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MINISTÉRIO DA DEFESA
EXÉRCITO BRASILEIRO
SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
CURSO DE PÓS GRADUAÇÃO EM TRANSPORTE FERROVIÁRIO DE CARGA
RENATO MÁRCIO LEMOS OLIVEIRA
USO DA PROGRAMAÇÃO LINEAR PARA O AUMENTO DE PRODUTI VIDADE DO
SISTEMA CREMALHEIRA
Rio de Janeiro
2006
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
RENATO MÁRCIO LEMOS OLIVEIRA
USO DA PROGRAMAÇÃO LINEAR PARA O AUMENTO DE
PRODUTIVIDADE DO SISTEMA CREMALHEIRA
Monografia apresentada ao Curso de Pós Graduação em Transporte Ferroviário de Carga do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Especialista em Engenharia Ferroviária.
Orientador: Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes - DSc
Rio de Janeiro
2006
C2006
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Praça General Tibúrcio, 80 – Praia Vermelha
Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270
Este exemplar é de propriedade do Instituto Militar de Engenharia, que poderá incluí-lo
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sem finalidade comercial e que seja feita a referência bibliográfica completa.
Os conceitos expressos neste trabalho são de responsabilidade do(s) autor(es) e
do(s) orientador(es).
S767 Oliveira, Renato Márcio Uso da Programação Linear para o Aumento da Produtividade do Sistema Cremalheira / Renato Márcio Lemos Oliveira. - Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2006.
86 f. : il., graf., tab. : - cm. Monografia (Pós Graduação) - Instituto Militar de Engenharia, 2006. 1. Formação.
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
RENATO MÁRCIO LEMOS OLIVEIRA
USO DE FERRAMENTAS DE OTIMIZAÇÃO PARA O AUMENTO DA
PRODUTIVIDADE DO SISTEMA CREMALHEIRA
Monografia apresentada ao Curso de Pós Graduação em Engenharia Ferroviária do Instituto Militar de Engenharia, como requisito parcial para a obtenção do título de Especialista em Engenharia Ferroviária.
Orientador: Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes – D.Sc.
Aprovada em 22 de agosto de 2006 pela seguinte Banca Examinadora:
_______________________________________________________________
Prof. Luiz Antônio Silveira Lopes
_______________________________________________________________
Prof. Manoel Ferreira Mendes
_______________________________________________________________
Mário Eiras Filho
_______________________________________________________________
Prof.a
Rio de Janeiro
2006
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Dedicatória
À minha mãe, Vicentina, pela criação, educação, zelo, esforço, apoio, enfim,
tudo que sou e poderei ser e conseguir. À Carol, pelo carinho, apoio, esforço e
compreensão.
2
Agradecimentos Agradeço a todas as pessoas que me incentivaram, apoiaram e possibilitaram
esta oportunidade de ampliar meus horizontes. A toda a equipe de Raiz da Serra,
aos Gerentes, Superintendes e Especialistas pela paciência, disponibilidade e
comprometimento.
À equipe da Informática pelo esforço e garra, as nossas Gestoras do RH, pelo
zelo com o curso e carinho com todos nós.
Em especial ao meu Professor Orientador Dr. Luiz Antônio Silveira Lopes por
sua disponibilidade e atenção.
3
“Quem tem um relógio, sabe que horas são, quem tem dois relógios tem dúvida” Anônimo
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Sumário
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................................. 11 1.1 O Problema ............................................................................................................................................................12 1.2 Objetivo, Delimitação e Importância do Estudo .............................................................................................12 1.2.1 Objetivo ..................................................................................................................................................................12 1.2.2 Delimitação.............................................................................................................................................................12 1.2.3 Importância do Estudo.........................................................................................................................................13 1.3 Justificativa..............................................................................................................................................................14 1.4 Organização da Monografia.................................................................................................................................15
2. O PROBLEMA DE RAMPAS ELEVADAS E SUA OTIMIZAÇÃO............................................. 16 2.1 O Sistema................................................................................................................................................................16 2.2 Ferramentas de Medição de Produtividade .......................................................................................................21 2.3 A metodologia PDCA...........................................................................................................................................22 2.4 Ferramentas de Pesquisa Operacional................................................................................................................23
3. ANÁLISE DO SISTEMA CREMALHEIRA..................................................................................25 3.1 Análise do Problema - Locomotivas ..................................................................................................................25 3.1.1 Locomotivas – Problemas Identificados ...........................................................................................................25 3.2 Análise do Problema - Operação ........................................................................................................................28 3.2.1 Operação – Problemas Identificados .................................................................................................................31
4. OTIMIZAÇÃO DO SISTEMA CREMALHEIRA.........................................................................33 4.1 Pesquisa de Campo e Análise dos Dados ..........................................................................................................33 4.2 Aplicação da Técnica Proposta: ..........................................................................................................................39 4.2.1 Delimitando o Problema ......................................................................................................................................40 4.2.2 Definindo as variáveis de Decisão. .....................................................................................................................40 4.2.3 Definindo os Objetivos. .......................................................................................................................................41 4.2.4 Definindo as Restrições........................................................................................................................................41 4.2.5 Definindo as Funções Objetivo ..........................................................................................................................42 4.2.6 Implementando o Modelo ...................................................................................................................................42 4.2.7 Resolvendo o Modelo...........................................................................................................................................44 4.2.8 Analisando a Solução ............................................................................................................................................44 4.3 Previsão de ocupação de pátios...........................................................................................................................45 4.4 Sistema de Acompanhamento e Controle da Produção..................................................................................47 4.5 Sistema de Relatórios ............................................................................................................................................51
5. RESULTADOS ...............................................................................................................................56
6. CONCLUSÕES...............................................................................................................................59
BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................................... 61
5
Figuras
Figura 1 – Visão da Rampa a partir de Raiz da Serra.......................................................................................16 Figura 2 – Detalhe do Sistema Pinhão Cremalheira.........................................................................................19 Figura 3 – Detalhe do Sistema de Tração das Locomotivas...........................................................................20 Figura 4 – Planta das Locomotivas Hitachi.......................................................................................................24 Figura 5 – Pantógrafos acoplados à Rede Elétrica ...........................................................................................26 Figura 6 – Diagrama de Circulação.....................................................................................................................35 Figura 7 – Modelo de Otimização ......................................................................................................................43 Figura 8 – Solver - Parâmetros............................................................................................................................44 Figura 9 – Configurações Solver .........................................................................................................................44 Figura 10 – Dados Chegada Trens em IPA ......................................................................................................45 Figura 11 – Gráfico Ocupação Pátios ................................................................................................................46 Figura 12 – Tela Sinóptica dos Pátios da região ...............................................................................................47 Figura 13 – Tela do Sistema de Execução .........................................................................................................49 Figura 14 – Tela do sistema de Relatórios.........................................................................................................51 Figura 15 – Gráfico Diário Descidas Serra. ......................................................................................................52 Figura 16 – Gráfico Descidas Serra /Mês .........................................................................................................52 Figura 17 – Gráfico do tempo perdido por supervisão...................................................................................53 Figura 18 – Gráfico Minutos Perdidos / Mês...................................................................................................53 Figura 19 – Gráfico Comparativo das Perdas por Supervisão .......................................................................54 Figura 20 – Gráfico Defeitos / Hitachi .............................................................................................................54
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Tabelas
Tabela 1 – Cálculo do Tempo de Ciclo do Modo de Operação com 4 Duplas. .........................................35 Gráfico 2 – Diagrama comparativo....................................................................................................................36 Gráfico 3 – Comparativo entre os resultados dos investimentos ..................................................................37 Tabela 4 – Resumo Modos de Operação...........................................................................................................40
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Lista de Siglas
IRS – Pátio de Raiz da Serra
ICG – Pátio de Campo Grande
IPA – Pátio de Paranapiacaba
IPG – Pátio de Piaçaguera
PDCA – Plan Do Check Act
PLC – Programmable Logic Controller
TB – Tonelada Bruta.
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Resumo
Este trabalho descreve a aplicação de Programação Linear para otimização de um sistema de transporte ferroviário de carga em um trecho de serra. Próximo à saturação e incapaz de atender a demanda, o aumento de sua capacidade através da expansão requer um grande aporte de capital, tornando-se inviável. O aumento da produção deve assim, ser resultado de um aumento da eficiência.
O transporte é realizado através de onze locomotivas elétricas em linha singela utilizando o sistema Pinhão-Cremalheira (um terceiro trilho que se acopla a uma engrenagem presente nas máquinas). A operação é realizada ciclicamente 24hrs / 360, de modo que pequenas melhorias acarretam volumes significativos de transporte. A redução de um minuto em uma das operações permite mensalmente o transporte de 60.000 toneladas adicionais.
O modelo proposto permite a implementação da metodologia de PDCA, conseguindo uma melhor programação e uma execução mais fiel através de ações no planejamento, execução e gestão.
No planejamento, o algoritmo de otimização (programação linear + MS Excel Solver) terá como entrada as restrições operacionais, a previsão de chegada/saída dos trens e os tempos médios de operação. A saída obtida será a sugestão do melhor modo de operação da serra e a indicação da lotação do pátio. Esta última possibilita a visualização da falta de carga com antecedência.
Na execução, o sistema de controle da produção e das falhas terá como entrada dados como peso, formação dos trens, tempos de percurso e as informações do operador, ligadas ao sistema corporativo. As saídas obtidas são os insumos para o planejamento e gestão, onde o sistema irá gerar relatórios com cruzamento de informações. O gestor poderá assim realizar intervenções nos pontos críticos identificados.
Figura 1 – Diagrama de Interligação das Ferramentas
A contribuição do projeto será a migração definitiva de um modelo de gestão fortemente empírico, para outro auxiliado por ferramentas de ponta que vão alcançar uma melhor combinação dos diversos modos de operação da serra. Deste modo, espera-se atender todas as restrições envolvidas, obter previsibilidade na operação e maximizar a carga transportada. A aplicação do modelo possibilitará o transporte de aproximadamente 900 mil toneladas adicionais por ano, o que propicia um acrescido de faturamento de cerca de 14 milhões de reais/ano.
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Abstract This work describes the use of Operational Research Techniques to optimize a
Rail Transportation System of a mountain railway.
The system is close to saturation and unable to fulfill its demand. A raise of capacity through expansion would require large amount of investment, becoming unviable. Therefore, the production increase must be a result of efficiency improvements.
The transportation is done by eleven dedicated electric locomotives at single track, using the cogwheel system (between the rails runs a third broad and massive rail provided with teeth, which gears with a cogwheel under the locomotive). Operating cyclically 24h/360, small improvements provide a considerable raise in volume. Reducing one minute at an operation means the increase of transportation of 60.000 tons per month.
The proposed model follows the implementation of the PDCA methodology, providing better planning and more precise execution through interventions on the planning, execution and management.
On planning, the optimization algorithm (linear programming + MS Excel Solver) has as inputs the operational constraints, an arrival/departure prevision for the trains and the average operational times. With this information, the model will calculate an optimal combination of the operating modes. Each mode has characteristics that uniquely combine speed, ascending or descending load capacity. Depending on the situation, the use of the adequate mode may save precious minutes. This maximization and the ability to predict the occupation of the rail yards will allow a homogenization of the daily demand for transportation avoiding gaps of demand.
On execution, the production and fail control system will have inputs such as weigh, train formation, transit times (collected by PLC’s from field sensors) and the operator’s inputs, integrated with the corporate system. Every delay will be justified and have the causes analyzed. All this data will feed the planning, and will be aggregated to generate reports. Based on this data and reports, informing, for instance, statistical operating times, the manager will be then able to perform interventions on the identified critical points. These interventions may range from replacing a locomotive, changing to reliability oriented maintenance, redesigning procedures, training machinists, etc.
Figure 1 – Tools Relationship Diagram
The main contribution of this project will be the migration from a strongly empirical management model to another one, aided by up-to-date tools, based on
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measurements and statistical data, to reach a better combination of the several operating modes. This done, it is expected to fulfill all the restrictions involved, to obtain operational previsibility and maximize the transported load, optimizing resources. The use of this model will allow the increase of transportation of 900 thousand tons, what means an additional income of about 7 million dollars.
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1. INTRODUÇÃO
O transporte de cargas pelo modal ferroviário tem ganhado nos últimos anos
uma importância cada vez maior, com volume crescente de demanda e exigências
cada vez maiores de previsibilidade e qualidade no transporte. Este processo se
iniciou com a Concessão da Malha Ferroviária, quando a MRS Logística adquiriu os
direitos de exploração da malha do sudeste brasileiro, trecho com mais de 1.600 km
de linha.
Um dos maiores impedimentos ao aumento da produção no ramal de São Paulo
é o percurso de descida da Serra do Mar, próximo a Santos. Em um trecho de alta
aclividade, uma rampa de cerca de 10%, uma operação ferroviária especial deve ser
feita com o uso de locomotivas especialmente equipadas para este tipo de
operação.
Desta forma, este trecho se torna um dos maiores limitadores ao aumento da
produção da MRS Logística. A busca pelo aumento da produtividade é uma
constante e a operação otimizada é a chave para se alcançar este objetivo.
“Com o crescimento da atividade industrial e o aumento das exportações brasileiras pelo porto de Santos, o fluxo de cargas entre o Planalto Paulistano e a Baixada Santista – vital para nossa economia – passou a apresentar um nó logístico e ambiental. É urgente desatá-lo.
No transporte de minério de ferro por exemplo, das 6,5 milhões de toneladas/ano que abastecem a Cosipa, em Cubatão, 5 milhões de toneladas (77%) são escoadas por ferrovia pela MRS e o restante, pela Via Anchieta. Essas 5 milhões de toneladas de minério, que hoje descem por ferrovia, vencem o desnível da Serra do Mar por um sistema de cremalheira, onde as locomotivas engatam uma roda dentada num trilho central, para garantir uma descida segura.
O minério ocupa 70% da utilização da cremalheira, que é morosa e tem capacidade de transporte insuficiente para atender as demandas de carga destinadas a Baixada e ao Porto de Santos. Uma limitação que traz reflexos negativos para as exportações e para o desenvolvimento nacional. (...)” (Fontana, Júlio. TCLD - 2006)
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1.1 O Problema
O problema abordado por este trabalho é a otimização de trecho de transporte
de cargas utilizando o modal ferroviário operado no sistema cremalheira. A tomada
de decisão em um ambiente repleto de variáveis e com um volume de informações
muito grande necessita ser auxiliada por sistemas de apoio, que permitam ao
usuário uma indicação do ponto ótimo em que se deve nortear a operação.
1.2 Objetivo, Delimitação e Importância do Estudo
1.2.1 Objetivo
Este trabalho possui como objetivo a aplicação de Ferramentas de Pesquisa
Operacional dando suporte à tomada de decisão visando aumentar a produtividade
do Sistema Cremalheira. Este aumento de produtividade será advindo de uma
redução na variabilidade da operação, do aumento da previsibilidade e da
consolidação e aplicação sistemática das melhores práticas (best pracitecs) de
operação.
1.2.2 Delimitação
Este trabalho demonstra o desenvolvimento e aplicação de uma ferramenta cujo
objetivo é aumentar a produtividade de uma operação de transporte ferroviário em
um trecho de serra. Planeja-se atingir este aumento através do controle de
variáveis que determinam seu funcionamento e da otimização do processo. É
importante ressaltar a característica dinâmica desta otimização, que será
aperfeiçoada com dados estatísticos do processo, se tornando uma ferramenta
flexível e plenamente adaptada à complexidade do sistema, cuja função principal
será atuar como um direcionador, um fornecedor de insumos para a tomada de
decisão.
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Para que isto seja alcançado, é necessário o desenvolvimento de dois outros
sistemas interligados que fornecerão os dados para o planejamento e relatarão
aquilo que foi efetuado, com as falhas apresentadas.
Observando de maneira geral, busca-se gerar condições para a aplicação do
PDCA (Plan, Do, Check, Act). Com melhores insumos para o planejamento, para a
produção e para a gestão. Assim, as ações tomadas para correção e melhoria serão
sempre fundamentadas e com orientação ao ótimo.
1.2.3 Importância do Estudo
A subida do trecho da Serra do Mar, em São Paulo, constitui uma das operações
mais complexas do sistema ferroviário brasileiro. Em uma região de topografia
acidentada, foi construído um sistema ferroviário único que opera com equipamentos
exclusivos e em linha dedicada. Por esta região passa toda a carga para exportação
através porto de Santos, um dos maiores do país, além da carga de consumo das
indústrias siderúrgicas da região.
Com uma demanda de carga muito superior a sua capacidade, uma operação
contínua, equipamentos com vida útil muitas vezes já superada, a operação deste
trecho se torna complexa e as melhorias representariam ganhos financeiros
significativos.
Estes ganhos, podem vir do controle de falhas, atuando nos pontos mais frágeis,
como o controle de perdas de tempo na operação e na melhoria do processo. Para
se ter uma idéia da sensibilidade do sistema, a pequenas melhorias, um ganho de
apenas 1 minuto em uma das operações gera ao fim do dia a possibilidade de
execução de mais uma viagem, ou seja, 2000 toneladas a mais por dia ou 60.000
toneladas em um mês.
Existe um outro trecho alternativo que permite transportar cargas do planalto
para o litoral, que seria um caminho alternativo para este. No entanto, este não
pertence à concessão da MRS Logística e, portanto sua utilização dependeria de
acordos e pagamentos de tarifas. Outras maneiras de se transportar a carga já
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foram extensivamente estudadas, como esteiras transportadoras, cujo custo de
implantação é elevadíssimo.
O transporte de minério para alimentação da indústria siderúrgica da região
corresponde a maior parcela da carga do trecho. Uma outra alternativa para esta
indústria seria o transporte por cabotagem, utilizando seu próprio porto particular.
Entretanto, o transporte ferroviário possui tarifas mais competitivas que conseguem
ser mais atraentes do que qualquer outro modal.
Existe hoje um projeto de construção de uma esteira transportadora na região,
que irá ser dedicada ao transporte de minério. O projeto já se encontra em sua fase
inicial, dependendo de licença ambiental para o inicio da construção. Esta esteira irá
desafogar consideravelmente o transporte ferroviário pela serra, facilitando o
transporte de outras cargas. Entretanto, até a sua entrada em operação, continua
critica a operação deste trecho.
Projetos de expansão do sistema também já foram considerados, mas
esbarraram na falta de fornecedores de equipamentos. As locomotivas já não são
mais fabricadas, pois foram feitas em projeto exclusivo e sob encomenda do
governo brasileiro.
A solução para o aumento da produção reside apenas na melhoria do processo,
visto que não existem alternativas de expansão, de uso de outra rota ou de outro
meio de transporte. Logo todos os esforços devem se voltar para melhorar a
utilização, a eficiência e a produtividade do sistema..
1.3 Justificativa
Com a entrada em operação de todas as ferramentas, espera-se um aumento da
produção de 60 viagens/dia para 65 viagens/dia. Isto corresponde a um aumento de
2.500 T/dia, ou 900 mil toneladas anuais, o que corresponde a um aumento de
faturamento de pelo menos 14 milhões de reais.
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1.4 Organização da Monografia
No capítulo 2, tem-se uma breve revisão histórica, descrição do método PDCA
utilizado para melhoria de processos e técnicas de Pesquisa Operacional.
Em seguida, no capítulo 3, há uma descrição dos processos e dos problemas
existentes. Finalmente, no capítulo 4, a descrição das ferramentas utilizadas e do
algoritmo de pesquisa operacional, seguido de resultados no capítulo 5 e conclusões
no capítulo 6.
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2. O PROBLEMA DE RAMPAS ELEVADAS E SUA OTIMIZAÇÃO
2.1 O Sistema
Figura 1 – Visão da Rampa a partir de Raiz da Serra
A figura 1 mostra uma foto do início da subida da rampa, vista de Raiz da Serra.
Pode-se observar a linha singela, os pórticos de eletrificação, e o trilho central da
cremalheira.
No final da década de 1960 a E.F. Santos a Jundiaí desenvolveu estudos mais
detalhados sobre a implantação do sistema de tração por cremalheira-aderência em
seu trecho de transposição da Serra do Serra do Mar. O projeto inicial foi
desenvolvido em colaboração com as empresas English Electric e SLM -
Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik Winterthur, esta última fabricante
suíça de locomotivas de cremalheira. O projeto inicial previa o uso de duplas de
locomotivas elétricas B-B de 86 toneladas para tracionarem trens de 500 toneladas
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brutas ao longo do trecho de serra com o auxílio de cremalheira Riggenbach. Neste
caso 2/3 do esforço de tração seriam aplicados sobre a cremalheira, ficando 1/3
para a simples aderência. O projeto final contou também com a colaboração da
Brown-Boveri. A viabilidade econômica do projeto foi demonstrada em estudos
executados em 1969 pela RFFSA, fazendo com que o Banco Nacional de
Desenvolvimento Econômico - B.N.D.E. concedesse financiamento para as obras,
que se iniciaram em 1970.
A implantação do Sistema Cremalheira, efetuada ao longo da chamada linha da
Serra Velha, exigiu uma grande intervenção local, incluindo a substituição de trilhos,
instalação da cremalheira, execução de obras de arte, via permanente e sinalização.
Além disto, o novo trecho também teve que ser eletrificado, adotando-se o mesmo
sistema já existente na E.F. Santos a Jundiaí.
A eletrificação foi feita ao longo dos doze quilômetros de extensão da Serra
Velha e incluiu os novos pátios implementados com o sistema de cremalheira, tendo
sido usados pórticos de aço galvanizado e catenária de cobre eletrolítico e cobre-
cádmio. Um detalhe interessante está no fato de que as linhas de contato são
duplas, a fim de se evitar qualquer possibilidade de falha de contato, o que poderia
causar um desastre com a locomotiva tracionando composições sob os fortes
gradientes que a linha tem na região da Serra do Serra do Mar. A alimentação do
sistema é feita por duas subestações, uma de 9.000 KW em Raiz da Serra e outra
de 12.000 KW em Paranapiacaba, ambas alimentadas pela concessionária pública
de eletricidade - na época, a Light Serviços de Eletricidade S.A.
O projeto previa a aquisição de oito locomotivas elétricas de cremalheira com
potência de 3780 HP para utilização exclusiva nesse novo trecho. Apesar de terem
sido projetadas pela English Electric, SLM e Brown Boveri, essas máquinas foram
produzidas pela empresa japonesa Hitachi.
Há pouco tempo atrás, a serra ainda operava com três duplas e foi assim que
alguns estudos que precederam este trabalho foram realizados. O trecho consiste de
uma rampa dividia em alguns patamares, onde três duplas de locomotivas elétricas
realizavam o transporte das cargas. Como é um trecho de linha simples, as duplas
saiam uma de cada vez, carregando 500 toneladas cada, uma atrás da outra. Cada
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viagem era composta por duas locomotivas, chamadas Hitachi, e alguns vagões.
Quando chegavam ao pátio inferior, chamado Raiz da Serra, retornavam, com a
carga de subida que em geral são vagões vazios. As máquinas e a linha possuem
características próprias. A linha possui entre os trilhos uma esteira dentada, que se
acopla a uma roda especial presente no centro da locomotiva. Isto é o chamado
Sistema Cremalheira. É este sistema o responsável pela capacidade das máquinas
de transitarem pelo trecho de alta inclinação de maneira bastante segura.
A aderência de uma locomotiva é o fator que determina sua capacidade de
tracionar carga e é determinada por parâmetros como peso da locomotiva,
condições climáticas e da superfície de contato entre as rodas e o trilho. Neste
trecho, devido a alta inclinação, a aderência de máquinas convencionais não é
suficiente para transportar em alguns casos nem mesmo o peso da própria
locomotiva. Outro problema é também a frenagem nos momentos de descida, que
se feita da forma convencional gera risco de descarrilamento pois as rodas não são
capazes de dissipar todo o calor gerado pela fricção das sapatas de freio durante
toda a descida.
O sistema cremalheira é então usado como solução para todos estes problemas.
19
Figura 2 – Detalhe do Sistema Pinhão Cremalheira
A figura 2 mostra em detalhe o sistema cremalheira, com especial atenção ao
trecho de sincronia.
As engrenagens de cremalheira das locomotivas ficam a pelo menos 52
milímetros acima da altura dos trilhos. Esse recurso foi desenvolvido pela SLM a
pedido da E.F. Santos a Jundiaí e patenteado pela empresa suíça. A entrada da
locomotiva na seção de cremalheira é feita automaticamente, com o auxílio de seção
especial que permite o ajustamento dos dentes da engrenagem aos encaixes da
cremalheira. As locomotivas possuem seis motores de tração, sendo que dois
acionam as rodas através de brassagens nos trechos planos e inclinados, e quatro
movimentam coroas dentadas, sendo usados somente nos trechos inclinados, onde
a coroa é acoplada à cremalheira entre os trilhos. As locomotivas também dispõem
de três sistemas de freios: pneumático, dinâmico (reostático) e de emergência (com
20
mola); os sistemas de freio são aplicados em discos convenientemente projetados
para uma adequada dissipação de calor.
A capacidade máxima de tração de uma dupla é de 500 toneladas em rampa
com 8 quilômetros de extensão e 10% de inclinação máxima, sob velocidades
médias de 28 km/h (subindo) ou 22 km/h (descendo); em trechos planos as
locomotivas podem atingir até 40 km/h. As duplas sempre operam abaixo da
composição, empurrando-as na subida ou suportando seu peso na descida.
Figura 3 – Detalhe do Sistema de Tração das Locomotivas
Na figura 3, pode-se observar embaixo da locomotiva a roda dentada acoplando-
se ao trilho central de cremalheira, e no canto direito a brassagem da tração de
aderência, junto com o sistema de freios.
O sistema de cremalheira funcionou pela primeira vez no dia 8 de janeiro de
1974, a partir da viagem da máquina #2001 no trecho de Raiz da Serra a
Paranapiacaba.
De acordo com Allen Morrison este trecho da E.F. Santos a Jundiaí é uma das
únicas quatro ferrovias de cremalheira ainda existentes no Hemisfério Ocidental.
21
Dessas quatro ferrovias, apenas duas possuem tração elétrica: a seção da Serra do
Serra do Mar da E.F. Santos a Jundiaí e a E.F. Corcovado. As outras duas estão
localizadas nos Estados Unidos: Mike's Peak, no Colorado, usando tração diesel, e
Mt. Washington, em New Hampshire, que usa tração a vapor e é a mais antiga em
funcionamento no mundo, tendo sido aberta em 1869.
A inauguração oficial do sistema ocorreu a 17 de Janeiro de 1974, mas tratou-se
mais de um evento político, uma vez o governo do general Médici estava terminando
e sua equipe decidiu capitalizar o prestígio decorrente das obras que estavam sendo
executadas durante a sua administração, ainda que não estivessem completas. O
sistema continuou em testes após esse evento, mas logo depois, em março de
1974, ocorreu um grave acidente durante uma viagem de teste, quando a locomotiva
#2007 desengatou-se do sistema de cremalheira e fez a composição descer a serra
em grande velocidade, causando a morte dos dois maquinistas. Outro incidente em
novembro do mesmo ano, desta vez sem vítimas, provocou a baixa da locomotiva
#2005. Após a ocorrência do primeiro acidente a SLM foi convocada para fazer uma
perícia, cujo resultado provocou uma série de modificações no projeto da
locomotiva, incluindo seu sistema de freios. Sua capacidade de carga original, de
800 t, foi reduzida para 500 t por razões de segurança.
Muito provavelmente esses acidentes prolongaram a fase de testes do novo
sistema de cremalheira na Serra do Serra do Mar, a qual se estendeu até 15 de
Dezembro de 1976, quando ele foi declarado completamente operacional. Por isso
as normas de capacidade e de operação são sempre seguidas com o máximo
cuidado.
2.2 Ferramentas de Medição de Produtividade
Define-se utilização como eficiência e produtividade como:
níveisHorasDispo
lhadasHorasTrabaUtilização=
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lhadasHorasTraba
odutivasHorasEficiência
Pr=
aonde
QuantidadeoTempoPadraodutivasHoras ×=Pr
UtilizaçãoEficiênciaeodutividad ×=Pr
ou
níveishorasDispo
odutivasHoraseodutividad
PrPr =
2.3 A metodologia PDCA
A necessidade de respostas rápidas às mudanças de modo a se atender de
maneira cada vez mais eficiente as demandas do mercado, faz com que as
empresas necessitem de um sistema de gestão dirigido para solucionar problemas
(atingir metas), como o PDCA com o foco no Gerenciamento por Diretrizes.
No Gerenciamento por Diretrizes, tem-se como base as necessidades da
empresa e se traça os planos estratégicos de longo e médio prazo e o plano anual.
A partir destes planos, define-se as metas anuais da empresa. Estas metas são
então desdobradas em metas mais específicas, que quando atingidas, levarão ao
cumprimento da meta principal.
Para se alcançar estas metas específicas, medidas de manutenção ou de
melhoria são necessárias, e é a metodologia PDCA que garante a efetividade das
ações tomadas.
Segundo a metodologia, para a solução de um problema, deve-se primeiro
identificá-lo, analisar o fenômeno que o causou, o processo em que ele ocorre e
elaborar o plano de ação para solucioná-lo. Em seguida, executa-se o planejado, e
confere-se o resultado obtido para se efetuar as eventuais correções necessárias.
O ponto comum a todas estas etapas é a necessidade de informações confiáveis
e obtidas sistematicamente tanto do problema quanto dos resultados obtidos pelas
23
ações tomadas. É neste ponto que os sistemas relatados neste trabalho irão
favorecer a aplicação desta metodologia.
2.4 Ferramentas de Pesquisa Operacional
A Pesquisa Operacional ou simplesmente PO é o uso de modelos matemáticos,
estatísticos e de algoritmos na ajuda à tomada de decisões. É usada sobretudo para
analisar sistemas complexos do mundo real, tipicamente com o objetivo de melhorar
ou otimizar a performance.
Em Matemática, problemas de Programação Linear (PL) são problemas de
otimização nos quais a Função Objetivo e as restrições são todas lineares.
Programação Linear é uma importante área da otimização por várias razões.
Muitos problemas práticos em Pesquisa Operacional podem ser expressos como
problemas de programação linear. Certos casos especiais de programação linear
são considerados importantes o suficiente para que se tenha gerado muita pesquisa
em algoritmos especializados para suas soluções.
Em teoria de otimização matemática, o algoritmo Simplex de George Dantzig é
uma técnica popular para dar soluções numéricas a problemas da programação
linear.
24
Figura 4 – Planta das Locomotivas Hitachi
25
3. ANÁLISE DO SISTEMA CREMALHEIRA
3.1 Análise do Problema - Locomotivas
3.1.1 Locomotivas – Problemas Identificados
O sistema encontra-se em uma situação bem diferente de 22 anos atrás, quando
da sua inauguração. As expectativas de vida útil dos equipamentos já foram em
muito superadas, os desgastes por fadiga já chegam a níveis assustadores, fazendo
com que a confiabilidade dos mesmos seja bem baixa.
As máquinas apresentam muitas falhas, trincas de peças mecânicas e elétricas,
queima de componentes e etc. Todas estas falhas, são objeto de muitas discussões.
Algumas podem ser provenientes de uma operação inadequada, que causa trancos
e solavancos desnecessários. Uma destas atividades ocorre no momento em que a
máquina deixa o trecho plano e passa para o trecho de serra. Esta é uma das
operações mais delicadas da serra.
Este trecho chamado de sincronia deve ser percorrido pelo maquinista a no
máximo 10 km/h. Esta restrição de velocidade é necessária para que o acoplamento
entre a roda na locomotiva em movimento e a esteira fixa no chão, ocorra de
maneira suave e com o mínimo impacto para a máquina. Caso esta velocidade seja
excedida, esta sincronia não se dará da maneira correta, e um forte tranco será
dado na máquina.
Estes esforços são transmitidos para todos os componentes mecânicos e
elétricos, o que causa as trincas. Mas não são só os esforços que podem causar as
trincas . Problemas na via permanente também geram esforços que na máquina
desgastada não mais são suportados. Vários são os problemas: a altura da esteira
não sendo constante também causa o acoplamento inadequado do Sistema Pinhão-
Cremalheira. Assim quebra de dentes da engrenagem pode ocorrer. Balanços pelo
26
desnível ou desalinhamento dos trilhos em relação a esteira também causam os
mesmos problemas. Lubrificações inadequadas geram desgastes prematuros.
Um fantasma quase tão grande quanto as quebras mecânicas são os problemas
elétricos. Quando a máquina detecta uma sobre-corrente, seus dispositivos de
segurança a desligam automaticamente. No entanto, esta sobre-corrente pode
ocorrer por diversos motivos, desde falhas elétricas reais até mesmo por problemas
de operação. Se por exemplo um maquinista desce com uma carga acima do peso
limite e não aplica os freios dos vagões de maneira adequada, todo este esforço da
descida gera um excesso de corrente para ser dissipada pelos resistores. Como
uma segurança, a máquina entra em modo de emergência e pára.
Durante a subida, os motores elétricos de corrente contínua – Figura 4 - que
impulsionam as máquinas consomem energia vinda da rede aérea, captada por
pantógrafos. Em caso de emergência, a máquina se desliga automaticamente e
abaixa os pantógrafos, isolando-se da linha de alimentação.
Figura 5 – Pantógrafos acoplados à Rede Elétrica
27
Já na descida, estes motores que antes consumiam energia passam a operar
como geradores elétricos. A energia gerada com a frenagem de toda a carga que
esta sendo transportada ao longo da Serra precisa de alguma maneira ser
consumida. Para isso, a locomotiva dispõe de diversas bancadas de resistores que
são responsáveis por dissipar em forma de calor tudo aquilo que foi gerado.
Estas resistências são inseridas e retiradas do circuito de maneira automática,
pelos chamados cames. Os cames são ressaltos colocados ao longo de um eixo,
como uma arvore de manivelas. A combinação destes ressaltos abre e fecham
contatos dos circuitos de alta potência.. A medida que a corrente se eleva, novas
resistências são colocadas. Caso a corrente caia abaixo do nível ótimo, elas são
retiradas.
Um dos grandes questionamentos que surge com freqüência é em relação ao
aproveitamento desta energia para realizar outras atividades. Uma das
características exigidas para o fornecimento de energia elétrica, além da potência, é
a constância deste fornecimento. No nosso caso esta geração é muito intermitente,
pois ocorre durante aproximadamente 45 minutos a cada intervalo de 90 minutos.
Assim este aspecto intermitente impossibilita uma das alternativas comumente
usadas por grandes indústrias que é o retorno do excesso de energia para a
concessionária.
Cada desligamento da máquina seja causado pelos trancos, pela sobre-corrente,
etc. gera um atraso na operação da serra que é registrado. Surge então uma grande
discussão, o que realmente falhou, porque ocorreu e de quem seria a
responsabilidade pela correção. Alguns casos são ainda piores, pois algumas
emergências se normalizam sem o acionamento das equipes de manutenção
mecânica e não são contabilizadas nos índices daquelas equipes. Ou seja, são
falhas que ocorrem e não tem seu motivo identificado, porém geram atrasos na
produção.
Deste modo, para uma melhor gestão das falhas e aperfeiçoamento da
manutenção, um sistema de controle onde cada falha, cada atraso seja justificado e
em seguida debatido, definindo seu responsável e as atividades para solução do
mesmo.
28
Para solução dos problemas de modernização, uma solução freqüentemente
proposta é a atualização do equipamento. No entanto, para estas máquinas, as
alterações são sempre muito complexas e os fornecedores são escassos. Já
existem estudos para troca de diversos componentes da máquina por outros mais
modernos, porém o processo esbarra sempre em diversas dificuldades. Por
exemplo, temos o sistema que transforma a corrente contínua recebida pela
máquina em corrente alternada de tensão mais baixa para alimentar alguns
subsistemas. Originalmente ele é composto por um motor acoplado a um gerador, o
motor alimentado em corrente contínua, gira um outro motor que da a saída em
corrente alternada. Este sistema possui diversos inconvenientes, seja de
manutenção (desgastes), seja de elevados níveis de ruído dentro da cabine, que
provoca problemas auditivos a longo prazo nos maquinistas.
A substituição parece simples, dado a tecnologia avançada e abundante
presente na área hoje. No entanto, restrições como resistência a vibração,
temperatura, tensões, etc. fazem com que seja difícil encontrar equipamentos
adequados a todas as condições adversas para esta aplicação. Encontrar
fornecedores é uma tarefa árdua e o custo de tanta personalização de equipamentos
também é muito alto.
Outros componentes também enfrentam dificuldades semelhantes, o sistema de
cames, por exemplo, hoje já seria possível de implementação em um PLC. Diversas
peças mecânicas, pontos de contato, sensores, etc. poderiam ser substituídos por
outros equipamentos e de tecnologia atualizada. Aqui são as restrições de
segurança que pesam, é necessário uma confiabilidade muito alta. O sistema
precisa ser completamente falha-segura. Toda esta responsabilidade eleva muito os
custos e reduz significativamente o número de fornecedores dispostos a enfrentar
estes desafios.
3.2 Análise do Problema - Operação
Sobre o pessoal de operação há sempre a pressão pela produção, a
necessidade de maximizar o transporte na serra independente das ocorrências.
29
Neste ambiente, esforços para se alcançar os resultados vêm de todos os lados,
mas nem sempre os insumos corretos para as decisões estão disponíveis. Assim,
em geral, as decisões acabem sendo fortemente embasadas na experiência do
operador.
Na serra chegam diversos tipos de cargas. Para a descida os mais comuns são
vagões de minério, mas há também viagens com contêineres e vagões de celulose.
Dentre estes três, os de celulose são sempre prioritários. Outra dificuldade que
precisa ser freqüentemente contornada são os intervalos de passagem no trecho da
Companhia Paulista de Trens Metropolitanos. Muitas das viagens provenientes da
cremalheira necessitam passar por um trecho compartilhado pela MRS e pela CPTM
dentro de São Paulo. Neste trecho, existem além de diversas restrições de
velocidade e peso, limitações de horários nos quais um trem pode trafegar. Dessa
maneira, um trem precisa ter sido completamente transportado pela serra até o
horário limite de modo que ele chegue a São Paulo antes que o intervalo permitido
pela CPTM expire.
Até pouco tempo atrás, a operação da serra era feita por seis locomotivas que
operando em duplas formavam três composições para a movimentação das cargas.
Hoje existem oito máquinas (quatro duplas) trabalhando na serra e duas outras que
permanecem sempre de prontidão para substituir as que se avariem.
Nos momentos em que não há carga para subir, duas duplas podem ser
acopladas formando uma Quadra. Nesta formação, apenas uma das duplas é
responsável pela tração e a outra dupla permanece desligada atuando como carga.
Além do benefício da economia de energia elétrica, esta formação reduz em alguns
minutos o tempo total de um ciclo.
O transporte é feito de forma cíclica, saindo de Paranapiacaba (IPA), descendo a
serra até chegar a Raiz da Serra (IRS) onde os vagões cheios são deixados, as
locomotivas manobram e acoplam à carga de subida. O processo agora recomeça
no sentido inverso.
Como todo percurso ferroviário, o trecho em serra é dividido em seções
chamadas de Seções de Bloqueio. Cada uma destas seções é eletricamente isolada
de modo que o Sistema de Controle seja capaz de identificar a presença de uma
30
composição em cada um deles. Neste tipo de Sistema de Controle, duas
composições não podem nunca ocupar ao mesmo tempo uma mesma seção, pois
nesta situação não haveria como determinar a distância que as separa. Isto
aumentaria a possibilidade de choques entre composições.
Logo, para que duas composições então não ocupem a mesma seção, elas
devem sempre estar separadas por um intervalo de seis minutos, que é o tempo
necessário para se percorrer três destas seções.
O trajeto é todo sinalizado e caso em algum momento esta distância de
segurança deixar de ser respeitada o maquinista receberia primeiro sinalização
amarela, indicando a presença de um obstáculo à frente e em seguida vermelha que
lhe obrigaria a parar. Uma parada na serra é sempre indesejável, pois exige um
enorme esforço dos equipamentos para retomarem o movimento.
Devido a esta restrição, a operação em quadras se torna vantajosa porque ao
subir, um dos intervalos de espera é suprimido, o que demanda menos tempo.
Outra restrição existente na serra são as subestações elétricas, porque de
acordo com o seu projeto, elas são capazes de fornecer o suficiente para se
alimentar apenas três duplas simultaneamente na serra.
O consumo elétrico adicional de uma locomotiva na serra causaria uma queda
de tensão que provocaria diversos problemas. O primeiro deles é o desligamento
das máquinas por falta de corrente. Como não há energia para todas as máquinas,
aquela que estivesse demandando mais energia se desligaria automaticamente
através dos seus dispositivos de proteção. O segundo efeito colateral, é a multa que
se pagaria à concessionária elétrica por um pico de demanda gerado nestas
ocasiões. Estes picos são muito prejudiciais a todo o sistema e por ultrapassarem a
demanda contratada geram uma multa bastante onerosa.
Por tudo isso a subida em quadra (duas duplas acopladas) é vantajosa. Como
uma destas duplas estaria desligada, é possível subir todas as viagens sem
necessidade de espera, afinal somente três duplas estarão tracionando. Uma quadra
– com uma das duas duplas desligada – e logo em seguida as duas outras duplas.
A programação diária da serra é feita pela manhã, com base nas informações de
demanda dos clientes e na previsão de chegada dos trens. Alguns trens possuem
31
prioridade de passagem e assim que chegam, seu transporte logo é iniciado. Outros
trens são expressos e possuem hora definida de saída. Há também os trens que
precisam passar pela CPTM (Companhia Paulista de Trens Metropolitanos), que
possui horários definidos para se trafegar em seu trecho. Estes trens também
possuem restrições de horário para passar pela serra.
Outros ajustes mais finos podem ser necessários de acordo com a demanda dos
clientes. Isto ocorre com freqüência com os vagões de soja. Se um dos clientes
estiver com falta de vagões para serem descarregados e outro estiver bem suprido,
então a prioridade de passagem na serra será dos vagões daquele cliente com
necessidade mais imediata.
3.2.1 Operação – Problemas Identificados
A serra é um sistema que envolve a combinação de diversas variáveis e tentar
equacioná-las da melhor maneira possível é o desafio que os operadores enfrentam
diariamente. As decisões tomadas de maneira intuitiva, provocam atrasos ou ganhos
que acumulados durante o mês impactam diretamente no volume total transportado.
Escolher o momento correto para subir duas quadras vazias, uma única quadra
carregada ou quatro duplas com carga, poderá causar a economia de minutos
preciosos para a produção mensal. A falta de um controle rígido da produção não
permite que a tomada de decisão seja baseada em aspectos técnicos bem definidos
e sim individualmente pelos operadores, de acordo com suas convicções pessoais.
Por exemplo, o modo de subida com uma quadra e duas duplas sempre foi um
dos itens de maior discussão na equipe: alguns defendem o princípio de que a
quadra deve sempre subir depois das duas duplas. Segundo seus defensores, se a
quadra subir primeiro e algum problema ocorrer com a ultima dupla a entrar na serra,
esta precisar de auxílio e nenhuma das máquinas reserva estiver disponível,
teremos um caso bastante complicado para resolver. Resgates na serra nunca
podem ser feitos puxando, mas sim sempre empurrando. Dito de outra maneira: A
32
locomotiva deve sempre ficar abaixo da carga. Se todas as máquinas estiverem no
alto da serra, a ultima é a mais vulnerável, pois não terá quem auxiliá-la.
Subir a quadra por último então garantiria a solução deste problema. Se uma
dupla apresentasse problema, haveria a outra, que subia desligada, para prestar
auxilio.
No entanto, este modo de operação para outros, é desvantajoso. Uma das
vantagens de se subir em quadra reside no menor tempo gasto por estas máquinas
para realizarem o percurso, aliado ao menor tempo de manobra. Subir estas por
último então faria com que perdêssemos toda esta vantagem, pois elas estariam
sempre presas atrás das máquinas mais lentas. Subir com a quadra antes das
duplas então, se tornaria fundamental.
As máquinas que sobem leves gastam menos tempo do que aquelas que sobem
com carga total. No entanto, vários operadores afirmam que esta subida mais rápida
pode ocorrer com até 250 T de carga e que só a partir disso é que o tempo passará
a ser o tempo padrão. Não se sabe ao certo qual volume de carga que permite uma
subida tão rápida quanto a vazia. Uma amostragem estatística de cargas e tempos
seria essencial para se definir isto corretamente.
33
4. OTIMIZAÇÃO DO SISTEMA CREMALHEIRA
Para buscar otimizar a produção do sistema cremalheira, foi realizada uma
pesquisa de campo e cálculos matemáticos até se chegar a um modelo
representativo do comportamento do sistema. Estes passos deixaram claro a
necessidade do desenvolvimento dos sistemas auxiliares, que iriam monitorar,
registrar os dados e prover relatórios para aumentar a precisão dos dados
disponíveis e promover a melhoria contínua do modelo, além de prover respostas a
questionamentos que com os dados atuais não poderiam ser respondidas.
4.1 Pesquisa de Campo e Análise dos Dados
A partir de todas estas dúvidas e todas as variáveis demonstradas, surgiu a idéia
da primeira atividade que originou este trabalho. Em um experimento tipicamente
fordista foram avaliados todos os tempos gastos em cada uma das operações. A
manobra, a subida, a descida, manobrar uma quadra, uma dupla, os intervalos entre
as saídas, os intervalos entre as chegadas. Toda esta amostragem foi retirada de
um universo pequeno de viagens, mas o objetivo era obter dados para fazer uma
planilha que avaliasse cada um destes possíveis modos de operação.
O objetivo desta planilha era muito simples, combinar os tempos gastos em cada
uma das atividades e as restrições operacionais para se chegar ao tempo ótimo de
operação de cada um dos modos da serra. Todas as combinações possíveis foram
avaliadas. Subir a quadra antes das duplas, após as duplas, subir duas quadras,
subir quatro duplas, tudo isso com e sem carga. Destes vários cenários, alguns
foram reprovados logo de inicio, pois violavam algumas das restrições de segurança.
Outros foram descartados, pois transportavam menos carga que outros que
gastavam o mesmo tempo.
Usando um conceito bastante simples, o de tempo de ciclo, (que consiste do
tempo calculado para se descer com a carga, subir e estar novamente pronto para
34
descer) foi possível realizar cálculos determinísticos para se ter uma base
comparativa entre os diversos modos de operação. Aqui não se leva em conta as
variações do processo, mas consegue-se uma base considerável para se avaliar a
proposição em questão, uma vez que se pode presumir que as variações são
constantes para todos os modos de operação.
Assim, conseguiu-se uma ferramenta capaz de aglutinar todas as idéias e
restrições de modo a se chegar, de maneira sistemática, a um denominador comum:
as maneiras mais eficientes de se operar a serra. Mas outra pergunta logo foi posta,
cada uma destas maneiras era adequada a uma determinada situação. Nenhuma
delas era a solução ideal para todos os momentos. Como descobrir quando utilizá-
las?
Outra aplicação logo descoberta para esta ferramenta foi auxiliar na definição de
investimentos. Ela propiciou maneiras de se avaliar em volume, uma expectativa do
quanto se aumentaria de produção se um investimento fosse eventualmente feito.
Alguns exemplos, como a expansão das subestações, ou a construção de mais uma
máquina, a ampliação da capacidade das locomotivas, etc.
Igualmente importante de se ressaltar quanto as aplicações da planilha é aquilo
para o qual a planilha não foi feita nem deve ser usada. Ao se calcular o somatório
de todas as atividades que compõem um ciclo inteiro da cremalheira, ou seja, a
descida, manobra, subida e manobra obtêm-se um tempo que indica quanto tempo
aquela operação despende. Para a análise de um único ciclo isto é um retrato bem
próximo da realidade. Se um ciclo inteiro for cronometrado aonde não ocorreu
nenhum tipo de falha, se chegará a valores bem próximos daquilo que foi planejado
na planilha. Extrapolar este uso para tentar prever uma capacidade máxima de
operação, significa cometer um erro. A planilha não leva em conta nenhum tipo de
falha, parada, variação, quebra, etc. Seria como pressupor um trabalho em um
mundo perfeito, que não existe.
Uma sugestão para trabalhos futuros é a utilização dos dados estatísticos que
passarão a ser coletados pelo sistema de controle para se quantificar melhor este
tempo padrão em todas as suas variáveis. O tempo médio, com seu desvio padrão,
35
a carga tratada também desta maneira etc. Assim informações bem mais confiáveis
poderão ser alcançadas.
Na tabela 1, poderá ser verificado uma pequena parte da planilha que melhor
ilustra o que acabamos de escrever.
Quatro duplas com carga. Cenário 1 (1) (2) (3) (4)
Saída Paraná 0 6 12 18 Chegada raiz 27 33 39 45 Manobra 33 39 45 51 Saída raiz 45 51 57 68 Chegada Paraná 68 74 80 91 Manobra 80 86 92 98 Próxima Saída 91 97 103 109 Ciclo 91 91 91 91 Tons Descidas 63 31.648 Subidas 63 31.648 TOTAL 127 63.297 Mensal 3.671
Tabela 1 – Cálculo do Tempo de Ciclo do Modo de Operação com 4 Duplas.
4 Duplas Com Carga
18
45 51 68
91 98
0 20 40 60 80 100 120
Posicao
Tem
po
(1)
(2)
(3)
(4)
Figura 6 – Diagrama de Circulação
Na Tabela 1 é possível observar o resultado de um dos cenários avaliados.
Observe a saída da primeira máquina no instante 0, a saída da segunda máquina no
instante 6 (intervalo de segurança) até a ultima máquina estar novamente no alto da
serra e pronta para mais uma descida. Este processo, chamado de ciclo, leva para
este caso 91 minutos e é capaz de transportar 31.648 Toneladas/dia na descida e a
36
mesma quantidade na subida. Um comparativo dos melhores modos de operação
poderá ser observado no gráfico 2.
Gráfico 2 – Diagrama comparativo
Pelo Gráfico 2, pode-se ver que para cada modo de operação (Cenários)
consegue-se diferentes volumes de subida e descida. Por isso, não há um único
modo que seja considerado o melhor, cada um possui seu melhor momento para ser
utilizado. De um modo geral, é mais vantajoso para o sistema utilizar os modos de
operação que consomem menos tempo. A vantagem se dá pelo fato de que o foco
principal da serra é a carga de descida. Assim, quanto menor o tempo de cada um
dos ciclos, mais ciclos será possível realizar em um único dia. Como o volume que
se consegue descer é constante, independente do modo de operação, quanto mais
ciclos, mais carga se desce, em detrimento da carga de subida.
A carga de subida é prejudicada com a diminuição do ciclo, pois os artifícios
usados para ser reduzir o ciclo constituem sempre de subir com as máquinas mais
leves ou vazias. A cada máquina vazia que sobe, mais carga permanece no pátio
para subir.
37
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
4D C
omC
arga
4D Ú
ltim
aQ
uadr
a C
C
4D D
uas
Qua
dras
SC
4D D
uas
Qua
dras
CC
5D C
omC
arga
5D Ú
ltim
aQ
uadr
a C
C
5D D
uas
Qua
dras
SC
5D D
uas
Qua
dras
CC
3T C
omC
arga
3T Ú
ltim
aS
extu
pla
CC
TU Subida
TU Descida
Gráfico 3 – Comparativo entre os resultados dos investimentos
No gráfico 3, temos um resumo para a análise de alguns tipos de investimentos.
Pode-se ver que as melhorias na produção são sempre mais significativas para os
volumes de subida, que não são os mais críticos. Assim, manter o estado de 4
duplas, investir em mais duas trabalhando com cinco duplas ou investir no aumento
da capacidade das máquinas passando a trabalhar com três triplas, que são
capazes de transportar mais carga, não são investimentos que na situação atual
sejam atrativos. Em um momento em que a demanda de carga para subir seja
crescente, o retorno destas modificações será mais interessante.
Duas grandes tarefas ainda não foram resolvidas e são as próximas propostas
deste trabalho. Uma vez que todas as dúvidas operacionais foram desmistificadas
com esta análise sistemática, deve-se conscientizar toda a equipe de modo que
todos trabalhem de maneira padronizada objetivando sempre o melhor modo de
operação possível.
O segundo desafio foi criar uma nova ferramenta que seja capaz de utilizar as
informações desta primeira e acrescida de alguma inteligência, ou metodologia de
otimização, que auxilie os operadores a escolherem o melhor momento para utilizar
cada um destes modos de operação da serra.
38
Mas de nada adiantaria uma operação bem sucedida no planejamento se este
conseguir se manter apenas na teoria. Se na prática as variações, as falhas e a
imprevisibilidade inserirem no sistema um volume impraticável de perturbações, não
existirá planejamento capaz de se tornar bem sucedido.
Assim antes mesmo de prosseguir com a melhoria do processo foi preciso tentar
quantificar e distinguir os principais problemas que são responsáveis por
interferências no sistema. A maneira que o controle tanto da produção quanto das
anomalias era feita consistia de uma planilha preenchida ao longo do dia pelos
operadores. Nesta planilha estava toda a informação disponível sobre a serra. Quais
ocorrências aconteceram, quanto tempo foi perdido em cada viagem, quantas
viagens foram executadas e qual o volume transportado. Havia uma segunda
planilha com o detalhamento das ocorrências da serra e uma terceira com o
planejamento das atividades do dia.
A planilha da produção, como a primeira era chamada, demandava dos
operadores da serra muito tempo para que fosse preenchida, a informação que
consistia dela nem sempre era totalmente confiável (por diversos motivos). Pior
ainda, era extremamente difícil extrair de todo este volume de dados, informações
pertinentes para que os gerentes pudessem tomar melhores decisões. Eram
necessárias várias horas de trabalho para conseguir descobrir quantas vezes no
mês se trabalhou com cada um dos modos de operação, quanto tempo se gastava
em média em cada um dos ciclos, quais as falhas mais recorrentes e seus motivos.
Tornou-se nítida então a necessidade do desenvolvimento de um sistema que
fosse capaz de não só controlar toda a serra, mas facilitar a operação, controlar a
carga transportada e propiciar uma maneira de se identificar e discutir as causas de
todas as falhas.
As funcionalidades desejáveis para o sistema eram então: visualização do
movimento dos trens semelhante a já existente no painel de controle do CCO, porém
com alguns elementos facilitadores, como a integração com outros sistemas da
empresa como SISLOG, o sistema de balanças e a programação de trens para
aquele trecho.
39
O sistema desenvolvido deve possibilitar o registro de todas as atividades da
serra, os horários de saída, chegada e manobra das máquinas, o peso e a formação
de cada uma das viagens.
Este sistema atua também como um observador de anomalias. Em casos de
atrasos, quebras e paradas, o operador é indagado dos motivos aparentes de modo
que se tenha um registro da anomalia e em um módulo em separado seja possível a
discussão dos motivos da falha e a identificação do responsável.
Com todos estes registros feitos de maneira automática, objetiva-se uma
disponibilidade maior dos operadores do CCO, que liberados da tarefa de
preenchimento de planilhas, poderão dedicar uma parcela maior de seu tempo a sua
atividade principal, o controle do trafego. Assim novas metodologias e atividades
como a programação utilizando modelos de otimização passam a ser possíveis de
serem implementadas. Além disso, com os dados coletados de forma sistemática,
armazenados em bases de dados, fica muito mais fácil de construir relatórios,
realizar inferências e decisões embasadas em informações confiáveis.
Vendo o Sistema como um conjunto, observa-se então a interligação das
ferramentas para a aplicação da metodologia do PDCA. O planejamento (P),
auxiliado pelo modelo (que por sua vez utiliza os dados vistos neste capítulo ), o
sistema de controle auxiliando na execução (D), registrando sistematicamente a
operação da serra, e o sistema de relatórios atuando na conferencia dos resultados
o (C) do PDCA.
4.2 Aplicação da Técnica Proposta:
O problema proposto consiste de
Maximizar: ∑=
=
×4
0
i
iii XC
aonde Ci representa a capacidade de cada modo de operação e Xi o número de
operações em cada modo.
Sujeito a
40
∑=
=
×4
0
i
iii XT - <= TDisponível , aonde Ti é o tempo gasto em cada ciclo.
∑=
=
×4
0
i
iii XS = SDemanda , aonde S indica a capacidade de subida de carga.
4.2.1 Delimitando o Problema
O sistema de transporte de cargas pela serra da Cremalheira pode ser operado
de quatro maneiras distintas, consideradas as melhores operacionalmente e que
resultam em diferentes volumes de carga transportada e em diferentes tempos de
operação.
Cada um destes modos de operação transporta na descida 2000 toneladas e
para a subida, o modo 1 (Cenário 1) transporta as mesmas 2000 t, o modo 2
(Cenário 2a) 1750 t, o modo 3 (Cenário 4a) não sobe carga alguma e o modo 4
(Cenário 4d) apenas 500T. Os tempos de ciclo são respectivamente 91, 80, 71 e 74
minutos.
O grande objetivo do sistema é maximizar o volume de carga que é possível
transportar pela serra, respeitando as restrições operacionais existentes e subindo
toda a demanda de carga dentro do tempo necessário.
Tabela 4 – Resumo Modos de Operação.
4.2.2 Definindo as variáveis de Decisão.
Neste problema a decisão fundamental para a operação é quantas viagens do
modo 1, 2, 3 e 4 fazer para transportar uma determinada carga. Estas quantidades
são representadas por x1, x2, x3 e x4 respectivamente.
41
4.2.3 Definindo os Objetivos.
Diversos são os objetivos deste problema
Objetivo 1 – Maximizar o volume de carga descida
Objetivo 2 – Transportar toda a carga existente para subida
Objetivo 3 – Realizar todo o transporte dentro das margens de segurança.
Objetivo 4 – Realizar o transporte dentro dos intervalos solicitados.
Estas não são restrições rígidas, mas sim objetivos que podem ser alcançados
ou com alguma folga, ou com base em alguma troca. Por exemplo, se for possível
transportar de maneira mais eficiente, mas atrasar todo um trem 15 minutos em
beneficio de um ganho posterior, esta seria uma troca aceitável. Ou então, se a
ultima viagem de um trem ainda tiver espaço para se levar vagões do próximo trem a
ser formado, otimizando assim o uso dos recursos, pode-se transportar um pouco a
mais em uma viagem do que era planejado.
4.2.4 Definindo as Restrições.
Se as restrições fossem rígidas, tería-se que:
A carga transportada igual a demanda (S) de subida
STransportada = SDemanda
O tempo total de transporte seja igual ao tempo disponível para realizá-lo.
TExecução = TDisponível
Entretanto, como é permissível uma certa variação nestas restrições, podemos
reformular da seguinte maneira:
STransp. - D1+ + D1
- = SDemanda
TExec. – D2+ + D2
- = TDisp.
As variáveis SDemanda e TDisp. são chamados de valores alvo, pois representam
aquilo que se deseja obter como solução do problema. Por sua vez, D1+ e D1
- são as
42
variáveis de desvio, pois representam o quanto que uma variável pode desviar de
seu objetivo. D+ representa o quanto uma variável alvo pode ser superada enquanto
D- o quanto que podemos ficar abaixo daquele valor.
4.2.5 Definindo as Funções Objetivo
Como cada ciclo é composto de uma subida e uma descida, sendo que as
descidas sempre levam 2000 t e as subidas são diferentes, temos:
MAX: 2000(X1 + X2 + X3 + X4) + 2000X1 + 1750X2 + 0X3 + 500X4
Ou
MAX: 4000X1 + 3750X2 + 2000X3 + 2500X4
Isto é
MAX: ∑=
=
×4
0
i
iii XC aonde Ci representa a capacidade de cada modo de operação.
4.2.6 Implementando o Modelo
MAX: 4000X1 + 3750X2 + 2000X3 + 2500X4
Sujeito a:
91X1 + 80X2 + 71X3 + 74X4 – D2+ + D2
- = HSaida - HChegada
2000X1 + 1750X2 + 0X3 + 500X4 - D1+ + D1
- = SDemanda
Como um problema de programação linear, é possível implementá-lo e resolvê-
lo usando uma planilha eletrônica.
43
Figura 7 – Modelo de Otimização
Na coluna A, se vê a identificação dos trens previstos para circular no dia.
Na coluna B e C os horários de chegada prevista e de saída esperada para
estes trens, o que resulta na Coluna D no intervalo disponível para se transportar a
carga, TDisp..
Na Coluna E/F tem-se a carga destes trens que corresponde a carga que deve
ser subida pela serra, SSubida.
As Colunas G-J Correspondem a X1, X2, X3 e X4 sendo assim nossas células
variáveis.
As colunas K, L e M computam respectivamente a carga total subida, o tempo
total gasto e a carga total descida, usando sempre a formula SOMARPRODUTO.
A coluna N representa o somatório da subida e da descida, que é a função
objetivo de maximização.
A coluna O representa o horário em que se planeja que toda a carga de subida
já tenha sido transportada, enquanto a coluna P mostra dentro da flexibilização o
quanto que para um melhor uso dos recursos se precisa subir a mais, ou seja, se
sobe no trem anterior vagões do próximo trem.
Por último, a Coluna R representa o quanto do atraso permitido para o termino
da subida do trem esta sendo utilizado pelo modelo. Ou seja, representa o D2
efetivamente usado.
44
4.2.7 Resolvendo o Modelo
O modelo pode ser resolvido pelo Solver com as configurações mostradas na
figura abaixo. Para uma resolução mais rápida e completa, foi implementado nesta
planilha um algoritmo em VBA que automaticamente reconfigura o Solver para
otimizar cada um dos trens do dia.
Figura 8 – Solver - Parâmetros
Figura 9 – Configurações Solver
4.2.8 Analisando a Solução
Observando a solução proposta pelo modelo, pode-se observar a coerência
tanto na obediência a todas as restrições, dentro dos desvios permitidos, quanto da
45
escolha dos modos de operação. Evita-se o uso do modo 1, que é o que possui o
maior ciclo, o que provoca uma menor quantidade de carga de descida.
4.3 Previsão de ocupação de pátios
Para que esta produção prevista pelo modelo seja realmente factível, não se
pode ter falta de carga de descida em momento algum do dia. A alimentação do
pátio de Paranapiacaba é feita pelo pátio de Campo Grande. Neste último chegam
os trens completos com 105 vagões, que são levados em lotes de aproximadamente
40 vagões até Paranapiacaba.
Ao início do dia, um planejamento do horário previsto de chegada dos trens é
feito e a partir desta informação e da resposta do modelo obtida pode-se prever se
precisamos adiantar ou dar prioridade a algum trem para que não falte carga.
Figura 10 – Dados Chegada Trens em IPA
A Figura 10 mostra a tabela com os dados de chegada de trens em IPA, ou seja
os dados da alimentação do pátio ao longo do dia. Ela deve ser sempre atualizada
para se ter a previsão do comportamento das cargas no pátio.
46
Figura 11 – Gráfico Ocupação Pátios
A figura 11 mostra o gráfico que é uma das saídas do modelo aonde é possível
observar que entre 07h30min e 09h30min da manhã se nenhuma atitude for tomada
o pátio de Paranapiacaba ficará desabastecido, o que comprometera o desempenho
da serra. Assim se tem tempo para solicitar que o próximo trem ganhe prioridade de
circulação.
Observa-se também pelo gráfico uma uniformização da carga em Raiz da Serra,
confirmando a efetividade da resposta do modelo. Um dos grandes problemas para
a melhor eficiência da operação é justamente esta falta de uniformidade da
demanda da carga de subida. Com momentos de falta de carga seguidos de picos
de demanda necessita-se usar varias vezes o modo de operação que sobe mais
carga, prejudicando o tempo médio de ciclo e a quantidade total de carga descida.
Com esta uniformização, mostra-se o uso mais consciente dos modos de operação,
melhorando a operação.
Esta é uma das evidencias de como a melhoria no planejamento proposta pela
ferramenta poderá auxiliar no aumento da produtividade da cremalheira através da
redução do ciclo médio e do aumento da previsibilidade. No modelo PDCA, é o
planejamento (P) sendo facilitado.
47
4.4 Sistema de Acompanhamento e Controle da Produçã o
Foi visto até agora o planejamento das atividades. Para o controle da execução,
foi desenvolvido um sistema dedicado a esta atividade. O sistema havia sido
especificado em 2002, mas seu desenvolvimento estava paralisado há um bom
tempo. Foi feita então a retomada do desenvolvimento e as especificações foram
reavaliadas junto com a área.
O objetivo macro do sistema é possibilitar o registro da movimentação dos trens
na serra, com tempos gastos por trecho, modo de operação, maquinas e peso das
composições. Para isso, 3 PlC’s foram colocados em Paranapiacaba, 1 em
Piaçaguera para coletarem os dados de sinalização, balança e ocupação de via.
Com estes dados disponíveis, foi feito um sinóptico da malha da região, que será
a interface com os operadores. Em background, o registro do peso das
composições, e dos tempos, sempre armazenados em uma base de dados Oracle.
Figura 12 – Tela Sinóptica dos Pátios da região
48
Pela figura 12 pode-se ver em vermelho os trechos aonde uma composição esta
ocupando a via. Nas caixas em amarelo a identificação do trem que esta naquele
local. Abaixo, os botões aonde é possível se ampliar a imagem de modo a se
visualizar apenas um pátio por vez. Acima, se pode ver Campo Grande,
Paranapiacaba, Cremalheira, Raiz da Serra., Piaçaguera.
O sistema funciona da seguinte maneira: Quando um trem chega aos pátios que
são as extremidades do sistema, ou seja, os pátios alimentadores, a ocupação de
um trecho é detectada. O operador então escolhe de uma lista de trens que constam
no sistema corporativo como presentes naquele pátio o trem que esta realizando
aquela ocupação. É aqui que começa a integração do Sistema Cremalheira com o
sistema corporativo, o Sislog. No Sislog, tem-se todas as informações sobre todos
os trens da companhia. Origem, composição, tempos de percurso, cargas, pesos,
etc. O Sistema Cremalheira sabe através dos PLC’s que coletam as ocupações de
trechos nos pátios que existem composições chegando, ou saindo dos mesmos. A
identificação da ocupação utilizando o prefixo do trem no Sislog realiza esta ligação
entre os dois sistemas.
Com uma ocupação, ou seja, um trem identificado, a medida que este se move o
Sistema Cremalheira registra sua movimentação. Se digamos um trem de mineiro
chegou a Campo Grande (ICG) e foi identificado pelos operadores, todos os seus
vagões ficam disponíveis para o operador do Sistema Cremalheira para serem
movimentados.
Como já foi falado, os trens que chegam a Campo Grande são trens grandes
que necessitam ser posteriormente subdivididos para serem encaminhados a
Paranapiacaba. Como o trem já foi identificado na sua chegada a Campo Grande, a
criação do novo trem que seguira para Paranapiacaba fica muito facilitada,, pois
basta escolher dentre aqueles vagões já disponíveis no sistema aqueles que estarão
no trem que irá alimentar a serra.
O mesmo processo se repete em Paranapiacaba, só que de maneira mais
simples. O trem vindo de Campo Grande já esta identificado, e não há a
necessidade de identificá-lo novamente quando da sua chegada a Paranapiacaba..
Assim que ele ocupar uma das linhas do pátio, o operador já terá a listagem dos
49
vagões que o compõem e poderá alocá-los em cada uma das linhas de descida do
pátio.
Um exemplo pode tornar as coisas mais claras. Digamos que o trem A chega a
Campo Grande com 105 vagões, cada um identificado com o seu numero. Neste
exemplo, por simplicidade, usaremos números que correspondem simplesmente a
posição dos vagões no trem. Na realidade, estes números são o código único
identificador de cada vagão, que vem estampado na lateral do mesmo.
Com os 105 vagões do trem A disponíveis em Campo Grande, o operador forma
o trem B com os vagões de 1 a 20, que irá de Campo Grande a Paranapiacaba.
Quando o trem B chegar ao seu destino, os vagões de 1-20 por ele trazidos ficarão
disponíveis para o operador, que ira colocar os vagões de 1 a 5 na linha 3, os
vagões 6 a 10 na linha 5, 11 a 15 na 7, etc.
Agora as linhas de sadia estão ocupadas, ou seja aparecendo em vermelho para
o operador e com seus vagões já identificados.
Figura 13 – Tela do Sistema de Execução
50
Na figura 13 pode-se ver a tela do sistema mostrando a listagem de pátios e
linhas para onde os vagões podem ser arrastados. Observa-se também os trens
presentes na região, com seus devidos veículos e os trechos de ocupação. Na parte
inferior da tela se vê os vagões disponíveis para serem anexados aos trens.
Tudo isso de maneira bem simples para o operador, que no sistema necessitou
apenas de selecionar os vagões que já estavam disponíveis e arrastá-los para as
linhas devidas.
Em IPA, quando as locomotivas Hitachi chegarem e se acoplarem aos vagões
que irão descer a serra, o sistema já as identificara automaticamente, atualizará o
sistema corporativo com o novo trem que será criado para descer a serra.
Assim, quando as quatro duplas de locomotivas tiverem chegado a
Paranapiacaba vindas de Raiz da Serra (IRS), teremos quatro novos trens criados,
C, D, E e F cada um com cinco dos vagões que estavam em cada uma das linhas de
IPA.
O benefício do sistema para o operador ate este momento consiste na redução
do tempo gasto na alimentação do sistema corporativo com dados, pois o sistema
cremalheira possibilita uma interface muito mais amigável e automática para isto.
Do ponto do vista gerencial o beneficio é enorme. Com este trem identificado e
com seus vagões registrados, será possível controlar cada uma de suas atividades
na serra. Por exemplo, quanto tempo o maquinista demorou para partir após o sinal
de sadia, quanto tempo demorou para percorrer a primeira metade da serra, quanto
tempo levou para manobra quando chegou em Raiz da Serra, etc.
Este sistema de controle facilita a aplicação da metodologia PDCA atuando na
execução (D) das atividades.
Como o sistema possui o tempo padrão esperado para cada um destes
procedimentos, toda vez que se ultrapassar o limite permitido o operador devera
registrar o motivo da anomalia.
51
Figura 14 – Tela do sistema de Relatórios
Na figura 14 pode-se ver a tela aonde as anomalias são registradas e tratadas.
Observe que uma anomalia pode inicialmente ser registrada como de
responsabilidade de um setor, mas a medida que o problema é averiguado a causa
pode ser repassada a outro responsável.
4.5 Sistema de Relatórios
Fechando o ciclo da melhoria continua, o sistema de relatórios virá mostrar como
aquilo que foi planejado pelo modelo e executado com o auxilio do sistema de
controle atingiu ou não as metas desejadas. Este sistema irá facilitar a conferência
dos resultados, o (C) do modelo PDCA.
Com todos os dados registrados em bases de dados, fez-se necessário um
sistema que os consolide e cruze de modo a gerar informação prontamente
52
disponível para a análise do desempenho e tomada de decisões. É possível separar
as variáveis em três grupos. As que se relacionam com o processo em si, com a
movimentação dos trens, que são o peso das composições e os tempos de
percurso. As variáveis que se relacionam com a operação, como o modo de
operação, os maquinistas as locomotivas, e por ultimo as variáveis que tem relação
mais intima com a manutenção e o controle de erros, que são as anomalias (motivo,
local, responsável, etc.) registradas.
QTDE DE DESCIDAS DA CREMALHEIRA MAIO 2006
45
6154 53
63 6468
59 5862 64
43
6165 64 64
68
0 0 0
28
64
50,4
50,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 M D
SUBIDA DESC REAL + FALTA CARGA M ETA
Figura 15 – Gráfico Diário Descidas Serra.
QTDE DE VIAGENS DA CREMALHEIRA EM 2006
40
45
50
55
60
65
SUBIDA 44 41,5 43,0 45,0 44,4 44,5 38,7 42,8
DESC REAL 53 52,5 54,9 57,5 58,0 59,4 50,4 55,5
+ FALTA CARGA 57,9 60,4 59,5 59,6 60,7 50,8 58,1
META 53 51,0 57,3 60 60 60,0 60,0 58,1
2005 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 2006
okok
ok ok ok
Figura 16 – Gráfico Descidas Serra /Mês
Na figura 16 se vê a primeira das saídas do sistema de relatórios. Um
acompanhamento diário consolidado do número de descidas na serra. Este é um
dos parâmetros mais avaliados de desempenho e possibilita a consolidação tanto da
informação da produção do dia quanto dos problemas relativos a falta de carga.
53
Minutos sem circulação MAIO 2006
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 MD
MANUT. HITACHI VIA ELETRO VAGÃO EQUIPE OPERAÇÃO FALT. CARG META
Figura 17 – Gráfico do tempo perdido por supervisão
Minutos sem circulação 2006
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
JAN FEV M AR ABR M AI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 2006
MANUT. HITACHI VIA ELETRO VAGÃO EQUIPE OPERAÇÃO FALT. CARG
Figura 18 – Gráfico Minutos Perdidos / Mês
O controle de minutos perdidos possibilita uma avaliação não só da melhoria da
qualidade e confiabilidade da operação, mas também o direcionamento dos esforços
para os itens mais críticos.
Quando relacionamos estes dados obtemos gráficos que nos indicam por
exemplo se os atrasos ocorrem com mais freqüência em determinado turno ou se os
problemas mecânicos acontecem em uma determinada maquina ou com
determinado maquinista. Até mesmo é possível estratificar as falhas de modo a
buscar atingir uma manutenção baseada na confiabilidade.
54
% TEMPO IMPRODUTIVO POR SUPERVISÃO
HITACHI42,4%
.MANUT26,0%
FALT. CARG7,1%
EQUIPE3,6%
OPERAÇÃO10,5%
VAGÃO5,3%
VIA2,5%
ELETRO2,6%
Figura 19 – Gráfico Comparativo das Perdas por Supervisão
Outra saída importante do sistema de relatórios é a distribuição estatística dos
tempos de percurso. Esta informação permite a melhoria do modelo e também a
percepção de pontos mais críticos. Se por exemplo um determinado tempo de
operação possuir uma variância muito elevada, significa que muitas falhas estão
ocorrendo e que existe uma possível falta de padronização. As atitudes corretivas
ficam assim mais focadas.
Figura 20 – Gráfico Defeitos / Hitachi
Todos estes registros e toda esta informação facilmente disponível e
consolidada é a evidencia da melhoria no processo de conferência dos resultados, o
(C) do PDCA. Com uma visão melhor dos resultados obtidos na execução (D)
55
daquilo que foi planejado (P) as ações (A) tomadas pelos responsáveis para corrigir
as falhas detectadas poderão ser muito mais rápidas, precisas e efetivas.
56
5. RESULTADOS
A modelagem do sistema e a aplicação da programação linear forneceram ao
planejador da operação da serra um bom indicativo da melhor maneira de se
organizar as viagens. A combinação adequada dos diversos modos de operação é
indicada de maneira eficiente, atendendo a todas as restrições. O modelo não
fornece, nem objetivava fornecer uma resposta pronta e definitiva para a
programação da serra. Como todo modelo matemático, ele é a representação de um
universo muito mais complexo, e possui suas limitações e seu domínio de aplicação.
O primeiro ponto a se ressaltar é quanto ao uso de uma programação com
números inteiros. O modelo matemático fornece um número fracionado como
sugestão, e obviamente não existe este fracionamento no mundo real. Caso o
modelo fosse restringido a respostas inteiras, sua convergência para uma resposta
ótima ficaria prejudicada, e em muitas situações deixaria de convergir. Isso
aconteceria pois como o número de ciclos para se efetuar o transporte de um trem
inteiro é relativamente pequeno, a oscilação de uma unidade inteira para mais ou
para menos provoca uma alteração muito significativa do resultado, o que atrapalha
convergência do algoritmo.
Outra limitação do modelo é em relação ao comprimento da composição. Em
alguns casos, especialmente para vagões vazios, excede-se o comprimento máximo
permitido para uma composição antes que o peso máximo de transporte seja
atingido. Vagões do tipo plataforma que são leves e compridos, são os mais críticos.
Por serem leves e longos, eles atingem o limite de comprimento antes de atingir o
peso limite, que é o parâmetro avaliado pelo modelo.
Neste tipo de situação o resultado do modelo ficaria prejudicado, pois
considerou-se que aquela viagem seria capaz de subir uma determinada TB e na
verdade uma outra restrição impediu que aquele limite fosse alcançado.
Para o algoritmo utilizado, a tentativa de se inserir no modelo esta consideração
aumentaria em muito a complexidade do problema. Um trem pode ser composto de
57
diversos tipos de vagões, que podem ter pesos diversos e comprimentos também
variados. A otimização deveria então levar em conta não só o peso do trem, mas
também a combinação do comprimento de cada viagem, otimizando sempre em
relação ao primeiro limite a ser atingido.
A disponibilização manual destes dados para o modelo seria muito trabalhosa
para o planejador, tornando-se inviável. A recuperação automática destas
informações através do sistema corporativo fica como sugestão para
desenvolvimentos futuros.
Outro detalhe um pouco menos critico, mas interessante de ser observado é o
tratamento da variável peso como uma variável contínua sendo que esta para o caso
estudado é discreta. Os vagões possuem pesos e cargas variáveis podendo ocorrer
em uma mesma composição vagões de 80, 120, 110... TBs. Assim se em algum
momento por exemplo seis vagões compuserem um peso de digamos 420TBs, e o
próximo vagão pesar 120TBs, este sétimo vagão no poderá ser levado, pois
ultrapassaria o limite de peso da composição de 500T. A viagem subiria assim, no
exemplo, com 80T a menos do que foi considerado pelo modelo. Se esta situação
ocorrer em varias outras viagens, pode-se ao final necessitar de mais viagens do
que havia sido planejado.
Todas essas variabilidades tornam ainda mais nítida a importância do papel do
programador e ressaltam a característica proposta do modelo. Um auxilio a tomada
de decisão, e não um elemento que daria respostas prontas e definitivas. O modelo
fornece um ótimo direcionamento, mas que precisa ser lapidado e ajustado pelo
programador.
O papel do programador com a entrada dos sistemas auxiliares também se
modifica. Cada vez mais ele terá de desenvolver a habilidade de observar a serra
como um sistema, tentando planejar e prever o futuro, não mais somente resolvendo
os problemas imediatos de operação.
A contribuição do modelo é a certeza que seguindo a orientação do modelo o
programador estará planejando a movimentação da serra na maior parte do tempo
não só em um bom modo de operação, mas no modo ótimo para aquela situação.
58
A contribuição dos sistemas de execução e de relatórios é muito mais direta e
palpável. O sistema de controle propicia um registro e o acompanhamento de
diversas variáveis do sistema que irão facilitar em muito a identificação de
problemas. Este registro irá também auxiliar na melhoria da programação, do (P) do
modelo de melhoria continua, pois com dados estatísticos mais confiáveis, o
planejamento pode se tornar muito mais preciso e eficaz, pois advém de melhores
insumos.
O registro automático das anomalias facilitará a etapa (C) do modelo PDCA. Na
melhoria continua, a correta identificação dos problemas e a discussão das reais
causas contribui de maneira direta para a tomada de decisão.
Com tudo isso, o fechamento do ciclo do PDCA, a etapa (A) das ações
corretivas é feito de maneira muito mais sólida.
59
6. CONCLUSÕES
O modelo obtido é muito útil e pode trazer muitos benefícios para a operação da
serra, atuando como um direcionador das decisões do operador. O modelo
apresenta um resultado de maneira muito rápida, e pode ser utilizado ao longo do
dia para realizar os ajustes necessários, à medida que novas informações chegam e
alterações de prioridades são feitas.
A postura crítica e a visão sistêmica do programador são indispensáveis e irão
realizar os ajustes necessários para que a resposta teórica do modelo possa ser
concretizada em uma programação factível e que propicie o melhor aproveitamento
dos recursos da serra.
Os sistemas de controle e de relatórios completam o sistema e auxiliam a atingir
a proposta do trabalho, que é propiciar o aumento da produtividade advindo de uma
redução na variabilidade da operação, do aumento da previsibilidade e da
consolidação e aplicação sistemática das melhores práticas.
Conseguiu-se assim insumos para a aplicação da melhoria contínua através do
método PDCA, mas é importante se ressaltar que o modelo matemático adotado
trata-se de um protótipo, uma primeira aproximação à busca de uma solução para o
complexo problema da programação da cremalheira.
Com a entrada em operação dos sistemas de suporte, teremos informações
disponíveis para a elaboração de outros modelos que não eram factíveis com as
informações que eram disponíveis no início deste trabalho. A aplicação de técnicas
mais avançadas e complexas conseguirão contemplar outras variáveis não
dominadas pelo modelo aqui proposto.
Devido a recente implantação, ainda não estão disponíveis dados suficientes
para comprovar de maneira palpável uma imediata melhoria do processo ou redução
de custos. Entretanto, a boa aceitação dos sistemas e o engajamento de toda a
equipe é um forte indicativo de que este trabalho irá se somar a diversos outros
60
esforços que estão sendo feitos para aumentar continuamente a produtividade do
sistema e se chegar as esperadas 65 viagens/dia.
Como última consideração deste trabalho deve-se ressaltar a necessidade de
sua continuidade. Hoje novos sistemas já estão sendo implantados, como a
identificação automática das locomotivas, que irá reduzir ainda mais o trabalho dos
operadores, no futuro a identificação dos vagões irá por fim definitivamente à
entrada de dados manual.
Um estudo mais aprofundado sobre técnicas de otimização, modelos e
algoritmos adequados deve ser realizado. Espera-se que após este primeiro passo,
vários outros sejam tomados para levar todo o sistema cremalheira ao seu máximo
de produtividade. Isso trará crescimento não só para a empresa, mas também para
o país.
61
BIBLIOGRAFIA
[1] SCHRIJVER, Alexander. Theory of Linear and Integer Programming. John Wiley and Sons. 1998
[2] HAY, William M. et al. Railroad Engineering. 2. ed. New York: John Wiley and Sons, 1982. 784 p. il. ISBN 0471364002.
[3] AGUIAR, Silvio Integração das Ferramentas da Qualidade ao PDCA e ao Programa Seis Sigma. Belo Horizonte. Editora de Desenvolvimento Gerencial, 2002. 234p, il. ISBN 85-86948-349
[4] RAGSDALE, Cliff. Spreadsheet Modeling and Decision Analysis. South-Western Educational Publishing. 3rd , 2000. ISBN 0324021224
[5] Cremalheira [online]. 2006. Disponível: http://pt.wikipedia.org/wiki/Cremalheira
[6] Allen Morrisson [online]. 2006. Disponível: http://www.tramz.com/index.html
[7] Transportadora de Correia de Longa Distancia – TCLD [online] MRS – 2006. Disponível http://www.mrs.com.br/tecnologia/correia.pdf
62
APÊNDICE I
Sub RESOLVER()
'15/5/2006 por Renato Oliveira
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Next
End Sub
63