Desenvolvimento de uma abordagem de programação das atividades de um laboratório de controle de qualidade de uma usina de pelotização de minérios de ferro

XXIV Encontro Nac. de Eng. de Produção - Florianópolis, SC, Brasil, 03 a 05 de nov de 2004

ENEGEP 2004 ABEPRO 179

Desenvolvimento de uma abordagem de programação das atividades de um laboratório de controle de qualidade de uma usina de pelotização de

minérios de ferro

Rodrigo Alberto de Castilho (Liftech Sistemas) [email protected] Luís Henrique Rodrigues (UNISINOS) [email protected]

Wellington Rodrigo Aparecido Ceciliano (Samarco Mineração SA) [email protected] Ramiro Angulo Blacut (Samarco Mineração SA) [email protected]

Mauricio Marcos Otaviano (Samarco Mineração SA) [email protected] Fernando Oliveira Boechat (Samarco Mineração SA) [email protected]

Luíz Henrique Pantaleão (UNISINOS) [email protected]

Resumo O atual trabalho apresenta uma abordagem de programação das atividades de um laboratório de controle de qualidade de uma usina de pelotização de minérios de ferro. Para tanto, desenvolveu-se uma abordagem conceitual do sistema produtivo, o qual possui um conjunto de testes rotineiros (com demandas diárias) e especiais (com necessidades esporádicas). Esse modelo conceitual foi codificado em um programa computacional, sendo o mesmo implantado e testado em um caso real. O artigo apresentará os resultados dessa aplicação. Palavras chave: programação e processos de laboratório 1. Introdução As crescentes pressões mundiais pela redução dos custos dos produtos siderúrgicos e aproveitamento mais racional dos recursos energéticos não renováveis, vêm incentivando os produtores mundiais de matéria-prima a desenvolver produtos que possuam uma relação custo/benefício apropriado às demandas atuais.

A Samarco Mineração S/A vem buscando a otimização das operações dos seus laboratórios, para atender às crescentes necessidades de garantia da qualidade e desempenho dos seus processos e produtos.

Este esforço levou a adoção de novos parâmetros de controle e aumento na demanda por testes para controle de processo e insumos. Uma estrutura especializada em desenvolvimento de novos produtos e processos foi criada na incessante busca pela excelência ao atendimento das necessidades dos clientes. Desta forma, a capacidade dos laboratórios e plantas piloto para o atendimento de prazos, otimização do controle dos custos e utilização adequada dos recursos humanos e materiais envolvidos, tornaram-se fundamentais para cumprimento destas metas.

O Planejamento e Controle de Sistemas Produtivos (PCP) é uma atividade complexa, dado o número de variáveis existentes e à dinâmica desses sistemas, marcada por constantes mudanças (Rodrigues, 1994). A tarefa de programação é, dentre as atividades do PCP, a mais complexa. O estabelecimento da exata seqüência das operações no tempo é obtida através da construção de um processo sincronizado (Umble & Skiranth, 1990). O PCP é instrumento de coordenação das várias atividades do sistema produtivo, sendo responsável pela resposta a quatro questões básicas: o quê, quanto, quando e onde produzir de forma sincronizada.

Em um laboratório de controle de qualidade, essas quatro questões apresentam uma grande dificuldade para sua correta resolução. A diversidade de testes, o compartilhamento dos recursos existentes, as diversas etapas na execução das atividades e suas diferentes prioridades

mailto:[email protected]









são apenas alguns fatores de complexidade para esse sistema. Entretanto, como qualquer processo produtivo, as atividades de programação do laboratório necessitam ser revisadas, buscando a eliminação das eventuais perdas existentes no processo e propiciando uma melhor visualização do planejamento e antevendo eventuais problemas de atraso de testes, por exemplo.

Assim sendo, desenvolveu-se uma readequação dos conceitos tradicionais de programação industrial para o ambiente de laboratório de controle de qualidade, construindo-se uma ferramenta computacional para o seqüênciamento dessas atividades. O presente artigo, além de apresentar um demonstrativo deste aplicativo computacional, descreverá os resultados da aplicação do mesmo no laboratório de controle de qualidade da Samarco Mineração S.A.

2. Os processos de um laboratório de controle de qualidade de uma usina de pelotização de minérios de ferro As atividades de um laboratório de controle de qualidade de minérios de ferro baseam-se em normas internacionais padronizadas, sendo a maioria normas ISO.

As atividades básicas deste tipo de laboratório de testes consiste no recebimento de um conjunto de amostras, algumas com horários de chegada pré-determinadas (testes de rotina) e outras com chegadas aleatórias (testes especiais).

Os testes são compostos por um conjunto de atividades seqüenciais ou em paralelo, as quais exigem a utilização de equipamentos e/ou técnicos. A figura 1 apresenta um fluxo tradicional de um teste genérico.

1 2 Figura 1- Fluxo de processo de um teste genérico



Nos testes de “Rotina” encontram-se todos os testes feitos periodicamente para garantir o controle do processo produtivo.

Os testes “Especiais” são todos aqueles feitos para desenvolvimento de produtos, processos ou insumos. Podem também ser incluídos neste grupo todos os testes que não estão previstos na “Rotina”. Os testes especiais costumam ser mais difíceis de programar, visto que são encaixados nos “espaços vagos” deixados pelos testes de “Rotina” e por terem sua data de inicio e/ou de fim definidos de acordo com uma política de prioridades pré-determinada pelas autoridades superiores competentes.

As principais etapas de um Projeto de Rotina são: Amostragem: etapa de coleta de amostras dos insumos e/ou produtos do processo

produtivo. Preparação de amostras: etapa de adequação das amostras aos testes que serão

realizados. Testes: são todas as análises realizadas com as amostras. Emissão de Resultados: coleta de todas informações geradas, análise critica e

alimentação de sistemas informatizados. Registro de Resultados: Etapa de registro em formulários apropriados de acordo com

as normas. As principais etapas de um Projeto Especial são:

Elaboração do Projeto – etapa de elaboração conceitual do projeto e definição de prioridades.

Obtenção de Amostras – nesta fase são obtidas as amostras a serem analisadas, através de plantas pilotos, amostras enviadas por terceiros e/ou através dos próprios processos produtivos.

Testes – são, em sua maioria, idênticos aos testes realizados na rotina. Análise Crítica - a fase em que é feita a consolidação dos dados a verificação do

término ou continuidade do projeto. Emissão de relatório – emissão das conclusões finais.

Em resumo, os testes especiais são mais complexos que os testes de rotina não na sua manipulação mas sim no seu planejamento. Como nestes testes são analisados fatores desconhecidos do processo, não é possível fazer uma estimativa muito exata do fim de seu tempo de duração. Além disto, estes testes concorrem diretamente com os testes de rotina para a utilização dos mesmos recursos (daí a grande importância da política de prioridades).

A principal dificuldade na programação do laboratório consiste na adequação dos testes especiais, face ao comprometimento da disponibilidade dos equipamentos e técnicos à execução dos testes rotineiros e eventual urgência do mesmo. Assim sendo, desenvolveu-se uma abordagem metodológica para tratamento dessa situação.

3. A abordagem metodológica Dada a natureza aplicada do trabalho, que objetiva gerar conhecimentos para a aplicação prática dirigida a solução de problemas específicos, utilizou-se como procedimento técnico a Pesquisa-ação.

A pesquisa-ação (Thiollent, 2000) pode ser definida como um tipo de pesquisa social concebida e realizada para a resolução de um problema, onde os pesquisadores e envolvidos no problema trabalham de modo cooperativo ou participativo. No entanto, a participação isoladamente não pode ser vista como a característica principal da pesquisa-ação e sim a



solução de um problema não-trivial envolvendo a participação dos diversos atores do processo.

A pesquisa-ação (Thiollent, 2000) necessita atender dois objetivos básicos: o prático e o do conhecimento. Entende-se o primeiro como a contribuição da pesquisa na solução do problema em questão e o segundo como o conhecimento gerado a partir da solução do problema.

Nesse sentido, o objetivo prático desse trabalho foi o desenvolvimento de um aplicativo computacional para a programação das atividades de um laboratório de controle de qualidade de uma usina de pelotização de minérios de ferro. Em termos de conhecimento, realizou-se uma adequação teórica dos principais conceitos de programação da produção tradicional para o ambiente dos laboratórios de controle de qualidade, procurando definir uma estrutura lógica replicável em outros tipos de laboratórios.

4. A abordagem de programação das atividades Um passo fundamental no desenvovlimento de uma ferramenta computacional é a elaboração de um modelo conceitual consistente e genérico o suficiente para permitir a representação dos principais fenômenos envolvidos no sistema em estudo.

A partir de reuniões realizadas com as diversas equipes envolvidas no projeto (clientes e operadores do laboratório, pesquisadores e desenvolvedores), chegou-se a um modelo onde os conceitos fundamentais são:

• Tipos de recursos: grupos de recursos semelhantes, que podem desempenhar a mesma função.

• Recursos: máquinas, ferramentas e recursos humanos do laboratório, necessários ao cumprimento das atividades. Embora todos os recursos de um mesmo tipo sejam intercambiáveis em termos de cumprimento de atividades, cada um tem características próprias de capacidade, custo de operação e calendário de trabalho.

• Calendário de trabalho: parte do calendário global que corresponde aos períodos de trabalho do recurso.

• Atividades: processos que dependem da disponibilidade de um conjunto de recuros para sua realização. As atividades têm um tempo de duração pré-determinado, tempo de setup (preparação do recurso) e um “hold-time” (tempo de “descanso” da amostra processada). Além disso, atividades podem ser declaradas como substitutas de outras atividades, podendo-se assim criar roteiros alternativos.

• Testes: conjunto ordenado de atividades. A ordenação é indicada através de dependências entre as atividades, aplicáveis ao teste em questão. Além de atividades, os testes podem conter também sub-testes, o que permite uma grande felxibilidade em termos de modelagem.

• Projetos: conjunto de testes e os horários desejados de início de cada teste. Os horários são particularmente importantes para os projetos de rotina, que seguem uma programação pré-definida.

• Demanda: solicitação de realização de um projeto, com datas desejadas de início e/ou término pré-determinadas.

A partir desse modelo conceitual, implementou-se um banco de dados relacional onde foram cadastrados os diversos elementos do laboratório (recursos, calendários, atividades, testes e projetos), e desenvolveu-se um modelo de agendamento, mais tarde implementado na forma de um aplicativo computacional.



A lógica básica do modelo de agendamento encontra-se representada na Figura 2. É interessante notar que a lógica de agendamento utiliza o conceito de recursão, ou seja, do desdobramento de itens compostos (projetos, testes, subtestes) em itens simples (atividades), onde ocorre a alocação de recursos.

Depende deoutro item?

Tem sub-itens?

Aloca recursos

Outro item jáagendado?

N

S

S

Calcula início e fimem função dos

sub-itens

Calcula início e fimem função da

disponibilidade derecursos

Agendaroutro item

(RECURSÃO)N

Para cada sub-item

Para cada sub-item

Agendarsub- item

(RECURSÃO)

Procura “melhor”time de recursos

N

Início de“Agendar Item”

Fim de“Agendar Item”

S

Figura 2 – Representação da lógica básica de agendamento

5. O aplicativo desenvolvido Para ilustrar o aplicativo desenvolvido, apresentam-se a seguir dois exemplos simples de aplicação.

O primeiro exemplo serve para demonstrar o funcionamento do aplicativo de uma maneira clara. Neste exemplo, são definidos os seguintes elementos:

• Tipos de recursos e recursos: “Agitador Automático”, “Agitador Mecânico” e “Agitador Manual”, cada qual com um recurso.

• Ativiadades: “Atividade1”, “Atividade2” e “Atividade3”, que utilizam, respectivamente, os tipos de recurso “Agitador Automático”, “Agitador Mecânico” e “Agitador Manual”.

• Testes: “Teste Com Atividades Substitutas”, que consiste da execução da “Atividade1” três vezes.

• Projetos: “Projeto Com Atividades Substitutas”, que consiste de uma repetição do “Teste Com Atividades Substitutas”

• Demandas: “Demanda Teste”, associada ao projeto anterior, a ser iniciado no dia 01 de agosto.



Usando o agendador para calcular o agendamento dessa demanda, obtem-se o seguinte resultado:

Figura 3 – Resultados do agenadmento, Exemplo 1

Como se pode ver, a Atividade1 foi executada três vezes, uma após a outra, já que só existe um recurso do tipo necessário.

O sinal (cor vermelha) à esquerda de cada tarefa significa que essas tarefas estão vinculadas a um projeto especial, cujo final planejado é no passado, mas cuja conclusão ainda não foi confirmada (não apontada). Este sinal serve de alerta para que o gerenciador do sistema tome uma decisão: ou apontar a tarefa (assinalar como concluída), ou reagendá-la a partir da data atual ou futura. Neste exemplo, vamos apontar a tarefa como concluída, clicando no botão Ok da janela representada na Figura 4.

Figura 4 – Apontando o projeto como concluído, Exemplo 1

Após apontado o término do projeto, os sinais (cor vermelha) são removidos. Os sinais (cor azul) significam que a atividade teve de esperar a liberação do recurso para poder ser executada, representando assim um gargalo em potencial (Figura 5).



Figura 5 – Projeto apontado, Exemplo 1

As alterações são validadas através do salvamento dos resultados de volta no banco de dados.

O segundo exemplo é semelhante ao anterior, sendo que a única diferença é que neste, definimos as atividades 2 e 3 como possíveis substitutas da Atividade1. Usando o agendador para fazer o agendamento da mesma demanda, obtém-se o resultado da Figura 6.

Como se pode ver, a definição de atividades substitutas causou uma alteração na programação do laboratório, e o projeto pode ser concluído em menos tempo, e fazendo melhor uso dos recursos disponíveis.

Figura 6 – Resultados do agendamento, Exemplo 2



Além dos resultados em forma de gráficos de Gantt, o aplicativo permite ainda o cálculo de índices de desempenho dos recursos (utilização e aderência a programação), e a emissão de relatórios diversos, inclusive de custos de demandas.

6. Os resultados iniciais e conclusões do trabalho Durante o processo de implementação e início de utilização do aplicativo, foram encontradas as seguintes dificuldades principais:

• Estabelecimento de um critério de definição de prioridade de demandas.

• Descrédito quanto ao uso do aplicativo por representar, além de utilização de uma nova ferramenta, a quebra de paradigmas.

Essas dificuldades, entretanto, foram desaparecendo na medida em que a ferramenta foi sendo aplicada e aperfeiçoada, o que permitiu que se obtivessem os seguintes ganhos:

• Identificação de “gargalos” nos processos de rotina e com isso sua resolução.

• Otimização dos Processos de Rotina tornando-os mais enxutos e eficientes.

• Melhoria no planejamento dos testes especiais permitindo uma estimativa mais precisa do tempo real de duração e, por isto, melhorado o atendimento às demandas criadas.

• Definição da metodologia e criterização das políticas de prioridades.

• Maior controle das demandas e das informações em geral.

• Desenvolvimento de um controle mais rígido dos custos do laboratório.

• Acompanhamento da programação e dos resultados através de um gráfico de Gantt;

• Utilização de recursos gráficos para verificar o nível de ocupação dos diversos recursos do Laboratório;

• Desenvolvimento de cenários de simulação para avaliar o efeito da capacidade dos recursos no nível de serviço prestado e na utilização do laboratório.

7. Referências Bibliográficas PIDD, M. Modelagem Empresarial: Ferramentas para a Tomada de Decisão. Porto Alegre, Editora Bookman, 1998.

RODRIGUES, L. H. Developing an Approach to Help Companies Synchronise Manufacturing. Universidade de Lancaster, Inglaterra, 1994. (Tese de Doutorado em Ciências Administrativas).

THIOLLENT, Michel. Metodologia da Pesquisa-Ação. São Paulo: Cortez, 1998.

UMBLE, M. M. & SRIKANTH, M. L. Synchronous Manufacturing. South-Western Cincinnati, Publishing CO., 1990.

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