Composição formal de família de produtos : geração de alternativas de solução utilizando modelagem paramétrica e algoritmos genéticos

Abstract

Em contexto de processo de projeto de desenvolvimento de família de produtos, além do equacionamento de fatores que melhor atendam os requisitos funcionais individuais de cada membro, também se faz necessária a manutenção da coerência estilística para que a mesma seja percebida como um conjunto, ou seja, que preserve uma unidade formal reconhecível pelo usuário e que tecnicamente é denominada como similaridade morfológica. Diante disto, o presente trabalho apresenta uma abordagem de geração de alternativas baseada no princípio da hereditariedade da genética natural, onde sucessivas gerações mantêm semelhanças de fenótipo em razão da contínua transferência de instruções em forma de código, o genótipo. Para tanto foi desenvolvido um modelo generativo que vincula os padrões da construção geométrica da morfologia dos elementos da família de produtos aos elementos e estruturas da genética, permitindo que os mesmos sejam tratados como unidades cromossômicas passíveis de manipulação por algoritmos genéticos e sujeitos aos princípios das combinações e mutações análogas ao contexto biológico. O resultado alcançado através da automação deste processo foi a geração de um maior número de alternativas que além de atender a similaridade formal equaciona ainda critérios de dimensão e volumetria (requisitos funcionais) previamente parametrizados. O modelo generativo foi desenvolvido para aplicação em formas concebidas através de superfícies de revolução, utilizando a gramática da forma como estratégia de composição e decomposição das geratrizes que descrevem a morfologia das superfícies, criando condições de manipular os seus elementos e seus operadores de maneira isolada, além de permitir a relação das equivalências entre os padrões geométricos, genéticos e computacionais. Em consequência, tornou-se possível a troca de material genético entre duas distintas composições formais, ou seja, é possível derivar a geometria de um elemento A para um elemento B de maneira integral ou parcial, simulando as operações da genética como combinação e mutação através de algoritmos genéticos (AG’s). O modelo generativo foi verificado através da estruturação de um modelo computacional (Plug-In denominado GAIA) que implementa as funcionalidades descritas no presente trabalho, permitindo-se assim a sistematização da geração de alternativas e o uso e aplicação das transcrições geométricas para as genéticas e em seguida para as computacionais, através de interface de parametrização e visualização de resultados.

In the context of a product family development project process, besides the equation of factors that best meet the individual functional requirements of each member, it is also necessary to maintain the stylistic coherence so that it is perceived as a whole, that is , which preserves a formal unit that is recognizable by the user and is technically called morphological similarity. The present work presents an alternative generation approach based on the principle of heredity of natural genetics, where successive generations maintain phenotype similarities due to the continuous transfer of instructions in code form, the genotype. For this, a generative model was developed that links the geometric construction patterns of the morphology of the elements of the family of products to the elements and structures of the genetics, allowing them to be treated as chromosomal units susceptible of manipulation by genetic algorithms and subject to the principles of the combinations and mutations analogous to the biological context. The result achieved through the automation of this process was the generation of a greater number of alternatives that besides meeting the formal similarity equates yet dimensioned criteria and volumetry (functional requirements) previously parameterized. The generative model was developed for application in forms conceived through surfaces of revolution, using the grammar of the form as strategy of composition and decomposition of generatrizes that describe the morphology of the surfaces, creating conditions to manipulate its elements and their operators in an isolated way, besides allowing the relation of the equivalences between the geometric, genetic and computational patterns. As a consequence, it became possible to exchange genetic material between two different formal compositions, ie it is possible to derive the geometry from an element A to an element B integrally or partially, simulating the operations of genetics as a combination and mutation through of genetic algorithms (GAs). The generative model was verified through the structuring of a computational model (Plug-In denominated GAIA) that implements the functionalities described in the present work, thus allowing the systematization of the generation of alternatives and the use and application of the geometric transcriptions for the genetic and then to the computational ones, through the parameterization interface and results visualization.