Esta dissertação propôs o desenvolvimento de um modelo integrado de apoio ao planejamento tático da rede de serviços (trens) utilizada no transporte ferroviário de cargas, aplicado a conhecida ferrovia brasileira. Nesta ferrovia, foi estudado o fluxo de trens carregados com minério de ferro entre 11 pontos de origem, três pátios intermediários e um único terminal exportador, utilizando-se simultaneamente configurações de trens com diferentes quantidades preestabelecidas de vagões e locomotivas.
O problema estudado consiste em planejar a rede de serviços (trens), com vistas ao atendimento de uma demanda mensal de transporte ao menor custo e atendendo a diversas restrições. Como resultado, o modelo propõe para cada ponto de origem de carga a sequência de trens e operações até o destino, bem como o volume de carga a ser escoado por cada sequência. Tal resultado permite ainda determinar a frequência mensal sugerida para cada trem típico a ser operado.
A modelagem do problema gerou uma formulação não linear inteira e produziu diferentes soluções, conforme a abordagem escolhida para a função objetivo de minimização do custo. Verificou-se ainda que em pouco tempo o aplicativo computacional escolhido obteve o valor ótimo global ou convergiu para valores muito próximos do ótimo global. As não linearidades do modelo resultam do cálculo da frota necessária nas vias de circulação e pátios de manobra, onde a interação entre trens e o efeito congestionamento foram modelados.
O modelo desenvolvido foi resultado do aprimoramento e ampliação do escopo de um modelo preliminar (Campos; Pompermayer; Cruz, 2008) que originalmente havia ficado restrito ao trecho principal da ferrovia estudada e não havia considerado a interação entre trens. Com a modelagem destas interações, o modelo tornou-se mais adequado para análises de compensação entre soluções alternativas, levando- se em conta os tempos de permanência do material rodante em pátios e nas vias de circulação. Como exemplo, o modelo pôde apontar soluções que, embora tenham aumentado o número de trens e congestionamentos na circulação, ao mesmo tempo reduziram os tempos de permanência dos vagões nos pátios de manobra, resultando em ganhos numa área que compensaram as perdas em outra.
Sendo assim, o objetivo geral e específicos desta dissertação foram alcançados com o modelo matemático de otimização desenvolvido para apoio ao planejamento tático do transporte ferroviário de carga, com visão integrada das operações em vias de circulação e nos pátios de formação dos trens.
O modelo considerou aspectos específicos da ferrovia estudada, mas a abordagem geral não se restringe à ferrovia em questão. Conceitos genéricos como o itinerário das cargas, a possibilidade de congestionamentos e tempos adicionais de processo decorrentes da interação entre trens são uma realidade em qualquer ferrovia.
Há dois tipos de melhorias possíveis de serem incorporadas ao modelo: adaptações para planejamento do transporte de cargas sob um aspecto mais abrangente e melhorias específicas para a aplicação feita.
No primeiro grupo, podem-se citar adequações típicas para trens de carga geral, normalmente sujeitos a uma grade de horários menos flexível que os trens de minério estudados, além de possuir maior diversidade de cargas (multiproduto) e destinos, o que exigiria modelar o tempo de conexão nos pátios intermediários. Nesta condição, ao contrário da aplicação feita, nem sempre haveria compatibilidade entre vagões de trens distintos num pátio intermediário, dependendo dos destinos das cargas e dos pátios de manobra subsequentes. A literatura pesquisada contempla a modelagem destas condições mais genéricas.
Como melhoria específica possível para a aplicação feita, vale citar ajustes nas curvas utilizadas para previsão do efeito congestionamento nos tempos de viagem, decorrente do maior número de trens em circulação. A modelagem por teoria das filas (modelos M/M/1) resultou em tempos de viagem sensíveis a variações nas quantidades de trens consideradas. Caso os tempos de viagem tivessem se mostrado menos sensíveis às variações no fluxo de tráfego, as soluções encontradas para minimização da frota necessária tenderiam a reduzir a participação dos trens longos. Tal situação ficou evidenciada nos resultados onde o congestionamento em vias de circulação foi desprezado. Como alternativa, as curvas para previsão dos tempos de viagem poderiam ser obtidas com auxílio de modelos de simulação específicos para análise do tráfego na ferrovia estudada. O modelo considerou apenas o transporte no sentido exportação, isto é, trens carregados com minério de ferro em direção ao terminal exportador. Uma ampliação
do modelo para considerar o retorno dos vagões vazios ao interior é também uma melhoria potencial. Entretanto, vale ressaltar que esta melhoria não é simplesmente um espelhamento da modelagem de exportação. Os custos operacionais são distintos e a modelagem das manobras nos pátios intermediários seria bem diferente, pois a necessidade de acúmulo de lotes para se conseguir formar um trem mais longo, só ocorreria ao se iniciar a viagem no terminal portuário. Nos pátios intermediários, a manobra de desmembramento do trem em lotes menores pode ser iniciada logo que o trem chega ao pátio, independente de tempo para a chegada do próximo trem.
Outras condições implementáveis no modelo para a ferrovia estudada, são: - a consideração de congestionamento nas vias singelas;
- a consideração da influência do congestionamento sobre o consumo de combustível;
- novas abordagens para a função objetivo, como por exemplo, adaptações para quantificar e minimizar o número de maquinistas necessários; e - a permissão de desmembramentos de trens com dois lotes nos pátios
intermediários, com vistas à formação de trens longos. Isto exigiria eliminar a restrição descrita no item 4.5.3 e adequar a formulação para considerar a operação de desmembramento.
Embora a decisão de se operar trens longos já esteja associada a uma penalidade em termos de tempo adicional no porto, a adoção explícita de limites máximos para tais trens pode ser interessante. As operações no complexo portuário serão mais eficientes quando os minérios de diferentes lotes do trem serão destinados para uma mesma pilha de estocagem ou usem equipamentos comuns, pois o tempo de setup no sistema de descarga dos vagões será menor. Tais condições favoráveis são mais fáceis de se conseguir quando não se impõe elevado número de trens longos, tornando mais viável combinar em um trem lotes com minérios de diferentes origens, cujas características físico-químicas sejam compatíveis sob o ponto de vista do porto.
Num contexto de logística, não se pode esperar que a solução ótima para a ferrovia seja necessariamente ótima para toda a cadeia de suprimentos, principalmente para
as interfaces imediatas à ferrovia (neste caso, as minas e o terminal portuário). Entretanto, face à complexidade do sistema, é conveniente analisá-lo por partes. Finalmente, o que se pretendeu nesta pesquisa foi desenvolver um modelo para auxiliar a tomada de decisão ferroviária, de forma a gerar um “ótimo” dentro de limites aceitáveis tanto para a ferrovia quanto para as zonas de interface. Portanto, as “soluções ótimas” obtidas são um indicativo de rumos a seguir, sem dispensar uma análise crítica pela equipe de planejamento quanto aos aspectos e dificuldades de implementação.