OTIMIZAÇÃO DO PLANEJAMENTO E CONTROLE DA USINAGEM DE RODEIROS DE LOCOMOTIVAS

Transcrição

1 OTIMIZAÇÃO DO PLANEJAMENTO E CONTROLE DA USINAGEM DE RODEIROS DE LOCOMOTIVAS

2 RESUMO Atualmente, a preocupação com custos é fundamental em todos os processos, e na ferrovia, um dos principais está relacionado ao desgaste de rodeiros. Devido a isso, estudou-se o atual processo de gestão do planejamento e controle da usinagem de rodeiros de locomotivas em uma fresadora subterrânea Kawasaki, que utiliza atualmente como perfil, o padrão AAR-1B e demais processos associados, buscando-se ganhos de produtividade. Com isso, iniciou-se uma pesquisa para criação de uma metodologia para otimizar a programação do envio de locomotivas para fresamento, bem como a aplicação prática do conceito do Sulco Testemunha no processo. Observou-se que deixando o Sulco Testemunha no friso da roda obtém-se uma redução de custos de aproximadamente 20% e aumento da disponibilidade do ativo. O presente trabalho indica esta metodologia utilizada para planejamento e controle de locomotivas para usinagem, bem como, os ganhos obtidos com a adoção do sulco testemunha em um período de análise de 1 ano.

3 1. INTRODUÇÃO O modal ferroviário no Brasil se caracteriza pelo transporte de grandes volumes de produtos com baixo valor agregado, de modo que as empresas ferroviárias visam a eficiência operacional para alcançar resultados financeiros satisfatórios ao mesmo tempo em que precisam atender às necessidades dos embarcadores (Leal Junior et al., 2010). Quando os gerentes se vêem diante de uma situação na qual uma decisão deve ser tomada entre uma série de alternativas conflitantes e concorrentes, duas opções básicas se apresentam: (1) usar apenas a intuição gerencial; e (2) realizar um processo de modelagem da situação e exaustivas simulações dos mais diversos cenários, de maneira a estudar mais profundamente o problema (Lachtermacher, 2009). A Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC) é um processo alternativo de manutenção que é utilizado para definir a abordagem mais efetiva para a manutenção visando aumentar a operacionalidade dos equipamentos, melhorar a segurança e reduzir os custos de manutenção (ReliaSoftBrasil, 2010). Embora, aparentemente, o reparo ou substituição de componentes avariados possa parecer rápido, numa análise global verifica-se ser esta uma concepção falsa, pois geralmente uma avaria perturba a homogeneidade dos equipamentos, cujos vestígios se desenvolvem, acarretando outras necessidades de intervenção e, no cômputo total, o somatório de tempo de indisponibilidade é maior do que aquele que seria necessário para um exame completo do equipamento quando da primeira intervenção (Tavares, 1996). Um processo pode ser definido, de forma sucinta, como um conjunto de causas que têm como objetivo produzir um determinado efeito, o qual é denominado produto do processo. Um processo pode ser dividido em uma família de causas: insumos, equipamentos, informações do processo ou medidas, condições ambientais, pessoas e métodos ou procedimentos (Werkema, 2006). No atual mercado globalizado, a redução de custo em qualquer processo é essencial para se manter a competitividade das organizações. O atual cenário econômico, onde a ferrovia brasileira se encontra em franco crescimento, promovendo competitividade acirrada no mercado, vê-se a necessidade de otimizar os processos e técnicas de manutenção, de forma que se possa aumentar a confiabilidade e a vida útil dos ativos e componentes ferroviários. Além disso, devido à degradação que a indústria de componentes ferroviários passou nos últimos anos, gerando quase sua extinção, há dificuldade de se obter alguns componentes de reposição. Nesta linha de análise identificou-se que, com uma gestão adequada do desgaste dos rodeiros de uma frota de locomotivas e com a aplicação de uma nova prática em um processo de usinagem de rodeiros de locomotivas, aumenta-se a vida útil dos mesmos em cerca de 20%, obtendo-se ganho nesta mesma proporção na disponibilização do ativo para a operação. O contato roda-trilho, característica de sistemas ferroviários, vem sofrendo constantes evoluções e aprimoramentos em função das melhores tecnologias dos veículos e da via permanente, das condições operacionais mais exigentes e seguras e da necessidade de redução dos custos de manutenção. Neste sentido, alguns fatores que devem ser considerados para a obtenção de maior eficiência do transporte ferroviário estão diretamente ligados às características do contato roda-trilho: velocidade de operação, carga por eixo, segurança contra o descarrilamento e desgaste do trilho e da roda. A velocidade da operação tem correspondência com a estabilidade dinâmica do veículo; a carga por eixo está ligada à área de contato entre roda e trilho; a segurança contra o descarrilamento se relaciona com o ângulo de contato; e o desgaste é normalmente influenciado pelas características metalúrgicas e de dureza dos elementos, pelas cargas térmicas e mecânicas inerentes à operação ferroviária, assim

4 como pelo perfil da roda e do trilho. Dentre os fatores citados anteriormente, o presente trabalho destacará o desgaste das rodas do material rodante ferroviário e suas conseqüências sobre o veículo e fatores de otimização deste processo. Será apresentado um estudo de caso aplicado em uma grande empresa do setor ferroviário, redundando em redução de custos pela utilização do processo de usinagem denominado Sulco Testemunha e uma forma otimizada de planejamento de locomotivas para usinagem. 2. CONTATO ENTRE A RODA E O TRILHO O contato entre a roda e o trilho é o responsável por um dos principais custos nas operações ferroviárias, pois trilhos e rodas, desgastados além de suas tolerâncias de segurança, podem implicar em riscos operacionais para os ativos que circulam em uma malha ferroviária. Como os custos de reposição destes componentes, são de alto valor em um mercado, com uma demanda cada vez maior, todo projeto que aumente a sua vida útil, são de suma importância para garantir a operação ferroviária mais sadia, com redução dos custos e aumento da disponibilidade do material rodante para a operação Fresadora Subterrânea de Rodas É utilizada para restaurar, de forma eficientemente, os contornos desgastados das superfícies de rolamento das rodas dos veículos ferroviários, a fim de restabelecer o perfil normal (reperfilamento), sem necessidade de desmontagem do veículo (Figura 1) Principais Motivos de Reperfilamento Figura 1: Fresadora Kawasaki Desgaste da espessura do friso Para locomotivas de carga se adotam dois parâmetros para usinagem por espessura de friso: quando o friso atinge a espessura de rejeito e um segundo, denominado, espessura econômica, sendo esta última a mais recomendada por trazer outros ganhos ao processo de usinagem. As Figuras 2 e 3, identificam os principais pontos de medição do rodeiro e onde se localiza o Sulco Testemunha. SULCO TESTEMUNHA FRISO PERFIL GASTO PISTA DE ROLAGEM PERFIL NOVO AAR STEEL WHEEL GAGE BANDAGEM RODEIRO Figura 2: Pontos de Medição do Rodeio

5 Figura 3: Medição de rodeio com o AAR Steel Weed Gage Na Figura 4, observa-se um rodeiro com friso fino, necessitando usinagem para refazer o friso. Figura 4: Rodeiro com friso fino Desgaste da pista causando friso alto O friso alto ocorre quando o mesmo atinge medida igual ou superior a 1 1/2" de altura, verificado com o gabarito AAR Steel Wheel Gage (Figura 5). Esta imperfeição no perfil se dá devido ao desgaste da pista de rolagem, devido a circulação em trecho com poucas curvas. Com isso, o reperfilamento se faz necessário. Figura 5: Medição da altura do friso Desgaste pelo arraste da pista de rolamento Arrastes causam calos e/ou crostas nas pistas de rolamento dos rodeiros. Na Figura 6, podem-se observar estas anomalias na pista.

6 Figura 6: Calo e Crosta na pista de rolamento da roda 3. OTIMIZAÇÃO DO PLANEJAMENTO E CONTROLE DE RODEIROS EM UMA FROTA DE LOCOMOTIVAS Este processo deverá ser o alicerce para que toda a otimização ocorra de forma adequada. O momento certo da usinagem, inversão e/ou substituição, são fundamentais para a economia esperada. Para isso, deve-se ter conhecimento de alguns parâmetros básicos, para definição destas três fases: medidas de rejeito de bandagem e friso, medidas de quantidade retirada de material no diâmetro da roda para refazer o friso e todas as medidas atuais dos rodeiros da frota. Para que se possa obter estas medições com confiabilidade, a empresa deverá dispor de ferramentas e processos que viabilizem tal processo. As medições dos rodeiros em oficinas, quando da manutenção dos ativos, são fundamentais para a atualização das mesmas. O imput destas medições em um sistema informatizado unificado, que possua recursos de extração via relatórios, também são de suma importância para a análise e decisão dos ativos que deverão sofrer intervenção. Na figura 7 abaixo, observa-se um sistema de extração de relatórios, denominado discoverer plus, da Oracle, o qual possibilita tal recurso para que os analistas possam ter as medições e tomar as decisões. Figura 7: Relatório discoverer para retirada das medições dos rodeiros do sistema Oracle

7 3.1. Medidas de rejeição para rodeiros de locomotivas de carga De acordo com padrões adotados nesta empresa ferroviária, as medidas de rejeito atualmente para rodeiros de locomotivas de carga, estão indicadas na Tabela 1, abaixo: Tabela 1: Medidas de rejeito de rodeiros Medição de Rejeito Polegadas Milímetros Bandagem 1" 25,4 Friso 13/16" 20,6 Altura do friso 1 ½ 38,1 Ao ser constatado via relatórios do sistema ou no momento de medição do rodeiro em oficina, no caso da bandagem estar no rejeito, o rodeiro deverá ser substituído imediatamente e nos casos de friso fino, alto ou calo, deve-se avaliar a possibilidade de substituição do mesmo ou envio para usinagem até a oficina responsável, seguindo o devido procedimento operacional de segurança para circulação Gestão do envio das locomotivas para usinagem Adotando o Conceito do Sulco Testemunha, para a reconstituição do friso, é necessário a retirada de material no diâmetro da roda, em torno de 3 mm para aumentar a espessura em 1 mm do friso, exemplo: para refazer um friso de 24 mm de espessura (econômico), é necessária a retirada de aproximadamente 20 mm no diâmetro para aumentar sua espessura para 31 mm. Sempre que se faz o planejamento da usinagem, estes parâmetros devem ser levados em consideração para que a locomotiva não vá desnecessariamente à fresadora. Simulando a gestão de uma frota com 100 locomotivas para se planejar a usinagem no momento certo, é necessário separar as críticas, com friso fino e de fresamento econômico. Pode-se proceder da seguinte forma: 1º - Obtêm-se via relatório do sistema, as medidas de todas as locomotivas; 2º - Seleciona-se as locomotivas com bandagem suficiente para usinagem e com medidas de friso menor que 24 mm, consideradas com friso fino (Atenção, caso haja locomotivas com frisos no rejeito, deve-se proceder com a substituição do mesmo ou se houver medida para usinagem, providenciar envio para devida oficina atendendo a procedimento operacional de segurança para circulação); 3º - Seleciona-se as com friso econômico, maior ou igual a 24 mm; 4º - Nas locomotivas com friso fino separa-se para vir primeiro as com menor friso e menor bandagem (observar bandagem suficiente para usinagem), fazendo com que fiquem em ordem de prioridade (crítica se for o caso ou friso fino); 5º - Nas de usinagem econômica, separa-se também, para virem primeiro as de menor friso e bandagem (observar bandagem suficiente para usinagem), fazendo com que fiquem em ordem de prioridade; 6º - Também é necessário priorizar as com calo e friso alto, colocando-as também prioritariamente na programação de usinagem e verificando procedimento operacional adequado de segurança para circulação até a oficina Inversão de rodeiros O foco da inversão de rodeiros é economizar na retirada de material durante as usinagens, uma vez que, é necessário se manter um padrão de tolerâncias entre as posições dos rodeiros na locomotiva e existe uma tendência de maior desgaste de frisos nas posições guia. Mais adiante, será explicado com mais detalhes este processo, que aliado ao do Sulco Testemunha, se obtém uma economia estimada de 20% nas vidas dos rodeiros. Abaixo na Figura 8, está identificado em uma locomotiva de 6 eixos, a seqüência numérica das posições dos rodeiros.

8 Rod. 1 Rod. 2 Rod. 3 Rod. 4 Rod. 5 Rod. 6 Figura 8: Seqüência numérica das posições de rodeiros em locomotiva de 6 eixos 4. ESTUDO DE CASO Através de pesquisas sobre o gabarito AAR Steel Weel Gage, identificou-se o conceito da medição do Sulco Testemunha. O mesmo comprova que durante a usinagem, não foi retirado material além do necessário, para se refazer o perfil desgastado do friso. O mesmo é avaliado conforme a Figura 9 abaixo, através de duas medições (Profundidade e Altura), que são de essencial importância para garantir que as dimensões de segurança operacional sejam preservadas. Tolerâncias: Figura 9: Medição da Profundidade e Altura do Sulco Na prática, no processo de usinagem anteriormente adotado por esta empresa, o mesmo realizava a retirada de material até se refazer por completo o perfil do friso (Figura 10). Agora, é realizado de forma a garantir, dentro das tolerâncias do Sulco Testemunha, que somente seja retirado o material necessário para se refazer o friso, de forma que o rodeiro possa circular com segurança. Com a implementação do Sulco Testemunha ao processo de usinagem, retira-se menos material, aproximadamente 4 mm no diâmetro por rodeiro usinado, o que impacta positivamente também em menos material retirado quando é necessário respeitar as tolerâncias de equalização entre os rodeiros da locomotiva. Foi comparado o processo anterior com o atual e adotando o Sulco Testemunha estima-se uma economia na retirada de material de cerca de 20% para se refazer o friso com confiabilidade para a circulação das locomotivas (Figura 11). Figura 10: Roda sem Sulco Testemunha

9 Figura 11: Roda com Sulco Testemunha Além de se retirar menos material, os estudos indicaram também ganhos em locomotivas com rodeiros na última vida, onde, se fosse considerado o processo anterior, haveria a necessidade da troca dos rodeiros, além de obter-se mais uma sobrevida aos rodeiros. Com a adoção da prática do Sulco testemunha ao processo, já se evitou a substituição prematura de rodeiros de locomotivas, bem como uma maior disponibilização das mesmas para a operação, otimizando todo o processo ferroviário. Abaixo o perfil AAR-1B (Figura 12) utilizado atualmente pela fresadora, bem como sua ferramenta de corte atual (Figura 13). Figura 12: Perfil AAR 1B Figura 13: Ferramenta de Corte da Fresadora O processo do adoção do Sulco testemunha teve seu início em jan/10. Analisando os dados em relação aos anos de 2009 e 2010, percebe-se que apesar de no início de 2010 os ganhos em tempo não se apresentarem tão expressivos, devido a necessidade de adaptação ao processo, a partir de março/10, os ganhos começam a aparecer de forma mais abrangente. De uma forma geral, relacionando os dados entre os anos, obteve-se 23,8 % de redução na média de horas de atendimento das locomotivas e se retirou em média 21% menos material em relação ao ano de Estas reduções refletem diretamente nos indicadores de disponibilidade das locomotivas, na sua melhoria, pela entrega ser mais rápida e

10 economia de rodeiros, devido ao aumento na vida útil dos rodeiros. A tabela 2 abaixo, trás os dados colhidos nos anos de 2009 e 2010 e mais a frente, a Figura 14, relaciona os ganhos com a aplicação do sulco testemunha neste período de análise de 2 anos. Tabela 2: Base de dados de análise 2009 / 2010 Base de Dados jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Média h atend :26 12:05 13:45 17:41 17:43 14:06 16:15 16:53 16:56 17:50 17:42 15:40 Média corte mm ,7 20,1 19,9 20,6 21,6 21,0 23,7 23,0 23,1 23,8 23,2 20,9 Média h atend :23 12:13 12:57 12:00 12:34 13:27 13:10 12:30 10:53 10:36 11:28 9:51 Média corte mm ,4 17,7 16,8 16,9 18,0 18,8 18,6 17,6 18,3 17,1 17,6 12,1 Figura 14: Evolução anual com aplicação do Sulco Testemunha Na tabela 3, podemos observar a simulação do desgaste de rodeiros em uma locomotiva GE, onde a vida útil estimada do jogo de rodeiros é de aproximadamente 34 meses até atingir rejeito. Tabela 3: Simulação de desgaste de rodeios em uma locomotiva GE sem Sulco Testemunha EXEMPLO CASE 1 - LOCOMOTIVA GE Posição Rodeiro Diâmetro Novo Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem ( meses) Friso Reperfilado Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (8 meses) Friso Reperfilado Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (8 meses + 8 meses até atinigir rejeito) Friso Reperfilado REJEITO COM APROX. 34 MESES DE UTILIZAÇÃO Na tabela 4, aplicando a prática do Sulco Testemunha, podemos observar a simulação do desgaste de rodeiros em uma locomotiva GE, onde a vida útil estimada do jogo de rodeiros foi aumentada em

11 aproximadamente 20%, economizando 4 mm por usinagem e após a 3ª usinagem, invertendo-se os rodeiros 1 com o 2 e 4 com o 5, conseguimos mais uma usinagem devido à economia nas outras vidas, aumentando-se a vida útil do jogo para aproximadamente 43 meses, até atingir rejeito. Tabela 4: Simulação de desgaste de rodeios em uma locomotiva GE com Sulco Testemunha EXEMPLO CASE 2 - LOCOMOTIVA GE Posição Rodeiro Diâmetro Novo Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (10 meses) Friso Reperfilado Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (8 meses) Friso Reperfilado Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (8 meses) Friso Reperfilado INVERSÃO DOS RODS. 1 COM O 2 E 4 COM O 5 APÓS FRESA Diâmetro p/ Usinagem Material Retirado ª Usinagem (8 meses + 9 meses até atingir rejeito) Sobrevida do rodeiro REJEITO COM APROX. 43 MESES DE UTILIZAÇÃO Simulando esta economia em uma frota de 100 locomotivas, com preço fictício por rodeiro de aproximadamente R$ 5.000,00, teremos: 100 Locos x 6 rods. x R$ por rodeiro = R$ por ciclo de vida Com Sulco Testemunha: / 3,6 ano = por ano Sem Sulco Testemunha: / 2,8 ano = por ano Economia estimada para esta frota: = R$ por ano O investimento pode ser calculado em torno de R$ 91,00, que equivale a 8 h de treinamento, para um técnico que ganha em torno de R$ 2.000,00 por mês, para um dia de treinamento. Este tempo é suficiente para treinar com eficiência uma equipe sobre o processo de usinagem com o Sulco Testemunha. Conforme apresentado no estudo de casos, percebe-se a vital importância da aplicação de técnicas como esta, para a redução dos custos ferroviários, aumento a disponibilidade de ativos e a competitividade com outros modais de transporte, otimizando vários processos ferroviários envolvendo locomotivas.

12 5. CONCLUSÕES O trabalho possibilitou visualizar grandes oportunidades de melhoria neste processo. Observar-se que o retorno quantitativo e qualitativo é enorme se comparado com o investimento necessário. O Planejamento e Controle da Manutenção eficaz da gestão dos rodeiros, são essenciais para que haja o retorno esperado para o processo. A atualização das medições de rodeiros pelas oficinas, durante as manutenções realizadas são fundamentais ao processo de planejamento. A informação confiável sobre as medições dos rodeiros, disponibilizadas em um sistema informatizado único, que tenha ferramentas adequadas para sua a extração, é ponto chave para se obter sucesso e otimizar o processo. Tanto o fresamento no momento certo, quanto a inversão dos rodeios, buscando se manter sempre os rodeiros de maior diâmetro nas posições guia de maior desgaste, se constituem como recurso de otimização do processo, uma vez que será retirado menos material nestes casos para equalização entre rodeiros. Observa-se também, que toda otimização de processo é válida e pode impactar em redução de custos. A adoção do sulco testemunha na usinagem de rodeiros de locomotivas, aliada a um controle de inversão de rodas no momento certo, se mostra uma ferramenta essencial para que as ferrovias reduzam seu custo operacional, bem como otimizem a disponibilidade de seus ativos. Através destas melhorias, poderão produzir mais e buscar atender a crescente demanda existente para este modal de transporte, essencial para o desenvolvimento do país. 6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem as sugestões recebidas de diversos colegas, que permitiram aprimorar o texto e eliminar diversas inconsistências. À empresa, fonte deste estudo, que disponibilizou os recursos necessários para implementação deste projeto. Aos professores envolvidos, pelo apoio e orientação durante este estudo. 7. REFERÊNCIAS Branco, José Eduardo S. Castello. ANTF, Indicadores da Qualidade e Desempenho de Ferrovias (Carga e Passageiros). 1998, 128 p. MRS Logística S.A. < Acesso em: 25 set RAILROADS, Association of American. Manual of standards and Recommended Practices. Printed in U.S.A., RFFSA, Divisão de Mecânica. Limites de rejeição e de torneamento de frisos e limites de rejeição de aro de rodas de aço forjado e laminado RFFSA, Departamento de Material Rodante. Gabarito de Rodas RFFSA, Superintendência de Engenharia, Depart. Mecânica. Instruções Relativas a Rodas AAR. Association of American Railroads. Manual of Standards and Recommended practices. Transportation Technology Center, Inc.. Washington D.C Lachtermacher, Gerson (2009). Pesquisa Operacional na Tomada de Decisões. Pearson Prentice Hall, São Paulo. Leal, J, I.; Garcia, P. e Teodoro, P. Avaliação do desempenho das ferrovias brasileiras sob a ótica do embarcador e do operador. Anais do XXIV Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes, ANPET, Salvador. ReliaSoftBrasil (2010). Treinamento: Manutenção Centrada em Confiabilidade. Rio de Janeiro. Tavares, L. A. (1996). Excelência na Manutenção: Estratégias, Otimização e Gerenciamento (2 a ed.). Casa da Qualidade, Salvador. Werkema, M. C. C. (2006) Ferramentas Estatísticas Básicas para o gerenciamento de processos (1 a ed.). Werkema, Minas Gerais.