:
Ω (x, y) =
1, se x=y
0, se x=y
(7.13)
7.8.2 Algoritmo Genético
A representação dos cromossomos é feita através de strings. O número de posições em cada string
é igual ao número de workingsteps do workplan analisado. Cada posição contém uma referência
à operação associada à uma feature de usinagem (workingstep). Cada cromossomo, uma string, é
representado por uma coleção de “n” elementos (genes) correspondendo a “n” workingsteps.
Faz-se a geração da população inicial de forma randômica, obdecendo a relação de precedência
entre os workingsteps, sendo as strings constituídas de seqüências válidas, sem violação da precedên-
cia pré-estabelecida. São utilizados os workplans já definidos anteriormente. A geração inicial é
formada por uma população de 4 cromossomos. Quatro operadores podem atuar sobre a população
de uma geração:
• Reprodução: seleção de pares via Roulette Wheel;
• Crossover (Recombinação): utiliza-se uma probabilidade de crossover de 80% (PCROSS);
• Mutação: utiliza-se uma probabilidade de mutação de 20% (PMUT);
• Ajuste de valores no cromossomo: este quarto operador é introduzido a fim de ajustar os valores
das strings dos genes para respeitar o grafo de precedência, garantido a geração de strings
exequíveis sem a violação de precedência.
Utiliza-se um algoritmo genético modificado, fazendo-se ajustes de valores nos strings (cromosso-
mos), caso seus valores não respeitem as restrições de precedência, após a operação de crossover e
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 137
Figura 7.34: Exemplo: (a) peça (b) features de usinagem e operações (c) grafo de precedência de
workingsteps (d) matriz de setup de workingstep (e) strings (f) operador crossover (g) operador de
mutação.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 138
mutação. Utiliza-se a função objetivo (Fitness) baseada em custo ou tempo de setup. A figura 7.34
(e) apresenta duas strings que representam dois possíveis workplan, onde os genes da string estão
associados aos workingsteps do workplan analisado. Na figura 7.34 (f) e (g) são apresentados os
operadores de crossover e mutação, respectivamente.
Desde que todas as alternativas de operações são consideradas (ferramentas, setup peça, estraté-
gias de movimentação de ferramenta, entre outros) todo o espaço de solução é analisado, permitindo
a determinação do ótimo global.
7.9 Geração do Programa NC (ISO 6983)
O programa NC é gerado diretamente para o conjunto máquina-ferramenta/CNC segundo o padrão
ISO 6983 (ISO 274 D), podendo utilizar-se de algumas funções especiais da máquina CNC, os chama-
dos ciclos fixos, que executam uma determinada operação de usinagem utilizando uma estratégia de
movimentação de ferramenta padronizada pelo fabricante do CNC. A máquina-ferramenta é sele-
cionada no início da modelagem da peça pelo usuário, no caso um centro de torneamento Galaxy 15M
da Romi com CNC Fanuc 18i-ta. Pode-se ter vários módulos de macros, em função dos conjuntos
de máquinas-ferramenta/CNCs disponíveis na base de dados de máquinas, que poderão ser utilizados
para a geração do programa NC. Outra alternativa seria gerar o programa NC em STEP-NC para ser
utilizado em uma máquina-ferramenta com controlador aderente à STEP-NC.
A abordagem para geração do programa de usinagem é aderente à STEP-NC, onde cada Ma-
chining_workingsteps ou Turning_workingstep, tem associado uma ou mais operações de usinagem
(alternativas) com uma estratégia de movimentação de ferramenta, que pode ser baseada em ciclo fixo
ou não, padronizando determinada operação de usinagem, descrevendo a definição de movimentação
de ferramentas e condições de usinagem através de um trecho de programa parametrizado.
O plano de processos linearizado, gerado pelas atividades de CAPP descritas anteriormente, apre-
sentadas através de workingsteps de usinagem e torneamento para um determinado workplan, contém
as informações necessárias para geração do programa NC, que são: máquina; feature de usinagem e
de torneamento; operação; ferramenta; condições de usinagem.
Desta forma, conhecendo-se o código "G" da máquina especificada para a execução da operação,
pode-se utilizar uma "máscara" cujos os parâmetros serão instanciados com os valores correspon-
dentes para cada operação. Assim cada workingstep associado à uma operação de desbaste ou de
acabamento modelada pelo sistema tem um gabarito da operação, que poderá ser utilizado na com-
posição do programa NC da peça. Para cada máquina é conhecido o ponto de troca de ferramenta em
relação ao zero máquina (G53). Utiliza-se G54 (Setup1) e G55 (Setup2) para definição do zero peça.
Dentre os ciclos fixos que podem ser utilizados nos Workingsteps, e normalmente disponibilizados
pelos fabricantes de tornos CNC e centros de torneamento, têm-se para o CNC 18i-ta (ROMI, 2003):
• G76: Ciclo automático de rosca;
• G78: Ciclo de rosca semi-automático;
• G70: Ciclo de acabamento, após utilização dos ciclos de desbaste G71, G72 e G73;
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 139
• G71 (Tipo I): Ciclo de desbaste automático longitudinal com pré-acabamento (perfil com au-
mento (perfil externo) ou diminuição (perfil interno) uniforme ao longo do eixo X), não per-
mitindo cut-in e cut-out ao longo do eixo X;
• G71 (Tipo II): Ciclo de desbaste automático longitudinal com pré-acabamento, permitindo cut-
in e cut-out de até dez concavidades (operações de mergulho);
• G72: Ciclo automático de desbaste transversal com pré-acabamento;
• G73: Ciclo automático de desbaste paralelo ao perfil final (utilizado para blanks fundidos e
forjados);
• G74: Ciclo de furação axial (ferramenta acionada);
• G87: Ciclo de furação radial (ferramenta acionada);
• G74: Ciclo de desbaste longitudinal;
• G75: Ciclo de canais;
• G75: Ciclo de faceamento;
• G77: Ciclo de desbaste longitudinal;
• G77: Ciclo de desbaste cônico;
• G79: Ciclo de desbaste transversal;
• G79: Ciclo de desbaste cônico;
• G83: Ciclo de furação axial (ferramenta não-acionada);
• G84: Ciclo de rosqueamento com macho rígido axial (ferramenta não-acionada);
• G86: Ciclo de mandrilamento ou alargamento axial;
• G63: Ciclo zeração de ferramentas automático (utilizando tooleye).
O algoritmo (5) apresenta um trecho de programa em linguagem Java (POO) definindo um gabarito
para um Turning_workingstep associado à uma operação de torneamento longitudinal multi-passe,
com operações de desbaste e acabamento, implementado através dos ciclos fixos G71 (tipo I) e G70,
gerando a inclusão de comentários, códigos G, plano de aproximação e segurança, compensação de
raio de ferramenta, entre outros, no programa NC que será gerado.
O programa NC completo para a fabricação de uma peça numa determinada máquina é obtido
pela combinação seqüencial dos trechos de programa para cada operação associada a uma feature
(Machining_workingstep) no plano de processos linearizado, segundo o grafo de precedência de fea-
tures de usinagem para cada setup da peça. O mesmo procedimento é aplicado para a usinagem nas
outras máquinas presentes no sistema de manufatura. Assim o programa NC linearizado é composta
por uma seqüências de Machining_workingstep e de Turning_workingstep.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 140
Algoritmo 5 Programa em Java para construção de blocos em código G.
codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() +
"(Operacao - CICLO FIXO G71 TIPO1 DESBASTE E G70 ACABAMENTO)");
//Ir para o plano de seguranca
_codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() + "G0X" + WS.planoDeSeguranca.x + "Z"
"Z" + (/*blankUtilizado.L1 +*/ WS.planoDeSeguranca.z));
//Adiciona a primeira linha do ciclo fixo
//adiciona um pedaço da segunda linha do ciclo fixo
_codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() + "G71U" + U + "R" + R);
P = numeroDaLinha+20;
String tmp = getLinhaDoCodigoG() + "G71P" + P;
//Coloca no _codigoIntermediario o plano de Aproximacao
_codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() + "G0X" + WS.planoDeAproximacao.x);
_codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() + "G42");
_codigoIntermediario.add(getLinhaDoCodigoG() + "G1W-10.0");
7.10 Geração da Documentação Final do Plano de Processo Lin-
earizado
O plano de processo linearizado é apresentado no formato de uma planilha eletrônica (tabela) for-
matado em XML (Extensible Markup Language) indicando todas as informações referentes ao plano
de processo linearizado e programa NC (figura 7.35), disponibilizado através de uma base de dados
relacional:
• Dados administrativos (projetista, nome da peça, descrição, tamanho do lote e data);
• especificação da máquina CNC;
• setups da peça;
• nome operações elementares de usinagem;
• número da operação;
• ferramentas de corte e porta-ferramenta;
• condições tecnológicas de usinagem (a
p
, f e V
c
);
• estimativa de tempo por operação (tempo padrão);
• estimativa de tempo para fabricação da peça;
• custo estimado por peça;
• URL referente ao arquivo do programa NC;
• Programa NC.
CAPÍTULO 7. INTERFACE CAD-CAPP: CAPP BASEADO EM MAPEAMENTO DE
FEATURES 141
Figura 7.35: Documentação final do plano de processo linearizado em XML.
Capítulo 8
Abordagem Lógica Para CAPP: Métodos e
Algoritmos Concebidos
Neste capítulo são apresentados, de forma detalhada, os métodos e algoritmos desenvolvidos para
resolução das dez atividades previstas no CAPP. É utilizado uma abordagem baseada em um estudo
de caso; peça exemplo constituída por features concêntricas, onde é explicado a utilização de cada
um dos métodos e algoritmos concebidos, associados às dez atividades do CAPP.
8.1 Peça Exemplo: Estudo de Caso
A figura 8.1, apresenta o desenho mecânico em 2D e 3D, projeto detalhado, da peça exemplo mo-
delada pelo sistema WebCAdbyFeatures e que será usinada, sendo constituída por um total de 39
features de forma dos tipos OD, ID, groove, face, rosca, arredondamento e chanfro. A feature de
material especificada é o aço 1025. O sistema CAPP generativo inicia a execução automática das
dez atividades de planejamento de processo, a partir do modelo de features gerado pelo sistema We-
bCADbyFeatures, para a peça exemplo modelada com features rotacionais concêntricas (regiões in-
terna e externa), não tendo features Eixo C (não-concêntricas).
8.2 Mapeamento de Features de Projeto para Features de Usi-
nagem
O CAPP lê o arquivo associado à biblioteca de features de forma de projeto gerado pelo sistema
WebCADbyFeatures e inicia o mapeamento de features da visão de projeto para a visão fabricação,
mapeando as features de usinagem, a partir do método desenvolvido, denominado de decomposição
baseada em setup, geometria e operações. O algoritmo 6 apresenta os principais passos que são
realizados pelo WebCAPP após o carregamento do arquivo com a biblioteca de features.
Antes de iniciar a decomposição é necessária uma normalização da biblioteca de features (al-
goritmo (6)) gerada pelo WebCADbyFeatures, para permitir uma identificação mais adequada das
features de torneamento e usinagem (ISO 14649, 2003). Por exemplo, um groove modelado por
faces e OD não está identificado de fato na biblioteca de features, gerado pelo WebCADbyFeatures,
142
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
143
Figura 8.1: Peça exemplo em 2D e 3D sendo constituída por 39 features de forma do tipo OD, ID,
canal, face, arredondamento e chanfro, modelado pelo sistema WebCADbyFeatures.
Algoritmo 6 Principais passos para implementação do WebCAPP.
1. Normalização do vetor de features (biblioteca de features)
2. Cria vetor “_featureInvertida”
3. DecomposiçãoOrientadaASetup
3.1 faz a separação por setup
3.2 ordena os setups
3.3 escolhe a featureDeFixação de cada um dos setups
3.4 seleciona qual o vetor de features (normal ou o invertido) a ser utilizado para perfil interno ou externo crescente
3.5 armazenar dados no vetor de Setups
4. DecomposiçãoOrientadaAGeometria: cria features de usinagem
5. DecomposiçãoOrientadaAOperação: cria Workingsteps
6. Gera OtimizaçãoCondiçõesdeUsinagem
7. Lineariza Workplan
8. Gera Programa NC
9. Documentação XML
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
144
como um groove (canal), e sim como uma sucessão de features de faces e ODs. É necessário uma
normalização da biblioteca de features, mapeando estas features de forma de projeto em features de
torneamento, sendo no caso denominado como um groove complexo, constituído por uma lista de
features básicas de faces e ODs. O mesmo ocorre com relação à uma lista de features ODs e faces
que são mapeadas como uma feature de torneamento, na decomposição orientada à geometria e à
operação, como será apresentado neste item.
Splines são normalizadas através do conceito de SplineVirtual, sendo esta feature virtual (na re-
alidade não existe no modelo) mapeada a partir da spline original como uma feature do tipo OD ou
ID retilínea com diâmetro igual ao maior diâmetro da spline e comprimento igual ao da spline. O
conceito de SplineVirtual é usado para facilitar o procedimento de decomposição orientada ao setup,
geometria e operação, gerando um volume de usinagem que sofrerá uma operação de torneamento
longitudinal de desbaste em conjunto com as features de torneamento.
Após a identificação da SplineVirtual e seu agrupamento em um dos setups, a SplineVirtual é
remapeada como spline, e a seguir é aproximada por um conjunto de features do tipo OD cônicas,
tendo no mínimo 10 features do tipo OD cônica entre dois pontos de controle da spline. Por exemplo,
uma spline com seis pontos de controle será aproximada por 50 features do tipo OD cônica, que irá
gerar um programa NC com sessenta blocos de código G associados a uma interpolação linear em X e
Z (G01 X Z) contendo os pontos (Z,X) do início ao final da spline, tendo uma resolução variável entre
0,1 a 0,01 mm. Como a memória do CNC é limitada a 20 mil caracteres deve haver um compromisso
entre a resolução e a memória disponível do CNC.
A biblioteca de features é implementada através de um conjunto de objetos de classes constituído
por features de forma, tolerâncias, referências, entre outras, definida na taxonomia de features CAM-I
(CAM-I, 1986) e armazenadas na memória do computador do Agente de Interface WebCADbyFea-
tures em um vetor, como um objeto de biblioteca de features (conjunto de features apresentando
relacionamentos geométricos e não-geométricos). Usa-se o processo de serialização de objetos para
realizar a conversão da representação de um objeto em memória (biblioteca de features) para uma se-
quência de bytes enviada para um ObjectOutputStream
1
, que por sua vez está associado a um arquivo
em disco (armazenamento local, computador do Agente de Interface WebCADbyFeatures) e por uma
conexão de rede via Agente Facilitador (JATLite), fazendo o upload e armazenamento do arquivo via
FTP (armazenamento no servidor WebMachining).
O processo de normalização da biblioteca de features, armazenada em um vetor na memória
denominado de DadosDeProjeto.ArmazenadorDeFeatures, ocorre através da varredura deste vetor,
identificando-se determinados padrões que definem um groove complexo, como o aparecimento de
pontos de inflexão que invertem o padrão de crescimento ou decrescimento do diâmetro da peça (cota
X) ao longo do eixo Z, bem como a identificação de uma spline. O algoritmo de varredura percorre
o perfil da peça a partir da face esquerda para a direita, e depois da face direita para a esquerda,
identificando o aparecimento de um padrão groove complexo, e listando as features de forma de
projeto da biblioteca de features original, que compõem o groove complexo identificado ou mesmo
de uma spline.
A seguir são apresentados os métodos e algoritmos concebidos para o mapeamento.
1
Objetos de classes (em Java) para os quais são previstas serializações e desserializações devem implementar a inter-
face java.io.Serializable.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
145
Algoritmo 7 Algoritmo para decomposição orientada ao setup.
Setup ();
if (L/D≥4) or ((L/D ≥3) and D ≥ 100) then "Peça Longa";
if (L/D ≤2) then "Peça Curta";
if (2 < L/D < 4) then "Peça Intermediária";
Algoritmo 8 Algoritmo para definição do número de fixações da peça.
NúmeroDeFixações ();
TipoDeBlank ();
TipoDePerfilPeçaAcabada ();
GeometriaCastanha ();
If NúmeroSetup = 1 then VerificaPosições1DeFixação ();
If NúmeroSetup = 2 then VerificaPosições2DeFixação ();
If NúmeroSetup = 3 then VerificaPosições3DeFixação ();
SaídaAlternativasViáveisNumeroSetup ();
DefineMelhorAlternativaSetup ();
8.2.1 Decomposição Orientada ao Setup
A decomposição orientada ao setup é realizada a partir do algoritmo (7), que faz a classificação da
peça em função do tipo de peça (longa, curta ou intermediária), devendo-se verificar as alternativas
de setup para fixação entre pontas (placa e contra-ponta) ou fixação na castanha, associado ao número
de setups necessários: um, dois ou três.
Considerando que o centro de torneamento Romi Galaxy 15M possui apenas o cabeçote prin-
cipal (uma placa de fixação), não tem instalado um alimentador de barras e nem mecanismos de
acionamento para fixação entre pontas; ter-se-á como opções para fixação da peça bruta, designada
na biblioteca de features por blank, ou de uma peça semi-acabada, a possibilidade de se ter dois se-
tups (fixação lado esquerdo e fixação lado direito (peça invertida)) ou um único setup (fixação lado
esquerdo e corte da peça).
Analisando a peça exemplo, tem-se L=80mm e D=75mm, logo L/D=1,07. Assim a peça é classi-
ficada como uma peça curta, que poderá ter um ou dois setups. A seguir é analisado a necessidade de
um ou dois setups para usinagem da peça, a partir da geometria do blank e da geometria da castanha.
Utiliza-se o algoritmo (8) para esta finalidade.
Têm-se as opções de cinco tipos de blank (barra sólida, pré-furo, pré-usinado, tubo ou fundido). O
próprio usuário, Agente de Interface, durante a modelagem define o tipo de blank a ser usado. Tem-se
a opção de deixar a definição da matéria-prima a cargo do CAPP, que pode especificar automatica-
mente o blank mais adequado para geometria da peça acabada modelada, levando em conta o estoque
de blanks presente no depósito de peças brutas do chão-de-fábrica, o sobrematerial necessário (calcu-
lado de modo reverso, acrescentando-se ao perfil da peça acabada todas as operações e sobremateriais
necessários até chegar ao perfil do blank) e a geometria da castanha.
Quando opta-se pela definição de blank gerado pelo CAPP, pode-se utilizar, caso seja possível, o
setup atual da geometria de castanhas, não sendo necessário um novo setup associado à geometria de
castanha ou um ajuste no conjunto de castanha presente na máquina. Estes aspectos são levados em
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
146
Algoritmo 9 Algoritmo para definir candidatas à superfícies de fixação (features internas e externas)
para o Setup1 e Setup2.
SuperfíciecieFixação ();
GeometriaBlank ();
GeometriaPeça ();
IF (GeometriaBlank = Barra) THEN "Fixação OD
LE
(OD Lado Esquerdo) ou OD
LD
(OD Lado Direito) só Região externa é Viável";
IF (GeometriaBlank = Tubo) THEN "Fixação OD/ID
LE
(OD/ID Lado Esquerdo) ou OD/ID
LD
(OD/ID Lado Direito) são Viáveis, OD e ID";
VerificarRestriçõesOD ();
ComprimentoOD ≥ 5 mm;
VerificarRestriçõesID ();
ComprimentoID ≥ 5 mm;
VerificarGeometriaCastanhaPlaca ();
ElegerMelhoresCandidatasSuperfícieDeContato ();
conta pelo sistema de programação da produção da Célula Flexível de Manufatura (FMC), sendo o
centro de torneamento uma das unidades desta FMC (ÁLVARES et al., 2005). Estas informações e as
restrições associadas são disponibilizadas pelo CAPP para o sistema de programação da produção da
FMC, visando a fabricação da peça a distância.
Em função do tipo de perfil da peça acabada, define-se a necessidade de um, dois ou três setups.
Por exemplo, se o perfil for escalonado no diâmetro (eixo X) ao longo do eixo Z, em um único
sentido (crescente ou decrescente), define-se um único setup. Caso o perfil seja escalonado em dois
sentidos ao longo do eixo Z, ou seja a dimensão X cresce até um máximo, próximo ao centro da
peça, e depois decresce para a extremidade oposta, será necessário a definição de dois setups. Se
há necessidade de garantir algum requisito de tolerância (dimensional, forma, posição, orientação,
batimento ou rugosidade) nas faces esquerda e direita, será necessário a fixação em dois setups. É
necessário analisar o perfil externo e o perfil interno de forma conjunta, para determinar o tipo de
escalonamento do perfil e os relacionamentos não-geométricos das features.
Tem-se como saída do mapeamento baseado na decomposição orientada ao setup, a classificação
do tipo de peça modelado (curta, intermediária ou longa), o tipo de fixação necessário (placa ou placa
e contra-ponta), a definição do tipo de blank mais adequado (forma, diâmetro e comprimento), o
número de setups necessários (um ou dois) e a geometria da castanha (estilos 2, 3 ou 4), descritas no
capítulo 3.1.
Analisando o perfil da peça exemplo, busca-se nas extremidades esquerda e direita da peça, fea-
tures do tipo OD e ID retilíneas (superfícies cilíndricas externas e internas) conectadas às faces
retilíneas, sendo que as features OD e ID deverão ter uma superfície de contato de no mínimo 5
mm, para servirem de superfícies de fixação e apoio para a peça no primeiro e no segundo setup, se
necessário.
O algoritmo (9) define quais são as features internas e externas que poderão ser candidatas à
superfície de fixação. O modelo geométrico da castanha é avaliado, tendo maior prioridade os estilos
3, 4 e 2 (figura 3.1). O estilo 1 é usado apenas no caso de diâmetro do blank de 51 mm (alimentação
por barras).
Na peça exemplo são identificadas quatro features candidatas à superfície de fixação, sendo duas
externas (F2 e F20) e duas internas (F24 e F39). Já o blank, barra sólida (80x85 mm), poderá ser
fixado com uma geometria de castanha com diâmetro de 80 mm. A geometria da castanha montada
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
147
na máquina permite a fixação de peças entre 70 ≤ φ ≤ 85, com três degraus entre os diâmetros
permitidos, para fixação em superfícies externas (tipo de montagem de castanha estilo 3, fig. 3.1).
Elege-se então as melhores candidatas à superfície de fixação, para o blank e Setup2, que no caso da
peça exemplo serão:
• OD_FeatureEsquerda: F2 ou Blank
• OD_FeatureDireita: Blank (F20
2
tem rosca)
• ID_FeatureEsquerda: F39
• ID_FeatureDireita: F24
Analisando-se o perfil externo da peça, através da varredura do vetor que contém a biblioteca de
features da peça acabada, o qual procura identificar a presença de pontos de inflexão no perfil da
peça, identifica-se a existência de um escalonamento crescente de F1 a F5 e de um escalonamento
decrescente de F5 a F21, mostrando a necessidade de se utilizar dois setups.
O mesmo é feito para o perfil interno, onde tem-se a presença do menor diâmetro na extremidade
esquerda e do maior diâmetro na extremidade direita, classificando o perfil como sendo escalonado
em apenas um sentido, sendo necessário um único setup para usiná-lo.
Identifica-se assim o número de setups necessários, no caso dois setups, as possíveis superfícies
de fixação disponíveis na peça semi-acabada (três) e na peça bruta (duas).
A seguir é realizado o mapeamento baseado na decomposição geométrica, onde são identificados
os grupos de features de projeto que serão usinados em cada setup da peça acabada (setup esquerdo
ou direito) e da peça bruta (setup direito ou esquerdo).
Para a peça bruta, no caso de uma barra sólida, tubo ou pré-furo, o lado esquerdo é igual ao lado
direito. Na peça exemplo, a peça bruta é uma barra sólida, disponível no estoque. Seu diâmetro
e comprimento são definidos em função do sobrematerial necessário, após definição das operações
necessárias para gerar o perfil da peça. Supondo que o projetista defina o diâmetro da peça bruta
como 85 mm e o comprimento como sendo 85 mm, deixando o sobrematerial de 2,5 mm para o maior
diâmetro e para o comprimento da barra.
8.2.2 Decomposição Orientada à Geometria
Nesta atividade são agrupadas as features de forma que serão usinadas em cada setup. No caso da
peça exemplo, Setup1 e Setup2, pois há a necessidade de realizar os dois setups. O Setup1, fixação
do blank e o Setup2 fixação da peça semi-acabada (lado esquerdo ou direito) serão determinados.
Assim determina-se o main workplan, que será constituído pelo WorkplanSetup1 (peça bruta) e Work-
planSetup2 (lado direito ou esquerdo da peça acabada).
As features de forma da biblioteca de features normalizada, apresentam relacionamentos ge-
ométricos e não-geométricos, como tolerâncias e referências, e estes também são considerados na
decomposição baseada na geometria. Analisa-se as tolerâncias de posição, orientação, batimento,
2
A feature F20 tem uma feature secundária do tipo rosca, devendo ser descartada como superfície de fixação para o
Setup2. Assim sendo esta feature deve ser usinada no Setup2.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
148
Algoritmo 10 Algoritmo para agrupamento de features no Setup1 e Setup2.
InícioAgrupamentoFeaturesDoisSetups ();
GeometriaPeçaAcabada();
GeometriaBlank();
IF (GeometriaBlank = (BarraCilíndrica or Tubo));
THEN "Setup Esquerdo ou Direito Admissível, Analisar GeometriaPeçaAcabada, LinhaDelimitadora e AgrupamentoEmDoisSetups";
IF (GeometriaBlank = (Fundido or PréUsinado)) ;
THEN "Assumir que GeometriaBlank Será igual à GeometriaPeçaAcabada + SobreMaterial, Visando Usinagem" ;
forma, rugosidade e dimensional, além de referências de projeto (datum) para determinação do agru-
pamento das features de projeto para cada setup, levando em conta a minimização de erros geométri-
cos e a cadeia de tolerâncias. Deve-se respeitar também o princípio de coincidência de referências de
projeto, apoio, medição e fabricação.
Para minimizar a propagação de erros de macrogeometria deve-se agrupar as features de projeto
para serem usinadas em conjunto, mesma fixação da peça, se estas tiverem relacionamentos definidos
através de referências de projeto em relação às tolerâncias de localização, posição, batimento e orien-
tação. Estas restrições associadas às tolerâncias são fundamentais para definir as features que deverão
ser usinadas em conjunto ou não. O mesmo acontece para features secundárias, que estão associadas
à uma feature principal, e devem ser levadas em consideração durante o procedimento de decom-
posição.
Por exemplo, as features F6 e F15, onde a F6 é referência (A) para F15 (tolerância de concentrici-
dade) devem ser usinadas no mesmo setup. O mesmo ocorre com as features internas, F39 (referência
M) e a F24 (tolerância de concentricidade).
Caso não seja possível agrupar as features de projeto no mesmo setup, deve-se utilizar o método
baseado em erros do tipo II (capítulo 3.5), para minimizar erros de macrogeometria: duas superfícies
(features) sendo referência uma da outra. Neste caso usa-se a referência, caso seja uma feature do
tipo OD, como superfície de apoio (superfície de fixação) na usinagem da segunda superfície.
Usa-se o conceito da Linha Delimitadora
3
(LD), que é posicionada no início e no final das features
do tipo OD de maior diâmetro (região externa) e nas features ID de menor menor diâmetro (região
interna). A LD é usada como referência para o procedimento de agrupamento de features de projeto,
que estão antes e depois desta referência. LD é posicionada na feature OD de maior diâmetro e na
ID de menor diâmetro da peça. Caso haja mais de uma feature OD ou ID com o mesmo valor de
diâmetro maior e menor, respectivamente, será necessário incluir mais opções de LD para cada OD
ou ID extra que tiver na peça.
Para três diâmetros externos máximos iguais, pode-se ter seis alternativas de LDs (2 (antes e
depois da feature) * 3 (número de diâmetros iguais, features OD)). Se tiver, também, dois diâmetros
ID, tem-se 24 combinações de alternativas de LDs para serem analisadas, e compor os grupos de
features a serem usinadas no Setup1 e Setup2.
O algoritmo (10) apresenta o início do agrupamento de features de usinagem para dois setups. As
LDs deverão ser analisadas em conjunto para as regiões externa e interna. O algoritmo (11) determina
as LDs e os grupos de features de forma que serão usinados no mesmo setup.
3
Também denominada Superfície Delimitadora, que está associada às features OD de maior diâmetro e ID de menor
diâmetro, sendo usada para definir os agrupamentos de features para o Setup1 e Setup2.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
149
Algoritmo 11 Algoritmo para determinação das linhas delimitadoras (LD) e agrupamento de features.
DeterminaçãoGruposFeatures ();
IF (NúmeroFeaturesODMaiorDiâmetro = 1)
THEN "NúmeroLD
externa
= 2 e ODMaiorDiâmetro será a feature externa escolhida para agrupamento à esquerda e à direita (região externa)";
ELSE "NúmeroLD
externa
= 2 * NúmeroFeaturesODMaiorDiâmetro e teremos várias candidatas para agrupamento à esquerda e à direita";
IF (NúmeroFeaturesIDMenorDiâmetro = 1)
THEN "NúmeroLD
interna
= 2 e IDMenorDiâmetro será a feature interna escolhida para agrupamento à esquerda e à direita (região interna)";
ELSE "NúmeroLD
interna
= 2 * NúmeroFeaturesIDMenorDiâmetro e teremos várias candidatas para agrupamento à esquerda e à direita";
SWITCH (NúmeroOD, NúmeroID)
case 1 (NúmeroOD = 1 e NúmeroID = 0);
case 2 (NúmeroOD > 1 e NúmeroID = 0);
case 3 (NúmeroOD = 1 e NúmeroID = 1);
case 4 (NúmeroOD > 1 e NúmeroID > 1);
case 5 (NúmeroOD = 0 e NúmeroID = 1);
case 6 (NúmeroOD = 0 e NúmeroID > 1);
Algoritmo 12 Algoritmo para detecção de features secundárias, para evitar seu uso como superfície
de fixação no Setup2.
SuperfícieDeFixaçãoFeatureSecundariaSetup2 ();
IF (OD
Esquerdo
, OD
Direito
, ID
Esquerdo
, OD
Direito
não têm features secundárias como rosca ou recartilhado)
THEN "Qualquer das candidatas à Superfícies de Fixação Poderão Ser Utilizadas no Setup 1";
ELSE "As Features Candidatas a Superfície de Fixação com Features Secundárias deverão ser Usinadas no Setup 2 (segundo setup)";
A peça exemplo corresponde ao case 3, do algoritmo (11), onde o maior diâmetro na região
externa ocorre na feature 6 (F6) e o menor diâmetro na região interna ocorre na feature 39 (F39).
Assim as LDs (linhas delimitadoras) serão posicionadas antes (início) de depois (final) de F6 e F39
(fig. 8.2), ou seja: se LD estiver posicionada antes de F6 e F39 não inclui as features delimitadoras
(F6 e F39); se LD estiver depois de F6 e F39, as features delimitadoras são incluídas (F6 e F39).
Na peça exemplo, as opções de agrupamento de features que serão usinadas no mesmo setup são
(fig. 8.2):
• região externa: lista de features de F1 a F5 ou de F1 a F6
• região interna: lista de features de F24 a F38 ou F24 a F39
Como F6 é uma superfície de referência para F15, esta deve ser incluída no segundo setup, deixando
F6 e F15 para serem usinadas no mesmo setup, minimizando erros de macrogeometria.
Verifica-se também a presença de features secundárias em uma das superfícies de fixação externa
(lado direito), fazendo com que estas features (primária e secundária) sejam usinadas no segundo
setup. Assim no primeiro setup, usina-se o lado que não contêm features secundárias, no caso de
ocorrerem em um superfície de fixação. O algoritmo (12) sintetiza esta ocorrência.
A determinação dos grupos de features para cada setup leva em conta algumas restrições que têm
um peso específico (fig. 8.2), segundo sua importância relativa, sendo elas:
• Tolerâncias de posição, localização, orientação e batimento: peso 10 e peso -10 (se a feature
referência não está presente no grupo);
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
150
Figura 8.2: Posicionamento das linhas delimitadoras (LDs) em antes de depois das features F6 e F39
e valor dos pesos de F1-F6.
• Fixação em uma feature de referência da peça: peso 0,8;
• Geometria escalonada uniformemente, crescente ou decrescente, evitando mergulho e ferra-
menta esquerda: peso 0,8 para crescente (diâmetro seguinte maior que o anterior) e -0,8 para
decrescente (diâmetro seguinte menor que o anterior);
• Usar mesma ferramenta: peso 0,8
• Qualidade superficial (1µm) ou dimensional apertado (IT 7): peso 0,8
• Tolerância de forma: peso 0,8
O valor dos pesos foram definidos após alguns testes, sendo 10 para features de tolerâncias de posição,
localização, orientação e batimento e 0,8 para as demais restrições. Nada impede a definição de
valores diferentes para os pesos, desde que se preserve o valor relativo entre as features de tolerâncias
com as demais restrições, indicando a sua importância no agrupamento de features, numa relação de
pelo menos 10:1.
A partir do peso destas restrições, analisa-se os vários casos possíveis em relação ao posiciona-
mento da LD, fazendo um somatório das restrições de uma feature de projeto para a sua sucessora,
verificando assim os relacionamentos entre features com relação aos aspectos geométricos e não-
geométricos, como tolerâncias de posição, orientação, batimento, forma, dimensional e rugosidade,
bem como associando aspectos de movimentação de ferramentas (cut-in e cut-out), grooves com-
plexos, splines e geração de superfícies intermediárias.
O algoritmo para identificação da lista de features de projeto (grupos de features) que serão usi-
nadas em cada setup da peça é executado a partir de uma varredura no vetor que contém a biblioteca
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
151
de features da peça, buscando identificar os relacionamentos que ocorrem entre features e na própria
feature, quantificando estes relacionamento (inter e intra features) que estão à esquerda e à direta da
LD analisada. A análise é conduzida varrendo a feature até LD, do início para o final do vetor que
contém a biblioteca de features, e vice-versa. A opção que obter o maior índice, após somatório, será
escolhida como o grupo de features por setup.
A seguir é apresentado o cálculo deste índice associado as duas LDs colocadas antes e depois da
feature F6 na peça exemplo (fig. 8.2), correspondendo ao case 3 do algoritmo (11):
case 3 (LD em F6: região externa)
de F1 ao final de F6 (inclui F6): F
1a6
=
n
i=1
F
i
n
=
6
i=1
0,8+0,8−0,8+0,8+0,8+0,8−10
6
= −1, 13
de F1 ao final de F5 (exclui F6): F
1a5
=
n
i=1
F
i
n
=
5
i=1
0,8+0,8−0,8+0,8+0,8
5
= 0, 48
Assim a melhor opção, segundo o método, é a opção de F1 a F5, para o primeiro grupo de features
da região externa. Logo o segundo grupo será constituído pelas features de F6 a F20. Em F6 há um
datum (A) para uma tolerância de concentricidade. Por este motivo aparece a penalidade (-10), pois
a features de tolerância não está presente neste grupo.
Fazendo a mesma análise para as features internas, tem-se que a melhor opção de agrupamento de
features internas é agrupar todas as features, de F22 a F39, em um mesmo setup. Não há relaciona-
mento de tolerâncias entre as features internas e externas.
A peça bruta é do tipo barra sólida. Tem-se uma feature secundária na feature F20, rosca, no lado
direito da peça. Assim a F20 deverá ser usinada no Setup2. As features internas deverão ser usinadas
no Setup2, pois a peça deve ter um escalonamento decrescente da direita para esquerda, para facilitar
a usinagem interna da peça.
Abaixo é apresentado o workplan, que descreve o número de setups da peça (Setup1 e Setup2),
ordem de setups, a lista de features de projetos associadas a cada setup e as superfície de fixação:
#1=workplan principal (#2,#3);
#2=workplan blank (#4);
#3=workplan peça_acabada (#5);
#4=Setup1 (F1-F5, fixado no diâmetro 85 mm);
#5=Setup2 (F6-F22 (features externas) e F23-F39 (features internas), fixado em F2);
8.2.3 Decomposição Orientada à Operações
Tendo-se determinado o agrupamento de features de projeto para cada setup, inicia-se a terceira
etapa do mapeamento de features de projeto para features de usinagem, através da decomposição
baseada em operações, determinando-se os volumes de material a serem removidos da peça bruta até
a acabada.
Para cada setup, determina-se as alternativas de operações e ferramentas associadas, para usi-
nagem de determinada feature de torneamento ou de usinagem. Inicialmente, determina-se o plano
de processo para a região externa, operações de desbaste e de acabamento, levando em conta a peça
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
152
Figura 8.3: Roteamento para o Setup1 e Setup2 da peça exemplo, relacionando as features de projeto
(F1 - F39), sendo representado na ordem inversa.
bruta e a geometria do perfil (peça acabada) para as features de projeto consideradas. A seguir o
procedimento é executado para a região interna da peça e por último para operações de Eixo C.
A partir da biblioteca de features de projeto normalizada, que tem a identificação das features
do tipo groove complexo, SplineVirtual e TurningFeatures, e de um roteamento padrão (figura 6.11)
para operações externas e internas, busca-se um relacionamento entre as Machining_features e as
Turning_features com as operações de usinagem de acordo com o roteamento fixo definido. Em
função das Machining_features e Turning_features presentes na peça, um determinado caminho no
grafo de precedência de operações (figura 6.11) será seguido.
O problema da decomposição orientada à operação está relacionado à associação dos volumes de
usinagem, composto por uma lista de features de torneamento (Turning_features), groove complexo
(outra lista de features), thread, spline, recartilhado, face, furo, cavidade, rasgo de chaveta, entre ou-
tras features; e para cada um destes volumes deve-se associar as operações de usinagem e alternativas,
definindo um Machining_workingstep ou um Turning_workingstep. O roteamento de operações inicia
com faceamento do lado esquerdo ou direito da peça, onde será definido o Zero Peça (ZP) associado
à usinagem; ou com uma operação de furação concêntrica, seguido por faceamento.
Sempre que houver um canal largo (largura ≥20 mm), identificado no procedimento de normaliza-
ção da biblioteca de features de projeto, pode-se utilizar como alternativas de usinagem ferramentas
esquerda e direita (zig-zag), ferramenta de sangramento ou deixar uma superfície intermediária no
Setup1 e a sua usinagem no Setup2, por exemplo, com a mesma ferramenta. As estratégias de movi-
mentação de ferramenta associadas à Groove Complexo (canal largo), são as mais complexas de se
tratar.
Em função da tolerância dimensional e da rugosidade pode-se usar a mesma ferramenta para
operações de desbaste e acabamento. O sobrematerial a ser deixado de uma operação de desbaste
para semi-acabamento e acabamento será obtido de tabelas de sobrematerial, e estes valores variam
em função do IT (intervalo de tolerância) e da dimensão da feature de usinagem, associado à uma
determinada operação de usinagem. Assim cada Workingstep terá um sobrematerial associado.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
153
Os volumes de material a serem removidos são associados sempre que possível aos ciclos fixos do
fabricante, no caso o centro de torneamento Romi Galaxy 15M com CNC Fanuc 18i-ta, já descritos
no capítulo 7. Os ciclos fixos mais utilizados em operações de desbaste associado a um perfil da peça
acabada, são o G71, G75, G72 e G73. Para operação de acabamento utiliza-se o ciclo fixo G70.
A figura 8.3 apresenta o roteamento da peça exemplo para o Setup1 e o Setup2 na ordem inversa
(perfil da peça acabada para o blank), sendo necessário prever um sobrematerial entre uma operação
e outra.
As features de usinagem e torneamento, designadas de Ft e Fu, são obtidas por mapeamento da
visão de projeto para usinagem. Para cada setup (Setup1 e Setup2) ter-se-á as Ft e Fu associadas aos
volumes de usinagem e operações de usinagem, onde pode-se ter várias alternativas. A figura 8.4 a-
presenta os volumes de usinagem da peça exemplo, associados ao roteamento definido anteriormente,
para os dois setups.
Para o Setup1 tem-se os seguintes sub-volumes de material a serem removidos: Vol1.1, Vol1.2,
Vol1.3, Vol1.4 e Vol1.5, associados ao roteamento de operações apresentado na figura 8.3. Para o
Setup2 tem-se os sub-volumes: Vol2.1, Vol2.2, Vol2.3, Vol2.4, Vol2.5, Vol2.6 e Vol2.7, associados ao
roteamento de operações apresentado na figura 8.3.
Pode-se ter outros sub-volumes associados à outras operações de usinagem, definindo assim al-
ternativas de operações/sub-volumes, ou seja, Machining_Workingsteps e Turning_Workingsteps al-
ternativos.
Para efeito de otimização, deve-se minimizar a movimentação de ferramenta em vazio e maxi-
mizar a remoção de cavaco associados aos sub-volumes de material a serem removidos e às operações
de usinagem (torneamento longitudinal ou transversal). O roteamento mais eficaz para torneamento
(movimentação longitudinal) ocorre quando a dimensão Z≥X . Quando X > Z o faceamento (movi-
mentação transversal) é mais eficaz. Assim pode-se reduzir as alternativas de roteamento apresentado
na figura 7.6, para um roteamento com menos alternativas entre sub-volumes diferentes para facea-
mento e torneamento (figura 6.11), levando em conta a relação
Z
X
das dimensões características do
volume de usinagem.
8.3 Determinação dos Workingsteps de Usinagem e de Tornea-
mento com Alternativas
Para cada feature de usinagem determinada e relacionada a uma operação de usinagem genérica, con-
forme apresentado no roteamento de peças, são associadas as alternativas de operação de usinagem,
segundo a abordagem descrita nos grafo E/OU, já detalhada no capítulo 7 para cada tipo de feature.
No caso da peça exemplo, tem-se alternativas de operações associadas às features de usinagem,
que são representadas por uma tabela de Workingsteps e por um grafo E/OU associado, elaborado a
partir do roteamento de operações, para o Setup1 e Setup2. A tabela 8.1 apresenta os Workingsteps
associados a peça exemplo, descrevendo as features de usinagem, volumes de usinagem e operações
de usinagem.
A figura 8.5 mostra o plano de processo não-linear, apresentando os Workingsteps (W
ID
) através
de um grafo E/OU. Por exemplo, Fu1.3 e V2.5 definem a identificação da feature de usinagem e do
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
154
Figura 8.4: Volumes de usinagem associados à peça exemplo.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
155
Tabela 8.1: Tabela Workingsteps de torneamento e usinagem (W
ID
).
W
ID
Feature_Projeto (F) Feature_usinagem (Fu) Volume_Usinagem (V) Operação de Usinagem
1 F1 Face - Fu1.1 Face - V1.1 Faceamento - G75
2 F2-F5 OD - Fu1.2a OD - V1.2a Tornear Desbaste - G71 Tipo I
3 F2-F5 OD - Fu1.2b OD - V1.2b Tornear Desbaste - G71 Tipo II
4 F2-F5 OD - Fu1.3 OD - V1.3 Tornear Acabamento - G70
5 F3-F5 Groove - Fu1.4a Canal Longo - V1.4a Tornear G71 Tipo II e G70
6 F3-F5 Groove - Fu1.4b Canal Longo - V1.4b Tornear Zig-Zag - Manual
7 F3-F5 Groove - Fu1.4c Canal Longo - V1.4c Sangramento - G72 e G70
8 F3-F5 Groove - Fu1.4d Canal Longo - V1.4d Tornear Intermediário - Setup2
9 F39 ID - Fu1.5 Furo - V1.5 Furação - G83
10 F23 Face - Fu2.1 Face - V2.1 Faceamento - G75
11 F6-22 OD - Fu2.2a OD - V2.2a Tornear Desbaste - G71 Tipo I
12 F6-22 OD - Fu2.2b OD - V2.2b Tornear Desbaste - G71 Tipo II
13 F6-22 OD - Fu2.3 OD - V2.3 Tornear Acabamento - G70
14 F18-20 Groove Externo- Fu2.4a Canal Longo - V2.4a Tornear G71 Tipo II e G70
15 F18-20 Groove Externo- Fu2.4b Canal Longo - V2.4b Tornear Zig-Zag - Manual
16 F18-20 Groove Externo- Fu2.4c Canal Longo - V2.4c Sangramento - G72 e G70
17 F13-15 Groove Externo- Fu2.5 Canal Curto - V2.5 Sangramento - G75
18 F21 Rosca - Fu2.6 Rosca - V2.6 Rosqueamento - G76
19 F24-39 ID - Fu2.7a ID - V2.7b Tornear Desbaste - G71 Tipo I
20 F24-39 ID - Fu2.7b ID - V2.7b Tornear Desbaste - G71 Tipo II
21 F24-39 ID - Fu2.8 ID - V2.8 Tornear Acabamento - G70
22 F29-31 Groove Interno- Fu2.9a Canal Longo - V2.9a Tornear G71 Tipo II e G70
23 F29-31 Groove Interno- Fu2.9b Canal Longo - V2.9b Sangramento - G72 e G70
24 F29-31 Groove Interno- Fu2.9c Canal Longo - V2.9c Tornear Zig-Zag - Manual
25 F35-35 Groove Interno - Fu2.10 Canal Curto - V2.10 Sangramento - G75
26 F27 Rosca Interna - Fu2.11 Rosca Interna - V2.11 Rosqueamento - G76
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
156
Figura 8.5: Grafo E/OU de workingsteps associado à peça exemplo.
volume de usinagem associado, sendo Fu1.3 a feature 3 do Setup1 e V2.5 o volume 5 do Setup2.
O Workplan principal (início Workplan) é dividido em dois Workplans para o Setup1 e Setup2,
representado no grafo E/OU. Para o Workplan Início Setup1 tem-se a representação da sequência de
Workingsteps (tabela 8.1). Para Workplan Início Setup2, tem-se os Workingsteps de região externa e de
região interna, mostrando a sequência de operações de usinagem e suas alternativas. Este grafo E/OU
é montado a partir das informações da tabela 8.1, permitindo a apresentação do plano de processo
não-linear.
8.3.1 Macroplanejamento: Algoritmos e Estruturas para Determinação do
Roteamento
São determinados os roteamentos para o Setup1 e Setup2, realizado através do algoritmo macroplane-
jamento, que define a partir do roteamento padrão o plano de usinagem de cada operação associada
aos Workingsteps, conforme o algoritmo (13).
As informações associadas às operações de acabamento são geradas antes que o desbaste, trabalhando-
se na ordem inversa, do perfil final da peça para o blank. Ao final do procedimento, determina-se a
ordem correta, ou seja, do blank para a peça acabada (desbaste para acabamento). Cada região de
usinagem (região externa, região interna e Eixo C) tem as operações que são reconhecidas e deter-
minadas através do algoritmo (14), que sintetiza a geração do plano de processos para cada região
da peça. Por exemplo, um PlanoRegiãoInternaDesbaste associado a uma peça poderá ter um plano
para groove complexo (desbaste e acabamento) seguido por um plano para Spline Virtual (desbaste e
acabamento).
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
157
Algoritmo 13 Estrutura para algoritmo macroplanejamento.
MacroPlanejamento();
RoteamentoPadrão();
PlanoRegiãoInternaAcabamento();
PlanoRegiãoInternaDesbaste();
PlanoRegiãoExternaAcabamento();
PlanoRegiãoExternaDesbaste();
PlanoFuraçãoCorrelatasAxial();
PlanoFuraçãoCorrelatasRadial();
PlanoFresamentoAxial();
PlanoFresamentoRadial();
Algoritmo 14 Algoritmos para atividade de macroplanejamento de operações de usinagem.
RoteamentoPadrão();
análiseTolerânciaDimensional();
análiseRugosidade();
análiseTolerâciasFormaPosição();
definiçãoSobreMaterial();
PlanoRegiãoInternaAcabamento();
planoAlargador();
planoRosqueamento();
planoTorneamentoAcabamento();
planoFaceamentoAcabamento();
planoPerfilamentoAcabamento();
planoGrooveComplexoAcabamento();
planoSplineVirtualAcabamento();
PlanoRegiãoExternaAcabamento();
planoRosqueamento();
planoRecartilhamento();
planoTorneamentoAcabamento();
planoFaceamentoAcabamento();
planoPerfilamentoAcabamento();
planoGrooveComplexoAcabamento();
planoSplineVirtualAcabamento();
PlanoRegiãoInternaDesbaste();
planoGrooveSimples();
planoGrooveComplexo();
planoFuraçãoAxial();
planoTorneamentoDesbaste();
planoFaceamentoDesbaste();
planoPerfilamentoDesbaste();
planoGrooveComplexoDesbaste();
planoSplineVirtualDesbaste();
PlanoRegiãoExternaDesbaste();
planoGrooveSimples();
planoGrooveComplexo();
planoCortePeça();
planoTorneamentoDesbaste();
planoFaceamentoDesbaste();
planoFaceamentoDesbaste();
planoPerfilamentoDesbaste();
planoGrooveComplexoDesbaste();
planoSplineVirtualDesbaste();
PlanoFuraçãoCorrelatosAxial();
planoFuraçãoAxial();
planoAlargadorAxial();
planoRosqueamentoMachoAxial();
PlanoFuraçãoCorrelatosRadial();
planoFuraçãoRadial();
planoAlargadorRadial();
planoRosqueamentoMachoRadial();
PlanoFresamentoRadial();
planoFresamentoRadialHelicoidal();
planoFresamentoRadialCoordenadaCilindica();
planoChanfrarEscareadorRadial();
PlanoFresamentoAxial();
planoFresamentoAxialCircular();
planoFresamentoAxialCoordenadaPolar();
planoChanfrarEscareadorAxial();
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
158
8.3.2 Microplanejamento: Algoritmos e Estruturas para Determinação das
Operações de Usinagem
Os algoritmos e estruturas concebidos para o microplanejamento das operações de usinagem são sin-
tetizados nos algoritmos (15) e (16), que apresentam a relação de métodos para gerar o planejamento
detalhado de cada operação de usinagem, determinada pelo macroplanejamento. Cada operação de
usinagem é vista como uma classe (POO), que tem associada diversos métodos para executar as ativi-
dades de planejamento do processo.
Para cada operação determinada no macroplanejamento, que gerou um plano de operação de usi-
nagem, faz-se um microplanejamento da operação determinando o perfil necessário para remoção de
material (sobrematerial), condições de usinagem, estratégias de movimentação de ferramenta, cálculo
de tempos e custos e código G. Por exemplo, um microplanejamento para operações de usinagem em
uma Spline Virtual poderá utilizar um ciclo fixo G71 tipo II ou G72 para desbaste, seguido de G70
para acabamento.
8.3.3 Montagem dos Turning_workingsteps e Machining_workingsteps
As operações de usinagem são associadas às features de usinagem ou torneamento (volumes de usi-
nagem), constituindo assim os Machining_workingsteps e os Turning_workingsteps, respectivamente.
As features de usinagem e torneamento podem ser associadas a uma ou mais operações de usinagem,
e cada par defini um Workingstep
4
para esta associação. Pode-se ter várias alternativas de operações
associadas à uma feature de usinagem, definindo alternativas de Workingstep para dada feature. As-
sim uma mesma feature de usinagem (volume a ser removido) pode ter uma relação de um para
“n” ope-rações (vetor), definindo uma relação de cardinalidade de 1 para “n”, sendo sua estrutura
apresentada no algoritmo (17).
8.4 Determinação e Representação da Seqüências de Operações
por Setup
Para cada setup, Setup1 e Setup2, deve-se montar uma matriz de precedência associada a um grafo
de precedência de features de usinagem e determinar a melhor seqüências de usinagem, baseado nos
algoritmos descritos no item anterior.
Para operações de torneamento, a precedência está associada ao roteamento de operações ado-
tado. Este roteamento é baseado em restrições associadas à tolerâncias (macrogeometria, rugosidade
e dimensional), tecnologia de usinagem e custo; e foi determinada na atividade de mapeamento de
features focada em features de torneamento. Features de Eixo C, associadas às operações de furação
e fresamento axial e radial, tem mapeamento 1 para 1 (1=>1).
Após a conclusão do mapeamento têm-se disponível os Workingsteps, que levam em conta as
alternativas de operações para remover determinado sub-volume de material da peça. Baseado no
4
Workingstep será a designação genérica para Machining_workingstep ou para um Turning_workingstep.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
159
Algoritmo 15 Estruturas para microplanejamento de operações de usinagem.
OperaçãoAlargadorRadial();
gerarPerfilFuroAlargado();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG85();
OperaçãoFuraçãoRadial();
acharFeatureFuro();
gerarPerfilFuroRadial();
OselecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG87();
OperaçãoRosqueamentoMachoRadial();
gerarPerfilFuroMachoRadial();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGM60M29();
OperaçãoRecartilhado();
acharFeatureRecartilhado();
gerarPerfilRecartilhado();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG75();
OperaçãoTorneamentoAcabamentoInternoExterno();
OperaçãoPerfilamentoAcabamentoInternoExterno();
OperaçãoFaceamentoAcabamentoInternoExterno();
OperaçãoGrooveComplexoAcabamentoInternoExterno();
OperaçãoSplineVirtualAcabamentoInternoExterno();
acharFeaturesAcabamento();
gerarPerfilAcabamento();
especificarOperaçãoAcabamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG70();
OperaçãoAlargadorAxial();
Diâmetro_Furo ≤ Diâmetro_Limite_Barra_Mandrilar;
gerarPerfilAlargador();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG85();
OperaçãoGrooveComplexoDesbasteInternoExterno();
OperaçãoSplineVirtualDesbasteInternoExterno();
gerarPerfilGrooveComplexo();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG71TipoII();
gerarCódigoGCicloFixoG72();
gerarCódigoGManual();
OperaçãoTorneamentoDesbasteInternoExterno();
acharListaFeaturesTorneamento();
gerarPerfilTorneamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG71TipoI();
gerarCodigoGCicloFixoG71TipoII();
gerarCódigoGManual();
OperaçãoPerfilamentoDesbasteInternoExterno();
acharListaFeaturesUnidirecional();
gerarPerfilTorneamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG73();
gerarCódigoGManual();
OperaçãoFaceamentoDesbasteInternoExterno();
acharListaFeaturesTorneamento();
gerarPerfilFaceamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG72();
gerarCodigoGCicloFixoG75();
OperaçãoFresamentoRadialHelicoidal();
OperaçãoFresamentoAxialCircular();
acharFeatureUsinagem();
gerarPerfilFresamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGManual();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGManualG07.1();
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
160
Algoritmo 16 Estruturas para microplanejamento de operações de usinagem.
OperaçãoChanfrarEscareadorRadial();
OperaçãoChanfrarEscareadorAxial();
acharFeatureUsinagem();
gerarPerfilFresamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGManual();
OperaçãoFresamentoRadialCoordenadaCilíndrica();
acharFeatureUsinagem();
gerarPerfilFresamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGManualG07.1();
OperaçãoFuraçãoAxial();
acharMenorDiâmetro();
gerarPerfilFuro();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas()
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG83();
OperaçãoFresamentoAxialCoordenadaPolar();
acharFeatureUsinagem();
gerarPerfilFresamento();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGManualG12.1();
OperaçãoGrooveSimplesInternoExterno();
OperaçãoCortePeça();
Largura_Canal_Curto ≤ 10 mm;
gerarPerfilGroove();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG75();
OperaçãoGrooveSimplesInternoExterno();
OperaçãoCortePeça();
Largura_Canal_Curto \leq 10 mm;
gerarPerfilGroove();
selecionarFerramentas();
calcularCondiçõesUsinagemOtimizadas();
calcularTempoCusto();
gerarCodigoGCicloFixoG75();
Algoritmo 17 Estrutura Workingstep.
Workingstep();
featureDoWorkingstep : featureDeUsinagem();
operaçãoDeUsinagem : operaçãoDeUsinagem[] ();
planoDeAproximação();
planoDeSegurança();
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
161
Figura 8.6: Grafo de precedência de features de usinagem associado aos Workingsteps.
macroplanejamento de usinagem monta-se um grafo de precedência de features ou de Workingsteps
(fig. 8.6), e determina-se pelo algoritmo da matriz de acessibilidade (capítulo 7.3), a seqüências
ótima de operações a ser seguida, incluindo também operações de fresamento e furação associadas às
features de Eixo C, que também apresentam um roteamento pré-estabelecido em função das features
presentes, podendo o método ser aplicado a qualquer processo de fabricação.
A matriz de acessibilidade, que é obtida da matriz adjacente, é uma forma utilizada para represen-
tar os relacionamentos entre as features de usinagem e torneamento (Workingsteps) através de uma
representação matricial, que é facilmente implementado computacionalmente.
A partir do grafo de precedência de features de usinagem para o Setup1 e Setup2 (fig. 8.6), define-
se o grafo E/OU que no caso da peça exemplo é apresentado na figura 8.5.
8.5 Estratégias para Geração de Trajetórias de Ferramentas
Utiliza-se estratégias para geração de trajetórias de ferramentas baseadas nos ciclos fixos de tornea-
mento e furação definidos para o CNC Fanuc 18i-ta, a partir dos volumes de usinagem determinados
no microplanejamento e a sua associação com as operações de usinagem, definindo os Workingsteps
de torneamento ou de usinagem, baseando-se em:
Região Interna e Externa: ferramenta de torneamento
1. Features primárias (OD, ID e faces) e transição (round, chanfro e filete): lista de features de
projeto que serão usinadas (Turning_workingstep);
2. Feature primária: groove complexo (Turning_workingstep);
3. Feature primária: groove simples (Machining_workingstep);
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
162
4. Feature primária: splinevirtual (Machining_workingstep);
5. Feature secundária: rosca e recartilhado (Machining_workingstep).
Eixo C: ferramenta rotativa axial ou radial
1. Features primárias de fresamento: canal, rasgo de chaveta, face plana, slot, cavidade (Machin-
ing_workingstep)
2. Features primárias de furação: furos e padrão de furação (Machining_workingstep);
3. Feature secundária: furo em uma cavidade ou slot (Machining_workingstep);
4. Feature secundária: rosca em um furo (Machining_workingstep);
5. Feature secundária: escareado em um furo (Machining_workingstep).
Workingsteps: definem as operações sobre as features de usinagem que irão gerar as features de
projeto, sendo mapeados na maioria da vezes para ciclos fixos.
Roteamentos padrões (pré-definidos): workplan não-linear
1. Ferramentas de torneamento: furar + facear + tornear + sangrar + recartilhar + rosquear;
2. Ferramentas rotativas: fresar + furar + escarear + alargar + rosquear.
Poliforma: vértice de todos os pontos da peça bruta e da peça acabada.
Sobrematerial: definir sobrematerial para cada operação baseado em tabelas de sobrematerial.
Ciclo fixo: cada ciclo fixo tem estratégia própria de movimentação de ferramenta, devendo esta ser
atendida.
Plano de segurança da peça: definido nos Eixos X e Z, sendo acréscido 5 mm para a maior dimensão
da peça.
Plano de aproximação do Workinstep:
1. definido nos Eixos X e Z, sendo acréscido 5 mm para a maior dimensão associada à geometria
da feature de usinagem do Workingstep considerado;
2. Pode-se associar o plano de aproximação do Workingstep ao plano de segurança de cada Wor-
kingstep ao invés da peça.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
163
Algoritmo 18 Estratégia para movimentação de ferramenta associada aos Workingsteps utilizando
ciclos fixos.
Posiciona no plano de segurança da peça em avanço rápido;
Desloca para o plano de aproximação do Workingstep em avanço rápido;
Chama definição do ciclo fixo de desbaste (G71 - W2);
Posiciona em avanço rápido no início do posicionamento de usinagem, já estando dentro do ciclo fixo G71;
Em avanço programado (interpolação linear ou circular) inicia-se a definição de movimentação
para a ferramenta percorrer o perfil da peça, associado a feature de torneamento do workingstep;
Após definição do perfil da peça, chama-se o ciclo fixo de acabamento (G70 - W3);
Ao concluir a usinagem, a ferramenta é posicionada no plano de aproximação do workingstep (avanço rápido);
Figura 8.7: Definição Zero Peça (ZP) no Setup1, peça exemplo.
Para operações de fresamento (Eixo C) e em algumas alternativas de operações com ferramentas de
torneamento, principalmente em canais largos (grooves complexos) necessita-se gerar toda a movi-
mentação de ferramenta de forma manual, ou parte dela. Na usinagem de canais através de movimen-
tação zig-zag, é necessário fazer a movimentação de forma manual. O mesmo ocorre com superfícies
intermediárias, que pode necessitar de uma ferramenta esquerda no mesmo setup ou usar a mesma
ferramenta no segundo setup, na usinagem da superfície intermediária.
8.5.1 Primeiro Setup: Setup1
O Zero Peça (ZP) é definido no lado esquerdo da peça (figura 8.7), na proximidade da superfície
de apoio no lado da castanha, onde a peça está apoiada e fixada na castanha. A peça bruta tem as
seguintes dimensões, levando em conta o sobrematerial para todas as operações:
Zmax = 80 (peça) + 2,5 (faceamento) + 2,5 (faceamento) = 85 mm
Xmax = 75 (peça) + 2,5 ( torneamento desbaste) + 1,8 (torneamento acabamento) = 79,3 mm
Tem-se um barra sólida (tarugo) em estoque de 80 mm de diâmetro. Logo o blank terá 80 mm de
diâmetro e 85 mm comprimento.
A definição do ZP no Setup1 é realizado através da função G54 (figura 8.7), devendo-se subtrair
a dimensão 82,5 mm, quando da atribuição do zero peça, deixando um sobrematerial de 2,5 mm para
o Setup2. Os dois ZP são definidos no lado esquerdo da peça.
Na peça exemplo as movimentações são executadas através de ciclos fixos (tabela 8.1), que devem
obedecer a seqüência de definição descrita no algoritmo (18), tomando como exemplo a utilização de
G71 tipo I e G70 (torneamento desbaste e acabamento), para o Turning_workingstep (W2 e W3),
associado aos volumes de usinagem V1.2 e V1.3. Os ciclos fixos do Setup1 são apresentados na
tabela 8.1.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
164
8.5.2 Segundo Setup: Setup2
No Setup2 a fixação é feita na feature de projeto F2, e o ZP é definido na face do lado esquerdo. A
definição do ZP no Setup2 é realizada através da função G55, sendo a dimensão Z=82,5 mm, quando
da atribuição do zero peça, deixando um sobrematerial de 2,5 mm para iniciar a usinagem. O diâmetro
de fixação é de 73 mm, sendo a peça fixada no segundo degrau do modelo geométrico da castanha,
que corresponde ao diâmetro de 75 mm.
A estratégia de movimentação de ferramenta é baseada apenas em ciclos fixos, como ocorreu no
Setup1. Os ciclos fixos do Setup2 são apresentados na tabela 8.1.
8.6 Determinação das Ferramentas de Corte
Para cada Workingstep faz-se a seleção das prováveis ferramentas de corte a serem utilizadas através
de uma consulta ao banco de dados de ferramenta, que é constituído por dados sobre insertos, porta-
ferramentas e ferramentas já montadas. Cada operação de corte tem três tabelas associadas às infor-
mações sobre a ferramenta
5
: tabela insertos, tabela porta-ferramentas e tabela ferramentas montadas.
Em função do tipo de material da peça e das classes das pastilhas Sandvik compatível com o
material da peça disponível na base de dados, elege-se os possíveis candidatos a insertos. Têm-se
alternativas de ferramentas para serem utilizadas em cada Workingstep. No banco de dados estão
cadastradas 50 porta-ferramentas com geometrias diferentes, 18 tipos de diferentes insertos e 30 tipos
de ferramentas rotativas, estando disponíveis para serem utilizados na fabricação das peças.
8.6.1 Ferramentas Para Torneamento Geral, Sangramento e Rosqueamento
A seleção do formato da pastilha necessária é função do ângulo de posição e das exigências de aces-
sibilidade e versatilidade. Nas operações externas e internas para operações de torneamento geral
(torneamento, faceamento, perfilamento e mergulho) têm-se cadastrado formatos de pastilhas C (80
◦
),
D (55
◦
), W (80
◦
), R (circular) e V (35
◦
) e diversas geometrias de porta-ferramentas externos e internos
(barras de mandrilar). Tem-se várias opções de ferramentas para corte e ranhuramento (sangramento),
bem como para rosqueamento.
Para operações de torneamento geral de acabamento (f= 0,1 - 0,3 mm/rot e a
p
= 0,5 - 2,0 mm),
semi-acabamento ou desbaste leve (f= 0,2 - 0,5 mm/rot e a
p
= 1,5 - 5,0 mm) e desbaste (f= 0,5 - 1,5
mm/rot e a
p
= 5 - 15 mm), pode-se recomendar o tamanho da pastilha, caracterizado pelo tamanho do
comprimento da aresta de corte, podendo variar em função do formato da pastilha de 6 a 32 mm. As
pastilhas com menor comprimento de aresta, ou seja menor tamanho, devem ser usadas em operações
de acabamento, já as maiores são usadas em operações de desbaste. Assim, o tamanho da pastilha
é um parâmetro importante para definir a aplicação da mesma em desbaste ou acabamento. Maior
o ângulo do gume da pastilha (C ou S) implica em uma aplicação mais adequada para desbaste que
acabamento.
5
Têm-se ferramentas para torneamento e ferramentas rotativas contemplando as operações de torneamento, sangra-
mento, corte, rosqueamento, recartilhamento, furação, alargamento, escareamento, rosqueamento com macho rígido e
fresamento.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
165
Figura 8.8: Chaves de código do porta-ferramenta DDJNR/L (SANDVIK, 2003).
Tabela 8.3: Operações de usinagem modeladas na decomposição orientada à operação.
Código_Porta-Ferramenta Tornear_Sentido Facear Chanfro κ
r
(Cut-out) Mergulho (Cut-in)
DDJNL esquerda +90 null 93 ≤ 27
DCKNL null - 90 15 75 null
DWLNL esquerda ± 90 null 63 null
Utiliza-se a chave de código adotada pela SANDVIK (2003) para designação dos insertos, sendo
constituído por 12 símbolos para ferramentas de torneamento. Para o porta-ferramentas, operações
de torneamento externo, adota-se a chave de código Sandvik formada por 13 símbolos, sendo que o
primeiro campo da chave de código do inserto deve coincidir com o terceiro campo da chave do porta-
ferramenta (formato da pastilha). O quarto campo (tipo de suporte) define o ângulo de posição κ
r
,
que está associado ao campo três (formato da pastilha), estabelecendo as direções e sentidos possíveis
para a usinagem, permitindo a seleção da ferramenta (porta-ferramenta) para determinada geometria
da peça.
As informações, relativas as direções e sentidos de usinagem estão disponíveis na base de dados de
ferramentas. Por exemplo a chave de código do porta-ferramenta DDJNL e seu significado é mostrada
na figura 8.8. Esta ferramenta pode executar operações de torneamento para esquerda, faceamento
saindo da peça (cut-out, 90
◦
) e mergulho (cut-in) com ângulo de abordagem para geometria da peça
com conicidade ≤27
◦
. Assim ter-se-á na base de dados, relativo aos campos associadas às direções
de usinagem, a representação destas direções e sentidos que podem ser usinadas na peça, descrito na
tabela 8.3.
Estas informações permitem a seleção automatizada das alternativas de ferramental que poderão
ser utilizadas por determinado Workingstep. Um exemplo de consulta à base de dados em linguagem
SQL é:
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
166
SELECT código_porta_ferramenta FROM tabela_porta_ferramenta WHERE mergulho ≤ 25 AND
torneamento_sentido = esquerda AND cut_out ≤ 90
Neste caso serão selecionados todos os códigos de porta-ferramentas que apresentem ângulo de mer-
gulho (cut-in) ≤ 25, torneamento_sentido = esquerdo e κ
r
(cut_out) ≤ 90. No caso o porta-ferramenta
DDJNL seria selecionado como uma das opções de ferramental. O resultado da seleção de ferramen-
tas são armazenadas em uma lista (vetor) contendo as ferramentas que poderão ser utilizadas neste
Workingstep.
Como exemplo pode-se utilizar a feature de usinagem Fu2.9, região interna (figura 8.4), associada
a reentrância, canal largo (groove complexo), onde uma possível barra de mandrilar (porta-ferramenta)
tem o seguinte código com chave da ferramenta: A16R-SVULC11-ER.
No caso de operações internas é necessário, inicialmente, pesquisar se o diâmetro da barra (se-
gunda posição do código) é menor que o diâmetro da peça, no caso é 32 mm. A profundidade da
cavidade, reentrância, não pode ser superior à profundidade máxima de corte que a ferramenta per-
mite, pra evitar interferência e choque com a peça. No caso a profundidade máxima de usinagem será
de 5 mm (diâmetros 50-40 mm).
A seguir verifica-se as direções e ângulos de abordagem necessários. No caso tem-se uma conici-
dade à esquerda (cut-out) e à direita (cut-in) da reentrância de 45
◦
, sendo necessário selecionar uma
ferramenta que execute uma operação de perfilamento com capacidade de acessar esta geometria. Para
a seleção do código da ferramenta, a seguinte consulta deve ser feita ao sistema de gerenciamento de
base de dados MySQL:
SELECT código_barra_mandrilar FROM tabela_barra_mandrilar WHERE diâmetro_barra≤ 32 AND
mergulho ≤ 45 AND torneamento_sentido = esquerdo AND cut_out ≤ 45 AND profundidade
≥ 5
As ferramentas a serem utilizadas são selecionadas a partir do ângulo de posição necessário e das
exigências de acessibilidade e versatilidade (SANDVIK, 2003). Deve-se selecionar o maior ângulo
de ponta adequado à pastilha (operação de desbaste), levando em conta a resistência e a econômia,
quando o requisito de acessibilidade e versatilidade não são prioritários, ao contrário do que ocorre
em uma operação de perfilamento, com cut-in e cut-out.
Para a peça exemplo, considerando os workingsteps W
11
(Fu2.2a) e W
13
(Fu2.3), opta-se por
pastilhas D, W ou V. Não há restrição com relação ao ângulo de abordagem, pois não há cut-in ou
cut-out para os Workingsteps considerados, que irão utilizar-se de estratégias de movimentação de
ferramenta baseadas nos ciclos fixos G71 Tipo I e G70. Escolhe-se sempre que possível o porta-
ferramenta com κ
r
próximo de 90
◦
(menor força), podendo-se escolher também a mesma pastilha
para a operação de desbaste e de acabamento.
Para os Turning_workingsteps W
11
(Fu2.2a) e W
13
(Fu2.3), peça exemplo, têm-se as seguintes
alternativas de porta-ferramenta:
desbaste: DWLNL 2020K06 (usinagem média)
acabamento: DDJNL 2020K15 (acabamento)
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
167
perfilamento: DVJNL 2020K16
Caso uma das alternativas de ferramental já esteja montada na torre da máquina, esta será a fer-
ramenta selecionada. Assim seleciona-se o porta-ferramenta DWLNL 2020K06, que está montada
na posição sete da torre de ferramentas do Galaxy 15M, para ser utilizada nas operações de acaba-
mento, usando a pastilha WNMG060412PF4025; e o porta-ferramenta DWLNL 2020K06, que está
montada na posição três da torre de ferramentas do Galaxy 15M, para ser utilizada nas operações de
desbaste, usando a pastilha WNMG060408PM4025 sendo recomendado pela SANDVIK COROGU-
IDE, http://www.coroguide.com/CuttingDataModule/CDMMainMenu.asp, (mate-
rial peça ANSI/SAE 1025, pastilha classe 4025 e geometria pastilha ) as seguintes faixas de condições
de usinagem :
acabamento: a
p
= (0,4-1,5 mm); f = (0,15-0,5 mm/rot).
desbaste: a
p
= (0,5-3 mm); f = (0,15-0,5 mm/rot).
A partir destes dados em conjunto com os dados associados ao tempo e custo, é aplicado o algo-
ritmo de otimização das condições de corte para cada Workingstep.
8.7 Determinação dos Modelos de Tempos e Custos
Os modelos de tempos e custos são elaborados para cada Workingstep, sendo calculados para cada
estratégia de movimentação de ferramenta associada a um ciclo fixo ou movimentação manual (sem
uso de ciclo fixo) previstos no Workplan relativo ao Setup1 e Setup2.
Como exemplo será analisado o volume de material Vol2.2 e Vol2.3, a serem removidos da peça
bruta no Setup2, através de uma operação de desbaste (Vol2.2) e outra de acabamento (Vol2.3). São
utilizados os ciclos fixos G71 (desbaste) e G70 (acabamento), determinando-se assim as features de
torneamento Fu2.2 e Fu2.3 (tabela 8.1), não tendo previsão de operações alternativas, Workingsteps,
para estas features de torneamento. Têm-se apenas alternativas de ferramental que poderão ser utiliza-
dos, em função das ferramentas disponíveis no banco de dados, e já definidas anteriormente, através
de uma lista de ferramentas associada ao Workingstep.
O modelo matemático adotado para a estratégia de usinagem dos ciclos fixos G71 e G70, é o
modelo multi-passe para tempo de corte de torneamento longitudinal (equações 7.30-C.38).
Para cada passe de usinagem é necessário calcular o tempo de usinagem associado, devendo-
se fazer o somatório de todos os passes de usinagem ao longo da área/volume de usinagem, para
determinar o comprimento total de usinagem e calcular o tempo total de usinagem.
A fim de facilitar e simplificar este cálculo, para cada Workingstep, é utilizado na determinação
do tempo total de usinagem sobre determinado volume de usinagem, a equação 8.1 baseada na área
de usinagem (2D) a ser removida, associada à poliforma fechada, onde a profundidade de corte para
os “n” passes de desbaste é constante:
t =
A
N ∗ a
p
∗ f
∗ 60[s] (8.1)
A = área associada à feature de torneamento [mm
2
]
N = rotação da árvore [rpm]
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
168
a
p
= profundidade de corte [mm]
f = avanço [mm/rot]
Para demonstrar a validade da equação 8.1, a mesma será utilizada para calcular o tempo de corte
de desbaste longitudinal de uma feature de usinagem retangular com 50 mm de comprimento por 10
mm de largura. Assumindo que a
p
= 2 mm, ter-se-á cinco passes de usinagem (n). Pela formulação
tradicional:
t =
π|X(Z
2
−Z
1
)|
500∗V
c
∗f
, N =
1000∗V
c
π∗D
, Z
2
− Z
1
= 50
1
, D = 2X
∴t
i
=
2X ∗50
f ∗ N ∗ D
∴t =
5
i=1
t
i
∴t =
250
f ∗ N
∗ 60
Pela equação (8.1):
t =
50∗10
N∗2∗f
∴ t =
250
N∗f
∗ 60
Este cálculo também é uma boa aproximação quando se trabalha com V c constante, ao invés de
rotação constante, onde é necessário a variação da rotação em função do diâmetro, devendo-se utilizar
a equação (C.3) para calcular a rotação média, entre o maior e o menor diâmetro (cotas em X) da área
considerada, para manter V
c
constante.
Para operações de perfilamento associado ao enésimo passe de desbaste e ao passe n+1 de acaba-
mento é executado apenas um passe de usinagem. Assim deve-se calcular o tempo associado ao
comprimento total de usinagem, somando-se cada contribuição de retas, cones e arcos para o cál-
culo final do comprimento total de corte. Nas operações de desbaste, este valor deve ser somado ao
corte longitudinal (n-1 passes) calculado através do procedimento da área. Estes cálculos são boas
aproximações, não sendo exatos, ao contrário dos comprimentos de corte calculados no item 7.7.2.
Deve-se ainda calcular, de forma estimada, as parcelas de tempo associadas à movimentação
rápida (tempos improdutivos), deslocamento em vazio da ferramenta. Para esta estratégia de movi-
mentação de ferramenta, o deslocamento de ferramenta em vazio está associado ao avanço rápido
G00 com velocidade de 18 m/min (eixo X) e de 24 m/min (eixo Z). Tem-se que o avanço rápido
longitudinal para o ciclo fixo G71 é calculado como:
t
G00
=
P
n
i=1
Z
i
24000
∗ 60
Para o exemplo acima, tem-se cinco passes e o comprimento de cada passe é de 50 mm, resultando
em um t
G00
= 0, 63 s. Já o tempo de usinagem, para f=0,5 mm/rot e N=2000 é igual a 15s. Pode-se
desprezar a parcela de tempo associado a G00, por ser bem menor (5%) do que o tempo de usinagem
total. Desta forma, para facilitar o cálculo do tempo total de usinagem para cada Workingstep, que é
constituído pelo tempo principal de usinagem + tempos secundários de usinagem associados a G00,
será utilizada a abordagem descrita no algoritmo(19):
Para a peça exemplo, são calculadas as áreas das features de torneamento (desbaste e acabamento)
Fu2.2 e Fu2.3, para cada a
ps
(a
p
de acabamento) considerado. Por exemplo, o sobrematerial a
ps
=
0, 3mm para a operação de acabamento, tem-se:
A
Fu2.2
= 56 ∗ 5 + 4 ∗50 + 11 ∗ 40 + 15 ∗ 3 = 970 mm
2
∴t
w2.2
=
970
N∗a
p
∗f
∗ 60
A
Fu2.3
= 0, 4 ∗ (49 +
(80−60)+2,2
2
) = 24, 04 mm
2
∴t
w2.3
=
20,4
N∗a
p
∗f
∗ 60
A partir da determinação do tempo para cada operação de usinagem, Workingstep, pode-se calcu-
lar os custos envolvidos na usinagem.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
169
Algoritmo 19 Cálculo de tempos para Workingsteps baseado na área de usinagem da feature de
torneamento.
calcula-se as áreas das features de usinagem ou de torneamento;
calcula-se o tempo de usinagem associado aos Workingstep
a partir da área da feature de usinagem ou de torneamento;
estima-se que os tempos secundários associados a G00 é de 5% do tempo principal de usinagem;
computa-se o tempo total de usinagem para cada Workingstep associado
à feature de usinagem ou de torneamento;
8.8 Determinação das Condições de Usinagem com Algoritmos
Genéticos
A metodologia de otimização das condições de usinagem multi-passe, conforme descrito anterior-
mente, divide o problema em dois sub-problemas de minimização separados para operações de des-
baste e acabamento, visando a otimização da profundidade de corte, avanço e velocidade de corte
para “n” passes de desbaste e um passe de acabamento.
Para cada Workingstep (operação de usinagem + feature de usinagem) que está associado a um
ciclo fixo, a ser executado com uma determinada ferramenta de corte, aplica-se o primeiro e segundo
estágio da metodologia de otimização, determinando-se o número de passes de desbaste e acabamento
(“n” + 1), as profundidades de corte de desbaste e acabamento, as velocidades de avanço para desbaste
e acabamento e as velocidades de corte de acabamento e desbaste, segundo o critério de otimização
utilizado (menor tempo, menor custo ou vida de ferramenta).
Para demonstrar a aplicação da metodologia será utilizado as features de torneamento Fu2.2a e
Fu2.3b da peça exemplo, e as operações de usinagem usando o ciclo fixo G71 tipo I e G70, respecti-
vamente.
8.8.1 Determinação das Propriedades, Coeficientes e Constantes do Modelo de
Otimização
Utiliza-se as seguintes faixas de condições de usinagem, restrições, propriedades, constantes e coe-
ficientes associadas ao material da peça (aço 1025) e ferramenta de corte para operações de acaba-
mento com ciclo fixo G70; e operações de desbaste leve com ciclo fixo G71 tipo I. Define-se o
mesmo porta-ferramenta (DWLNL2020K-06) e as pastilhas WNMG060408PM4025 para desbaste e
WNMG060412PF4025 para acabamento.
1. GEOMETRIA: D
1
= 69 mm; D
1
= 80 mm; A
FU2.2a
= 970mm
2
; A
FU2.3
= 20, 4mm
2
;
ap=14,5 mm; L=60,1 mm
2. DESBASTE: a
prL
= 0,5 mm; a
prU
= 3 mm; f
rL
=0,15 mm/rot; f
rU
= 0,5 mm/rot; V
crL
= 265
m/min; V
crU
=405 m/min; κ
r
= 95
o
; r
ε
= 0, 8 mm
3. ACABAMENTO: a
psL
= 0,4 mm; a
psU
= 1,5 mm; f
sL
=0,15 mm/rot; f
sU
= 0,4 mm/rot; V
csL
=
265m/min; V
csU
=405 m/min; κ
r
= 95
o
; r
ε
= 1, 2 mm
4. POTÊNCIA GALAXY 15M: Potência= 11 KW; rendimento = 0,9 (limite operações de desbate)
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
170
Figura 8.9: Páginas HTML da Sandvik utilizadas para pesquisar as condições de usinagem para ope-
rações de acabamento e desbaste.
5. VIDA FERRAMENTA: T
L
= 15 min; T
U
= 60 min (será utilizada uma Vida T de 30 min)
6. PRESSÃO ESPECÍFICA DE CORTE: K
c0,4
= 2000 N/mm
2
7. RUGOSIDADE: Ra= 100µm (desbaste) ; Ra= 2µm (acabamento)
8. CUSTO INSERTO POR GUME DE CORTE: R$ 10,00
9. CONSTANTES DE TAYLOR E COEFICIENTES: não estão disponíveis, sendo a velocidade de
corte calculada, para determinada vida, a partir dos dados disponibilizados pela Sandvik (figura
8.9), obtido diretamente de seu banco de dados na URL http://www.coroguide.com/CuttingData
Module/CDMMainMenu.asp.
8.8.2 Primeiro Estágio
Gera-se um conjunto de profundidades de corte entre os limites máximos e mínimos, para as ope-
rações de desbaste e acabamento. Como o Workingstep de desbaste está associado a um ciclo fixo
G71, deve-se utilizar a mesma profundidade de corte para todos os “n-1” passes de desbaste longitu-
dinal de torneamento e o enésimo passe de desbaste, perfilamento. As tabelas 8.4
6
e 8.5
7
apresentam
as condições de usinagem otimizadas e o tempo de corte para cada passe de desbaste e acabamento,
usando como critério de otimização a vida de ferramenta para 30 minutos, onde os dados são obtidos
diretamente da base de dados da SANDVIK (fig. 8.9). Caso o critério fosse baseado em custo ou
6
Porta-ferramenta DWLNL2020K-06 e inserto WNMG060408PM4025.
7
Porta-ferramenta DWLNL2020K-06 e inserto WNMG060412PF4025.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
171
Tabela 8.4: Condições de usinagem para passe simples em operações de acabamento, considerando
um comprimento de corte de 60,1 mm (L).
passe (j) a
p
(mm) V
c
(m/min) f (mm/rot) Tempo usinagem (s) Ra (µm)
1 0,4 315 0,3 0,14 1,91
2 0,5 305 0,3 0,15 1,91
3 0,6 300 0,3 0,15 1,91
4 0,7 295 0,3 0,15 1,91
5 0,8 290 0,3 0,15 1,91
6 0,9 285 0,3 0,15 1,91
7 1,0 285 0,3 0,16 1,91
8 1,1 285 0,3 0,16 1,91
9 1,2 285 0,3 0,16 1,91
10 1,3 285 0,3 0,16 1,91
11 1,4 285 0,3 0,16 1,91
12 1,5 285 0,3 0,16 1,91
tempo, seria necessário calcular a velocidade de corte para várias vidas de ferramenta e determinar o
menor tempo ou o menor custo para cada caso.
Calcula-se para cada a
p
o avanço (f) correspondente, levando em conta as restrições do modelo,
de acordo com as equações apresentadas no item C.8.3. Deve-se calcular a potência de corte, através
da equação 8.2 definida pela SANDVIK (2003), ao invés de se utilizar k
f
e os coeficientes µ e υ:
P c =
V c ∗ a
p
∗ f ∗ K
c0,4
60 ∗ 10
3
0, 4
f ∗ sinκ
r
0,29
(8.2)
Em função da geometria do inserto determina-se o comprimento efetivo da aresta de corte (l
a
), o
qual está associado com a profundidade de corte através da relação a
p
= sinκ
r
∗l
a
, sendo : l
a
= 0,4 *
d (pastilha R); l
a
=2/3 *l (pastilha S e C); l
a
=1/2 * l (pastilhas T, D, K); l
a
=1/4 *l (pastilhas E , D).
Utiliza-se as recomendações da SANDVIK (2003) para determinação dos avanços máximos em
relação ao raio de arredondamento da ponta do inserto, devendo-se adotar os valores apresentados na
tabela 8.6.
Determinação Condições de Usinagem Passe Simples
Os critérios de otimização para passe simples e multi-passes podem ser baseados na máxima taxa
de produção (menor tempo), menor custo ou na vida da ferramenta. As recomendações de usi-
nagem otimizadas para passe simples são determinadas através das recomendações do fabricante, no
caso da Sandvik. Estas informações estão disponíveis na URL http://www.coroguide.com/
CuttingDataModule/CDMMainMenu.asp, podendo ser consultadas on-line para operações de
torneamento geral, sangramento, corte, rosqueamento, furação e fresamento.
Assim as condições de usinagem são otimizadas inicialmente para passe simples, segundo um
dos critérios: menor custo, menor tempo ou vida de ferramenta. Determina-se as condições de usi-
nagem utilizando algoritmos genéticos, a partir das recomendações de corte do catálogo on-line de
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
172
Tabela 8.5: Condições de usinagem para passe simples em operações de desbaste, considerando um
comprimento de corte de 60,1 mm (L).
passe (j) a
p
(mm) V
c
(m/min) f (mm/rot) Tempo usinagem (s) Potência (KW)
1 0,5 235 0,5 0,11 2,2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6 1,0 230 0,5 0,12 4
7 1,1 230 0,5 0,12 4,4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
16 2 230 0,5 0,12 7,6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
22 2.6 230 0,5 0,12 9,8
23 2,7 230 0,5 0,12 10
24 2,8 240 0,45 0,12 10
25 2,9 255 0,40 0,13 10
26 3,0 265 0,35 0,14 10
Tabela 8.6: Faixa de avanços máximos recomendado pela SANDVIK (2003) em relação ao raio de
arredondamento da ponta do inserto.
r
ε
(mm) 0,4 0,8 1,2 1,6 2,4
fmax (mm/rot) 0,25-0,35 0,4-0,7 0,5-1 0,7-1,3 1,0-1,8
ferramenta do fabricante.
Escolhe-se inicialmente o maior avanço possível, em função dos limites da ferramenta (recomen-
dações do fabricantes) para determinada faixa de avanço válida para a classe de inserto utilizada, para
uma a
p
determinada (tabela 8.6). Utiliza-se a equação de Taylor expandida (Apêndice C), sabendo-
se que para cada avanço selecionado tem-se uma velocidade de corte associada ao menor custo de
produção e outra associada a maior taxa de produção.
Pelas equações para passe simples (Apêndice C):
T
R
= t
e
T
M
t
t
, UT = T
M
+ T
I
+ (t
e
T
M
t
t
), UC = k
o
T
M
+ k
o
T
I
+ k
o
(t
e
T
M
t
t
) + K
t
(
T
M
t
t
)
pode-se determinar as condições de usinagem para o menor custo e para o menor tempo de pro-
dução. A influência da profundidade de corte sobre a velocidade de corte para determinado avanço
e vida da ferramenta é bem menor que a influência do avanço em relação à velocidade de corte para
a mesma vida da ferramenta, sendo este aspecto bem refletido nas recomendações de usinagem do
fabricante, no caso SANDVIK.
A relação determinante, com relação ao menor custo e menor tempo de fabricação é dado pela
relação
T
M
t
t
, ou seja a vida da ferramenta dividida pelo tempo de usinagem (calculado através da área
da feature de usinagem) para o Workingstep considerado. Quanto menor for esta relação menor será
o custo, e quanto maior for T
R
(t
e
T
M
t
t
), maior será a taxa de produção associada ao Workingstep, onde
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
173
t
e
é o tempo de troca de ferramenta.
Se o critério adotado é uma vida de ferramenta pré-definida (15min)
8
, o procedimento de deter-
minação das condições de usinagem para passe simples é diretos, pois basta escolher o maior valor
de f e a
p
possível, e verificar as restrições associadas principalmente à potência de corte e força de
corte (desbaste) e rugosidade (acabamento). Se necessário diminui-se f até satisfazer as restrições, ou
se não for possível diminui-se a
p
.
Para otimização baseada em menor custo e menor tempo, deve-se consultar o banco de dados de
condições de usinagem e determinar, para um passe de usinagem padrão, qual o menor e maior valor
para a relação
T
M
t
t
, variando a vida da ferramenta (T
M
) de 15 min a 60 min. O menor valor da relação
T
M
t
t
está associado ao menor custo e o maior valor está associado ao menor tempo de fabricação. Desta
forma determina-se o intervalo de máxima eficiência de condições de usinagem.
A seguir verifica-se as restrições associadas principalmente à potência de corte e força de corte
(desbaste) e rugosidade (acabamento). Se a potência de corte for superior a disponível na máquina
(11 KW), deve-se reduzir f, já que a profundidade de corte está sendo mantida constante, e recalcular
a nova V
c
e as restrições.
O algoritmo (20) apresenta um fluxograma genérico para otimização das condições de usinagem,
um único passe de usinagem, sintetizando todos os requisitos para este cálculo, como: banco de dados
(DB) da SANDVIK, material ferramenta, critério de otimização, entre outros.
O algoritmo (21) detalha o cálculo das condições de usinagem otimizada pelo menor custo, maior
taxa de produção ou para uma vida pré-determinada, aplicado em operações de desbaste e acaba-
mento, a partir dos dados da Sandvik, levando em contas as restrições associadas às operações de
desbaste e acabamento.
O método de otimização das condições de usinagem de desbaste inicia-se a partir das faixas de a
p
e
f recomendadas pelo fabricante, para determinada classe de pastilha, a fim de se ter uma boa formação
de cavaco. Para cada ap, associado ao intervalo permitido de a
p
e ao comprimento efetivo de corte da
geometria do inserto, escolhe-se o maior f possível associado à pastilha (raio de arredondamento da
ponta). As restrições devem ser verificadas. Se necessário deve-se diminuir o valor de f, pra satisfazer
os requisitos para desbaste (potência de corte é o principal) e acabamento (rugosidade é o principal).
Com o critério de otimização definido e os valores máximos de a
p
e f selecionados, calcula-se a
seguir a velocidade de corte (V
c
) otimizada para o menor custo ou menor tempo de produção, que pode
ser avaliado pela relação
T
M
t
t
, conforme descrito anteriormente, para uma a
p
determinada e variando
a vida de 15 min a 60 min (15, 30, 40, 50 e 60). A seguir aumenta-se a a
p
em 0,1 mm e calcula-se as
condições de usinagem novamente, até concluir todas as profundidades de corte definidas. As tabelas
8.4 e 8.5 apresentam uma compilação das condições de acabamento e desbaste após a aplicação dos
algoritmos (20) e (21).
8.8.3 Segundo Estágio
O número de passes (inteiro) para desbaste é:
8
A Sandvik adota em seus catálogos impressos uma vida de 15 min para recomendação das condições de usinagem.
Para valores diferentes de V
c
, deve-se utilizar fatores de correção fornecido pelo fabricante. No caso em questão os dados
serão obtidos através da consulta on-line à base de dados CoroGuide.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
174
Algoritmo 20 Fluxograma apresentando algoritmo genérico para otimização das condições de usi-
nagem.
Algoritmo 21 Fluxograma detalhado para seleção de condições de usinagem para passe simples: a)
operações de desbaste b) operações de acabamento.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
175
Tabela 8.7: Possibilidades de ap
s
e ap
r
para a peça exemplo: a
pr
=
12,5−a
ps
4
a
ps
(mm) 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1.4 1,5
a
pr
(mm) 3,03 3 2,97 2,95 2,92 2,9 2,87 2,85 2,82 2,8 2,77 2,75
a
p
−a
psU
a
prU
≤ n
i
≤
a
p
−a
psL
a
prU
∴
12,5−1,5
3
≤ n
i
≤
12,5−0,4
3
∴ 3, 7 ≤ n ≤ 4, 03
No caso determina-se o desbaste em função do sobrematerial previsto de acabamento necessário
no diâmetro (1,0 mm), que já foi estimado anteriormente durante o roteamento da peça, e está dentro
do intervalo calculado acima:
n =
12, 5 − 0, 5
3
= 4passes
Todos os passes de desbaste terão a mesma ap, devido ao uso de ciclo fixo G71 e G70. Com
relação ao passe de acabamento, a menor profundidade de corte a ser definida não necessita ser igual
ao sobrematerial especificado para o acabamento (0,5 mm no raio), poderá ser inferior ou superior
a este valor de referência. Se fosse utilizado como um único valor, o procedimento de otimização
perderia o sentido.
Para n=4, tem-se três passes de desbaste de torneamento longitudinal, 1 passe de desbaste de
perfilamento da peça e um passe de acabamento de perfilamento. Supondo a
p
variando de:
Desbaste: 0,5≤a
pr
≤3 mm, ou seja: a
pr
=(0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, .... 3)
Acabamento: 0,4≤a
ps
≤1,5 mm, ou seja: a
ps
=(0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, .... 1,5)
8.8.4 População Inicial: n Passes de Desbaste + 1 Passe Acabamento
a
p
=12,5 mm; a
psU
=3 mm; a
psL
= 0, 4 mm; a
psU
= 1, 5 mm
n
a
psL
=
12,5−0,4
3
= 4, 03 e n
a
psU
=
12,5−1,5
3
= 3, 7 , logo n = 4 (já calculado anteriormente)
Tem-se uma String com (n+1) elementos, ou seja, o cromossomo será constituído por 5 genes.
Escolhe-se uma população com dez indivíduos, dez cromossomos, selecionando inicialmente os n
passes de desbaste com mesma profundidade de corte ap, seguido pela operação de acabamento,
resultando nas seguintes combinação de a
ps
e a
pr
apresentadas na tabela 8.7.
A seguir monta-se a população de 10 cromossomos com 5 genes cada, e aplica-se o algoritmo
genético para otimização das condições de usinagem para vida de ferramenta de 30 minutos. A tabela
8.8 apresenta a população inicial de cromossomos montada a partir das tabelas 8.7, 8.4 e 8.5.
A função objetivo é baseada no critério vida de ferramenta para 30 minutos, sendo o tempo de
usinagem para esta vida calculado por: T
30
=
n
i=1
T a
pr
+ T a
ps
. Para o caso mais genérico pode-se
considerar a utilização de diferentes profundidades de corte para calcular o tempo total, apesar do
ciclo fixo utilizado trabalhar apenas com profundidade de corte constante.
A partir da tabela 8.8 elege-se os melhores indivíduos que são apresentados na coluna Valor Real,
que indica a quantidade de indivíduos que tem melhor aptidão pra evolução e que irão compor a
próxima população no processo de evolução.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
176
Tabela 8.8: População inicial de cromossomos, função fitnes, valor esperado e valor real baseado no
método da roleta (probabilidade de um indivíduo ser melhor que outro).
n. Cromossomo Cromossomo Tempo Total Valor Fitness Valor Esperado Valor Real
(i) (Tmin)i (Tfitness)i=Tmax-(Tmin)i Ei=(Tfitness)i/T fitness Treal
1 3.03, 3.03, 3.03, 3.01, 0.4 0,7 0,01 0,27 0
2 3, 3, 3, 3, 0,5 0,71=Tmax 0 0 0
3 2.9, 2.8, 3, 2.9, 0,9 0,68 0,03 0,81 1
4 2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 0,64 0,07 1,89 2
5 2.85, 2.85, 2.85, 2.85, 1.2 0,68 0,03 0,81 1
6 2.95, 2.95, 2.95, 2.95, 0.7 0,71=Tmax 0 0 0
7 2.82, 2.82, 2.82, 2.82, 1.2 0,68 0,03 0,81 1
8 2.8, 2.77, 2.92, 2.97,1.04 0,66 0,05 1,35 2
9 2.8, 2.8, 2.8, 3, 1.1 0,66 0,05 1,35 2
10 2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9 0,67 0,04 1,08 1
Tabela 8.9: Operadores de reprodução e crossover com probabilidade de 80%.
Pais1 n. Crossover Cruza Pais 2 Local Resultado Ajuste
2.9, 2.8, 3, 2.9, 0,9 1 Sim 6 2.8, 2.77, 2.92, 2.97,1.04 2 2.77, 2.92, 2.97, 1.04, 2.9 2.77, 2.92, 2.97, 2.8, 1.04
2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 2 Sim 8 2.8, 2.8, 2.8, 3, 1.1 4 3, 1.1, 2.75, 2.75, 2.75 3, 2.9, 2.75, 2.75, 1.1
2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 3 Não 2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5
2.85, 2.85, 2.85, 2.85, 1.2 4 Sim 1 2.9, 2.8, 3, 2.9, 0,9 4 3, 2.9, 0,9, 2.85, 2.85 2.9, 2.85, 2.85, 2.85, 1.05
2.82, 2.82, 2.82, 2.82, 1.2 5 Sim 4 2.85, 2.85, 2.85, 2.85, 1.2 2 2.85, 2.85, 2.85, 1.2, 2.82 2.85, 2.85, 2.85, 2.75, 1.2
2.8, 2.77, 2.92, 2.97,1.04 6 Sim 9 2.8, 2.8, 2.8, 3, 1.1 4 3, 1.1, 2.8, 2.77, 2.92 3, 2.83, 2.8, 2.77, 1.1
2.8, 2.77, 2.92, 2.97,1.04 7 Sim 2 2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 3 2.75, 2.75, 1.5, 2.8, 2.77 2.75, 2.75, 2.7, 2.8, 1.5
2.8, 2.8, 2.8, 3, 1.1 8 Sim 7 2.8, 2.77, 2.92, 2.97,1.04 2 2.77, 2.92, 2.97,1.04, 2.8 2.77, 2.92, 2.97, 2.8 , 1.04
2.8, 2.8, 2.8, 3, 1.1 9 Sim 5 2.82, 2.82, 2.82, 2.82, 1.2 4 2.82, 1.2, 2.8, 2.8, 2.8 2.82, 2.88, 2.8, 2.8, 1.2
2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9 10 Não 2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9 2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
177
Tabela 8.10: Operador de mutação com probabilidade de 80%.
n. População Crossover Mutação Local Resultado Valor Fitness
1 2.77, 2.92, 2.97, 2.8, 1.04 Não 2.77, 2.92, 2.97, 2.8, 1.04 0
2 3, 2.9, 2.75, 2.75, 1.1 Não 3, 2.9, 2.75, 2.75, 1.1 0,01
3 2.75, 2.75, 2.75, 2.75, 1.5 Sim 2 e 5 2.75, 2.8, 2.75, 2.75, 1.45 0,04
4 2.9, 2.85, 2.85, 2.85, 1.05 Não 2.9, 2.85, 2.85, 2.85, 1.05 0
5 2.85, 2.85, 2.85, 2.75, 1.2 Não 2.85, 2.85, 2.85, 2.75, 1.2 0
6 3, 2.83, 2.8, 2.77, 1.1 Não 3, 2.83, 2.8, 2.77, 1.1 0,01
7 2.75, 2.75, 2.7, 2.8, 1.5 Não 2.75, 2.75, 2.7, 2.8, 1.5 0,02
8 2.77, 2.92, 2.97, 2.8 , 1.04 Sim 1 e 3 2.9, 2.92, 2.58, 2.8 , 1.3 0,01
9 2.82, 2.88, 2.8, 2.8, 1.2 Não 2.82, 2.88, 2.8, 2.8, 1.2 0,02
10 2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9 Não 2.9, 2.9, 2.9, 2.9, 0.9 0,01
Os operadores de reprodução e crossover é apresentado na tabela 8.9, onde a seleção é baseada nos
melhores indivíduos (cromossomos representados por strings) e calculados pela tabela 8.8, sendo que
a população reproduzida, chamada de Pais 1, é usada pelo próximo operador genético, o crossover.
Oito indivíduos da população anterior, são eleitos como Pais 1 no operador de reprodução e apresen-
tados na primeira coluna da tabela 8.9. É utilizado para o operador Crossover, uma probabilidade de
80%, ou seja, o Crossover não ocorrerá em duas populações. A coluna Pais 2 é definida aleatoria-
mente a partir da coluna de Pais 1, determinando assim os indivíduos que serão utilizados no cruza-
mento de Pais 1 x Pais 2. Um operador de ajuste é necessário para compatibilizar as profundidades
de corte total e as limitações associadas às operações de acabamento e de desbaste.
A seguir é aplicado um operador de mutação à população gerada pelo operador crossover com uma
probabilidade de 20%, e calculado o valor da função Fitness, recomeçando novamente o algoritmo
genético. A tabela 8.10 apresenta o operador mutação. Novamente é necessário aplicar um operador
de ajuste para compatibilizar as profundidades de corte total e as limitações associadas às operações
de acabamento e de desbaste.
Após 100 gerações define-se através do GA qual o melhor indivíduo, ou seja, os valores para os
n passes de desbaste e para o passe de acabamento. Para os Workingsteps considerados, que tem
operações de usinagem baseados em ciclos fixos, com passes de desbaste com profundidade de cortes
iguais, tem-se uma diminuição da quantidade de combinações.
O GA sugere como resposta uma profundidade de corte de desbaste de 2.8 mm e 1,3 mm para
acabamento, bem superior ao sobrematerial de acabamento recomendado inicialmente. As condições
de usinagem para desbaste são definidas na tabela 8.4, passe j=24. As condições de usinagem para
acabamento são apresentadas na tabela 8.5, passe j=10.
8.9 Linearização do Plano de Processos com Alternativas (Work-
plan)
Para cada Workingstep é calculado o custo e o tempo de usinagem usando as condições de usinagem
calculadas a partir de um dos critérios de otimização que foi selecionado anteriormente. É adotado o
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
178
Tabela 8.11: Tabela Workingsteps para linearização Workplan (W
ID
).
W
ID
Feature_Projeto (F) Feature_usinagem (Fu) Operação de Usinagem Tempo (min)
11 F6-22 OD - Fu2.2a Tornear Desbaste - G71 Tipo I 0,48
13 F6-22 OD - Fu2.3 Tornear Acabamento - G70 0,16
critério baseado em vida de ferramenta para 30 minutos. Caso se deseje outro critério, é necessário
defini-lo antes de iniciar o CAPP.
Aplica-se o algoritmo genético para otimização da linearização dos Workplan, para os passes de
acabamento e de desbaste para o Workingstep considerado. Após analisar todos os Workingsteps,
têm-se a determinação de todos os parâmetros de usinagem para todas as operações, incluindo as
alternativas presentes no Workplan
9
. A tabela 8.11 apresenta os tempos associados aos dois Work-
ingsteps para as features Fu2.2a e Fu2.3, após linearização das condições de usinagem, segundo o
critério de vida de ferramenta de 30 min.
A tabela 8.12 apresenta a matriz adjacente associado ao custo ou ao tempo para mudar o setup
de um Workingstep para o seguinte (sucessor) de acordo com o grafo de precedência de Working-
step (grafo E/OU) ou de features. A partir desta matriz aplica-se a função objetivo calculada para o
Workplan baseado em tempo (TempoWorkplan (TW)), associado a um setup da peça:
T W =
n
i=1
(T empoW orkingstep
i
)+
n−1
i=1
(T empoSetup
i−→i+1
∗ Ω (W orkingstep
i
, W orkingstep
i+1
))
(8.3)
Ω (x, y) =
1, se x=y
0, se x=y
(8.4)
Para Setup1 são analisados os Workingsteps de 1 a 9 (W1 a W9). Para o Setup2 são analisados os
Workingsteps de 10 a 26 (W10 a W26). Todas as ferramentas necessárias estão disponíveis na torre
de ferramentas. A troca de ferramenta tem um custo de 10 unidades para ferramentas de torneamento
interno e externo. Caso a mudança seja para uma ferramenta de sangramento o custo será de 15
unidades. Se a mudança for para uma ferramenta de rosqueamento o custo será de 20 unidades. Não
é necessário nenhum setup adicional de ferramental, para a peça exemplo. A célula em branco da
tabela 8.12 significa “Não Aplicável”.
Aplica-se o GA da mesma forma que no caso da otimização das condições de usinagem, rea-
lizando a linearização do plano de processo. Para a peça exemplo a sequência linearizada de Work-
ingstep será:
• Setup1: W9 → W1→ W3 → W5
• Setup2: W10 → W12 → W14 → W17 →W18 → W20 → W22 → W25 → W26
9
Workplan não foi linearizado até este momento.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
179
Tabela 8.12: Matriz adjacente relativa ao tempo de troca de setup entre Workingsteps (W
ID
).
W
ID
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
1 10 10
2 10
3 10
4 15 15 15
5
6
7
8
9 10
10 10 10
11 10
12 10
13 15 15 15
14 20
15 20
16 20
17 20
18 10 10
19 10
20 20
21 15 15
22 15
23 15
24 15
25 15
26
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
180
Algoritmo 22 Fluxograma determinação de movimentação de ferramenta baseado em ciclo fixo ou
movimentação manual.
8.10 Geração do Código G e Plano de Processo
O código G é montado a partir da lista de Workingstep do Workplan linearizado. Cada Workingstep
tem associado uma feature de usinagem e uma operação de usinagem. Cada operação de usinagem
tem associado uma ferramenta, uma tecnologia, uma estratégia e um caminho de ferramenta. Sempre
que possível uma operação de usinagem estará associada a um ciclo fixo, e este terá uma parametriza-
ção especial em função do CNC utilizado na máquina-ferramenta, sendo normalmente uma função
específica do fabricante do CNC. O algoritmo (22) apresenta o fluxograma de determinação do ciclo
fixo ou e movimentação manual associado a um determinado Workingstep de torneamento.
Um ciclo fixo já tem uma definição pré-estabelecida sobre a estratégia de usinagem e a movi-
mentação de ferramenta. Assim um Workingstep associa uma determinada feature de usinagem a um
ciclo fixo, obtendo-se todos os dados geométricos necessários para movimentação de ferramenta em
relação ao perfil acabado da peça e do blank. As informações associadas à profundidade de corte
de desbaste e acabamento são incluídas na definição do ciclo fixo. Ao Workingstep é associado uma
ferramenta, e à ferramenta a definição de velocidade de corte e avanço otimizadas. São definidos os
planos de segurança e aproximação do Workingstep, associado ao primeiro posicionamento relativo
ao ciclo fixo, antes do início do ciclo fixo.
A figura 8.10 apresenta o código G para a peça exemplo.
CAPÍTULO 8. ABORDAGEM LÓGICA PARA CAPP: MÉTODOS E ALGORITMOS CONCEBIDOS
181
Figura 8.10: Código G gerado para a peça exemplo.
Capítulo 9
Projeto Colaborativo: WebCADByFeatures
Este capítulo apresenta uma descrição de uso e detalhes de implementação do WebCADbyFeatures
(http://WebMachining.AlvaresTech.com). O sistema WebCADbyFeatures é um agente
de interface com o usuário que permite o desenvolvimento de projeto colaborativo de uma peça rota-
cional simétrica (features concêntricas) e assimétricas (features de Eixo C) no contexto do sistema
WebMachining via Internet.
9.1 Introdução
O desenvolvimento do sistema computacional WebCADbyFeatures para projeto de produto colabo-
rativo se diferencia dos sistemas relatados na revisão de literatura, por ser voltado para modelagem
no domínio de peças rotacionais, baseado em síntese por features de projeto (features concêntricas,
incluindo splines, e features de Eixo C (não-concêntricas)), tendo por motivação a proposição e o
desenvolvimento de um sistema integrado para CAD/CAPP/CAM que permita o projeto colaborativo
via Web, em um contexto de Engenharia Simultânea.
O procedimento de desenvolvimento de produto na arquitetura WebMachining inicia-se na mo-
delagem colaborativa de uma peça por features, onde dois ou mais agentes de projeto cooperam
na modelagem da peça em 2D e 3D, num contexto de manufatura remota, utilizando a Web como
meio de comunicação e um modelo computacional cliente-servidor (http://WebMachining.
AlvaresTech.com).
O cliente, agente de interface WebCADbyFeatures (figura 9.1), conecta-se ao modelador de fea-
tures neutro via Web, e inicia a instanciação de uma nova peça a ser modelada a partir de uma base de
dados, usando uma biblioteca de features de forma padronizada, disponibilizada pelo sistema.
A Interface Gráfica com o Usuário (GUI) é implementada em Java e HTML. Nesta GUI, disponi-
bilizada por browser, o usuário introduz as informações sobre as features de projeto, que irão consti-
tuir a peça em um contexto de projeto colaborativo. A seguir estes dados são encaminhados ao servi-
dor WebMachining. Como a peça é cilíndrica, o usuário modela a peça em duas dimensões, podendo
visualizá-la em 3D, através de VRML, via Web. Foi implementado um banco de dados em MySQL
que armazena as informações sobre a modelagem de produto por features, contendo informações as-
sociadas às features de forma, features de material, features de tolerâncias e features tecnológicas
(tratamento superficial, tratamento térmico e dados de produção). Estas informações conjugadas per-
182
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 183
Figura 9.1: Janela principal do WebCADbyFeatures, apresentando o perfil de uma peça rotacional em
2D. A peça é constituída por 29 features, incluindo features do tipo OD, ID, Face, Groover, Splines,
entre outras. É apresentado sólido VRML correspondente, gerado pelo sistema.
mitem o mapeamento das features de projeto para features de usinagem, o que é fundamental para o
planejamento do processo da peça.
Depois da conclusão e validação do modelo, a peça criada é armazenada e disponibilizada para
a metodologia CAPP gerar o plano de processo com alternativas para a peça, sua linearização e
a representação do plano de processo linearizado baseado em STEP-NC, bem como, a geração do
programa NC para um torno CNC específico, no caso o centro de torneamento Galaxy 15M da Romi
(http://video.graco.unb.br).
A comunicação com o centro de torneamento Galaxy/CNC Fanuc 18i-ta é realizada através de uma
conexão ethernet (camada física e enlace do padrão ISO/OSI), usando os protocolos TCP/IP (camadas
rede e transporte do padrão ISO/OSI) associado ao protocolo de aplicação FOCAS1/ethernet libraries
da Fanuc. FOCAS1 é uma API para desenvolvimento de aplicações usando uma estrutura de dados
padronizada, para ter acesso a 300 funções do CNC (http://webdnc.graco.unb.br).
Após a conclusão do CAPP, a ordem de trabalho é enviada para o sistema de manufatura remota
(telemanufatura), que faz sua programação disponibilizando os recursos necessários para a fabricação
da peça (programa NC, ferramentas, setup e blank).
9.2 Arquitetura Multiagente Para Projeto Colaborativo
A arquitetura concebida e implementada para o sistema multiagentes (MAS) pode ser caracterizada
no comportamento dos agentes como sendo Deliberativa, na organização interna como sendo do tipo
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 184
Blackboard e na arquitetura do sistema multiagentes como sendo do tipo Federativa utilizando a
abordagem do Facilitador (SHEN et al., 2001).
É utilizada a ferramenta computacional JATLite (Java Agent Template Lite), Agente Facilitador,
para implementação do sistema de desenvolvimento de produto colaborativo. Utiliza-se as facilidades
do JATLite para desenvolvimento do sistema de gerenciamento de sessões de projeto colaborativo,
onde um agente de interface de projeto disponibiliza seu projeto aos demais agentes participantes da
sessão de modelagem de produto.
O sistema de projeto colaborativo utiliza um mecanismo assíncrono de gerenciamento das sessões
de modelagem colaborativa, na qual um agente de interface WebCADbyFeatures executa a mode-
lagem da peça e compartilha seu modelo de features da peça com os demais agentes de interface
via Agente Facilitador (AMR), que faz a intermediação da comunicação entre os agentes via KQML
(middleware). Os agentes que recebem o modelo podem visualizá-lo e editá-lo, compartilhando no-
vamente com o agente que iniciou o processo de modelagem colaborativa ou com outros agentes, via
Agente Facilitador.
9.3 Modelagem da Informação
9.3.1 WebCADbyFeatures: Modelagem Conceitual da Informação
O sistema WebCADbyFeatures, utiliza-se da abordagem síntese por features de projeto, usando uma
taxonomia de features baseada em CAM-I (1986) e no padrão ISO 10303-224 (STEP - Standard
Exchange of Product Model Data).
O modelo conceitual da informação foi concebido através da abordagem metodológica IDEF1X
(I (Integrated Computer Aided Manufacturing) DEFinition). Este modelo se utiliza de uma sintaxe e
semântica própria, porém sua representação gráfica é muito próxima do modelo UML e conseqüente-
mente da linguagem Java, o que foi um dos principais fatores para adesão a este modelo, além de ser
uma metodologia completa, não somente uma representação gráfica.
A partir deste modelo IDEF1X foi gerado tanto o modelo físico da base de dados para o sistema
de gerenciamento de base de dados MySQL, quanto a biblioteca de classes associadas às features,
em Java. Este modelo de informação é dividido em domínios associados à base de dados de features
(Features de Forma, Features de Tolerância, Features de Produção e Features de Materiais) e base de
dados de tecnologia de usinagem (Biblioteca de Máquinas-ferramenta, Biblioteca de Ferramentas de
corte, Biblioteca de Usinabilidade e Biblioteca de Fixação). A base de dados de features relaciona-se
com o modelo do produto e a base de dados de tecnologia de usinagem relaciona-se com o modelo de
recursos.
Utliza-se a biblioteca de features de forma para planejamento de processo baseado em CAM-
I, estendendo-a com a inclusão de feature concêntrica do tipo spline e de outras features de Eixo
C. As features utilizadas na implementação no sistema WebCADbyFeatures foram as rotacionais
concêntricas e não-concêntricas (Eixo C) mostradas no diagrama hierárquico da figura 6.13 . A uti-
lização da metodologia IDEF1X permitiu uma rápida modelagem em UML, devido a grande seme-
lhança entre esses modelos. A figura 9.2 mostra um exemplo de diagrama de classes (UML), com
uma parte da biblioteca de features (ÁLVARES, 2003), implementada no sistema WebMachining
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 185
Figura 9.2: Resumo da modelagem UML da biblioteca de features.
(http://WebMachining.AlvaresTech.com).
9.3.2 WebCADbyFeatures: Modelagem Física - MySQL
Para a implementação dos modelos de dados foi selecionado o servidor de banco de dados relacional
MySQL. Também foi desenvolvida uma biblioteca de classes Java com os modelos UML, para uma
maior funcionalidade do banco de dados. O banco de dados foi implementado utilizando-se as tabelas
INNODB, por serem transacionais, suportarem chaves estrangeiras, alta performance em ambientes
multi-usuários e por terem tamanho de tabelas ilimitado (INNODB, 2004).
Optou-se pelo uso de servlets para fazer a conexão do applet Java WebCADbyFeatures com o
banco de dados MySQL, adotando-se uma abordagem em três camadas (figura 9.3).
9.4 Sistema Computacional WebCADbyFeatures
O programa tem como entrada de dados a modelagem por features e outras informações necessárias
(figura 6.4), e como saída o modelo de features da peça bruta e da peça acabada, o qual serve de
entrada para o CAPP, que por sua vez tem como saída a geração do plano de processo linearizado e o
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 186
Figura 9.3: As três camadas do acesso ao banco de dados.
Figura 9.4: Arquitetura computacional WebMachining: módulos do sistema WebCADbyFeatures.
programa NC (Código G) da peça correspondente, conforme apresentado no diagrama IDEF0 (figura
6.4).
A figura 9.4 apresenta a arquitetura do sistema computacional WebCADbyFeatures, que é baseado
em um modelo cliente/servidor, com a utilização da linguagem Java de programação em sua codifi-
cação.
No lado do cliente, a interface gráfica com o usuário (GUI) é representada por applets, sendo estes
designados de Agentes de Interface. São implementados dois servidores:
• Servidor VRML baseado em servlets (TomCat): usado para geração do modelo 3D da peça em
VRML, a partir do modelo de features de projeto da peça;
• Servidor Roteador/Facilitador JATLite: permite o gerenciamento das diversas sessões de mode-
lagem de produto colaborativa, fazendo a coordenação da comunicação entre os vários agentes
de interface WebCADbyFeatures, bem como, com os demais agentes do sistema, administrando
o roteamento das mensagens entre os agentes, segurança do sistema e o registro de agentes. É
implementado através do Agent Message Router (AMR) da arquitetura JATLite. Os agentes
sempre se comunicam uns com os outros via AMR, como por exemplo para enviar um e-mail
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 187
(protocolo SMPT) ou o arquivo com o modelo de features (protocolo FTP).
O WebCADbyFeatures permite a criação e a manipulação do modelo de features para a peça bruta e
acabada de forma colaborativa, o armazenamento dessas informações em um banco de dados MySQL,
a validação do modelo e a visualização do modelo geométrico em 2D e 3D (VRML).
É constituído por uma GUI (Graphical User Interface) que atua como um agente de interface
no sistema multiagente WebMachining, suportando modelagem colaborativa por features. Esta in-
terface CAD possui menus, opções de visualização, mensagens de erro, manipulação de features,
comunicação com o gerenciador de sessão JATLite para modelagem colaborativa, comunicação com
o servidor do Banco de Dados, comunicação com o servidor VRML, monitoração do chão-de-fábrica
(WebCAM), teleoperação do centro de torneamento, entre outras funcionalidades (fig. 9.4).
Os principais componentes são: a GUI na forma de applet Java, a biblioteca de features, interface
gráfica 2D, Collaborative Design IPLayer Router Client, componentes de visualização 2D (primitivas
gráficas como retas, splines e arcos) e componentes de visualização 3D (VRML). As informações
referentes às features são manipuladas através de um sistema de gerenciamento de banco de dados.
A modelagem da peça inicia-se com o acesso do cliente à página da Web
1
(figura 9.5) onde
se encontra o applet Java para a utilização do programa CAD. Se o usuário for cadastrado, é feito
um acesso ao banco de dados e confere-se o login e a senha do usuário, trabalha-se on-line com
o restante do sistema integrado CAD/CAPP/CAM (WebMachining). Pode-se optar em trabalhar de
forma off-line, versão demo. Para a geração do modelo sólido 3D, optou-se pela geração do código
em VRML ao invés do JAVA3D, para tornar o programa mais leve, podendo assim ser carregado mais
rapidamente a partir do browser.
VRML é uma linguagem padrão de modelagem de mundos e objetos (avatares) virtuais para a
Internet. Possui várias funcionalidades, dentre as quais funções específicas de modelagem, como
extrusão, além de controle de luzes e câmeras básicas, suporte a conteúdo multimídia como textura,
sons e filmes (HATMAN e WERNECK, 1996). Possui algumas entidades geométricas básicas, como
cubos, cones e cilindros. Observou-se no decorrer do desenvolvimento do projeto a inviabilidade
de compor estas entidades básicas em geometrias mais complexas, para formar as peças. Optou-se,
portanto pela geração dos sólidos com o método de extrusão.
A navegação no sistema inicia-se após o cadastramento do usuário via PHP (Personal Home Page)
a partir da URL http://WebMachining.AlvaresTech.com. A seguir o applet é chamado,
feito seu download via Web, e automaticamente a máquina Java local inicia o applet. O applet foi
desenvolvido usando o padrão de GUI AWT (Abstract Windowing Toolkit) e não SWING. Optou-se
por AWT para permitir maior desempenho e compatibilidade com qualquer máquina Java versão 1.1,
que é implementada de forma nativa na maioria dos browsers (netscape, iexplorer, entre outros), sem
necessidade de um plug-in específico para uma determinada versão de Java, facilitando o uso pelo
usuário do sistema.
A primeira janela oferece as opções para iniciar a modelagem da peça (figura 9.6a). Para um
usuáriocomum só é possível criar um novo projeto. O usuário é na realidade um Agente de Interface.
A seguir abre-se uma nova janela (figura 9.6b) que reúne todas as informações de projeto, sendo
que estas são armazenadas dentro de uma classe para ser adquirida e transmitida ao banco de dados.
1
http://WebMachining.AlvaresTech.com.
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 188
Figura 9.5: Acesso ao sistema WebCADbyFeatures (http://WebMachining.
AlvaresTech.com).
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 189
Figura 9.6: Etapas da geração da peça no CAD: a) Janela de Opções (Options); b) Janela de dados
de um novo projeto (New Project); c) Janela de dados do blank barra sólida (SolidBar); d) Janela de
opções de modelagem (Modelling Options).
Dentre os campos a serem preenchidos, tem-se a opção do tipo de blank (blank type), que determina
a próxima janela a ser mostrada. Caso o usuário não queira alterar nada, os campos são preenchidos
com valores padrão, baseados no nome do usuário e data atual. O tipo de blank padrão (peça bruta)
é o "barra sólida". O sistema orienta o usuário, solicitando ao mesmo as informações relevantes para
modelagem da peça e planejamento do processo.
Se for escolhida o blank (peça bruta) barra sólida aparece uma nova janela (figura 9.6c) requisi-
tando as informações geométricas mais relevantes de uma barra sólida (feature barra sólida), que são
o diâmetro e o comprimento. Assim são inseridas e armazenadas as informações importantes para uso
futuro pelos demais módulos do sistema WebMachining, em especial nas atividades de planejamento
de processo. Informações sobre tolerância dimensional e rugosidade geral do projeto são também
solicitadas.
A última janela desta fase preparatória (figura 9.6d), dá ao usuário as opções de modelagem ponto
de origem (esquerda ou direita) e se prefere iniciar a modelagem pela região externa ou interna da
peça. O padrão é a modelagem esquerda (da esquerda para a direita) e features externas, que é a
preferência mais usual entre os projetistas.
Prosseguindo na modelagem, tem-se a janela de desenho ou janela principal (figura 9.1), onde a
peça desejada é modelada, utilizando-se das features de forma disponíveis na biblioteca de features.
Inicialmente modela-se a peça usando as features pelo método de adição, ou seja, usa-se as features
como blocos de construção da geometria da peça (tipo tijolos/lego), que será representada por um
perfil 2D da peça, baseado na taxonomia CAM-I (1986), e estendendo-a.
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 190
Figura 9.7: Modelagem da feature de Eixo C padrão de furos axial.
Após a conclusão desta fase de adição de features (features concêntricas Região Externa e Região
Interna), inicia-se a modelagem da peça por features de subtração, ou seja, de volumes a serem re-
movidos da peça modelada pelo método de remoção de volumes de material, estando estas features
associadas ao Eixo C do centro de torneamento (features não-concêntrica), ferramenta rotativa, como
features de rasgo de chaveta, slots, furos, entre outros (operações de fresamento e furação radial e
axial).
A figura 9.7 apresenta uma tela do WebCAdbyFeatures para modelagem de uma feature de Eixo
C do tipo padrão de furos axial, que será executada na face direita da peça modelada.
O usuário tem a opção de dimensionar o desenho em 2D (zoom), movê-lo na tela e ainda gerar o
sólido VRML a qualquer momento que desejar, permitindo assim a modelagem 3D correspondente,
a partir do modelo geométrico 2D e de features, disponível no modelo de informação da peça.
A visualização em 3D é feita através de um plug-in para VRML, previamente instalado pelo
usuário, no seu browser. Ao acionar o botão "VRML-NOW!", o modelo da peça é enviado ao servidor
WebMachining via servlets, que a seguir grava o arquivo no servidor e o envia para o browser do
cliente via mecanismo post do HTML, que faz a chamada do plug-in VRML disponível, permitindo
a navegação no mundo virtual criado para a peça.
Tem-se a opção para salvamento local do modelo geométrico em 2D e 3D (extensão wrl) e de
features (extensão ftr), desde que se altere a política de segurança da máquina Java local, permitindo
a leitura e escrita de arquivos na máquina do usuário. A máquina Java vem configurada de forma
segura, impedindo que applets tenham acesso aos recursos locais da máquina. Para gravar localmente
é necessário degradar a política de segurança da máquina Java local.
No menu WebTurning, o usuário encontra opções para a visualização do chão-de-fábrica do
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 191
Figura 9.8: Interface WebCADbyFeatures: 2D e VRML.
GRACO em tempo real. Já o menu WebCAPP e o botão “CAPP_NOW!” dão acesso as funções
de CAPP. O acesso ao banco de dados só é possível para usuários cadastrados, pelo menu "System"
na opção de salvamento remoto. Na figura 9.8 tem-se outra peça exemplo complexa em 2D e o sólido,
3D, em VRML, correspondente.
9.5 Modelagem Colaborativa
Inicialmente é necessário acessar a interface do cliente denominada "WebCADbyFeatures Collabo-
rative Design IPLayer Router Client", através do terceiro ícone da barra principal (figura 9.7), de-
nominado "Connect Collaborative Design WebCADbyFeatures", mostrado na figura 9.9. Este applet
é formado por diversos painéis, que disponibilizam as funcionalidades necessárias para permitir o
gerenciamento e a comunicação para desenvolvimento da modelagem colaborativa.
Faz-se o registro no Router através do painel "Register" do agente de interface, fornecendo o
"Agent Name = Alvares", "Password = alvares" e "Email = alvares@AlvaresTech.com" (figura 9.9).
Os demais dados relativos ao nome do Router (Facilitador - AMR) e das portas TCP, já estão preenchi-
dos. A seguir conecta-se o agente registrado anteriormente ao servidor/roteador JATLite (AMR),
através do painel "Request" (figura 9.10). Os demais painels "Compose" , "FTP" e "Reserve" são usa-
dos para comunicação com os demais agentes que participarão da sessão de modelagem colaborativa.
No lado direito da GUI (figura 9.10) são disponibilizadas informações sobre a conexão com o
Router. É utilizado o KQML como linguagem de comunicação entre os agentes. Algumas diretivas
utilizadas são: sender, content, receiver, performative entre dezenas de outras associadas ao KQML.
A figura 9.11 apresenta um exemplo de modelagem colaborativa, onde o Agente de Interface "Al-
vares" compartilha seu modelo de features de produto com o Agente de Interface "jones". O Agente
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 192
Figura 9.9: Inteface do cliente para projeto colaborativo: "WebCADbyFeatures Collaborative Design
IPLayre Router Client", apresentando o painel "Register".
Figura 9.10: Interface do cliente para projeto colaborativo: Request do Agent de Interface "Alvares"
no servidor Router do ambiente JATLite.
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 193
Figura 9.11: Modelagem colaborativa entre os agentes "Alvares" e "jones". Agente "Alvares" envia
modelo por features para agente "jones".
"Alvares" envia por FTP o seu arquivo de projeto, denominado "alvares-2004_12_1", utilizando o
Agente Router (gerenciador de sessão), para o Agente "jones", que irá recebê-lo diretamente em sua
GUI, e a seguir fará a analise e as edições que achar conveniente.
A seguir o Agente "jones" envia o arquivo com as suas edições, nomeado pelo sistema de "jones_2
0-04_12_1" ou outro nome qualquer, para o Agente "Alvares", que irá recebê-lo em sua interface de
projeto, com as edições realizadas pelo Agente "jones" (figura 9.12).
Os dois agentes podem conversar diretamente via Router, trocando mensagens através do painel
"Compose", onde define-se uma ontologia, no caso associada a terminologia de desenvolvimento de
produto, denominada de "Project", e envia-se o "Content" desta mensagem utilizando a linguagem
KQML, com suas diretivas "sender: jones" , "receiver: Alvares" e "performative: tell”. Por exemplo
o Agente "Alvares" recebe mensagem do Agente "jones", sobre as edições realizadas no projeto.
Pode-se enviar e-mail via Router, caso haja necessidade de comunicar-se com outro agente.
9.6 Discussão
O sistema de projeto colaborativo WebCADbyFeatures utiliza mecanismo assíncrono de gerencia-
mento de sessões de modelagem colaborativa associado à uma arquitetura multiagentes para compar-
tilhamento dos modelos de features, diferentemente da arquitetura WebSpiff (BIDARRA et al., 2001)
que usa abordagem síncrona, utilizando um servidor que gerencia as sessões de modelagem de pro-
duto colaborativa em execução. O servidor WebSpiff mantém o modelo de produto centralizado no
servidor; permitindo assim a atualização sincronizada de todas as sessões de modelagem em curso.
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 194
Figura 9.12: Modelagem colaborativa entre os agentes "Alvares" e "jones". Agente "Alvares" recebe
o modelo por features do agente "jones", após efetuar as alterações no modelo de features.
Não é utilizado a figura de agentes no WebSpiff. WebCADByFeatures mantém os modelos de fea-
tures descentralizados, e usa a figura do Agente Facilitador para compartilhar os modelos para os
demais agentes de interface, via FTP, HTML ou e-mail.
No modelo de features da peça acabada, cada feature de forma modelada pode conter informações
sobre features de tolerâncias (dimensão, rugosidade, forma, posição, orientação, batimento e loca-
lização) e features de referências de projeto. As peças bruta (blank) e acabada, que compõem um
projeto de um agente de interface têm associadas também features de tratamento térmico, features de
tratamento superficial, features de material da peça e features de dados produção (tamanho do lote,
data de entrega, usuário, senha, entre outros). Este modelo de informação é bastante completo e está
implementado via banco de dados MySQL.
A arquitetura WebCADbyFeatures pode ser definida como um sistema de projeto colaborativo
orientada à Web baseada em features, usando mecanismo assíncrono de gerenciamento de sessões de
modelagem associado a um sistema multiagentes e um banco de dados MySQL, sendo multi-usuário
e distribuída, bem como concorrente e assíncrona.
Em um contexto de modelagem colaborativa, a complexidade do cliente é principalmente deter-
minada pelas facilidades de modelagem e interatividade implementadas no cliente, enquanto que o
carregamento da rede é determinado principalmente pelo tipo e tamanho do modelo de dados sendo
transferido de/para os clientes.
WebCADbyFeatures adota uma solução de compromisso, concebida entre os extremos, thin clients
e fat clients, disponibilizando funcionalidades no lado do cliente e no lado do servidor. No lado do
servidor tem-se a GUI que disponibiliza todas as facilidades de modelagem em 2D de uma peça. No
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 195
lado do servidor, é realizado o gerenciamento das sessões de modelagem colaborativa via Agente
Facilitador (JATLite) e a geração do modelo da peça 3D em VRML, através de servlets.
WebCAdbyFeatures oferece total facilidade de interação e modelagem local, mantendo seu próprio
modelo de features local. A comunicação com o Agente Facilitador é então requerida quando hou-
ver necessidade de sincronizar as modificações de dados do modelo local com os outros clientes.
Neste ambiente colaborativo, onde clientes podem concorrentemente modificar o modelo de dados
local, a prevenção de inconsistências de dados entre diferentes clientes torna-se um problema cru-
cial, sendo equacionado através do sistema multiagentes, via Agente Facilitador e KQML. Todos os
clientes devem ter o mesmo modelo de features. Quando um usuário altera o modelo, todos os clientes
são atualizados via Agente Facilitador, se o Agente de Interface desejar. Para que o processo tenha
consistência as mensagens de atualização em KQML são entregues na mesma ordem para todos os
clientes, quando um Agente de Interface requer o compartilhamento de seu modelo.
O carregamento da rede, associado à largura de banda e ao ambiente computacional heterogêneo
também devem ser levados em consideração no desenvolvimento de uma ferramenta de projeto co-
laborativa. No caso do WebCADByFeatures utiliza-se o protocolo TCP/IP, em especial as tecnologias
Web para efetiva comunicação durante o ciclo de desenvolvimento de produto (CAD, CAPP, CAM),
usando uma arquitetura cliente-servidor. Assim, o sistema depende da largura de banda disponível
entre o cliente e o servidor, para uma utilização confortável e rápida das GUIs.
No lado do cliente, o applet que é recebido via Web a partir do servidor WebMachining tem o
tamanho de 2,5 MBytes. Em uma conexão Internet com 128 KBytes/s, é necessário cerca de 30 se-
gundos para fazer o download e iniciar a máquina virual Java no cliente, não tendo portanto um tempo
significativo de espera por parte do cliente, diferentemente do que ocorre com o sistema WebCAD
2000 do Cybercut, que tem um tempo de espera da ordem de dois minutos.
O compartilhamento do modelo de features com os demais agentes de interface do sistema Web-
Machining é feito via download (FTP) do modelo de features, e seu armazenamento em um diretório
público no servidor de FTP WebMachining (ftp://WeMachining.AlvaresTech.com/jatlite). Na sequên-
cia, o agente que participa da modelagem é comunicado sobre a disponibilização do novo modelo
de features e o Agente Facilitador faz a intermediação da comunicação entre os agentes do sistema
multiagente, realizando o upload do modelo de features do primeiro agente e carregando automati-
camente na GUI do cliente, que poderá visualizá-lo em 2D, bem como em 3D, em seu applet Java,
editá-lo, salvá-lo localmente e no servidor, bem como compartilhar com outros agentes que partici-
pam da sessão de modelagem colaborativa e de forma assíncrona. Há a possibilidade de disponibilizar
o modelo de features via e-mail, comunicando a URL em que se encontra o novo modelo, caso um
dos Agentes de Interface não esteja on-line durante a sessão de modelagem colaborativa.
O procedimento de download e upload de arquivos com os modelos de features é muito rápido,
pois os arquivos são muito pequenos. Por exemplo um arquivo típico (ftr) com 40 features de forma
e todos seus atributos, tem cerca de 12 kBytes, o que é insignificante para o comparti-lhamento de
arquivos via Internet de banda larga. Os tamanhos de arquivos associados aos modelos de features, ar-
mazenados pelo sistema WebCAdbyFeatures, podem ser verificados na URL ftp://WebMachining.Al-
varesTech.com/jatlite. O mesmo raciocínio se aplica aos arquivos VRML (wrl), que tem cerca de 14
kBytes para o arquivo de modelo de features correspondente no exemplo acima. Os arquivos VRML
estão disponíveis na URL ftp://WebMachining.AlvaresTech.com/vrml.
CAPÍTULO 9. PROJETO COLABORATIVO: WEBCADBY
FEATURES 196
Toda a interface com o sistema se inicia a partir de um navegador Web (browser
2
), sendo necessário
a instalação de dois plug-ins na máquina cliente, VRML e máquina Java compatível com AWT (Java
1.1). Como applets são seguros por natureza, impedem a gravação de arquivos na máquina local. Caso
o usuário deseje a gravação de arquivos na sua máquina é necessário alterar a política de segurança
da máquina Java, modificando ou criando, por exemplo, o arquivo de configuração “.java.policy” e
incluindo a diretiva: grant {permission java.security.AllPermission;};.
Caso seja usado algum firewall pessoal na máquina cliente ou na rede local do usuário, é necessário
liberar o acesso para algumas portas usadas pelo TCP (sockets), como a porta 8080 para a conexão
com o servidor Tomcat, portas 4444 e 4445 para conexão com o servidor JatLite, porta 80 para
conexão com o servidor Apache e porta 21 para conexão com o FTP.
É difícil comparar o sistema WebCADbyFeatures com outras propostas e sistemas computa-
cionais acadêmicos, pois não se tem referências bibliográficas de nenhum outro sistema computa-
cional semelhante ao WebCADbyFeatures, cabendo destacar que o mesmo é parte de um ambiente de
desenvolvimento de produto colaborativo totalmente baseado na Web e disponível para uso. A quase
totalidade dos sistemas relatados na literatura não estão on-line. Deve-se destacar duas exceções
WebSpiff e Cybercut, que podem ser acessados e inicializados, entretanto param de funcionar após
algum tempo de uso, mostrando a existência de vários problemas na arquitetura e implementação,
sendo que muitos módulos e funcionalidade destes sistemas computacionais não funcionam ou estão
inacessíveis.
Uma virtude do WebCADbyFeatures em comparação com os sistemas on-line WebSpiff e Cy-
bercut é a sua facilidade de uso, não necessitando de maiores conhecimentos técnicos por parte do
projetista. Um usuário pouco experimentado pode facilmente utilizar o sistema, pois o mesmo foi
concebido para ser facilmente utilizável não necessitando de instalação ou configuração além dos
plug-ins, orientado por menus, com uma modelagem lógica baseada em objetos, tendo uma inter-
face intuitiva levando a um rápido desenvolvimento de produto. Uma peça relativamente complexa
com 40 features por exemplo, pode ser modelada em menos de dez minutos, incluindo a instanciação
de features de forma, de tolerância, de material, de tratamento superficial, de tratamento térmico,
de referências de projetos e dados de produção. A partir da GUI do WebCADbyFeatures pode-se
acessar todos os demais módulos do sistemas (VRML, WebCAPP (servlets e applets), WebTurning,
WebDNC e WebCam (vídeo e áudio)).
Por fim, para tornar as sessões de modelagem colaborativa mais atrativa, recomenda-se fortemente
a utilização do software SKYPE (http://www.skype.com) como ferramenta de comunicação
baseada em VOIP (voz sobre IP), por ser uma ferramenta multi-plataforma (Windows, Linux, Mac
e Pocket PC), bastante eficiente e gratuíta, ao contrário do MSN Messenger da Microsoft, que não
tem no momento a mesma eficiência além de ser proprietário, não sendo disponibilizado para outras
plataformas computacionais, como Linux. Usando esta ferramenta de comunicação de voz sobre IP,
pode-se aproximar ainda mais os projetistas, facilitando a sua comunicação e o desenvolvimento de
produto.
2
Como o Internet Explorer é o browser mais utilizado, deve-se instalar uma máquina Java diretamente da Sun, pois
a Microsoft não fornece mais suporte para máquina Java nativa, nas novas versões do Windows. Quando se instala o
Windows XP não se tem ¸plug-in para Java.
Capítulo 10
Planejamento do Processo Não-Linear:
WebCAPP
Este capítulo descreve o uso e detalhes da implementação computacional do sistema generativo de
planejamento de processo auxiliado por computador denominado de WebCAPP, voltado para usi-
nagem de peças rotacionais constituídas de features concêntricas e não-concêntricas, em um centro
de torneamento Galaxy 15M da Romi. O sistema WebCAPP gera o macroplanejamento e microplane-
jamento do processo de fabricação da peça modelada pelo sistema WebCADbyFeatures, baseado nas
definições e nomenclatura STEP-NC. As saídas geradas pelo WebCAPP estão associadas a um plano
de processo não-linear representado por um grafo E/OU, plano de processo linearizado e programa
NC em código G. O sistema é baseado em uma arquitetura cliente-servidor utilizando tecnologia
Web, servlets e applets, sendo inicializado através da GUI WebCADbyFeatures, após a modelagem
colaborativa da peça rotacional.
10.1 Introdução
As atividades do CAPP iniciam-se com a normalização das features modeladas pelo projetista no
ambiente WebCADbyFeatures. Esta normalização consiste em identificar as features e representá-las
de uma única forma (formato canônico), evitando redundâncias e variações em sua representação,
facilitando assim o mapeamento de features para a visão de usinagem.
Todas as features da peça exemplo da figura 10.1 podem ser representadas como ODTapered, mas
de acordo com a metodologia utilizada f1 e f4 são FaceStraight, f2 é ODStraight e somente f3 é do
tipo ODTapered.
O procedimento de normalização se justifica devido a grande flexibilidade dada ao projetista no
ambiente WebCADbyFeatures. O usuário pode realizar a modelagem por features de síntese de pro-
jeto de várias maneiras, dificultando o desenvolvimento de um CAPP rápido e robusto, pois esta
flexibilidade na modelagem e representação das features de forma (fig. 10.1) leva a uma série de
casos, loops e exceções, dificultando também o processo de detecção de falhas do sistema. Assim,
optou-se por esta fase de normalização, a qual deixa os dados em um formato padronizado para o
sistema WebCAPP.
Uma vez compatibilizado os dados da visão de projeto, inicia-se a primeira fase do CAPP, decom-
197
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
198
Figura 10.1: Normalização das features de projeto.
Figura 10.2: Decomposição orientada à geometria.
posição orientada ao setup, que é responsável por determinar as possíveis features de fixação e linhas
delimitadoras, com alternativas.
Na fase decomposição orientada à geometria definem-se os blocos geométricos funcionais que
serão usinados em cada setup. Essas estruturas funcionais são as features de usinagem e de tornea-
mento armazenadas em um vetor, que por sua vez está dentro de um vetor de setups, conforme
mostrado na figura 10.2.
De acordo com as diversas características, um conjunto de features pode ser interpretado como
feature de usinagem de face, que possui como característica básica ter uma grande movimentação
no eixo X em comparação com a movimentação no eixo Z; feature de usinagem (geral) que possui
características monotônicas (diâmetros somente crescentes ou somente decrescentes) e feature de
usinagem especial, na qual os diâmetros crescem e decrescem, por exemplo.
Por último tem-se a decomposição orientada à operação que consiste em montar a informação
adquirida numa estrutura de Workingsteps e Workplans, tal como o previsto pelo Step-NC. Nesta
fase são montados os Workingsteps, determinando uma operação de usinagem para cada feature
de usinagem identificada, levando em conta as alternativas de operações, criando sub-geometrias
se necessário. Nesta fase também se determinam os planos de segurança e aproximação, obtendo
junto com os anteriores, todos os parâmetros necessários para se desenhar uma boa estratégia de
movimentação de ferramenta para o próximo passo.
Geração do Código G
A geração do Código G inicia-se com a leitura de cada Setup (Setup1 e Setup2), onde é traçada
uma estratégia para cada feature de usinagem com as informações agregadas durante todas as fases
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
199
anteriores, após a linearização do Workplan com alternativas. Assim é gerado um arquivo texto que
pode ser carregado na máquina-ferramenta via WebTurning ou enviado para geração do plano de
processo via XML, que gera um arquivo XML para o usuário, apresentando o plano de processo
linearizado com o código G ao final do arquivo.
10.2 Implementação Computacional do WebCAPP
O objetivo principal do planejamento do processo é a geração do microplanejamento do processo que
deverá conter um plano de processo linearizado e detalhado, bem como a geração do programa NC
para este plano de processo. O CAPP possui duas interfaces que podem ser acessadas pelo usuário:
• via servlets: gera o plano de processo linearizado na forma tabular e o programa NC associado,
apresentado em formato XML;
• via applets: gera os resultados intermediários associados as dez atividades de planejamento de
processo, ou seja, da atividade de “decomposição orientada à geometria, setup e operação” ao
programa NC em código G (RS 274).
Assim é possível acompanhar todas as atividades previstas no planejamento de processo através do
applet WebCAPP, ou simplesmente opta-se pela geração do plano de processo linearizado e do código
G via servlets.
10.2.1 Via Servlet
A figura 10.3 apresenta as saídas geradas pelo WebCAPP via servlets, designada por WebCAPPServlet,
mostrando o plano de processo linearizado indicando as operações de usinagem, ferramenta de corte
e condições de usinagem para cada setup. Também é apresentado o código G gerado pelo WebCAPP.
A figura 10.4 apresenta a simulação do programa NC executada no centro de torneamento e obtida
através do sistema de captura de imagens do ambiente WebTurning, durante o try-out da peça, direta-
mente do display do CNC.
10.2.2 Via Applet
A figura 10.5 apresenta a impressão formatada para o “Console Java” dos resultados da atividade
de decomposição orientada ao setup, geometria e operação geradas pelo WebCAPP versão applet.
Pode-se verificar detalhadamente os resultados dos métodos e algoritmos aplicados nesta atividade,
tendo como saída a classificação da peça e o tipo de fixação necessária, a quantidade de setups, as
possibilidades de linhas delimitadoras (LD), os agrupamentos de features de usinagem e torneamento
para cada setup, e os Workingsteps associando as features de usinagem (volumes de usinagem) com
as operações de usinagem possíveis, gerando assim as alternativas de usinagem.
A figura 10.6a apresenta a lista de Workingsteps gerado pelo WebCAPPApplet. A figura 10.6b
apresenta o grafo E/OU, apresentando as alternativas de operações que poderão ser executadas sobre
as features de usinagem e torneamento, mostradas na figura 10.6a .
A figura 10.7 apresenta parte do programa NC gerado pelo WebCAPPApplet para uma peça.
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
200
Figura 10.3: Plano de processo linearizado e programa NC gerado pelo WebCAPPServlet em XML.
Figura 10.4: Simulação do programa NC capturado pelo sistema de processamento de imagens Web-
Cam do sistema WebDNC.
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
201
Figura 10.5: Resultado da atividade de decomposição orientada ao setup, geometria e operação gerado
pelo sistema WebCAPPApplet, sendo a peça constituída por 29 features.
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
202
Figura 10.6: a) Lista de Workingsteps; b) grafo E/OU.
Figura 10.7: Programa NC gerado pelo sistema WebCAPPapplet.
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
203
10.3 Discussão
O CAPP foi implementado parcialmente, tendo várias atividades previstas e descritas nos capítulos
anteriores ainda por implementar ou melhorar. As principais atividades idealizadas foram concluí-
das, como por exemplo o método de decomposição baseado em setup, geometria e operações de
usinagem, que faz o mapeamento da maioria das features presentes em peças rotacionais simétricas e
assimétricas. O método também reconhece features como splines e features de Eixo C, estendendo a
taxonomia CAM-I.
Nesta versão implementada são reconhecidas todas as features concêntricas para região externa
e interna. Foram implementadas algumas features de eixo C, como furos e padrões de furos não-
concêntricos e rasgo de chaveta. As demais features não-concêntricas serão implementadas em ver-
sões futuras do WebCAPP.
As famílias de peças reconhecidas, ou seja, a forma padrão da geometria das peças tratadas pelo
reconhecimento de features é bastante abrangente, contudo algumas geometrias ainda não são reco-
nhecidas pelo método de decomposição. Os métodos reconhecem os relacionamentos geométricos
e não-geométricos de features, em especial as features de tolerâncias e de referências, mostrando-se
bastante eficiente na sua análise, e de certa forma mais abrangente por incluir o reconhecimento de
features do tipo spline e features não-concêntricas.
A inclusão de features splines, features de tolerâncias, features de referências e o tratamento de
regiões internas e de features de eixo C, dão uma maior amplitude ao CAPP, que pode tratar uma
quantidade de features bem superior aos sistemas relatados na literatura (VARVAKIS, 1991) e de uma
forma mais eficiente em termos de GUI com o usuário e uso de tecnologia Web.
O tempo de execução das atividades de CAPP, que não dependem do acesso ao banco de dados
da Sandvik via Internet
1
ocorrem em menos de 5 segundos em um PC Pentium IV de 3,2 GHz em
plataforma Linux, para a peça exemplo (capítulo 8), com 39 features.
O uso do software MatLab para executar o procedimento de otimização das condições de usi-
nagem e a linearização do plano de processos para a peça exemplo (capítulo 8) leva cerca de dois
minutos, pois tem-se vários tempos associados ao procedimento como: conexão via Internet para ini-
cializar a aplicação de GA standalone do MatLab no servidor WebMachining; montagem dos dados
de entrada para o algoritmo de otimização; escrever dados de entrada GA para arquivo texto (txt);
chamar executável MatLab; carregamento do arquivo de entrada de dados pelo executável MatLab;
executar o algoritmo genético; formatar saída; gravação saída formatada em arquivo texto que será
lido pelas demais classes (módulos) do software WebCAPP. Uma forma de melhorar o desempenho
do WebCAPP seria trabalhar com arquitetura paralela e distribuída de computadores (cluster de PCs),
onde várias atividades poderiam ser executadas em paralelo.
O código G gerado e executado no try-out
2
mostra um índice de acerto muito grande no código G
gerado, necessitando de poucos ajustes por parte do operador no chão-de-fábrica. Normalmente estes
1
A atividade de otimização das condições de usinagem através de GA usando o software MatLab depende do acesso
ao banco de dados da Sandvik.
2
A fase inicial de try-out consiste em uma operação do CNC em modo de teste, sem a movimentação dos acionamentos,
para simulação do programa NC na própria máquina-ferramenta. A seguir executa-se o programa NC, bloco a bloco, em
modo dry-run, onde os eixos X, Z e C são acionados e a placa e as ferramentas acionadas ficam estacionárias. O try-out
finaliza-se com a usinagem da peça usando o Nylon (Technyl 6) como material de usinagem.
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
204
ajustes estão associados às condições de usinagem, e não à trajetória programada de ferramentas de
corte, que exigem pequenas modificações, e normalmente focadas no setup da peça bruta (Setup1)
e semi-acabada (Setup2) na máquina, definição de sobrematerial e determinação do Zero Peça, que
são procedimentos manuais e dependem das instruções que o plano de fixações (Setups) define para
o operador realizar junto à máquina. As vezes alguns ajustes são necessários por parte do operador
neste plano de setups.
O material das peças usinadas no try-out foi nylon, pra evitar o desgaste das ferramentas. Algumas
peças foram usinadas a seguir com latão e aço 1020, pois estes materiais estavam disponíveis no
almoxarifado do laboratório. Foram necessários ajustes nas condições de usinagem recomendadas
pelo sistema de GA, baseado em dados da Sandvik, da ordem de 15% nos valores de velocidades de
corte e avanços.
Devido à ausência e disponibilidade de softwares CAPP generativos (comerciais e acadêmicos)
para geração de código G, só foi possível realizar uma comparação com pacotes CAD/CAM tradi-
cionais, no caso o SmartCam Turning da Camax para plataforma Solaris. A peça exemplo (capítulo 8)
foi modelada por vários alunos da disciplina Tecnologias de Comando Numérico do curso de Enge-
nharia Mecatrônica da UnB, usando o SmartCam, o WebMachining e através de programação manual.
Os alunos não conheciam nenhum dos softwares, mas tinham conhecimento de CAD, tecnologia de
usinagem, planejamento de processos e programação NC.
O ciclo de desenvolvimento da peça constituída pelas atividades de projeto detalhado, planeja-
mento do processo e a geração do código G demorou uma média de 5 horas, usando o ambiente
SmartCam, salientando tratar-se de usuários (alunos) sem experiência no uso do SmartCam. Por
outro lado, usando o sistema WebMachining, os alunos levaram em média 20 minutos. Por fim, a
programação manual da peça levou uma média de 8 horas, incluindo a simulação no CNC, a partir
do macroplanejamento definido pelo WebCAPP. Mostra-se assim a grande facilidade de uso do sis-
tema WebMachining, pois a interface CAD é muito intuitiva e o CAPP gera o código G de forma
automática, sem interferência do usuário.
O sistema WebMachining tem potencial para ser integrado a um CNC industrial (baseado em PC
e SO Windows), onde o WebCADbyFeatures seria a interface com o operador da máquina, permitindo
a programação da peça orientada ao chão-de-fábrica, melhorando significativamente a GUI com o
usuário. A aderência do WebCAPP ao STEP-NC também é uma fator de destaque, pois no futuro
o sistema poderá ser migrado para CNCs baseados em STEP-NC. Pode também ser utilizado como
ambiente de programação de máquinas para a indústria, principalmente que trabalhe por encomenda,
projetando e fabricando peças diferentes a todo o momento.
Existem várias limitações na implementação, pois o sistema é um protótipo, sendo que o objetivo
do seu desenvolvimento foi no sentido de comprovar a exequibilidade da metodologia, métodos e
algoritmos, validando-os, bem como demonstrar a facilidade de uso, geração de boas soluções de
planejamento de processo não-linear, sua linearização e a geração do código G, e por fim, a fabricação
da peça. Obviamente não se pode comparar os recursos gráficos disponíveis no sistema WeMachining
com sistemas comerciais, pois os sistema não foi implementado como software comercial.
Quando comparado a um CAD/CAM comercial, como o SmartCam, fica demonstrada a sua supe-
rioridade em termos de concepção e de facilidade de uso e tempo de geração do código G. O mesmo
ocorre quando comparado com vários sistema acadêmicos relatados na revisão de literatura, que não
CAPÍTULO 10. PLANEJAMENTO DO PROCESSO NÃO-LINEAR: WEBCAPP
205
são tão abrangentes e normalmente não trabalham de forma distribuída e baseado em tecnologia Web,
não podendo nem ao menos testá-los por não estarem disponíveis, tanto o executável quanto o código
fonte.
Entre as limitações desta implementação para geração de planos de processos não-lineares, têm-se
o universo de peças tratadas, onde várias features não-concêntricas não foram incluídas nesta versão,
bem como uma melhor formatação na saída de dados intermediários do CAPP, como representação
por grafo E/OU e saídas dos algoritmos genéticos via applet, que serão ainda contempladas nas ver-
sões futuras. Isto ocorreu devido ao tempo disponível para conclusão da tese, que completou quatro
anos em setembro de 2005.
Capítulo 11
Teleoperação Centro de Torneamento:
WebTurning
Este capítulo descreve os detalhes da implementação computacional do sistema de manufatura re-
mota (telemanufatura) voltado para o torneamento de peças rotacionais em um centro de torneamento
Galaxy 15M da Romi, denominado WebTurning.
11.1 Introdução
O desenvolvimento de metodologias e sistemas que permitam a fabricação de peças à distância é
importante em um contexto de e-Mfg, pois, desta forma, o usuário/cliente e a empresa que fabrica
as peças podem manter um contato a distância, mas de forma direta. Há também a possibilidade de
utilização de sistemas desta natureza para Ensino a Distância, pois os equipamentos e acessórios uti-
lizados para fabricação, que são de custo elevado, poderão ficar acessíveis a estudantes de instituições
que não possuam tais equipamentos (laboratórios remotos). O sistema para teleoperação do centro de
torneamento Galaxy 15M é uma das unidades de uma Célula Flexível de Manufatura para fabricação
de peças rotacionais, constituída também por um robô industrial, um robô móvel, um micrômetro
laser, coordenador da FMC e paletes de peças brutas e acabadas. As unidades da FMC podem ser
visualizados na URL http://video.graco.unb.br.
O sistema WebTurning tem como objetivo a implementação de uma interface de teleoperação,
utilizando os recursos do ambiente WWW, para supervisionar, monitorar e comandar remotamente
um centro de torneamento da Romi, modelo Galaxy 15M com CNC Fanuc 18i-ta, tendo a Internet
como via de controle e um browser como GUI.
Este sistema pode ser acessado via URL http://WebDNC.graco.unb.br, sendo baseado
em uma arquitetura cliente-servidor (tecnologia Web) utilizando metodologia descrita em ÁLVARES
e ROMARIZ (2002), sendo constituído por dois módulos principais:
• Servidores: representados pelos programas localizados em uma estação de trabalho (plataforma
Linux) responsável pela supervisão e controle do centro de torneamento (WebDNC) e pela
monitoração do chão-de-fábrica através da captura de vídeo e áudio (WebCam);
• Clientes: representados por applets Java e páginas HTML no lado do cliente.
206
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
207
Figura 11.1: Arquitetura detalhada: módulos do sistema WebTurning.
11.2 Arquitetura WebTurning
O sistema WebTurning é constituído por quatro módulos básicos, três servidores (1, 2 e 3) e um
cliente (4), sendo sua arquitetura cliente-servidor apresentada na figura 11.1:
1. servidores de streaming de vídeo e de streaming de áudio (WebCam);
2. servidor FOCAS1 (Fanuc Open CNC API Specifications) localizado no centro de torneamento,
sendo representado pelo CNC Fanuc 18i-ta;
3. servidor de teleoperação WebDNC que atua como uma camada intermediária entre o CNC e o
cliente usando mecanismos de acesso via Web, como CGI e inetd;
4. interface gráfica (GUI) em Java e HTML.
Os servidores WebDNC e FOCAS1 compõem a atividade WebCNC do modelo IDEF0 (fig. 6.12).
Este comando remoto é possível através das funções disponibilizadas pelo CNC 18i-ta Fanuc, via
protocolo ethernet/FOCAS1 (Fanuc Open CNC API Specifications). A partir desta API e driver FO-
CAS/ethernet instalado no CNC, acessado via socket TCP/IP usando rede de comunicação ethernet,
é possível executar cerca de 300 funções associadas ao controle do CNC, PMC/CLP (Controlador
Lógico Programável) e DNC (Comando Numérico Distribuído). As figuras 11.2 e 11.3 apresentam
as facilidades de comunicação presentes no CNC Fanuc 18i-ta, onde tem-se placa de rede ethernet,
bibliotecas, API e protocolo de aplicação FOCAS1/DNC1 e protocolos TCP/IP.
O servidor WebDNC disponibiliza serviços de comando, execução de programas, download e up-
load de programas, tratamento de erros e demais funções associadas ao protocolo de comunicação
disponibilizado pelo fabricante, trabalhando de modo bidirecional, recebendo comandos através da
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
208
Figura 11.2: Hardware: placa ethernet, protocolo e API FOCAS1/DNC1 (Fanuc, 2003).
Figura 11.3: Biblioteca DLL FOCAS1/DNC1:fluxo de dados (Fanuc, 2003).
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
209
Figura 11.4: WebDNC: teleoperação e monitoramento remoto do centro de torneamento Galaxy 15M
(http://WebDNC.graco.unb.br).
Internet e enviando dados de status do centro de torneamento via FOCAS1/DNC1. O WebDNC tra-
balha em uma camada intermediária, entre os clientes (PC) e o servidor FOCAS1 (centro de tornea-
mento). O servidor de vídeo WebCam é responsável pela captura de vídeo e áudio e sua distribuição
via broadcasting através do protocolo TCP/IP (Internet).
11.3 Interface com o Usuário WebDNC: GUI Cliente-Servidor
Para facilitar a utilização do WebTurning foi desenvolvido a interface gráfica WebDNC baseada
em Java e HTML (figura 11.4), a partir da qual é possível controlar as funções relativas ao CNC,
PMC (CLP) e DNC, sendo implementada usando tecnologia Web. A GUI, front-end do usuário, con-
siste de vários applets e formulários HTML, que são carregados pelo browser (http://WebDNC.
AlvaresTech.com).
A figura 11.4 apresenta a tela principal de acesso ao sistema WebTurning, onde podem ser visu-
alizados, nos frames superiores, os menus onde o usuário seleciona as funções FOCAS1. Na segunda
linha de frames as três janelas são: janela de status, janela de realimentação gráfica e janela de
função. Na terceira linha estão as janelas de envio e recebimento de mensagens. Através dos menus
pode-se acessar os serviços remotos para teleoperação correspondentes às funções da biblioteca FO-
CAS1/Ethernet. Há um menu de opções que permite ativar a realimentação gráfica. A tela de status
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
210
permite que o estado do Galaxy 15M apareça na tela (posição, modo de operação e configurações
principais). A tela de envio (caixa de envio) apresenta os dados a serem enviados, podendo ser cor-
rigido ou editado antes do envio. A tela de recebimento mostra os dados recebidos pelo Galaxy 15M.
11.4 Funções FOCAS1/Ethernet Para Teleoperação do Centro
de Torneamento
As funções especificadas pela biblioteca FOCAS1/ethernet (11.2 e 11.3) foram divididas em três
grupos:
• Funções de leitura: permitem a leitura de uma série de dados e configurações do Galaxy 15M,
como por exemplo as condições iniciais de operação e os dados de configuração e memória do
CNC/PMC;
• Funções de escrita: permitem a alteração de configurações do CNC e do PMC, a movimentação
dos eixos do centro de torneamento através de entrada de dados em modo MDI (Manual Data
Input), por exemplo.
• Funções de programa: permitem realizar operações associadas ao download e upload de pro-
gramas NC, setup e dados de ferramentas, bem como apagar programas que estejam na memória
do CNC.
A figura 11.5 apresenta um exemplo de algumas funções implementadas. Utilizou-se para o desen-
volvimento do sistema as linguagens de programação C, HTML, CGI, Java e JavaScript. O cliente
acessa o sistema e tem a sua disposição uma tela de comando dividida em frames correspondentes
as funções de teleoperação (figura 11.4), bem como as várias informações referentes ao centro de
torneamento. Cada função possui uma página HTML correspondente, que descreve o funcionamento
da função e pede para que o usuário defina os parâmetros da função.
A leitura destes parâmetros é feita por um CGI ou servidor específico via inetd. O cliente conecta-
se ao servidor WebDNC, e este estabelece uma comunicação via socket com o CNC, segundo o
protocolo FOCAS1/DNC1, enviando via rede ethernet e TCP/IP os streaming de dados e recebendo
suas respectivas respostas ou mensagens de erro, que são apresentadas no formato HTML e streaming
de dados, visualizadas na tela de comando e em applets.
11.5 Servidor WebDNC
A conexão Internet é implementada através de sockets entre os módulos WebDNC e módulo cliente. O
servidor WebDNC é baseado em servidores HTTP/inetd/CGI, instalados em um computador pessoal
plataforma Linux (PC Linux), permitindo o acesso por parte do usuário remoto via Web (html e java),
que executa a função desejada da API do FOCAS1. Ao executar o programa no servidor local, este
conecta-se ao servidor FOCAS1 no CNC, enviando a estrutura de dados necessária para executar a
função no CNC. Após a execução no CNC, o status da função é enviada para o cliente remoto. Cada
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
211
Figura 11.5: Arquitetura, fluxo de dados e algumas funções disponibilizadas pelo WebTurning.
função oferecida pelo protocolo FOCAS1 é disponibilizada para o cliente Web via mecanismos do
tipo: CGI, chamada função via inetd ou chamada de função diretamente via socket.
Servidor FOCAS1 - CNC
O Servidor FOCAS1/ethernet está localizado no CNC da Fanuc 18i-ta do centro de torneamento
Galaxy 15M. Disponibiliza uma conexão por rede local de comunicação ethernet via protocolo TCP/IP,
usando sockets DNC1/FOCAS1 configurado para atender solicitações para o IP 164.41.17.20, na
porta 8193. A partir deste socket tem-se acesso ao driver da Fanuc, que implementa as funções do
protocolo FOCAS1/DNC. O cliente através de um browser conecta-se ao servidor WebDNC e exe-
cuta a função desejada, que via socket envia uma estrutura de dados para o CNC, implementando as
funções disponibilizadas pelo protocolo FOCAS1. Este servidor é proprietário da FANUC, sendo ape-
nas habilitado e configurado no CNC. A API de desenvolvimento FOCAS1 está disponível apenas em
plataforma Windows, fornecida pela FANUC por cerca de setecentos dólares, sendo ainda necessário
habilitar o driver FOCAS1 no CNC FANUC, bem como realizar a configuração dos sockets no CNC.
O servidor WebDNC (no PC), que acessa o servidor WebCNC (no CNC) foi desenvolvido em
Microsoft Visual C++ em plataforma Windows e instalado em uma máquina virtual Windows, em um
PC com sistema operacional Linux, usando o servidor VMware (http://www.vmware.com).
Assim os servidores WebTurning são executados em plataforma Linux, apesar da API FOCAS1 ser
disponibilizada apenas para plataforma Windows.
Desta forma cada uma das funções tem o seu programa correspondente. Cada programa CGI
via API FOCAS1, possui módulos que realizam as seguintes tarefas: leitura dos dados enviados por
formulário ou applet Java; montagem do streaming de dados a ser enviado; inicialização do socket
(IP e porta TCP do CNC: 164.41.17.20, 8193); estabelecimento da comunicação via estrutura de
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
212
dados FOCAS1; envio e recebimento de streaming de dados, fechamento do socket; verificação do
streaming de dados recebido; montagem da página HTML e applet que será apresentada ao usuário
com a resposta. A figura 11.5 apresenta alguns comandos implementados e aceitos pelo servidor
WebTurning.
11.6 Servidores de Vídeo e Áudio: WebCam
O servidor WebCam (figura 11.6) é responsável pela captura de vídeo e áudio, e o envio de imagens
e som via Internet. As imagens são capturados por uma placa de captura de imagens baseada no
chip Conexant B878, convertidas em jpg e enviadas para o cliente na forma de streaming, via socket
TCP/IP. O servidor de streaming de áudio é responsável pela captura de áudio e a distribuição do
streaming de áudio via Internet. O áudio do processo de usinagem é capturado por um microfone
instalado na máquina e conectado à placa de som de um computador pessoal. Os servidores de vídeo
e áudio estão associados ao módulo WebCam do sistema WebTurning, sendo implementados em
plataforma Linux.
O servidor de vídeo disponibiliza ao cliente Web uma conexão via sockets ao sistema WebCam,
para captura de imagens (servidor e cliente), permitindo a captura de até dezesseis entradas de vídeo,
conversão das imagens capturadas para formato jpeg, detecção de movimento e gravação das imagens
em jpeg; e por fim o envio ao cliente do streaming de imagens jpeg (30 frames/segundo para cada
processador de imagem por placa) para animação no lado do cliente via applet Java, ou mesmo
usando o mecanismo de animação server-push presente no Netscape e alguns browsers, com exceção
do Iexplorer. O servidor de vídeo está disponível em http://video.graco.unb.br.
O servidor de vídeo também permite sua configuração via socket, podendo ativar detecção de
movimento, ajustar qualidade da imagem jpeg, definir mascara a ser aplicada nas imagens visando
definição de áreas da imagem para detecção de movimento, ajuste de brilho, contraste, entre outras
opções de ajuste. Pode-se incluir mais câmeras para monitoração do chão-de-fábrica, devido a mo-
dularidade do sistema WebCam. Nesta implementação foram disponibilizadas quatro câmeras, para
possibilitar uma imersão do cliente no chão-de-fábrica.
O servidor de streaming de áudio utiliza dois programas: Ices e Icecast (http://www.icecast.
org), permitindo a captura de áudio de uma entrada da placa de som do PC e a conversão para
o formato Ogg Vorbis (ogg), realizado pelo servidor Ices. A distribuição do streaming de áudio
via TCP/IP é realizado pelo servidor Icecast. O servidor pode ser acessado pela URL http://
WebMachining.AlvaresTech.com:8000/audioturning.ogg,sendo necessário um plug-
in para tocar os arquivos em formato Ogg Vorbis (http://www.winamp.com).
11.7 Discussão
O sistema desenvolvido mostrou-se bastante versátil e robusto, permitindo a fabricação de peças
remotamente via Internet, através do uso de conceitos de e-manufacturing e telemanufatura, sendo
o ambiente de teleoperação parte de um sistema integrado CAD/CAPP/CAM.
As facilidades de comunicação disponíveis no CNC como a placa ethernet, o protocolo TCP/IP
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
213
Figura 11.6: Sistema de monitoração por imagem WebCam (NetCam), constituído por quatro applets,
que monitoram a tela do CNC, o interior da máquina e o exterior.
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
214
e os protocolos de aplicação FOCAS1 e DNC1, foram fundamentais para a implementação do sis-
tema de teleoperação via Web. A API Focas1/DNC1 tem algumas limitações para acessar diretamente
as funções associadas ao CLP, como por exemplo os botões associados à Start Cycle, Emergência,
modos de operação (MDI, Automático e Edição), Test Program, entre outros. Para acessar estas
funções, que são fundamentais para permitir total teleoperação do centro de torneamento Galaxy 15M,
foi necessário a alteração do Ladder do CLP, realizado pela engenharia de aplicação das Indústrias
Romi, fabricante do Galaxy 15M. Estas alterações se fizeram necessárias também para implemen-
tação da FMC, para permitir a integração lógica entre o centro de torneamento Galaxy 15M, o Robô
ASEA IRB6, o micrômetro laser Mitutoyo, garra pneumática Schunk e o robô móvel Nomad XR4000
(AGV).
A Fanuc possui vários softwares para teleoperação do CNC 18iTa, como o CNC Screen e o BOP
(Basic Operation Package), sendo todos desenvolvidos como parte da arquitetura Cimplicity, propri-
etários e de custo elevado. Nenhum dos programas de teleoperação e para DNC da FANUC permitem
a teleoperação via Web (baseada em browser) e também não são multiplaforma, só trabalhando em
arquitetura Windows.
A largura de banda e os atrasos inerentes ao protocolo TCP/IP (ÁLVARES et al., 2000 e 1999)
impõem uma forte restrição aos sistemas de teleoperação via Internet. Para resolver este problema
é necessário dotar o sistema de teleoperação, no servidor junto ao CNC, de mecanismos que pos-
sibilitem a tomada de decisão em situações críticas, sem depender do lado do cliente, no caso do
usuário/operador. A captura de imagens e streaming de vídeo on-line é fundamental para permitir a
imersão do operador no sistema, possibilitando maior segurança no envio de comandos. A captura e
streaming de áudio on-line para o cliente não é essencial, como o vídeo, mas possibilita ao operador
remoto maior imersão e segurança durante o procedimento de teleoperação.
Como temos um atraso inerente ao TCP/IP, deve-se ter muito cuidado nas ações de comando
executadas remotamente. Para se ter uma idéia de tempo real, o menor tempo de ciclo de varredura de
funções de PLC no centro de torneamento Galaxy é de 13 ms. O TCP/IP não permite uma aplicação
em “tempo real” para tempos de ciclo desta ordem de grandeza, sendo necessário tomar medidas de
segurança quando da implementação de um sistema de teleoperação via TCP/IP, Web.
É necessário, portanto dotar o sistema de alguma inteligência para resolver conflitos que poderão
ocorrer durante o processo de teleoperação. Para tornar o sistema de teleoperação mais seguro, deve-
se utilizar uma arquitetura de controle do tipo supervisório, onde as ações de controle são execu-
tadas localmente, a partir da solicitação de um comando remoto feita pelo cliente. Assim o sistema
WebTurning é classificado como "controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo
operador humano".
As imagens em formato jpg com qualidade ajustada em 75% e resolução de 320x240 pixels geram
arquivos com cerca de 6 kBytes que são enviados para o cliente. Considerando que a taxa máxima
de imagens recebidas por cada applet é de 7 quadros/s e como têm-se quatro applets realizando as
animações, a GUI do cliente pode receber no máximo 28 quadros/s, necessitando de uma largura
de banda para total aproveitamento dos quadros de no mínimo 168 kBytes/s. Uma animação com 3
quadros/s é bastante aceitável para monitoração visual do processo de usinagem, necessitando assim
de uma largura de banda de 72 KBytes/s. O sistema de vídeo permite o ajuste da quantidade de
quadros recebidos, bem como se adequa à largura de banda disponível para a conexão. Já o arquivo
CAPÍTULO 11. TELEOPERAÇÃO CENTRO DE TORNEAMENTO: WEBTURNING
215
de áudio é enviado através do formato Ogg, sendo amostrado no servidor a uma taxa de 22.050 kHz,
necessitando de uma largura de banda de 26 kbit/s. Assim para o sistema WebCam ter uma boa
qualidade de vídeo e áudio necessita-se de uma largura de banda de no mínimo 76 KBytes/s, o que é
plenamente satisfeito com os atuais serviços comerciais de Internet banda larga.
Para executar operações de telecomando no CNC é necessário uma pequena largura de banda,
demandando menos de 2 kBytes/s, pois os formulários HTML e comandos em Java enviados para
os servidores Web, servlet e Inetd, são da ordem 1 kByte/s. As ações de comandos são executadas
localmente a partir de chamadas remotas realizadas por programas escritos em linguagem C, com
cerca de 10 KBytes cada, que acessam o servidor FOCAS1 localizado no CNC. O servidor WebDNC
está localizado na mesma rede ethernet que o CNC está conectando, tendo uma largura de banda
disponível de 10 Mbits/s. Assim os comandos de teleoperação são executados rapidamente, e sem
maiores problemas, pois não se utiliza o protocolo TCP/IP para ações de controle em “tempo real”,
que demandem tempos de respostas abaixo de 7s, sendo este o atraso das solicitações de teleoperação
em rede Internet do sistema WebDNC.
Em aplicações em rede Intranet, sob condições especiais, é possível executar controle em “tempo
real”, da ordem de décimos de segundos. Já em rede Internet, onde o tempo de acesso é crítico,
controle em “tempo real” é inviável, sendo mais racional trabalhar com arquiteturas de supervisão e
de telecomandos, deixando as ações de controle no servidor junto ao processo.
Como ocorre com o a GUI WebCADbyFeatures, a interface com o sistema WebTurning se inicia
a partir de um navegador Web, sendo necessário a instalação de dois plug-ins na máquina cliente,
sendo o primeiro uma máquina virtual Java versão 1.1 e o segundo um tocador (player) de arquivos
de áudio no formato Ogg Vorbis.
Caso seja usado algum firewall pessoal na máquina cliente ou na rede local do usuário, é necessário
liberar o acesso para algumas portas usadas pelo TCP (sockets), como a porta 8000, necessária para a
conexão de streaming de áudio e a porta 80 (normalmente liberada, HTTP) para streaming de vídeo.
A política de segurança da máquina Java do usuário também deve ser modificada, para permitir a
gravação de arquivos de vídeo em formato AVI no lado do cliente, a partir do applet.
Capítulo 12
Estudos de Casos: Peças Exemplos
São apresentados dez estudos de casos contendo todo o ciclo de vida de desenvolvimento de pro-
duto contemplado pela metodologia e sistema computacional WebMachining: projeto colaborativo,
planejamento de processo e usinagem da peça. Os modelos de features, filmagens da usinagem, fotos
e figuras estão disponíveis na URL ftp://WebMachining.AlvaresTech.com/gallery/
avi-estudosdecasos.
12.1 Introdução
A tabela 12.1 apresenta uma compilação das features de forma presentes nas dez peças modeladas,
sendo:
1. Seis peças estilizadas representando um jogo de xadrez (peão, torre, cavalo, bispo, rainha e rei)
modeladas com features OD, ID, splines, faces, canal, rasgos radial (Eixo C) e furos axial (Eixo
C). O blank é um tarugo de nylon de 50 mm. As peças são usinadas em um único setup;
2. Peça sete (tolerância) apresenta features de tolerância de concentricidade e de referência (rela-
cionamentos não-geométricos) e features OD, ID, faces, canal, rosca métrica, de transição e
cones. O blank é um tubo de nylon com diâmetro interno de 37 mm e externo de 75 mm. A
peça é usinada em dois setups;
3. Peça oito (romi) é a peça adotada pelas Insdústrias Romi em seus cursos de treinamento de
operação e programação do Galaxy 15M, sendo constituída por vários tipos de features internas,
externas e Eixo C, como: OD, ID, faces, cone, arco, canal, rosca métrica, rasgos radial e furos
Axial (Eixo C). Os blanks são tubos de nylon e latão com diâmetro interno de 37 mm e externo
de 75 mm. A peça é usinada em dois setups;
4. Peça nove, denominada por peça complexa é constituída por features OD, ID, arco, spline,
canal, rosca, face, rasgo (Eixo C) e padrão de furos (Eixo C). O blank é um tarugo de nylon de
50 mm. A peça é usinada em dois setups;
5. Peça dez representa uma superfície “hiperbólica” (espelho hiperbólico) modelada por uma
spline, OD, canal e face. O blank é um tarugo de nylon de 50 mm. A peça é usinada em
um único setup.
216
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
217
Tabela 12.1: Features presentes nas peças estudadas.
Face OD ID Rosca Spline Arco Cone Rasgo Radial Furo Axial N
◦
. Features
Peão 5 5 - - 1 3 1 - - 15
Torre 6 5 1 - 1 1 1 4 - 19
Cavalo 6 6 - - 1 2 1 - - 16
Bispo 6 7 - - 1 2 1 - - 17
Rainha 5 6 - - 1 5 1 0 5 23
Rei 6 6 - - 1 - 1 2 0 16
Tolerância 9 10 5 1 - 3 8 - - 35
Romi 4 7 2 1 - 8 4 3 3 32
Complexa 6 7 1 1 1 2 2 3 3 26
Espelho 4 4 - - 1 - - - - 9
Tabela 12.2: Ferramentas Sandvik disponíveis no Galaxy 15M.
N. Torre Porta-Ferramenta Inserto Operação
T0101 L166.5FA-2020-16 VBMT110312-PF4015 rosquear externo
T0202 broca - acionada aço rápido furar (6 mm)
T0303 LF123g20-2020B N123G200300003-GM4025 sangrar (circular - 4 mm)
T0404 R416.2-0200C 3-31 LCMX030308-53 1020 furar (20 mm)
T0505 SVVBN-2020K11 VBMT1604 08-MM2025 tornear externo - neutra
T0606 R166.4kF-20F16 VBMT110312-PF4015 rosquear interno
T0707 SVJBL-2020K-16 VBMT1604 08-MM2025 tornear externo
T0808 DWLNL-2020-k06 WNMG060408-PM4015 tornear externo
T0909 A16R-SDUPL 07-R DPMT070204-PM4015 tornear interno
T1010 fresa - acionada aço rápido fresar (12 mm)
T1111 N176.39-2020-10 RCMT0602M0 - 4025 sangrar (circular - 12 mm)
T1212 DDJNL-2020-K15 DNMG150608QM235 tornear externo
A tabela 12.2 apresenta as ferramentas Sandvik disponíveis na torre de ferramentas do centro de
torneamento Galaxy 15M, que foram utilizadas na usinagem das peças.
12.2 Peças Jogo de Xadrez
12.2.1 WebCADbyFeatures
O projeto da torre é apresentado na figura 12.1, destacando a instanciação de uma feature de Eixo
C, no caso rasgo radial, sendo as informações da feature de Eixo C incluídas a partir de um menu
associado à uma feature OD. Este rasgo será gerado pelo processo de fresamento com uma ferramenta
de 12 mm. O modelo VRML gerado pelo sistema WebCADbyFeatures é apresentado na figura 12.1.
O projeto do bispo é apresentado na figura 12.2, destacando a instanciação de uma feature concên-
trica do tipo OD convexo (arco), onde os parâmetros associados à esta feature são incluídos a partir
de um menu. Também é apresentado o modelo VRML gerado pelo sistema WebCADbyFeatures.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
218
Figura 12.1: Modelagem torre utilizando feature Eixo C e o VRML associado às features concêntri-
cas.
Figura 12.2: Modelagem bispo utilizando feature ODconvex e o VRML associado às features con-
cêntricas.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
219
Figura 12.3: Modelagem do cavalo utilizando feature Eixo C e o VRML associado às features con-
cêntricas.
O projeto do cavalo é apresentado na figura 12.3, destacando também a instanciação de uma
feature de Eixo C. É apresentado o modelo VRML gerado pelo sistema WebCADbyFeatures.
O projeto do peão é apresentado na figura 12.4, destacando a instanciação de uma feature spline,
e ao lado o modelo VRML gerado pelo sistema WebCADbyFeatures.
O projeto da rainha é apresentado na figura 12.5, sendo apresentado duas visões do modelo VRML
gerado pelo sistema WebCADbyFeatures.
O projeto do rei e o modelo VRML gerados pelo sistema WebCADbyFeatures são apresentados
na figura 12.6.
12.2.2 WebCAPP
1
O sistema WebCAPP é chamado via servlets ou applet gerando o plano de processo da usinagem da
peça a partir do modelo de features de projeto, bem como o programa NC para o centro de tornea-
mento Galaxy 15M.
O procedimento se inicia com a normalização do modelo de features da peça modelado pelo
agente de interface WebCADbyFeatures. A figura 12.7 apresenta a saída do WebCAPP para este
procedimento associado à peça torre. Nota-se o reconhecimento de features do tipo groove complexa
e spline virtual, apresentando os pontos cartesianos de todas as features mapeadas.
A seguir tem início o procedimento de mapeamento de features baseado na decomposição ori-
entada ao setup. A figura 12.8 apresenta a saída do WebCAPP para este método de decomposição
1
Serão apresentados alguns detalhes das saídas associadas aos algoritmos de algumas atividades do WebCAPP apenas
para a peça torre.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
220
Figura 12.4: Modelagem do peão utilizando feature spline e o VRML associado às features concên-
tricas.
Figura 12.5: Modelagem rainha e duas visões do VRML associado às features concêntricas.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
221
Figura 12.6: Modelagem do rei e VRML associado às features concêntricas.
associado à peça torre. São identificadas as features de fixação externas e internas, as superfícies
delimitadoras (linhas delimitadoras), bem como a presença de features do tipo Eixo C, no caso quatro
keyways.
O procedimento de mapeamento de features baseado na decomposição orientada à geometria é
executado a seguir. A figura 12.9 apresenta a saída do WebCAPP para este método de decomposição
associado à peça torre. São identificadas as features de fixação para cada setup, o tipo de blank
existente no estoque e as features de usinagem e de torneamento que serão usinadas, em cada setup.
A seguir é realizado o procedimento de mapeamento de features baseado na decomposição orien-
tada à operação de usinagem, determinando assim os workingsteps e um workplan não-linear. A figura
12.10 apresenta os workingsteps linearizados com todas as informações tecnológicas necessárias para
o plano de processo associado à peça torre. São apresentados os dados associados às operações de usi-
nagem para cada feature de usinagem, incluindo os planos de segurança e de aproximação, condições
de usinagem, fluído de corte, ferramenta selecionada e seu número na torre de ferramentas (magazine)
do Galaxy 15M e número do corretor de ferramenta associado, entre outras.
Na sequência o programa NC é gerado para a peça. A figura 12.11 apresenta o programa NC
gerado para a peça torre. A figura 12.12 apresenta a simulação gráfica dos programas NC gerados
pelo WebCAPP para as peças torre e rei. A figura 12.13 apresenta as simulações gráfica para as peças
bispo, cavalo, peão e rainha. Estas simulações foram realizadas no próprio CNC do Galaxy 15M e
visualizadas em um PC através do software CNCScreen da Fanuc.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
222
Figura 12.7: Procedimento de normalização realizado pelo WebCAPP identificando as features de
projeto que serão mapeadas.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
223
Figura 12.8: Decomposição orientada ao setup com a identificação das features de fixação, superfícies
delimitadoras e features de Eixo C.
12.2.3 WebTurning
As figuras 12.14, 12.15 e 12.16 apresentam as GUIs WebDNC que mostram as interfaces de teleope-
ração para as peças xadrez, fixações das peças, programa NC, telas do CNC, status do CNC, pro-
gramas disponíveis na memória do CNC, entre outras informações pertinentes à interface de teleope-
ração. As seis peças fabricadas em nylon são apresentadas na figura 12.17. A figura 12.18 apresenta
detalhes da torre e da rainha.
12.3 Peça com Tolerâncias
12.3.1 WebCADbyFeatures
O projeto da peça com duas features de tolerâncias de cilindricidade e duas features de referência
(referência “A” associada à feature OD-F18 e referência “M” associada à feature ID-F35) é apresen-
tado na figura 12.19, sendo denominado peça com tolerâncias geométricas. Também é apresentado
o modelo VRML gerado pelo sistema WebCADbyFeatures. A peça apresenta features concêntricas
de região externa e região interna, incluindo rosca, ODs, IDs, arcos, features de transição, cones e
canais, totalizando 35 features. O blank é vazado, ou seja, é do tipo tubo.
12.3.2 WebCAPP
O procedimento de mapeamento de features gera um plano de processo com dois setups, sendo que no
Setup1 ocorre a usinagem das features externas F1 a F5 e das features internas F32 a F35, incluindo
a feature de referência M e a feature de tolerância de cilindricidade associada. No Setup2 ocorre a
usinagem das features externas F6 a F24 e das features internas F25 a F31, incluindo a feature de
referência A associada à feature de tolerância de cilindricidade.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
224
Figura 12.9: Decomposição orientada à geometria.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
225
Figura 12.10: Decomposição orientada à operação.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
226
Figura 12.11: Programa NC gerado para a peça torre.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
227
Figura 12.12: Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para as peças rei e torre.
A figura 12.20 apresenta a simulação gráfica do programas NC gerado pelo WebCAPP para o
Setup1 e Setup2.
12.3.3 WebTurning
A figura 12.21 apresenta a GUI WebDNC que mostra uma tela com a monitoração do processo de usi-
nagem da peça, fixação da peça no Setup1 e Setup2 e simulações. As figuras 12.22 e 12.23 apresentam
as features de região externa e região interna, respectivamente, da peça usinada.
12.4 Peça Romi
12.4.1 WebCADbyFeatures
O projeto da peça romi é apresentada na figura 12.24. A geometria desta peça foi utilizada pelas
Indústrias Romi no treinamento de operação do centro de torneamento Galaxy 15M ministrado em
Brasília. A peça possui features concêntricas internas e externas, bem como rasgos radiais e furos
axiais associados a Eixo C. Também são apresentados os modelo VRMLs gerados pelo sistema We-
bCADbyFeatures. O blank é vazado, ou seja, é do tipo tubo, sendo utilizado dois materiais na usi-
nagem: latão e nylon.
12.4.2 WebCAPP
O procedimento de mapeamento de features gera um plano de processo com dois setups, também,
sendo que no Setup1 ocorre a usinagem das features externas F1 a F4 e das features internas F27 a
F29. No Setup2 ocorre a usinagem das features externas F4 a F23 e das features internas F24 a F26.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
228
Figura 12.13: Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para as peças bispo, cavalo,
peão e rainha.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
229
Figura 12.14: GUI WebDNC mostrando a fabricação da torre e realizando o upload do arquivo NC
da peça rei para o Galaxy 15M. Também são apresentadas simulações e imagens da usinagem.
Figura 12.15: GUI WebDNC mostrando a usinagem do bispo e do cavalo.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
230
Figura 12.16: GUI WebDNC mostrando a usinagem do peão e da rainha e telas associadas ao down-
load e upload de programas NC.
Figura 12.17: Peças do jogo de xadrez usinadas pelo Galaxy 15M.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
231
Figura 12.18: Detalhes das peças torre e rainha.
A figura 12.25 apresenta a simulação gráfica do programas NC gerado pelo WebCAPP para o
Setup1 e Setup2.
12.4.3 WebTurning
A figura 12.26 apresenta a GUI WebDNC mostrando uma tela de monitoração do processo de usi-
nagem da peça. As outras telas apresentam o status do CNC, programas disponíveis na memória
do CNC, entre outras informações pertinentes à interface de teleoperação. As figuras 12.27 e 12.28
apresentam detalhes das features de região externa e região interna, da peça romi, usinadas em nylon
e latão.
12.5 Peça Complexa
12.5.1 WebCADbyFeatures
O projeto da peça complexa constituída por features concêntricas e não-concêntricas é apresentado na
figura 12.29, destacando-se um menu associado à features de Eixo C, padrão de furos Axial, definido
sobre a feature de face F18.
A figura 12.30 apresenta os modelos VRML (wireframe e isométrico) gerado pelo sistema Web-
CADbyFeatures. A peça apresenta features concêntricas de região externa e região interna (rosca,
ODs, IDs, canais, furo, arcos, spline, features de transição e cones) e features de Eixo C (rasgo radial
e padão de furos axial) totalizando 26 features, 20 concêntricas e 6 Eixo C. O blank é do tipo tarugo.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
232
Figura 12.19: Modelagem de peça com features de tolerâncias de cilindricidade e features de refe-
rências A e M e os VRMLs associados.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
233
Figura 12.20: Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça tolerância no Setup1
e Setup2.
Figura 12.21: GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça tolerância.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
234
Figura 12.22: Features externas da peça tolerância.
Figura 12.23: Features internas da peça tolerância, lado esquerdo e lado direito.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
235
Figura 12.24: Modelagem da peça romi constituída por features concêntricas e não-concêntricas, e os
modelos VRMLs associados destacando-se a rosca métrica e os canais.
Figura 12.25: Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça romi no Setup1 e
Setup2.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
236
Figura 12.26: GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça romi.
Figura 12.27: Detalhes features internas e externas da peça romi.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
237
Figura 12.28: Features externas (lado esquerdo e direito) da peça romi.
Figura 12.29: Modelagem da peça complexa com features de Eixo C, padrão de furos Axial, associada
à feature de face F18.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
238
Figura 12.30: Modelagem VRML da peça complexa apresentando as features concêntricas em wire-
frame e isométrica.
Figura 12.31: Simulação dos programas NC no CNC do Galaxy 15M para a peça complexa no Setup1
e Setup2.
12.5.2 WebCAPP
O procedimento de mapeamento de features gera um plano de processo com dois setups, sendo que
no Setup1 ocorre a usinagem das features externas F17 a F18, das features internas F19 a F20 e das
features de Eixo C, três rasgos radial e três furos axial. Cabe destacar que o desbaste associado à
feature F19 é realizado com ferramenta não-acionada, pois o diâmetro é de 22 mm, sendo maior
portanto que o diâmetro suportado pelas ferramentas acionadas. No Setup2 ocorre a usinagem das
features externas F1 a F16, incluindo, groove complexo, splines e rosca.
A figura 12.31 apresenta a simulação gráfica do programas NC gerado pelo WebCAPP para o
Setup1 e Setup2.
12.5.3 WebTurning
A figura 12.32 apresenta a GUI WebDNC que mostra uma tela com a monitoração do processo de
usinagem da peça associada aos dois setups. A figura 12.33 apresenta detalhes das features de região
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
239
Figura 12.32: GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça complexa.
externa, da peça complexa, usinada.
12.6 Peça Espelho
12.6.1 WebCADbyFeatures
O projeto da peça espelho hiperbólico foi aproximado por uma feature spline seguida por uma feature
cilíndrica, sendo apresentado na figura 12.34. A peça possui apenas nove features, sendo utilizado
um blank do tipo barra sólida (tarugo).
12.6.2 WebCAPP
O procedimento de mapeamento de features gera um plano de processo com um único setup, sendo
que no Setup1 ocorre a usinagem de todas as features. A figura 12.35 apresenta a simulação gráfica
do programas NC gerado pelo WebCAPP para o Setup1.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
240
Figura 12.33: Features externas e internas da peça complexa.
Figura 12.34: Modelagem da peça espelho hiperbólico aproximada por spline e o VRML associado.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
241
Figura 12.35: Simulação do programa NC no CNC do Galaxy 15M para a peça espelho hiperbólico
modelada por spline.
Figura 12.36: GUI WebDNC realizando a monitoração da usinagem da peça espelho.
CAPÍTULO 12. ESTUDOS DE CASOS: PEÇAS EXEMPLOS
242
Figura 12.37: Peça espelho usinada.
12.6.3 WebTurning
A figura 12.36 apresenta a GUI WebDNC que mostra uma tela com a monitoração do processo de
usinagem da peça. As outras telas apresentam simulação, programas disponíveis na memória do
CNC, fixação da peça no torno, entre outras informações pertinentes à interface de teleoperação. A
figura 12.37 apresenta a peça usinada.
Capítulo 13
Conclusões
Este capítulo apresenta as contribuições do trabalho de doutorado e as conclusões associadas à metodo-
logia WebMachining para integração CAD/CAPP/CAM via Web e à implementação computacional do
sistema WebMachining. Também são apresentadas sugestões de trabalhos futuros, que visam princi-
palmente a complementação da implementação do sistema computacional WebMachining.
13.1 Contribuições do Trabalho
A metodologia concebida utiliza a tecnologia Internet e de comunicação associada à SOA para ofere-
cer um novo paradigma para o desenvolvimento dos futuros ambientes integrados CAD/CAPP/CAM.
Estes ambientes serão globais, centrados em rede e espacialmente distribuídos, tendo como front-end
com o sistema CAD/CAPP/CAM navegadores baseados na Web, permitindo também a independência
da plataforma computacional do usuário.
Os Sistemas desenvolvidos a partir desta metodologia poderão ser aplicados na indústria e na
academia. Esta metodologia de fabricação de peças permite que uma empresa (aqui representada
pelo usuário remoto) não necessariamente possua os equipamentos para o projeto, planejamento e
fabricação de um lote de peças, além da empresa fabricante das peças poder ter contato direto com o
cliente.
A metodologia concebida e o sistema implementado apresentam muitas contribuições, inovações,
para o desenvolvimento de sistemas de e-mft e telemanufatura baseados na Web, integrando ativi-
dades de projeto detalhado colaborativo, planejamento de processos não-linear e fabricação através
da modelagem por features, utilizando uma arquitetura de sistemas multiagentes, protocolos TCP/IP,
sistemas distribuídos e SOA.
O sistema é inédito no que concerne à abordagem de projeto colaborativo por síntese de features
e no processo de fabricação utilizado, sendo voltado para fabricação de peças rotacionais simétri-
cas (features concêntricas) e assimétricas (features não-concêntricas), incluindo features externas e
internas, destacando-se as splines e as features de Eixo C. Inova também na incorporação de fun-
cionalidades associadas à teleoperação via Web da máquina-ferramenta CNC permitindo a integração
CAD/CAPP/CAM no chão-de-fábrica. O sistema CAPP concebido e implementado utiliza uma nova
abordagem de mapeamento de features de projeto para features de torneamento e usinagem, deno-
minada de “decomposição orientada ao setup, geometria e operação”, sendo utilizados conceitos
243
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
244
Tabela 13.1: Síntese das contribuições da tese.
Contribuição Metodologia (cap. 6) Algoritmo (caps. 7 e 8) Implementação (caps. 9-11)
1 Integração CAD/CAPP/CAM
2 Arquitetura Multiagente Sistema WebMachining
3 Projeto colaborativo por features
4 Uso de features Spline e Eixo C
5 WebCADbyFeatures e Multiagente
6 CAPP generativo e não-linear WebCAPP: servlets e applets
7 WebTurning: teleoperação
8 SOA: Cliente-servidor SOA: Applets, Servlets, CGI e JATLite
9 Técnicas para telemanufatura CGI, HTTP, JATLite, MySQL e Servlets
10 Métodos telemanufatura e-Mfg & Restrições TCP/IP
11 CAPP: mapeamento de features
12 GA condições usinagem WebCAPP
13 GA planos não-lineares WebCAPP
associados à norma STEP, sendo aderente ao STEP-NC, usando uma estrutura de dados semelhante e
trabalhando com planos de processos não-lineares.
Outras contribuições específicas estão associadas à implementação do sistema utilizando a tec-
nologia Java applet e servlets que impõem uma maior segurança e restrições associadas à rede de
comunicação. Esta implementação permite que o cliente utilize-se de qualquer plataforma computa-
cional, de Palms à celulares, desde que o sistema operacional do dispositivo tenha suporte para Java,
HTML e conexão Internet.
A seguir são destacadas as contribuições do trabalho relacionadas à integração CAD/CAPP/CAM
e à Tecnologia da Informação, sendo as mesmas sintetizadas na tabela 13.1, como inovação metodoló-
gica, inovação associada à métodos e algoritmos concebidos e inovação associada à implementação
computacional de módulos do sistema WebMachining:
1. A metodologia de integração CAD/CAPP/CAM, denominada de WebMachining, concebida
para projeto detalhado colaborativo, planejamento de processo não-linear e fabricação remota
de peças rotacionais via Web (SOA) é inédita.
2. Implementação computacional do sistema WebMachining (WebCADbyFeatures, WebCAPP e
WebCAM), utilizando tecnologia Web e sendo disponibilizado para aplicações em EAD, como
um laboratório remoto via Internet, cobrindo várias fases do ciclo de desenvolvimento de pro-
duto (projeto detalhado colaborativo, planejamento de processo não-linear e fabricação). A
implementação computacional dos três módulos do sistemas WebMachining também é inédita.
3. CAD colaborativo baseado em features voltado para Web: é inovador na sua concepção, bem
como, na aplicação voltada ao projeto colaborativo de peças rotacionais simétricas (features
concêntricas) e assimétricas (features não-concêntricas), permitindo a visualização da peça
modelada em 2D e 3D (VRML).
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
245
4. Tratamento de features concêntricas do tipo splines e não-concêntricas (Eixo C) pelo sistema
integrado CAD/CAPP/CAM, estendendo o modelo CAM-I e STEP-NC para torneamento.
5. Modelagem colaborativa para desenvolvimento de produto via Web baseada em sistema multi-
agente.
6. CAPP generativo, não-linear, aderente à STEP-NC e voltado para Web (applet e servlet): é ino-
vador, principalmente na aplicação escolhida, voltada para planejamento do processo de peças
rotacionais simétricas e assimétricas gerando planos de processos com alternativas (plano de
processo não-linear). Não foi encontrada na literatura nenhum sistema CAPP com esta con-
cepção. Vários métodos propostos e implementados para resolução das atividades relacionadas
ao planejamento de processo são inovadores, como a “decomposição orientada ao setup, ge-
ometria e operação”, “geração de planos de processos não-lineares”, “otimização das condições
de usinagem baseada em algoritmos genéticos” e “linearização do plano de processo baseado
em algoritmos genéticos”.
7. Supervisão, monitoração e teleoperação do centro de usinagem Galaxy 15M da Romi (CNC
Fanuc 18i-ta) via Web, podendo-se supervisionar, monitorar e comandar a máquina-ferramenta
remotamente, alterando-se parâmetros do CNC e do PLC. O sistema de supervisão e teleo-
peração via Web está integrado aos servidores de streaming de vídeo e de áudio, que permitem
uma imersão do usuário remoto no chão-de-fábrica.
8. Integração baseada em banco de dados relacional compartilhando toda a informação do sistema
aliada à arquitetura multiagente e sistemas distribuídos, utilizando-se de applets e servlets em
uma arquitetura cliente-servidor via Web.
9. Identificação e discussão de técnicas disponíveis para telemanufatura via Web. Isto inclui técni-
cas e protocolos tais como CGI, HTTP, HTML, Java, sistemas multiagentes, VRML, servlets,
entre outros.
10. Análise detalhada de características da Internet para aplicação de telemanufatura, levando em
conta o balanceamento da funcionalidade disponível na arquitetura cliente-servidor em relação
à largura de banda, a fim de minimizar o delay inerente ao protocolo TCP/IP.
11. CAPP trabalha com planos de processos alternativos (não-linear), utilizando a estrutura de da-
dos e nomenclatura definida pela norma STEP-NC.
12. Linearização do plano de processos (Workplan) baseada em algoritmo genético.
13. Modelagem e otimização das condições de usinagem baseada em algoritmo genético:
• tratamento de operações de usinagem com alternativas, aumentando a amplitude das operações
de usinagem a serem otimizadas, como mandrilamento, alargamento, furação, perfilamento,
recartilhamento e corte;
• a profundidade de corte para cada passe de usinagem nas operações de desbaste não são neces-
sariamente iguais, podendo variar de um passe de desbaste a outro.
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
246
Tabela 13.2: Especificações, funcionalidades e requisitos do sistema WebMachining.
Características WebCADbyFeatures WebCAPP WebTurning
SOA: Serviços Web Projeto Colaborativo CAPP não-linear Teleoperação Galaxy 15M
Tecnologia de Features Concêntricas e Eixo C Workingsteps
Tecnologia Web Agentes, Applets e Servlets Servlets, XML e Applets Applets, Inetd, HTML e CGI
Plataforma Linux, TomCat e Apache Linux, Apache, TomCat e MySQL Linux , VMWare e Apache
Linguagem Java, KQML e VRML Java e SQL C, C++ e Java
Tempo Execução: Server 10s 4s 10s
Largura de Banda 32 kbits/s 32 kbits/s 76 kBytes/s (vídeo e áudio)
Conhecimento usuário iniciante nenhum nenhum
Projeto com 40 features modelagem: 5 minutos automático: 15 s ao vivo: 20 s
Padrões adotados CAM-I e STEP STEP-NC e ISO 6983 ISO 6983, Focas1, Ogg e jpg
Plug-in VRML e Java Java Ogg e Java
Politica segurança Java escrita escrita
Sockets 164.41.17.50:80 164.41.17.50:80, 8080, 4444 164.41.17.53: 80, 8000
13.2 Implementação Computacional WebMachining
O sistema WebMachining é inédito sendo acessado através da URL http://WebMachining.
AlvaresTech.com, tendo vários dos seus módulos disponíveis para uso, oferendo assim um la-
boratório remoto e um sistema de prototipagem rápida, em um contexto de e-Mfg, permitindo o
projeto colaborativo (WebCADbyFeatures), planejamento de processo não-linear (WebCAPP) e fa-
bricação a distância (WebTurning) via Web. A tabela 13.2 sintetiza as especificações, funcionalidades
e requisitos de largura de banca para os três módulos do sistema WebMachining.
Em nenhuma das referências bibliográficas consultadas é apresentado a descrição de uma metodo-
logia e sistema semelhante, bem como, de outra implementação computacional semelhante disponi-
bilizada via Web.
13.2.1 WebCADbyFeatures
A implementação do sistema WebCADbyFeatures para desenvolvimento de produto colaborativo é
baseado em modelagem por síntese de features de projeto para peças rotacionais (features concên-
tricas e não-concêntricas) via Internet, disponibilizado por um browser e applet Java. Este software,
denominado WebCADbyFeatures, é um dos módulos do sistema e da metodologia WebMachining,
que descreve um framework para integração CAD/CAPP/CAM.
Foi desenvolvido um sistema multiagente baseado na ferramenta JATLite, que viabiliza o projeto
colaborativo, sendo implementado em uma arquitetura cliente-servidor, constituída por servidores,
páginas HTML e Java applets, que permitem que o usuário remoto faça a modelagem colaborativa da
peça em 2D e sua visualização em 2D e 3D, através de VRML. Dentre as características do sistema
WebCADbyFeatures têm-se:
1. Permite o projeto detalhado colaborativo via Web utilizando um sistema multiagente como mo-
derador;
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
247
2. Utiliza servidores multi-plataforma baseados em servlets, JATLite, HTTP, MySQL e FTP; im-
plementados em linguagem Java, HTML, Javascript e PHP. Os servidores foram desenvolvidos
em plataforma Linux, por ser mais estável e robusta, quando comparado à plataforma Windows,
que também pode ser utilizada;
3. Cliente baseado em applet Java, usando AWT, possibilitando total compatibilidade com os
browsers, bastando ativar a máquina virtual Java;
4. Não é necessário nenhum software complementar para modelagem de produto, apenas a insta-
lação de um plug-in para visualização da peça em VRML;
5. Sistema multi-usuário e multi-tarefa, baseado em threads, tanto no lado do servidor quanto no
lado do cliente;
6. Comunicação a distância entre pessoas, eliminando as barreiras geográficas e temporais para
desenvolvimento de produto, permitindo a implementação de Engenharia Simultânea;
7. Modelagem usando splines para features do tipo general_revolution e possibilidade de intro-
dução de features não-concêntricas (features de Eixo C), extrapolando STEP NC-Part 12 (ISO
14649, 2003);
8. Rapidez e segurança na comunicação entre os agentes; e
9. Integrado a um sistema de planejamento do processo generativo (WebCAPP) e fabricação re-
mota (WebTurning) via Web através de servlets e applets;
10. Nesta versão foi implementado a modelagem VRML via servlets apenas para features concên-
tricas, não tendo-se implementado para nenhuma feature não-concêntrica.
13.2.2 WebCAPP
Os principais métodos propostos para as atividades associadas ao microplanejamento do WebCAPP
foram implementados, em especial o novo método concebido para mapeamento de features de projeto
em features de fabricação (usinagem e torneamento) baseado em setup, geometria e operação, levando
em conta alternativas de usinagem.
Os métodos propostos para otimização de condições de usinagem e Workplan baseados em algo-
ritmos genéticos foram desenvolvidos em MatLab, a fim de facilitar a implementação computacional,
não se tendo tempo hábil para integrá-lo via Web ao sistema WebMachining. Estes métodos trabalham
off-line e não estão totalmente integrados nesta versão do sistema WebMachining.
Algumas features de Eixo C (ferramentas rotativas) foram implementadas nesta versão do sistema
WebCAPP, as demais serão incluídas nas próximas versões.
13.2.3 WebTurning
A GUI implementada para a teleoperação do centro de torneamento Galaxy 15M pode ser acessada
através da URL http://WebDNC.AlvaresTech.com. Esta implementação está concluída par-
cialmente, tendo-se finalizado o servidor WebCam e o cliente para monitoração on-line, baseada em
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
248
vídeo e áudio, denominada por NetCam. Os servidores de teleoperação do CNC já implementados,
permitem a execução de cerca de 70 funções, das 300 funções disponíveis. Escolheu-se as funções
mais pertinentes para teleoperação do centro de torneamento.
O protocolo FOCAS1/ethernet só permite acesso direto ao CNC da máquina. Algumas funções
de PLC, associadas ao ladder, são feitas indiretamente através de chamadas ao PLC via FOCAS1.
Funções associadas ao teclado do CNC, como "cycle start", "MDI", "Edit", "JOG", entre outras, são
acessadas via ladder, indiretamente pelas funções de escrita de PMC (CLP).
O sistema WebTurning apresenta como contribuição uma arquitetura cliente/servidor, baseada em
tecnologia Web e multiplataforma, podendo ser acessado via browser sem a necessidade de nenhum
software proprietário para teleoperação. Permite também a imersão do usuário remoto no chão-de-
fábrica através da monitoração por vídeo e áudio em “tempo real” e por detecção de movimento,
gravação de imagens e playback de eventos no chão-de-fábrica.
É necessário dotar o sistema de alguma inteligência para resolver conflitos que poderão ocorrer
durante o processo de teleoperação. Para tornar o sistema de teleoperação mais seguro, utiliza-se uma
arquitetura de controle do tipo supervisório, onde as ações de controle são executadas localmente, a
partir da solicitação de um comando remoto feita pelo cliente. Assim o sistema WebTurning é classi-
ficado como "controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo operador humano".
13.3 Sugestões para Trabalhos Futuros
A metodologia WebMachining para integração CAD/CAPP/CAM de peças rotacionais está concluída.
Esta metodologia pode ser adaptada para o domínio de peças prismáticas, podendo aproveitá-la em
grande parte, com exceção do WebCAPP que é mais específico, apesar de se trabalhar com ferramenta
rotativa (furação, fresamento, entre outras).
Com relação à implementação computacional, foi gerada e disponibilizada uma primeira versão
do sistema WebMachining, que tem muito a evoluir ainda, não apenas nas principais funcionalidades
já implementadas associadas ao coração dos três módulos, mas principalmente com relação a várias
funcionalidades complementares e de alguns refinamentos de interface, que não se teve condições de
implementar devido às limitações temporais para conclusão do trabalho de doutorado.
A seguir é apresentada uma lista de trabalhos futuros que poderão complementar o sistema Web-
Machining e aperfeiçoá-lo também:
1. Acrescentar as features de Eixo C previstas e não implementadas;
2. Acrescentar um módulo de reconhecimento de features de projeto a partir de arquivos STEP
ou IGES, gerado por outro sistema CAD comercial ou acadêmico, para a estrutura de features
de forma de projeto utilizada pelo sistema WebMachining. Assim o sistema WebMachining
incorporaria não só a técnica de projeto por features, mas a capacidade de trabalhar também
com reconhecimento de features, a partir de um arquivo de CAD no formato STEP ou IGES,
dando maior versatilidade ao sistema desenvolvido e a possibilidade de utilizar projetos legados
de outros sistemas CAD, transformando o sistema WebCADbyFeatures em um sistema híbrido,
baseado em síntese de features e reconhecimento de features;
CAPÍTULO 13. CONCLUSÕES
249
3. Integrar os métodos de otimização de condições de usinagem e de linearização do Workplan
baseados em algoritmos genéticos usando o MatLab via Web ao sistemas WebMachining;
4. Portar para Java (servlet e applet) os métodos de otimização de condições de usinagem e de
linearização do Workplan baseados em algoritmos genéticos;
5. Finalizar a representação do plano de processo não-linear através de grafo E/OU via applet
(WebCAPP);
6. Gerar mais alternativas de ferramental e operações de usinagem no planejamento de processo;
7. Melhorar a documentação do plano de processo e sua apresentação para o usuário;
8. Integrar o sistema WebMachining ao sistema de programação da produção associado à Célula
Flexível de Manufatura (FMC) do GRACO, na qual o centro de torneamento Galaxy 15M está
integrado (chão-de-fábrica);
9. Gerar código G para tornos de outros fabricantes, que estariam disponíveis para serem utiliza-
dos pelo sistema WebTurning em outras células ou sistemas de fabricação, como por exem-
plo pelo FMS da Sociesc de Joinville. Assim poderia ser levado em consideração na geração
do plano de processo máquinas alternativas, disponíveis em sistemas de manufaturas remotos,
podendo-se inclusive utilizar a abordagem da Matriz de Halevi, neste caso. Seria necessário
também incluir um sistema de programação da produção, prevendo a integração dos vários
sistemas de fabricação utilizados, no caso UnB, UFSC e Sociesc;
10. Realizar uma análise metrológica mais aprofundada das peças fabricadas, comparando o pro-
tocolo de medição das peças com as especificações funcionais associadas às tolerâncias di-
mensionais, forma, posição, orientação e rugosidade, quando presentes. Nos estudos de casos
foram realizadas apenas medições de diâmetros e de comprimento das cotas críticas das peças
fabricadas;
11. Implementar servlet VRML para features de Eixo C;
12. Implementação das demais funções FOCAS1 no servidor WebDNC, bem como o desenvolvi-
mento de um cliente totalmente baseado em Java, emulando as telas do CNC, aumentando-se o
grau de imersão do usuário remoto no chão-de-fábrica;
13. Estudar a possibilidade de aplicação da metodologia WebMachining associada às técnicas de
prototipagem rápida voltada para a medicina reconstrutora, como por exemplo em traumas de
faces ou próteses de membros;
14. Estudar a possibilidade de implementação de alguns módulos do sistema WebMachining baseado
em RMI (Remote Method Invocation) e CORBA, permitindo a chamada entre objetos Java e
objetos escritos em outras linguagens, como ocorre com o protocolo FOCAS1 (linguagem C
u-sando SO Windows). Alguns testes foram feitos com RMI para monitoração de dados dinâmi-
cos do centro de torneamento via FOCAS1, como velocidade, posição (X, Z e C), carregamento,
entre outros, que se mostraram bastante promissores, e certamente serão implementados no fu-
turo.
Apêndice A
Publicações e Projetos Associados à Tese
O desenvolvimento da tese propiciou, até o momento, a publicação de dois papers em revista inter-
nacional, quatro papers em revistas nacionais, dez papers em congressos internacionais (Portugal,
Alemanha, Venezuela, USA e Brasil) e vinte papers em congressos nacionais. A lista de papers está
disponível na URL http://Alvarestech.com/alvares_lattes.html.
Foi viabilizado um projeto de cooperação fomentado pelo CNPq no valor de R$ 430.000,00 entre o
programa de pós-graduação em Sistemas Mecatrônicos da Universidade de Brasília e os programas de
pós-graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina e da Universidade
Federal de Uberlândia. A parceria com a UFSC, através do GRIMA, visa a implantação de uma FMC
no Graco e a integração do sistema WebMachining nesta FMC. Este projeto viabilizou a compra de um
micrômetro laser da Mitutoyo, de uma garra pneumática da Schunk, válvulas solenóides e acessórios
pneumáticos da Festo, ferramentas de corte da Sandvik, 15 computadores, dois notebooks, entre
outros, que estão sendo utilizados na implantação da FMC. Possibilitou o intercâmbio de professores
e alunos entre a UnB e a UFSC através do pagamento de passagens e diárias.
Já a compra do Centro de Torneamento Galaxy 15M da Romi, conjunto de câmeras NTSC e três
computadores, foram viabilizados a partir da contratação de um projeto FINEP pelo Graco, no valor
de cerca de R$ 350.000,00.
Foi viabilizado a doação de softwares por parte da FANUC, associados à comunicação via proto-
colos TCP/IP (rede local), destacando os softwares CNCSCreen, BOP e Ladder, bem como as APIs
FOCAS1 e DNC1, que permitiu o desenvolvimento do sistema WebTurning.
Foi viabilizado a doação de portas-ferramenta e insertos por parte da Sandvik e da sua represen-
tante para a região centro-oeste, a empresa Kayman.
Foi obtido através da Fiat Automóveis a doação de um Robô Industrial ASEA IRB-6, com cinco
graus de liberdade, que foi integrado à FMC.
Como resultado do desenvolvimento do sistema WebCam, que realiza a monitoração do chão-de-
fábrica através da captura de vídeo e áudio, obteve-se a aprovação de um projeto de desenvolvimento
de produto pelo Edital MCT/FINEP/CT-INFO-SOFTWARE-01/2005 no valor de R$ 358.000,00, para
o desenvolvimento de uma família de produtos baseados no módulo WebCam (NetCam) do sistema
WebMachining, denominado de: “NetCam - Desenvolvimento de Hardware e Software Embarcado
em Plataforma Linux Para Monitoração, Processamento, Gravação e Transmissão de Vídeo Digital”.
Associado à tese estão sendo orientados dois trabalhos de dissertação de mestrado na UnB visando
250
APÊNDICE A. PUBLICAÇÕES E PROJETOS ASSOCIADOS À TESE
251
a implementação de uma FMC rotacional (constituída pelo centro de torneamento Galaxy 15M, robô
ASEA IRB-6, micrômetro laser, robô móvel Nomad XR4000 (AGV), garra pneumática Schunk,
paletes de peças brutas e acabadas e unidade de gerenciamento), e a integração do sistema Web-
Machining à unidade de gerenciamento da FMC, e ao sistema de programação da produção (http:
//WebFMC.AlvaresTech.com).
Todos estes resultados foram obtidos a partir do desenvolvimento desta tese de doutoramento,
que permitiu ganhos tangíveis associados à infra-estrutura dos laboratórios do Grupo de Automação e
Controle (GRACO) e do Grupo de Integração da Manufatura (GRIMA), bem como ganhos intangíveis
associados à estruturação e desenvolvimento do programa de pós-graduação em Sistemas Mecatrôni-
cos da UnB e formação de recursos humanos, em especial, na área de pesquisa de Automação da
Manufatura.
Apêndice B
URLs Associadas à Metodologia
WebMachining
B.1 Metodologia Para Teleoperação Via Web
A metodologia para teleoperação via Web está disponível em ÁLVARES (2003) e na URL http:
//WebMachining.AlvaresTech.com/qualificacao3.pdf.
B.2 Metodologias IDEF
São utilizadas as metodologias IDEF para modelagem funcional (IDEF0) e modelagem de infor-
mações (IDEF1X) do sistema WebMachining (HARRINGTON, 1984). Os arquivos (formatos fontes
das ferramentas, pdf, ps e HPGL) contendo os modelos estão disponíveis em http://WebMachining.Al-
varesTech.com/idef.
B.3 Modelagem Física e Conceitual do Banco de Dados MySQL
O modelo IDEF1X foi convertido em um modelo conceitual Entidade-Relacionamento e a seguir
gerado o modelo físico da Base de Dados em formato MySQL (http://www.mysql.com) uti-
lizando a ferramenta computacional Sybase Power Designer 9.0 da empresa Sybase (http://www.
sybase.com). Os arquivos contendo o modelo estão disponíveis em http://WebMachining.
AlvaresTech.com/modeloer.
B.3.1 Modelagem Conceitual
O modelo conceitual Entidade-Relacionamento da Base de Dados WebMachining a partir do mo-
delo IDEF1X elaborado
1
, está disponível em http://WebMachining.AlvaresTech.com/
modeloer/conceitual.
1
Não foi possível gerar o modelo físico da base de dados WebMachining para MySQL utilizando a ferramenta Vi-
sualModeler pois a mesma não é compatível com o MySQL. Assim foi necessário utilizar uma outra ferramenta com-
putacional que permitisse a geração da base de dados física, o que foi feito com o software Sybase Power Designer. Este
software não trabalha com a metodologia IDEF1X.
252
APÊNDICE B. URLS ASSOCIADAS À METODOLOGIA WEBMACHINING
253
B.3.2 Modelagem Física
O modelo físico da base de dados relacional em formato MySQL foi gerado automaticamente a partir
do modelo conceitual entidade-relacionamento. Os arquivos contendo o modelo estão disponíveis em
http://WebMachining.AlvaresTech.com/modeloer/fisico.
B.4 Biblioteca de Features
É utilizada a biblioteca de features de forma para planejamento de processo definida por CAM-
I (1986). As definições das features de forma especificada na proposta CAM-I, bem como, os
dados necessários para planejamento de processo para estas features, que foram modelados pela
abordagem IDEF1X, estão disponíveis em ÁLVARES (2003) e na URL ftp://WebMachining.
AlvaresTech.com/cami.
Apêndice C
Modelos Matemáticos Para Otimização
Neste apêndice são apresentados os modelos matemáticos associados à otimização das condições de
usinagem.
C.1 Modelo Matemático Passe Único para Cálculo de Tempos de
Usinagem: Faceamento
1
e Torneamento
2
Cilíndrico, Cônico
e Circular
Considerando que a taxa de avanço, definida como velocidade de avanço V
f
(mm/min), é igual ao pro-
duto do avanço f (mm/rev) pela velocidade rotacional N (rev/min) da peça; e a velocidade rotacional
N é igual a velocidade de corte V
c
(m/min) dividido pelo comprimento da circunferência associado
ao diâmetro D (mm) da peça, logo:
V
f
= fN (C.1)
N =
1000V
c
πD
(C.2)
Para operações de torneamento cilíndrico, cônico e circular, bem como para faceamento (tornea-
mento transversal) ocorre a variação do diâmetro da peça, de D
1
a D
2
. Quando especifica-se V
c
como
uma velocidade de corte constante, há a necessidade de variar N entre D
1
e D
2
, sendo necessário
redefinir N como:
N =
1000V
c
2π
1
D
1
+
1
D
2
(C.3)
Para interpolação linear (fig. 7.30 (c)) entre dois pontos P
1
(Z
1
, X
1
) e P
2
(Z
2
, X
2
) o diâmetro D de
um ponto P(z,x) sobre a linha reta que passa por P
1
e P
2
é
D = 2x (C.4)
O tempo infinitesimal dt, para um deslocamento infinitesinal dl de uma ferramenta com uma
1
Torneamento tranversal retilíneo
2
Torneamento longitudinal
254
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
255
velocidade de avanço V
f
no diâmetro D, é dado pela seguinte forma diferencial:
dt =
dl
V
f
(C.5)
Incorporando as equações (C.1)-(C.4) na equação (C.5) tem-se:
dt =
2πxdx
1000V
c
fsenθ
(C.6)
onde θ é arctan [(X
2
− X
1
/Z
2
− Z
1
)] no intervalo aberto (0,π) e (π, 2π). O tempo de movimento da
ferramenta para o deslocamento entre P
1
e P
2
, torneamento cônico, é
t =
x
2
x
1
2πxdx
1000V
c
fsenθ
=
π
1000V
c
f
X
2
2
− X
2
1
senθ
(C.7)
Se θ não for igual a 0, π/2, π, ou 3π/2 o torneamento linear pode ser classificado como um
torneamento cônico.
No caso de torneamento cilíndrico, onde θ na equação (C.7) é 0 ou π, a equação torna-se
t =
π |x (Z
2
− Z
1
)|
500V
c
f
(C.8)
onde x=x1=x2; e |Z
2
− Z
1
| é o comprimento do torneamento longitudinal retilíneo.
No caso de faceamento, onde θ na equação (C.7) é π/2 ou 3π/2 (senθ = ±1), o tempo de corte
será
t =
π
1000V
c
f
X
2
2
− X
2
1
(C.9)
A análise para interpolação circular (figura 7.30 (b)) é análoga ao caso linear, sendo que o tempo
infinitesimal é dado por
dt =
Rdθ
V
f
(C.10)
Usando o centro do arco P
c
(Z
c
, X
c
), a coordenada X do ponto P(z,x) é igual a
x = X
c
+ Rsenθ (C.11)
O tempo de movimento da ferramenta para torneamento circular, tempo de corte, entre P1(Z1,X1)
e P2(Z2,X2) é
t =
θ
2
θ
1
2πR
1000V
c
f
(X
c
+ Rsenθ)dθ
=
2πR
1000V
c
f
|X
c
(θ
2
− θ
1
) − R(cosθ
2
− cosθ
1
| (C.12)
onde θ
1
é arctang((X
1
− X
c
)/(Z
1
− Z
c
)) e θ
2
é arctang((X
2
− X
c
)/(Z
2
− Z
c
)), no intervalo
fechado [0, 2π].
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
256
C.2 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de
Perfil Contínuo
Neste caso utiliza-se a abordagem multi-corte, onde o desbaste é dividido em dois estágios com n
passes de usinagem e o acabamento em um único passe, conforme descrito anteriormente (figura
7.30). No caso mais genérico as seguintes operações de usinagem são necessárias para remoção das
features de usinagem:
• Primeiro estágio de desbaste: (n-1) passes associados às operações de torneamento retilíneo
longitudinal ou torneamento retilíneo transversal (sangramento), associados aos ciclos fixos
G71 ou G72 respectivamente, deixando um sobremetal para o segundo estágio de desbaste, que
executará o passe n. A trajetória de corte é linear onde a profundidade de corte para cada passe
pode ser calculada para cada linha L
g
3
por x − (x
I
−
n−1
g=1
dr
g
) = 0, onde P
I
(Z
I
, X
I
) é o
ponto inicial (figura 7.30), dr
g
é a profundidade de corte para cada passe, onde g=1, 2, ..., n-1.
Os pontos de intersecção P
N(g)
(Z
N(g)
, X
N(g)
) de cada linha Lg com o perfil da peça mais o
sobremetal de acabamento ds é calculado para cinco casos:
1. segmento cônico entre P
1t
(Z
1t
, X
1t
) e P
2t
(Z
2t
, X
2t
) (Eq. (C.13)):
X
N(g)
= X
I
−
g
i=1
dr
g
; Z
N(g)
= Z
1t
+
Z
2t
− Z
1t
X
2t
− X
1t
(d
t
−
g
i=1
dr
g
) − X
1t
(C.13)
2. face de um segmento entre P
1f
(Z
1f
, X
1f
) e P
2f
(Z
2f
, X
2f
) (Eq. (C.14)):
X
N(g)
= X
I
−
g
i=1
dr
g
; Z
N(g)
= Z
1v
ou Z
N(g)
= Z
2v
(Z
1v
= Z
2v
) (C.14)
3. arco de circunferência convexo entre P
1c
(Z
1c
, X
1c
) e P
2c
(Z
2c
, X
2c
), sendo P
c
(Z
c
, X
c
) é o centro
e r
a
é o raio arco de circunferência (Eq. (C.15)):
X
N(g)
= X
I
−
g
i=1
dr
g
; Z
N(g)
= Z
c
+
r
2
a
−
(d
t
−
g
i=1
dr
g
) − X
2
c
2
(C.15)
4. arco de circunferência côncavo entre P
1c
(Z
1c
, X
1c
) e P
2c
(Z
2c
, X
2c
), sendo P
c
(Z
c
, X
c
) é o centro
e r
a
é o raio arco de circunferência (Eq. (C.16));
X
N(g)
= X
I
−
g
i=1
dr
g
; Z
N(g)
= Z
c
−
r
2
a
−
(d
t
−
g
i=1
dr
g
) − X
2
c
2
(C.16)
5. entre dois pontos de intersecção do próprio perfil da peça, ou seja ponto crítico, onde uma
3
L
g
é a linha que descreve a trajetória longitudinal de usinagem para cada passe de desbaste no primeiro estágio.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
257
feature de projeto muda para a outra (Eq. (C.17)):
X
N(g)
= X
ponto
critico
; Z
N(g)
= Z
ponto
critico
(C.17)
A seguir calcula-se o comprimento de corte para cada passe relativo ao torneamento longi-
tudinal, H
(g)
, no primeiro estágio de desbaste, onde Z1 é a coordenada Z do ponto inicial
P
I
(Z
1
, X
1
) e d
s
a profundidade de corte de acabamento:
H
(g)
=
Z
N(g)
− Z
I
− d
s
(C.18)
Logo o tempo de corte para cada passe pode ser calculado através das equações (C.8) e (C.41),
resultando em
T
hr(g)
=
π
X
(g)
H
(g)
500V
cr
f
r
(C.19)
Sendo H
(g)
=
Z
N(g)
− Z
I
− d
s
; X
(g)
= X
N(g)
= X
I
−
g
i=1
dr
g
, V
cr
e f
r
a velocidade de
corte e avanço para desbaste. O tempo de corte total para o primeiro estágio de desbaste S
r1
será
S
r1
=
n−1
g=1
T
hr(g)
(C.20)
• Segundo estágio de desbaste (semi-acabamento): passe n (último passe de desbaste) onde
será executado o perfilamento/cópia de desbaste constituído por uma seqüência contínua de
operações de torneamento retilíneo, torneamento cônico, torneamento circular ou faceamento,
deixando um sobremetal ds para o passe de acabamento, associados aos ciclos fixos G71 ou
G72. Assim o perfil 2D interno e/ou externo da peça (poliforma) é constituído por um conjunto
de arcos de circunferência e de segmentos de retas paralelas, perpendiculares e oblíquas ao
eixo rotacional da peça. Deve-se calcular o tempo de corte para cada conjunto de torneamento
longitudinal, segmento retilíneo, tendo P
1(i)
(Z
1(i)
, X
1(i)
) e P
2(i)
(Z
2(i)
, X
2(i)
), os pontos inicial e
final no perfil, logo para o enésimo passe de desbaste do torneamento de segmento retilíneo i,
tem-se:
T
hr(i)(n)
=
π
X
(i)(n)
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
cr
f
r
X
(i)(n)
=
D
(i)
2
+ d
s
T
hr(i)(n)
=
π
D
(i)
2
+ d
s
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
cr
f
r
(C.21)
O tempo total de corte para o passe de desbaste de segmentos retilíneos S
hr(n)
onde n
h
é o
número de segmentos retilíneos, será
S
hr(n)
=
n
h
i=1
T
hr(i)(n)
(C.22)
Para torneamento cônico do cone j entre dois pontos P
1(j)
(Z
1(j)
, X
1(j)
) e P
2(j)
(Z
2(j)
, X
2(j)
), as
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
258
coordenadas de P
1(j)(n)
e P
2(j)(n)
e os diâmetros respectivos da peça acabada D
1(j)
e D
2(j)
, para
o enésimo passe de desbaste é
x
1(j)(n)
=
D
1(j)
2
+ ds ; x
2(j)(n)
=
D
2(j)
2
+ ds (C.23)
T
tr(j)(n)
=
π
1000V
cr
f
r
1
4
D
2
2(j)
− D
2
1(j)
+ (D
2(j)
− D
1(j)
)d
s
senθ
(j)
(C.24)
onde θ
(j)
= arctan
X
2(j)
−X
1(j)
Z
2(j)
−Z
1(j)
= arctan
D
2(j)
−D
1(j)
2(Z
2(j)
−Z
1(j)
)
; 0 < θ
(j)
< π ; π < θ
(j)
< 2π
O tempo total de corte para o passe de desbaste de segmentos cônicos S
tr(n)
onde n
t
é o número de
segmentos cônicos, será
S
tr(n)
=
n
t
j=1
T
tr(j)(n)
(C.25)
O tempo de corte para o enésimo passe de desbaste para todos os segmentos de faceamento S
vr(n)
pode ser obtido da equação (C.24) fazendo senθ = ±1 e n
v
é o número de segmentos de faceamento:
S
vr(n)
=
n
v
k=1
π
1000V
cr
f
r
1
4
D
2
2(k)
− D
2
1(k)
+ (D
2(k)
− D
1(k)
)d
s
(C.26)
Para o arco de circunferência l entre dois pontos P
1(l)
(Z
1(l)
, X
1(l)
) e P
2(l)
(Z
2(l)
, X
2(l)
), raio do arco
r
a(l)(n)
do enésimo passe de desbaste será
r
a(l)(n)
= R
(l)
+ d
s
(C.27)
onde R
(l)
é o raio da peça acabada para o arco de circunferência l. Trocando R na equação (C.12) por
r
a(l)(n)
(Eq. (C.27)), o tempo de corte do enésimo passe de desbaste para o arco de circunferência l,
dado por T
cr(l)(n)
será
T
cr(l)(n)
=
π(R
(l)
+ d
s
)
500V
cr
fr
X
c(l)
(θ
2(l)
− θ
1(l)
) − (R
(l)
+ d
s
)(cosθ
2(l)
− cosθ
1(l)
(C.28)
onde
θ
1(l)
= arctan
X
1(l)
− X
c(l)
Z
1(l)
− Z
c(l)
= arctan
D
1(l)
2
− X
c(l)
Z
1(l)
− Z
c(l)
θ
2(l)
= arctan
X
2(l)
− X
c(l)
Z
2(l)
− Z
c(l)
= arctan
D
2(l)
2
− X
c(l)
Z
2(l)
− Z
c(l)
D
1(l)
e D
2(l)
são os diâmetros da peça acabada para o arco de circunferência l nos pontos P
1(l)
e P
2(l)
,
respectivamente; e P
c(l)
(Z
c(l)
, X
c(l)
) é o centro do arco de circunferência l. O tempo de corte para o
segundo estágio de desbaste, último passe de desbaste, para todos os arcos de circunferência será
S
cr(n)
=
n
c
l=1
T
cr(l)(n)
(C.29)
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
259
onde nc é o número de arcos circulares na peça usinada.
O tempo total de corte para o segundo estágio de desbaste S
r2
será dado pela soma de cada
parcela das operações de desbaste de perfilamento
S
r2
= S
hr(n)
+ S
tr(n)
+ S
vr(n)
+ S
cr(n)
(C.30)
• Acabamento: passe de acabamento com profundidade de corte “ds”, onde será executado o
perfilamento/cópia de acabamento constituído por uma seqüência continua de operações de
torneamento cilíndrico, torneamento cônico, torneamento circular ou faceamento, associado
ao ciclo fixo G70. O cálculo é semelhante ao segundo estágio das operações de desbaste,
sendo dividido em quatro tipos de operações já tratadas. O tempo de corte para o passe de
acabamento para cada conjunto de torneamento de segmento retilíneo, onde P
1(i)
(Z
1(i)
, X
1(i)
)
e P
2(i)
(Z
2(i)
, X
2(i)
), são os pontos inicial e final no perfil.
Assim o passe de acabamento para torneamento logitudinal, segmento retilíneo, será
T
hs(i)
=
π
X
s(i)
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
s
f
s
X
s(i)
=
D
(i)
2
T
hs(i)(n)
=
π
D
(i)
2
+ d
s
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
cs
f
s
(C.31)
O tempo total de corte para o passe de acabamento de segmentos retilíneos S
hs
onde n
h
é o número
de segmentos retilíneos, será
S
hs
=
n
h
i=1
T
hs(i)
(C.32)
Para torneamento cônico do cone j entre dois pontos P
1(j)
(Z
1(j)
, X
1(j)
) e P
2(j)
(Z
2(j)
, X
2(j)
), as co-
ordenadas de P
1(j)(n)
e P
2(j)(n)
e os diâmetros respectivos da peça acabada D
1(j)
e D
2(j)
, para o passe
de acabamento é
x
1(j)
=
D
1(j)
2
; x
2(j)
=
D
2(j)
2
(C.33)
T
ts(j)
=
π
1000V
cs
f
s
D
2
2(j)
− D
2
1(j)
4senθ
(j)
(C.34)
onde θ
(j)
= arctan
X
2(j)
−X
1(j)
Z
2(j)
−Z
1(j)
= arctan
D
2(j)
−D
1(j)
2(Z
2(j)
−Z
1(j)
)
; 0 < θ
(j)
< π ; π < θ
(j)
< 2π.
O tempo total de corte para o passe de acabamento de segmentos cônicos S
ts(n)
onde n
t
é o número
de segmentos cônicos, será
S
ts
=
n
t
j=1
T
ts(j)
(C.35)
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
260
O tempo de corte para o passe de acabamento para todos os segmentos de faceamento S
vs
pode
ser obtido da equação (C.34) fazendo senθ = ±1 e n
v
é o número de segmentos de faceamento:
S
vs
=
n
v
k=1
π
1000V
cs
f
s
1
4
D
2
2(k)
− D
2
1(k)
(C.36)
Para o arco de circunferência l entre dois pontos P
1(l)
(Z
1(l)
, X
1(l)
) e P
2(l)
(Z
2(l)
, X
2(l)
), raio do arco
r
a(l)
do passe de acabamento será
r
a(l)
= R
(l)
(C.37)
onde R
(l)
é o raio da peça acabada para o arco de circunferência l. Trocando r
a(l)
na equação (C.12)
por R
(l)
(Eq. (C.37)), o tempo de corte para o passe de acabamento para o arco de circunferência l,
dado por T
cs(l)
será
T
cs(l)
=
πR
(l)
500V
cs
f
s
X
c(l)
(θ
2(l)
− θ
1(l)
) − R
(l)
(cosθ
2(l)
− cosθ
1(l)
)
(C.38)
onde
θ
1(l)
= arctan
X
1(l)
− X
c(l)
Z
1(l)
− Z
c(l)
= arctan
D
1(l)
2
− X
c(l)
Z
1(l)
− Z
c(l)
θ
2(l)
= arctan
X
2(l)
− X
c(l)
Z
2(l)
− Z
c(l)
= arctan
D
2(l)
2
− X
c(l)
Z
2(l)
− Z
c(l)
D
1(j)
e D
2(j)
são os diâmetros da peça acabada para o arco de circunferência l nos pontos P
1(l)
e P
2(l)
,
respectivamente; e P
c(l)
(Z
c(l)
, X
c(l)
) é o centro do arco de circunferência l. O tempo de corte para o
passe de acabamento para todos os arcos de circunferência será
S
cs
=
n
c
l=1
T
cs(l)
(C.39)
onde nc é o número de arcos circulares na peça usinada.
O tempo total de corte para o passe de acabamento S
f
será dado pela soma de cada parcela das
operações de acabamento de perfilamento
S
f
= S
hs
+ S
ts
+ S
vs
+ S
cs
(C.40)
C.3 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de
Torneamento Longitudinal
O modelo multi-passe utilizado para cálculo de tempos é semelhante ao modelo adotado para tornea-
mento retilíneo de desbaste no primeiro estágio, sendo constituído por uma operação multi-passe de
desbaste, formada por n passes de desbaste, e por um único passe de acabamento. O modelo de
tempos para as operações de desbaste e acabamento é apresentado a seguir.
• Desbaste: calcule o comprimento de corte para cada passe relativo ao torneamento longitudinal,
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
261
H
(g)
onde Z
1
é a coordenada Z do ponto inicial P
I
(Z
1
, X
1
); P
N(g)
(Z
N(g)
, X
N(g)
) é o ponto
crítico de intersecção de cada linha associada ao passe de usinagem; e d
s
a profundidade de
corte de acabamento:
H
(g)
=
Z
N(g)
− Z
I
− d
s
(C.41)
Logo o tempo de corte para cada passe pode ser calculado através das equações (C.8) e (C.41),
resultando em
T
hr(g)(m)
=
n
r
m=1
π
X
(g)(m)
H
(g)(m)
500V
cr
f
r
Sendo H
(g)
=
Z
N(g)
− Z
I
− d
s
; X
(g)
= X
N(g)
= X
I
−
n
g=1
dr
g
, V
cr
e f
r
a velocidade de
corte e avanço para desbaste longitudinal, respectivamente, e n
r
o número de features presentes
na peça e que serão usinadas por este procedimento. O tempo de corte total para os n passes de
desbaste longitudinal S
rr
será
S
rr
=
n
g=1
T
hr(g)(m)
• Acabamento: calcula-se o único passe de acabamento após a conclusão do enésimo passe de
desbaste, onde o tempo de usinagem será dado por
T
hs
=
π
D
(i)
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
s
f
s
Onde D(i) é diâmetro externo da feature OD. O tempo total de corte para o passe de torneamento
longitudinal é S
hs
, sendo n
r
o número de segmentos retilíneos (features) presentes na peça:
S
hs
=
n
r
m=1
T
hs(m)
(C.42)
C.4 Modelo Matemático Multi-passe para Tempo de Corte de
Sangramento, Corte de Peças e Faceamento
O modelo multi-passe utilizado para cálculo de tempos é semelhante ao modelo adotado para facea-
mento, no segundo estágio de desbaste. Em função da geometria da peça será necessário diversos
posicionamentos da ferramenta de sangramento ao longo da direção longitudinal da peça (eixo Z), a
fim de concluir a usinagem da feature de usinagem, ou de um único posicionamento para corte da
peça.
A figura C.1 apresenta a trajetória de uma ferramenta de sangramento para gerar a superfície
desejada. A trajetória da ferramenta durante a usinagem é semelhante ao faceamento. Logo o cálculo
de tempo de usinagem é análogo ao caso do cálculo de faceamento para segundo estágio de ferramenta
de desbaste. Pode-se ter durante a usinagem um passe de desbaste e um passe final de acabamento para
efetuar o sangramento da peça com velocidade de corte e avanço diferentes para cada passe, usando a
mesma ferramenta. Já para corte tem-se apenas um único passe de desbaste. Pode-se utilizar o ciclo
fixo G75.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
262
Figura C.1: Modelo de trajetória de ferramenta para sangramento (SANDVIK, 2003).
Assim o modelo de sangramento será constituído por dois passes (desbaste e acabamento), sendo
igual ao modelo para faceamento. Já o modelo de corte de peças é constituído apenas pelo modelo de
desbaste, associado ao corte da peça. O modelo de tempo para os dois passes é apresentado a seguir:
• Desbaste: O tempo de corte para o passe de desbaste para todos os sangramentos S
gr
pode ser
obtido da equação (C.24) fazendo senθ = ±1 e n
gr
é o número de operações de sangramento:
S
gr
=
n
gr
k=1
π
1000V
cr
f
r
1
4
D
2
2(k)
− D
2
1(k)
+ (D
2(k)
− D
1(k)
)d
s
(C.43)
• Acabamento: O tempo de corte para o passe de acabamento para todos os sangramentos S
gs
pode ser obtido da equação (C.34) fazendo senθ = ±1 e n
gs
é o número de operações de
sangramento de acabamento:
S
gs
=
n
gs
k=1
π
1000V
cs
f
s
1
4
D
2
2(k)
− D
2
1(k)
(C.44)
C.5 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de
Recartilhamento
O modelo de tempos é semelhante ao faceamento podendo ser calculado da mesma forma com um
único passe. O tempo de corte para o passe de todos os recartilhados S
k
pode ser obtido da equação
(C.34) fazendo senθ = ±1 e n
k
é o número de operações de recartilhamento:
S
k
=
n
k
k=1
π
1000V
cs
f
s
1
4
D
2
2(k)
− D
2
1(k)
(C.45)
C.6 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de
Furação e Alargamento
O tempo de corte de furação é dado por:
T
d
=
πD
t
L
w
1000V
c
f
(C.46)
l
w
= |(Z
2
− Z
1
)| = comprimento da superfície a ser usinada na direção longitudinal
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
263
f = avanço (mm/revolução)
D
t
= Diâmetro da ferramenta (mm)
V
c
= Velocidade de Corte (m/min)
O tempo total de corte para furação é S
d
, sendo n
d
o número de furos na peça:
S
d
=
n
d
i=1
T
d(i)
(C.47)
C.7 Modelo Matemático Passe Único para Tempo de Corte de
Rosqueamento Cilíndrico
O modelo de corte é semelhante ao torneamento cilíndrico para o passe de acabamento, podendo ser
calculado para um único passe pelo modelo abaixo:
T
th(i)
=
π
D
(i)
(Z
2(i)
− Z
1(i)
)
500V
s
f
s
Onde D(i) é diâmetro externo da rosca. O tempo total de corte para o passe de rosqueamento é
S
th
, sendo n
th
o número de segmentos retilíneos com roscas (passes):
S
th
=
n
th
i=1
T
th(i)
(C.48)
C.8 Modelos de Otimização de Usinagem Propostos
C.8.1 Modelo Baseado no Mínimo Custo
A unidade de custo de produção é utilizada como critério de medida de otimização das condições de
usinagem sendo utilizado o modelo apresentado por CHEN e SU (1998). São consideradas muitas
restrições práticas, incluindo limites máximos e mínimos para as condições de usinagem, restrições
de força de corte e potência da máquina, restrição de acabamento superficial, restrição de vida de
ferramenta, restrições de região de corte estável e de temperatura interface cavaco/ferramenta/peça,
restrição deflexão da peça, entre muitas outras menos significativas.
A função objetivo a ser otimizada leva em consideração o critério econômico associado ao mínimo
custo de produção unitário, que inclui:
• o custo associado ao tempo real de usinagem da peça;
• o custo de máquina parada relativo às operações de carga e descarga da máquina e movimen-
tação da ferramenta em vazio;
• custo de troca de ferramenta;
• e custo da ferramenta.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
264
O custo de usinagem Cm ($/peça) é dado por C
m
= k
o
T
M
onde k
o
é a soma do custo direto e encargos sobre o trabalho de usinagem e T
M
é o tempo de corte
total calculado pelo somatório dos tempos de usinagem para os passes de usinagem (desbaste e acaba-
mento) das operações necessárias para usinagem das features e que foram calculadas no item anterior,
sendo
T
M
= S
r1
+ S
r2
+ S
f
+ S
hr
+ S
hs
+ S
gr
+ S
gs
+ S
k
+ S
d
+ S
th
(C.49)
O custo de máquina parada (improdutiva) é C
l
($/peça) sendo calculado por
C
l
= K
o
T
I
(C.50)
onde T
I
é o tempo de máquina parada, ou seja sem remoção de cavaco. Este custo é dividido em
um termo constante (t
c
) relativo ao tempo de carga e descarga da máquina e um termo variável (t
v
)
associado à movimentação da ferramenta em vazio, sem remoção de material. O tempo de movimen-
tação da ferramenta sem remoção de material (t
v
) pode ser representado como a distância transversal
l
a
(mm) dividido pela velocidade de avanço rápido da máquina V
fa
(mm/min). Então
t
v
=
l
a
V
fa
(C.51)
A distância transversal rápida pode ser calculada para as operações de torneamento retilíneo,
cônico, circular, faceamento e perfilamento para os passes associados ao primeiro e segundo estágio
de desbaste e para o passe de acabamento (figura 7.30), sendo o somatório dos passes de usinagem
igual a (n-1) no primeiro estágio de desbaste, mais um passe de desbaste no segundo estágio e um
passe de acabamento, sendo, neste caso:
l
a
=
n−1
g=1
H
g
+
√
2(n − 1)e + 2P
I
P
M
+ 2
P
I
P
L
− 2d
s
(C.52)
onde P
I
é o ponto inicial, P
M
é o ponto final e P
L
é ponto de menor corte (menor diâmetro usinado
na peça).
Deve-se agora incluir os outros movimentos de ferramenta no vazio para as demais operações de
usinagem presentes na peça, que nada mais será do que um caso particular do caso mais genérico de
l
a
.
Para torneamento longitudinal a equação é a mesma. Para faceamento, recartilhamento, corte
da peça e sangramento, os termos H
g
e ”e” são iguais a zero, devendo-se calcular os segmentos
associados ao posicionamento P
I
P
M
e ao corte P
I
P
L
para operações de desbaste e acabamento, sendo
o novo l
a
f
dado por
l
a
f
= 2P
I
P
M
+ 2P
I
P
L
− 2d
s
(C.53)
Para furação o termo d
s
é nulo, pois não há operação de acabamento. Este cálculo assume a uti-
lização da mesma ferramenta para operações de desbaste e acabamento. No caso de haver uma troca
de ferramenta para operações de acabamento, deve-se incluir o cálculo do deslocamento associado à
movimentação até o plano de aproximação e de troca de ferramenta, por exemplo.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
265
Assim o tempo de máquina parada T
I
pode ser calculado incluindo o somatório de todas as con-
tribuições de movimentação de ferramenta, associada a todas as operações de usinagem realizada na
peça para remoção de todas as features de usinagem (n
f
u
) determinadas, sendo:
T
I
= t
c
+ t
v
= t
c
+
l
a
V
fa
(C.54)
O custo de máquina parada (improdutiva) será
C
l
= k
o
T
I
= k
o
n
f
u
j=1
tc +
n−1
g=1
H
g
+
√
2(n − 1)e + 2P
I
P
M
+ 2P
I
P
L
− 2d
s
V
fa
(C.55)
O custo de troca de ferramenta C
R
($/peça) é calculado por
C
R
= k
o
T
R
(C.56)
onde T
R
é o tempo associado à troca de ferramenta (min). O tempo associado à troca de ferramenta
pode ser escrito em termos da vida da ferramenta t
l
(min), do tempo requerido para trocar a ferramenta
t
e
(min) e o tempo de corte T
M
, sendo
T
R
= t
e
T
M
t
l
(C.57)
onde (
T
M
t
l
)
−1
representa o número de peças que podem ser produzidas antes que a ferramenta seja
trocada.
A equação de vida da ferramenta é dado pela fórmula de Taylor expandida:
t =
C
0
V
α
f
β
a
γ
p
(C.58)
onde α, β, γ e C
0
são as constantes da fórmula de Taylor para uma determinada ferramenta de corte
usinar um determinado material, par peça-ferramenta. Pode-se utilizar a mesma ferramenta de corte
para os passes de desbaste e acabamento ou ferramentas diferentes, necessitando assim de modelos
específicos de vida de ferramenta para cada caso, a fim de se evitar erros grosseiros na definição dos
modelos, pois o desgaste de ferramenta é diferente para operações de desbaste e acabamento.
Quando se utiliza a mesma ferramenta para operações de desbaste e acabamento a vida da ferra-
menta t
l
deve ser calculada segundo SHIN e JOO (1992) por uma composição balanceada da taxa de
desgaste para desbaste e acabamento, dado por
t
l
= wt
r
+ (1 − w)t
s
(C.59)
onde t
r
=
C
0
V
α
r
f
β
r
a
γ
p
r
representa a vida para desbaste
t
s
=
C
0
V
α
s
f
β
s
a
γ
p
s
representa a vida para acabamento; e w é um peso da equação de vida variando no
intervalo aberto (0,1), sendo definido de maneira empírica.
O custo de troca de ferramenta C
R
para cada ferramenta pode ser expresso por
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
266
C
R
= k
o
T
R
= k
o
t
e
T
M
t
l
(C.60)
O custo da ferramenta C
T
($/peça) é calculado por
C
T
= k
t
T
M
t
l
(C.61)
onde k
t
é o custo por gume (aresta de corte) da ferramenta ($/gume).
O custo total de produção por unidade produzida UC ($/peça) é
UC = C
M
+ C
l
+ C
R
+ C
T
(C.62)
UC = k
o
T
M
+ k
o
T
I
+ k
o
(t
e
T
M
t
l
) + k
t
(
T
M
t
l
)
UC =
n
tool
t=1
k
o(n
tool
)
T
M
+ k
o(n
tool
)
T
I
+ k
o(n
tool
)
(t
e
T
M
t
l
) + k
t(n
tool
)
(
T
M
t
l
)
(C.63)
n
tool
é o número total de ferramentas utilizadas na fabricação da peça. Assim o custo deve ser
calculado para cada ferramenta utilizada, sendo esta a função objetivo a ser otimizada para o menor
custo de produção.
C.8.2 Modelo Baseado na Máxima Taxa de Produção
O menor tempo total de produção da peça é utilizada como critério de medida de otimização das
condições de usinagem sendo utilizado o modelo apresentado por BAYKASOGLU e DERELI (2002) e
DERELI et al. (2001). São também consideradas as mesmas restrições práticas aplicadas ao modelo
de custo, durante o processo de otimização da função objetivo.
A função objetivo a ser otimizada leva em consideração o critério econômico associado ao mínimo
tempo de produção unitário, utilizando o modelo de tempo apresentado anteriormente, que inclui:
• tempo real de usinagem da peça (T
M
);
• tempo máquina parada (improdutivo) relativo às operações de carga e descarga da máquina,
setup e movimentação da ferramenta em vazio (T
I
);
• tempo troca de ferramenta (T
T
).
O tempo total de produção por unidade produzida UT (min) é
UT = T
M
+ T
I
+ T
T
(C.64)
UT = T
M
+ T
I
+ (t
e
T
M
t
l
) (C.65)
Sendo esta a função objetivo a ser otimizada para o menor tempo de produção.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
267
C.8.3 Restrições Práticas de Usinagem
Restrições práticas são impostas durante as operações de desbaste e acabamento. As restrições das
condições de usinagem referem-se as faixas de utilização (valores mínimo e máximo) da velocidade
de corte, avanço e profundidade de corte disponíveis na base de dados de ferramentas, associadas
ao par material da peça-ferramenta. Deve-se levar em conta as limitações de rotação e avanço da
máquina-ferramenta escolhida, também disponível na base de dados. A seguir são apresentadas as
restrições utilizadas na otimização das condições de usinagem para os dois critérios de otimização
utilizados (TAN e CREESE, 1995 & CHANG et al., 1998).
Principais Restrições Associadas às Operações de Desbaste
4
• Restrição na velocidade de corte: V
crL
≤ V
cr
≤ V
crU
• Restrição no avanço: f
rL
≤ f
r
≤ f
rU
• Restrição na profundidade de corte: a
prL
≤ a
pr
≤ a
prU
• Restrição na vida da ferramenta: T
L
≤ t
r
≤ T
U
• Restrição na força de corte: F
r
= k
f
f
µ
r
a
υ
pr
≤ F
U
, onde F
r
é a força de usinagem durante o
desbaste; k
f
, µ e υ são as constantes da equação de Kienzle para o par peça/ferramenta, e F
U
é
a máxima força de usinagem disponível.
• Restrição força de corte calculada em uma viga engastada e carregada à uma distância L: F
r
=
3EIRδ
L
3
≤ F
U
, onde E é o módulo de elasticidade do material, I é o momento de inércia, R é
o raio da peça, L é o comprimento da peça e δ é a deflexão da peça no ponto de aplicação da
força.
• Restrição na potência de corte: P
r
=
k
f
f
µ
r
a
υ
pr
V
r
6120η
≤ P
U
, onde P
r
é a potência de corte durante a
usinagem (kW), η é o fator de eficiência associado a potência da máquina e P
U
é a potência
máxima disponível para corte (KW).
• Restrição associada a região de corte estável (NARANG e FISCHER, 1993): V
λ
r
f
r
a
υ
pr
≥ S
L
onde
λ e ν são constante associadas ao par peça/ferramenta e S
L
é o limite da região de corte estável.
Principais Restrições Associadas às Operações de Acabamento
5
• Restrição na velocidade de corte: V
csL
≤ V
cs
≤ V
csU
• Restrição no avanço: f
sL
≤ f
s
≤ f
sU
• Restrição na profundidade de corte: a
psL
≤ a
ps
≤ a
psU
• Restrição na vida da ferramenta: T
L
≤ t
s
≤ T
U
4
Os índices
rL
e
rU
referem-se aos limites inferior e superior para cada restrição considerada nas operações de des-
baste.
5
Os sufixos
sL
e
sU
referem-se aos limites inferior e superior para cada restrição considerada nas operações de acaba-
mento.
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
268
• Restrição na força de corte: F
s
= k
f
f
µ
s
a
υ
ps
≤ F
U
, onde F
s
é a força de usinagem durante o
acabamento; k
f
, µ e υ são as constantes da equação de Kienzle para o par peça/ferramenta, e
F
U
é a máxima força de usinagem disponível.
• Restrição na potência de corte: P
s
=
k
s
f
µ
s
a
υ
ps
V
s
6120η
≤ P
U
, onde P
r
é a potência de corte durante a
usinagem (kW), η é o fator de eficiência associado a potência da máquina e P
U
é a potência
máxima disponível para corte (KW).
• Restrição associada à região de corte estável (NARANG e FISCHER, 1993): V
λ
s
f
s
a
υ
ps
≥ S
L
onde
λ e ν são constante associadas ao par peça/ferramenta e S
L
é o limite da região de corte estável.
• Restrição acabamento superficial:
f
s
≤
8r
ε
Rt (C.66)
ou
f
s
≤
31r
ε
Ra (C.67)
, pois
Ra
Rt
= 0, 256, onde r
ε
é raio arredondamento da ponta da ferramenta, Ra é a rugosidade
média e Rt é a rugosidade total.
f
sU
≤ 0, 8
8 ∗ Ra ∗ 10
−3
2 ∗ 0, 256
0,5
(C.68)
Para Ra ≤ 3,2µm ou
f
sU
≤ 0, 8
8 ∗ 1, 6 ∗ Ra ∗ 10
−3
0, 256
0,5
(C.69)
Para Ra > 3,2µm
• Restrição da profundidade de corte como função da dureza Brinell (BNH) do material e da
rugosidade superficial Ra:
a
p
SU
≤
32Ra
BNH
0,8
(C.70)
Restrições Miscelâneas
• Relacionamentos entre os parâmetros de desbaste e acabamento, segundo CHANG et al. (1991),
são apresentados a seguir:
V
s
> k
1
V
r
; f
r
> k
2
f
s
; a
pr
> k
3
ap
s
onde k
1
, k
2
, k
3
são coeficientes de relacionamento e k
1
, k
2
, k
3
≥ 1
• Restrição de profundidade de corte total levando em conta a ocorrência de operações de des-
baste e acabamento: a profundidade de corte de acabamento (a
ps
) deve ser igual a máxima
profundidade de corte a ser removida da peça bruta (a
p
) menos o somatório da profundidade de
corte para cada passe de desbaste. Os passes de desbaste podem ter a mesma profundidade de
corte ou profundidades de cortes diferentes. Quando tiverem a mesma profundidade de corte a
profundidade total será dada por n a
pr
. Quando as profundidades de corte forem diferentes, o
APÊNDICE C. MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
269
somatório das profundidades de corte a ser removida nos n passes de desbaste será
n
i=1
a
pr(i)
.
Logo
a
ps
= a
p
−
n
i=1
a
pr(i)
ou a
ps
= a
p
− n a
pr
(C.71)
Os limites para o número de passes de desbaste é dado por
N
L
≤ n ≤ N
U
(C.72)
onde os limites superior e inferior do número de passes são
N
L
=
a
p
− a
ps
a
prU
, N
U
=
a
p
− a
ps
a
prL
(C.73)
No caso do modelo trabalhar com a mesma profundidades de corte para os passes de desbaste,
tem-se para cada possível profundidade de corte de acabamento (a
ps
) uma correspondente profundi-
dade de corte para desbaste, que pode ser calculado por:
a
pr
=
a
p
− a
ps
n
(C.74)
Para o caso de passes de desbaste com profundidades diferentes, tem-se que o número de passes
de desbaste (n
(i)
) é variável, sendo calculado a partir da máxima profundidade de corte permitida
para operações de desbaste (limite superior, a
prU
) e das profundidades de cortes para o passe de
acabamento (a
ps(i))
), que varia entre os limites superior e inferior permitido pela ferramenta para a
operação de acabamento, sendo:
n
(i)
=
a
p
− a
ps(i)
a
prU
(C.75)
Desta forma ter-se-á duas abordagens com profundidade de corte de desbaste fixa ou variável,
aumentando a complexidade do modelo.
Apêndice D
Ciclo de Vida do Software WebMachining
Modelado em UML
Este apêndice apresenta a modelagem visual do ciclo de vida de desenvolvimento do software Web-
Machining, baseado em UML e focado na dimensão componente de processo envolvendo os estágios
de análise, projeto, implementação e uso
1
. Para cada um dos três módulos do sistema WebMachining
(WebCadbyFeatures, WebCAPP e WebTurning), são analisados use-cases, usando a notação UML e
a ferramenta Rational Rose 2003.
D.1 Introdução
A metodologia utilizada no ciclo de desenvolvimento do software é baseada em UML utilizando
a ferramenta computacional Rational Rose 2003 (QUARTRANI, 2000), que emprega o processo de
desenvolvimento de software Rational Unified Process, sendo estruturado em duas dimensões: tempo
(fases) e componentes de processo (atividades). A metodologia divide o ciclo de desenvolvimento de
software em cinco estágios (fluxo de trabalho do projeto), representado pelas atividades: requisitos,
análise, projeto, implementação e teste (uso). Já as fases (tempo) que ocorrem em cada atividade são
divididas em: concepção, elaboração, construção e transição.
Utilizou-se como abordagem, uma implementação rápida de protótipos com funcionalidades res-
tritas, desenvolvendo rapidamente as fases associadas ao ciclo de vida do software de forma iterativa
e incremental, para se chegar à versão final do sistema WebMachining.
Os estágios (atividades) do desenvolvimento do software são documentados através de diagramas
UML a partir de um estudo de requisitos (exigências) do sistema modelado baseado em use-cases,
que definem um modelo de comando de utilização, apresentando as funções pretendidas pelo sistema
WebMachining. A tabela D.1 apresenta os use-cases para os três sub-sistemas do ambiente integrado
WebMachining.
Cada estágio do ciclo de desenvolvimento de software utiliza-se de determinados diagramas UML,
sendo utilizados os seguintes diagramas na documentação do sistema WebMachining:
1. Requisitos: use-cases diagrams;
1
Uso e teste do sistema WebMachining são analisados nos capítulos 9, 10 e 11.
270
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
271
Tabela D.1: Use-cases para os três sub-sistemas do ambiente integrado WebMachining.
WebCADbyFeatures
cria novo projeto
cria feature
gera VRML
projeto colaborativo
salva arquivo biblioteca de features
WebCAPP
inicia CAPP lendo arquivo biblioteca de features
gera plano de processo
salva arquivo código G
WebTurning
download arquivo código G para máquina-ferramenta
monitoração visual chão-de-fábrica
teleoperação máquina-ferramenta
2. Análise: activity diagrams;
3. Projeto: class diagrams & sequence diagrams;
4. Implementação: component diagrams & deployment diagrams;
5. Teste: execução dos programas e estudos de casos.
D.2 WebCADbyFeatures
O WebCADbyFeatures permite a criação e a manipulação do modelo de features para a peça bruta
e acabada, o armazenamento dessas informações em um banco de dados, a validação do modelo de
features e a visualização do modelo geométrico em 2D e 3D. É constituído por uma GUI que suporta
a modelagem por features. Esta interface CAD possui menus, opções de visualização, mensagens
de erro, manipulação de features, comunicação com o servidor do banco de dados, entre outras fun-
cionalidades.
Os principais componentes são: a GUI, a biblioteca de features, Interface Gráfica 2D, compo-
nentes de visualização 2D (primitivas gráficas como retas e arcos) e componentes de visualização 3D
(VRML). As informações referentes às features são manipuladas através de um sistema de gerencia-
mento de banco de dados.
D.2.1 Use-Case Diagram
O principal use-case do WebCADbyFeatures é relativo ao projeto de uma peça. Após o usuário efe-
tuar o login no sistema, deve-se escolher entre duas opções distintas: projetar uma nova peça ou
abrir um projeto já existente. Após essa opção, é apresentado ao usuário a tela principal do Web-
CADbyFeatures, com todas as opções de projeto por features. O usuário pode, então, editar a peça,
ou seja, inserir, modificar parâmetros, visualizar a peça em 3D (VRML) ou mesmo excluir features.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
272
Figura D.1: Diagrama Use-Case do WebCADbyFeatures.
Nesta fase pode-se também utilizar a opção de projeto colaborativo, que será melhor detalhada no
próximo item. A Figura D.1 descreve o diagrama de use-case do WebCADbyFeatures.
D.2.2 Activity Diagram
O Diagrama de Atividade do WebCADbyFeatures é mostrado na figura D.2, e descreve de maneira
geral o fluxo de dados dentro desse subsistema. Na figura D.3, é mostrado o Diagrama de Atividade
de projeto colaborativo, em que um usuário (Agente de Interface) conecta-se a outro utilizando-se
do padrão de linguagem de mensagens descrito no KQML. Nesta fase um usuário pode compartilhar
informações de projeto com o outro agente, bem como trocar dados e mensagens de texto, possibili-
tando, assim, a colaboração no desenvolvimento da peça.
D.2.3 Modelo Estático
O WebCADbyFeatures utiliza-se de uma biblioteca de features, na qual são definidos todos os tipos de
features e seus parâmetros e relacionamentos geométricos e não-geométricos. Utiliza-se também de
classes oriundas do JATLite (Java Agent Template Lite), uma biblioteca que permite o rápido desen-
volvimento de sistemas multiagentes. As relações entre o pacote principal do WebCADbyFeatures,
o pacote Java, a biblioteca de features e o pacote JATLite, são mostrado na figura D.4, utilizando-se
um modelo estático de classes UML. As figuras D.5 e D.6 apresentam os diagramas de classe para
ODStraight e para CADAgentFrame (pacoteProtocolLayer.Example.CAD).
D.2.4 Modelo Dinâmico
Na tentativa de ilustrar parte do modelo dinâmico do WebCADbyFeatures, recorreu-se à análise de
um use-case generalizado de inserção de uma feature qualquer, quando do modelamento de uma peça.
A figura D.7 mostra o Diagrama de Seqüência para esse use-case do WebCADbyFeatures.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
273
Figura D.2: Diagrama de Atividade do WebCADbyFeatures.
Figura D.3: Diagrama de Atividade do projeto colaborativo.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
274
Figura D.4: Diagrama Estático WebCADbyFeatures.
Figura D.5: Diagrama de classe (modelo estático) para a classe ODStraight (super classe Feature e
pacote features) e seu relacionamento com as demais classes e pacotes WebCADbyFeatures.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
275
Figura D.6: Modelo estático para a classe CADAgentFrame (pacoteProtocolLayer.
Example.CAD) associado ao JATLite (projeto colaborativo, agente de interface) e seu relaciona-
mento com as demais classes e pacotes WebCADbyFeatures.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
276
Figura D.7: Diagrama de Seqüência para use-case de inserção de uma feature qualquer do WebCAD-
byFeatures.
Figura D.8: Component and Deployment Diagrams do WebCADbyFeatures.
Neste use-case, tem-se um FrameFeatures, que possibilita a parametrização de uma determinada
feature escolhida pelo usuário, um VerificadorDeIntegridade, que verifica os parâmetros inseridos
pelo usuário, avisando-o caso algum parâmetro esteja incorreto. Se a feature tiver algum parâmetro
incorreto, o objeto VerificadorDeIntegridade emite uma mensagem de erro para o usuário. Já se a
feature estiver íntegra, o VerificadorDeIntegridade envia uma mensagem ao objeto ArmazenadorDe-
Features o qual irá armazenar as informações referentes àquela feature.
D.2.5 Implementação do WebCADbyFeatures
O modelo físico do WebCADbyFeatures pode ser visto na figura D.8. Neste modelo estão descritos
apenas os principais diagramas de Utilização, bem como os principais componentes de cada bloco.
A implementação do WebCADbyFeatures pode ser acessada na URL http://webmachining.
alvarestech.com/cad_by_features.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
277
Figura D.9: Use-Case do WebCAPP.
D.3 WebCAPP
O planejamento de processo para a fabricação da peça é elaborado pelo WebCAPP, que é executado
no servidor via servlet (pacote WebCAPPservlet) ou localmente via applet (WebCAPPapplet). Via
applet são apresentadas todas as saídas associadas as dez atividades do WebCAPP, onde o usuário
pode acompanhar as decisões tomadas pelo WebCAPP, entretanto é requerido um esforço computa-
cional que o usuário talvez não possua, sendo necessário também uma máquina virtual Java versão
1.4, bem como ter instalado o software MatLab que executa os dois algoritmos genéticos. Como
servlet o WebCAPP gera uma saída da representação do plano de processo linearizado no formato
tabular e o programa NC, apresentados através da linguagem XML, sendo independente da máquina
Java disponível no computador do usuário, bem como da disponibilidade do MatLab. A figura D.9
apresenta o use-case para o WebCAPP.
O pacote WebCAPP servlet recebe uma classe ArmazenadorDeFeatures de um projeto em desen-
volvimento ou acabado de forma automática. Como applet é necessário salvar o projeto modelado
por features localmente e carrega-lo via applet para que o mesmo seja executado e gerado o planeja-
mento de processo. O WebCAPP pode ser chamado pelo usuário a partir de um projeto já salvo ou
a partir do WebCADbyFeatures. Esse pacote se utiliza da biblioteca de features para reconhecer o
desenho proveniente do ArmazenadorDeFeatures, bem como o pacotes Pontos e FeaturesEixoC para
determinar os sistemas de coordenadas necessários para a elaboração do código G.
As atividades do CAPP iniciam-se com a normalização das features instanciadas pelo projetista
no WebCADbyFeatures. O procedimento de normalização consiste em identificar as features e
representá-las de uma única forma, evitando redundâncias em sua representação e facilitando o ma-
peamento de features para a visão de usinagem.
D.3.1 Decomposição Orientada ao Setup
Uma vez compatibilizado os dados da visão de projeto, inicia-se a primeira fase do CAPP, a de-
composição orientada ao setup, que é responsável por determinar as possíveis features de fixação e
superfícies delimitadoras, com alternativas.
Feature de fixação é a superfície de fixação da peça nas castanhas da máquina-ferramenta. Tal
feature tem algumas restrições, como não poder conter superfícies secundárias, como roscas e recar-
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
278
Figura D.10: Use-Case decomposição orientada ao setup.
tilhados, entre outras. A linha delimitadora, também denominada de superfície delimitadora, é uma
linha que determina quais features serão feitas em qual setup.
Para determinar estas duas entidades, segue-se o procedimento descrito no diagrama de use-case
da figura D.10. O método CalculateStabilityFunction verifica algumas características da peça para
determinar o número de setups que serão necessários. Isso feito, iniciam-se os procedimentos para
GetSettingFeatures e GetLimitingSurface, que definirão as superfícies de fixação e as superfícies (li-
nhas) delimitadoras, respectivamente.
D.3.2 Decomposição Orientada à Geometria
Nesta fase definem-se os blocos geométricos funcionais que serão usinados em cada setup. Estas
estruturas funcionais são as features de usinagem e de torneamento, que são armazenadas em um
vetor que por sua vez está dentro de um vetor de setups. O diagrama use-case da decomposição
orientada à geometria é apresentado na figura D.11.
De acordo com as diversas características, um conjunto de features pode ser interpretado como
por exemplo: feature de usinagem de face, que possui como característica básica ter uma maior movi-
mentação no eixo X em comparação com a movimentação no eixo Z; feature de torneamento (Geral)
que possui características monotônicas (diâmetros somente crescentes ou somente decrescentes); e
feature de torneamento especial, na qual os diâmetros crescem e decrescem, gerando reentrâncias.
Além destas têm-se ainda as features de Eixo C, que são identificadas através de mapeamento 1:1,
sendo um procedimento bem mais simples que o aplicado às features concêntricas.
D.3.3 Decomposição Orientada à Operação
A decomposição orientada à operação (fig. D.12) consiste em montar a informação adquirida numa
estrutura de Workingsteps e Workplans, tal como o previsto pelo Step-NC. Nesta fase são monta-
dos os Workingsteps, determinando “n” operações de usinagem para cada feature de usinagem ou
torneamento identificada, criando sub-geometrias se necessário. Nesta fase também se determinam
os planos de segurança e aproximação, computando junto com os passos anteriores, todos os parâme-
tros necessários para se traçar uma boa estratégia de movimentação de ferramenta, que serão incluídos
no procedimento de geração do código G.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
279
Figura D.11: Use-case decomposição orientada à geometria.
Figura D.12: Use-case decomposição orientada à operação.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
280
D.3.4 Geração do Código G
A geração do Código G inicia-se com a leitura de cada Setup (Setup1 e Setup2), onde é traçada uma
estratégia para cada feature de usinagem com as informações agregadas durante as fases anteriores.
Assim é gerado um arquivo texto que pode ser carregado na máquina-ferramenta via WebTurning
ou enviado para um Generate XML Process Planning, que gera um arquivo XML para o usuário
mostrando o plano de processo linearizado com o código G ao final do arquivo XML.
São também executados os módulos referentes à escolha de ferramenta e condições de usinagem,
bem com o armazenamento do plano de processo com alternativas, visto que a cada etapa são ge-
radas várias alternativas e ao final o algoritmo faz a linearização do plano de processo, segundo um
determinado critério de otimização, armazenando as outras soluções como alternativas.
D.3.5 Modelo Estático: Class Diagrams
A figura D.13 apresenta o diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo WebCAPP e o
relacionamento com os demais pacotes.
A figura D.14 apresenta o diagrama de classe Workingstep que é composto pelas classes Feature-
DeUsinagem e OperaçãoDeUsinagem.
A figura D.15 apresenta o diagrama de classe FeatureDeUsinagem.
A figura D.16 apresenta o diagrama de classe OperacaoDeUsinagem e seus relacionamentos com
as classes FerramentaUtilizada e TecnologiaDeUsinagem.
A figura D.17 apresenta o diagrama de classe CodigoG e seus relacionamentos com as classes
FerramentaUtilizada, Maquina e InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao.
A figura D.18 apresenta o diagrama de classe EncontrandoSuperficiesDelimitadoras e seus rela-
cionamentos com a classe InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao.
D.4 WebTurning
São apresentados apenas os diagramas de classes associados ao pacote do sub-módulo WebCam. O
sub-módulo WebCNC, associados aos programas desenvolvidos em linguagem C, não são orientados
a objetos, ficando fora da modelagem UML.
A figura D.19 apresenta o diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo NetCam
(WebCam) e o relacionamento com os demais pacotes, que permite a visualização de vídeo e áudio
em tempo real e vídeo gravado do chão-de-fábrica (GUI NetCAM).
A figura D.20 apresenta o modelo estático (diagrama de classes) para a classe NetCAMAVI (pacote
com.AlvaresTech.NetCAM) e seu relacionamento com as demais classes e pacotes do módulo Web-
Cam, que permite a gravação de vídeo em formato .avi.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
281
Figura D.13: Diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo WebCAPP e relaciona-
mento com demais pacotes.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
282
Figura D.14: Diagrama de classe Workingstep que é composto pelas classes FeatureDeUsinagem e
OperaçãoDeUsinagem.
Figura D.15: Diagrama de classe FeatureDeUsinagem.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
283
Figura D.16: Diagrama de classe OperacaoDeUsinagem e seus relacionamentos com as classes Fer-
ramentaUtilizada e TecnologiaDeUsinagem.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
284
Figura D.17: Diagrama de classe CodigoG e seus relacionamentos com as classes FerramentaUti-
lizada, Maquina e InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao.
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
285
Figura D.18: Diagrama de classe EncontrandoSuperficiesDelimitadoras e seus relacionamentos com
a classe InfoDecomposicaoOrientadaAOperacao.
Figura D.19: Diagrama de classe principal (pacotes) associado ao módulo NetCam e relacionamento
com demais pacotes, que permite a visualização de vídeo e imagens em tempo real e vídeo gravado
do chão-de-fábrica (GUI NetCAM).
APÊNDICE D. CICLO DE VIDA DO SOFTWARE WEBMACHINING MODELADO EM UML
286
Figura D.20: Modelo estático (diagrama de classes) para a classe NetCAMAVI (pacotecom.
AlvaresTech.NetCAM) e seu relacionamento com as demais classes e pacotes do módulo Web-
Cam, que permite a gravação de vídeo em formato .avi.
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