OTIMIZAÇÃO DA PROGRAMAÇÃO DE PARADAS DE TABELAS EXP PARA REALIZAÇÃO DE MANUTENÇÃO NO PÁTIO DE FPK

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1 OTIMIZAÇÃO DA PROGRAMAÇÃO DE PARADAS DE TABELAS EXP PARA REALIZAÇÃO DE MANUTENÇÃO NO PÁTIO DE FPK

2 RESUMO Este trabalho tem por finalidade desenvolver um aplicativo, em ambiente Excel, que permita o provimento de soluções otimizadas de programação de intervenções de manutenção nas Tabelas EXP, no pátio de FPK, em Conselheiro Lafaiete, para fins de inspeção periódica e/ou recomposição de tabelas mediante substituição de vagões com restrições técnicas, a partir de parâmetros técnicos pré-estabelecidos, visando maximizar o grau de confiabilidade dessas composições com base no conceito de Tabela Ideal. A proposta deste estudo, portanto, é dotar as equipes responsáveis pela seleção das Tabelas EXP que deverão sofrer intervenção no pátio de FPK, com uma ferramenta de otimização, ágil e precisa, que as auxilie na tomada de decisão, não só quanto à agenda diária ideal de paradas de manutenção, mas também quanto à melhor utilização dos vagões disponíveis para substituição.

3 1. INTRODUÇÃO As ferrovias sempre se constituíram num dos principais fatores de modernidade desde seu aparecimento no século XIX, pois, ao encurtar as distâncias e facilitar as comunicações, alteraram profundamente as relações econômicas e sociais entre os povos (Setti, 2008). 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 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 veem 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). Como a maior parte da receita da empresa objeto deste trabalho provém dos trens com composição fechada de transporte de minério de ferro para exportação - as Tabelas EXP -, estes geralmente têm prioridade em relação às demais composições. Além disso, como a confiabilidade desses ativos se constitui em um dos principais fatores da produtividade da companhia, cabe aos programadores do PCM (Planejamento e Controle da Manutenção), órgão responsável pela sua manutenção, alocar, às Tabelas EXP, os vagões que apresentem o menor risco de falha, de forma a minimizar paralisações e acidentes. Para manter o grau de confiabilidade das Tabelas EXP que chegam ao pátio de FPK, em Conselheiro Lafaiete, torna-se necessária a substituição dos vagões avariados, ou com alta pontuação (índice que mensura as restrições técnicas de cada vagão), por vagões do pulmão (conjunto de vagões, com pontuação nula, disponível para substituição), para que a tabela possa prosseguir completa. Assim, conhecidas a pontuação de cada vagão, a situação de cada Tabela EXP e a disponibilidade de vagões do pulmão, cabe ao programador do PCM decidir: (a) quais tabelas deverão ser selecionadas para manutenção; e (b) quais vagões deverão ser substituídos. Além disso, como a oficina do pátio de FPK trabalha com foco no reparo de vagões dos tipos que serão necessários às Tabelas EXP, é fundamental que a agenda de chegada de tabelas e de substituição de vagões esteja disponível com o máximo de antecedência possível, para que haja pulmão suficiente para atender à demanda e, assim, garantir o nível de confiabilidade desejado. Com intuito de melhorar o grau de confiabilidade das Tabelas EXP, foi realizado um estudo de engenharia para mapear as principais restrições técnicas que comprometem essas composições e criados relatórios do sistema da manutenção com todas essas informações. É a partir desses relatórios que os programadores do PCM analisam de que forma e em quais tabelas deverão atuar prioritariamente. Portanto, os programadores do PCM precisam dispor de uma ferramenta de trabalho que possibilite não só a visualização clara e precisa das condições técnicas das Tabelas EXP e da respectiva previsão de chegada ao longo do dia, mas também o planejamento, da forma rápida, criteriosa, eficaz e padronizada, do agendamento ótimo de paradas de trens no pátio de FPK para inspeção e/ou substituição de vagões. A Figura 1 a seguir mostra dois trens com vagões de minério.

4 Figura 1: Trens com vagões de minério O escopo deste trabalho é, portanto, a partir das informações disponíveis no sistema da empresa, do conceito de Tabela Ideal adiante apresentado e dos critérios definidos pela engenharia para melhoria da confiabilidade das tabelas, oferecer aos programadores do PCM uma ferramenta que os auxilie na tomada de decisão, de forma antecipada e planejada, quanto à melhor agenda de manutenção para o dia. Este processo funciona conforme ilustrado na Figura 2 abaixo: Figura 2: Entradas e saídas do processo de programação Além disso, a ferramenta deverá possibilitar visualização gráfica de longo prazo dos impactos ocasionados na circulação/operação de trens vazios (sentido carregamento), causados pelas paradas no pátio de FPK, de forma a permitir que, a partir da identificação de possíveis gargalos (falta de pulmão, filas nas linhas de inspeção e de Programação de Atividades de Trens - PAT, congestionamento do pátio), o PCM possa articular com as áreas de Operação (CCO, PPCO e Estações), a oficina e o pátio de FPK, estratégias que minimizem as perdas de produtividade decorrentes dos transtornos causados à circulação de trens nos pontos de carga. 2. A TABELA IDEAL Muitos problemas operacionais, na gestão logística, surgem porque nem todos os impactos de decisões específicas, diretas e indiretas, são levados em consideração ao longo dos sistemas corporativos. É muito comum decisões tomadas em uma área ocasionarem, em outras, resultados não previstos (Christopher, 2007).

5 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). A produtividade do trabalhador do conhecimento quase sempre irá exigir que o trabalho em si seja reestruturado e tornado parte de um sistema (Drucker, 2001). Com isso, surgiu o conceito da Tabela Ideal, em julho de 2010, devido à necessidade de se ter composições operando com alto grau de confiabilidade e previsibilidade nos ciclos de carga e descarga, de forma a melhor atender às necessidades dos clientes internos e externos. O processo de implantação do conceito de Tabela Ideal vem sendo disseminado e coordenado pelo PCM (cuja missão é selecionar os melhores vagões para formar e controlar as Tabelas EXP da companhia), em conjunto com as áreas da Operação (PCO, CCO e estações), Oficinas de Manutenção e Engenharia. 2.1 Critérios Utilizados na Formação das Tabelas EXP Ao iniciar a formação de uma Tabela EXP devem ser observados os seguintes critérios: A composição deve possuir 134 vagões (tabelas com vagões GDT exportação); Verificar qual tipo de vagão compõe a tabela (130 toneladas/120 toneladas ou mista); Verificar a disponibilidade do pulmão correto para a tabela (vagão ideal); Verificar a pontuação global da tabela. A pontuação global de cada tabela é avaliada a partir da soma dos pontos atribuídos a cada um de seus vagões, conforme os critérios definidos pela engenharia apresentados a seguir: Agenda de Manutenção (Preventiva): somar 6 pontos para agenda vencida, mais 0,01 ponto/vagão, por dia de atraso; Agenda de Manutenção (Inspeção): somar 1 ponto para agenda vencida mais 0,01 ponto/vagão, por dia de atraso; Ocorrências de Tráfego: de acordo com o tipo será atribuído da seguinte forma: Railbam (detector de vibração em caixa de rolamento): somar 15 pontos. Shelling (imperfeições apresentadas na pista de rolamento da roda): somar 10 pontos quando for SEVERO; somar 6 pontos quando for MÉDIO; somar 3 pontos quando for LEVE. Wheel Flat (roda calejada): somar 1 ponto por roda, quando for 1; somar 0,75 ponto por roda, quando for 2 por vagão. Restrição (ocorrência que não impede o vagão de circular, mas restringe sua operação): somar 5 pontos se Isolado; somar 1 ponto para as demais. Reforço de Cauda (aparelhos de choque que sofreram reforço em sua estrutura): somar 5 pontos. Drenos (Saída de água da caixa do vagão posicionados corretamente): somar 8 pontos. HBD2 (Detector preventivo de alarme de tendência de problemas em rolamentos): somar 15 pontos.

6 A Figura 3 a seguir ilustra os critérios acima descritos e sua respectiva pontuação: Figura 3: Sistema para controle de pontuação de tabela As Tabelas EXP são classificadas de acordo com a sua pontuação global (calculada de acordo com os critérios acima definidos), conforme ilustrado no Quadro 1 a seguir: Cor Classificação Pontuação Global Verde Ouro 0 Azul Ideal 1 a 300 Amarelo Quase Ideal 301 a 800 Vermelho Crítica Acima de 800 Quadro 1: Classificação das Tabelas EXP 2.2 Fluxo das Responsabilidades no Processo de Formação das Tabelas EXP Figura 4: Fluxo do processo de formação das Tabelas EXP

7 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). Com base nos conceitos e critérios estudados, foi formulado um fluxo de processo de forma a estabelecer claramente as atribuições de cada área, conforme ilustrado na Figura 4 acima. 3. O ATUAL PROCESSO DE PROGRAMAÇÃO DE PARADAS DAS TABELAS EXP A cada dia, um programador do PCM fica responsável por verificar a situação dos trens que estão a retornar vazios, com o objetivo de selecionar e cadenciar as tabelas que deverão sofrer parada no pátio de FPK para inspeção periódica e/ou substituições de vagões com restrições técnicas. Para tanto, no começo de cada dia, o programador PCM importa e analisa planilhas do Sistema de Logística da empresa - Sislog, totalizando cerca de linhas de dados detalhados, contendo número de identificação, prefixo, localização, posição, pontuação, quantidade vagões etc., de cada uma das tabelas que passarão pelo pátio de FPK. De posse desses dados, o programador procura por oportunidades de troca de vagões entre as tabelas e o pulmão do pátio de FPK, com os objetivos de retirar de circulação vagões avariados, ou com restrição de isolamento elevada e de diminuir ao máximo a pontuação global das tabelas, com o mínimo possível de impacto na circulação de trens nos pontos de carga. Durante o dia de trabalho, o programador PCM precisa acessar periodicamente o Sislog e importar novas planilhas para verificar, trem a trem, se houve alguma alteração de situação ou dos horários previstos de chegada, que justifique rever o agendamento de paradas programado. Esse processo, porém, além de moroso e de restringir o conhecimento apenas aos indivíduos que nele atuam, é realizado de forma não padronizada, isto é, situações análogas ou semelhantes produzem ações diferenciadas, de acordo com a percepção de cada programador. 3.1 Melhoria no Processo Através da aplicação descrita no item 4 a seguir, os programadores terão à disposição uma ferramenta capaz de tratar rapidamente a massa de informações oriunda do Sislog, e calcular, de forma padronizada e de acordo com critérios pré-definidos, a solução ideal (otimizada) de quais Tabelas EXP deverão ter a parada para manutenção em FPK negociadas com o CCO. 4. A APLICAÇÃO Os cálculos estatísticos, já facilitados pelas calculadoras, ficaram ainda mais simples com a popularização dos computadores pessoais, que também permitem o armazenamento e o transporte dos resultados, em forma impressa ou não. Surgiram vários aplicativos específicos para se lidar com a estatística, mas um software destinado especificamente para este fim, a planilha eletrônica Excel, revelou-se um aplicativo computacional poderoso que permite cálculos estatísticos relativamente complexos (Lopes, 1999). O aplicativo objeto deste trabalho, criado no Microsoft Office Excel 2010, tem por finalidade auxiliar os programadores do PCM na tomada de decisões, a partir de critérios extraídos do conceito de Tabela Ideal e tendo como base de dados planilhas importadas dos sistemas EBS Oracle e Sislog. A Figura 5 a seguir ilustra uma das planilhas que compões essa base de dados, com mais de linhas de registros, gerada a partir da planilha Pontuação de Vagão na Tabela, importada do Sislog.

8 Figura 5: Tela Controle de Vagões em Tabelas A partir da base de dados gerada, as Tabelas EXP são apresentadas em ordem crescente do horário previsto de chegada em FPK, no período analisado, identificadas pelo número e pela cor de classificação de acordo com a respectiva pontuação global, e com as respectivas restrições técnicas de maior relevância, na forma de painel para facilitar a visualização (Figura 6). À esquerda desse painel (Figura 6), são informados os dados relativos à população de vagões em FPK, por tipo (Pátio, Pulmão, Oficina e Trem), o que permite uma clara visualização da disponibilidade imediata de vagões, bem como da possível evolução do pulmão durante o dia, ou seja, quantos vagões chegam à oficina, quantos entram na produção e quantos poderão vir a estar disponíveis em algum momento do dia. Figura 6: Tela Situação das Tabelas EXP

9 A partir da tela ilustrada na figura anterior, a aplicação gera a tela Agenda Otimizada de Parada de Tabelas EXP (Figura 7), a partir da qual o programador poderá, antecipadamente, negociar com o CCO a melhor decisão quanto às tabelas que deverão ser programadas para parar em FPK. Conforme a conveniência operacional do CCO, o programador poderá recalcular outros cenários através da combinação das funcionalidades Excluir Tabela e Excluir Vagão. Figura 7: Tela Agenda Otimizada de Parada de Tabelas EXP 5. O MODELO MATEMÁTICO A seguir é apresentado o algoritmo de análise de pontuação de tabelas e de vagões desenvolvido para servir de suporte à aplicação objeto do presente trabalho. 5.1 Objetivo Observadas as restrições operacionais e os critérios de decisão adiante formulados, o aperfeiçoamento procurado deverá resultar na minimização da quantidade de vagões selecionados para substituição, isto é, do agendamento de paradas de tabelas em FPK. 5.2 Atributos Especificados no Quadros 2 a seguir, representam as características técnicas, em ordem decrescente de relevância, para a avaliação da conveniência e/ou necessidade de se programar a parada de uma determinada Tabela EXP para substituição e/ou inspeção de um ou mais vagões. Atributos de Tabelas Atributos de Vagões Atributo Descrição Atributo Descrição Pontuação Avariado Condição de Avariado Pontuação % Isolado Pontuação de Restrição Pontuação global Pontuação global Pontuação % Agenda Vencida Pontuação Agenda Vencida Quadro 2: Atributos de Tabelas e de Vagões 5.3 Critérios de Decisão Relacionados no Quadro 3 a seguir, especificam as condições necessárias e suficientes para que a parada de uma Tabela EXP seja programada, bem como as respectivas ações a serem tomadas.

10 Critérios de Decisão Critério Descrição Requisito Ação 1 Tabela EXP com Parada obrigatória. Substituir todos os vagões na condição de "Avariado". 2 Tabela EXP com (% Substituir todos os vagões com Parada obrigatória. Isolado de referência) pontuação de "Restrição" = 5. 3 Tabela EXP com Disponibilidade de Substituir os vagões com maior (Pontuação limite de referência) vagões. pontuação até que. 4 Tabela EXP com (% Conveniência Executar conserva de inspeção de Agenda Vencida de referência) operacional. periódica. Quadro 3: Critérios de Decisão 5.4 Variáveis de Decisão Considerando como a i-ésima tabela do conjunto de Tabelas EXP a ser analisado, as variáveis de decisão e respectivas atribuições de valor são definidas como se segue: Variáveis de Decisão: = j-ésimo vagão de ; Tipo de Variável : binária => ; Atribuições de valor: é ignorada; é selecionada para manutenção. 5.5 Função Objetivo Considerando os objetivos, atributos e variáveis de decisão acima definidos, a Função Objetivo toma a seguinte forma: 5.6 Restrições A seguir formuladas, pressupõem que: (a) as tabelas estão organizadas em ordem crescente de chegada em FPK; e (b) as variáveis de decisão estão organizadas em ordem decrescente dos valores de seus respectivos atributos, isto é, da pontuação global dos vagões no âmbito de cada tabela Atendimento ao Critério de Decisão 1: Tabela EXP com Vagão Avariado A condição de Vagão Avariado é estabelecida pela atribuição de valores binários a se segue:, para vagões na condição de Avariado ;, demais casos. (1), como Como esse critério força a seleção dos vagões se, as inequações necessárias ao atendimento dessa condição, uma para cada vagão, tomam a seguinte forma: onde : valor do atributo referente ao vagão Atendimento ao Critério de Decisão 2: Tabela EXP com o atributo Analogamente à restrição anterior, a identificação dos vagões que deverão ser selecionados também é estabelecida mediante atribuição de valores binários a, como se segue:, para vagões com pontuação de Restrição 5;, demais casos. (2)

11 Como esse critério também força a seleção dos vagões se, as inequações necessárias ao atendimento dessa condição, uma para cada vagão, tomam a seguinte forma: onde : valor do atributo referente ao vagão Atendimento ao Critério de Decisão 3: Tabela EXP com o atributo Neste caso, é necessário combinar o atendimento simultâneo às seguintes condições: (a) substituir os vagões com pontuação > 0 até que ; e (b) dentre os vagões com pontuação > 0, selecionar aqueles com maior pontuação. As inequações para atendimento à condição (a), uma para cada tabela forma: onde : pontuação global do vagão ; : pontuação global da tabela. : pontuação de referência; (3), tomam a seguinte Considerando a ordenação decrescente dos valores de e a necessidade de introdução de um fator que anule conflitos com as inequações (2) e (3), as inequações para atendimento da condição (b), uma para cada par de vagões,, tomam a seguinte forma: onde : pontuação global do vagão ; : pontuação global do vagão ; : valor do atributo referente ao vagão. : valor do atributo referente ao vagão Atendimento ao Critério de Decisão 4: Tabela EXP com o atributo Neste caso, como não há a necessidade de previsão de substituição de vagões, isto é, de comprometimento do pulmão de FPK, o modelo não requer tratamento matemático específico. A aplicação apenas alerta o programador do PCM quanto às tabelas elegíveis para inspeção periódica, cabendo ao CCO a determinação final da conveniência, ou não, da parada em FPK Restrição de Disponibilidade de Vagões Neste caso, a quantidade máxima de vagões selecionados por quaisquer critérios, deve ser limitada à quantidade de vagões disponíveis para substituição no pátio de FPK. Como decorrência, a inequação para atendimento desta condição toma a seguinte forma: onde : quantidade de vagões disponíveis para substituição (pulmão) em FPK. Caso a demanda máxima esperada de vagões seja >, as inequações (4) são anuladas, em ordem decrescente do horário de chegada das tabelas, até que a inequação (6) seja satisfeita, e o programador é alertado de que o pulmão de FPK não é suficiente para atender à demanda (Ver Apêndice Simulação do Modelo Matemático, ao final do trabalho). (4) (5) (6)

12 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir do presente estudo, verifica-se que a utilização das técnicas de Manutenção Centrada em Confiabilidade definidas pela engenharia para aplicação no processo, aliadas às técnicas de otimização, permite considerável melhoria das condições de confiabilidade das Tabelas EXP. Também em relação a custos haverá expressivo retorno para a empresa, na medida em que a otimização e a padronização do processo de agendamento reduzirá o índice de parada de tabelas e, por extensão, de interferências danosas à circulação das composições, oferecendo resultados mais consistentes com o trabalho executado pelos programadores PCM. Apesar de ainda pouco disseminado no setor ferroviário, observa-se que aplicativos desenvolvidos em ferramentas acessíveis aos usuários podem, a baixo custo, trazer resultados satisfatórios para a empresa, bem como servir de base para o desenvolvimento de soluções amigáveis para processos complexos. Apesar de suas limitações, o Microsoft Excel 2010 demonstrou ter as condições necessárias e suficientes para gerar os resultados esperados. Além de universalmente conhecida e acessível a todos os envolvidos no processo, é uma ferramenta que permite a criação e a manutenção, forma ágil, de aplicações totalmente integradas com os demais recursos da plataforma Office. Embora ainda em fase de desenvolvimento, o protótipo da ferramenta já apresenta resultados satisfatórios no tratamento do processo estudado. Quando concluída, espera-se que seja amplamente utilizada no processo de programação de parada de trens. Finalizando, embora este trabalho represente um estudo de caso, acredita-se que a metodologia de otimização aqui proposta possa ser utilizada em qualquer processo semelhante de programação de paradas de manutenção de ativos rodantes ferroviários. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Christopher, Martin (2007). Logística e Gerenciamento da Cadeia de Suprimentos (2 a ed.). Thomson Learning, São Paulo. Drucker, P. (2001). Desafios Gerenciais para o Século XXI. Pioneira Thomson Learning, São Paulo. 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. Lopes, P. A (1999). Probabilidades e Estatística. Reichmann & Affonso Editores, Rio de Janeiro. McFedries, P. (2005). Fórmulas e Funções com o Microsoft Excel. Editora Ciência Moderna Ltda, Rio de Janeiro. 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.

13 Apêndice - Simulação do Modelo Matemático Dada a limitação de espaço, a seguir são apresentadas apenas as telas mais representativas dos resultados de uma simulação, em escala, do modelo matemático formulado no item 5, calculado através da ferramenta Solver, para uma situação de 3 tabelas, com 10 vagões cada uma: 1. Tela de Parâmetros do Solver (Figura 8) Figura 8: Tela de Parâmetros do Solver 2. Variáveis de Decisão e Parâmetros de Restrição (Figura 9) Figura 9: Variáveis de Decisão e Parâmetros de Restrição

14 3. Critério de Decisão 1: Tabela EXP com Vagão Avariado (Figura 10) Figura 10: Critério de Decisão 1: Tabela EXP com Vagão Avariado 4. Critério de Decisão 3: Tabelas com Pontuação Global Elevada (Figura 11) Figura 11: Critério de Decisão 3: Tabelas com Pontuação Global Elevada A desvantagem da programação linear e da não linear é que a solução manual de um problema simples é complicada, antiga e gastadora de tempo nos negócios. Em outras palavras, é um trabalho perfeito para ser dado a um computador. O Solver é um programa de otimização sofisticado, que permite encontrar as soluções de problemas complexos que, de outra forma, exigiriam uma análise matemática de alto nível (McFedries, 2005).... o...