Sistema especialista para configuração de motores elétricos: uma aplicação de programação por restrições

Abstract

Algumas companhias encontraram na customização em massa uma fonte de diferenciação em relação aos concorrentes. Esse paradigma de produção é auxiliado pela adoção de sistemas de configuração de produto, que são sistemas especialistas que transcrevem requisitos de clientes em especificações válidas dentro do espaço de produtos da companhia. A fim de suportar a customização em massa, a literatura recomenda que sejam aplicados conceitos de modularização ou seja, estabelecendo uma arquitetura modular de produtos ? com a definição de uma estrutura hierárquica que representa uma linha de produtos. Outra recomendação é a utilização de um sistema de configuração de produto, que pode ser utilizado em um processo de vendas de produtos customizados em massa. Existem configuradores de primeira geração (limitados por regras unidirecionais e sem uma estrutura de objetos adequada), segunda geração (com recursos de regras bidirecionais e estrutura de objetos) e terceira geração (espaço de busca pré-compilado). O recurso de regras bidirecionais pode ser modelado dentro do paradigma de programação por restrições, constituindo numa ferramenta poderosa de solução de variados tipos de problemas. No presente trabalho, estabeleceu-se um método de implantação de um sistema especialista de configuração de produtos, desenvolvendo um protótipo aplicado no subsistema mecânico de um motor elétrico, tendo utilizado uma multinacional fabricante de motores elétricos como estudo de caso. Essa multinacional já possuía um sistema de configuração de primeira geração e uma shell apta a programação por restrições. No desenvolvimento do protótipo que se caracterizou como um sistema de configuração de segunda geração, percorreram-se as etapas de construção de um sistema especialista, seguindo o método proposto e convertendo dados e regras dos sistemas legados. Nesse processo, abriram-se oportunidades para integrar conhecimentos de especialistas de vendas, engenharia e manufatura através da codificação de novas restrições à configuração do produto. Também se integrou no configurador a utilização de atributos para controle de processos internos da empresa-alvo. Comprovaram-se os ganhos esperados com as ferramentas aplicadas, validando os resultados através da análise comparativa com a situação atual na empresa-alvo e também coletando a opinião de um especialista no domínio de configuração. Por fim, destacaram-se aspectos específicos do domínio mecânico de configuração e apresentaram-se sugestões para trabalhos futuros, que envolvem a expansão para outros domínios do conhecimento, integrações com sistemas de cálculo e sistemas ERP, além da utilização de outras tecnologias como configuradores de produto de terceira geração e identificação de padrões.

Abstract: Some companies have found in mass customization a source of differentiation from competitors. This production paradigm is aided by the adoption of product configuration systems, which are expert system that translate customer requirements into valid specifications within the company?s product space. In order to support mass customization, the literature recommends that modularization concepts be applied, establishing modular product architecture ? with the definition of a hierarchical structure that represents a range of products. Another recommendation is the use of a product configuration system, which can be used in a sales process for mass customized products. There are first generation configurators (limited by unidirectional rules and without a proper object structure), second generation (with bidirectional rules and object structure) and third generation (precompiled search space) configurators. Bidirectional rules feature can be modeled within the constraint programming paradigm, consisting in a powerful tool for solving several types of problems. In the current work, a method for the implementation of a expert system for product configuration was established, developing a prototype applied to the mechanical subsystem of an electric motor, using a multinational electric motors manufacturer as a case study. This multinational already had a first-generation configuration system and a shell capable of programming with constraints. In the development of the prototype, which was characterized as a second-generation configuration system, the developing stages for an expert system were covered, following the proposed method and converting legacy system data and rules. In the process, opportunities were opened up to integrate expert knowledge from sales, engineering and manufacturing by coding new constraints into the product configurator. The use of attributes to control internal processes of the target company was also integrated into the configurator. The expected gains with the applied tools were verified, by validating the results through comparative analysis with the current situation in the target company and also by collecting the opinion of an expert in the configuration domain. Finally, specific aspects of the mechanical domain were highlighted and suggestions for future works were presented, which involve the expansion to other domains of knowledge, integration with calculation systems and ERP systems, as well as the use of other technologies such as third generation product configurators and pattern identification.