PEDRO VEIGA DE CAMARGO

ANLISE DE UM SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIRIO DE GRANIS AGRCOLAS ATRAVS DE UMA ABORDAGEM

INTEGRADA SIMULAO-OTIMIZAO

So Paulo 2010

PEDRO VEIGA DE CAMARGO

ANLISE DE UM SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIRIO DE GRANIS AGRCOLAS ATRAVS DE UMA ABORDAGEM

INTEGRADA SIMULAO-OTIMIZAO

Dissertao apresentada Escola

Politcnica da Universidade de So Paulo

para obteno de ttulo de Mestre em

Engenharia

rea de Concentrao:

Engenharia de Transportes

Orientador: Prof. Dr. Claudio Barbieri da

Cunha

So Paulo 2010

FICHA CATALOGRFICA

Camargo, Pedro Veiga de

Anlise de um sistema de transporte ferrovirio de granis agrcolas atravs de uma abordagem integrada simulao-otimizao / P.V. de Camargo. -- ed.rev. -- So Paulo, 2010. p.

Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade

de So Paulo. Departamento de Engenharia de Transportes.

1. Transportes ferrovirios (Anlise; Simulao; Otimizao) 2. Gros I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. De-partamento de Engenharia de Transportes II. t.

PEDRO VEIGA DE CAMARGO

ANLISE DE UM SISTEMA DE TRANSPORTE FERROVIRIO DE GRANIS AGRCOLAS ATRAVS DE UMA ABORDAGEM

INTEGRADA SIMULAO-OTIMIZAO

Dissertao apresentada Escola

Politcnica da Universidade de So Paulo

para obteno de ttulo de Mestre em

Engenharia

rea de Concentrao:

Engenharia de Transportes

Orientador: Prof. Dr. Claudio Barbieri da

Cunha

So Paulo 2010

DEDICATRIA

Dedico esse trabalho

minha mulher, Christina, razo de tudo.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeo ao meu orientador, professor Claudio

Barbieri da Cunha, que me acolheu como seu orientado quando mudei o rumo de

minha vida profissional e que foi pea essencial no desenvolvimento desse trabalho,

alm de me dar apoio e ensinamentos fundamentais para enfrentar os desafios que

se colocam minha frente na forma do curso de doutoramento.

Agradeo a todos os professores da Escola Politcnica, principalmente

queles do Departamento de Engenharia de Transportes, pelas lies tcnicas e de

tica ao longo de quase dez anos de convivncia desde a graduao; especialmente

ao professor Orlando Strambi, que guiou meus primeiros passos no mundo da Eng.

de Transportes e que me abriu as portas da carreira acadmica.

A Enrico Barnaba Ferri pelo companheirismo nas vidas acadmica e

profissional; aos colegas de Vale Gustavo Zanandrea, Fabiano Pompermayer,

Luciano Bandeira e Claudia Pontes, e da Logit, Wagner Colombini Martins, Rubens

Almeida Junior e Fabiana Takebayashi, a quem devo parte importante dos dados e

do conhecimento empregado nesse trabalho; Ao Andrei, que me ensinou muito

sobre o processo de desenvolvimento de uma tese; minha me Ana Christina por

todas as ajudas que, aqui e ali, fizeram e ainda fazem minha vida muito mais fcil;

minha mulher, Christina, que me o motivo e a fora necessrios para que eu

caminhe finalizao esse trabalho e minha filha Sophia, que me ajudou a acordar

nas ltimas noites necessrias de trabalho nesse texto.

Finalmente, aos professores do Institute of Transportation Studies da

University of California in Irvine, em especial ao meu orientador Prof. Dr. Michael

McNally, por permitir minha ausncia s aulas e obrigaes do programa de PhD

para estar presente no Brasil sempre que necessrio.

RESUMO

O transporte ferrovirio uma das mais eficientes formas para escoamento da safra

brasileira de granis agrcolas. Apesar disso, a malha ferroviria nacional, bem como

a sua frota de veculos, no tem sido expandida no mesmo ritmo que a produo de

gros, impondo restries de capacidade de transporte cada vez mais fortes nesse

modal. Nesse contexto, necessrio que a ferrovia torne-se mais eficiente, de forma

a suprir o seu crescimento deficitrio com aumento de produtividade.

Esse trabalho lana mo de uma abordagem mista simulao-otimizao para

realizar a anlise de possveis estratgias operacionais para um sistema de

transporte ferrovirio operando em ciclo fechado, abordagem que se mostrou

bastante adequada representao de sistemas ferrovirios do tipo considerado

neste trabalho.

apresentado um modelo de simulao estocstica implementado em linguagem de

programao dentro do qual foram testadas diversas regras de deciso baseadas

em figuras de mrito diversas, algumas das quais apresentando resultados bastante

promissores para testes prticos.

Palavras-Chave: Simulao, Otimizao, transporte, ferrovia, granis.

ABSTRACT

Railway transportation is one of the most efficient means used to carry the Brazilian

grain production to export ports. However, grain production has grown at a faster rate

than the railway infrastructure, leading to several operational restrictions for this

transportation mode. Therefore it is expected from the railway operators an increase

in their efficiency to supplement their lack of capacity.

This research presents a discussion of some strategies that could be used for a grain

rail transportation system operating in a closed loop, which was modeled as an

simulation-optimization type of model, which revealed itself a very suitable approach

when modeling this type of transportation system.

This dissertation describes the simulation model developed to characterize the

system, the prioritization rules that were incorporated into the model, as well as some

very promising results.

Key-words: Simulation, Optimization, transportation, railway, grains.

LISTA DE ILUSTRAES

FIGURA 1.1: ESQUEMA GERAL DA OPERAO QUE SER MODELADA .......................................................... 2 FIGURA 3.1: SISTEMA FCA-EFVM-TUBARO ..................................................................................... 21 FIGURA 3.2: DISTRIBUIO DA MALHA DA FERROVIA CENTRO-ATLNTICA ................................................ 23 FIGURA 3.3: ESTRADA DE FERRO VITRIA-A-MINAS (EFVM) ................................................................ 25 FIGURA 3.4: PONTOS DE INTERCMBIO ENTRE FCA E EFVM ................................................................. 29 FIGURA 3.5: TERMINAIS DO PORTO DE TUBARO ................................................................................ 31 FIGURA 3.6: DETALHE DO TERMINAL DE PRODUTOS DIVERSOS DE TUBARO. ............................................ 32 FIGURA 3.7: PRINCIPAIS MOVIMENTOS DE EXPORTAO DE SOJA E FARELO ............................................... 40 FIGURA 3.8: DEMANDA DE TRANSPORTE DE SOJA E FARELO PARA O ANO DE 2009 (TON/ANO). .................... 41 FIGURA 3.9 SAZONALIDADE DO TRANSPORTE DE GROS NO SISTEMA FCA/EFVM/TUBARO .................... 42 FIGURA 4.1: ESTRUTURAS QUE COMPEM O PROCESSO DE TRANSPORTE FERROVIRIO DE GROS .................. 44 FIGURA 5.1 INTERAO ENTRE ELEMENTOS DO MODELO DE UMA FERROVIA EM CICLO FECHADO ................. 54 FIGURA 5.2: ESTAES DE INTERCMBIO EM RELAO A BELO HORIZONTE ............................................... 59 FIGURA 5.3: COMPOSIO DA DEMANDA APS A AGREGAO DE PRODUTOS ............................................ 63 FIGURA 5.4: ANLISE DE SENSIBILIDADE VARIAO DE CAPACIDADE DOS SILOS ........................................ 65 FIGURA 5.5: ANLISE DE SENSIBILIDADE VARIAO DA FROTA DE LOCOMOTIVAS ...................................... 66 FIGURA 5.6: EVOLUO DA DIFERENA EM RELAO MDIA CONFORME O NMERO DE REPETIES ............ 67 FIGURA 6.1: COMPARAO DO DESEMPENHO DE COMBINAES UMA-A-UMA ENTRE OS DOIS CENRIOS

AVALIADOS ............................................................................................................................. 82 FIGURA 6.2: DESEMPENHO ABSOLUTO DE COMBINAES UMA-A-UMA DOS DOIS CENRIOS AVALIADOS ......... 83 FIGURA 6.3: DEMANDA ATENDIDA VS. DEMANDA PERDIDA POR PRODUTO OPERADO (CENRIO BSICO) ........ 92 FIGURA 6.4: DEMANDA ATENDIDA VS. DEMANDA PERDIDA POR ESTAO DE CARREGAMENTO (CENRIO BSICO)

........................................................................................................................................... 93 FIGURA 6.5: DEMANDA ATENDIDA VS. DEMANDA PERDIDA POR PRODUTO OPERADO (CENRIO ALTERNATIVO) 93 FIGURA 6.6: DEMANDA ATENDIDA VS. DEMANDA PERDIDA POR ESTAO DE CARREGAMENTO (CENRIO

ALTERNATIVO) ........................................................................................................................ 94 FIGURA 6.7: CAMINHES PERDIDOS VS. NAVIOS PERDIDOS POR PRODUTO (CENRIO BSICO) ....................... 95 FIGURA 6.8: CAMINHES PERDIDOS VS. NAVIOS PERDIDOS POR PRODUTO (CENRIO ALTERNATIVO) .............. 95 FIGURA 6.9: DISTRIBUIO DAS FILA DE LOCOMOTIVAS POR ESTAO (CENRIO BSICO) ............................. 96 FIGURA 6.10: DISTRIBUIO DAS FILA DE LOCOMOTIVAS POR ESTAO (CENRIO ALTERNATIVO) .................. 96 FIGURA 6.11: DISTRIBUIO DE FILAS DE VAGES CARREGADOS POR ESTAO (CENRIO BSICO) ................. 97 FIGURA 6.12: DISTRIBUIO DE FILAS DE VAGES CARREGADOS POR ESTAO (CENRIO ALTERNATIVO) ......... 97 FIGURA 6.13: DISTRIBUIO DE FILAS DE VAGES VAZIOS POR ESTAO (CENRIO BSICO) .......................... 98 FIGURA 6.14: DISTRIBUIO DE FILAS DE VAGES VAZIOS POR ESTAO (CENRIO ALTERNATIVO) ................. 98 FIGURA 6.15: DEMANDA PERDIDA POR TIPO DE PRODUTO POR REGRA DE PRIORIZAO UTILIZADA ................ 99

LISTA DE TABELAS

QUADRO 1.1: MALHAS RODO-FERROVIRIAS DOS10 PASES DE MAIOR EXTENSO TERRITORIAL ...................... 4 QUADRO 3.1: PRINCIPAIS INDICADORES DE DESEMPENHO FERROVIRIO PARA O TRANSPORTE DA ORIGEM MDIA

DOS GROS ............................................................................................................................ 26 QUADRO 3.2: EVOLUO DA PRODUO MUNDIAL DE SOJA (MILHES DE TONELADAS AO ANO) ................... 38 QUADRO 3.3: EVOLUO DO CONSUMO MUNDIAL DE SOJA (MILHES DE TONELADAS AO ANO) ................... 39 QUADRO 3.4: EXCEDENTE/DFICIT DE SOJA DOS PRINCIPAIS CONSUMIDORES (MILHES DE TONELADAS AO ANO)

........................................................................................................................................... 39 QUADRO 5.1: CAPACIDADE ESTIMADA DE DIVERSOS ELEMENTOS DO MODELO ESTOCSTICO ......................... 64 QUADRO 5.2: MATRIZ DE APLICAO DE REGRAS DE PRIORIZAO A PROCESSOS DECISRIOS ....................... 78 QUADRO 6.1: EXCESSO DE CAPACIDADE APS ALTERAO DE FROTAS DE LOCOMOTIVAS.............................. 81 QUADRO 6.2: ALTERAO DA PERDA DE PRODUO COM ASSOCIAO UMA A UMA (CENRIO DE CAPACIDADE

ORIGINAL) .............................................................................................................................. 84 QUADRO 6.3: ALTERAO DA PERDA DE PRODUO COM ASSOCIAO UMA A UMA (CENRIO ALTERNATIVO DE

CAPACIDADE).......................................................................................................................... 85 QUADRO 6.4: PROCESSOS DECISRIOS CONSIDERADOS NO MODELO (POSIO NO NOME) ........................... 87 QUADRO 6.5: REGRAS DE PRIORIZAO UTILIZADAS NO MODELO ............................................................ 88 QUADRO 6.6: CONFIGURAES DE MELHOR RESULTADO DO MODELO SIMULAO-OTIMIZAO (CENRIO

BSICO) ................................................................................................................................. 90 QUADRO 6.7: CONFIGURAES DE MELHOR RESULTADO DO MODELO SIMULAO-OTIMIZAO (CENRIO

ALTERNATIVO) ........................................................................................................................ 91

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ANTAQ Agncia Nacional de Transportes Aquavirios

CCO Centro de Controle Operacional

EFVM Estrada de Ferro Vitria-a-Minas

FCA Ferrovia Centro-Atlntica

LIFO Last in, First out

MM Milho

PEPS Primeiro que entra, primeiro que sai

PNLT Plano Nacional de Logstica e Transportes

RSM Response Surface Method (Metodologia de superfcie de resposta)

SSD Sistema de Suporte deciso

TPD Terminal de Produtos Diversos

TPM Terminal de Praia Mole

UEPS ltimo que entra, primeiro que sai

LISTA DE SMBOLOS

CV Cavalo Vapor

N - Nmero

R$ - Real

ton Toneladas

SUMRIO

1 Introduo ....................................................................................................... 1

1.1 Apresentao ................................................................................................ 1 1.2 Relevncia do tema ...................................................................................... 3 1.3 Objetivo ......................................................................................................... 5 1.4 Metodologia .................................................................................................. 6 1.5 Delineamento do trabalho ............................................................................. 7

2 Reviso bibliogrfica ...................................................................................... 8

2.1 Simulao de sistemas de transporte ferrovirio de cargas .......................... 8 2.2 Modelos de otimizao em sistemas ferrovirios ........................................ 10 2.3 Modelos hbridos simulao-otimizao ..................................................... 12 2.4 Concluso ................................................................................................... 20

3 O sistema FCA/EFVM/Tubaro .................................................................... 21

3.1 Caractersticas fsicas da FCA e da EFVM ................................................. 22 3.2 Operao ferroviria ................................................................................... 25 3.3 O Porto de Tubaro .................................................................................... 30 3.4 Planejamento e programao de transporte ............................................... 33 3.5 Mercado de granis agrcolas ..................................................................... 37 3.6 Concluso do captulo ................................................................................. 42

4 Caracterizao do problema ........................................................................ 43

4.1 Figura de mrito para avaliao de desempenho do sistema ..................... 43 4.2 Etapas do transporte de gros .................................................................... 43

5 Modelo proposto........................................................................................... 50

5.1 Dados de Entrada ....................................................................................... 52 5.2 Modelo de simulao .................................................................................. 54 5.3 Capacidade limite do sistema de simulao ............................................... 63 5.4 Verificao do modelo de simulao ........................................................... 64 5.5 Regras de priorizao ................................................................................. 67

6 Experimentos computacionais .................................................................... 79

6.1 Cenrio com equilbrio de capacidade ........................................................ 80 6.2 Combinaes uma-a-uma ........................................................................... 81 6.3 Composio de regras de deciso .............................................................. 86 6.4 Impacto da utilizao de regras de priorizao absolutas ou relativas ....... 98 6.5 Concluses ............................................................................................... 100

7 Concluses ................................................................................................. 100 8 Referncias bibliogrficas ......................................................................... 102

1

Introduo

1.1 Apresentao

Esse trabalho trata da modelagem de um sistema de transporte ferrovirio de

granis agrcolas, ou simplesmente gros, desde o ponto de origem (correspondente

ao local de chegada dos caminhes nos terminais de carregamento dos vages) at

o seu embarque em algum navio no terminal porturio.

Conforme ilustrado na Figura 0.1, os gros transportados pelo sistema em estudo

passam por diversas etapas antes de serem embarcados em algum navio, a saber:

Chegada dos caminhes transportando gros provenientes das regies

produtoras s estaes de carregamento de vages;

Descarregamento dos caminhes em moegas e transferncia dos gros para

silos de armazenamento;

Transferncia dos gros dos silos para vages vazios;

Formao e despacho do trem rumo a uma estao intermediria;

Colocao dos vages carregados em fila na estao intermediria;

Formao e despacho de trens com destino ao porto;

Colocao dos vages carregados em fila no porto;

Descarga de vages em moegas e transferncia dos gros para silos; e

Transferncia dos gros para os navios que atracam no porto.

Como complemento desse processo, existe ainda o retorno de vages vazios s

estaes de carregamento, o que acontece com os vages percorrendo o mesmo

trajeto de vinda e obedecendo mesma seqncia de etapas do percurso rumo ao

porto, mas na ordem inversa.

Nessa seqncia de etapas, algumas atividades apresentam grande variabilidade,

no sendo adequada a sua descrio como apresentando um comportamento

determinstico. Esses componentes, principalmente a chegada de caminhes s

estaes de carregamento e de navios ao porto, so condicionadores fundamentais

2

do desempenho do sistema sendo modelado e, portanto, devem ser considerados

como processos estocsticos.

Figura 0.1: Esquema geral da operao que ser modelada

Alm disso, as atividades de descarga de caminhes, trfego de trens, carga e

descarga de vages e carregamento de navios tambm ocorrem com grande

variabilidade na operao do sistema real, o que tambm condiciona o desempenho

de sua operao.

3

1.2 Relevncia do tema

A relevncia do tema apresentado reside em trs constataes feitas durante a

pesquisa:

Previso de grande crescimento da produo agrcola Brasileira apresentada

no Plano Nacional de Logstica e Transportes do Governo Federal PNLT

(2007), a qual no poder ser absorvida pelo atual sistema ferrovirio por falta

de capacidade de transporte;

Forte competio entre os diferentes modos de transporte no mercado de

granis agrcolas com predominncia do modo rodovirio, sendo necessrio

maximizar o aproveitamento do ativo ferrovirio para aumentar sua

competitividade; e

Inexistncia de modelos matemticos para estudo de regras de operao

ferroviria que considerem as caractersticas estocsticas do problema;

Segundo os dados fornecidos por uma das empresas envolvidas na elaborao do

PNLT, os modos ferrovirio e rodovirio respondem por 84%1 de toda a produo de

transporte2 de soja, farelo e milho, sendo 37% no modo ferrovirio e 47% no modo

rodovirio.

Essa repartio modal, bastante favorvel rodovia, pode ser explicada, ao menos

em parte, pela pequena extenso da malha ferroviria existente no Brasil quando

comparada com a sua malha rodoviria.

De acordo com dados disponveis no World Fact Book da Agncia Central de

Inteligncia dos Estados Unidos (CIA/USA), a extenso da malha ferroviria

brasileira de cerca de 1,7% da malha rodoviria, conforme apresentado no Quadro

0.1.

1 Fonte: Logit Engenharia Consultiva LTDA 2 Produo de transporte calculada pela multiplicao da massa/volume de produto pela distncia de transporte.

4

Quadro 0.1: Malhas rodo-ferrovirias dos10 pases de maior extenso territorial

Fonte: World Fact Book (CIA/USA)

Uma vez que a produo agrcola de gros demanda a utilizao de grande

quantidade de terra, a maior capilaridade da malha rodoviria permite melhor acesso

de caminhes s diversas reas de plantao, bem como a outros mercados de

transporte durante a entressafra de gros.

Segundo dados da Secretaria de Comrcio Exterior (SECEX), durante o ano de

2007, as exportaes de soja e farelo somadas tiveram seu pico no ms de maio,

com 12,5% de toda a exportao anual. Com este valor pode-se calcular a

entressafra terica de transporte de soja e farelo para exportao, de

aproximadamente quatro meses, que so calculados como o nmero de meses do

ano menos o nmero de meses (de demanda igual mxima mensal) necessrios

para transportar o total da demanda anual.

Esses fatores contribuem para uma diminuio da competitividade dos operadores

ferrovirios, que possuem altos custos fixos (como manuteno dos ativos

ferrovirios e custo de capital do material rodante parado, entre outros), tornando

mais necessria a maximizao da utilizao de seus ativos e a reduo dos custos

operacionais.

Para que se tenha uma idia mais clara do impacto do custo de manuteno e de

capital do material rodante de uma ferrovia, pode-se tomar como parmetro o

trabalho de Ravara (2005), que mostrou que uma variao de 10% na quantidade de

locomotivas necessrias para realizar um determinado transporte resulta na

diminuio de 6% no custo total para a realizao desse mesmo transporte.

Pasrea

(1.000 km)

Malha Ferroviria

(1.000 km)

Malha Rodoviria

(1.000 km)

Malha ferroviria /

Malha rodoviria

km ferrovia

/1.000 km

km rodovia

/1.000 km

Rssia 17.075 87 933 9,3% 5,1 54,6

Canad 9.985 48 1.042 4,6% 4,8 104,4

Estados Unidos 9.827 227 6.466 3,5% 23,1 658,0

China 9.597 75 1.931 3,9% 7,9 201,2

Brasil 8.512 29 1.752 1,7% 3,4 205,8

Austrlia 7.687 39 813 4,7% 5,0 105,8

ndia 3.288 63 3.316 1,9% 19,2 1008,8

Argentina 2.767 32 231 13,8% 11,5 83,6

Cazaquisto 2.717 14 92 15,0% 5,0 33,7

Sudo 2.506 6 12 50,2% 2,4 4,7

5

1.3 Objetivo

O objetivo desse trabalho estudar polticas operacionais que maximizem o

desempenho de um sistema ferrovirio de transporte de gros composto de duas

ferrovias distintas e considerando mltiplas origens, mltiplos produtos e destino a

um nico porto.

Essas polticas operacionais devero responder diversas perguntas, a saber:

Despacho de vages

o Quando existe um conjunto de vages vazios a serem destinados para

carregamento, para qual estao de carregamento se deve enviar

esses vages?

o Quando existem vages carregados com diferentes produtos e a

capacidade de trao disponvel insuficiente para lev-los todos de

uma vez, quais vages devem ser selecionados para o transporte

imediato?

Definio de carregamento

o Quando existe um vago pronto para carregamento e mais de um tipo

de produto para carreg-lo, qual produto deve ser priorizado?

o Quando existem navios em fila para atracao e carregamento com

produtos diferentes, qual deles deve ser priorizado? Qual o impacto no

sistema decorrente de sua operao de acordo com a regra de

primeiro que entra, primeiro que sai (PEPS)?

Gerenciamento de descarga

o Quando existem vages carregados com diferentes produtos em fila

para descarga no porto e uma nica estrutura de descarga, qual a

melhor ordem de descarga e, em particular, qual deles deve ser

descarregado em primeiro lugar?

o Quando existe uma fila de caminhes para serem descarregados nas

estaes ferrovirias e uma nica estrutura de descarga, qual deles

deve ser descarregado primeiro e qual a melhor ordem de descarga?

6

Trs fatores contribuem para tornar as respostas a essas perguntas no triviais. O

primeiro deles o carter aleatrio de alguns dos componentes do sistema, que

torna muito difcil a sua soluo de maneira analtica.

O segundo fator a interao dos diversos elementos do sistema promovida pela

circulao de vages e locomotivas no sistema. O terceiro fator a questo

temporal, que associada aos dois primeiros fatores, torna de muito difcil previso a

conseqncia de uma deciso sobre um subsistema qualquer, mesmo em um futuro

prximo quele em que se toma a deciso.

Uma vez que no existe consenso na literatura em relao melhor forma de se

modelar esse problema, torna-se um segundo objetivo desse trabalho a

determinao da adequabilidade de modelos simulao-otimizao ao estudo de

estratgias operacionais em sistemas ferrovirios operando em circuito fechado.

1.4 Metodologia

A necessidade de considerao dos componentes estocsticos do problema, aliada

ao objetivo de estudar polticas operacionais que maximizem o desempenho do

sistema, resultou na proposio de uma abordagem hbrida que incorpora regras

heursticas que busquem a otimizao do sistema a um modelo de simulao.

A construo do modelo foi dividida em duas etapas. A primeira delas consistiu da

construo de um modelo de simulao estocstica convencional que representasse

adequadamente o sistema apresentado na Figura 0.1.

Com o modelo construdo, foram enumeradas todas as decises que poderiam ser

substitudas por regras de deciso heursticas com o objetivo de maximizar o

resultado do modelo, aproximando-o, assim, da realidade prtica decorrente das

aes dos tomadores de decises.

Nesse processo de enumerao foram consideradas passveis de substituio por

heursticas todas aquelas regras convencionais de simulao estocstica que

eventualmente no representassem os processos decisrios reais e que, de alguma

forma, fornecessem respostas aos questionamentos listados na seo 1.3.

Como exemplos mais evidentes dessa questo podem ser citados a escolha de

estao de destino para os vages vazios que chegam estao intermediria

vindos do porto e o gerenciamento de filas, que no se d no esquema de pilha

7

(ltimo que entra, primeiro que sai) ou fila do tipo PEPS (primeiro que entra, primeiro

que sai).

Observa-se, na operao do sistema real, que tanto a distribuio de vages quanto

o gerenciamento das filas de veculos so feitos com base na anlise do sistema

como um todo, cujos elementos tangveis se tentaro representar no modelo

proposto.

Esse passo gerou uma lista de sete oportunidades para implementao de regras de

priorizao, quais sejam: Definio de destino de vages vazios, escolha de produto

para ser carregado em vages vazios que chegam s estaes carregamento,

escolha de veculo em fila para descarregar (caminho e vago), seleo de vages

carregados para formao de trens (nas estaes de carregamento e na estao

intermediria) e escolha de navio (dentre aquelas em fila) para atracao e

carregamento.

Como conseqncia dessa substituio, obtm-se um modelo de simulao cujos

processos internos (distribuio de recursos e gerenciamento de filas) no

dependem de distribuies probabilsticas e regras fixas do tipo PEPS, mas de

regras de deciso dedicadas a cada uma dessas questes. Alm disso, estas regras

consideravam o estado de vrias variveis do sistema, ao invs de apenas as

variveis do ponto onde a deciso seria tomada.

Uma vez que os pacotes de simulao estocstica a que se teve acesso (Arena e

ProModel) exigiriam um nmero muito grande de alteraes no modelo a cada nova

regra de priorizao que se implementasse, foi decidido que o modelo no seria

construdo sobre plataformas comerciais, mas implementado diretamente em

linguagem de programao.

1.5 Delineamento do trabalho

Este item tem por objetivo fornecer uma descrio da organizao e estrutura do

presente trabalho.

No captulo 2 ser apresentada a reviso bibliogrfica da literatura que aborda

modelos de simulao de sistemas ferrovirios e daquela que trata de modelos

hbridos simulao-otimizao.

8

No Captulo 3 apresentada uma breve introduo ao sistema de transporte de

granis agrcolas que foi utilizado como principal referncia para a elaborao desse

trabalho, composto pela Ferrovia Centro-Atlntica (FCA), Porto de Tubaro e

Estrada de Ferro Vitria-a-Minas (EFVM), alm de um panorama geral da produo

e exportao de granis agrcolas no Brasil com destaque para os principais

corredores de transporte com destino aos portos, bem como a demanda de

transporte no sistema FCA/EFVM/Tubaro.

Nos captulos 4 e 5 so apresentados, respectivamente, o problema e o modelo

propostos, bem como o detalhamento de todas as anlises realizadas.

No captulo 6 so apresentados os resultados dos experimentos computacionais e

os parmetros numricos utilizados, enquanto que o captulo 7 apresenta as

concluses do trabalho e recomendaes para pesquisas futuras.

Reviso bibliogrfica

Esse captulo tem por objetivo apresentar a reviso dos principais trabalhos

publicados relacionados ao escopo desta dissertao, mais especificamente em

torno da simulao de sistemas de transporte ferrovirio e de modelos hbridos

simulao-otimizao.

1.6 Simulao de sistemas de transporte ferrovirio de cargas

Segundo Gordon (1969), o termo sistema utilizado para definir uma variada gama

de fins, o que resulta na grande dificuldade de conseguir uma nica definio para o

tema que seja concisa o suficiente para uma utilizao qualquer.

Ainda segundo Gordon (1969), simulao de sistemas a tcnica de soluo de

problemas atravs do acompanhamento das mudanas ao longo do tempo em um

modelo dinmico de um dado sistema.

Em se tratando sistemas ferrovirios, um dos aspectos que aparecem com maior

freqncia em buscas pelo tema em publicaes especializadas em pesquisa

operacional e simulao estocstica a questo da capacidade de trfego de trens

de uma malha, geralmente expresso em pares de trens por dia. Para esse tipo de

9

estudo existem diversos pacotes comerciais consolidados e que englobam

procedimentos de simulao estocstica e otimizao.

Entretanto, quando se fala de simulao de sistemas fechados (em que no h

entrada nem sada de veculos), como a circulao de vages entre pontos de carga

e de descarga, se obrigado a recorrer a pacotes genricos tradicionais, como

Arena (Rockwell 2009), ProModel (Promodel Corporation, 2009) ou AnyLogic (xj

Technologies, 2009).

Softwares como o Fast Track, tornaram a modelagem de cruzamento de trens e

operaes de ptios intermedirios extremamente simples, (Fast Track II, 2004).

Entretanto, no foi encontrado software que trate especificamente a questo dos

circuitos fechados.

Botter, Franzese e Fioroni (2003), Fioroni (2007) e Everett (2001) foram as nicas

referncias encontradas que se relacionam a esse tipo de sistema, e tratam de

sistemas de transporte de minrio de ferro, os dois primeiros em ferrovias brasileiras

e o terceiro em ferrovias australianas.

Botter, Franzese e Fioroni (2003) apresentam um modelo de simulao que

considera um circuito fechado de vages dedicados ao transporte de minrio de

ferro ao mesmo tempo em que trata a operao da ferrovia, com suas regras de

sinalizao e interao entre trens.

Apesar de tratar de um sistema ferrovirio que parte daquele representado no

presente trabalho, o modelo proposto pelos autores trata em bastante detalhe a

interao entre os trens em transito e deles com a prpria ferrovia, de forma a

representar o trafego de trens verificado na realidade. Apesar disso, o tratamento do

circuito fechado proposto pelos autores no explicita claramente a forma como foi

considerada a distribuio de vages e o tratamento de filas, o que ser explorado

em maior detalhe nesse trabalho.

Em um trabalho semelhante, Fioroni (2007) apresenta um modelo tambm

desenvolvido para analisar um sistema ferrovirio fechado de transporte de minrio

de ferro, dessa vez composto pela malha da MRS Logstica S.A. (MRS), em que as

questes de interao entre trens e desses com a ferrovia tambm so tratadas de

forma bastante detalhada. Apesar das semelhanas, Fioroni (2007) conferiu um

tratamento um pouco mais sofisticado distribuio de vages com a introduo de

10

um modelo de otimizao dedicado escolha de destino para cada um dos trens,

mas tambm no considera a possibilidade de priorizao de veculos em fila, um

dos principais objetivos do presente trabalho. Dessa forma, apenas Fioroni (2007) e

Everett (2001) sero discutidos com mais detalhes ao final desse captulo.

1.7 Modelos de otimizao em sistemas ferrovirios

Os problemas de otimizao ferroviria tem sido um campo de pesquisa bastante

explorado, o que se pode perceber com a quantidade de referncias encontradas na

literatura. Adicionalmente, os problemas relacionados ao desenho de malha e

otimizao de grade de trens (cruzamentos/ultrapassagens de trens) esto entre os

mais freqentes, conforme se pode verificar ao realizar buscas textuais nas

publicaes especializadas na rea.

Cordeau, Toth e Vigo (1998) apresentam uma reviso bibliogrfica bastante

abrangente dos estudos acerca de programao e roteirizao em ferrovias, e

consideram surpreendentemente pequeno a utilizao desses recursos pelas

ferrovias frente ao seu grande potencial de economia.

Nesse trabalho, os autores discutem detalhes dos modelos de otimizao e os

separam em categorias, de acordo com a aplicao dos mesmos. Para isso, foi

analisada a seqncia de etapas na operao da ferrovia.

A primeira classe de modelos de otimizao aplicados a ferrovia que os autores

apresentam a de gerenciamento de ptios de classificao de vages. Por

polticas de gerenciamento, entendam-se as regras que definem como um trem que

entra em um ptio ferrovirio deve ser inspecionado, desmontado e seus vages

classificados e posicionados em outros trens que partiro desse mesmo ptio.

Esse tipo de modelo tem por objetivo a anlise das operaes desempenhadas em

ptios de classificao uma vez conhecidos os vages e locomotivas que devem

chegar ao ptio e o destino e composio de todos os trens que devem deix-lo.

A segunda categoria de modelos analisados pelos autores a de roteirizao, que

consiste da definio da rota a ser percorrida por cada vago/trem em termos dos

trechos ferrovirios a serem percorridos e tambm das operaes de montagem

(formao) e desmontagem de trens e a associao de vages a trens em cada uma

11

dessas etapas, o que consiste basicamente nos problemas de blocagem de vages,

designao de blocos de vages a trens e programao de trens.

Esses trs problemas, juntamente com a distribuio de vages vazios possuem, de

acordo com o autor, uma interdependncia muito forte, mas ainda pouco vivel

trat-los em conjunto.

A terceira categoria de problemas listada, a de gerenciamento de frota, dividida

pelo autor em uma subcategoria em que vrias ferrovias operam vages em

esquema de pool (vages compartilhados) e outra em que uma nica ferrovia opera

um conjunto de vages, caso mais freqente na operao ferroviria Brasileira.

As duas outras categorias de problemas citadas, a de alocao de locomotivas a

trens e de anlise de cruzamento de trens em linha singela so bastante relevantes

para a operao ferroviria brasileira, a qual dispe de um nmero de locomotivas

inferior ao desejvel e realizada quase em sua totalidade em ferrovias de linha

singela.

Apesar disso, na gama de problemas listados por Cordeau, Toth e Vigo (1998) no

encontrada referncia ao problema tratado no presente trabalho.

Mais recente, Ahuja, Cunha e ahin (2005) apresentam uma reviso tambm

bastante completa da utilizao de modelos de fluxo em rede para o planejamento e

programao do transporte ferrovirio de carga.

Assim como Cordeau, Toth e Vigo (1998), Ahuja, Cunha e ahin (2005) constatam o

uso ainda restrito de tcnicas de pesquisa operacional no planejamento e operao

de ferrovias, o que se atribui complexidade desses problemas e ao pouco tempo

decorrido desde que grande capacidade computacional se tornasse disponvel para

a soluo dos problemas enfrentados pelas ferrovias.

Apesar disso, os autores mencionam a economia obtida pela Union Pacific, ferrovia

norte americana, com a implantao de um sistema de programao baseado em

tcnicas de pesquisa operacional como um bom indcio de que existe possibilidade

de ganhos relevantes nessa rea.

Os autores apresentam, de forma extremamente detalhada, os modelos de

otimizao aplicados aos problemas por eles discutidos, alm de propor algoritmos

para a soluo dos mesmos.

12

Alm dos problemas abordados por Cordeau, Toth e Vigo (1998), Ahuja, Cunha e

ahin (2005) apresentam tambm o problema de localizao de ptio, que se

constitui uma alternativa no abordada por Cordeau, Toth e Vigo (1998) para a

otimizao do desenho de rede na ferrovia.

O problema de programao de equipagem (maquinistas) tambm abordado pelos

autores, para o qual proposto um algoritmo de soluo baseado em programao

inteira relaxada da restrio de que o primeiro trem da fila deve ser o primeiro a

receber um maquinista, a qual considerada apenas no ps-processamento.

Campos (2009), por outro lado, apresenta uma reviso tambm bastante ampla da

aplicao de otimizao operao/planejamento de ferrovias, mas como forma de

embasar o desenvolvimento de um modelo de planejamento de malha para o

transporte de minrio de ferro pelo mesmo sistema estudado por Botter, Franzese e

Fioroni (2003), o que a torna bastante relevante como referncia dos trabalhos

existentes na literatura sobre otimizao aplicada em ferrovias e que convm ao

caso Brasileiro.

Com a anlise desses trabalhos, percebe-se que a aplicao de mtodos de

otimizao no tem sido utilizada para a definio de polticas de deciso de carga e

descarga de vages, considerando sempre que a demanda de vages cheios e

vazios a ser transportados dada.

Apesar disso, a quase inexistncia de trabalhos que considerem as caractersticas

estocsticas do problema levou o desenvolvimento desse trabalho a considerar uma

metodologia de modelagem distinta daquelas clssicas de otimizao e que

Cordeau, Toth e Vigo (1998), Ahuja, Cunha e ahin (2005) e Campos (2009)

apresentam em grande extenso.

1.8 Modelos hbridos simulao-otimizao

Modelos de simulao-otimizao caracterizam-se por ter em sua composio

elementos bsicos de modelos de otimizao, como uma funo objetivo a ser

maximizada/minimizada, e elementos de problemas de simulao, como a existncia

de variveis com comportamento estocstico.

Como ser apresentada mais adiante, a combinao de modelos de otimizao e

simulao em uma nica ferramenta pode ser feita de diversas formas, o que limita a

13

definio de um modelo otimizao-simulao apenas ao fato de que so utilizados

elementos de ambos os tipos de modelo. A seo 1.8.1 destinada a apresentar as

diversas formas de composio desses modelos encontradas na literatura.

Assim sendo, toda a vez em que se tratar da utilizao de um modelo otimizao-

simulao necessrio especificar de forma bastante detalhada como feita a

composio entre esses dois modelos, de forma que se possa saber exatamente

qual a abordagem dada ao problema, bem como quais foram os algoritmos

utilizados.

Jacobson e Schruben (1989) classificam os modelos hbridos simulao-otimizao

como sendo de otimizao estocstica, cuja soluo, segundo eles, de

reconhecida dificuldade.

Segundo Pflug (1996), um problema de otimizao estocstica caracterizado pelo

fato de que nem todos dados relevantes deciso so exatamente conhecidos no

instante em que a deciso deve ser tomada.

Ainda segundo Pflug (1996), o noconhecimento dos valores exatos de algumas

variveis no instante da tomada de uma deciso pode ser fruto de falta de

informao a respeito da varivel ou de um comportamento estocstico intrnseco

dessas variveis, caso que em que se encaixa o problema tratado nesse trabalho.

As sees desse captulo que seguem apresentam uma amostra de pesquisas

envolvendo modelos hbridos simulao-otimizao, e para maior detalhamento do

assunto possvel recorrer a Pflug (1996) e revistas cientficas nas reas de

otimizao e simulao, uma vez que essa uma rea em grande desenvolvimento.

1.8.1 Simulao estocstica como forma de avaliao de funo objetivo

Diversas abordagens para a modelagem de sistemas na forma simulao-otimizao

so propostas na literatura. Dentre todas as abordagens propostas, porm, uma se

destaca como sendo a mais comum: A articulao de modelos de otimizao e

simulao distintos e utilizados de forma iterativa, onde o objetivo

maximizar/minimizar o valor esperado de uma funo objetivo, o qual depende do

resultado do modelo de simulao, tambm conhecido por seu nome em ingls

response surface method.

14

Nesse tipo de abordagem, o modelo de simulao cria a superfcie de resposta

(esperada), qual seja a distribuio dos resultados da simulao para diversas

configuraes de variveis do modelo de forma a criar uma superfcie n-dimensional

(onde n igual ao nmero de variveis mais um), exatamente como a avaliao de

uma funo qualquer de n variveis cria uma superfcie de resposta de dimenso

n+1. Pode-se dizer, ento, que o modelo de simulao a funo objetivo do

modelo.

Enquanto isso, o modelo de otimizao responsvel pela busca do melhor

conjunto de variveis de acordo com essa determinada superfcie de resposta, cujos

valores so determinados pelo modelo de simulao estocstica e no pela

avaliao de uma funo objetivo convencional.

Jacobson e Schruben (1989) apresentaram uma reviso bastante ampla desse

mtodo de articulao de modelos de simulao e otimizao, dividindo-os em

quatro grupos: Escolha de caminho, Busca de padres, Aleatrio e Integral.

As diferenas apresentadas pelos autores entre os grupos de modelos definidos

consistem apenas da escolha do procedimento utilizado para percorrer a superfcie

de resposta em busca de seu timo (mximo ou mnimo), que variam desde a busca

aleatria at procedimentos baseados no mtodo de gradientes e de Hooke e

Jeeves, (Bazaraa et al, 2006).

Greenwood, Rees e Siochi (1998) realizaram uma anlise das superfcies de

resposta fornecidas por modelos de simulao para tentar inferir quais os melhores

mtodos de busca em funo de diferentes superfcies de resposta, tendo analisado

diferentes estatsticas associadas aos resultados dos modelos estocsticos (valores

esperados, mdias, varincias, etc.).

Apesar desse trabalho no apresentar grande sucesso na indicao dos melhores

mtodos de busca para cada tipo de superfcie de resposta, deixou claro o

comportamento catico das mesmas, mesmo quando considerado modelos de

simulao mais simples.

Ceciliano (2007) apresenta uma extensa reviso sobre diversas alternativas,

algumas delas bastante recentes, para a implementao de modelos hbridos

simulao-otimizao em que o modelo de simulao equivalente avaliao da

funo objetivo em um problema de otimizao convencional.

15

O autor expe em detalhes diversas formas possveis de utilizao desse tipo de

modelo, mas fica claro que as diferenas entre as diversas alternativas de

implementao estudadas residem apenas na forma de implementao, e no na

forma como os modelos de otimizao e simulao acoplados um ao outro, sempre

de form-a seqencial e iterativa.

Simulao estocstica como forma de avaliao de funo objetivo o mtodo de

articulao entre modelos de otimizao e simulao mais presente na literatura,

podendo ser citados os trabalhos de Guimares e Kingsmann (1989) para a

determinao de parmetros timos de operao em um terminal de granis e

Ahmed e Alkhamis (2006), que propuseram a utilizao de um modelo de otimizao

estocstica utilizando como mtodo de busca o algoritmo de Hooke e Jeeves,

(Bazaraa et al, 2006).

No mais relevante dentre os artigos encontrados, Guimares e Kingsman (1989),

justificam a utilizao de um modelo hbrido otimizao-simulao pelo tamanho da

regio vivel gerada pelo conjunto de variveis analisadas no modelo de simulao

em questo.

O modelo analisado em seu trabalho trata da operao de um terminal de granis

dedicado ao recebimento de gros e sementes importados e que operado com

recursos compartilhados. Uma vez que a chegada de navios aos dois portos

considerados no estudo estocstica, o planejamento de atracao de navios,

alocao de produtos a silos e envio de cargas a clientes est sujeita a incertezas. O

objetivo dos autores era, ento, construir um modelo capaz de representar

adequadamente o problema real e no qual pudessem ser testadas regras para a

tomada de decises como qual produto alocar a qual parte do silo, qual cliente ser

atendido em primeiro lugar e qual navio ser descarregado em primeiro lugar.

De acordo com os autores, a busca de um conjunto de valores de variveis por um

analista que se utiliza apenas de sua sensibilidade invivel quando o nmero de

possibilidades muito grande, o que justificou a escolha de um modelo hbrido para

a soluo do mesmo.

Outro aspecto relevante em relao a esse mtodo de articulao entre os modelos

de otimizao e simulao estocstica a sua freqente utilizao no

dimensionamento de recursos em sistemas comumente tratados em projetos de

16

consultoria (e.g. caixas de supermercados, nmero de empilhadeiras em centros de

distribuio, moegas para descarga de gros, etc.), o que resultou na

disponibilizao de ferramentas de otimizao acopladas a pacotes comerciais de

simulao, caso do OptQuest, ferramenta disponvel no software Arena.

O OptQuest uma ferramenta desenvolvida pela companhia OptTek Systems, e que

se utiliza de meta-heursticas (busca-tabu, Scatter Search e redes neurais) para a

soluo de problemas de otimizao no lineares. A rigor, o OptQuest o mtodo,

ou conjunto de mtodos, utilizado juntamente com a plataforma de simulao Arena

para a criao de modelos hbridos.

Esse tipo de abordagem, apesar de fartamente discutida na literatura, no

corresponde ao objetivo do presente trabalho (os modelos de otimizao

considerados no so utilizado na tomada de deciso durante a rodada do modelo

de simulao, mas apenas para a alterao dos parmetros do modelo de simulao

para a rodada posterior), mas necessrio conhece-la para que se compreenda o

grande nmero de formas em que modelos otimizao-simulao podem se

apresentar.

Em uma linha j totalmente diferente encontram-se os modelos cujo objetivo a de

minimizao da probabilidade de ocorrncia de uma determinada configurao do

sistema final. Essa abordagem foi proposta por Hamdouni, Soumis e Desaulniers

(2007) para o problema de despacho de nibus (Bus Dispatch Problem), e sua

aplicao se mostrou bastante adequada para a operao de um sistema sujeito a

um grande nmero de restries.

Entretanto, no foram encontrados outros trabalhos que utilizassem essa mesma

tcnica, aparentemente bastante recente.

1.8.2 Otimizao como mtodo de definio de prioridade e de regras de

deciso em modelos de simulao

Uma forma completamente distinta das anteriores para a articulao entre modelos

de simulao e otimizao encontrada na literatura a de substituio de regras

intrnsecas dos modelos de simulao, como as de fila (PEPS, UEPS, etc.), por

regras heursticas baseadas em modelos de otimizao. Apesar de menos

explorada, uma abordagem bastante adequada para problemas de

17

seqenciamento de produo e despacho de veculos, uma vez que considera os

estados do sistema no momento de cada deciso.

Essa abordagem foi proposta por Everett (2001) para o problema de

seqenciamento de produo e transporte de minrio de ferro com o objetivo de

atingir a qualidade do minrio em cada pilha formada para embarque no porto.

Segundo Everett (2001), a qualidade do minrio de ferro no definida

simplesmente pela concentrao de ferro metlico, mas tambm pela concentrao

de diversos outros elementos qumicos, como fsforo, alumnio e slica, e para todos

esses elementos existe uma concentrao mdia que deve ser atingida.

O seqenciamento proposto por Everett (2001) considera a existncia de uma srie

de minas em operao, distribudas a diferentes distncias do porto e com diversas

frentes de lavra em operao, cada uma delas fornecendo minrios com

composies qumicas distintas.

Nesse problema, foram identificadas quatro oportunidades de deciso de

seqenciamento no sistema como um todo:

Escolha da ordem de lavra das diversas frentes existentes em cada mina;

Escolha da seqncia de trens a ser despachado considerando todas as

origens possveis;

Deciso acerca da pilha de minrio em que ser descarregada a carga do

trem que chega ao porto; e

Escolha da pilha que ser utilizada para carregar o navio quando ele chega

ao porto.

Apesar de terem sido identificadas quatro oportunidades de escolha, caractersticas

fsicas dos dois problemas tratados por ele resultaram em dois modelos diferentes,

cada um com duas oportunidades de escolha.

O primeiro problema contm um conjunto de trs minas e diferentes frentes de

lavras por mina, mas com apenas uma pilha no porto. Essa configurao permite

duas oportunidades de escolha, a 1 e a 2.

18

O segundo problema apresenta apenas uma mina com uma nica frente de lavra e

um porto com espao para mltiplas pilhas de minrio, o que leva a que se tenham

as oportunidades de escolha 2 e 3.

A primeira etapa para a aplicao do modelo de otimizao foi a definio de uma

figura de mrito para estabelecer base de comparao entre as escolhas possveis

em cada passo.

Essa figura de mrito, chamada pelo autor como medida de stress, Si, parte da

hiptese de que para cada um dos elementos qumicos controlados existe uma faixa

de aceitao de tamanho Di, e cujo ponto mdio Ti o valor esperado.

A medida de stress para uma determinada massa de minrio fica assim definida:

( ) (0.1)., sendo Ci o valor encontrado na amostra para a concentrao do mineral i.

A composio das medidas de stress de cada um dos minerais em uma medida

nica para toda a amostra e feita de forma bastante simples, de acordo com a

equao:

(0.2), em que A a medida de stress da amostra.

A partir da definio de uma funo de stress, do conhecimento do tempo de

transporte de cada uma das minas para o porto, da composio do minrio extrado

de cada uma das frentes de lavra de cada uma das minas e da composio qumica

desejada para cada pilha de minrio no porto, Everett (2001) prope heursticas

bastante simples para substituir os procedimentos de regras de fila. Com isso, cria

um modelo otimizao-simulao para seqenciamento da produo, transporte e

descarga no porto.

Nesse modelo, cada uma das escolhas citadas acima feita com base na avaliao

da funo de stress resultante de cada uma das possibilidades imediatas.

Isto , as decises so baseadas apenas no efeito imediato delas, e no considera

as prximas decises que devero ser tomadas. No caso em que se deve decidir

qual das minas fornecer minrio para o prximo trem, analisa-se apenas o primeiro

trem de cada uma das minas possveis, escolhendo-se aquele que resultar em

menor valor da funo de stress para o volume acumulado at ento.

19

Essa mesma regra aplica-se deciso de qual frente de lavra ser minerada para

carregar o prximo trem e para a deciso de qual pilha dever receber o minrio

quando o trem chegar ao porto.

A deciso de qual pilha ser utilizada para carregar o prximo navio, no entanto,

tomada com base na menor medida de stress entre todas as pilhas formadas em

relao especificao do produto demandado pelo navio.

Outro trabalho que se utiliza da mesma metodologia para articulao entre os

elementos de simulao e otimizao o de Fioroni (2007), que apresenta a

consolidao de uma metodologia para o desenvolvimento e validao de modelos

de sistemas ferrovirios de transporte de granis por trens operando em ciclo

fechado.

Apesar da semelhana, o trabalho apresentado por Fioroni (2007) restringe-se

exclusivamente ferrovia, desconsiderando aspectos de disponibilidade de carga

nas estaes de carregamento e de disponibilidade de espao de armazenagem

para descarga dos vages que chegam aos seus destinos.

Alm dessa diferena em relao ao presente trabalho, Fioroni (2007) props o

acoplamento de uma ferramenta externa ao simulador para soluo dos problemas

de otimizao, a qual teve de ser feita com a utilizao de um terceiro software que

estabelecesse a comunicao entre eles, ao invs de desenvolver todo o modelo de

simulao em linguagem de programao com interface direta com as bibliotecas de

otimizao disponveis no mercado.

Entretanto, assim como no presente trabalho, Fioroni (2007) apresentou um modelo

que incorpora heursticas em substituio a regras estocsticas convencionais em

modelos de simulao.

A complexidade de seu trabalho, entretanto, reside no grande detalhamento da

representao da malha ferroviria e da circulao de trens que, uma vez

estabelecido, induz a necessidade de se representar mais realisticamente a

destinao dos trens operados na ferrovia.

Fioroni (2007) argumenta que o mecanismo de destinao convencionalmente

utilizado em modelos de simulao, o sorteio sem tendncia, era inadequado ao

modelo pretendido, uma vez que no representa o dia-a-dia do problema real,

preocupao fundamental no trabalho por ele apresentado.

20

A utilizao de regras heursticas, portanto, apresentada apenas como uma forma

de representao de processos decisrios reais em modelos de simulao, e no

com o objetivo de analisar diferentes processos decisrios e seu impacto no

desempenho do sistema.

Fioroni (2007) apresentou uma nica formulao para o problema de direcionamento

de trens (nico problema tratado heuristicamente), qual seja:

{

( ) [ ( )] ( )} (0.3); onde:

127, 209, 143 e 999 foram fatores ajustados durante o processo de validao do

modelo;

tc Tempo de carregamento no terminal;

td Tempo de deslocamento at o terminal;

Da Demanda atendida at o momento;

Do Demanda Objetivo; e

Te Trens em curso para o terminal.

Calculado esse fator para todos os terminais de carregamento existentes no modelo,

receber o trem aquele que resultar no maior valor.

Fica claro que a formulao apresentada por Fioroni (2007) bastante mais

complexa do que aquela utilizada por Everett (2001), o que se explica pelos

diferentes objetivos de ambos os autores. Enquanto o primeiro tem o objetivo de

representao precisa da realidade, o segundo pretende estudar a operao do

sistema e sugerir alteraes que melhorem seu desempenho.

1.9 Concluso

Como j era esperado, foi possvel encontrar um grande nmero de publicaes a

respeito de modelos de otimizao aplicados a sistemas de transporte ferrovirio, o

que tambm verdade para os modelos simulao-otimizao do tipo response

surface method.

O mesmo no pode ser afirmado, entretanto, em relao aos modelos em que

utilizam mtodos de otimizao como substitutos de elementos convencionais dos

modelos de simulao, o que exatamente o caso desse trabalho.

21

Dessa forma, o trabalho de Everett (2001) foi, sem dvida, o que mais se aproximou

do presente estudo, e por isso ser utilizado como referncia metodolgica para o

desenvolvimento subseqente do modelo.

O sistema FCA/EFVM/Tubaro

Conforme apresentado no captulo de introduo, esse trabalho trata da modelagem

de um sistema de transporte ferrovirio de gros. Faz-se importante, dessa forma,

apresentar as principais caractersticas fsico-operacionais do sistema em estudo, de

forma que se permita o entendimento das hipteses realizadas nas etapas de

caracterizao do problema e de proposio do modelo.

Figura 0.1: Sistema FCA-EFVM-Tubaro

Fonte: Vale

O sistema em estudo compreende a Ferrovia Centro-Atlntica (FCA), a Estrada de

Ferro Vitria a Minas (EFVM) e o Porto de Tubaro, conforme mostrado na Figura

22

3.1. Esse sistema, por exceo da quase totalidade dos terminais de carregamento,

operado pela Vale (antiga Companhia Vale do Rio Doce).

No que tange organizao desse captulo, a seo 1.10 apresenta algumas

caractersticas fsicas das ferrovias FCA e EFVM, a seo 1.11 apresenta os

principais aspectos da operao do transporte modelado, como modelo operacional,

blocagem e classificao de vages e programao de trens. A seo 1.12

caracteriza brevemente a organizao do porto de Tubaro e de seu ptio

ferrovirio, incluindo os processos de armazenagem de gros.

A seo 1.13 apresenta as diversas etapas em que se executa planejamento e

produo de transporte na operao real do sistema, desde o planejamento

plurianual at a emisso de ordens de carregamento. Por ltimo, a seo 1.14

apresenta uma breve discusso dos mercados mundial e brasileiro de soja (principal

produto transportado nesse sistema, como ser discutido adiante) como contexto no

qual se insere o sistema FCA-EFVM-Tubaro, alm de apresentar uma anlise mais

detalhada da demanda por transporte de gros pelo sistema em estudo para o ano

de 20093.

1.10 Caractersticas fsicas da FCA e da EFVM

Essa seo tem como principal intuito fornecer informaes para ilustrar os motivos

que levam diferenciao das operaes da FCA e da EFVM que se verifica na

prtica, e que ser apresentada na seo 1.11, a qual trata especificamente da

operao do sistema ferrovirio.

Uma questo freqentemente levantada na literatura que aborda a operao

ferroviria no Brasil a existncia de duas bitolas (espaamento entre trilhos)

distintas no pas (1,00 m e 1,60 m). Uma vez que ambas as ferrovias possuem a

mesma bitola, 1,00 m, essa questo ser ignorada no restante desse trabalho.

3 - Previso feita pela diretoria comercial da logstica da Vale ao final do ano de 2008

23

1.10.1 Ferrovia Centro-Atlntica (FCA)

A malha da FCA tem uma extenso de mais de 6.500 km operacionais (h inmeros

trechos atualmente desativados) distribudos conforme ilustrado na Figura 0.2, sendo

destinada principalmente ao transporte de carga geral.

Figura 0.2: Distribuio da malha da Ferrovia Centro-Atlntica

Fonte: Vale

Grande parte dessa malha foi construda nos sculos 19 e 20, no tendo sofrido

grandes intervenes para melhoria de seus padres fsico-operacionais. Por esse

motivo, a maioria da extenso da sua malha suporta apenas locomotivas de

pequena potncia, vages de menor peso total e composies com menor nmero

de vages.

Diversos so os fatores que limitam a capacidade operacional da via, como raios de

curvatura muito pequenos, trilhos de perfil muito delgado, altas taxas de

24

dormentao podre, ptios de cruzamento muito curtos e pontes sem o reforo

estrutural necessrio.

Por esses motivos, em grande parte da malha, a carga admissvel por eixo no

passa de 20 toneladas, sendo de 15 a 17,5 toneladas em diversos trechos. No

principal corredor de exportao de gros, que liga a regio do tringulo mineiro

Estrada de Ferro Vitria-a-Minas, a carga admissvel por eixo foi elevada para 25

toneladas aps a realizao de diversas obras, o que permite utilizar vages com

melhor desempenho operacional (isto , melhor relao entre carga transportada e

tara do vago) e locomotivas de maior porte.

Outra caracterstica operacional importante a relao peso/potncia dos trens. Na

mesma rota de transporte de gros citada acima, esse indicador varia de 1,03

ton/CV at 0,42 ton/CV. Nos piores trechos da malha da FCA, no entanto, esse valor

chega a meros 0,076 ton/CV.

Apenas a titulo de ilustrao, um caminho bi-trem com 74 toneladas de peso bruto

e um cavalo mecnico de 420 CV de potncia4 (maior composio rodoviria para

gros em atividade no Brasil) teria uma relao peso/potncia de 0,18 ton/CV,

superior a muitos trechos da malha da FCA.

Como ltimo fator limitante da capacidade da FCA, pode ser citada a baixa

velocidade mxima dos trens, que gira em torno de 40 km/h em grande parte da

malha, velocidade que raramente mantida por longos trechos, uma vez que a

ferrovia corta diversos municpios em toda a sua extenso, os quais tem que ser

atravessados com velocidades bastante reduzidas por questes de segurana ao

trfego de carros e pedestres que cruzam a via em mesmo nvel em diversos pontos.

1.10.2 Estrada de Ferro Vitria a Minas (EFVM)

A EFVM uma ferrovia com mais de 900 km de extenso, sendo que os

aproximadamente 570 km de sua linha tronco so em via dupla, conforme mostrado

na Figura 3.3. Alm disso, uma ferrovia com excelente relao peso/potncia

(aproximadamente 1,92 ton/CV no sentido do porto de Tubaro), peso admissvel

4 Fonte: www.aguerra.com.br

25

por eixo na casa de 25 ton e velocidades mximas de 60 km/h em quase toda a

malha.

Figura 0.3: Estrada de Ferro Vitria-a-Minas (EFVM)

Fonte: Vale

Essas caractersticas atendem funo principal da ferrovia que a de transporte

de grandes quantidades de minrio de ferro, e a coloca na categoria das ferrovias

heavy-haul, que so aquelas capacitadas para o transporte de cargas pesadas e em

grande quantidade.

1.11 Operao ferroviria

Operao ferroviria denota um conjunto de assuntos bastante amplo, que no

poderiam ser totalmente cobertos por esse trabalho. Entretanto, os processos mais

relevantes representao da operao ferroviria foram includos no modelo de

simulao, como modelo operacional, classificao de vages e formao e

despacho de trens, o que faz necessrio defini-los adequadamente.

Adicionalmente, sero apresentadas algumas caractersticas particulares da

operao conjunta de duas ferrovias, que no caso da operao analisada nesse

trabalho configura-se pela utilizao de vages em comum (que trafegam desde a

origem em uma das ferrovias at o destino na outra) e de frotas de locomotivas

dedicadas a cada ferrovia e que acessam um ptio ferrovirio em comum, onde as

26

locomotivas de uma ferrovia deixam os vages para que as locomotivas da outra

ferrovia assumam seu tracionamento daquele ponto em diante.

Algumas atividades existentes na operao do sistema real, como cruzamento de

trens trafegando em linha singela, troca de maquinistas e abastecimento de

locomotivas, entre outros, no sero tratados nesse texto. Entretanto, uma descrio

bastante detalhada de operaes ferrovirias reais pode ser encontrada em Haines

(2007) e Pachl (2002).

1.11.1 Modelo operacional

Em operao ferroviria, pode-se entender por modelo operacional a composio

que trafega em um determinado trecho da ferrovia, expressa por um determinado

nmero de locomotivas e de vages (especificando-se o tipo/modelo da locomotiva e

o tipo/peso bruto dos vages).

Deve-se ressaltar que, embora possam existir diversos modelos operacionais

possveis para um determinado trecho, em termos de tamanhos de trens (nmero de

vages) e trao, natural que se estabelea um modelo operacional que apresente

o melhor desempenho (que pode ser definido como aquele que resulta no menor

custo operacional por tonelada transportada).

No Quadro 0.1 so sumarizadas as caractersticas fsicas mais importantes das duas

ferrovias, FCA e EFVM, para o transporte de gros (os valores correspondem s

mdias ponderadas pela demanda em cada estao geradora de carga).

Quadro 0.1: Principais indicadores de desempenho ferrovirio para o transporte da origem mdia dos gros

Indicador5 FCA EFVM

Distncia (km) 750 650

Tempo de percurso (h) 42 29

Velocidade de percurso (km/h) 17,9 22,4

Numero de vages/trem 40/80 80

Nmero de locomotivas/trem 3/6 1

Potncia total (CV)/trem 8.500/19.000 4.000

5 Dados referentes rota de transporte de soja entre o tringulo mineiro e o porto de Tubaro

27

Indicador5 FCA EFVM

Relao Peso Potncia

(ton/CV)

0,42 1,92

Peso por eixo (ton) 25 25

Fonte: Vale

Pode-se observar que as duas ferrovias so absolutamente distintas, apesar de

poderem compartilhar ativos como vages e locomotivas, corroborando as

informaes apresentadas nas sees anteriores deste captulo quanto s

caractersticas das malhas das duas ferrovias.

Essa distino entre as ferrovias evidenciada na operao do sistema real pela

operao de frotas distintas de locomotivas para cada uma das ferrovias e da

substancial diferena na formao dos trens operados em cada uma das ferrovias,

conforme ser detalhado adiante.

As diferenas fsicas entre a FCA e a EFVM refletem-se de maneira bastante clara

no modelo operacional adotado em cada uma das ferrovias. Enquanto que na EFVM

o trem mdio composto com 80 vages de at 100 toneladas brutas

(aproximadamente 80 toneladas de carga) e uma locomotiva de 4.000 CV, na FCA

diversos modelos de trem so utilizados.

Por exemplo, no trecho da FCA que vai da estao de Eldorado (uma das estaes

de intercmbio entre as duas ferrovias) at a estao de Brejo Alegre no Tringulo

Mineiro, o modelo operacional mdio composto por 80 vages de at 80 toneladas

brutas (aproximadamente 60 toneladas de carga), duas locomotivas de 3.600 CV

duas locomotivas de 3.000 CV e duas locomotivas de 2.600 CV (num total de 18.400

CV) no sentido do porto, resultando em 0,35 ton/CV, e exatamente a metade desses

ativos (40 vages mais uma locomotiva de cada tipo) no sentido oposto.

No trecho da FCA entre Braslia e Brejo Alegre a composio mdia contm 34

vages de at 80 toneladas brutas e duas locomotivas de 2.600CV, o que resulta em

uma relao peso/potncia de aproximadamente 0,52 ton/CV. J o trecho da FCA

que liga o ponto de intercmbio estao de Pirapora operado com uma

composio padro de 40 vages de at 80 toneladas brutas e 4 locomotivas de

2.000 CV, o que significa uma relao peso-potncia de 0,40 ton/CV.

28

De forma a estabelecer um padro para simplificar a etapa de modelagem,

estabeleceu-se como padro o trem de 40 vages para a FCA e de 80 vages para

a EFVM em ambos os sentidos.

Quanto trao, considerou-se que apenas uma locomotiva equivalente

transportaria o trem adotado em cada trecho. Para tanto, calculou-se o nmero de

locomotivas que, em cada trecho, corresponderiam frota real em operao pela

simples diviso da potncia total disponvel para operao no dado trecho pela

potncia necessria para transporte de um trem de 40 vages. Como resultado,

obteve-se um total de 49 locomotivas em operao na FCA e outras trinta em

operao na EFVM, para uma frota de vages de 4.800 vages disponveis,

conforme descrito mais adiante na seo 1.19.1.

1.11.2 Blocagem e recomposio de vages

Segundo Barnhart, Jin e Vance (2000), um bloco de vages um conjunto de

vages que possuem os mesmos origem e destino na malha ferroviria e, por isso,

no precisam ser reclassificados (i.e., separao de vages com o objetivo de

formar os trens que devem partir de um ptio rumo a outro ptio qualquer).

Uma definio derivada desse conceito a de lote mnimo de vages, que consiste

em um nmero mnimo de vages a ser enviados para um carregamento (i.e. um

carregamento configurado por uma nica carga com um nico par origem-destino).

Em outras palavras, a definio de um lote de n vages implica na obrigatoriedade

de que os clientes da ferrovia transportem carga em quantidades mltiplas de n

vezes a capacidade dos vages, e no apenas em valores mltiplos da capacidade

individual dos vages.

Na prtica isso implica no impedimento de que clientes com pouca quantidade de

carga a ser transportada (e.g. suficiente para preencher apenas 2 ou 3 vages)

utilizem os servios da ferrovia. Um lote de n vages se comporta de forma idntica

a um vago n vezes maior, com capacidade n vezes maior, tempos de carga e

descarga n vezes maiores, etc. A definio de lotes fixos de vages ter implicaes

bastante relevantes no modelo apresentado nesse trabalho, como ser descrito

adiante.

29

Recomposio de trens o processo realizado em ptios de classificao e tem por

objetivo reunir vages que venham de origens diferentes, que tenham o mesmo

destino e que devam ser transportadas no mesmo trem, ou separar vages que

tiveram a mesma origem, mas tem destinos distintos, conforme descrito por Haines

(2007), Barnhart et al (2000) e Ahuja, Cunha e ahin (2005). Esse processo torna-se

necessrio quando o transporte de uma carga desde a sua origem at o seu destino

por um nico trem no considerado a melhor opo.

Outra situao onde necessria a recomposio de trens quando h grande

diferena de modelo operacional entre trechos distintos. Este o caso do sistema de

transporte de gros analisado. Uma vez que os modelos operacionais para

transporte de gros adotados para cada umas ferrovias so distintos entre si,

necessria uma recomposio no intercmbio entre as duas ferrovias que compe o

sistema.

Na operao real existem dois pontos de recomposio distintos, um que se situa na

estao de Capito Eduardo, que utilizado pelos vages que se destinam

estao de Pirapora, e outro que se situa na estao de Eldorado, para aqueles

vages que se destinam s demais estaes, ambas as estaes muito prximas

cidade de Belo Horizonte, conforme apresentado pela Figura 0.4. Apesar disso, o

modelo proposto contar com apenas um ponto de recomposio, conforme descrito

no captulo seguinte desse documento.

Figura 0.4: Pontos de intercmbio entre FCA e EFVM

TUBARO

PIR

AP

OR

A

30

1.11.3 Programao de trens

Quando se trata do estabelecimento do horrio de partida de um trem, pode-se

trabalhar com pelo menos dois modos de operao possveis: trens de lotao e

trens com horrios fixos.

Os chamados trens de lotao so aqueles que partem da sua estao de origem

no instante em que todos os vages designados a ele (cheios ou vazios) so

disponibilizados para a partida e os procedimentos de formao do trem so

completados. Esse tipo de operao muito comum em operao de grandes

volumes de granis, principalmente minerais, e em sistemas que no sejam

limitados por contratos rgidos de nvel de servio, uma vez que no existe previso

de horrio para sada ou chegada dos produtos a seus destinos.

A outra forma de operao possvel a operao com partida de trens em horrios

programados de acordo com um plano (plano de trens), independente da

disponibilizao de todos os vages programados. Essa forma de operao garante

melhor nvel de servio aos clientes, e mais comum em operaes com grande

nmero de clientes, origens e destinos, como aquelas que envolvem transporte de

contineres.

Em teoria, o sistema FCA-EFVM-Tubaro de transporte de gros opera de acordo

com um plano de trens, mas a aderncia aos horrios de partida e chegada dos

trens de gros extremamente baixa, o que torna sua operao muito parecida com

a de trens de lotao.

Como conseqncia disso, as decises relacionadas formao e despacho de

trens, carregamento de produtos em vages e gerenciamento de filas de vages e

locomotivas esto sujeitas exclusivamente disponibilidade de recursos no sistema,

e no a horrios e regras de operao mais rgidas, o que ter impacto fundamental

na etapa de desenvolvimento do modelo.

1.12 O Porto de Tubaro

O porto de Tubaro localiza-se no litoral do Esprito Santo, na regio metropolitana

de Vitria. Segundo a Agncia Nacional De Transportes Aquavirios, ANTAQ, foi o

porto com maior movimentao de carga no ano de 2007, ultrapassando a barreira

dos 104 milhes de toneladas.

31

Esse volume divide-se entre os terminais dedicados a operaes de minrio de ferro

e ao terminal dedicado operaes de produtos diversos (TPD), o qual dividido

em um terminal dedicado importao de fertilizantes e um segundo dedicado

exportao de granis agrcolas, apresentados na Figura 0.5.

Figura 0.5: Terminais do Porto de Tubaro

A rea do porto dedicada exportao de granis agrcolas, que aquele de maior

interesse para esse trabalho, possui dois beros de atracao compartilhados com a

operao de importao de fertilizantes.

Alm disso, o terminal possui estruturas de descarga de vages e armazenagem de

gros, cuja disposio apresenta-se na Figura 0.6.

Minrio de Ferro

Carvo Mineral

Granis Agrcolas e Fertilizantes

32

Figura 0.6: Detalhe do Terminal de Produtos Diversos de Tubaro.

1.12.1 Descarga de vages no porto

Os vages de gros so descarregados no porto de Tubaro em duas moegas com

capacidade para 19 vages por vez. Cada um desses lotes consome cerca de 190

minutos de uma moega, dos quais cerca de 98 minutos referem-se efetiva

descarga, e os outros 92 minutos so relativos a atrasos provocados pela operao

da moega e do posicionamento de vages pela ferrovia (taxa de utilizao de

51,6%).

Esses valores resultam em uma taxa mdia de descarga de 260 mil toneladas por

ms por moega, num total de 520 mil toneladas por ms, de acordo com valores

fornecidos pela Vale.

1.12.2 Silos/Armazns

No porto de Tubaro existem 9 armazns para armazenagem de gros, com

capacidades que variam entre 43 e 51 mil toneladas cada, totalizando 444 mil

toneladas. A administrao desses silos , possivelmente, uma das maiores

dificuldades encontradas pelos analistas de planejamento/programao do porto,

uma vez que alguns deles so de propriedade de donos de carga (grandes traders

de granis agrcolas) e outros so de propriedade da Vale, mas os detalhes dessa

questo no sero abordados nesse trabalho. Dessa forma, considera-se que todos

os armazns esto disponveis para utilizao, independente da sua propriedade.

Beros de Atracao

Silos de gros

Armazns de fertilizantes

Moegas

33

1.12.3 Processamento de navio

A primeira etapa do recebimento de um navio por um porto o que se chamada

nomeao do mesmo, que consiste em especificar qual o navio dever chegar e

quando, ou seja, em qual janela de tempo. A nomeao normalmente ocorre com

antecedncia de quinze a trinta dias antes da sua chegada, no sendo possvel sua

alterao.

Aps a nomeao, as equipes de planejamento e programao do porto e da

ferrovia j sabem qual produto deve ser disponibilizado para embarque no navio, o

que permite verificar a disponibilidade desse produto no porto e, eventualmente,

tornar prioritrio o seu transporte ao longo de todo o trajeto desde o embarque na

carga na ferrovia at a descarga dos vages no porto.

Com a chegada do navio ao porto, segue-se com a emisso de uma ordem de

atracao, aps a qual seguem a atracao propriamente dita e o carregamento do

produto.

1.13 Planejamento e programao de transporte

At agora, foram descritas as caractersticas mais importantes de cada um dos

principais componentes do transporte de gros. Essa seo destina-se a esclarecer

o processo de planejamento e programao de transporte integrado do sistema em

estudo, composto das ferrovias FCA e EFVM e do Porto de Tubaro.

O processo de planejamento de transporte de gros feito com base em diversos

horizontes de tempo, com graus de detalhamento e de incerteza compatveis com a

finalidade de cada um desses horizontes de planejamento. Essa seqncia de

etapas conduzida com o objetivo de se fazer um detalhamento maior a cada etapa

cumprida, at a efetiva realizao do transporte.

Assim, entende-se que a etapa de planejamento plurianual possui o objetivo de

manter o plano de transportes dentro das expectativas da companhia operadora do

sistema, no caso a Vale, e que seu detalhamento em oramento, planejamentos

mensal e semanal e, finalmente, programao e emisso de ordens de servio,

tenha como resultado a realizao do transporte de um conjunto de fluxos que esto

alinhados com os objetivos estratgicos da companhia.

34

A seguir procede-se a uma breve explanao sobre quais os horizontes de

planejamento existentes, destacando-se os processos de planejamento em que o

presente trabalho pretende colaborar e contribuir. importante destacar, porm, que

os processos de planejamento e programao de transportes no so perfeitamente

compartimentados como apresentados a seguir, mas o nmero e natureza das

interferncias de um processo de planejamento nos demais so muitos e

irrelevantes para o entendimento do problema e do modelo propostos nesse

trabalho.

1.13.1 Planejamento Plurianual

O planejamento plurianual atualizado anualmente, e considera os 5 a 10 anos

subseqentes. Apresenta o menor grau de certeza quanto aos dados dentre todas

as etapas de planejamento e destina-se a fornecer companhia a meta de

transporte de carga para o horizonte de sua validade, na forma de uma lista de

fluxos de transporte. Sua finalidade mais importante definir uma lista de

investimentos necessrios em toda a infra-estrutura de transporte (material rodante,

terminais, via, etc.) para cada ano do horizonte (com base em informaes muito

pouco detalhadas, sendo a demanda de transporte apresentada pelos clientes da

ferrovia apenas com as informaes de origem, destino e tipo de produto).

Com essas informaes, a companhia pode programar a compra de ativos e

intervenes na estrutura fsica da ferrovia, alm de poder proceder assinatura de

contratos de longo prazo apenas para aqueles produtos que esto previstos no seu

planejamento.

1.13.2 Planejamento Anual

Feito anualmente, o planejamento anual considera, para o ano seguinte, um cenrio

de demanda com maior probabilidade de acerto, e baseia-se prioritariamente na

realizao de transportes previstos em contrato entre o operador da ferrovia e donos

de cargas.

Nesse horizonte de planejamento algumas informaes ainda no esto disponveis,

como previso do dia/semana de carregamento (conhece-se apenas o valor para

cada ms do ano) e especificao de produto (sabe-se apenas que o produto a ser

transportado soja, mas se desconhece o tipo orgnica, transgnica, comum).

35

A maior diferena em relao ao planejamento plurianual do ponto de vista prtico,

entretanto, a impossibilidade de se fazer aquisio de vages e locomotivas ou

mesmo intervenes de maior porte na via com apenas um ano de antecedncia.

Por isso, enquanto o planejamento plurianual concentra-se em mensurar as

aquisies e intervenes necessrias para a realizao de todos os fluxos de

transporte (definido por uma carga, de um determinado cliente e com uma origem e

um destino conhecidos) que se mostrarem financeira e economicamente viveis, o

planejamento anual concentra-se em selecionar, dentre os fluxos presentes no

planejamento plurianual, aqueles que tragam a maior margem lquida de

contribuio possvel, limitada pela frota existente de vages e locomotivas, pela

capacidade de circulao de trens em cada trecho, a capacidade de carga e

descarga dos terminais e do porto e outras caractersticas da ferrovia e do porto,

alm dos compromissos contratuais j assumidos com os clientes da ferrovia.

1.13.3 Programao mensal

A etapa de programao mensal aquela em que primeiro se tem conhecimento de

todas as caractersticas dos produtos a serem transportados e a semana em que

eles estaro disponveis para carregamento nas estaes de origem.

Com o objetivo de tentar atender os fluxos de transporte previstos no Planejamento

Anual (resultado da etapa anterior na cadeia de planejamento e programao de

transporte), essa etapa tem a tarefa de acomodar as alteraes ocorridas na

demanda e na oferta de transporte previstas pelo planejamento anual

disponibilidade de vages e locomotivas, capacidade de trfego na via permanente

e s capacidades dos terminais de carregamento e do ptio ferrovirio no porto.

Essa acomodao de alteraes se faz importante pois a ltima oportunidade de

modificaes no conjunto de transportes a ser realizado, no sendo possvel, em

teoria, a incluso de nenhum outro fluxo de transporte nas etapas subseqentes de

programao de transporte da ferrovia.

A verificao de quais fluxos de transporte possvel atender no conta, atualmente,

com ferramentas muito sofisticadas, o que torna o processo totalmente dependente

da experincia dos analistas da Vale responsveis pela tarefa. Esses mesmos

analistas, em conjunto com representantes das reas comercial e de operaes de

36

ptios, tomam a deciso, em caso de inexistncia de ativos ferrovirios (isto ,

vages e locomotivas) suficientes para atendimento de toda a demanda, sobre quais

fluxos sero atendidos e quais sero preteridos.

Alm disso, os critrios atuais para deciso so intangveis, pois so frutos de uma

negociao feita com base no apenas em informaes tcnicas dos fluxos e da

quantidade de recursos (vages, locomotivas, moegas, etc) necessrios realizao

do transporte, mas tambm em negociaes comerciais informais e na experincia

dos analistas.

1.13.4 Programao semanal

A caracterstica mais operacional dessa etapa de planejamento tambm definida

pela forte interao com os setores operacionais da ferrovia, tais como o Centro de

Controle Operacional (CCO), que responsvel pelo controle de trfego e

licenciamento dos trens, e as reas responsveis pela manuteno de vages e

locomotivas, que so aquelas que garantiro a disponibilidade desses ativos para a

realizao do transporte. Maiores detalhes sobre as operaes de licenciamento e

sinalizao ferrovirios podem ser encontradas em Pachl (2002).

De forma simplificada, essa etapa da programao de transporte tem por objetivo

fazer uma ltima verificao das informaes e planejamento realizado na etapa de

programao mensal, antes que recursos da ferrovia sejam efetivamente alocados, o

que se entende como a movimentao de locomotivas e vages, carregados ou no,

entre duas estaes quaisquer.

Com base em informaes dos agentes de cargas, fornecidas s suas contrapartes

da rea comercial da ferrovia, a equipe responsvel pela programao semanal tem

a tarefa de calcular o nmero de vages necessrios (isto , determinando a frota

operacional6) em cada estao de carregamento, o que feito com o auxlio de

ferramenta especializada cujas especificidades fogem ao escopo desse trabalho.

6 Uma frota operacional de vages consiste em um grupo de vages que esto habilitados a realizar um determinado transporte, obedecendo todas as restries relativas ao produto a ser transportado e s operaes de transporte (incluindo-se carga e descarga).

37

1.13.5 Programao diria Emisso de ordens de servio

A programao diria tem por finalidade dar autorizao para que se inicie o

carregamento de vages e que se emitam os documentos fiscais necessrios;

entretanto no se deve, nesta etapa, proceder a uma nova priorizao dos produtos

a serem carregados.

Verifica-se, porm, que os analistas responsveis pela programao diria alteram a

programao de carregamento prevista na etapa de programao semanal atravs

de um processo de priorizao de fluxos semelhante quele da fase de

programao mensal, o que sugere que a definio dos produtos que devem ser

carregados em cada estao e em cada semana no to rgida como o processo

de planejamento e programao informado pela companhia faz parecer.

Outras atividades eventuais, como cancelamento de carregamento por problemas

quaisquer do agente de carga ou da ferrovia, e ajustes marginais nas quantidades a

serem carregadas tambm podem ocorrer nessa etapa de planejamento, o que no

ser considerado explicitamente nas etapas posteriores desse trabalho, uma vez

que se pode admitir que todos esse fatores esto implicitamente considerados na

formulao da chegada de produtos s estaes como processos aleatrios.

1.14 Mercado de granis agrcolas

Diversos so os tipos de gro transportados pelo sistema FCA/EFVM/Tubaro,

dentre os quais se incluem soja, milho, trigo (importado), farelos, etc. Durante o

desenvolvimento desse trabalho, entretanto, verificou-se que apenas soja nas

formas de gro e farelo e milho so exportados pelo sistema em estudo com destino

ao porto.

Alm de a soja ser a carga mais importante em termos de volumes movimentados