APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO DE PROCESSOS EM UM SISTEMA DE CARREGAMENTO E PESAGEM DE CAMINHÕES EM UMA MINA

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1 APLICAÇÃO DE SIMULAÇÃO DE PROCESSOS EM UM SISTEMA DE CARREGAMENTO E PESAGEM DE CAMINHÕES EM UMA MINA Rafael Quintao de Andrade (UFOP) rafaelqandrade@gmail.com ANDRE FILIPE MORAES GOLOBOVANTE (UFOP) afilipemoraes@yahoo.com.br Igor Padilha dos Prazeres (UFOP) the.toron@gmail.com Lucas Machado de Oliveira (UFOP) lucas_m_o@hotmail.com Luciana Lago Martins (UFOP) lululago@yahoo.com.br Na busca por maior representatividade e competitividade no mercado, as empresas almejam cada vez mais ajustar suas linhas produtivas para atender de forma mais efetiva seus clientes. Busca-se obter ganhos de produtividade, objetivando produuzir mais com menores custos. Sendo assim, a simulação de processos surge como importante ferramenta de auxílio à tomada de decisões, principalmente no que tange bens físicos. Em empresas mineradoras, sobretudo, aplica-se a distintos sistemas, desde a lavra até a venda do minério. O presente trabalho, portanto, apresenta uma aplicação da simulação de processos em um sistema de carregamento e pesagem de caminhos em uma mina. Foi disponibilizada uma balança adicional ao sistema pela empresa, que necessita decidir em qual processo alocá-la. Além disso, foi realizada uma breve análise de layout com o objetivo de identificar oportunidades de ganho. Por fim, os resultados foram satisfatórios, sendo possível identificar um cenário em que melhores indicadores produtivos fossem obtidos. Palavras-chaves: Simulação, mineração, pesquisa operacional.

2 1. Introdução A mineração consiste em um dos setores básicos da economia global, tendo em vista que os minerais são essenciais para a vida moderna (FARIAS, 2002). A mineração pode ser caracterizada em empreendimentos tipicamente de médio e grande portes, intensivos em capital, com equipamentos pesados e grandes plantas industriais (LAURINDO, TOMI & SACHS, 2004, p. 4). Segundo Toffolo (2009), o processo produtivo da mineração pode ser dividida em 4 fases: a) Fase da lavra: extração do minério na forma bruta; b) Fase de beneficiamento: processamento do minério, visando atender às necessidades dos seus clientes; c) Fase de estocagem: armazenar os diferentes minérios em pátios; d) Fase de movimentação: transporte dos diversos produtos gerados aos clientes. Ainda de acordo com Toffolo (2009), estas fases são caracterizadas por relevante influência logística, devido à movimentação de grandes cargas, através de diferentes modais de transporte, processos de estocagem, dentre outros. Laurindo et al (2004) reforçam a complexidade logística da atividade mineradora, salientando a operação ininterrupta das plantas, ou seja, 24 horas por dia e 7 dias por semana. Assim, um dos principais focos dessa indústria consiste em manter a alta taxa de utilização dos equipamentos, seja através do gerenciamento da manutenção ou planejamento da capacidade (LAURINDO, TOMI & SACHS, 2004). Isso posto, o presente trabalho consiste na aplicação do método de simulação de processos em um sistema de pesagem e carregamento de minérios em caminhões. A pesquisa foi aplicada em uma empresa de mineração, especificamente na fase de carregamento de hematitas e pelotas, visando analisar a atual estrutura do sistema. Os cenários apresentados visam justificar a disponibilização de mais uma balança, assim como a melhor localidade de instalação do recurso, de forma a obter-se ganhos operacionais através da maior fluidez do fluxo de caminhões. Por fim, o modelo de simulação aplicado possibilitou a identificação do cenário que proporcionasse melhor atendimento do sistema abordado. 2. Metodologia A metodologia empregada no presente trabalho foi a Pesquisa Aplicada. De acordo com Gil (1999), a pesquisa aplicada tem por objetivo o aprofundamento dos conhecimentos específicos de uma certa situação encontrada na realidade para a proposição de soluções ou melhorias que podem ser aplicados. Marconi e Lakatos (2002) afirmam que a pesquisa aplicada objetiva principalmente gerar conhecimentos para a aplicação prática sobre problemas específicos e reais. Assim, o presente trabalho busca atribuir e definir cenários factíveis a partir da inserção de mais uma balança como recurso do sistema de pesagem e carregamento de caminhões de uma mina. Busca-se, sobretudo, obter ganhos operacionais quantificavelmente justificados. 3. Revisão Bibliográfica A simulação de processos consiste na técnica que permite imitar um sistema real ou hipotético (DUARTE, 2003). Segundo Oliveira (2005), convergindo a Forrester (1968), um sistema representa uma coletânea de estruturas e recursos que interagem segundo uma lógica, de tal 2

3 forma a alcançar um ou mais objetivos. Dessa forma, a simulação representa uma importante ferramenta que permite obter respostas a perguntas do tipo: o que ocorre se... (CHWIF & MEDINA, 2007). De acordo com Chwif e Medina (2007), a simulação pode ser classificada como: Simulação Computacional: aquela que necessita de um computador para ser realizada, devido à complexidade dos cálculos; Simulação Não-computacional: aquela que não necessita do computador para ser realizada. A simulação computacional pode ser definida como a representação virtual de um sistema da vida real através de um modelo, tornando possível o estudo do sistema sem que seja necessário construí-lo na realidade, ou mesmo fazer modificações nesse sistema, e estudar os resultados dessas modificações, sem que haja necessidade de alterá-lo previamente (HARREL, GHOSH e BOWDEN, 2000). Para termos de nomenclatura, a palavra simulação no presente trabalho estará restringida tão somente à simulação computacional. De acordo com Chwif e Medina (2007), um estudo de simulação é composto por 3 etapas: concepção, análise e implementação, conforme mostra a Figura 1. Fonte: Chwif e Medina (2007) apud Costa et al (2009) Figura 1 Etapas de um processo de simulação Na concepção, são definidos os objetivos do projeto, bem como o escopo do estudo (COSTA et al, 2009). O modelo conceitual então é construído com o objetivo de representar o sistema real. De acordo com Brooks e Robinson (2001), o modelo conceitual é uma descrição do modelo que se deseja construir, de forma a orientar-se a etapa de coleta de dados, além de contribuir com a elaboração do modelo computacional (OLIVEIRA, MONTEVECHI & LEAL, 2010). Segundo Costa et al (2009), técnicas como fluxograma e mapa de processos podem ainda contribuir na construção de um modelo conceitual. Na implementação, o modelo conceitual é traduzido em modelo computacional, o qual possui uma representação associada à interface de um software específico, agregado à inserção dos 3

4 dados de entrada. Convertido o modelo, dois procedimentos se fazem necessários: a validação e a verificação. A validação consiste em se verificar se o modelo conceitual está condizente com o sistema real, enquanto que a verificação consiste em analisar se o modelo conceitual está corretamente traduzido no modelo computacional (COSTA et al, 2009). A análise, última etapa supracitada, consiste na criação de experimentações visando obter valores quantitativos que justifiquem tomadas de decisão experimentadas. Em outras palavras, são criados cenários de forma a prever algumas mudanças de comportamento do sistema analisado. Isso posto, o presente trabalho apresenta a simulação de um sistema de pesagem e carregamento de hematitas e pelotas em caminhões de uma empresa de mineração. Um cenário representando o sistema atual foi criado com o objetivo de se identificar os gargalos produtivos e avaliar possíveis subprocessos sujeitos à modificações. Além disso, objetiva-se estabelecer o local mais apropriado para a alocação de mais uma balança disponibilizada pela empresa, de tal forma que melhore a fluidez do sistema. O próximo tópico, portanto, apresenta a pesquisa aplicada realizada. São estabelecidos as premissas adotadas, o fluxograma do processo produtivo, os dados coletados, os cenários analisados e seus respectivos resultados. Por fim, é apresentado a análise dos resultados obtidos e a conclusão do estudo. 4. Pesquisa Aplicada 4.1 Premissas e Dados O presente trabalho foi realizado em uma mina de uma empresa mineradora no setor de carregamento e pesagem de caminhões. Assim, o sistema analisado limita-se às atividades executadas entre a chegada e a saída dos caminhões do sistema. A empresa oferece dois tipos de produto, hematita e pelotas de minério de ferro, que se diferem durante o processo apenas no momento de carregamento. A Figura 2 apresenta o fluxograma representativo do sistema abordado. Figura 2 Fluxograma do Sistema de Pesagem e Carregamento Atual 4

5 De maneira geral, os caminhões chegam e são atendidos na Balança Entrada, onde é emitido a Ordem de Serviço e pesado a tara dos veículos. Na Ordem de Serviço é identificado o tipo de produto solicitado pelo cliente. Os caminhões, portanto, seguem para a pilha equivalente ao produto especificado: hematita ou pelotas. Nas pilhas de minério de ferro, as carregadeiras efetuam a carga dos caminhões que prosseguem para a Balança Saída, onde o peso bruto é medido. Ainda na Balança Saída, confere se o peso líquido está conforme a Ordem de Serviço: caso não esteja, o caminhão retorna para efetuar o ajuste no processo de carregamento; caso esteja correto, o veículo segue para a emissão da nota fiscal que também é feita sobre a Balança Saída. Logo após, segue para o processo de lonamento, o qual consiste em cobrir a carga com uma lona. Feito isso, o veículo segue para a saída da mina, transportando a carga ao cliente. Os recursos utilizados no sistema e os respectivos processos nos quais são utilizados estão descritos a seguir: a) Balança Entrada: medição da tara do veículo e emissão de Ordem de Serviço; b) Carregadeiras: carregamento de hematitas, pelotas e processo de recarregamento; c) Balança Saída: pesagem do veículo carregado e emissão de notas fiscal; d) Máquinas de Lonamento: processo de lonamento dos veículos. Definido o sistema analisado, o próximo passo consiste na coleta dos dados para a simulação computacional. Os dados de carregamento, pesagem e lonamento foram coletados durante um dia comum de funcionamento da mina, segundo definido pelo solicitante do projeto. O objetivo, com isso, é evitar-se que influências não condizentes à rotina do sistema não interfiram nos resultados da simulação. Para os dados obtidos, foram feitas análises estatísticas utilizando a ferramenta Input Analyser do software Arena versão Através de tal mecanismo é possível ajustar-se os dados a uma distribuição estatística para a entrada em um modelo de simulação. A descrição das distribuições obtidas é apresentada na tabela 1. Processo Deslocamento Pesagem Entrada Carregamento Pelotas Carregamento Hematitas Recarregamento Pelotas Recarregamento Hematitas Pesagem Saída Nota Fiscal Lonamento *Parâmetros em Minutos Distribuição (parâmetros*) Constante(1) Erlang(0,491;5) 0,67+Exponencial(1,24) 1,51+1,68*Beta(1,68;1,9) 0,37+0,56*Beta(1,2;1,03) 0,15+4,85*Beta(1,17;1,22) Lognormal(1,29;0,932) Constante(2) Triangular(0,34;1,09;4) Tabela 1 - Especificação de Distribuições Ajustadas aos Processos Além disso, foi solicitado que o estudo se baseie no dia de maior demanda entre março de 2009 e março de 2010, conforme a distribuição do número de veículos do mesmo dia. Vale salientar que em um mesmo dia há uma diversificação entre picos e baixos volumes de tráfego na mina, tornando-se indispensável considerar quantidades distintas de caminhões ao longo do mesmo dia. Assim, a Tabela 2 apresenta a distribuição dos veículos ao longo do dia considerado. 5

6 Hora Veículos Hora Veículos Hora Veículos 0-1h 15,0 8-9h 30, h 12,0 1-2h 10,0 9-10h 37, h 13,0 2-3h 10, h 25, h 25,0 3-4h 1, h 19, h 17,0 4-5h 1, h 23, h 16,0 5-6h 2, h 18, h 16,0 6-7h 28, h 16, h 25,0 7-8h 29, h 20, h 16,0 Tabela 2 Distribuição de Veículos ao longo do dia Dessa forma, totalizou-se 424 caminhões a serem atendidos conforme a distribuição apresentada. Foi considerado para cada hora, um intervalo constante para a chegada de veículos. Além disso, as taxas de retrabalho e da divisão entre carregamentos de hematitas e pelotas foram considerados iguais aos observados dentre Janeiro e Março de 2010, conforme apresenta a Tabela Cenários Categoria Proporção Retrabalho 5,6% Pelotas 79,5% Hematita 20,5% Tabela 3 Especificações de Proporções de Atividade de Carregamento Como mencionado anteriormente, o sistema é constituído por 2 balanças, nas quais se formavam filas durante os horários de pico. Sem uma quantificação mais precisa das filas formadas, os gestores desse processo viabilizaram a instalação de mais uma balança, seja na entrada ou na saída. Assim, foi solicitado um estudo de simulação que analisasse o sistema produtivo, através de considerações pertinentes, possibilitando a proposição de novo layout e identificando gargalos atuais e futuros do sistema. A correta alocação da balança se justifica pelo grande valor agregado dos serviços oferecidos, dos quais se busca melhor fluidez de processo, além do alto custo do recurso disponibilizado. Assim, a mineradora em questão forneceu os dados relevantes para a análise, os quais serão especificados posteriormente. Uma breve análise quantitativa foi realizada inicialmente, identificando oportunidade de mudança de layout no que diz respeito à emissão da nota fiscal. Pelo que se encontra implantado na mina, a emissão é realizada enquanto o veículo está sobre a Balança Saída, quando oportunamente poderia ser construído um pequeno pátio, onde os caminhões aguardam a sequência para o próximo processo, de forma a liberar a balança à pesagem do próximo veículo. Essa alteração proposta pode ser verificada no fluxograma, conforme segue a Figura 3. Além disso, a balança disponibilizada pela empresa, pode ser alocada no processo de medição da tara do caminhão ou no processo de pesagem líquida do mesmo. Dessa forma, para a análise do sistema considerado, foram propostos 4 cenários conforme descritos na Tabela 4. 6

7 Figura 3 Fluxograma do Sistema de Pesagem e Carregamento Proposto Cenário Número de Balanças Entrada Saída Fluxograma Figura Figura Figura Figura 3 Tabela 4 Relação de Cenários É importante ressaltar que os cenários 1 e 2 se diferem apenas pelo layout, em específico do processo de emissão de nota fiscal. O objetivo dessa análise é apresentar argumentos quantitativos que justifiquem a liberação de um espaço para pátio de espera por nota fiscal. A possibilidade dessa alteração de layout apenas foi proposta após verificados a disponibilidade de espaço e o relevo adequado do local. 4.3 Resultados Os dados conforme especificados anteriormente foram implementados no software Arena Foi considerado o tempo de aquecimento de um dia para o modelo e tempo de execução também de um dia, seguindo a distribuição ao longo do dia de acordo com os dados supramencionados. As simulações foram realizadas 10 vezes para cada cenário proposto. Os resultados médios são apresentados na Figura 4 e nas tabelas 5, 6 e 7. 7

8 Figura 4 Resultados Gerais Tempo Médio de Espera (min) Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Balança Entrada 20,8 23,9 0,0 23,7 Balança Saída 147,3 0,4 0,4 0,0 Hematita 1,5 1,5 3,5 1,3 Pelotas 1,3 1,6 3,8 1,4 Lonamento 0,0 1,0 1,4 0,9 Recarreg. Hematita 0,7 1,0 1,0 0,9 Recarreg. Pelotas 7,7 8,6 38,2 7,2 Tabela 5 Resultados de Tempo Médio de Espera por Processo Tamanho Médio de Fila Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Balança Entrada 6,1 7,1 0,0 7,0 Balança Saída 45,9 0,1 0,1 0,0 Hematita 0,1 0,1 0,2 0,1 Pelotas 0,3 0,4 0,9 0,3 Lonamento 0,0 0,3 0,4 0,3 Recarreg. Hematita 0,0 0,0 0,0 0,0 Recarreg. Pelotas 0,1 0,1 0,6 0,1 Tabela 6 Resultados de Tamanho Médio de Fila por Processo Taxa de Utilização Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Balança Entrada 72,5% 72,9% 36,4% 72,7% Balança Saída 99,4% 39,5% 40,1% 20,0% Carregadeira 59,4% 60,8% 60,1% 61,1% Lonamento 52,3% 53,0% 52,8% 52,8% 4.4 Análise dos Resultados Tabela 7 Resultados de Taxa de Utilização por Recurso A proposição do pátio após a balança de saída para a espera da emissão de nota fiscal é de essencial importância, uma vez que reduz drasticamente o tempo médio no sistema, aumentando o fluxo de veículos. Verificado isso através da simples distinção entre os cenários 1 e 2 (sem ou com pátio de espera à emissão de nota fiscal), observou-se que os resultados mais satisfatórios foram obtidos no Cenário 3, cuja balança extra foi alocada na entrada. A comparação dos tempos de espera das atividades descritas revela que o gargalo do processo era a pesagem inicial e criação de ordem de serviço e que melhores resultados são obtidos quando investidos nessa atividade. Assim, os resultados relativos à descrição dos recursos e os respectivos processos nos quais estão envolvidos estão descritos a seguir: a) 2 Balanças de Entrada para pesagem inicial e emissão de ordem de serviço; b) Carregadeiras para o carregamento dos caminhões; c) 1 Balança de Saída para a pesagem final; d) 1 Pátio de espera da nota fiscal; e) Máquinas de Lonamento. Através dessa disposição de recursos, o sistema obteve melhores índices produtivos, acarretando principalmente menor lead-time de atendimento aos caminhões no sistema. Assim, é possível atender de forma mais efetiva, bem como atender melhor numa possível 8

9 expansão no número de clientes atendidos. Dado que o ajuste da simulação se baseou no dia mais movimentado da mina nos últimos tempos, espera-se que os resultados em dias de perfis comuns se comportem de forma melhor. Como o trabalho possui um enfoque na fluidez do processo, não foram relacionados os resultados com custos agregados ao recurso. A balança extra já foi adquirida e o objetivo do projeto limita-se a definir onde melhor alocá-la, independente de custos de instalação ou aquisição anterior. 5. Considerações Finais O modelo de simulação visa possibilitar a visualização dos impactos que qualquer alteração pode proporcionar em um meio produtivo. É evidente que se faz necessário que os dados estejam condizentes com a realidade, bem como que o processo esteja bem caracterizado. Modelos de simulação não almejam substituir considerações pertinentes que os tomadores de decisão venham a realizar. Pelo contrário, vem a agregar como suporte ferramental que possibilita melhor análise em processos de planejamento. A flexibilidade do tomador de decisão no momento de propor novos cenários é indispensável para a execução de projetos como tal. O presente trabalho, portanto, baseia-se nos resultados apresentados pelo modelo de simulação para o processo de alocação de mais uma balança na etapa de pesagem e carregamento de uma mina de minério de ferro. Foi possível identificar o cenário que melhor atende às necessidades da empresa, apresentando ganho de produtividade e melhora de atendimento ao cliente. Referências BROOKS R. J.; ROBINSON, S. Basingstoke: Palgrave Simulation, with Inventory Control, Operational Research Series. CHWIF, L. e MEDINA, A.C. Modelagem e simulação de eventos discretos: teoria e aplicações, 2ª Edição, Editora dos autores: São Paulo, 2007 COSTA, R. F. S.; MONTEVECHI, J. A. B.; SANTOS, M. J.; SANTOS, A. C. O. Avaliação Econômica de cenários para uma célula de manufatura por simulação a eventos discretos. Anais do XXIX ENEGEP. ABEPRO, Salvador, DUARTE, R. N. Simulação Computacional: Análise de uma célula de manufatura em lotes do setor de autopeças. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2003, FARIAS, C. E. G. Mineração e meio ambiente no Brasil. Relatório preparado para o CGEE. PNUD Contrato 2002/001604, Brasil, FORRESTER, J. W. Principles of Systems. Wright-Allen Press Inc, Cambridge, GIL, A. C. Métodos e técnicas de pesquisa social. Atlas, São Paulo, HARREL, C. R., GHOSH, B. K. e BOWDEN, R. Simulation Using ProModel. 3ª Ed. McGraw-Hill, Boston, 2000 LAURINDO, F. J. B.; TOMI, G. F. C.; SACHS, P. F. T. Sistemas ERP e a cadeia de valor mineral. Anais do Congresso Anual de Tecnologia da Informação CATI FGV-EAESP, São Paulo, MARCONI, M. A e LAKATOS, E. M. Técnicas de pesquisa: planejamento e execução de pesquisas, amostragens e técnicas de pesquisas, elaboração, análise e interpretação de dados. 5 ed. Atlas, São Paulo: OLIVEIRA, M. L. M.; MONTEVECHI, J. A. B. e LEAL, F. Análise da aplicabilidade da técnica de modelagem conceitual IDEF-SIM em projetos de simulação a eventos discretos. Revista P & D em Engenharia de Produção, v. 8, n. 1, p ,

10 OLIVEIRA, P. A. T. M. Os simuladores e a TI para PC para a formação do pessoal aeronáutico: Sua utilização e eficácia. Dissertação (Mestrado), Departamento de Ciências e Tecnologia da Informação. Lisboa, Portugal: Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da Empresa, 2005 TOFFOLO, T. A. M. Otimização do fluxo de produtos de uma empresa mineradora. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte,