O CAPP integrou o consórcio modular de caminhões e ônibus da VW
AUTORES
Eng. Alexandre S. Lino de Almeida - KSR Consultoria e Sistemas para Engenharia
Eng. Carlos Eduardo Serrano Ribeiro - KSR Consultoria e Sistemas para Engenharia
Eng. Gilmar Manfredi - Volkswagem de Brasil
Prof. Henrique Rozenfeld - USP -São Carlos
SUMÁRIO
Este trabalho descreve a implantação de um sistema de planejamento do processo assistido por computador no ambiente de consórcio modular implantado na nova fábrica de caminhões e ônibus da Volkswagem do Brasil.
No ambiente de consórcio modular os parceiros são responsáveis pela execução das operações ao longo da linha de montagem. Desta forma cada parceiro deve também especificar os processos, ferramentas e controles utilizados.
O sistema de planejamento de processo deve garantir informações precisas e padronizadas sobre o fluxo de produção, operações a serem executadas, ferramentas e peças utilizadas, os controles necessários e informações visuais da operação a ser realizada, que podem ser fotos ou desenhos em uma base de dados única e acessível por todos os parceiros.
1 - INTRODUÇÃO
A competitividade cada vez mais acirrada e globalizada tem forçado as empresas a desenvolver produtos com maior qualidade em um menor tempo. Para isto, elas passaram a utilizar tecnologias de ponta na manufatura de seus produtos, que envolve desde a concepção do produto até sua efetiva produção.
As ferramentas mais conhecidas e utilizadas são CAE, CAD, CAM e sistemas PDM. Existe uma lacuna entre o CAD e o CAM, que é a geração de planos de processo (ou roteiros de fabricação, planos de fabricação, entre outras denominações). O plano de processo é vital para uma série de departamentos da empresa, e a atividade de confeccioná-lo e mantê-lo atualizado é um gargalo em muitas empresas.
A aplicação de sistemas CAPP (Computer Aided Process Planning) surge justamente para dar maior agilidade e qualidade na geração das informações contidas nos planos de processos. Porém, cada empresa possui uma cultura particular de criação, documentação e emissão de planos de processos. Desta forma, faz-se necessário a implantação de um sistema CAPP flexível que se adeque ao ambiente no qual ele está inserido.
O objetivo deste trabalho é descrever a implantação de um sistema de Planejamento do Processo Assistido por Computador (CAPP) da nova fábrica de caminhões e ônibus da Volkswagem do Brasil.
Esta nova fabrica é a primeira fábrica no mundo a utilizar o conceito de consórcio modular. Neste conceito diversos parceiros interagem de forma a executarem todas as operações necessárias para a montagem de um veículo. Como as operações de montagem e controles serão executadas por empresas diferentes, com culturas diferentes, torna-se necessário padronizar a especificação dos processos de fabricação.
O curto prazo disponível para a implantação da nova fábrica tornou inviável a utilização de formas tradicionais de planejamento do processo, sendo necessária a adoção de um sistema CAPP.
2- FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE CAPP
Aqui serão apresentadas apenas as informações importantes para localizar a solução CAPP adotada dentre as opções possíveis. Maiores detalhes estão disponíveis nas bibliografias utilizadas.
O principal objetivo do planejamento do processo é selecionar e definir , em detalhes, as etapas de fabricação de um produto. Deste modo, as especificações do produto (resultantes das atividades de projeto) são transformadas em informações de processo de manufatura com os tempos e locais de trabalho. Resumidamente pode-se dizer que o planejamento do Processo de Fabricação é o elo de ligação entre o projeto e a fabricação, gerando informações que podem ser aproveitadas por vários setores da empresas.
O plano de processo influencia diretamente uma série de atividades da empresa. Um exemplo é a determinação da carga-máquina no PCP (Planejamento e Controle da Produção) que utiliza a seqüência de operações e seus tempos. A seqüência de operações é essencial para os sistemas de PCP que trabalham com ordens de produção. No chão-de-fábrica o plano de processo instrui o operador qual o melhor método de confecção de um produto. Isso influencia na qualidade pois fornece informações precisas sobre os operadores e os métodos de inspeção ou controle. Além disto, com os planos de processo, pode-se estudar os fluxos de peças fabricadas, escolher novos lay-outs, ou montar células de fabricação através da análise do fluxo. Finalmente, o plano de processo influi também no planejamento estratégico, simulação de futuras demandas baseadas na previsão de vendas, necessidade de contratação de pessoal, compra de material e equipamentos e até ampliação de instalações.
O plano de processo registra as informações geradas na atividade de planejamento do processo de fabricação. Sua nomenclatura varia de acordo com a indústria ou finalidade, dentre elas encontramos: plano de fabricação de inspeção, folha de operações, folha de processo, plano de trabalho, folha de seqüência, roteiro de fabricação, dentre outros.
Este conjunto de informações normalmente é impresso ou manuscrito em documentos enviados aos operadores de máquinas, informando-os como fabricar o produto de forma eficiente. Os planos de processo podem contemplar uma série de documentos chamados detalhamento. Dentre os detalhamentos encontram-se:
- INSTRUÇÃO DE OPERAÇÃO;
- LISTAS DE FERRAMENTAL
- PLANO DE CONTROLE;
- FLUXO DE PROCESSO;
- SET-UP DE FERRAMENTAL;
- SET-UP DE MÁQUINA;
- PRÉ-SET DE FERRAMENTAL;
- PROCEDIMENTOS DE OPERAÇÃO;
- DOCUMENTOS COM FOTOS;
- FOLHA DE REGISTRO DE CONTROLE;
- FOLHA DE QUALIFICAÇÃO DE OPERADOR.
As atividades desempenhadas no planejamento do processo possuem uma ligação direta com as informações contidas nos planos de processo. Estes, por sua vez, sofrem uma variação enorme de empresa para empresa. Logo, as funções desempenhadas pelos técnicos de processos de uma empresa variam bastante. As principais atividades de planejamento do processo são :
- Especificação de dados organizacionais -
- Determinação da peça em bruto
- Determinação das operações e sua seqüência
- Determinação de sub-operações
- Determinações de instruções de qualidade
- Determinação de máquinas e equipamentos
- Determinação da qualificação de operadores
- Determinação de condições de trabalho
- Cálculos de tempos de fabricação
Dentre os sistemas CAPP existentes, existem três tipos que são :
Interativo - O CAPP Interativo confecciona um plano a partir do zero, ou seja, implementa-o a partir de uma "folha em branco". Este tipo de sistema CAPP é bastante utilizado onde os planos de processo não possuem dados semelhantes permitindo reaproveitamentos de informações. O sistema CAPP Interativo possui uma característica de permitir a geração de qualquer plano de processo, porém o tempo de sua confecção não é muito satisfatório. Um aumento da produtividade e qualidade deste tipo de sistema CAPP acontece através da utilização de padrões de planejamento.
Variante - Um sistema Variante permite encontrar e copiar um plano semelhante, para servir de base para o novo plano de processo. Este plano pode ser obtido a partir de um produto com geometria próxima às do produto original ou através da parametrização de planos de produtos semelhantes em famílias. Com isso, consegue-se uma padronização maior dos planos de processos e uma elevada velocidade de geração de planos de processo. As alterações ou ajustes nos planos de processos podem ser realizados utilizando o sistema CAPP Interativo.
Automático - O sistema CAPP automático gera um plano de processo a partir do reconhecimento de features e do processamento de regras ou algoritmos baseados nos features. Os features, de maneira simplificada, podem ser considerados como a descrição técnica e geométrica de regiões de um produto, normalmente provinda de um sistema CAD. Este tipo de sistema pode gerar informações de alta precisão numa velocidade bastante elevada. Entretanto, tais sistemas são difíceis de serem abrangentes, mais aplicáveis a indústrias com itens muito semelhantes e normalmente de baixa complexidade. Um grande problema desta solução é o seu tempo de implantação elevado e a dificuldade de se levantar a "Inteligência" (regras) do sistema automático. Além disso, essa "Inteligência" deve ser flexível para se ajustar às constantes alterações de ferramentas, projetos e materiais dos produtos, novas máquinas e técnicas de produção.
Este artigo mostra um sistema CAPP Híbrido, que utiliza as vantagens dos três tipos de sistemas CAPP.
3 - CONSÓRCIO MODULAR
A fabrica de caminhões e ônibus da Volkswagem localiza-se na cidade de Resende, Rio de Janeiro, distante 280 Km de São Paulo e 150 Km da cidade do Rio de Janeiro. Com 80 mil metros quadrados de área construída em um terreno de mais de 2 milhões de metros quadrados, a nova fábrica deverá produzir cerca de 30 mil veículos por ano, entre caminhões e ônibus, quando estiver operando com sua capacidade total.
No conceito de consórcio modular os parceiros trabalham dentro da planta da Volkswagem, nos seus respectivos módulos. É de responsabilidade do parceiro a montagem do módulo e a conexão deste módulo no chassi na linha de montagem final. Cada parceiro deve prover recursos materiais, peças e subconjuntos necessários na montagem, e os recursos humanos que atendam às necessidades e aos objetivos de qualidade estabelecidos pela Volkswagem.
A Volkswagem é responsável pelo planejamento do produto, marketing, vendas e pós-vendas, desenvolvimento do produto e pela liberação final do veículos e aprovação do planejamento de sistemas de qualidade de cada módulo e da fábrica como um todo.
Como principais vantagens, o consórcio modular permite a redução nos custos de produção e investimentos. Diminui ainda os estoques e o tempo de produção dos veículos, aumentando a eficiência e produtividade, além de tornar mais flexível a montagem de veículos.
A integração dos parceiros no processo produtivo permite o entendimento das implicações de seus produtos no veículo, contribuindo com soluções para a melhoria da produtividade, redução de custos e aumento da qualidade.

Figura 1 - Conceito de consórcio modular
Os módulos que compõem o consórcio modular são :
Iochipe/Maxion - responsável pela montagem do chassi, sistema de freios (reservatório de ar e válvulas), chicote elétrico, linhas de combustível, linha de transmissão e caixa de direção;
Rockwell/Braseixos - responsável pela montagem dos eixos, molas, amortecedores e barras estabilizadoras, formando os kits de suspensão;
Remon - responsável pela montagem das rodas e pneus, pressurização e balanceamento;
MWM/Cummins - responsável pela montagem final do motos, alimentação de óleo, montagem de embreagem, caixa de mudanças, motor de partida, alternador, sistema de direção hidráulica, tubos de escape e freios;
VDO - responsável pela montagem de bancos, painel de instrumentos, revestimento interno, vidros e chicote elétrico. Também é de responsabilidade da VDO a montagem da cabine completa sobre o chassis;
Tamet - responsável pela montagem da cabine a partir das peças estampadas;
Eisenmann - responsável pela pintura das cabines.
4 - SOLUÇÃO ADOTADA
O ambiente CAPPE (Computer Aided Process Planning Environment) da KSR foi adotado graças à sua flexibilidade e concepção. Um fator decisivo na escolha do ambiente CAPPE foi a capacidade da KSR em desenvolver ambientes de engenharia configurados de acordo com as necessidades do cliente.
O ambiente CAPPE contempla uma série de sistemas voltados à concepção do produto e à determinação dos recursos de manufatura necessários a sua fabricação. Com um conceito de integração, o CAPPE mantém todos os dados industriais dos produtos em uma base de dados RDBMS (Relational Data Base Management System). Com isto, consegue-se alta conectividade com os sistemas existentes nas empresas. Os sistemas que compõem o ambiente CAPPE são :
Classificação de Produtos - Este sistema possibilita a classificação de produtos comprados e fabricados em famílias. Desta forma, encontram-se rapidamente produtos semelhantes para o reaproveitamento de seu processo de fabricação ou desenho de produto. É através dele que o usuário parametriza os produtos e dá manutenção nos features por ele definido.
Gerenciador de Recursos de Planejamento - O GRP é um dos pontos centrais do Ambiente CAPPE, onde são definidos seus padrões. É através deste módulo que as operações, máquinas e ferramentas são previamente cadastradas de forma organizada e parametrizada. Ele permite montar catálogos técnicos de ferramentas associados aos respectivos desenhos ou projetos.
Editor tecnológico - Este sistema possui vários módulos voltados à elaboração de planos de processos. Ele segue o padrão de um sistema CAPP híbrido, respondendo pela elaboração do plano macro e de todos os detalhes de fabricação (qualidade, set-up,etc).
Projetos Automáticos - São sistemas especiais, que automatizam as atividade de desenvolvimento de projetos de produtos e ferramentas e croquis de fabricação para famílias de produtos. Ele passa para o sistema CAD todos os dados necessários para que este execute os programas previamente construídos.
Cálculo de Tempos - Todo cálculo de tempos de fabricação (usinagem ou montagem), preparação, movimentação ou outros são efetuados segundo as características definidas pela própria empresa, armazenadas em fórmulas e tabelas. Desta forma obtém-se de maneira precisa e rápida os tempos para os sistemas de orçamentos e para a programação de fábrica.
Cálculo de ferramentas - Este sistema permite que expressões matemáticas possam ser usadas para cálculos de cotas ou parâmetros de ferramentas e dispositivos. Assim, o usuário pode calcular ferramentas específicas para produtos e verificar através do GRP se a respectiva ferramenta existe na empresa. Outro recurso importante é fazer, através de regras matemáticas, relações entre ferramentas montadas, localizando-as de maneira ágil e precisa.
Croquis de Fabricação - No caso de planos de processos detalhados, o ambiente CAPPE conta com uma profunda integração com o sistema CAD. É através deste sistema que os croquis são gerados, parametrizando modelos de documentos e todos os dados nele contidos.
Pesquisas Técnicas - Estes sistemas de apoio servem para evitar que ferramentas e dispositivos pertencentes a outros produtos ativos sejam sucateados ou modificados sem a análise de impactos nos planos de processo. Além disso, ele permite a troca dos recursos cadastrados no sistema GRP em todos os planos de processo, revisando-os e documentando a modificação automaticamente.
4 - METODOLOGIA UTILIZADA
Para implantação do sistema CAPPE na Volkswagem foi adotada a metodologia de implantação da KSR. Esta metodologia foi desenvolvida com apoio técnico da Engenharia Mecânica da Universidade de São Paulo - campus São Carlos, e já foi utilizada em dezenas de implantação do sistema CAPPE feitas pela KSR.
A metodologia de implantação é composta pelos seguintes tópicos :
1 - Definição do ambiente - Nesta fase deve-se estabelecer a forma organizacional do projeto, divulgar de conceitos e a metodologia de implantação, nivelar conhecimentos sobre os produtos fabricados e meios de produção e analisar a integração com sistemas existentes, definir métodos de CAPP e definir o planejamento distribuído.
2 - Cadastramento dos dados - Nesta fase deve-se definir cadastro de equipamentos, ferramentas, instrumentos de medição e dispositivos, definir as operações-padrão , o cadastro de produtos e matérias-primas, o sistema de classificação de peças e a estrutura do produto.
3 - Definição da documentação de processo - Nesta fase deve-se primeiramente definir quais os tipos de documentos (planos de processos) que serão utilizados na empresa depois deve-se definir os modelos de cada um dos documento de processo adotados.
4 - Definição dos automatismos - Nesta fase deve-se definir ao cálculos e a geração de desenhos de automáticos feitos pelo sistema CAPPE. É possível o cálculo de custos planejados de fabricação, cálculos de tempos, condições de usinagem e variáveis dos planos de processos e a geração automática de desenhos de ferramental e de produtos.
5 - Definições organizacionais - Nesta fase deve-se definir os controles existentes no sistema de processo. Os principais controles são cadastrar os usuários e seus respectivos níveis de acesso, definir fluxo de aprovação de processo e definir controle de revisões de processos.
6 - Implantação do sistema para a produção - Nesta fase disponibiliza-se o sistema para a sua utilização em produção. Para isto deve-se fazer a importação de dados iniciais, treinar os usuários finais, instalar em ambiente de produção e executar os testes finais para a liberação do sistema para produção.
5 - IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA DE PLANEJAMENTO DE PROCESSO
A implantação do sistema CAPPE consiste em se aplicar a metodologia descrita no capítulo anterior. Desta forma a implantação do CAPPE na Volkswagem foi composta pelas atividades descritas a seguir.
5.1 - DEFINIÇÃO DO AMBIENTE
O primeiro requisito do sistema CAPP é que ele deveria atender as necessidade de elaboração de processos de montagem de todos os parceiros envolvidos na montagem dos veículos.
O método de CAPP que deveria ser implementado é o Generativo interativo, devido a grande número de conjuntos diferentes a serem montados. Como na primeira fase seriam feitos apenas os processos dos veículos de 7 e 8 toneladas não existia a possibilidade de reaproveitamento de informação. Quando forem feitos os processos dos demais veículos poderão ser utilizadas as técnicas de CAPPE Variante.

Figura 2 - Definição do ambiente
Deveria existir um único banco de dados de processo onde todos os parceiros deveriam trabalhar. Os processistas de cada parceiro seriam responsáveis por desenvolver todos os dados necessários a montagem dos veículos.
O sistema CAPPE devia rodar em uma rede de microcomputadores conectadas a um servidor de arquivos e de base de dados. Deveria existir uma integração com o sistema corporativo existente em mainframe a fim de se manter a lista de peças constantemente atualizada.
Devido a necessidade do sistema disponibilizar informações gráficas, o CAPPE foi integrado ao sistema CAD escolhido, que foi o IMAGINEER. Além disto o CAPPE deveria trabalhar também com fotografias e ilustrações. Para trabalhar com fotografias foi escolhido o PATINBRUSH e para ilustrações foi escolhido o POWERPOINT.
5.2 - CADASTRAMENTO DOS DADOS
Para a elaboração dos planos de processo foi necessário um cadastramento prévio de dados. Os dados necessários podem ser cadastrados diretamente no sistema CAPPE ou importados de outros sistemas já existentes. Os principais dados necessários são :
Lista de componentes - a lista de componentes utilizada pelo sistema CAPPE foi importada do sistema corporativo, existente no mainframe. Nesta primeira fase não foram importadas as estruturas de produto, e sim apenas a lista de componentes.
Postos de trabalho - todos os postos de trabalho da fábrica foram cadastrados no sistema. Estes postos foram organizados em função da linha de fabricação onde estão localizados.
Ferramentas - foram cadastradas todas as ferramentas necessárias para a montagem de veículos. Para organizar este cadastro de ferramentas utilizou-se conceitos de tecnologia de grupo disponíveis no sistema CAPPE. Foram criadas famílias de ferramentas e cada ferramenta foi associada a uma família.
Instrumentos de medição - os instrumentos de medição utilizados na montagem de veículos foram cadastrados no sistema CAPPE da mesma forma que as ferramentas. Também foram utilizados os conceitos de tecnologia de grupo para a organização do cadastro dos instrumentos de medição.
Operações padrão - foi criado um cadastro de operações padrão parametrizadas para serem utilizadas na confecção dos planos de processo. Este cadastro foi dividido em operações macro, operações de controle e sub-operações.
5.3 - DEFINIÇÃO DA DOCUMENTAÇÃO DE PROCESSO

Figura 3 - Documentação de processo adotada
O plano de processo adotado foi definido em conjunto pela VOLKWAGEM, todas as empresas parceiras e pela KSR, sendo constituído dos seguintes documentos :
Plano macro - descreve a seqüência das operações e os postos de trabalho necessários para a montagem de um determinado conjunto do veículo.
Folha de montagem e controle - descreve cada uma das operações de montagem. Nesta folha estão indicadas as instruções de montagem e controles necessários, a lista de ferramentas e dispositivos necessários, a lista de componentes que serão montados nesta operação e uma ilustração da montagem a ser feita. A ilustração da montagem pode ser feita através de um desenho ou de uma fotografia.
Folha de sub-operação - descreve com detalhes os passos necessários para a realização de uma operação de montagem. Esta folha é opcional e somente é utilizada em operações muito complexas.
Folha de operações por estação - descreve todas as operações que deverão ser montadas em uma estação (posto de trabalho) independentemente do conjunto a que esta operação faça parte.
Cada plano de processo é feito para uma composição de montagem. A composição de montagem é geralmente um conjunto ou sub-conjunto que faz parte da montagem do veículo completo.
5.4 - DEFINIÇÃO DOS AUTOMATISMOS
Nesta primeira fase de implantação do sistema CAPPE não foi adotado nenhum automatismo, visto que o objetivo era a geração da documentação dos processos de montagem. Esta sendo analisada uma segunda fase onde seriam utilizados as funções de cálculos do sistema, principalmente para cálculo de tempos.
5.5 - DEFINIÇÕES ORGANIZACIONAIS
Foi definido que os usuários do sistema CAPPE seriam os processistas de cada parceiro. Todos os processitas teriam acesso completo ao sistema CAPPE, sem restrição a nenhuma função.
O fluxo de aprovação do processo deverá ser operação por operação. Desta forma cada operação deve ter indicado quem foi o responsável por sua execução e liberação. Não existirá uma aprovação do processo como um todo, bem como também não existirá um responsável pelo processo inteiro.
Como um processo pode ser feito por mais de um parceiro, pode ocorrer que operação do mesmo processo sejam feitas por processistas diferentes e liberadas por pessoas diferentes.
O controle de revisões do processo seria feito operação por operação a fim de facilitar a troca da documentação de processo caso seja feita uma revisão.
5.6 - IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA PARA PRODUÇÃO
Para a utilização do sistema CAPPE foi montada uma rede de computadores IBM-PC utilizando o sistema operacional Windows NT conectados a um servidor utilizando também o sistema operacional Windows NT. Nas estações foi instalado o sistema CAPPE e o sistema CAD. No servidor ficam armazenados todos os desenhos e os dados do CAPPE. Como servidor de base de dados foi utilizado o ORACLE.
Devido ao fato o sistema CAPPE ser utilizado por todos os parceiros foi necessário que se fizesse o treinamento de pelo menos um processista de cada parceiro.
Foi feita uma carga inicial da lista de componentes a partir do sistema corporativo existente em mainframe. A partir desta primeira carga o sistema passou a fazer uma atualização diária das alterações.
Foi escolhido um conjunto inicial para a execução dos testes do sistema no ambiente definitivo a fim de liberar o sistema para produção.
6 - RESULTADOS OBTIDOS
Os principais resultados obtidos com a implantação do sistema CAPPE foram :
Redução do tempo de planejamento - um dos principais ganhos com a implantação do sistema CAPPE é o aumento da produtividade de planejamento do processo. Com isto foi possível a elaboração dos processo da nova fábrica em um número reduzido de processistas em um curto período de tempo.
Agilidade nas revisões - com o CAPPE cada operação do processo pode ser facilmente revisada. O histórico das revisões fica armazenado na base de dados do sistema, possibilitando o acompanhamento de todas as modificações de processo.
Padronização dos processos - com o CAPPE todos os parceiros trabalham com um modelo único de plano de processo, garantindo uma padronização da documentação de processos da fábrica. Além disto a utilização de operações padrão garantem uma padronização nos termos adotados pelos diversos parceiros.
Criação de uma base única de processos - o CAPPE permitiu a criação de uma base de dados única de processos, apesar de cada parceiro ser responsável por uma parte do processo de montagem do veículo.
Aumento da qualidade dos processos - com o CAPPE a documentação de processo foi melhorada. Alem de informação descritiva das operações, o novo plano de processo possui auxílio visual através de fotografias ou desenhos, lista das ferramentas e dispositivos necessários em cada operação, lista dos componentes montados em cada operação e instruções detalhadas de controle do processo.
7 - CONCLUSÃO E PRÓXIMOS PASSOS
Com a implantação do sistema CAPPE na nova fabrica de caminhões e ônibus foi possível montar uma base de dados única de processos. Esta base de dados permitiu a integração dos processos desenvolvidos por cada parceiros para cada módulo.
Devido ao ganho de produtividade do planejamento do processo obtido com a implantação do sistema foi possível a criação dos processos de montagem em tempo recorde utilizando-se um número reduzido de processistas.
Um dos principais ganhos com o sistema foi a melhoria da qualidade dos processos, através da utilização de desenhos e fotografias, e da disponibilização das listas de ferramentas e dispositivos e controles necessários.
Para uma próxima etapa está sendo estudada a possibilidade de se aplicar o sistema de cálculo de tempos e o desenvolvimento de um sistema para visualização dos processos diretamente na linha de montagem.
O sistema de visualização permitirá a eliminação dos planos de processos impressos em papel, substituindo-os por terminais de consulta na linha de montagem. Com isto todas as revisões de processo serão imediatamente disponibilizadas para a produção.
BIBLIOGRAFIA
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AGRADECIMENTOS
Agradecemos a KSR Consultoria e Sistemas para Engenharia e a VOLKSWAGEN do Brasil pelas informações disponibilizadas neste artigo.
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