Sergio Botassi dos Santos Mestrado de Engenharia Civil - Universidade Federal do Espírito Santo

(1)

MODELO DE SIMULAÇÃO PARA O CONTROLE DAS CONSTRUÇÕES Marta Monteiro da Costa Cruz

Departamento de Engenharia de Produção - Universidade Federal do Espírito Santo Mcruz@npd.ufes.br

Danielly Colodeti Campo

Departamento de Engenharia Civil - Universidade Federal do Espírito Santo daninha@vix.matrix.com.br

Sergio Botassi dos Santos

Mestrado de Engenharia Civil - Universidade Federal do Espírito Santo sergio.b.s@bol.com.br

Sinval Cardozo

Departamento de Engenharia Civil - Universidade Federal do Espírito Santo

engciv@zipmail.com.br ABSTRACT

Building construction market pressures have been taken some building companies to look for new solutions to reduce their time and cost in all construction steps. These solutions take account construction quality and, if it’s possible, their improvement. Thus, a great number of these companies didn’t get to manage efficiency its man power and their resources. It provokes a lot of waste in all steps of construction. This paper presents the use of simulation as a tool to control and planning building constructions. The main idea is based on the application of simulation in production chain in a building construction using ARENA software. To make its possible, it was used some data and performance indicators of midsize Brazilian building constructors

KEY WORDS: Simulation, Construction Controls, Building Management 1. INTRODUÇÃO

As pressões geradas pela competição no mercado imobiliário têm levado as empresas construtoras a buscarem meios de reduzir o tempo e o custo em todas as etapas do processo construtivo, sem comprometer a qualidade e até mesmo melhorando-a. Entretanto, muitas dessas empresas não têm conseguido administrar eficientemente a mão-de-obra e os recursos disponíveis, gerando assim um grande desperdício. Um forma de avaliar e planejar o número necessário de funcionários em uma atividade e de verificar o tempo total a ser gasto para a realização de uma conjunto de atividades numa construção seria utilizar a simulação, permitindo assim que o planejamento das atividades sejam mais racionais. A construção civil não tem utilizado este recurso com freqüência e é com base nisto que este estudo foi desenvolvido.

O trabalho em questão procura analisar a cadeia produtiva da construção de um edifício residencial por meio de simulação a eventos discretos. Buscou-se verificar se a distribuição do quantitativo de operários nas principais etapas da construção estão sendo efetivamente bem empregados e se o tempo de duração de todas as etapas pode ser reduzido com uma melhor alocação dos operários nas atividades a serem executadas. Para isto foram simulados, com o auxílio do software ARENA, versão 3.5, quatro situações diferentes, alterando a quantidade de funcionários em cada posto de trabalho. Segue, então, a descrição do modelo, seus dados iniciais e, posteriormente, os resultados obtidos e as conclusões finais.

(2)

Segundo Prado, D.1999, simulação é uma técnica de solução de um problema pela análise de um modelo que descreve o comportamento do sistema usando um computador digital. A partir de meados da década de oitenta, a simulação passou a explorar o enorme potencial do computador pessoal e teve-se o surgimento da chamada “simulação visual”. Existem hoje inúmeros programas com esta habilidade, tais como: ARENA, TAYLOR, PROMODEL, AUDOMOD, SPSS, etc.

Atualmente o uso de modelagem por simulação possui inúmeras aplicações em diversas áreas, tais como: produção em uma manufatura (CRUZ, SALIBY, 1999) , análise operacional de sistemas metroferroviários (CRUZ, PEREIRA,, 2000 e CRUZ, RIBEIRO, 2000) entre outras e congressos e workshops são realizados sobre o tema. Por se tratar de uma ferramenta geral suas aplicações podem realizadas em áreas bastante diversas.

Atualmente, com a facilidade na obtenção de software de simulação com interfaces gráficas e analisadores estatísticos, a modelagem por simulação tornou-se uma atividade mais ágil permitindo assim que sejam realizadas análises e alterações em alternativas de simulação com maior rapidez e confiabilidade.

A simulação toma como condições de contorno as condicionantes operacionais iniciais como a previsão do fluxo de carga, produtividade média de equipamentos e tempos de percurso entre as diversas atividades a serem realizadas. Essas informações são utilizadas para determinação de fluxos de transporte, identificação de constrangimentos operacionais, como filas, taxas de utilização dos recursos operacionais e o dimensionamento de equipamentos como empilhadeiras e carretas.

Numa segunda etapa, já com os dados da modelagem, através de interações, procura-se dados mais próximos do balanceamento ideal dos fluxos e da quantificação de recursos necessários para um tipo de operação. Basicamente, a simulação busca gerar um volume considerável de dados que venham a representar as diversas atividades operacionais em um modelo.

2.1- Principais Elementos da Modelagem por Simulação:

Podemos considerar os seguintes elementos fundamentais em uma modelagem por simulação: Entidade: É o elemento que sofrerá alguma atividade.

Servidores: São os elementos que executam uma atividade. Esta atividade, possui um tempo de execução que costuma variar segundo uma determinada distribuição.

Fonte de entrada: É a forma como se processa a chegada em um determinado servidor, através dos intervalos entre chegadas. Estes intervalos entre chegadas podem ser representados por: distribuições exponenciais, distribuições do tipo Erlang ou, como é o caso deste trabalho a distribuição observada na própria obra.

Tempo de serviço: Para uma determinada atividade de um servidor, este realizará a atividade programada segundo um tempo de serviço, que pode sofrer variações. Em geral, utiliza-se distribuições normais, quando existe a possibilidade de ocorrência de valores extremamente altos ou baixos para esta média, segundo o desvio padrão e o nível de significância da distribuição Normal, outra distribuição muito utilizada é a distribuição triangular onde são limitados os valores máximos e mínimos onde um determinado valor pode variar.

(3)

Quantidade de recursos: É a quantidade de recursos disponíveis para a realização de uma atividade.

Duração da simulação: É o tempo estipulado para realizar um procedimento de simulação, neste trabalho, o tempo de simulação é um resultado final da simulação pois procura-se encontrar o tempo obtido para a construção de nove pavimentos de uma edificação.

Número de rodadas: É a quantidades de vezes em que é repetido o experimento de simulação. A partir daí são retirados os principais indicadores de uma simulação.

2.2 - Principais Indicadores:

A modelagem por simulação tem como objetivo verificar se determinados recursos são suficientes para uma certa operação. Esta verificação é realizada através dos seguintes indicadores principais:

Taxa de ocupação: É o percentual do tempo simulado que um determinado servidor está sendo utilizado.

Número médio de entidades em uma fila: É quantidade de elementos que ficou em fila ao longo da duração da simulação. Por exemplo, em uma simulação de duração 100, foram registradas 50 entidades em uma fila, o número médio de elementos na fila será de 0,5 elementos. Ou seja, em um determinado tempo não houve fila e em determinados momentos ocorreram fila de um, dois, ou mais entidades.

Tempo médio em uma fila: É o tempo médio gasto em uma fila ao logo de todo o período simulado.

3. DESCRIÇÃO DO MODELO

A construção tomada como base para a confecção do modelo consiste numa obra de um edifício residencial com nove pavimentos, cada um com seis apartamentos (BLOCOS,2001). Foram analisados os serviços que mais utilizam recursos e mais interferem no prazo final de entrega do empreendimento. São estes os serviços: Estrutura, Alvenaria, Revestimento Interno e Cerâmica, dispostos nessa ordem na cadeia produtiva.

Os dados de produtividade da mão-de-obra foram obtidos através de registros feitos pela empresa construtora. A partir desses dados foi elaborado um modelo de simulação no ARENA que nos permitisse analisar o tempo médio do produto nas filas e , também, a taxa de ocupação da mão- de-obra em cada posto de trabalho. O produto em questão é um pavimento da edificação. O tempo de percurso do pavimento entre os postos de trabalho é o tempo obrigatório de espera para a execução de outra atividade; por exemplo, para a execução da alvenaria, têm-se um tempo de percurso de 30 dias. Assim sendo, o tempo de espera na fila representa o quanto um pavimento aguarda até que a próxima equipe chegue para trabalhar. Já a taxa de ocupação representa o quanto as equipes estão ocupadas. Com esses dados é possível se ter uma idéia de qual seria a quantidade ideal de funcionários em cada serviço.

3.1 Dados Iniciais e Condições Internas

Nas tabelas a seguir, são apresentados os dados de produtividade de um funcionário em cada posto de trabalho. Estes números foram obtidos através de registros de produção da empresa

(4)

construtora. Pode-se notar que a produtividade é muito variável, o que é muito comum na indústria da construção civil.

Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto

Produtividade 72 81 90 108 117

Incidência (%) 13,33 6,67 26,67 40,00 13,33

Tabela. 1- Dados de produtividade para a Estrutura.

Produtividade 80 88 96 108 120

Incidência (%) 22,22 33,33 11,11 22,22 11,11

Tabela. 2- Dados de produtividade para a Alvenaria.

Produtividade 48 60 72 84 96

Incidência (%) 14,89 27,66 25,53 21,28 10,64

Tabela. 3- Dados de produtividade para o Reboco.

Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto Dias/Pvto

Produtividade 24 30 36 42 48 54

Incidência (%) 12,12 15,15 18,18 27,27 21,21 6,06

Tabela. 4- Dados de produtividade para a Cerâmica.

Sabe-se também que existem algumas limitações para o número de funcionários em cada equipe. Estas limitações se devem ao fato de que se muitos funcionários estiverem numa mesma atividade, um atrapalha o outro e ao invés de aumentar a produtividade, esta cai consideravelmente. A tabela a seguir diz respeito à obra estudada.

Serviço Número de funcionários

Estrutura 10 Alvenaria 8

Reboco Interno 12

Cerâmica 6

Tabela. 5- Limitações do número de funcionários em equipes.

Foram utilizadas distribuições verdadeiras para todos os serviços que constam na simulação. Para o intervalo de chegada de cada pavimento foi utilizada a mesma distribuição verdadeira da execução da estrutura. Visto que um pavimento só é liberado para execução após o anterior estar pronto.

3.2 Cenários Operacionais

A fim de se encontrar a situação ótima de utilização da mão-de-obra e reduzir a níveis aceitáveis o tempo de espera para a execução de um serviço, foram simulados quatro situações com combinações diferentes de quantidade e tipo de mão-de-obra. Durante a simulação foram mantidos inalterados todos os parâmetros do modelo.

Em cada situação foram feitas dez rodadas de simulação. A duração de cada rodada não foi previamente estipulada com um tempo determinado, e sim vinculada ao término dos serviços de cerâmica no 9º pavimento da edificação. Foram utilizados os dados estatísticos gerados ao

(5)

fim das dez rodadas para análise dos resultados. As situações simuladas foram as seguintes:

• 1ª Situação:

Apenas um funcionário desenvolvendo cada uma das atividades (estrutura, alvenaria, reboco e cerâmica). Situação impossível para a execução dos serviços.

• 2ª Situação:

O número de funcionários foi alterado para: quatro na Estrutura, seis na Alvenaria, oito no Reboco e três na Cerâmica. Primeira tentativa para se obter o número ideal de funcionários em cada um dos postos de trabalho.

• 3ª Situação:

Foram considerados oito funcionários na Estrutura, sete na Alvenaria, cinco no Reboco e três na Cerâmica. Segunda tentativa de obtenção da situação ótima.

• 4ª Situação:

Na Estrutura nove funcionários, na Alvenaria cinco funcionários, no Reboco seis funcionários e na Cerâmica quatro funcionários. Esta é a real utilização dos recursos na obra utilizada com parâmetro para a simulação.

3.3 Saídas do Modelo

A simulação fornecia como saída os seguintes indicadores:

• Tempo de espera para a execução de cada serviço, além do tempo obrigatório de percurso (tempo na fila).

• Número médio de “pavimentos” que esperam o término dos serviços no “pavimento” anterior (tamanho da fila).

• Taxa de ocupação dos funcionários em cada posto de trabalho (porcentagem do tempo que estes funcionários ficavam ocupados).

• Tempo médio para a execução de cada atividade utilizando a quantidade de mão-de-obra determinada na simulação.

• Tempo médio para a execução de todas as atividades em cada simulação e após as dez simulações.

4. RESULTADOS OBTIDOS

Para realizar a simulação da obra, foi considerado que o produto (Pavimento) passa por todas as equipes de trabalho, o que não é verdade na realidade, pois ao contrário do processo produtivo de uma fábrica convencional, na construção civil as equipes de trabalho é que se movimentam e o produto permanece estático.

No primeiro teste, onde foi considerado apenas um funcionário em cada posto (estrutura, alvenaria, reboco e cerâmica) o tempo médio na fila é alto para a alvenaria e estrutura e com um elevado grau de ocupação “number busy”, como se pode conferir na Tabela 6.

Na cerâmica e no reboco, o tempo de espera na fila é praticamente nulo, necessitando com isso que seja feito uma reformulação da mão-de-obra de modo que esta obra funcione de maneira mais homogênea e produtiva.

(6)

Número de

Funcionários Tempo na Fila (dia) ocupação (%) Grau de execução (dia) Tempo de Pavimento na Fila

Alvenaria 1 11,12 82,9 10,9 0,11

Cerâmica 1 0 29,0 9,0 0

Estrutura 1 21,63 96,6 12,4 0,24

Reboco 1 0,46 54,3 9,9 0

Tabela. 6- Valores médios obtidos no Arena para o primeiro teste.

Já no segundo teste foi aumentado em todas as equipes o número de funcionários fazendo com que a velocidade do empreendimento acelera-se consideravelmente (329 dias úteis), como era de se esperar e houvesse um total rearranjo da produtividade e aparecimento de fila na obra em outros postos como pode-se ver na Tabela 7 abaixo.

Número de

Alvenaria 4 0,02 54,5 12,1 0

Cerâmica 6 0,03 33,6 9 0

Estrutura 8 9,38 97,6 14,5 0,43

Reboco 3 0 24,7 10,3 0

Tabela. 7 - Valores médios obtidos no Arena para o segundo teste.

Dos resultados anteriores verifica-se que o tempo na fila diminuiu consideravelmente para todas as equipes, devido ao fato do aumento do número de funcionários, porém a porcentagem de funcionários ociosos aumentou na alvenaria e reboco, permanecendo inalterada para a estrutura e diminuindo para a cerâmica. Outro fator importante a destacar, é que pela lógica do processo produtivo, quem comanda a velocidade de andamento da obra é a estrutura e que neste caso percebe-se que há ainda a ocorrência de fila prejudicando assim o bom andamento do empreendimento como um todo.

Portanto, o fator primordial para o próximo teste é o aumento no número de carpinteiros que compõem a Estrutura permitindo assim um maior fluxo do produto no processo produtivo e por outro lado deve-se aumentar número de funcionários na alvenaria para que possa melhorar a velocidade de produção neste setor e dar vazão de forma mais uniforme a cadeia de produção.

Após o terceiro teste, é possível perceber uma melhora significativa em quase todos os quesitos, como pode ser verificado na Tabela 8 .

Número de

Alvenaria 8 10,03 82,0 15,5 0,72

Cerâmica 7 2,01 45,7 9,7 0,08

Estrutura 5 5,06 97,35 20,8 0,46

Reboco 3 2,53 63,73 12,6 0,14

Tabela 8 - Valores médios obtidos no Arena para o terceiro teste.

Deve-se ressaltar que a velocidade do empreendimento novamente acelerou, alcançando um tempo de execução da obra em aproximadamente 247 dias úteis, o que já garante um relativo sucesso quando se altera a quantidade de mão-de-obra. Outro ponto relevante a considerar é o aumento do grau de ocupação dos funcionários em todas as equipes, demonstrando um melhor

(7)

aproveitamento dos recursos (trabalhadores) principalmente na pior situação, que neste caso é a Cerâmica, posto de trabalho que mostrou a maior ocorrência de ociosidade da mão-de-obra. Numa última análise, foi feito um quarto e último teste que procurou simular o que ocorre em uma obra real através do número médio real de funcionários existentes neste empreendimento. Assim, esta rodada de simulação chegou aos seguintes resultados:

Número de

Alvenaria 9 46,00 85,3 13,2 3,93

Cerâmica 5 0,01 30,7 9,1 0

Estrutura 6 4,72 97,3 26,5 0,47

Reboco 4 0 42,2 11,1 0

Tabela. 9 - Valores médios obtidos no Arena para o quarto teste.

Para esta análise pode-se verificar uma discrepância do tempo na fila por parte da alvenaria em relação aos demais, caracterizando inicialmente que o processo produtivo não está homogêneo e assim susceptível ao aparecimento de um grau de ociosidade maior quando comparado com o teste anterior. Este fato pode ser visto para a Cerâmica (aumento de aproximadamente 15% na ociosidade) e Reboco (aumento de aproximadamente 20%). Outro ponto chave a ser comparado é o tempo final de execução da obra que neste teste passou para 272 dias úteis, trinta a mais que o anterior.

5. CONCLUSÕES

Num contexto geral, pode-se verificar que o Teste 3 obteve os melhores resultados tanto referente ao prazo de entrega do empreendimento como também ao grau de ociosidade dos funcionários, já que estes dois itens são os que mais pesam no orçamento de uma obra, pelo fato de que, quanto mais rápido a entrega de uma obra maior será sua credibilidade no mercado e mais rápido será o retorno do seu investimento e quanto menor for a ociosidade do empregado menos se estará gastando com um funcionário improdutivo.

Devemos lembrar que na realidade um empreendimento não funciona de maneira tão simples como aqui demonstrada, porém com esses resultados pode-se avaliar, de forma menos imprecisa, onde deve-se investir para que sua obra funcione de uma maneira mais homogênea e com um melhor índice de produtividade referente ao empregados.

De um ponto de vista geral, o software Arena proporcionou uma análise rápida e com um grau de precisão razoável, principalmente para o empreendedor ou administrador da obra, pois dela carece um resultado tão dinâmico quanto a sua obra e pode se tomar como referência para futuros ajustes nas equipes de trabalho. No entanto, para se chegar a uma melhor precisão, seriam necessárias mais variáveis para que se possa aproximar melhor a situação simulada pelo programa com a vida real, o que pode tornar a simulação mais complexa e de menor flexibilidade para a sua finalidade.

Por fim, vale destacar que um bom controle estatístico da produtividade das obras pode gerar um banco de dados que a longo prazo refletirá, se bem manuseado, num procedimento de simulação tão preciso quanto a realidade da obra e que possibilitará uma economia muito mais racional do seu empreendimento.

(8)

REFERÊNCIAS

PRADO, D. (1999). Usando o Arena em Simulação. Editora DG, Belo Horizonte. BLOKOS ENGENHARIA (2000). Registro de Serviços e Produtividade, Vitória.

CRUZ, M., PEREIRA, A, RATTON, H. et al. (2000)El uso de la simulatión para evaluación de la capacidad de via simple para un sistema metroviario. In: IV CONGRESO DE INGENIERÍA DEL TRANSPORTE, 2000, Valencia. Anais do IV Congreso de Ingeniería Del Transporte - Cit2000. Valencia: José V. Colomer - Alfredo Garcia (Eds), p.2337-2344. CRUZ, M., RIBEIRO, A, AVENA, J. (2000) Simulação operacional do terminal ferroviário de D. Pedro II - Rio de Janeiro. In: XI CONGRESSO PANAMERICANO DE

ENGENHARIA DE TRÂNSITO E TRANSPORTES, 2000, Gramado. Anais do XI Congresso Panamericano de Engenharia de Trânsito e Transportes.

CRUZ, M., SALIBY, E.. (1999) Comparação de regras de atendimento em um flow-shop usando simulação. In: XXXI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE PESQUISA OPERACIONAL -SOBRAPO, Juiz de Fora. Anais do XXXI Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional - Sobrapo.1999.