A Importância do Desenho no Processo de Projeto - Artigo Acadêmico

A IMPORTÂNCIA DO DESENHO NO PROCESSO DE PROJETO Edison Rohleder rohledercceufscbr Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Expressão GráficaCCE Campus Universitário Trindade FlorianópolisSC CP 476 CEP 88040900 Henderson José Speck speckcceufscbr Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Expressão GráficaCCE Campus Universitário Trindade FlorianópolisSC CP 476 CEP 88040900 Luis Alberto Gómez luisecvufscbr Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia CivilCTC Campus Universitário Trindade FlorianópolisSC CP 476 CEP 88040900 Resumo O processo de projeto é diversificado complexo e difícil de ser modelado Sobre esse assunto numerosas interpretações têm sido publicadas Normalmente o processo é dividido em fases e atividades visando a uma análise mais acurada do modo como os projetistas trabalham e assim prover um guia para o desenvolvimento de programas e modeladores geométricos rápidos Durante cada atividade os projetistas usam uma grande variedade de ferramentas para documentar e arquivar as tarefas desenvolvidas Tradicionalmente essas ferramentas têm sido o lápis papel e materiais de modelagem mas agora o computador afeta o processo por oferecer novas ferramentas e simulações Entretanto segundo Petzny 1994 isso só acontece nos estágios finais do processo de projeto Os aspectos cognitivos envolvidos especialmente nas etapas iniciais de criação ainda não são totalmente conhecidos PalavrasChave Projeto CAD Cognição 1 INTRODUÇÃO O objetivo deste artigo é estudar a importância do desenho desenho formal e esboço informal no processo de projeto argumentando a favor da necessidade do desenho durante todos os estágios etapas do projeto mecânico Através das informações aqui apresentadas ficarão evidenciadas as exigências e necessidades para as futuras ferramentas de CAD Computer Aided Design educação gráfica e estudos correlatos a desenvolver Todos os engenheiros e projetistas são ensinados treinados a desenhar Assim a maioria dos projetistas está habilitada a fazer e interpretar desenhos técnicos formais Esses desenhos são representações do projeto final o produto final do processo de projeto e têm a intenção de guardar e documentar o projeto completo e comunicálo para outros projetistas e para o pessoal da manufatura responsável pela sua execução De outra parte todavia é conhecida a dificuldade que os engenheiros têm para esboçar suas idéias Algumas vezes esses esboços informais servem para comunicar um conceito para um colega mas na maioria das vezes servem apenas para dar forma à idéia sobre o papel Assim sendo o que está em consideração é como esses esboços ajudam uma idéia a tomar forma o que nos mostra que o papel desempenhado pelo desenho na engenharia é mais do que a simples documentação ou arquivamento da concepção ou da comunicação com outros Entender o uso de ambos desenho formal e esboço no projeto é importante para ajudar a formular o futuro desenvolvimento dos sistemas de CAD e de desenho Compreender a importância do desenho no processo de projeto ajuda a estabelecer que habilidades e destrezas devem ser ensinadas aos engenheiros durante seu treinamento 2 DESENVOLVIMENTO Os engenheiros projetistas fazem vários tipos de anotações no papel De acordo com pesquisas realizadas essas anotações foram divididas em dois grupos principais notas e representações gráficas de suporte notas de suporte que incluem texto listas dimensionamento e cálculos Representações gráficas que incluem desenhos de objetos e suas funções planos e gráficos a representação gráfica do projeto mecânico é muitas vezes feita com desenhos a instrumentos e em escala ou desenhos feitos em sistemas computadorizados de CAD Esses desenhos feitos de acordo com um conjunto amplo de regras aceitas normas serão definidos como projeto desenho a instrumento Esboços por outro lado são definidos como desenhos à mão livre junto aos quais são colocadas anotações resumidas estenográficas para representar os objetos e suas funções Esses esboços não são normalmente representados em escala Uma diferenciação precisa ser feita entre o ato da representação gráfica e o meio sobre o qual ele ocorre ou é feito O meio papel e lápis computador giz sobre quadro negro ou outro meio qualquer provavelmente irá colocar restrições à representação A discussão a seguir não é concernente com o que está sendo representado mas com o modo pelo qual essa representação é feita De qualquer forma a discussão aponta para as restrições do meio de representação e as necessidades de aperfeiçoamento das interfaces Um outro para aspecto do desenho a ser considerado é o nível de abstração da informação a ser representada Durante o processo de projeto o mesmo é refinado a partir de um conceito abstrato inicial até o desenho final detalhado Mesmo que uma boa porcentagem da representação gráfica em engenharia seja na forma de esboço informal é o desenho formal que é o foco de muito treinamento pesado em CAD para engenheiros Por outro lado muitos engenheiros não recebem treinamento formal em desenho de esboço Ele é assumido como um dom natural Três textos típicos usados no ensino básico de desenho mecânico foram examinados Cada um deles apresentou apenas algumas poucas páginas de informação sobre o esboço sketching Adicionalmente os sistemas de CAD não facilitam nem possuem meios significativos de suporte ao desenho de esboço Para os efeitos deste artigo o termo CAD é definido como o uso de computador gráfico interativo para ajudar a resolver os problemas de projeto mecânico As atuais ferramentas de CAD ajudam no processo de projeto de quatro maneiras como uma ferramenta avançada de desenho como assistente na visualização de objetos e dados como organizador e comunicador de dados e como pré e pósprocessador para as técnicas analíticas de avaliação por computador tais como elementos finitos determinação das propriedades de peso e massa análise cinemática etc Para todos esses usos o desenho precisa estar suficientemente refinado para que isso possa ser feito Assim para os sistemas correntes de CAD o D significa desenho e não projeto 3 A RELAÇÃO DO DESENHO COM A SOLUÇÃO DE PROBLEMAS A análise inicial das fitas de vídeo feitas durante o processo de desenvolvimento de projetos levou à constatação de sete usos ou funções para o ato de desenhar 1 arquivar e documentar a forma geométrica do projeto 2 comunicar idéias entre projetistas e entre projetistas e pessoal da manufatura 3 agir como ferramenta de análise 4 simular o projeto 5 servir de elemento complementar de checagem da integridade do projeto 6 tornar aparentes para o projetista os detalhes a serem projetados os esboços ou outros desenhos estão sendo feitos 7 atuar como uma extensão da memória de curto termo do projetista Projetistas muitas vezes inconscientemente fazem esboços para ajudálos a relembrar idéias que eles de outro modos possivelmente esqueceriam Foi constatado que essas observações são ambas transitórias sobrepostas e incompletas Em particular baseado nos dados e leituras na literatura da psicologia cognitiva concluise que o último item é potencialmente mais rico do que ele aparenta Assim estas observações têm encorajado a formulação de cinco hipóteses Cada hipótese é apresentada abaixo seguida do suporte na literatura Os dados de suporte dessas hipóteses no projeto mecânico estão na seção seguinte 31 Hipótese 1 Desenhos são o método preferido de representação externa de dados para os projetista Os projetistas representam dados internamente em suas mentes e externamente sobre o papel tela de computador ou outro meio É suficientemente óbvio que eles preferem desenhar e preferem uma figura a ter que escrever para descrever um objeto É importante entender por que motivo a representação por desenho é preferida acima de outras formas tais como o texto ou proposições Larkin 1987 e outros autores exploram o uso de diagrama na solução de problemas Aqui diagramas são desenhos desenhos esquemáticos representando o objeto em problemas físicos Ao comparar esses diagramas os autores concluem 1 Diagramas podem agrupar todas as informações que são usadas juntas e assim evitar grande quantidade de pesquisa dos elementos necessários 2 Diagramas claramente preservam informações através da geometria e topologia enquanto que o texto é apenas seqüencial por natureza Essa característica dos diagramas permite a fácil indexação da informação para suportar processos computacionais De qualquer forma o texto preserva a seqüência temporal lógica da informação Isso é perdido nos diagramas 3 Diagramas usam o agrupamento local da informação sobre elementos simples evitando a necessidade de comparar classes de um gráfico por exemplo Diagramas automaticamente suportam um grande número de inferências A informação pode ser indexada agrupadas de várias maneiras Parece razoável que essas conclusões feitas em torno da representação por diagramas podem ser estendidas para todas as representações gráficas Baseados em conclusões de Larkin e Simon é fácil ver por que no complexo processo de projeto desenhos são preferidos a textos 32 Hipótese 2 Esboços são uma importante forma de representação satisfazendo necessidades não atendidas pelo desenho a instrumento A hipótese acima expressa que os esboços têm uma função que o desenho a instrumento não pode preencher Herbert 1987 se considerou que o uso de esboços desenhos de estudo na solução dos problemas de projeto em arquitetura Ele define desenhos de estudo como desenhos informais pessoais que arquitetos projetistas usam como meio gráfico auxiliar do pensamento na fase exploratória de seu trabalho Arquitetos muitas vezes fazem esses desenhos de estudo nas bordas ou adjacentemente aos desenhos formais Em seu artigo Herbert conjectura sobre as propriedades dos esboços que afetam o processo de projeto Essas propriedades formam a base de sua teoria do uso de esboços no projeto Na teoria de Herbert esboços são usados porque eles provêem uma memória estendida para a imagem visual da mente do projetista Visto que esboços podem ser feitos mais rapidamente do que desenhos formais eles permitem uma manipulação mais fácil de idéias Além disso esboços permitem que a informação seja representada de várias formas tais como diferentes vistas ou níveis de abstração Assim ele chama os esboços de metáforas gráficas de ambos objetos reais e desenhos formais de objetos em desenvolvimento ou projeto De fato Herbert afirma que esboços são o principal meio externo de pensamento O pensamento de Herbert conduz para a terceira hipótese 33 Hipótese 3 O Desenho é uma extensão necessária da imagem visual usada no projeto Ele é uma extensão necessária da capacidade cognitiva do projetista para tudo mas principalmente para a representação de dados para a propagação de restrições do projeto e para a simulação mental Esta hipótese expressa que sem a representação de dados sobre meios externos o projetista não poderia resolver problemas complexos Na próxima seção deste artigo será apresentado o modelo de processamento humano da informação na solução de problemas os quais dão algum suporte científico a esta hipótese Neste modelo desenhos são uma extensão à limitação humana de visualização de objetos em sua mente A limitação da habilidade cognitiva leva para a quarta hipótese 34 Hipótese 4 Desenhos requerem transformações na passagem da memória do projetista para a memória estendida externa A natureza da transformação depende das características do meio utilizado como memória externa A maneira como humanos representam informações em sua memória é ainda assunto de muito debate e pesquisa Não importa qual a forma desta representação interna O que se sabe é que ela é potencialmente diferente da representação feita externamente sobre o papel em sistema CAD ou através de qualquer outro meio A transformação entre estes dois meios é uma das duas correspondência ou implementação Correspondência é a transformação entre o vocabulário interno e externo Se o projetista visualizou um objeto em 3D na sua mente e quer representálo externamente ele pode transformálo em uma projeção isométrica vistas ortográficas ou outra representação bidimensional e desenhar sobre o papel ou com ferramentas de CAD 2D ou ele pode transformála em primitivas booleanas e representálas com ferramentas de modelagem sólida Mais adiante dependendo do meio escolhido há necessidade de transformações adicionais para sua implementação O processo cognitivo para desenhar linhas com lápis é diferente daquele para especificar pontos na representação da linha num sistema de CAD As pesquisas de Larkin e Simon e de Herbert estão focadas na correspondência Não há literatura conhecida pelos autores a respeito do efeito da implementação sobre a carga cognitiva do projetista Mesmo que a forma exata da memória humana seja ainda desconhecida ela é geralmente discutida por psicólogos em termos de unidades cognitivas chunks de dados A natureza destas unidades cognitivas que serão discutidas na próxima seção conduzem à quinta e última hipótese 35 Hipótese 5 Desenhos utilizam e determinam as unidade cognitivas características do projeto usadas na formulação da imagem mental Assim a organização da informação cognitiva do projetista é interdependente com as características do desenho Esta hipótese é contundente Parece óbvio que o conteúdo e a estrutura dos desenhos é dependente da imagem mental e de como ela é formada suas unidades cognitivas É discutível se as imagens mentais são influenciadas ou não pelos desenhos Esse assunto será abordado mais adiante 4 UM MODELO COGNITIVO DO PROCESSO DE PROJETO A primeira descrição do projetista como um processador de informações é apresentada na figura 1 como o ambiente onde o processo de projeto acontece Fig 1 O ambiente de projeto SITUAÇÃO DO PROJETO MEMÓRIA ESTENDIDA PROCESSADOR AMBIENTE EXTERNO AMBIENTE INTERNO Memória de Curto Termo STM Memória de Longo Termo LTM Operadores Controle Anotações Desenhos Esboços Computador Banco de Dados Restrições do Projeto ColegasClientes Manuais Catalogos Projeto Aceito Propósitos Restrições Estratégias Esta figura é baseada no modelo desenvolvido por Newel e Simon 1972 e chamado de Sistema de Processamento de Informação SPI ou IPS A figura pode ser vista como um mapa do local no qual a informação a respeito do projeto está armazenada Ele está dividido em um espaço de trabalho interno dentro da mente do projetista e um local de trabalho externo fora da mente do projetista Dentro do projetista existem dois locais correspondentes a dois diferentes tipos de memória Memória de Curto Termo STM e a Memória de Longo Termo LTM Existe também um processador que é responsável pela aplicação de operadores e controle do processo de projeto Ullman1990 identifica dez operadores que caracterizam a solução de problemas em projetos mecânicos Externamente ao projetista existem muitos locais de estocagem da situação do projeto incluindo meios gráficos de representação tais como pedaços de papel e ferramentas de CAD além de outras fontes como notas textuais manuais e colegas Assim o projeto ou alguma característica do projeto podem apenas ser representados em três locais STM LTM e na assim chamada memória externa Cada local desses tem certas propriedades que afetam como ele pode ser usado no projeto Para suportar a hipótese a respeito da importância do desenho no processo de projeto este modelo precisa ser discutido e analisado em mais detalhe Para discutir o papel do desenho no processo de projeto as características da STM da LTM o fluxo de informação entre elas e o ambiente externo precisam ser desenvolvidos O detalhamento disso está baseado no modelo de Newel e Simon sua extensão para a imagem visual por Kossilyn 1980 e o esforço de codificação por Anderson 1983 É preciso perceber que o conteúdo deste modelo dado aqui não está totalmente de acordo com a psicologia cognitiva comunidade científica mas ele é suficientemente seguro para prover a base para a discussão da função do desenho no processo de projeto 41 Memória de Curto Termo Short Term Memory STM A memória de curto termo é muito rápida e poderosa O conteúdo da STM compreende as informações sobre as quais temos consciência Nossa mente consciente Todas as operações de projeto isto é a percepção visual e a criação gráfica são feitas sobre informações que foram trazidas para a STM Infelizmente a STM tem capacidade limitada Estudos têm mostrado que ela é limitada em aproximadamente sete unidades de informação Leddy 1999 Embora limitada em capacidade a STM é um processador muito rápido com tempo de processamento na ordem de 100 msec Na visão de Kossilyn 1980 uma função da STM é um ser um Buffer na área de armazenagem visual Nesta capacidade ele é considerado especialmente eficiente como um buffer desenvolvido a partir da necessidade de processar informações vindas dos olhos Assim este buffer é visto como um espaço coordenador com limitada extensão espacial o buffer visual suporta imagens derivadas dos olhos durante o processo de percepção e dos olhos e da memória de longo termo LTM durante o processo de geração e manipulação de idéias 42 Memória de Longo Termo Long Term Memory LTM A memória de longo termo LTM por outro lado é basicamente de capacidade infinita mas de acesso lento de 2 a 10 segundos por unidade cognitiva de informação O acesso à LTM também não é direta Em vez disso a LMT precisa ser colocada em funcionamento ser ligada através de um estímulo dica ou uma estratégia de recuperação da informação baseada na memória de curto termo STM Durante o processo de projeto parte do projeto é armazenada na memória de longo termo Essa parte é relativamente fácil acessada a qualquer tempo porque neste mesmo instante partes importantes do projeto estão situadas na memória de curto termo e podem agir como apontadores indicadores pistas dicas para o conhecimento armazenado na LTM Em termos de imagens visuais também de acordo com Kosslyn 1980 existem dois diferentes tipos de informação armazenados na LTM fatos sobre o objeto incluindo tamanho como eles são agrupados ou montados seus nomes enquadrados nas categorias suas funções etc e códigos sobre a aparência do objeto lista de coordenadas onde os pontos devem ser colocados no buffer visual Shepard 1978 argumenta que talvez não haja isomorfismos relação biunívoca concreta de primeira ordem entre um objeto externo e a correspondente representação Ele propõe um isomorfismo de segunda ordem em que relações funcionais dentro do objeto são modeladas e armazenadas 43 Unidades Cognitivas O conteúdo das unidades cognitivas processadas nas STM e LTM não está completamente claro Anderson 1983 em seu esforço para construir um simulador computadorizado do processamento humano das informações utiliza três tipos de representação de dados para aquelas unidades Imagens espaciais textos e proposições Será mostrado que a visão da representação espacial na memória é especialmente importante na consideração da forma no processo de projeto Não ha evidências na literatura sobre o caminho pelos quais os projetistas codificam informações sobre objetos mecânicos em suas mentes Assim se um projeto deve ser representado numa maneira que seja mais facilmente comunicado para um projetista humano então a informação precisa ser codificada com características que sejam familiares para ele Os atuais sistemas de CAD usam características baseadas em primitivas geométricas tais como linhas arcos sólidos e ícones símbolos Essas são características sobre as quais o projetista foi treinado mas não está claro se é o melhor meio modo de organização da informação na memória Isto desperta as seguintes questões de onde estas características vieram Os projetistas têm um conjunto de características próprias em suas cabeças ou é uma característica adquirida através da educação A única abertura que existe para estudar a decodificação em unidades cognitivas do objeto na cabeça do projetista é através da representação destas características como texto escrito palavras desenhos e gestos Características usadas por humanos para representar geometria e topologia são muitas vezes difíceis de ser representadas textualmente ou verbalmente mas podem ser representadas graficamente com facilidade Por exemplo jogadores novatos de xadrez quando instados solicitados a lembrar a posição dos peões num jogo sobre o tabuleiro indicavamna uma a uma Experts usavam um modelo mais complexo que os noviços Esses pedaços não recebem nomes que possam ser representados com uma simples palavra escrita ou falada mas eles podem ser representados graficamente na sua posição sobre o tabuleiro com facilidade Experiência similar no domínio da arquitetura resultou em chunks unidades cognitivas que embora facilmente representadas graficamente só podiam ser precariamente representadas descritas textualmente O único experimento desta natureza realizado com projetistas mecânicos foi realizado por Waldron e Waldron 1988 Nesse experimento noviços alunos nãograduados intermediários alunos graduados e experts especialistas com prática foram apresentados a um desenho de montagem conjunto por um curto período de tempo O desenho foi então coberto e solicitado aos participantes que o reproduzissem Ao observar o videotape da performance dos participantes ficou evidente que os noviços recordavam dos segmentos de linha os participantes intermediários lembravam dos objetos tais como rolamentos e os especialistas lembraram dos componentes funcionais incorporando um grande número de objetos físicos individuais 44 De que modo o Sistema de Processamento de Informação IPSInformation Processing System sustenta ou confirma as hipóteses A descrição citada acima é importante para o entendimento do uso da representação gráfica no processo de projeto mecânico porque ela proporciona a percepção da correção das hipóteses colocadas na seção anterior Primeiro precisa ser notado que as tarefas realizadas num o projeto requerem uma das duas alternativas recuperação de informações da memória de longo termo ou manipulação na memória de curto termo Visto que o número de unidades cognitivas chunks de informação com as quais a STM pode trabalhar é limitada e o projetos mecânicos complicamse rapidamente a STM tornase um gargalo para os projetistas humanos Adicionalmente como a STM transforma a informação rapidamente e a LTM lentamente apenas a representação externa feita através de transformações da imagem para representação gráfica ou textual pode servir de memória adicional Como a informação textual é limitada para caracterizar formas a representação gráfica é a única forma razoável de estender a memória do projetista Isto confirma a primeira hipótese A segunda hipótese que esboços servem a propósitos não apoiados pelo desenho formal tem muito a ver com a velocidade da representação Um dos objetivos de fazer uma imagem gráfica no ambiente externo é que assim ela pode ser vista e codificada na STM e analisada de nova maneira Em outras palavras a geração rápida de uma imagem externa permite ao projetista ver a informação diferentemente da forma como ela foi gerada Assim o método de geração da imagem externa precisa ser rápido e flexível ou ele reduzirá o processo cognitivo Visto que a STM é limitada em capacidade e o projeto mecânico complexo desenhos são necessários ao processo de projeto e como extensão da capacidade de visualização da imagem Assim o modelo do IPS apóia ou confirma a hipótese 3 Considerando as hipóteses 2 e 3 ambos os desenhos exato e à mão livre estendem a capacidade da STM e a capacidade de repassar a informação para processamento continuado A quarta hipótese declara que a representação gráfica é uma metáfora para a imagem visual e ela requer transformações dependentes do meio utilizado na representação Seria ideal se as características da imagem representada sobre um meio qualquer fossem compatíveis com a imagem representada na STM Em um sentido tal compatibilidade sempre ocorre em algum grau o imagem formulada no meio externo usa unidades cognitivas armazenadas na LTM e mais tarde forma a base para a produção e inspeção da imagem na STM A quinta hipótese declara que as representações gráficas tanto utilizam quanto determinam as características do projeto Nós temos historicamente sido condicionados ou constrangidos a usar meios bidimensionais ex papel e lápis e isso tem de certa maneira formado nossa representação Não está claro como nós codificamos e armazenamos objetos tridimensionais Existe o argumento de que a memória é objeto centrada e que o objeto pode assim ser manipulado como um modelo sólido Isso no entanto é contrariado pelo argumento de que a memória é imagem centrada e assim somente uma visão imagem específica armazenada na LTM pode ser usada para geração e inspeção Desse modo a atual situação da pesquisa cognitiva ainda não é suficientemente refinada para confirmar esta hipótese 5 CONCLUSÃO O projeto na atualidade sofre com a falta de integração nas fases iniciais de concepção no processo de projeto com a modernas práticas de CAD Os sistemas existentes são poderosos mas são enfadonhos e requerem longo tempo de aprendizagem sem os benefícios de serem capazes de esboçar modelos rápida e intuitivamente de pouca ajuda no processo cogntivo A integração da concepção do projeto com o CAD poderá ser de grande valor e temse a esperança de que a modelagem geométrica rápida irá prover este caminho para o projetista REFERÊNCIAS ULLMAN DG DIETTERICH TG e STAUFFER L A A model fo the mechanical design process based on empirical data AEIDAM Academic Press 1989 NEWELL A e SIMON HA Human problem solving Prentice Hall Englewood Cliffs N J 1972 KOSSLYN S M Image and mind Harvard University Press Cambridge Mass 1980 SHEPARD RN The mental image American Psychologist pp 125137 Fev 1978 HERBERT D Study drawings in architectural design Aplications for CAD systems Proceedings of the 1987 Workshop of the Association for Computer Aided Design in 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