Otimização como ferramenta de projeto

Prof. J. Marcio Vasconcellos

Professor Associado, Escola Politécnica, UFRJ

Resumo

Tive o privilégio de ter visto na minha formação as técnicas de otimização aplicada ao projeto preliminar de Navios. Entretanto, nestes anos (e lá se vão 40 anos) de ministração desta disciplina no mestrado, verifiquei que este não é um tema comum no ensino da engenharia.

Este artigo técnico informativo, busca despertar nossos leitores engenheiros da rede Linkedin, para este tema.

Vamos mostrar que empresas de desenvolvimento de tecnologia de ponta não abrem mão desta ferramenta.

Introdução

A palavra otimização é utilizada na língua portuguesa de uma maneira bem ampla. Em geral, seu sentido quer dizer algo que queremos melhorar. Dificilmente o público em geral a utiliza com o sentido matemático da mesma: atingir o ponto ótimo, ou seja, não há uma solução melhor do que a que obtivemos. Esta última aplicação da palavra otimização traz para a engenharia uma dificuldade intrínseca.

Ao utilizar um processo qualquer de otimização teríamos que responder à pergunta: Como podemos provar que esta é a melhor solução entre todas as possíveis? Bem, não podemos na maior parte de nossas aplicações reais na engenharia.

Entenda como funciona o processo de otimização. | Foto: Reprodução

Como saímos desta questão que levou muitos anos em discussão? A resposta foi simples e não discordante. Não podemos provar, mas podemos usar a solução obtida por um método ou processo de otimização como uma solução possível e vantajosa em relação a uma outra solução obtida por um processo que não aplique a técnica. Em outras palavras, ganhamos um método capaz de nos ajudar a encontrar melhores soluções para a nossa busca de boas soluções de Engenharia e deixamos as provas para os nossos colegas da matemática.

Métodos e processos

Com esta premissa fundamental estabelecida, foram criadas muitas ferramentas de otimização de modelos que representam nossos problemas de Engenharia e vários softwares comerciais foram desenvolvidos e estão sendo comercializados ao redor do mundo. Cada um com suas particularidades e mais importante a ser observado, com suas limitações. Estas limitações devem sempre serem observadas pelos usuários.

Iniciando com ferramentas para busca de soluções otimizadas para problemas com um único objetivo e poucas variáveis, avançamos para os algoritmos revolucionários, o tratamento de problemas multi objetivos e a inclusão de incertezas no processo de decisão. Os algoritmos genéticos ganharam grande utilização e a literatura hoje é muito vasta neste tema que busca na teoria aplicada aos cromossomos humanos a base para o seu desenvolvimento. Termos como “mutação” e “crossover” passaram a fazer parte também de nossas vidas como engenheiros.

Algumas destas ferramentas computacionais são apenas softwares para otimização de modelos, entretanto, outros avançaram para Integradores de Modelos de Projeto.

Grandes empresas de engenharia onde uma das atividades fundamentais é o desenvolvimento de novos e melhores produtos, adotaram estes sistemas integrados como forma de atingir seus objetivos de maneira mais eficiente.

Nosso leitor poderá estar à frente a algum destes softwares ou sistemas integradores, mas aqui, abordaremos um destes que vem gradualmente ganhando novos e grandes adeptos. Antes de continuar esta apresentação, é importante ressaltar que não tenho qualquer contato ou vantagem comercial com o sistema que será comentado aqui. Pagamos a licença universitária como qualquer outra instituição de ensino e pesquisa.

Modefrontier

Conheci este sistema há muitos anos atrás e na verdade teria que fazer um esforço muito grande para saber quando e como, porém, penso não ser relevante aqui.

Quando o conheci sabia de aplicações isoladas da Petrobras e nada mais no Brasil.

Desenvolvi os primeiros modelos e apresentei alguns artigos em congressos. De certa forma, na área Naval no Brasil eu era um peixe fora d'água.

Um pouco mais tarde comecei a ver a aplicação do sistema em outras publicações internacionais aplicadas a problemas com Navios (Prof. Papanikolau).

Desenvolvi alguns estudos e projetos com meus alunos e utilizamos bastante as soluções otimizadas para problemas multi objetivos, tema este que já tratava desde 1987 no desenvolvimento de minha tese de doutorado na Universidade de Strathclyde na Escócia. Nesta oportunidade, para a elaboração da tese, tive que desenvolver minha própria ferramenta computacional para tratar de problemas com multicritérios (Goal Programming for Multi Objective Applications).

Tempo passa e com meu foco nas aplicações do Modefrontier na Engenharia, conheci suas aplicações na Embraer. Fiquei bastante empolgado como eles haviam incorporado a otimização em seu processo de projeto.

O sistema oferecido pelo Modefrontier possui interface para utilização de dezenas de softwares comerciais, simuladores e CADs diferentes. Podendo conectar várias análises, é possível a criação de modelos robustos e aplicações de otimização em vários níveis de sofisticação, caso o projeto assim demande.

Não é meu objetivo aqui apresentar as diversas potencialidades mas apontar um caminho para empresas que buscam melhorar seus produtos e processos com a aplicação de ferramentas de otimização.

A Embraer parece que abraçou esta possibilidade no desenvolvimento de seus produtos e hoje seu desenvolvimento tecnológico certamente possibilitou estar hoje disputando o mercado internacional com gigantes do setor aeroespacial.

Na área marítima, os velozes barcos de competição vêm usando as ferramentas de otimização para atingirem maiores velocidades com alta performance. Os veleiros da famosa Américas Cup também buscam na otimização uma ferramenta para a melhoria de seus veleiros.

Em geral, muitos produtos e processos de Engenharia podem encontrar nas técnicas de otimização uma ferramenta para melhoria contínua de seus produtos e processos.

Para os leitores interessados em ampliar seus conhecimentos e verificar a ampla gama de possibilidades de aplicação das técnicas de otimização no desenvolvimento da engenharia, deixo um conjunto de referências e sites onde considero ser um bom começo para iniciar neste fascinante e promissor tema de desenvolvimento.

REFERÊNCIAS

1 - Algoritmos Genéticos, Ricardo Linden, Ciência Moderna, 2012.

2- Goal Programing and Extensions, James P. Ignizio, Lexington Books, 1976.

3 - Multi-criteria optimization applied to tankers preliminary design, J.M. Vasconcellos, M. Harduim & P. Araujo, Book Maritime Technology and Engineering, Edition1st Edition, First Published, 2014.

4 - Holistic ship design optimization, Apostolos Papanikolaou, Computer Aided-Design, 2009.

5 – ESTECO - https://engineering.esteco.com/modefrontier/