Faculdade IETEC Pós-graduação

Gestão de Projetos - Turma nº 161 22/02/2017

Título: Simulação de processos produtivos A importância da simulação dinâmica na fase de projeto para antever

riscos

Rodney Santos de Oliveira Reliability Engineer Professional

rodney.oliveira@hotmail.com

RESUMO

O presente estudo demonstra a importância da simulação para se conhecer aspectos dos

riscos do empreendimento e mitiga-los ainda na fase de detalhamento do projeto.

Os grandes projetos de capital bem como as modificações em sistemas produtivos se

baseiam quase que exclusivamente em cálculos e premissas de produtividade em ambiente

estático e, num ambiente de capital cada vez mais difícil e a demanda elevada por

produtividade, faz-se necessário que estudos de confiabilidade balissem o correto caminho

a seguir no projeto.

Recentemente grandes projetos contemplaram tais analises em seu escopo mas trata-se

ainda de uma forma incipiente que parte basicamente de solicitação de equipes de pré-

operação. Tais análises orientadas e feitas no momento oportuno trazem ganhos em OPEX

devido a uma correta analise no projeto e consequentemente a geração de um produto

melhor em temos de mantenabilidade.

Palavras-chave: Confiabilidade. OPEX. Simulação. Mantenabilidade

1 INTRODUÇÃO

Os projetos têm como principal papel cumprir o escopo acertado entre as partes dentro das dimensões definidas o que, em sua grande maioria não ocorre. Podemos observar na figura 1 abaixo, que mesmo aplicando as técnicas os projetos falham em prazo, custo, mudanças de escopo, qualidade, etc.

Figura 1 – PMI (2011) Fonte: Revista de Gestão e Projetos – GeP, e-ISSN: 2236-0972

As melhorias mesmo que percebidas durante o projeto são postergadas (desde que não interfiram na qualidade do produto, no tempo e custo do empreendimento) e depois são assumidas pela operação/área de projetos interna como fluxos de PDCA, KAISEN, SEIS SIGMA, etc. Segundo (MORONI e HANSEN, 2006), “em todas as fases do projeto podem ser registradas as lições aprendidas para evidenciar a melhoria contínua no projeto e que no encerramento do projeto, sejam criados relatórios com os pontos positivos e negativos”. Existem muitas definições diferentes de qualidade, mas existe uma concordância geral de que um produto / equipamento não confiável não é de alta qualidade. Logo, aumentar a confiabilidade é uma parte importante para se aumentar a qualidade do produto / serviço, afinal, como você vai gerenciar seus ativos sem conhecer sua performance de confiabilidade ao longo do tempo de operação? Mediante essa premissa faz-se necessária uma análise detalhada do projeto e com a simulação, possamos “conhecer” de fato a característica do produto/equipamento que iremos “herdar” para operar futuramente e não onerarmos os custos e certamente a viabilidade. Segundo Paulo Walter, “OPEX são todos os recursos financeiros que aplicamos em fazer o negócio rodar, operar, acontecer no dia a dia. É o gasto corrente. Manutenção, por óbvio, é OPEX”.

Segundo trabalho realizado na Mineração Samarco (29. Congresso brasileiro de manutenção e gestão de ativos), 80% dos custos ciclo de vida do ativo são decididos durante o projeto e 20% me média dos custos de manutenção são cortados aumentando-se a relação custo x risco.

Trataremos especificamente da fase de transporte de minério onde a produtividade e o elevado custo de manutenção / operação são o foco de trabalhos em qualquer mineradora, contudo a analise pode ser utilizada a qualquer processo/sistema. Para tanto os passos iniciais a serem seguidos são:

1. Conhecer bem o processo/sistema; 2. Levantamento de dados confiáveis; 3. Elaboração das PDF’s; 4. Simulação, e; 5. Mitigação das falhas – Como e o que fazer.

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 HISTÓRICO

Após a primeira guerra mundial, Henley e Kumamoto desenvolveram análises do tempo relacionadas a confiabilidade no surgimento da indústria aeronáutica. Na década de 40 surgiram teorias matemáticas e equações associadas a confiabilidade de um sistema em série (Robert Lusser – matemático). Na década de 50 surgiram o desenvolvimento de metodologias de cálculo e aplicações da confiabilidade para a valorização da etapa de projeto e no comportamento humano. Na década de 60 houve o surgimento da teoria da Análise de Árvore de Falhas (H. A. Watson). Na década de 70 os primeiros modelos computacionais de análise de confiabilidade e, a partir da década de 80 houve a implantação definitiva da análise da confiabilidade em diversos setores da engenharia.

Ultimamente com o grande avanço na função manutenção das empresas, com o intuito de aumentar a disponibilidade dos ativos, surgiu a Engenharia de Confiabilidade, função responsável por manter os ativos dentro de uma disponibilidade/performance requerida, e em alguns campos da engenharia, a confiabilidade é vital: usinas nucleares, aeronaves, submarinos, as falhas não são aceitáveis.

Mas o que confiabilidade?

Segundo a norma DIN 40041 e DIN 55350, parte II, confiabilidade é a capacidade de uma unidade de observação (por exemplo: componente, equipamento, sistema) satisfazer as exigências necessárias para a finalidade do uso, nos limites pré-estabelecidos, que foram especificados para manter suas propriedades por um período determinado.

Segundo o Professor Francisco Soares Másculo, Ph.D., ”temos que considerar que a Engenharia é determinada pelo seu contexto sócio técnico. Isso significa dizer que ela é moldada, como as sociedades humanas, pelo estágio tecnológico em que a humanidade se encontra e, esse estágio tecnológico determina a forma de produzir; (Darcy Ribeiro). ”

Segundo José Roberto G. Silva, em um estudo denominado: "Uma definição formal para engenharia" (Revista de Ensino de Engenharia ABENGE nº 17, 1997) foram levantadas trinta e cinco (35) definições de engenharia e a que ele utilizou como a mais pertinente foi: "A engenharia é uma aplicação de conhecimentos científicos e empíricos: é uma atividade que aplica os conhecimentos humanos à resolução de problemas propondo soluções técnicas Utilizando as tecnologias". A figura abaixo apresenta um resumo da evolução dos sistemas de produção e as tecnologias, a partir das invenções tecnológicas que os moldaram, adaptado de Slack et all (Ed. Atlas, 2ª ed., 2002)

Figura 2 – Quadro de evolução de sistemas de produção

Fonte: adaptado de Slack et all (Ed. Atlas, 2ª ed., 2002)

Produzir é mais que simplesmente utilizar conhecimento científico e tecnológico. É necessário integrar questões de naturezas diversas, atentando para critérios de qualidade, eficiência, custos, fatores humanos, fatores ambientais, etc, nos quais se inserem os projetos de produtos/serviços.

2.2 CONTEXTUALIZAÇÃO

A Engenharia de confiabilidade, como ferramenta de auxílio na fase do projeto, dá ênfase para as dimensões do produto e veicula-se fortemente com as ideias de analisar produtos, viabilizar produtos, analisar sistemas produtivos, viabilizar sistemas produtivos. Essas atividades, tratadas em profundidade e de forma integrada são fundamentais para a elevação da competitividade do país.

Segundo a ABRAMAN et al (2012), “agora, a manutenção abarca desde o projeto de um sistema produtivo, passando pela implantação dos equipamentos, sua operação e até o ponto de descarte desses Ativos, diferente de anos atrás”.

Sobre o prazo ideal para que a análise possa resultar em um plano de confiabilidade eficiente, Dr. Pedro Augusto diz que “uma base de dados de muitos anos é sempre bem-vinda, mas, atualmente, com histórico de seis meses de operação do equipamento já é possível fazer os cálculos para aplicação suficiente da Engenharia da Confiabilidade. ” Nesse caso, é fundamental que as informações colhidas sejam corretas e confiáveis.

Ainda, para fechar a linha de pensamento, a ABRAMAN diz que “a indústria dos Estados Unidos gasta US$ 300 bilhões por ano com a Manutenção de seus Ativos, e 80% do montante são aplicados para corrigir falhas inesperadas, ou seja, as intervenções corretivas. No Brasil, o investimento em Manutenção é estimado em cerca de R$ 130 bilhões por ano e o destino da maior parte desse recurso não é diferente. Isso nos mostra que é preciso investir cada vez mais em previsibilidade, algo que passa, necessariamente, por um projeto mais eficiente e por uma área de Engenharia de Confiabilidade.

O projeto com foco em confiabilidade tem o propósito de assegurar a previsibilidade do sistema (ou produto) durante o seu projeto e desenvolvimento. De acordo com Das e Pecht et al (2009) a confiabilidade é assegurada por meio do desempenho de atividades relacionadas com a seleção de materiais e peças, o projeto do produto, a fabricação, a montagem, o transporte e manuseio, a operação, a manutenção e o reparo. Um programa de confiabilidade deve ser elaborado desde as fases primordiais do projeto, estabelecendo um conjunto de regras para balizar as tomadas de decisão de forma a garantir um nível de confiabilidade adequado ao sistema no ciclo operacional. Segundo Murthy et. al (2009), para desdobrar os requisitos de confiabilidade no projeto, organizam a sequência de atividades de projeto em fases com uma estrutura matricial, combinando os níveis de decisão com os estágios de desenvolvimento e, a partir da identificação da necessidade de desenvolver um novo sistema e o detalhamento dos seus atributos em consonância com os objetivos estratégico da organização, atividades previstas na primeira fase, os requisitos de confiabilidade são desdobrados por meio da execução, de forma guiada, de um conjunto de atividades, cuidadosamente elaboradas e posicionadas de acordo com as dimensões nível e estágio da matriz de desenvolvimento. Considerando um fluxo de projeto padrão conforme abaixo, a área rachurada em vermelho representa o ponto onde a análise de confiabilidade no projeto deve ser implementada quanto a simulação.

Figura 3 – Fluxo de projeto

Assumindo-se que a não confiabilidade do produto/serviço é um risco em qualquer empreendimento, a gestão de risco, conforme o fluxo abaixo mostra como as tecnicas de confiabilidade auxiliam na analise do projeto. Conforme a Norma AS/NZS 4360, a Gestão de Riscos é um processo interativo composto por etapas bem definidas que permitirão a organização tomar decisões com percepção maior dos riscos e seus impactos no negocio, conforme Murthy.

Figura 4 – Fluxo macro de gestão de riscos

Fonte: Apresentação técnica particular (2004)

A área rachurada em vermelho pode ser explodida conforme figura 4 e a área em verde conforme figura 5 abaixo

Figura 5 – fluxo de Severidade

Fonte: Apresentação técnica particular (2004)

Figura 6 – Fluxo de ocorrência

Fonte: Apresentação técnica particular (2004)

Como podemos observar a severidade e a ocorrência (área rachurada azul) na análise de risco e sua posterior utilização na simulação de um modelo do projeto do produto/serviço são peças chave, contudo, sempre o foco serão as premissas do projeto. Vale ressaltar que os fluxos podem ser utilizados tanto em projeto quanto na fase de operação com algumas reduções no processo.

3 DESENVOLVIMENTO

Como mencionado, trataremos da etapa de transporte de minério com a utilização de caminhões fora de estrada, devido a relação custo / escala ser elevada e os custos envolvidos serem em média cerca de 30% dos custos da mineração. Será utilizada a metodologia descrita em 3.1 sempre com o foco no termo em negrito abaixo. Confiabilidade é frequentemente definida como a probabilidade que um sistema, veículo, máquina, dispositivo, ou outro produto realizar a função que se espera dele sob algumas condições de operação especificadas, para um especificado período de tempo. As teorias de probabilidade fornecem a base para descrever matematicamente as propriedades de um processo físico.

3.1 Material e métodos (metodologia)

A sequência de levantamento de dados para a elaboração do trabalho segue a ordem abaixo conforme um estudo de caso já utilizado em Mineradora Multinacional.

a) O conhecimento profundo do processo propiciará a elaboração de um RDB mais realista e consequentemente uma melhor simulação;

Figura 7 – Fluxo de processo padrão etapa mina

Fonte: Congresso Internacional de Confiabilidade, 6., 2008, Florianópolis

b) Quanto mais detalhes tivermos mais poderemos optar por uma caixa aberta, caso contrário por uma caixa preta;

c) Independente do tipo(aberto ou caixa preta) os dados devem vir de fonte confiável e representativa do seu processo;

d) Os dados podem vir de analogias com outros sites, valores históricos, normas militares, etc;

e) Após a escolha do tipo de profundidade a ser abordada, elaboraremos uma planilha com o MTBF e MTTR em horas (Figura 8);

Figura 8 – quadro de MTBF e MTTR

Fonte: Congresso Internacional de Confiabilidade, 6., 2008, Florianópolis

f) Se a caixa for aberta significa que teremos inúmeras planilhas para uma mesma familia de dados;

g) Usar o Weibull para gerar as PDF’s, sempre levando em consideração a forma da curva;

Figura 9 – Curvas

Fonte: software Weibull (ReliaSoft)

h) Com as PDF’s, o passo seguinte é “desenhar” o processo e inserir as PDF’s correspondentes (MTTR e MTBF) a cada etapa do processo;

i) Nesta etapa diversas possibilidades podem ser estudadas no tempo. Elaborar uma planilha com as possibilidades simuladas para avaliar a melhor;

A confiabilidade levantada considera os efeitos positivos das intervenções

preventivas, (paradas gerais e locais).

Para o levantamento das capacidades produtivas dos caminhões foi levado em consideração a proporção de tempo em que o veículo está transportando minério versus estéril, (1 minério / 1,21 estéril).

Movimentação mínima da mina 130 MTA; Na capacidade produtiva do caminhão foi também levado em consideração a

distância entre a mina e a britagem. A simulação foi realizada para 8760 horas (1 ano) de operação. A produção mínima da planta é de 26MTA. A quantidade de caminhões calculada pela área de produção para o projeto é

de 23 unidades. Os caminhões especificados são de 240 toneladas.

j) Com base nas alternativas simuladas e a escolha ( para redução do risco), podemos

custear o ganho (financeiro ou não) e propor o investimento para o empreendimento;

Figura 10 – Simulação Monte carlo

Fonte: BlockSim (ReliaSolft)

Após a simulação constata-se que a fase de transporte, foco do trabalho, não atendia as

premissas de produção anual (26 MTA) e, era um dos caminhões críticos do processo

Figura 11 - Caminho Crítico

Fonte: BlockSim (ReliaSolft)

.

k) A eliminação da falha deve ser escalonada por hierarquia funcional da organização, afim de facilitar o foco de ação e responsabilidade funcional.

Foi considerado apenas um modelo de caminhão incialmente e seus respectivos

dados. Foi analisado outro modelo de caminhão com seus dados. Foram comparados os resultados. Foi simulado novamente a etapa de caminhões.

Figura 12 - Quadro comparativo de Disponibilidade física (DF) fornecida pelo fabricante

(DF) e simulada com dados colhidos no campo (DR)

Fonte: Congresso Internacional de Confiabilidade, 6., 2008, Florianópolis

Após a simulação (Software BlockSim) com 90% de confiabilidade (± 10%) os

dados de confiabilidade e mantenabilidade do equipamento escolhidos foram:

o Confiabiliade = 91,64% (1. ano) – fabricante A; o Produção de 1 caminhão = 8.830.440 Ton. / ano; o Produção dos 23 caminhões = 159.976.274 Ton. / ano.

l) Probabilidade de se enfrentar algum tipo de perda ou dano seja ele lesão, doença,

morte ou danos à propriedade A probabilidade é a mesma para ambas as marcas escolhidas Todas as ponderações técnicas x econômicas para a escolha definitiva devem

ser feitas 3.2 Resultados e discussão

Com as informações anteriores podemos concluir que:

A quantidade de caminhões calculada está correta e é capaz de suprir a produção requerida de 130 MTA de movimentação;

A Disponibilidade física para o primeiro ano de operação atende ao requerido e na média de 3 anos é maior que o outro equipamento analisado;

Para a correta aquisição é necessária uma análise de custo x benefício x mantenabilidade e, para o caso em questão foi adotado a relação 40/60% entre itens técnicos e CAPEX como peso para a análise (Figura 13);

Figura 13 - Quadro comparativo de analise

Fonte: Apresentação Seminário Internacional de Confiabilidade, 2008.

4 CONCLUSÃO

A aplicação das técnicas de confiabilidade na etapa de planejamento do projeto mostrou que dentre as opções possíveis existe aquela que melhor representa um índice de mantenabilidade que gerará no futuro um OPEX menor. A aplicação de peso na análise de aquisição de ativos fortifica a área de manutenção e dá embasamento para a área comercial realizar suas estratégias de aquisição. Gera uma cultura organizacional mais ampla com relação aos custos de implantação de um projeto e das análises dos riscos de uma aquisição de um ativo. Facilidade de negociação com os dealers mediante a aplicação de modelo comum claro e explicitando itens relevantes no contexto da manutenção, definindo KPI’s para monitoramento, e propicia analise contínua de LCC e TCO. A Simulação de cenários propicia de forma mais clara qual rumo tomar tanto do ponto de vista da engenharia do projeto propriamente dita como auxilia nas alternativas de análise de investimento. Em resumo, a simulação deve ser incorporada aos projetos de capital de forma sistemática.

REFERÊNCIAS

DIRETOR EXPLICA A IMPORTÂNCIA DA APLICAÇÃO DA ENGENHARIA DA CONFIABILIDADE Engº Pedro Augusto, Diretor de Marketing da Abraman, enumera os benefícios da Engenharia da Confiabilidade e fala da necessidade de investir mais em previsibilidade no Brasil; Por RioPress Assessoria de Imprensa- 14 de Março de 2013

Disponível em: < http://www.abraman.org.br/noticias/diretor-explica-a-importancia-da-

aplicacao-da-engenharia-da-confiabilidade > Acesso em: 15 ago. 2016

MANUTENÇÃO.NET – Despesas de manutenção, investimento, CAPEX, OPEX e outras confusões. Disponível em: < https://www.linkedin.com/pulse/despesas-de-manuten%C3%A7%C3%A3o-investimento-capex-opex-e-outras-paulo-walter > Acesso em: 15 ago. 2016

José Roberto G. Silva - "Uma definição formal para engenharia" (Revista de Ensino de Engenharia ABENGE nº 17, 1997); disponível em: < http://abenge.org.br/revista/index.php/abenge < Acesso em: 15 ago. 2016

GEP – REVISTA DE GESTÃO DE PROJETOS -Artigo: Os Cinco Problemas Mais Frequentes Nos Projetos Das Organizações. Disponível em: > file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Dialnet-OsCincoProblemasMaisFrequentesNosProjetosDasOrgani-5078086.pdf >Acesso em: 15 ago. 2016

CONGRESSO INTERNACIONAL DE CONFIABILIDADE – South America, 6., 2008, Florianópolis.

Florianópolis: ReliaSoft, 2008. Como palestrante

ANGLO AMERICAN MINING COFERENCE – “Mining – Keys to the Future”, 2008, Sandton, Johannesburg (10-12 september). Como palestrante

FACULDADE IETEC. Biblioteca. Manual para normalização de artigo técnico.

Belo Horizonte: IETEC, 2016. 34 p.

2017

Autorização de Divulgação de Artigo Técnico

AUTORIZAÇÃO DE PUBLICAÇÃO

AUTORIZO A PUBLICAÇÃO DO ARTIGO TÉCNICO NA INTERNET, JORNAIS E REVISTAS TÉCNICAS EDITADAS PELO IETEC.

NÃO AUTORIZO A PUBLICAÇÃO OU DIVULGAÇÃO DO ARTIGO TÉCNICO.

BELO HORIZONTE, ____/____/2016

CURSO: Gestão de Projetos

SEMESTRE/ANO: segundo semestre de 2016

TURMA: T161

TÍTULO DO ARTIGO:

Simulação de processos produtivos A importância da simulação dinâmica na fase de projeto para antever riscos

NOME DO AUTOR (LEGÍVEL) ASSINATURA

_______________________________ _____________________