Otimização do sistema de alarmes em uma planta química utilizando conceitos de Lean e Six Sigma

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena CYNTHIA FERREIRA ALVES Otimização do sistema de alarmes em uma planta química utilizando conceitos de Lean e Six Sigma Lorena 2013

2 CYNTHIA FERREIRA ALVES Otimização do sistema de alarmes em uma planta química utilizando conceitos de Lean e Six Sigma Monografia apresentada como requisito parcial para a conclusão de Graduação do Curso de Engenharia Química. Orientador: Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira Co-Orientadora: Eng. Msc. Daniela Revez dos Santos Lorena 2013

3 DEDICATÓRIA À Zélia, João e Grazielly pela força e paciência, e ao Guilherme pelo amor e conforto.

4 EPÍGRAFE O trabalho poupa-nos de três grandes males: tédio, vício e necessidade. (Voltaire)

5 AGRADECIMENTOS À Deus pela oportunidade de viver a cada dia a experiência incrível da sua obra. À minha família: minha mãe, Zélia, pelo amor, cuidados e pela confiança em mim depositada, meu pai, João, que do seu jeito soube me ensinar o que é certo e me deu condições de chegar até aqui e a minha irmã, Grazielly, pelo amor e preocupação sempre. Amo vocês! Só vocês sabem o que foi chegar viva aqui. Ao meu namorado, Guilherme, pela paciência, amor, carinho, amizade e toda a preocupação com meu bem estar e com o nosso futuro. Obrigada por ser meu porto seguro em todos os momentos e ter me ajudado tanto nessa reta final. Aos meus amigos: Gislaine, Gleison, Renata, Jérika, Maristela, Karen, Regina, Priscila, Francine, Criança, Karina, Elaine, Thiago, Helton, Caju, Fii, Mariana Demarchi, David da van,tiemi, Wojtyla, Karol, Thaís, Fernanda, Letuza, Leônidas, Ane, Rosiane, Alex, Orlando e George, pela amizade na alegria e na tristeza, na saúde e na doença. Aos que sempre entenderam as minhas ausências. Só se tem saudade do que é bom, se chorei de saudade não foi por fraqueza, foi porque amei. E se eu amei, quem vai me condenar? Se eu chorei, quem vai me criticar? Só quem não amou, quem não chorou; quem se esqueceu que é um ser humano; quem não viveu, quem não sofreu, só quem já morreu... E se esqueceu de deitar A todos os meus amigos de estágio da Nestlé e Monsanto que me ensinam muito. Em especial à Daniela que aceitou co-orientar esse trabalho. Obrigada pela confiança, paciência e amizade desde o início, no qual foi fundamental para meu aprendizado até aqui. Ao meu orientador, professor Félix, por ter aceitado essa orientação e principalmente pela paciência nos meus s desesperados. E por fim, a todos os meus professores (Escola Pedro Mazza, Colégio Olavo Bilac, Colégio COC e EEL) e principalmente àqueles que souberam deixar sua marca especial ao longo dos anos.

6 RESUMO Alves, C. F. Otimização do sistema de alarmes em uma planta química utilizando conceitos de Lean e Six Sigma f. Projeto de Monografia (Graduação) Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, Gerenciamento de alarmes é uma ferramenta que é utilizada para gerenciar uma das camadas de proteção de plantas industriais que são os alarmes. Estes além de servirem para integridade física da planta também são uma forma de proteção ao sistema produtivo, garantindo que uma produção seja executada dentro do planejado. O sistema de gerenciamento consiste de um roteiro que o operador de uma planta química segue quando alarmes são acionados durante o dia-a-dia. Neste trabalho, foi estudada a otimização do sistema de alarmes de uma planta química voltada à produção de herbicidas, e para tal otimização foram utilizados conceitos de Lean e Six Sigma para garantir a qualidade dos resultados bem como o looping de melhoria contínua previsto na metodologia DMAIC. Como principais resultados desse trabalho foram: uma nova lista de alarmes coerente a situação atual do processo da planta química envolvendo a definição de cada alarme, limites, prioridades e ações a serem executadas pela operação, e a padronização na forma de avaliação dos alarmes por meio de reuniões com os engenheiros de produção, elétrica, mecânica e automação. Palavras chave: Gerenciamento de alarmes, Lean, DMAIC e Six Sigma

7 ABSTRACT Alves, C. F. Optimization of the alarm system in a chemical plant using concepts of Lean and Six Sigma f. Project of monograph (Undergraduate) - School of Engineering of Lorena, University of São Paulo, Lorena, Alarm Management is a tool that is used to manage one of the layers of protection in industrial plants that are alarms. These serve to physical integrity of the plant and also it's a form of protection for the productive system, ensuring that the production will be executed on schedule. The management system is a script that the operator of a chemical plant follows when alarms are triggered during the day by day. In this work, we studied the optimization of the alarm system in a plant dedicated for production of chemical herbicides, for this propose some concepts of Lean and Six Sigma used to ensure quality of results, as the continuous improvement loop provided in DMAIC. As a results of this work were: a new alarm list coherent to the current status of the plant's process will be created, involving setting limits, priorities and actions to be performed by the operation and standardization in the evaluation of alarms through meetings with manufacturing engineers, electrical, mechanical and automation. Keywords: Alarm Management, Lean, Six Sigma and DMAIC

8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Requisitos para um alarme eficaz Tabela 2 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em operação normal Tabela 3 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em parada de planta Tabela 4 - Configuração para o alarme de temperatura do reator Tabela 5 - Configuração para o alarme de corrente elétrica da bomba de transferência de matéria prima para o reator Tabela 6 - Configuração para o alarme do Indicador de emissão do produto C* para atmosfera via Scrubber

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Camadas de proteção para evitar acidentes adaptado de BOLLINGER et al (1996) Figura 2 - Sistema de Alarmes (ANSI/ISA )... Erro! Indicador não definido. Figura 3 - Evolução do número de alarmes configurados por operador. Fonte: The Alarm Management Handbook: A Comprehensive Guide (2006) Figura 4 - Etapas recomendadas pela EEMUA para gerenciamento dos alarmes. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999) Figura 5 - Fluxo proposto para definir a necessidade do alarme. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999) Figura 6 - Prioridade dos alarmes recomendada pela EEMUA. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999) Figura 7 - Ciclo DMAIC detalhado. Fonte: WERKEMA (2004) Figura 8 - Exemplo de um Diagrama de Ishikawa. Fonte: 37 Figura 9 - Exemplo de um Diagrama de Pareto. Fonte: 38 Figura 10 - Esquema de uma arquitetura de Hardware de automação. Fonte: SANTOS (2011) Figura 11 - Fluxograma analítico para otimização dos alarmes proposto por SANTOS (2011) Figura 12 - Cronograma proposto para o projeto utilizando a filosofia DMAIC... 46

10 Figura 13 - Adaptação do fluxograma da Figura 11, dentro da metodologia DMAIC Figura 14 - Categoria de alarmes configurados no sistema Figura 15 - Pareto da incidência de alarmes do mês de abril por tipo de alarme. 49 Figura 16 - Categoria média do número de alarmes no período Figura 17 - Principais ocorrências de alarmes em Março/12. Fonte: Logmate. 52 Figura 18 - Sipoc para o sistema de alarmes desta planta Figura 19 - Diagrama de Ishikawa para o número excessivo de alarmes dessa planta Figura 20 - Gráfico do ASPEN do Indicador de temperatura do reator de um período de 100 dias Figura 21 - Gráfico do ASPEN do Indicador de temperatura do reator durante a batelada Figura 22 - Gráfico do ASPEN da operação da bomba de transferência para carga do reator Figura 23 - Gráfico do ASPEN da operação da bomba de transferência para carga do reator Figura 24 - Gráfico do ASPEN do nível do Scrubber com o indicador de emissão do produto C* Figura 25 - Número de alterações realizadas Figura 26 - Fluxo para análise dos alarmes Figura 27 - Monitoramento semanal da incidência de alarmes na planta Figura 28 - Monitoramento mensal da incidência de alarmes na planta

11 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Motivação Objetivo do trabalho Justificativa REVISÃO DA LITERATURA Alarmes Sistema de alarmes Histórico Fundamentos para um sistema de alarmes EEMUA Alarm management handbook OSHA HSE Órgão executivo de saúde e segurança Seis Sigma Lean Manufacturing Jidoka METODOLOGIA O processo escolhido Detalhes da unidade fabril Sistema de alarmes da unidade Metodologia escolhida Cronograma proposto para o presente trabalho RESULTADOS Definir Medir... 50

12 4.3. Analisar Análise do controle de temperatura do reator Análise corrente de bomba de deslocamento positivo Análise da emissão de partículas atmosféricas Implementar Controlar CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 66

13 1. INTRODUÇÃO Diante da alta incidência de alarmes em uma planta química, foi detectada a necessidade da implementação de uma metodologia para reduzir o número de alarmes de processo desnecessários. Com isso, foi sugerido a implementação de um projeto seis sigma, que viesse a alcançar esse objetivo com maior eficácia Motivação A indústria química com o avançar na descoberta de novas tecnologias foi aperfeiçoando suas plantas industriais com o objetivo de obter maior aproveitamento de suas matérias-primas e maiores índices de produção. No início da década de noventa, os investimentos na automatização das plantas por métodos computacionais foram intensificados, trazendo inúmeras facilidades de operação e elevando a qualidade dos produtos. Para chegar a tal cenário foram criados alarmes que iriam auxiliar na operação de uma planta, pois estes teriam a função de indicar situações que estavam fora controle operacional, como por exemplo, um reator com nível acima do limite de segurança. Uma das consequências imediatas deste processo de automatização foi o elevado número de alarmes gerados (HOLLIFIELD-HABIBI, 2006). Foram criados alarmes que vão desde a indicação de pressão fora do limite de controle de um reator como alarmes para identificação de término de carga em uma centrífuga. Dessa forma, a grande quantidade diária de alarmes dificulta a rápida identificação de problemas, aumentando os riscos na operação na tomada de decisões o que pode acarretar perda de produção ou até mesmo grandes acidentes industriais (THE ALARM MANAGEMENT HANDBOOK, 2006). A explosão da refinaria da Texaco em Milford Haven, em julho de 1994, mostra como um sistema de alarmes mal dimensionado causa um grande prejuízo. Nesse episódio a principal causa foi a queda de um raio o qual atingiu a refinaria da Texaco cinco horas antes da explosão, porém durante este período os operadores não foram capazes de identificar a causa do problema. O sistema de alarmes gerava uma nova ocorrência em média a cada dois segundos, tornando impossível processá-las para identificar a causa raiz das ocorrências. A ineficiência da planta da Texaco em priorizar os alarmes (87% dos alarmes possuíam alta 11

14 prioridade) e as características da interface gráfica também contribuíram de forma determinante para a ocorrência do episódio. O acidente poderia ser evitado se os operadores desligassem a planta, porém o descrédito do sistema de alarmes associado com a incapacidade de encontrar uma causa para as ocorrências de alarmes impossibilitaram tal ação. O acidente em Milford Haven causou 48 milhões de libras em danos causados pela explosão, além de multas e processos judiciais envolvendo os 26 funcionários feridos durante esse acidente. Outros acidentes também foram relatados tendo uma das possíveis causas o descrédito com relação aos alarmes, como foi o caso do incidente nuclear em Three Mile Island e o incêndio no túnel sob o canal da Mancha Objetivo do trabalho Dentro deste panorama as atividades de um engenheiro químico na indústria são gerenciar as atividades de uma planta química, utilizando de seus conceitos teóricos para realizar otimizações no seu processo e resolver problemas técnicos cotidianos. Portanto, um sistema de alarme eficiente acaba por ser um importante indicador para o engenheiro na tomada de decisões. Assim, esse sistema acaba por apresentar as condições do processo quando estes fogem da situação normal, e assim direcionar o foco do trabalho do engenheiro químico em reatores, evaporadores, centrífugas etc. Dessa forma, o presente trabalho visa otimizar um sistema de alarmes em uma planta química que, por motivos de sigilo, não será identificada. Portanto, para a realização dessa atividade a fim de minimizar a possibilidade de tais acidentes, torna-se necessário um plano com o objetivo de planejar, implementar e controlar/manter o sistema de alarmes, utilizando a mentalidade do Lean Manufacturing e Seis Sigma para ordenar a priorização dos alarmes Justificativa Devido aos elevados índices de alarmes nas unidades fabris, surgiu a necessidade de melhorar o sistema de alarmes existente em uma das plantas de uma indústria da região do Vale do Paraíba e com isso garantir que incidentes ou limitações de produção possam ser detectados e corrigidos a tempo. 12

15 Para alcançar este objetivo o presente trabalho irá fazer uso da metodologia seis sigma e dos conceitos de Lean Manufacturing para assim realizar um plano de gerenciamento de alarmes eficaz. A proposta é aplicar a metodologia proposta por SANTOS (2011) e onde o gerenciamento de alarmes leve em consideração os itens relevantes para segurança da unidade (intertravamento, variáveis críticas, variáveis operacionais etc). 13

16 2. REVISÃO DA LITERATURA A revisão da literatura procurou esclarecer alguns conceitos sobre alarmes de processo: o que são os alarmes, como eles funcionam e as normas vigentes que visam auxiliar no processo de análise quantitativa e qualitativa do sistema de gerenciamento. Os conceitos para projeto seis sigma e algumas ferramentas de qualidade também foram abordados com intuito de relembrar os termos e tópicos mais usuais Alarmes Os alarmes são sinais emitidos de forma visual ou auditiva ao operador sob a forma de uma mensagem e indica problemas que exijam maior atenção e, são geralmente, iniciados quando alguma variável que está sendo monitorada sai fora dos limites estabelecidos como seguros (ANSI/ISA, 2009). Segundo BULLEMER (2008), anormalidade é um evento ou uma série de eventos em um processo que venham a causar um desvio no estado de normalidade de operação da planta. Esse evento pode causar redução na produção, parada de planta e incidentes graves. Um problema que é preciso esclarecer é a diferença entre uma notificação e os alarmes. Diferente do que se acredita os alarmes não são notificações normais do processo, as notificações são avisos que o processo gera, e têm a função de informar o operador as situações típicas do processo e não exigem uma ação imediata (ANSI/ISA, 2009). Em determinados processos utiliza-se esse conceito o que causa um elevado número de alarmes. Pois, se os alarmes são utilizados na função de notificação de uma determinada operação, então itens críticos podem ser confundidos com notificações e um número enorme de alarmes será gerado desnecessariamente. O ideal é que se tenha um sistema de alarmes que esteja visualmente separado das notificações a fim de melhorar a identificação. Autores como, Donald Campbell Brown (1997); Bill Hollifield (2006) e Douglas H. Rothenberg (2008) estabelecem que os alarmes devem ser seguidos 14

17 por uma ação. Assim, os alarmes que não exigem atuação do operador são dispensáveis. São exemplos de alarmes que não requerem ação operacional: Sinais sem uma resposta definida para o operador; Variável de processo ou alteração de status da planta que não requerem atenção do operador; Alertas de eventos que são demasiadamente rápidos para a ação do operador; Eventos que são registrados, mas o operador não precisa ver; Sinais que confirmam a ação bem sucedida do operador; Sinais que confirmam ou duplicam outro alarme (estes sinais podem ser logicamente reprimidos conforme o apêndice 7 da EEMUA 191). Embora estes sinais não sejam alarmes, é possível que o operador tenha necessidade de visualizá-los, assim pode ser apresentado para o operador na forma de uma lista de eventos ou de indicações de status com representações gráficas, o que torna um dos principais problemas, o mal uso de alarmes é não seguir essa definição (ANSI/ISA, 2009). Os alarmes podem ser tanto na forma de sons, como representações visuais, ou ao mesmo tempo em que é gerado o som, um aviso aparece na tela de operação. O operador pode gerenciar os eventos reconhecendo o alarme ou silenciando-o (ROTHENBERG, 2009). Com o decorrer dos aperfeiçoamentos dos processos atuais e do nível de gravidade dos acidentes da indústria química moderna, surgiu a necessidade de um novo sistema de gerenciamento de risco de acidentes. BOLLINGER (1996) desenvolveu um modelo representado por camadas de proteção, onde o risco é minimizado gradativamente a cada camada de proteção. Os alarmes surgem como uma das camadas de proteção, como mostra a Figura 1: 15

18 Figura 1 - Camadas de proteção para evitar acidentes adaptado de BOLLINGER et al (1996). O documento Center for Chemical Process Safety publicado em 2003, diz sobre as camadas: Projeto do processo: é o momento onde é possível reduzir ou evitar riscos inerentes ao processo que será implementado. Controle Básico do Processo, alarmes menos críticos e monitoramento operacional: é a atuação direta do operador ou do engenheiro de processo/produção. Em alguns casos são utilizados ferramentas de automação (ex.: SCDC Sistema digital de controle distribuído ou sistema de controle principal) que auxiliam no acompanhamento das tendências dos parâmetros do processo, que é uma forma de agir preventivamente quando preciso. Os alarmes críticos, monitoramento operacional e intervenção manual: é a última camada onde pode ser evitar o uma condição insegura sem que ocorra perdas ao processo ou programação de produção. Alarmes críticos, monitoramento operacional e intervenção devem estar interligados, para quando essa camada for acionada haja a intervenção humana. É fundamental para que essa barreira funcione que haja uma intervenção humana no momento certo. Por isso, o número de alarmes deve ser o menor possível. Contudo é necessário que os operadores estejam treinados e habilitados a realizar o diagnóstico dos desvios e conhecerem as ações corretivas, para resolver o problema em tempo hábil. Falhas no sistema de 16

19 alarme ou erro humano são condições que permitem a evolução do desvio em direção ao acidente. Intertravamento ou Safety instrumented system (SIS): é um sistema de componentes eletricamente conectados que são instalados e tem a função de detectar uma condição anormal e responder, travando todo o sistema que ele está ligado sem intervenção humana, para prevenir ou reduzir o impacto de um evento (BARROS, 2011). O interlock pode ser implantado no início do projeto dentro do SCDC ou pode ser configurado separadamente, dependendo da gravidade do evento que irá prevenir. Proteção física dispositivos de alívio: são as válvulas de alívio de caldeiras e vasos de pressão (PSVs e PSEs). Esta camada de proteção somente deve ser acionada caso todas as outras camadas do sistema tenham falhado de algum modo e assim é acionado para deter o desvio, visto que, muitos casos de vazamento para atmosfera de produtos tóxicos e inflamáveis têm o potencial de causar acidentes ambientais. Resposta de emergência na planta: é representada pelos planos e organizações de combate a emergências, o que algumas empresas chamam de brigadas e emergência que visam minimizar os impactos do acidente através de ações internas à unidade. Toda planta industrial deve ter um sistema de emergência com uma equipe treinada e todo o sistema de comunicação bem estruturado para responder de forma ágil quando acionado. Resposta de emergência na comunidade: é representada pelos planos e organizações institucionais envolvendo remoção, atendimento e resgate dentro da área de influência do acidente. Um exemplo é a RINEM - Rede Integrada de Emergência - que reúne no Vale do Paraíba diversas equipes táticas especializadas na resposta a emergências e são coordenadas pelo corpo de bombeiros e contam com o apoio operacional das empresas integrantes do sistema. 17

20 2.2. Sistema de alarmes De acordo com o ISA (International Society of Automation), os sistemas de alarmes são um conjunto de equipamentos e softwares responsáveis pela geração de informações úteis sobre ocorrências nas plantas industriais. Estes podem incluir os Sistema de Controle de Processo Básico (BPCS) e os Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS). O Sistema de alarmes também inclui os Log de Alarmes e os mecanismos para disponibilizar as informações ao operador via uma IHM (Interface Homem-Máquina) ou via um painel de campo. Existem outras funções que ficam enquadradas fora do sistema, mas que são extremamente importantes como, por exemplo, um histórico de ocorrência e outros sistemas externos que podem necessitar de dados dos alarmes. A Figura 2 representa um sistema desse tipo de sistema. Figura 2 - Sistema de Alarmes (ANSI/ISA ). Nesse sistema utilizam-se técnicas de processamento digitais em oposição ao analógico, além disso, é dotado de processadores e redes redundantes que permitem a descentralização do processamento de dados e decisões, por meio do uso de unidades remotas na planta. Os sinais dos equipamentos de campo são processados de acordo com a estratégia programada. Essas informações de processo são atualizadas em tempo real nas telas de operação das salas de controle. O sistema oferece uma interface homem-máquina (IHM) que permite a 18

21 comunicação com controladores lógicos programáveis (CLP), controladores PID (proporcional integral derivativo) e gerenciamento de alarmes Histórico Os alarmes pertencem a uma das camadas de segurança que uma planta deve possuir, porém, ao se falar em segurança, necessariamente recorda-se dos grandes desastres industriais que tiveram na história. Como o caso do incêndio da fábrica de camisas Triangle, em Nova Iorque no ano de 1911, o qual foi o maior desastre industrial dos Estados Unidos, causando a morte de mais de uma centena de trabalhadoras. Este incêndio ocasionou a discussão a respeito de uma legislação que requeria melhores padrões de segurança em fábricas (PUELO, 2004). Então, apesar de a literatura situar os alarmes no início da automação industrial, na realidade o sistema de alarmes foi apenas uma conseqüência que se viu necessária diante dos fatos que se seguiam desde a primeira revolução industrial. Porém, é perceptível esse caminho tecnológico sendo trilhado a partir da terceira revolução industrial. Durante a terceira revolução industrial, que ocorreu logo após a segunda guerra mundial, em 1945, houve a integração entre ciência e produção, assim ficou conhecida como revolução tecnocientífica. Nesse momento as necessidades das empresas de produzir com baixo custo e com mais flexibilidade, induziram os processos produtivos a dependerem menos de mão-de-obra e mais de tecnologia, o que, por consequência, acabou sendo determinante para o desenvolvimento do controle de processos devido ao surgimento de instrumentos pneumáticos que permitiam a comunicação de variáveis do processo. Com isso os controladores foram reunidos em uma mesma sala, a sala de controle, diminuindo espaço entre o trabalho e os operadores (DECICINO, 2013) No começo dos anos 1960, a introdução da eletrônica analógica possibilitou a simplificação na transmissão de informações. Nesse tipo de sistema os alarmes encontravam-se reunidos em painéis, sua configuração era restrita, em virtude do elevado custo para adicionar cada alarme. A ascensão da automação ocorreu nos anos de 1970 e 1980 com a criação da instrumentação eletrônica digital. Em 1975 ocorreu a introdução do chamado Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD). Esse sistema tem como função primordial automatizar operações de plantas 19

22 industriais, de forma a permitir melhoria na produtividade, redução no custo de produção, aumento na qualidade dos produtos, precisão das operações, segurança operacional, entre outros (SANTOS, 2011). Enquanto a automatização foi posta em prática e experimentada por algumas empresas, em 10 de julho de 1976, na cidade de Seveso, na Itália, ocorreu um acidente grave na indústria química ICMESA, no qual ocorreu um superaquecimento do reator de dioxina (substancia altamente venenosa) e a substância foi liberada no meio ambiente através de uma válvula defeituosa. A fábrica não dispunha de sistema de advertência nem planos de alarme à população. Portanto, a partir do acidente em Seveso, os países industrializados adotaram leis e formas de controle mais severas para a indústria química (CETESB, 2012). Outro acontecimento que pode ser citado foi o curto circuito na refinaria Milford Haven da Texaco, em julho Embora a causa do incidente fosse atribuída às falhas de gerenciamento de equipamento e dos sistemas de controle durante o distúrbio da planta, foi verificado que, nas cinco horas que conduziram ao acidente, alarmes ocorreram a uma taxa de um a cada dois ou três segundos. Esta inundação de alarmes reduziu a eficácia de resposta do operador. Como consequência, o alarme derradeiro foi aparentemente despercebido por uns 25 minutos, e então houve o rompimento de uma linha e em seguida uma explosão. (BRANSBY et al, 2000). Em 2006, Hollifield e Habibi publicam um artigo onde citam a necessidade dos alarmes serem configurados sem limites. Dependendo do software utilizado, diversos alarmes poderiam ser configurados, inclusive para uma mesma variável, por exemplo, alarmes com nível alto, alto/alto e até alto/alto/alto. E ainda, a possibilidade de configurar diversos alarmes adicionados a fatores como: o aumento da complexidade das plantas, limites ambientais cada vez mais restritivos e redução de operadores de painéis. Assim, ocorreu o aumento do número de alarme a ser gerenciado por um único operador. (KOENE, 2000) Porém, a estratégia das indústrias era de habilitar todos os alarmes disponíveis, visto que não havia nenhum padrão definido e para assegurar a segurança do seu processo. Dessa forma, o número de alarmes aumentou exponencialmente em plantas industriais nas últimas décadas (Figura 3), ultrapassando a capacidade humana de analisar cada um e agir adequadamente. 20

23 Figura 3 - Evolução do número de alarmes configurados por operador. Fonte: The Alarm Management Handbook: A Comprehensive Guide (2006). Um trabalho interessante foi o realizado por H. Kragt e J. Bonten (1983) que trata de um sistema de alarmes em painéis de uma indústria de fertilizantes. Apesar de na época não existirem alarmes junto ao SDCD, este trabalho apresenta resultados relevantes ao conceito de sistema de alarmes. O estudo foi dividido em duas partes: a observação e a entrevista. Foram observadas 63 horas de operação em todos os turnos e registrados os alarmes. Na segunda parte, foram entrevistados individualmente os operadores para expressarem sobre os pontos fracos e pontos fortes que perceberam no sistema de alarmes. Há algumas particularidades nesse sistema de Kragt-Bonten: os autores dividiram os eventos de processo em eventos esperados e eventos inesperados. Os eventos esperados são resultantes de uma ação dos operadores como ajustes de parâmetros, ligar e desligar 22 equipamentos etc., já os eventos inesperados não dependem da ação do operador. Outra particularidade é que os alarmes são acionados quando saem da condição normal e quando retornam a condição normal, de forma que, reconhecimento do operador deve ocorrer em ambos os casos e o reconhecimento desses alarmes pode ser feito individualmente ou por grupo de alarmes. O resultado da primeira parte do trabalho mostrou que: Apenas 7,5% de todos os alarmes tiveram ações dos operadores; 21

24 42% dos sinais foram inesperados; 13% dos sinais necessitaram de ações urgentes por parte deles. O resultado mostrou que nem todos os alarmes inesperados necessitaram de ação por parte do operador, o que foi contrário às expectativas dos autores, as quais diziam todos os alarmes inesperados precisariam de ação do operador. Em números, aproximadamente 83% dos alarmes não precisaram de ação. Já no resultado da segunda parte do trabalho, a entrevista, mostrou que os operadores: Achavam irritante o som dos alarmes sonoros; Disseram que muitas vezes reconheceram rapidamente o alarme para se livrar do sinal sonoro; Complementaram dizendo que a irritação aconteceu pelo grande número de alarmes que ocorriam ao mesmo tempo; Declararam que o reconhecimento dos alarmes por meio de listas pode fazer com que algum deles não seja visualizado, e assim, consideram melhor que só houvesse o reconhecimento individual de cada alarme, para que obriguem a verificar o que está sendo acionado. Outro trabalho interessante foi realizado por YAMASHITA et al (1997), os quais implantaram um sistema de alarmes que observa o status dos equipamentos. Foram definidos alarmes por subgrupos, o que significa que o acionamento de um alarme é definido pelo estado de um ou mais equipamentos dentro do subgrupo. Este modo de implantação reduz o número de acionamentos de alarmes, porém dificulta o rastreio da causa raiz responsável pelo alarme do subgrupo, assim como observado no trabalho de H. Kragt e J. Bonten (1983). Por fim, concluíram que o sistema foi efetivo e operou adequadamente. EEMUA (Engineering, Equipment and Material Users Association) publicou em 1999, um documento que dita regras para o gerenciamento de alarmes, publicação denominada 191. Um dos conceitos a destacar neste documento é o que define alguns valores, sendo um deles o número de alarmes operados por 22

25 operador num determinado intervalo de tempo, cujo valor ideal é de um alarme a cada 10 minutos por operador. A Empresa Air Products, em 2002, fez um levantamento e apresentou um número muito grande de alarmes que estava sendo gerado para os operadores desde sua instalação em Em 2003 a empresa resolveu aperfeiçoar o sistema de alarmes utilizando um software para o gerenciamento deles, o software tem como função a: identificação de problemas nos alarmes, geração de gráficos de barras dos que mais eram acionados, o que facilitou o trabalho de visualização do que deve ser tratado. Nos primeiros dois meses de projeto, a empresa já contou com uma redução de 8:1 no número de alarmes. (DIAMOND et al, 2002) Em 2003 a ISA (International Society of Automation) montou um comitê (SP18) para criar um roteiro para auxiliar os engenheiros, organizações e fornecedores na aplicação do sistema de alarmes. Como premissa, o artigo cita como problema mais frequente os alarmes incômodos, citado como nuisances, alarmes que são acionados quando nenhuma condição anormal existe ou quando nenhuma ação do operador é necessária. Outro alarme frequente são os que ficam ativos por um longo período, devido a falta de agilidade para resolver a causa, como por exemplo, problemas de instrumentos. O problema citado como mais perigoso é a enxurrada de alarmes, os flood, geralmente associada a um único evento que gera uma cadeia de alarmes e torna difícil para o operador identificar a causa raiz. Este fato gera atraso na execução da ação correta para solução do evento. Um artigo publicado em 2004 por Dal Vernon C. Reising, Joshua L. Downs e Danni Bayn, onde foi realizado um estudo sobre o desempenho humano no reconhecimento de alarmes e comparado com proposto pela EEMUA e o resultado obtido foi que o ser humano treinado no serviço é capaz de identificar mais alarmes do que o estabelecido pelo EEMUA, porém citam que é mais conservador seguir os limites proposto pelo EEMUA na operação normal quanto a desvios do processo. Em outro artigo, em 2005, Michael Marvan escreveu sobre a atenção que deve se ter em alguns itens no trabalho de gerenciamento. No entanto, o que mais chama a atenção no artigo é a reflexão que dentre as principais falhas no gerenciamento está a falta de acompanhamento do número de alarmes. E sugere que as empresas tenham uma forma de coleta desses números e que todas as 23

26 pessoas envolvidas tenham acesso para a consulta. Outra ação seria implantar uma meta para o número de alarmes acionados por unidade. O The Alarm Management Handbook foi publicado em 2006, onde destaca sete passos para o sucesso na implantação de um sistema de alarmes: Passo 1: Criar e adotar uma filosofia de alarme; Passo 2: Benchmarking de desempenho de alarme; Passo 3: "Bad ator" resolução de alarme; Passo 4: Documentação de alarme e racionalização (D & R); Passo 5: Sistema de alarme de auditoria e fiscalização; Passo 6: Gestão de alarmes em tempo real; Passo 7: Controle e manter o desempenho do sistema de alarme; Outro livro foi lançado em 2008 sobre o assunto, Alarm management for process control, de Douglas H. Rothenberg onde o autor descreve sobre o beneficiamento de um bom sistema de alarmes destacando: A. CUSTO DE MANUTENÇÃO: O gerenciamento de alarmes possibilita a redução dos custos com manutenção. Quando ocorre um problema o operador consegue identificá-lo mais cedo, assim, a sua solução é realizada logo no início, dessa forma, o equipamento não é submetido à grande esforço para retornar a condição normal. Um exemplo desse custo foi a pesquisa realizada nas indústrias petroquímicas dos Estados Unidos em 1998 pela Abnormal Situation Management que estimou cerca de US$ 20 bilhões eram gastos por ano devido ao gerenciamento ineficiente de situações de distúrbio (BRANSBY et al, 1998). B. EXPERIÊNCIA DA OPERAÇÃO: O conhecimento/experiência dos operadores muitas vezes encontra-se relatada apenas em suas mentes, não existe um registro. Um dos itens que deve ser feito é criar um sistema de registro das situações, onde os operadores possam identificar 24

27 situações anormais com auxílio dos alarmes e registrar as ações adotadas pelos operadores. C. TROCA DE TURNO: A troca de turno é uma atividade cotidiana de uma planta industrial e é crucial para uniformidade de operação da unidade. Durante a troca de turno há a oportunidade dos operadores que chegam para o trabalho se situarem sobre acontecimentos como: o andamento do processo, das atividades operacionais e sobre os equipamentos que foram críticos no turno anterior. Um sistema eficiente de alarmes pode auxiliar muito a passagem de turno, visto que os operadores podem ressaltar os alarmes que mais ativaram no turno, alarmes que foram desabilitados, alarmes que estão fora da operação normal etc, o que irá acabar resumindo as ocorrências mais importantes naquele período. Propostas de aplicação de lógicas avançadas para controle de alarmes foi tema de um artigo publicado em Nesse artigo descreve um protótipo para priorização dos alarmes em uma refinaria de óleo utilizando a lógica fuzzy. A proposta da lógica é realizar uma avaliação das tendências do processo e automaticamente determinar o valor do alarme (FOONG et al, 2009). O problema nesse tipo lógica é que não avalia cenários de produção que a empresa possa estar trabalhando. Em 2011, começaram a surgir os primeiros trabalhos que envolviam as teorias de seis sigma para o gerenciamento dos alarmes. No artigo de Vidigal (2010) para o congresso da ABM, sugere um gerenciamento de alarmes a partir da estrutura elétrica e automação existente na planta. O foco do trabalho foi resolver consertar a lógica ou estrutura elétrica dos alarmes nos instrumentos Fundamentos para um sistema de alarmes EEMUA A EEMUA é uma associação de engenharia que nasceu pela união de duas industrias: a Engineering Equipment Users Association (EEUA 1950) e a Oil Companies Materials Association (OCMA 1950). 25

28 Em 1999, EEMUA publicou o guia para o gerenciamento de alarmes denominado publicação 191. O gerenciamento de alarmes, de acordo com a publicação 191 do EEMUA, deve seguir as etapas contidas na Figura 4: Figura 4 - Etapas recomendadas pela EEMUA para gerenciamento dos alarmes. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999). (Quadro 1): O Texto também trata dos requisitos para o sistema de alarme eficaz 26

29 Quadro 1 - Requisitos para um alarme eficaz. Taxa média de alarmes em Aceitabilidade operações normais Relevante e focado Atentar aos problemas realmente importantes e deve ter o limite correto. Diagnóstico Indicar o problema que está ocorrendo. Único Não pode ser duplicado. Preciso Deve ocorrer no tempo certo. Nem antes de precisar de uma resposta nem tarde demais. Entendível Mensagem fácil e simples para rápida compreensão do problema. Indicativo Indicar ação necessária. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999). normais. O Quadro 2 indica o nível de aceitabilidade dos alarmes durante operações Quadro 2 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em operação normal. Taxa média de alarmes em operações normais Mais que um alarme por minuto Um alarme a cada 2 minutos Um alarme a cada 5 minutos Um alarme a cada 10 minutos Aceitabilidade Próximo ao inaceitável Acima do necessário Gerenciável Aceitável Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999). Quadro 3: No caso de parada de planta, o nível de aceitabilidade é alterado, conforme 27

30 Quadro 3 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em parada de planta. Número de alarmes acionados a cada 10 minutos seguido de uma parada de planta Mais que 100 Entre 20 e 100 Aceitabilidade Excesso de alarmes: Alta probabilidade de o operador ignorálos Quantidade de alarmes difícil de ser Menos que 10 Gerenciado pelo operador Gerenciável pelo operador, contanto que a ação exigida não seja complexa Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999). Um dos itens muito importante desse documento da EEMUA diz que: pedese que os alarmes que tenham uma ação associada. A ação pode ser dividida em duas partes: ações primárias e ações secundárias. As ações primárias são aquelas que alteram algo físico na planta, o que inclui parar algo, partir ou alterar o status. Geralmente, o controle é colocado em manual e o operador inicia o comando. Ações secundárias são aquelas que não atuam diretamente na planta, tais como, comunicar pessoas, acionar equipe de manutenção, programar manutenção. A EEMUA sugere o fluxo, detalhado na Figura 5, para definir quando o alarme deve ser alterado ou eliminado: 28

31 Figura 5 - Fluxo proposto para definir a necessidade do alarme. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999). Em relação à prioridade, a EEMUA recomenda que os alarmes sejam distribuídos em: 80% baixa prioridade; 15% média prioridade e 5% alta prioridade, conforme Figura 6: 29

32 Figura 6 - Prioridade dos alarmes recomendada pela EEMUA. Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) Publicação 191 (1999) Alarm management handbook Em 2006, Hollifield e Habibi, autores do livro Alarm Management Handbook, descreveram sete passos para implantar um efetivo sistema de gerenciamento de alarmes: Criar uma filosofia; Coletar dados e analisar o sistema; Melhorar o desempenho dos alarmes que mais atuam, denominados bad actors; Realizar a racionalização e documentação dos alarmes; Realizar auditorias periódicas; Implantar gerenciamento de alarme em tempo real; Controlar e manter o sistema eficaz. Os três primeiros são extremamente necessários para melhoria dos alarmes e já trazem uma redução significativa na atuação dos alarmes. A utilização dos últimos quatro passos irá depender da necessidade da empresa em relação ao número de alarmes a serem reduzidos e disponibilidade de investimento. 30

33 Porém, o handbook ressalta a importância de verificar alguns pontos do processo, pois estes interferem na análise do sistema de alarmes. São eles: Tipo de sistema (batelada ou contínuo; Estado de operação (estável, partida, parada ou transição); Complexidade do processo; Tipo de material; Os processos em batelada oferecem maiores desafios para gerenciamento de situações anormais, já que são mais instáveis do que os processos contínuos mesmo sob condições normais. Nele existem diversas etapas, e o valor das variáveis de processo vão se alterando ao passar das fases, logo o critério de falha também se altera. Além disso, os equipamentos devem passam por fases de partida e parada constantemente, o que influencia para que seu funcionamento não seja estável (SANTOS, 2011). Nos processos contínuos, na maior parte do tempo, o estado permanece estável. A maior ocorrência de problemas ocorre durante transição de um estado de operação para outro, ou seja, quando há mudança em propriedades da matériaprima, mudanças de equipamentos, alteração na taxa de produção ou alteração do modo de operação de operador para operador. Logo estas alterações devem ser evitadas. Na parada de planta, a probabilidade de ocorrência de situações anormais aumenta. Pois as condições do processo extrapola o limite normal e aumenta a atuação de alarmes, o operador que não está acostumado com estas condições e pode tomar uma ação incorreta. Especialmente quando a partida envolve troca de equipamentos onde situações inesperadas podem ocorrer (SANTOS, 2011). O tipo de material no processo é, também, um item importante. Entende-se por materiais o estado físico do produto. As conseqüências de situações anormais em um processo químico e as ações a serem tomadas dependem de como está a matéria-prima ou produto (sólido, líquido ou gasoso) e depende da natureza dos produtos que estão sendo processado: produtos perigosos ou não perigosos; inflamáveis ou não inflamáveis. Por isso é importante conhecer ter a FISPQ (Ficha 31

34 de Informações de Segurança de Produto Químico) que contém informações importantes sobre o produto químico que se está manuseando (SANTOS, 2011). A complexidade do processo é influenciado por diversos fatores, sendo um deles a experiência das pessoas. Quando se inicia o funcionamento de uma nova instalação, a complexidade desta será maior do que a de uma instalação igual que já esteja em operação por um tempo (SANTOS, 2011) OSHA A OSHA (Occupational Safety and Health Administration) é o órgão responsável por definir regras à segurança de trabalho dos Estados Unidos. Dentro da segurança do trabalho tem-se a a segurança de processo, que visa garantir um vazamento de produtos químicos perigosos com potencial de causar um incidente catastrófico seja evitado. E evitar que pessoas e o ambiente esteja expostos a essas circunstâncias (SANTOS, 2011). Todo sistema de segurança de processo efetivo passou por uma Análise de Risco de Processo (ARP ou em inglês PHA, process hazard analysis) o qual acontece uma análise sistemática para avaliação de todo processo. O objetivo dessa análise é verificar os pontos que são ou podem ser riscos e precisam ser eliminados ou minimizados. Esses riscos podem ser: explosões, fogo, vazamento de produtos tóxicos ou inflamáveis. A ARP foca em equipamentos, instrumentos, instalações, ações humanas (rotineiras ou não rotineiras) e fatores externos que possam impactar no processo (SANTOS, 2011). A segurança de processos industriais é provida de barreiras independentes que trabalham juntas para manter os níveis de segurança e assim garantir que eventos anormais sejam evitados. Os alarmes de processo constituem em uma das barreiras de proteção que auxiliam a reduzir a probabilidade de um evento, conforme ilustrado anteriormente pela Figura 1 (SANTOS, 2011). A OSHA possui um requisito referente aos alarmes (CFR-29, regulamento , Gerenciamento de segurança de processo para químicos de alta periculosidade, 1996) que está relacionado à acuracidade da documentação dos alarmes críticos, treinamento aos operadores para entendimento dos alarmes e conhecimento da ação requerida em cada caso. O regulamento exige que os alarmes sejam documentados e as seguintes informações estejam disponíveis para 32

35 os operadores: limites de operação, conseqüência dos desvios e passos necessários para corrigir ou evitar um desvio (SANTOS, 2011) HSE Órgão executivo de saúde e segurança O Órgão Executivo de Saúde e Segurança é uma organização governamental responsável pelo fomento, regulação e aplicação da saúde, segurança e bem-estar no local de trabalho, e para a investigação sobre os riscos ocupacionais, na Inglaterra, País de Gales e Escócia (HSE, 1999). Três de suas publicações tratam mais especificamente do gerenciamento de alarmes e dos fatores humanos envolvidos. São elas: (WILKINSON et al, 2002) Better Alarm handling a practical application of human factors: são fornecidos exemplos e conselhos práticos e define o tratamento de problemas com alarmes no contexto de sistemas de gestão da segurança. Better Alarm handling - Chemicals Sheet No 6: é um guia simples e prático para gerentes, supervisores e operadores sobre como reconhecer e lidar com problemas de fatores humanos típicos envolvendo sistemas de alarme é fornecido. São descritos três passos para melhorar o tratamento de alarmes assim como gerenciar outros riscos: Passo 1: Identificar problemas; Passo 2: Planejar o que fazer; Passo 3: Eliminar e controlar os problemas. The management of alarm systems: Em sua maior publicação, contendo mais de 200 páginas, o livro The management of alarm systems (Bransby et al., 1998) - é a principal contribuição da organização para o assunto. Tratase de uma pesquisa realizada nas indústrias químicas e de energia com relação à aquisição, projeto e gerenciamento de sistemas de alarme. Ele está dividido em três volumes: 33

36 Volume 1 - Melhores práticas: Fornece recomendações sobre as melhores práticas de aquisição, projeto e gestão de sistemas de alarme; Volume 2 - Resultados da pesquisa: Descreve os principais resultados das fases de coleta de dados. Inclui detalhes das informações obtidas nas visitas aos locais de operação. Apresenta os resultados de dois questionários para pesquisa e das discussões realizadas nos centros de engenharia. O volume inclui também sugestões de temas para futuras pesquisas e desenvolvimento; Volume 3 - Análise da literatura: Fornece uma ampla revisão da literatura sobre a utilização de sistemas de alarme nas indústrias de processo Seis Sigma A metodologia Seis Sigma surgiu em 1987 na Motorola, após a realização de uma série de estudos sobre a variação dos processos de produção, com ênfase no conceito de melhoria contínua. O Seis Sigma é uma metodologia que visa reduzir ao máximo a variabilidade de processo e reduzir o número de defeitos. O diferencial desta metodologia está nos altos níveis de desempenho 3,4 defeitos por um milhão de oportunidades, ou seja, 99,99966% de perfeição (ECKES, 2003). 34

37 Figura 7 - Ciclo DMAIC detalhado. Fonte: WERKEMA (2004). Cada fase do ciclo contém atividades que devem ser cumpridas para o bom desenvolvimento da metodologia (Figura 7). Eckes em 2003 detalhou cada do ciclo da seguinte forma: DEFINE (Definição): fase que possui como foco a identificação dos problemas e situações existentes nos processos organizacionais que necessitam ser melhoradas. Nesta fase define-se claramente o problema ou a oportunidade a ser explorada e seus impactos na melhoria do processo, seja por aumento da satisfação do cliente ou acionistas, redução de custos etc. A meta deve ser definida cautelosamente, visto que o sucesso do projeto estará diretamente ligado ao cumprimento dessa meta inicialmente estabelecida. Vale ressaltar que a escolha do projeto deve estar alinhada com as metas e realidades da organização. 35

38 MEASURE (Medição): o objetivo desta fase é de descrever a oportunidade de melhoria e quantificar o desempenho inicial, para que depois da melhoria, possa ser comparado o estado inicial e o estado final. São utilizadas a ferramentas como gráfico de Pareto, brainstorming, mapeamento do processo, média, desvio padrão e capabilidade. Coleta-se o maior número de dados para que seja estabelecida a capacidade inicial do processo ou a linha de base. Perceber o que necessita de ser medido e selecionar as métricas adequadas permitem direcionar o projeto 6-sigma. Pode ser necessário realizar nesta etapa a validação do sistema de medição a fim de comprovar a confiabilidade dos dados medidos. ANALYSE (Análise): O objetivo desta fase de análise é a consolidação do plano de recolha de informações da fase de Medição e das oportunidades de melhoria identificadas na fase de Definição. Porém, o foco desta fase é procurar a causa raiz, então o líder do projeto irá avaliar os dados obtidos na fase de medição e baseado nestas informações irá identificar oportunidades e priorizar de acordo com o impacto e o esforço de realização. IMPROVE (Melhoria): Esta fase é o momento da otimização do processo, visando alcançar as metas inicialmente estabelecidas. Consiste em desenvolver a melhor solução para o problema. Para melhorar um processo, a pessoa deve ter pleno conhecimento do processo, seus componentes e responsáveis. CONTROL (Controle): Após implementar as ações de melhoria, a etapa Controlar verifica os resultados e consolida os ganhos: verificar ações corretivas e validar novos sistemas de medida; determinar a capacidade do novo processo, estabelecer e implementar o plano de controle; compartilhar as melhores práticas e lições aprendidas. Finalmente um austero plano de Controle deve ser estipulado para que o processo seja previsível e consistente, de forma que os ganhos conquistados pelo projeto sejam mantidos. O plano de controle é um documento formal (normalmente uma planilha, ou cartas de controle) que estabelece e monitora a capacidade final do processo no longo prazo. 36

39 Na metodologia seis Sigma existem diversas ferramentas aplicadas de modo a alcançar o objetivo estabelecido no projeto, a seguir serão descritas as ferramentas utilizadas no decorrer do presente trabalho. DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO (ou Diagrama de Ishikawa): originalmente proposto pelo engenheiro químico Kaoru Ishikawa em 1943 o diagrama (também conhecido como diagrama de espinha de peixe) permite estruturar hierarquicamente as causas potenciais de determinado problema ou oportunidade de melhoria, bem como seus efeitos sobre a qualidade dos produtos. Para cada efeito existem seguramente, inúmeras categorias de causas. As causas principais podem ser agrupadas sob seis categorias conhecidas como os 6M : método; matéria-prima; mão-de-obra; máquinas; medição e meio-ambiente. Porém alguns autores já citam mais duas categorias: money e management (SANTOS, 2011). Figura 8 - Exemplo de um Diagrama de Ishikawa. Fonte: DIAGRAMA DE PARETO: a Lei de Pareto, afirma que para muitos fenômenos, 80% das conseqüências advêm de 20% das causas. O diagrama é um gráfico de barras que ordena as freqüências das ocorrências, da maior para a menor, permitindo a priorização dos problemas. Sua maior 37

40 utilidade é a de permitir uma fácil visualização e identificação das causas ou problemas mais importantes, possibilitando a concentração de esforços sobre os mesmos (SANTOS, 2011). Figura 9 - Exemplo de um Diagrama de Pareto. Fonte: BRAINSTORMING: é uma ferramenta para geração de novas idéias, conceitos e soluções para qualquer assunto ou tópico num ambiente livre de críticas e de restrições à imaginação. A melhor forma de se realizar um brainstorming é uma reunião onde possua uma equipe multidisciplinar e siga as seguintes regras: todas as idéias são documentadas; não são aceitáveis críticas ou discussões; nenhuma avaliação de idéias ocorre na fase inicial da atividade; toda a equipe participa (ECKES, 2003) Lean Manufacturing Lean Manufacturing, traduzido do inglês como Enxuta, ou como algumas empresas usam Produção Enxuta, é uma forma de organizar seus negócios para que toda a perda nos processos seja eliminada ou pelo menos fortemente reduzida. Existe uma confusão comum do termo Lean com Seis Sigma, 5S, JIT, entre outros, mas estas são todas metodologias e ferramentas que podem ser usadas ao implementar uma cultura Lean (WERKEMA, 2004). 38

41 A Produção Enxuta surgiu no Japão, no período pós Segunda Guerra Mundial. Devastado pela guerra, o Japão não dispunha de recursos para realizar investimentos necessários para a implantação da produção em massa, que caracterizava o sistema implantado por outras montadoras. A partir daí, surgiu a necessidade de se criar um novo modelo gerencial, nascendo, assim, o Sistema Toyota de Produção ou Manufatura Enxuta (Lean Manufacturing), estruturado por Taiichi Ohno, vice-presidente da Toyota. Os objetivos fundamentais deste novo sistema caracterizaram-se por qualidade e flexibilidade do processo, ampliando sua capacidade de produzir e competir no cenário internacional (WERKEMA, 2004). Em Lean, perda é tudo aquilo em um processo que não agrega valor. Por exemplo, o tempo que um documento está na mesa de alguém aguardando alguma ação, estoque acumulado que não será usado no curto prazo, produto terminado aguardando liberação de saída (WERKEMA, 2004). Segundo WERKEMA (2004), existem dois cuidados principais que devem ser tomados ao transformar sua empresa em Lean: A iniciativa deve estar ligada às necessidades de seu negócio. Se a empresa não consegue fazer uma forte associação entre os possíveis ganhos obtidos com Lean e sua estratégia de negócio, provavelmente deveria esperar mais; O Lean se popularizou inicialmente na área de manufatura. No entanto, é errado pensar que esta iniciativa deve ficar restrita somente à produção. Lean deve ser aplicado em toda a empresa e ao longo da cadeia de suprimento. Para que seja feita a implantação Lean, é necessária uma mudança de cultura na organização. Esta mudança está na forma de pensar da equipe que é certamente o maior desafio na execução desta iniciativa. Portanto, para a implantação de um sistema enxuto a empresa e seus colaboradores devem possuir o que é chamado de Pensamento Enxuto, que segundo LINDGREN (2001), é uma forma de especificar valor para o cliente, alinhar na melhor seqüência as ações que criam valor, realizar essas atividades sem interrupção toda vez que alguém as solicita e realizá-las de forma cada vez mais eficaz. O pensamento enxuto pode ser 39

42 entendido como a forma de produzir cada vez mais com cada vez menos recursos e, ao mesmo tempo, aproximar-se dos clientes e oferecer aquilo que eles realmente almejam, tornando o trabalho mais satisfatório e oferecendo retorno imediato a partir da transformação do desperdício em valor. Os princípios do "Pensamento Enxuto" são: valor, cadeia de valor, fluxo, produção puxada, perfeição e desperdício. O valor é considerado aquilo que o cliente está disposto a pagar por determinado produto. Segundo OHNO (1997), a base do Sistema Toyota de Produção é a absoluta eliminação do desperdício. Os dois pilares necessários à sustentação do sistema são: Just-in-time; Autonomação, ou automação com um toque humano. Esses dois pilares da Produção Enxuta têm, por sua vez, como fundamentação o Heijunka (nivelamento da produção), o trabalho padronizado, o Kaizen (melhoria contínua) e a Estabilidade. Just in time significa o abastecimento de produtos na hora certa e na quantidade solicitada. Isto significa que não há produção além do solicitado ou não há desperdício em estoque. Pode-se aplicar tanto para linha de montagem quanto em outras atividades como na área de logística (WERKEMA, 2004) Jidoka O Jidoka teve sua origem ligada à automação da máquina de tear fabricada por Sakichi Toyoda ( ), fundador da Toyoda Automatic Loom Works, considerado um dos dez maiores inventores da história contemporânea do Japão e inventor da máquina de tear automática (SANTOS, 2010). Assim o Jidoka foi criado, também chamado de autonomação ou automação inteligente, é um dos pilares do Sistema Toyota de Produção. O Jidoka foca na separação do trabalho do homem e da máquina pela automatização de um elemento simultâneo a baixo custo. A produtividade melhora quando hanedashi são usados para retirar as peças automaticamente, convertendo a responsabilidade do operador em fazer somente chaku chaku ( carregar carregar ). Sistemas à prova de erros e detetores de erros são montados dentro do 40

43 processo da máquina para evitar que os defeitos sejam passados para frente (SANTOS, 2010). Com isso a máquina começou a apresentar problemas do como: a máquina continuava funcionando mesmo diante de um fio rompido, porém o defeito só era detectado quando o processo estivesse concluído, e assim tendo produzido muito tecido defeituoso. Então, para evitar produzir o defeito, havia a necessidade de ter um operador tomando conta da máquina como se fosse um vigia e, diante de qualquer anomalia, deveria parar a máquina. A solução que Sakichi inventou foi colocada em prática em Sua idéia foi colocar uma máquina de tear dotada de dispositivo que parava a máquina quando detectava: o rompimento ou fim da linha ou quando a quantidade programada era atingida. Utilizando-se desses recursos, Sakichi pôde liberar o operador de ficava como vigia tomando conta das máquinas para um outro serviço e assim só entrava em ação naquela máquina quando esta apresentasse alguma anomalia (SANTOS, 2010). A autonomação ou Jidoka é definida, então, como oferecer ao operador ou à máquina a autonomia de paralisar o processamento sempre que for detectada qualquer anormalidade. Desta forma o operador poderá cuidar de várias máquinas ao mesmo tempo. Vale lembrar que se o operador identificar algo irregular também poderá parar a operação. Isso torna possível reduzir o número de operadores e aumentar a eficiência da produção (SANTOS, 2010). Portanto, o alarme ou um sistema eficiente de gerenciamento de alarmes, pode ser considerado como um Jidoka, pois quando algum instrumento operacional apresentar alguma anormalidade, a console de operação (computador onde é feitos os comandos da planta) sinaliza que algo está errado e que o operador deve intervir para que retorne ao estado normal (SANTOS, 2011). 41

44 3. METODOLOGIA Para definir a metodologia proposta é necessário entender o processo. Cada detalhe do processo auxilia a entender a motivação e o porquê da escolha de tal metodologia O processo escolhido O foco de mercado das operações dessa planta é o agro-negócio. A agroquímica consiste na aplicação da química na agricultura. Os agroquímicos têm como objetivo desenvolver fórmulas que auxiliem no controle plantas daninhas em plantações. As pesquisas visando o controle químico de plantas daninhas iniciaram por volta de 1900 quando foi evidenciado ação dos sais de cobre sobre algumas folhas largas. A partir de 1950, novos grupos químicos surgiram: aminas (1952), carbamatos (1951), triazinas simétricas (1956), etc. Atualmente estão sendo comercializadas no mercado brasileiro em torno de 200 marcas comerciais de herbicidas (RODRIGUES et al, 2005) Detalhes da unidade fabril O processo de produção da unidade em estudo teve sua partida em 1976, os herbicidas são obtidos através de diversas etapas. A unidade opera todos os dias, parando apenas para manutenção. O processo em si opera em duas formas, o início em batelada e passa para contínuo até o fim. Na parte em batelada as matérias-primas entram no reator e passam pela reação de oxidação, o produto da oxidação segue por um processo de filtração até atingir a turbidez necessária, então é armazenado em tanque pulmão para seguir o processo de evaporação do solvente e promover a formação de cristais. A partir do tanque pulmão inicia o processo contínuo da planta. O produto dessa planta pode ter três destinos: formulação líquida, formulação sólida ou comercializada na sua forma pura. Assim, para controle do processo químico existem diversos tipos de controles das variáveis incluindo: controle de vazão das matérias-primas, temperatura de reação, rotação dos motores, dentre outros. 42

45 O sistema de controle utilizado é do tipo SDCD Delta V. De forma simplificada, a arquitetura do sistema é composta pelos instrumentos de campo, controlador e console operacional. Figura 10 - Esquema de uma arquitetura de Hardware de automação. Fonte: SANTOS (2011). É pelo o Delta V que o operador seleciona o modo de operação e controla os parâmetros de produção. Como essa planta trabalha com um único tipo de produto final não há a variação devido a diferenças de formulações, porém a planta possui elevado grau de complexidade devido a diversos tipos de operações unitárias realizadas, o que faz com que a atenção do operador no processo seja importante. No Delta V, para cada instrumento existem cinco tipos de alarmes disponíveis para configuração: alto/alto, alto, baixo, baixo/baixo e alarmes de instrumentos. Cabe ao responsável da área definir quais alarmes serão utilizados. 43

46 Os alarmes devem auxiliar o operador na operação da unidade, pois de acordo com o que visualizam na tela de operação, eles podem realizar os ajustes necessários para resolver o problema. Lembrando que, cada alarme que é acionada deve conter uma ação direcionada a ser realizada, caso essa ação não surja efeito e a anomalia continue, a próxima camada de proteção deverá ser acionado automaticamente que é o INTERLOCK, onde deverá ocorrer a parada da planta. Porém devidos aos prejuízos financeiros como relação à parada de produção é necessário que as ações realizadas relacionadas aos alarmes sejam eficientes. Na época de partida da unidade, a maioria dos alarmes foram habilitados com intuito de alertar o operador sobre tudo que ocorria na planta. Ao longo dos anos a planta teve diversas melhorias, no entanto, o sistema de alarmes não acompanhou esses avanços. O número de alarmes praticamente se manteve, porém com limites de variáveis diferentes daqueles da partida da planta. Com isso, inúmeros alarmes ocorriam aos operadores inadequadamente Sistema de alarmes da unidade Hoje na planta existem 1030 alarmes configurados, porém existem especificações dos tipos de alarmes na planta. Para o gerenciamento foram ressaltados os chamados alarmes de processo, relacionados a uma variável quando esta ultrapassa os limites previamente estabelecidos e os alarmes de instrumento responsáveis por identificar se um instrumento está apresentando erro, indicando falha de instrumento ou de comunicação. Outro ponto verificado foi a área possuir um sistema de gerenciamento de mudanças (sistemática para que ocorra uma mudança na área), porém os alarmes não estão inclusos, e assim não há nenhum requisito relativo ao gerenciamento de alarmes ou procedimento detalhando para que se crie, altere ou exclua um alarme do sistema. Entretanto, o sistema de alarmes deveria ser considerado nas mudanças da unidade. 44

47 3.2. Metodologia escolhida Para realizar este trabalho foi escolhido o método PESQUISA AÇÃO, onde foram implementadas as melhorias (plano de ação) ao longo deste trabalho. Com isso foi escolhido a metodologia proposta por Santos (2011) onde a autora propôs um fluxograma a ser seguido para um eficiente direcionamento na gestão dos alarmes (Figura 11). Figura 11 - Fluxograma analítico para otimização dos alarmes proposto por SANTOS (2011). Para concepção desse fluxograma foram utilizados conceitos praticados no sistema Toyota de produção (Lean), e nas etapas do Seis Sigma realizado um estudo literário de estratégias de implantação de alarmes: EEMUA, ISA e Alarm Management Handbook. A autora propõe que a junção com o conceito do sistema Toyota de produção auxilia no entendimento para racionalização dos alarmes, pois sua filosofia é trazer valor para o cliente (SANTOS, 2011). E assim dentro desse conceito, em se tratando de alarmes de processo, o cliente é o operador, portanto 45

48 os alarmes devem trazer valor ao operador, devem ser em quantidade e qualidade suficiente para auxiliá-lo na operação da área. Portanto, para criar a concepção de otimização dos alarmes foi necessária a criação de um fluxograma que conectasse todas as fases e assim garantisse que todas as fases importantes fossem seguidas (SANTOS, 2011). Assim no desenvolvimento desse trabalho a seqüência de atividades foi realizada usando a metodologia DMAIC para alcançar a meta Cronograma proposto para o presente trabalho Para estabelecer um cronograma foi utilizada a metodologia DMAIC para determinar o fluxo das atividades, conforme a Figura 12. Figura 12 - Cronograma proposto para o projeto utilizando a filosofia DMAIC. Na fase Definir foi realizado um levantamento do número total de alarmes da planta. Nesse momento foram identificados quais dos alarmes são de variável 46

49 processo e qual sua criticidade. Para essa fase foi feito o estudo indicando qual a sistemática adotada para acompanhamento das variáveis de processo nessa unidade, pois foi necessário para compreensão na etapa de melhoria. Assim, nessa fase foi criada a lista de alarmes que continha basicamente: identificação das variáveis críticas do processo, os atuais limites de processos e seus desvios operacionais previstos e os Trouble Shooting, ou seja, as ações devidas Na fase Medir, foi feito o levantamento do número de alarmes a cada 10 minutos e comparado com a norma da EEMUA 191. Para realizar tal levantamento foi utilizado o Software Logmate já disponibilizado pela empresa, no qual está interligado ao sistema Delta V. Durante a fase Analisar, foram feitas as análises propostas pelo fluxograma (Figura 11). Para essa fase foi feito o estudo das variáveis com relação: se essa variável agrega valor ao ser monitorada, se os limites estão corretos, se há uma ligação com outra variável (duplicidade), se a prioridade desse alarme está definida corretamente. Além desses pontos, nessa fase, também, foi avaliado se há alguma variável que necessite de monitoramento. Nesse momento já foram documentados todas as avaliações feitas. Assim, para tal estudo foi necessária a revisão dos parâmetros operacionais. Já na fase Melhorar/Implementar, foram definidas a necessidade condicionais dos alarmes. Por exemplo: se uma bomba tem um alarme de corrente baixa, deve-se ter uma condicional que essa variável só é válida se a bomba estiver em funcionamento. Também nessa fase, foi descrita qual a ação do operador em caso de acionamento do alarme. Com os dados já compilados foi realizada a atualização da lista bem como a atualização no sistema em caso de alteração de algum alarme (retirada, inclusão ou alteração de limites e condicionais). E na fase Controlar, foi feito o levantamento em um período do número de alarmes a cada 10 minutos para determinar se a aplicação da metodologia pelo fluxograma alcançou os resultados desejados, ou seja, aquele proposto como meta para o trabalho. 47

50 4. RESULTADOS O projeto seguiu o sequenciamento de um projeto DMAIC, conforme mencionado na metodologia proposta. Assim, para aplicar a metodologia proposta por SANTOS (2011) nesse trabalho, foi feito a correlação da Figura 11 (conforme Figura 13) com cada etapa do projeto DMAIC, com intuito destacar as etapas do projeto com a metodologia de análise. Figura 13 - Adaptação do fluxograma da Figura 11, dentro da metodologia DMAIC Definir Para essa fase, utilizando o software Logmate do próprio sistema Delta V foi feito a análise crítica dos tipos de alarmes que estavam configurados no Delta V 48

51 Total de ocorrências no período Acumulativo Acumulativo Total a serem acionados em caso de problemas (técnicos e/ou operacionais). Esses dados foram dispostos em um Pareto e assim pôde-se verificar que os alarmes de processo, alarmes que são diretamente ligados a realidade do processo produtivo, era a segunda maior categoria existente. O que confirma que esses tipos de alarmes configurados são importantes para um melhor controle do processo e para evitar perdas produtivas. Alarmes configurados ,7% 95,1% 98,4% 99,8% 100,0% 120,0% 100,0% ,2% 63,4% ,0% 60,0% 40,0% 50 0 Unit Variable of Process Pump and Valve Switches and Relays Tipos de alarmes Selector Interlock Emergency 2 20,0% 0,0% Figura 14 - Categoria de alarmes configurados no sistema. Extratificação dos tipos de alarmes em abril/ ,86% Váriáveis de pocesso e Instrumentação 99,04% 99,04% 99,62% 100% Total de alarmes Válvulas e bombas (discretos) Tipos de alarmes % Acumulativo Interlock 100,0% 80,0% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0% Figura 15 - Pareto da incidência de alarmes do mês de abril por tipo de alarme. 49

52 Pela Figura 15 pode-se verificar que o crítico nessa planta são os alarmes de variáveis e instrumentos, ou seja, alarmes relacionados a problemas no processo que saem da operação normal da planta e alarmes indicando falha no instrumento ou equipamento. Assim, para que seja feita uma lista inicial com todos esses alarmes de processo que devem estar configurados, conforme proposto pela metodologia, foram utilizados documentos da fábrica que são os que direcionam como o processo é controlado. Esses documentos são: LISTA DE INTERTRAVAMENTOS (INTERLOCKS): contém a descrição do intertravamento, o risco que pretende evitar, a classificação do risco, os parâmetros e os limites de atuação envolvidos na causa e a ação. Para os intertravamentos de maior risco, deve existir um alarme associado. Os de menor risco também podem ter alarmes associados, se necessário. LISTA DE PARAMÊTROS CRÍTICOS: são parâmetros que se operados fora do limite estabelecido, poderá trazer um risco ao meio ambiente, qualidade ou segurança. Para cada um destes parâmetros deve existir um alarme preliminar. LISTA DE PARAMÊTROS OPERACIONAIS: são aqueles que devem ser operados dentro de um limite de controle, porém não está relacionado a riscos. Para estes parâmetros também existem alarmes, porém de menor prioridade. A partir desse ponto, já se possui a lista dos alarmes que foi base de todas as análises apresentadas a seguir Medir Outra análise importante nesse momento foi a medição do número de alarmes que apareciam para o operador, e a comparação com a norma da EMMUA. Essa medição é importante para que possa ter uma visão de quanto terá que ser feita a redução. 50

53 Número de alarmes por operador a cada 10min Baseline de alarmes da planta 23,6 24,3 23,5 24,8 18,2 14,6 out/11 nov/11 dez/11 jan/12 fev/12 mar/12 Mês Média Mensal Média do Período -->21.5 Norma da EMMUA -->1.0 Figura 16 - Categoria média do número de alarmes no período. Sendo assim, pela Figura 16 é possível verificar que a planta em questão apesar de ter a opção de configurar os seus alarmes de forma clara, ela não consegue atender a norma da EMMUA (ver Quadro 2) que sugere que no número de alarmes por operador não deve ultrapassar o valor de 1,0 (um), pois considera que acima desse valor o operador não consegue atacar o problema que ocorre no processo de forma eficaz. Entretanto, essa média de 21,5 alarmes por operador a cada 10 minutos, tem embutido os alarmes nas quais os operadores não tem como atacar, que são alarmes devido ao instrumento ou equipamento em processo, ou seja, que a causa raiz é um problema mecânico ou elétrico do processo e a única ação é solicitar a manutenção do instrumento, o qual entrará no backlog da área de manutenção. Nessa fase, também, foi levantado quais eram os alarmes que mais impactaram na área, para assim analisar se haviam Bad Actor. Durante o mês de Março (Figura 17) pode-se verificar que o número de ocorrências repetidas eram para um mesmo instrumento (01FT211-40) foi mais de 55% das ocorrências do mês. 51

54 Figura 17 - Principais ocorrências de alarmes em Março/12. Fonte: Logmate Analisar Nessa fase fez-se o mapeamento do processo utilizando a ferramenta SIPOC, pois nela pode-se encontrar todas as variações do sistema com seus inputs e outputs. Figura 18 - Sipoc para o sistema de alarmes desta planta. 52

55 Tendo feito o Sipoc (Figura 18), foi utilizado o Diagrama de Ishikawa (Figura 19) para determinar quais eram os impactos que cada variação tinha sobre os 6Ms proposto pelo Diagrama. Diagrama de Ishikawa - Causas possíveis para o excesso de alarmes Gerenciamento Medição Material Pessoas Falta de gerenciamento Falta de manutenção nos sensores Cultura de como lidar com o o assunto é v aga Dif icultade de f iltrar tipo de ev ento Limites Incorretos Falta de treinamento Problema com o Equipamento Excesso de alarmes Pouco inv estimento Muito barulho na cabeça do operador Falta de 'Delay ' e Histeresis Flta de condicionais Problema com o Instrumento Dinheiro Ambiente Método Máquina Figura 19 - Diagrama de Ishikawa para o número excessivo de alarmes dessa planta. Com isso, pode-se verificar que a falta de uma cultura de alarmes e gerenciamento eram itens que precisariam ser resolvidos também para que o número de alarmes fosse reduzido. Assim, na fase Analisar foi dada a sequência proposta na Figura 13. Onde foram feitas análises de cada alarme configurado no sistema determinando ranges, desvios, delays (tempos de espera), histereses e condicionais conforme é proposto pela metodologia. Alguns exemplos podem ser citados para entender o tipo de análise crítica realizada: Análise do controle de temperatura do reator Uma das variáveis de processo analisada foi um indicador de temperatura do reator. Esse reator é do tipo CSTR e nele ocorre uma reação exotérmica de oxidação com a ajuda de um catalisador. Nessa fase do sistema o processo é 53

56 batelada, porém o reator trabalha em batelada, ou seja, o produto interno não é transferido por completo, uma parte dele fica e é utilizado na batelada posterior. Como a reação é exotérmica, o controle de temperatura deve ser feito corretamente para não provocar a formação de impurezas, as quais em grandes quantidades podem provocar a reprovação do produto e diminuir a vida útil do catalisador utilizado. Para tal análise, foi utilizada a ARP (Análise de Risco do Processo) no qual constam todas as variáveis críticas, com limites de operação possíveis e ações corretivas a serem tomadas. Outra fonte de informações para a operação desse reator é a lista de interlock da área, onde constam todas as condições para as variáveis críticas, onde o sistema irá intertravar quando esses limites forem atingidos. Esse reator obedece ao um ajuste diário que o engenheiro de produção determina. Assim, outro ponto a ser considerado foi a operação normal, ou seja, situação no qual o reator já trabalha, pois o alarme associado a esta variável deveria considerar os cenários de diminuição ou aumento da produção. Dessa forma foi considerado um período de 100 dias, pois nesse período é possível verificar qual foi a tendência do processo durante a vida de dois catalisadores em processo. Figura 20 - Gráfico do ASPEN do Indicador de temperatura do reator de um período de 100 dias. Dessa forma, pela Figura 20 pode-se verificar que a temperatura variou entre 85ºC e 122ºC. A ARP dessa planta, cita que temperaturas abaixo de 75ºC o produto 54