Eng. simultanea na área naval

8/8/2019 Eng. simultanea na rea naval

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ENGENHARIA SIMULTNEA E SUA APLICAO NA INDSTRIA NAVAL

C. L. Pimentel*Diretoria de Engenharia Naval, DEN, MB. Brasil

*[email protected]. B. Augusto

Dep. de Engenharia Naval e Ocenica, EPUSP, USP. Brasil

RESUMO

O artigo apresenta a filosofia da Engenharia Simultnea (ES), que com seus objetivos de reduo do ciclo dedesenvolvimento, aumento da qualidade do produto final e reduo de custo, comeou a ser empregada naindstria naval, na dcada de 90. A abordagem de ES comparada com o mtodo tradicional (seqencial) dedesenvolvimento de produtos, mostrando as principais diferenas entre ambos. O emprego da ES na indstrianaval apresentado atravs de um exemplo recente de aplicao da filosofia no programa da nova classe desubmarino nuclear de ataque da Marinha Americana.

INTRODUOA globalizao tem elevado sobremaneira o nvel de competio entre as empresas, forando-as a lanar novosprodutos em intervalos cada vez menores.

Desta maneira, torna-se uma questo de sobrevivncia a reduo do tempo gasto no ciclo de desenvolvimentode novos produtos, acrescentando ainda a necessidade de produz-los com elevada qualidade, dentro de padresinternacionais e com drstica reduo de custo.A indstria naval se insere nesse contexto de alta competitividade, tendo um mercado atualmente dominado

pelos pases asiticos, que produzem com rapidez, qualidade e baixo custo, quando comparados com o restantedo mundo.Os sistemas navais, caracterizam-se por necessitarem, em geral, de longos ciclos de desenvolvimento. O ciclo dedesenvolvimento ou projeto , seguramente, um dos mais importantes, se no o mais importante, determinante(driver) do custo final de um sistema.A filosofia da Engenharia Simultnea, com seus objetivos de reduo do ciclo de desenvolvimento, garantia daqualidade e diminuio do custo final, dentre outras teorias, surge como uma alternativa para a indstria deconstruo naval do mundo ocidental, que busca competir com os pases asiticos pelas encomendas que nosltimos anos tm crescido, devido ao incremento do comrcio internacional, como tambm devido a expanso darea de offshore.

DEFINIO DE ENGENHARIA SIMULTNEAEngenharia Simultnea (ES), ou mais modernamente, Desenvolvimento Integrado de Produto e Processo(Integrated Product and Process Development - IPPD) uma filosofia que na verdade envolve mais do queEngenharia. No incio o objetivo era o projeto simultneo do produto e dos respectivos processos de manufatura.O objetivo cresceu passando a incluir todas as etapas do ciclo de vida do produto, desde a sua concepo at asua retirada de servio, sua destinao final, aps transcorridos seu perodo de vida til (BENNETT; LAMB, 1995).Assim como o Just-in-Time, a Engenharia Simultnea uma filosofia e no uma tecnologia. EngenhariaSimultnea usa tecnologia para atingir seus objetivos (BENNETT; LAMB, 1995).O principal objetivo da Engenharia Simultnea ou Desenvolvimento Integrado de Produto e Processo adiminuio do tempo desde o pedido at a entrega, para um novo produto, com custo mais baixo e maiorqualidade. Isto alcanado atravs do desenvolvimento paralelo, ao invs de seqencial, das diferentes etapasque compem o Projeto do Produto, com o emprego de times ou equipes multidisciplinares (cross-functionalteams) (BENNETT; LAMB, 1995). Segundo Syan (1994) estes times devem conter pessoas de vriosdepartamentos da empresa, como mostrado na figura 1, incluindo os principais fornecedores e clientes.


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Figura 1 - Composio de um time de desenvolvimento multidisciplinar

Baseada em Syan (1994)

Entre as vrias definies de Engenharia Simultnea pode-se citar a do Institute of Defense Analysis" (IDA) dosE.U.A. (BENNETT; LAMB, 1995):Engenharia Simultnea uma abordagem sistemtica para o projeto integrado e concorrente de produtos e deseus processos relacionados, incluindo manufatura e suporte. Esta abordagem intenciona provocar que osdesenvolvedores, desde o incio, considerem todos os elementos envolvidos no ciclo de vida do produto desde asua concepo at o seu descarte, fim de sua vida til, incluindo qualidade, custo, prazos e os requisitos dosclientes (WINNER et al., 1988).E a definio do Concurrent Engineering Research Center (CERC).Engenharia Simultnea uma abordagem sistemtica para o desenvolvimento integrado de um produto e osprocessos relacionados, que enfatiza a responsabilidade para com as expectativas do consumidor e incorpora osvalores de cooperao dos times, confiana e compartilhamento, de uma maneira tal que a tomada de decisesse processa com largos intervalos de trabalho paralelo, englobando todas as perspectivas do ciclo de vida doproduto, de uma maneira sincronizada, por meio de dilogo para obteno de consenso (CERC, 1992).Como visto acima, idealmente, a Engenharia Simultnea envolve todos os participantes no desenvolvimento doproduto, incluindo o cliente e os fornecedores, em um ambiente de time, desde o incio e ao longo do projeto doproduto e dos processos relacionados.Conceitos bsicos da Engenharia Simultnea j eram aplicados por empresas ocidentais no incio dos anos 80, noentanto, a primeira definio formal, apresentada acima, surgiu com o trabalho de Winner et al. (1988). Aabordagem tem sido usada por muitas companhias, em vrios pases. A experincia tem mostrado, que, seaplicada de maneira adequada levar ao atingimento dos objetivos citados nas definies acima (BENNETT;LAMB, 1995).

MTODO TRADICIONAL (seqencial) DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS VERSUS A ABORDAGEMDE ENGENHARIA SIMULTNEAO processo tradicional ou seqencial de desenvolvimento de produtos, tambm conhecido pela expresso emingls over the fence ou over the wall, que significa sobre a cerca ou sobre o muro, baseado na

organizao departamental, o que no favorece a integrao entre as unidades funcionais, uma vez que cadadepartamento ou setor responsvel por determinada etapa do projeto, trabalhando estanque ou independente dosdemais, tende a preocupar-se somente com suas atividades especficas, e no existe um responsvel pelodesenvolvimento como um todo. A figura 2 apresenta um exemplo de desenvolvimento seqencial.


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Figura 2 - Exemplo de desenvolvimento seqencial de produtos

As etapas de desenvolvimento apresentadas na figura 2 so apresentadas seguir: as duas primeiras fases desenvolvimento do conceito e planejamento do produto incluem informaes de oportunidades de mercado,possibilidades tcnicas, e requisitos da produo devem ser combinadas para se definir a arquitetura do novoproduto. Isto inclui seu projeto conceitual, mercado alvo, necessidades em investimentos e viabilidade econmica.Para a aprovao do programa de desenvolvimento do produto, o conceito deve ser validado atravs de testes ediscusso com potenciais clientes.Uma vez aprovado, o projeto entra na fase detalhamento da engenharia de produto e processo. Esta fase envolveo desenvolvimento do projeto, a construo de prottipos e o desenvolvimento de ferramentas e equipamentos aserem utilizados na produo em larga escala. O detalhamento de engenharia envolve o ciclo projetar construir testar. Os produtos e processos gerados no conceito so incorporados em um modelo de trabalho, que submetido a testes que simulam o produto em uso. Caso ocorram problemas, alteraes so buscadas eimplementadas de modo a melhorar o projeto, e o ciclo projetar construir testar repetido, at atingir amaturidade necessria para incio da produo piloto. A concluso desta fase de detalhamento da engenharia marcada pela liberao da verso final, que indica que o projeto est pronto para iniciar uma produo piloto.Na fase de produo piloto os componentes individuais so construdos e testados os meios de produo.Durante esta fase, so produzidas muitas unidades do produto com o objetivo de testar os planos de processonos nveis de produo comercial. A concluso desta fase indica que todo o ferramental e equipamentos estoprontos, incluindo os fornecedores de peas/equipamentos, estando assim o produto pronto para incio daproduo comercial.A fase final do desenvolvimento o aumento da produo. Isso envolve o refinamento do processo de produo,que deve ser testado para operar com um alto nvel de produo. Nesse momento, a empresa inicia a produoem um nvel relativamente baixo, e assim que a organizao e seus fornecedores desenvolvem confiana em suacapacidade de produo e comercializao, vai-se aumentando seu volume at atingir as metas planejadas de

produo, custo e qualidade.Um departamento ao executar a etapa que lhe corresponde, passa adiante, ou joga sobre a cerca oumuro (over the wall), para o prximo departamento, os documentos e/ou desenhos gerados, para que seja dadacontinuidade aos mesmos.O incio de uma etapa est condicionado concluso de uma etapa anterior, tendo como conseqncia o fato deque qualquer problema encontrado em alguma etapa do projeto, ir provocar um retorno etapas anteriores,ocasionando atrasos na concluso do projeto.As diferentes vises descritivas, utilizadas pelas vrias unidades organizacionais envolvidas no desenvolvimento,resultam em bases de dados independentes, separadas em vrios sistemas e plataformas de hardware, conformeapresentado na figura 3.A descrio geomtrica do produto, por exemplo, armazenada na base de dados do sistema CAD, enquantoque a estrutura de produto e os planos de processo macro, gerados em uma fase posterior, so armazenados nabase de dados do sistema de planejamento da produo (figura 3).A abordagem da Engenharia Simultnea focada em trs preocupaes: a integrao antecipada e coordenada

entre as reas de conhecimento relevantes ao desenvolvimento de produtos, organizao da equipe sob o prismade multidisciplinaridade e dedicao integral ao projeto e, enfoque sobre as necessidades do cliente. Estaabordagem busca alcanar os seguintes objetivos: menor tempo de desenvolvimento do produto; menor custo; eaumento da qualidade do produto final.


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Figura 3 - Fragmentao dos dados de produto no desenvolvimento seqencial (ZANCUL, 2000)

O paralelismo (simultaneidade) na execuo das etapas de desenvolvimento de produtos ocupa uma posio dedestaque no contexto da Engenharia Simultnea, uma vez que fundamental na reduo do ciclo dedesenvolvimento de produtos, reduzindo desta maneira o time-to-market(tempo transcorrido desde a deteco danecessidade, at a introduo de um novo produto no mercado) o que constitui uma importante vantagemcompetitiva. Para tal vital que haja a integrao entre reas de conhecimento, mediante a constituio de

equipes multidisciplinares (figura1).O paralelismo (simultaneidade) bem como a integrao, entre as diversas reas envolvidas nas etapas dedesenvolvimento representado na figura 4.A estratgia de simultaneidade, com o emprego de equipes multidisciplinares, fornece uma oportunidade paratratar antecipadamente, no processo de desenvolvimento, de fontes de conflitos entre agentes dodesenvolvimento, que representam os pontos de vista de diferentes reas: projeto do produto, marketing,fabricao, logstica, operao, etc.

Figura 4 - Desenvolvimento Simultneo (paralelo e integrado) do Produto

O custo tende a ser reduzido sobremaneira, principalmente devido participao do pessoal de produo nasequipes multidisciplinares, desde o incio do desenvolvimento, de modo que participando no desenvolvimento,contribuem para que quando da fabricao no seja detectada a necessidade de correes no projeto(reprojetos), que ocasionam no s atrasos no lanamento de produtos, que representam elevado custo em ummercado competitivo, como tambm evitam os elevados custos que representam as alteraes de projeto, queaumentam drasticamente medida que o projeto se aproxima da etapa de produo, pois quanto mais prximodesta etapa, maior a quantidade de itens integrados, e conseqentemente maior a quantidade de interfacesque necessitam de reviso em funo de alteraes a serem introduzidas.A figura 5 apresenta o custo de alteraes ao longo do desenvolvimento, comparando a abordagem dedesenvolvimento serial e a abordagem de Engenharia Simultnea.


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A figura 5 mostra que a Engenharia Simultnea, com o emprego das equipes multidisciplinares de projeto, buscaobjetivo de concentrar o maior nmero de alteraes na etapa de concepo, onde o custo muito baixo, aocontrrio da abordagem tradicional (serial), que concentra elevado nmero de alteraes na etapa dedesenvolvimento de produto e de processo, quando o custo bem mais elevado, apresentando ainda grandenmero de alteraes na fase de produo/operao, onde o custo extremamente alto, ao contrrio da ES queapresenta nmero bastante reduzido de alteraes.

Figura 5 - Custo das alteraes de projeto, Baseada em (OUSD, 1998)

A participao do cliente (armador na indstria naval) nas equipes multidisciplinares, desde o incio, importantena medida em que permite um perfeito entendimento, por parte da equipe multidisciplinar, dos requisitos que oproduto deve satisfazer, bem como o cliente pode ser assessorado com relao a requisitos conflitantes, quepossam trazer como conseqncia degradao na operao do produto final, ocasionando insatisfao por parte

do mesmo. Deste modo, esse entendimento provoca, desde o incio, um desenvolvimento contnuo, sob umaestrutura slida (requisitos do produto), perfeitamente compreendida e edificada quatro mos.Na aplicao da Engenharia Simultnea fundamental que as equipes multidisciplinares de projeto ataquemtodos os aspectos do desenvolvimento de forma paralela e concorrente, em contraste com o processo tradicional(over the wall), resultando com isso na necessidade imperiosa de maior integrao entre os dados do produto.Tais informaes devem estar localizadas em uma base de dados nica, conforme mostrado na figura 6, ao invsde se encontrarem fragmentadas, como no caso do desenvolvimento seqencial (mostrado na figura 3).A integrao das informaes do produto (figura 6) permite que todos os membros da equipe tenham acesso ainformaes atualizadas e comuns a todos, facilitando o processo decisrio e diminuindo os riscos de decisesbaseadas em informaes desatualizadas.


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Figura 6 - Integrao dos dados do produto para apoiar a Engenharia Simultnea

(ZANCUL, 2000)

A abordagem da Engenharia Simultnea conduz a melhores projetos, que buscam atender perfeitamente osrequisitos dos clientes (armadores na indstria naval); com aumento da qualidade e da confiabilidade, alm depropiciar alta gerncia e aos gerentes de projeto um melhor controle dos custos envolvidos.Estas vantagens podem ser quantificadas com os dados constantes da tabela I .

Tabela I Resultados obtidos pela implementao da Engenharia Simultnea

(CARTER; BAKER, 1992); e (HARTLEY, 1992)

Tempo de Desenvolvimento do Projeto 30% - 70% ReduoAlteraes de Projeto e Retrabalho 65% - 90% Reduo

Tempo de Lanamento de Produto 20% - 90% Reduo

Qualidade Total do Produto 200% - 600% Melhoria

Produtividade 20% - 110% MelhoriaRetorno sobre Vendas (dollar sales) 5% - 50% Melhoria

ENGENHARIA SIMULTNEA NA INDSTRIA NAVALO projeto de um sistema naval (navio ou plataforma ocenica), caracteriza-se por longos ciclos dedesenvolvimento e de construo (produo). Embora a utilizao de dados de navios semelhantes seja umametodologia extensivamente utilizada nas fases iniciais de projeto, contribuindo para reduzir o ciclo dedesenvolvimento, na fase de detalhamento, que antecede a construo, que ocorre uma grande quantidade de

consumo de tempo dentro do ciclo de projeto, devido a grande quantidade, dimenses e complexidade desubsistemas, como por exemplo uma praa-de-mquinas, que compem os sistemas navais.

A etapa de construo passou por um importante desenvolvimento, que foi a introduo da construo modular,onde o navio dividido por blocos ou sees, ocorrendo a construo e montagem de equipamentos, sistemas eitens, em cada bloco (outfitting), de maneira totalmente independente dos demais, permitindo diminuio sensveldo tempo de construo e flexibilidade produo do estaleiro.As figuras 7 e 8 exemplificam o processo tradicional de construo e o processo moderno de produo de

navios.


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Figura 7 Processo tradicional de construo (KEANE; TIBBITS, 1996)

Figura 8 Processo moderno de produo (TIBBITS; KEANE, 1995)

Tendo a etapa de construo sido desenvolvida, com a introduo da construo modular, resta ainda a busca dereduo do ciclo de desenvolvimento (projeto), sendo ento o emprego da ES um meio de atingir tal objetivo.A ES no s contribui para a reduo do ciclo de projeto, como certamente o seu emprego resulta em uma

reduo ainda maior do ciclo de construo, pois como citado anteriormente, a utilizao de equipesmultidisciplinares de projeto, com a participao, fundamental, de pessoal da produo, resultar em projetos comuma grande reduo da necessidade de alteraes, detectadas, em geral, na etapa de construo e queprovocam reprojetos, que por sua vez, levam a atrasos e altos custos.A ES, como citado anteriormente, utiliza tecnologias (ferramentas) para alcanar seus objetivos, como porexemplo: CAD, CAE, CAM, PDM, Simulao e 3D Product Model.O 3D Product Model responsvel pela integrao das informaes do produto, conforme mostrado na figura 6,servindo como nico banco de dados para a o emprego de CAD, CAE, CAM, Simulao e concentrando aindatodos as informaes logsticas do projeto. Deste modo todos os integrantes das equipes multidisciplinares tmacesso e usam s mesmas informaes, evitando uso de informaes desatualizadas, que concorrem para errose atrasos no projeto. O controle de todas as informaes do Product Model, realizada atravs de softwares dotipo PDM (Product Data Management).


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EXEMPLO DE APLICAO DA ENGENHARIA SIMULTNEA NA INDSTRIA NAVALSegundo Winner (2002); Winner (2000) a necessidade, do ps guerra-fria, de reduzir drasticamente o custo deseus submarinos nucleares, levou o estaleiro americano Electric Boat e a Marinha Americana, a buscar umamaneira de torn-los viveis. O Electric Boat reconheceu que os custos de construo e de operao so quasetotalmente determinados durante o desenvolvimento. Com isso o estaleiro, com total apoio e participao daMarinha, decidiu empregar a ES no programa da mais nova classe de submarinos nucleares de ataque dos E.U.A,cujo primeiro navio,Virgnia, ser lanado em 2004.

Segundo Poitras (1997), a meta de custo para a classe "Virgnia" de que os navios tenham custo igual ou inferior classe 688I, anterior a classe "Seawolf", que atualmente o mais moderno submarino da Marinha Americana.Esta meta de reduo de custo, no entanto, no foi acompanhada de degradao dos principais requisitos deprojeto, j que, por exemplo, foram mantidos para o Virgnia osrequisitos de assinatura acstica, extremamenterigorosos, do Seawolf, o que tornou bem mais difcil a tarefa de projetar o navio.Para execuo do projeto, o navio foi dividido em quinze grandes reas contguas, cada qual com uma equipemultidisciplinar de projeto, conforme mostrado na figura 9.

Figura 9 Quinze Equipes multidisciplinares de grandes reas (WINNER, 2002)

Cada equipe multidisciplinar, possui representantes da Marinha (cliente) e do estaleiro, sendo composta deengenheiros, projetistas, fornecedores, representantes da rea de logstica e responsveis pelo controle de custo.Dentre os projetistas encontram-se operadores de CAD para arranjo, redes, estruturas, eletricidade, e mecnica.

A estrutura organizacional adotada para o projeto foi a matricial, sendo que as decises acerca do projetocouberam s equipes multidisciplinares, que possuem total autoridade e liberdade para a tomada de deciso(empowerment). A tomada de deciso saiu da esfera dos departamentos funcionais, que a detinham noprocesso tradicional, cabendo aos mesmos, na abordagem de ES adotada, fornecer mo-de-obra especializadapara as equipes multidisciplinares, bem como executar o que foi decidido pelas equipes. H de se ressaltar que talmudana alm de partir da alta administrao do estaleiro, com apoio da Marinha, teve permanentemente o totalapoio da mesma.Alguns resultados, referentes ao programa, so mostrados seguir.Segundo Winner (2002) o projeto do "Virgnia" est sendo completado, e a construo est avanando compoucos problemas. A figura mostra a situao atual do projeto, com dados de 2002, em relao ao que foiplanejado. A Marinha afirma que a curva apresentada na figura, mostrando to pequena distoro em relao aoplanejado em 1993, nunca havia sido vista em um programa de um submarino antes do "Virgnia" (WINNER,

2002). importante que seja salientado, segundo Winner (2002), que os desenhos prontificados, representadospela curva da figura 10 so muito mais completos, possuindo mais dados, e necessitaram de muito menosrevises do que queles produzidos para o "Seawolf" (submarino mais moderno em operao atualmente).


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Figura 10 - Situao atual do Projeto X Planejado (WINNER, 2002)

A figura 10, mostra que no projeto do "Virgnia", apesar de serem produzidos mais desenhos que no projeto do"Seawolf", a prontificao dos mesmos, em relao ao incio da construo (marco 0), ocorreu em mdia, 2.5 anosantes do que no projeto do "Seawolf". Sendo que em Fevereiro de 2002 j havia sido concludo 99.1% do total,aproximadamente 3.5 anos antes do "Seawolf" atingir a mesma marca.O nmero de homens-hora (HH) necessrio para construir o "Virgnia", primeiro navio da classe, foi reduzido em40%, em relao ao "Seawolf".Segundo Winner (2002) os problemas identificados durante a construo tm sido em bem menor nmero e muitomenos srios do que no caso do "Seawolf''. A figura 11 mostra que em janeiro de 2002, 3.2 anos aps o incio daconstruo, haviam sido identificados 5.300 problemas. Com uma frao da quantidade de HH requerida para a

construo, o navio j havia alcanado quase 70% do total. O "Seawolf" no alcanou o mesmo nvel antes dequase seis anos. Nesse estgio da obra, os construtores do "Seawolf" j haviam identificado aproximadamente53.700 problemas. Deste modo, a reduo de erros, em estgio equivalente da construo, deaproximadamente 90%.A implantao da ES possibilitou um projeto muito mais maduro que proveu suporte construo. A figura 12mostra que 50% do projeto do Virgnia j havia sido completado, quando do incio da construo, comparadocom 5.6% do Seawolf e 1.6% do Ohio (submarino balstico). A pior projeo para o nmero de alteraes deprojeto, detectadas durante a construo, para o Virgnia, de apenas 30% do total do Seawolf e 36% do totaldo Ohio (submarino lanador de mssil balstico).


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Figura 11 - Desenhos prontificados: Virgnia X Seawolf (WINNER, 2002)

Uma das conseqncias fundamentais da ES que, com o desenvolvimento integrado do produto e processo(construo), atravs do emprego das equipes multi-disciplinares, o projeto concebido e conduzido de talmaneira que poucas alteraes ocorram nas etapas finais do mesmo (maturidade), permitindo que os requisitosde projeto, bem como o contrato para construo, sofram um nmero extremamente pequeno de alteraes aolongo do ciclo de desenvolvimento e construo, o que certamente conduz reduo de custos. A figura 13mostra que projees pessimistas em relao ao nmero de alteraes contratuais para o Virgnia so da ordemde 12% das alteraes contratuais do Seawolf e apenas 0.46% das do Ohio.

Figura 12- Problemas durante a construo: Virgnia x Seawolf (WINNER, 2002)


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Figura 13 - Maturidade do Projeto (WINNER, 2002)

Figura 14 - Alteraes Contratuais do Virgnia (2002) e projees para 2004(WINNER, 2002)

CONCLUSOOs dados recentes (2002), apresentados acima, acerca da implantao da Engenharia Simultnea no projeto damais nova classe de submarino nuclear da Marinha Americana, mostram claramente que a ES tem sidofundamental no sucesso do projeto, implementada como um meio de sobrevivncia, tanto para o estaleiro quantopara o programa de submarinos da Marinha Americana.A diminuio do tempo de desenvolvimento do navio, e a drstica reduo da necessidade de alteraes deprojeto, dentre outros fatores, levaram grande reduo de custo, tornando o projeto vivel economicamente. Istofoi obtido por meio da participao de representantes da produo, do cliente (Marinha) e de fornecedores, nasequipes multidisciplinares, desde o incio do projeto, bem como pelo emprego de modernas ferramentas, citadasno trabalho, principalmente do 3D Product Model.Estes resultados certamente fortificam a justificativa para aplicao da Engenharia Simultnea em futuros


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projetos, como um meio de sobrevivncia da indstria naval ocidental na sua competio frente aos estaleirosasiticos.No momento em que crescem as encomendas mundiais na indstria naval, principalmente na rea de offshore, aindstria naval brasileira, que no momento, passa por um aparente processo de ressurgimento, aps longoperodo de estagnao, deve aprofundar os estudos visando a aplicao da Engenharia Simultnea bem como datecnologia de construo modular, tentando deste modo se modernizar, diminuindo o gapexistente entre a nossaindstria e aquelas que se utilizam das melhores prticas (best practices), semelhantemente ao processo demodernizao que atualmente est em curso na indstria naval americana.

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