CONFIABILIDADE: APLICAÇÃO NO CONTROLE DE TRÁFEGO AÉREO
Edemir Aleixo da Silva dmir851@gmail.com Erison Pereira silva dos Santos erison.epss@gmail.com antonio machado de souza neto machado-axe@hotmail.com
Obter máxima eficiência e disponibilidade dos equipamentos passou a ser um dos objetivos principais nas grandes organizações. Sabendo-se que a confiabilidade de suas atividades depende de alta taxa de disponibilidade, os investimentos na gestão de manutenção se fazem necessários em todos os aspectos. Neste contexto a metodologia Manutenção Centrada em Confiabilidade (RCM), busca não só retomar as características originais de equipamentos, mas garantir que seu funcionamento irá atender as expectativas decorrentes dos processos da organização, utilizando-se de dados estatísticos advindos de análises de falhas. Este trabalho tem como objetivo demonstrar a importância da manutenção centrada em confiabilidade no controle de tráfego aéreo, realizou-se uma pesquisa descritiva através de dados secundários, expondo as características da gestão de manutenção do Terceiro Centro Integrado de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo e resultados por meio de cálculo de confiabilidade aplicado nos dados do equipamento de controle de tráfego aéreo DME 435.
2 Conclusivamente foram obtidos melhores planos de manutenções através dos dados gerados do RCM e assim assegurando a operacionalidade do Sistema com um alto índice de disponibilidade de 99,62%.
Palavras-chave: Controle de tráfego aéreo, Equipamento, Manutenção Centrada em Confiabilidade
3 1. Introdução
O principal objetivo da gestão da manutenção no Terceiro Centro Integrado de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo (CINDACTA III), é obter o máximo de disponibilidade dos equipamentos e sistemas, com o menor custo possível. De modo a conferir real poder de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro. Prevendo, evitando, identificando e corrigindo falhas nos equipamentos e sistemas, assegurando sua confiabilidade e mantendo o sistema ininterrupto. Com isso a função manutenção pode ser considerada um dos pontos críticos que influi tanto nos custos, quanto para o aumento da confiabilidade, que por sua vez garantirá o sucesso das atividades.
Diante do exposto, O Terceiro Centro Integrado de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo (CINDACTA III) é responsável pelo controle e gerenciamento do espaço aéreo de uma área que totaliza 13,5 milhões de quilômetros quadrados. Sediado na cidade de Recife, Pernambuco, o órgão atua no espaço aéreo nordestino e em uma vasta área sobre o Oceano Atlântico - nas proximidades da costa brasileira ao meridiano 10 w. Tem como uma de suas peculiaridades a operação ininterrupta no importante corredor de rotas entre os continentes sul-americano e europeu. Praticamente todos os voos vindos da América do Sul, com esse destino, cruzam o espaço aéreo sob a tutela do órgão.
Por conta das expectativas relacionadas à eficiência, qualidade e desempenho dos equipamentos, tem-se exigido uma estratégia de manutenção por parte dos gestores cada vez mais minuciosa. Dito isso, é fundamental o conhecimento dos conceitos de confiabilidade, manutenibilidade e disponibilidade, pois eles demonstram a “saúde” do processo.
Essas características serviram de base para fins de elaboração deste trabalho. O presente artigo tem como objetivo geral: Demonstrar a importância da metodologia de Manutenção Centrada em Confiabilidade (RCM - Reliability Centered Maintenance) no controle de tráfego aéreo. Aborda-se-a a gestão de manutenção centrada em confiabilidade, realizar uma análise
4 de como o CINDACTA III atinge alta taxa de disponibilidade com o RCM, identificando dificuldades e resultados favoráveis.
2. Referencial teórico
2.1 Definição de manutenção
Diante de vários fatores dentre os quais o clima, as vibrações, as tensões e etc., em que as máquinas e equipamentos estão dispostos, constata-se que tais fatores influenciam evidentemente em suas normalidades de funcionamento. Porém, mesmo sem esses fatores ainda existe a probabilidade de falha, sendo que aceitar que as falhas ocorrerão não é, entretanto, a mesma coisa de ignorá-las (SLACK; CHAMBERS; JOHNSTON, 2002).
Em seguida abordar-se-á as formas básicas de manutenção, dando ênfase no RCM.
2.2 Tipos de manutenção
Existem 3 (três) abordagens básicas para manutenção: Manutenção Corretiva, Preventiva e Preditiva, Slack et al. (2002), as atividades de manutenção consistem na combinação dessas abordagens. Atualmente adota-se outras abordagens de Manutenção: Manutenção Detectiva, Engenharia de Manutenção e Manutenção Centrada na Confiabilidade.
2.2.1 Manutenção corretiva
Manutenção corretiva, NBR 5462-1994, é: “a manutenção efetuada após a ocorrência de uma pane, destinada a recolocar um item em condições de executar uma função requerida”;
A adoção de uma política de manutenção predominantemente corretiva, e não planejada, além de implicar em altos custos, põe a empresa à mercê da aleatoriedade, sendo os impactos da falha, sejam eles catastróficos ou não, apenas observados após a ocorrência da mesma. Desta forma observa-se a vantagem do trabalho planejado sobre o não-planejado (KARDEC &
NASCIF, 2009).
2.2.2 Manutenção preventiva
Caracteriza-se por buscar constantemente a não ocorrência de falhas condicionando um controle efetivo sobre equipamentos e operações. Desta forma, prevenção é considerada parte
5 fundamental nas atividades de manutenção, tendo como ações constituintes da manutenção preventiva tarefas programadas como: inspeções, lubrificações, reformas, e troca de peças (XENOS, 1998).
2.2.3 Manutenção de preditiva
Realiza acompanhamento de variáveis e parâmetros de desempenho de máquinas e equipamentos, visando definir o instante correto da intervenção, com o máximo de aproveitamento do ativo (OTANI & MACHADO, 2008).
Supõe-se que seja a solução ideal para as falhas e defeitos nas máquinas e equipamentos, pois ela consiste em interferir na máquina para providenciar manutenção eficaz, no momento adequado. Tal momento é estabelecido mediante estudo e monitoramento cuidadosos dos vários elementos que intervêm no processo de operação, visando detectar a iminência de uma falha (VAZ,1997).
2.2.4 Manutenção centrada em confiabilidade
A confiabilidade de um item, segundo Leemis (1995), corresponde a sua probabilidade de desempenhar adequadamente o seu propósito especificado, por um determinado período de tempo e sob condições ambientais predeterminadas.
A Manutenção Centrada em Confiabilidade (MCC), do inglês Reliability Centered Maintenance (RCM), é uma abordagem criada no final da década de 60, inicialmente orientada para a indústria aeronáutica, com o objetivo de direcionar os esforços da manutenção, para componentes e sistemas onde a confiabilidade é fundamental. Seu principal objetivo é garantir o desempenho, a segurança e preservação do ambiente a um melhor custo- benefício (MOUBRAY, 1997; SIQUEIRA, 2009; WANG e HWANG, 2004).
A RCM, quando aplicada de forma correta, muda de forma completa as relações dos problemas apresentados pelos sistemas e componentes, para que os mesmos mantenham sempre um nível alto de resultados, operacionalmente. Essa metodologia ainda permite a inserção de novos sistemas ou componentes com grande eficiência, velocidade, confiabilidade e precisão (MOUBRAY,1997).
6 Com o RCM busca-se fazer com que o equipamento cumpra, de modo confiável, as funções e o desempenho previstos em projetos, por meio da combinação e otimização do uso de todas as políticas de manutenção disponíveis (MORAES, 2004, p.29).
2.3 Cálculos relacionados a confiabilidade
MTTF - Pode-se especificar confiabilidade como o número médio de falhas em um dado tempo (taxa de falha), ou como o tempo médio entre falhas (MTTF) para itens que são reparados e retornados para uso. (O’CONNOR e KLEYNER, 2012).
Para calcular o MTTF realiza-se uma correlação com a taxa de falha:
MTTF = 1 / λ Onde, taxa de falha (λ) é calculada da seguinte forma:
λ = N/T
Onde, (λ) taxa de falha, (N) o número de falhas e (T) determinado período de tempo.
Distribuição exponencial - Esta distribuição possui taxa de falha constante, o que resulta em expressões mais simples para análises de confiabilidade. (SARTORI, 2012).
A distribuição de probabilidade exponencial que apresenta taxa de falha constante, é a que melhor modela os processos de falha que descrevem a confiabilidade. (LEWIS, 1994).
R(t) = e^(-λt)
Onde, (t) determinado período de tempo em horas, (e) é exponencial, (λ) taxa de falha.
Quanto maior o tempo a ser analisado menor é a confiabilidade, conforme figura 1 a seguir.
Figura 1: Função de confiabilidade
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Autor: Ebeling, 2000
2.4 Descrição do controle de tráfego aéreo brasileiro
Controle de tráfego aéreo, é um serviço prestado por controladores, em terra, que acompanham, orientam e monitoram o percurso de aeronaves no ar e no solo, por meio de comunicação via voz ou dados, para garantir um fluxo seguro, ordenado e expedito. (DCEA, 2017)
O Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DCEA) é a organização do Comando da Aeronáutica responsável pelo controle do espaço aéreo brasileiro. Congrega recursos humanos, equipamentos, meios acessórios e infraestrutura com a missão de prover a segurança e a fluidez dos voos da região. (DCEA, 2017)
O principal objetivo do Gerenciamento do Tráfego Aéreo é garantir vôos seguros, regulares e eficazes, respeitando as condições meteorológicas reinantes e as limitações operacionais da aeronave. O provimento deste serviço no País está baseado nas normas e nos métodos recomendados pela Organização de Aviação Civil Internacional (OACI), a fim de manter o Brasil no patamar de segurança desejado para a navegação aérea e garantir a prestação de um serviço eficiente a todas as aeronaves que utilizam o nosso espaço aéreo, (DCEA, 2017).
3. Metodologia
Este estudo consiste em uma pesquisa descritiva; as pesquisas descritivas têm como finalidade principal a descrição das características de determinada população ou fenômeno, ou o
8 estabelecimento de relações entre variáveis (GIL, 1999); com finalidade de analisar os resultados alcançados na aplicação do RCM na gestão de manutenção do CINDACTA III.
Fora realizado uma revisão bibliográfica sobre o tema, tratando os aspectos associados às definições de manutenção e descrevendo sobre o controle de tráfego aéreo.
A análise procedeu por meio de dados secundários; são aqueles já tabulados, coletados, ordenados e, às vezes, até analisados e que estão a disposição dos interessados (MATTAR 1996); Relatórios de manutenção e planilhas de disponibilidade do equipamento estudado, apresentados pela seção responsável pelo controle da manutenção no período de 01/08/2016 a 01/08/2017, além de visitas ao CINDACTA III, com a finalidade de acompanhar de perto parte do processo e o transcorrer de algumas atividades de análise de funcionalidade do sistema de navegação e manutenção tanto no sistema quanto no equipamento. Fora abordado o funcionamento da gestão de manutenção do CINDACTA III, mais especificamente, realizando uma análise de como foi atingindo a disponibilidade de 99,62%, a forma de atuação da gestão de manutenção. Por fim realizando o cálculo de confiabilidade no equipamento DME 435, expondo resultados e conclusão.
4. Desenvolvimento
A exploração do assunto procedeu com o funcionamento da gestão de manutenção, características e importância do equipamento analisado, análise de dados obtidos, e por fim resultados e conclusão.
4.1. Funcionamento da gestão de manutenção do CINDACTA III
O objetivo principal da gestão da manutenção no CINDACTA III é manter o sistema ininterrupto, com uma meta de disponibilidade de 97%, atualmente em 99,62% para o 2º bimestre de 2017, conforme a figura 3 a seguir.
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Figura 3: Índice de disponibilidade operacional do CINDACTA III
Fonte: CINDACTA III, 2017
A manutenção segue as Diretrizes do Comando da Aeronáutica (DCA 66-3) que tem por finalidade determinar os procedimentos que norteiam as atividades de manutenção no Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro.
Não é somente restabelecer as condições originais dos sistemas ou equipamentos, mas de garantir a disponibilidade baseada em informações e dados quantitativos. Bem como ampliar sua vida útil para que possa atender sua finalidade com segurança, confiabilidade e custos adequados.
Utiliza-se um sistema de redundância denominado de ‘’1+1’’ para manter maior segurança e disponibilidade do sistema, esse método trabalha com dois equipamentos realizando a mesma função, desta forma, se um equipamento ficar inoperante ou com capacidade reduzida o outro consegue operar normalmente e o sistema não é interrompido, disponibilizando tempo suficiente para realizar as manutenções cabíveis.
10 Todos os procedimentos inerentes à manutenção, estão contidos no “Boletim Técnico”, que por sua vez tem a função de padronizar as operações de inspeções dos equipamentos, onde que para cada equipamento existe um boletim técnico específico.
Especifica-se o ciclo de manutenção em: diária (DD), semanal (SS), mensal (MM), quadrimestral (QM), semestral (SM), anual (AA), bienal (BA), trienal (TA), quinquenal (QA), octanual (OA), decenal (DA). De acordo com cada equipamento, conforme quadro 1 a seguir.
Quadro 1: Ciclo de
manutenção.
Fonte: CINDACTA III, 2017
Neste documento consta os níveis de manutenção, distribuídos em ordem de complexidade crescente, com a finalidade de mensurar a manutenção mais adequada para o equipamento, conforme no quadro 2 e 3 a seguir.
Quadro 2: Níveis de manutenção
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Fonte: CINDACTA III, 2017 Quadro 3: Periodicidade
Fonte: CINDACTA III, 2017
O controle e a forma de manutenção está dividida da seguinte forma como demonstrado no quadro 4 a seguir.
Quadro 4: Forma de manutenção
Fonte: CINDACTA III, 2017
12 Consta também ficha de manutenção, na qual discrimina-se o nível de manutenção a ser realizada, o período, os equipamentos necessários para a execução, equipamentos que promovem a segurança dos técnicos, quantidade de técnicos para cada tipo de manutenção e a qualificação dos técnicos, como observado na figura 4 e 5 a seguir.
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Figura 4: Ficha de manutenção preventiva
Fonte: CINDACTA III, 2017
14 Na figura 4 acima pode-se observar como é a ficha de manutenção dos equipamentos e sua divisão de forma a facilitar o entendimento do técnico responsável, deste modo padronizando as inspeções de acordo com as diretrizes do comando da aeronáutica.
Figura 5: Ficha de manutenção preventiva
Fonte: CINDACTA III, 2017
Nesta ficha de manutenção é possível observar mais detalhadamente os procedimentos que foram realizados no equipamento com o tempo de execução.
15 A Instituição determina que somente técnicos com habilitação apropriada intervenham sobre os equipamentos e sistemas. Institui procedimentos de habilitação, acompanhamento profissional e avaliações periódicas dos profissionais envolvidos em atividades técnicas, para que assim possam acompanhar os avanços tecnológicos e realizar com êxito suas funções.
Os técnicos são separados em três níveis de acordo com os certificados de habilitação técnica, conforme no quadro 5 a seguir.
Quadro 5: Níveis de habilitação técnica
Fonte: CINDACTA III, 2017
A cada dois anos é realizada uma avaliação para aferir e controlar a manutenção de seus conhecimentos.
4.2 Equipamento analisado
Os dados disponibilizados para estudo mostram a rotina de vários equipamentos, bem como, planos de manutenção e análise das causas que comprometem seu funcionamento. Quase a totalidade dos equipamentos dispõem de uma disponibilidade entre 95% e 99% ao longo de um determinado período, dentre os poucos que sofreram variações de disponibilidade abaixo do esperado no período analisado, está o DME, no qual será o equipamento analisado.
16 Distance Measuring Equipment (DME) é um equipamento de auxílio à navegação, que fornece ao piloto a distância em milhas náuticas (Nó) que a aeronave se encontra da estação em terra, normalmente usados com um Very high frequency Omnidirectional Range (VOR) que é um equipamento de direção a partir de suas 360 radiais e também pode ser usado independente do VOR mas são configurações pouco comuns.
O DME opera em uma frequência UHF (Ultra High Frequency) do espectro de rádio, a aeronave é equipada com um transceptor DME , que é sintonizado para a estação em terra DME, o transceptor a bordo da aeronave transmite um par de pulsos espaçados para a estação de terra, após a recepção desses pulsos o equipamento em terra transmite também pulsos utilizando uma frequência diferente, o tempo compreendido entre a interrogação do avião e a chegada da transmissão (réplica) do equipamento em terra é computado pelo transceptor, o resultado corresponde a distância da aeronave a estação em terra.
O cálculo da distância é um teorema de pitágoras, o quadrado do comprimento da hipotenusa é igual à soma dos quadrados dos comprimentos dos catetos, conforme figura 6.
Figura 6: Teorema de pitágoras no DME
Fonte: Autores, 2017
17 Uma eventual falha corresponde por uma parcela na segurança operacional da aviação, desde que o DME seja o único equipamento para medir distância, por tanto é um equipamento de extrema importância no sistema de controle de tráfego aéreo.
Exemplo: Caso o equipamento venha a falhar, a aeronave não terá segurança operacional efetiva e consecutivamente aumentará os custos, pois o piloto terá que traçar nova rota para um DME operante.
4.3 Análise e cálculo dos dados
Fora coletado dados do período de 01 agosto de 2016 a 01 de agosto de 2017, totalizando 8.760 horas do equipamento DME 435. Nesse período ocorreram duas falhas como observado na tabela 1 a seguir.
Tabela 1: Falhas DME
Fonte: CINDACTA III, 2017
Os dados acima referem-se às falhas totais, no qual resultou na inoperância do sistema de medição de distância, ocasionando riscos ao sistema de controle de tráfego aéreo.
Nesse período a taxa de disponibilidade foi de 87,79%, abaixo da meta de 97% conforme tabela 2 a seguir.
Tabela 2: Disponibilidade do DME 01/08/16 a 01/08/17
Fonte: CINDACTA III, 2017
Para o cálculo de confiabilidade utilizou-se a distribuição exponencial, para obter a confiabilidade no período de trinta dias, um equipamento que a falha segue a cadeia de Markov; apenas o resultado de uma dada experiência atual pode afetar o resultado da experiência seguinte, ou seja, as experiências anteriores não influenciam as experiências futuras. Tal propriedade é conhecida como "perda de memória" ou Propriedade de Markov
18 (GOLMAKANI et al., 2014); possui uma chance de sobreviver de 33,33% como demonstrado na figura 7 a seguir.
Figura 7: Cadeia de Markov
Fonte: Autores, 2017
Os dados acima referem-se às duas fases do equipamento, “A” quando o equipamento está operacional e “B” quando o equipamento está inoperante, inicia-se com a probabilidade de 50% para ambas as fases e com o decorrer do tempo essa probabilidade se estabiliza, em 66%
o equipamento encontra-se na fase “B” e 33% encontra-se na fase “A”, conforme tabela 3 a seguir:
Tabela 3: Probabilidade da cadeia de Markov
Fonte: Autores, 2017
Exemplo: a probabilidade do equipamento está operacional no tempo 2 é de 37,5% pois no tempo 2 tem duas bolas em “A”, uma vinda do equipamento inoperante “B” e outra do equipamento operante “A”, sendo assim (½ x ¼) + (½ x ½) = ⅜
19 Uma das mais importantes características exibidas pelas Cadeias de Markov é um comportamento de convergência ao equilíbrio em longo prazo (NORRIS, 1997).
A cadeia de markov serve de parâmetro para a confiabilidade do equipamento a longo prazo, 33,33% de confiabilidade é muito baixo, por isso é necessário calcular a confiabilidade no curto prazo e realizar um plano de manutenção nesse tempo estipulado.
Um dos métodos mais utilizados atualmente na prática, devido à sua simplicidade. Aqueles que optam por esta metodologia costumam ter maior preferência pela distribuição exponencial.
Com base no histórico de manutenção do equipamento, calcula-se a taxa de falha por hora e posteriormente o tempo médio para falhas (MTTF – Mean Time To Failure).
λ = N/T λ = 2/8760 λ = 0,00022 falha por hora Onde, (λ) taxa de falha, (N) o número de falhas e (T) determinado período de tempo.
O MTTF foi calculado com a taxa de falha por hora.
MTTF = 1/λ MTTF = 1/0,00022 MTTF = 4.545,45
A confiabilidade foi calculada para um tempo operacional de 30 dias.
R(t) = e^(-λt) R(t) = e^(-0,00022*720) R(t) = 85,35
Onde, (t) determinado período de tempo em horas, no caso foi 30 dias o equivalente a 720 horas e (e) é exponencial.
4.3.1 Resultados obtidos com base nos dados numéricos
De acordo com os cálculos realizados, obtém-se um tempo médio entre falhas de 4.545,45 horas, cerca de 6 meses sem o equipamento apresentar falhas. 85,35% é a confiabilidade de o equipamento não apresentar falhas no período de 30 dias, com base nesses dados são definidos o período e forma de manutenção necessárias para aumentar o nível e assim realizar
20 um plano de manutenção eficiente utilizando o RCM, visto anteriormente nas fichas de manutenção, como visto no quadro 6 a seguir.
Quadro 6: Ciclo de manutenção do DME
Fonte: CINDACTA III, 2017
Os planos de manutenção semanal, mesmo que não estejam amostra, são realizados regularmente conforme boletim do equipamento em questão.
4.4 Resultados finais
Através do estudo conclui-se que a metodologia do RCM tornou-se bastante eficaz na gestão de manutenção; desta forma foi possível manter o controle de rotas aéreas seguras, eficientes e com alta taxa de disponibilidade.
Dentre as características observadas na análise dos dados obtidos, pode-se ter como aspectos importantes, dois pontos observados, conforme quadro 7, a seguir.
Características observadas
A forma e a sequência da manutenção realizada, se faz eficiente em diversos aspectos, tais como: O uso das tecnologias e recursos humanos necessários para manter uma constância nas análises, avaliações e controles de desempenho dos equipamentos e sistemas. Manutenção constante e em curto período de tempo, podendo assim ter maior controle sobre as variações de desempenho, ganhando tempo para tomada de medidas preventivas cabíveis;
Por outro lado, pode ser considerado uma dificuldade: A disponibilidade de peças para reposição total ou parcial de equipamentos inoperantes, pois algumas vezes encontra-se indisponível em estoque, sendo assim necessária aquisição emergencial local, regional, ou até, no comércio exterior, causando grande perda em termos de disponibilidade. E por fim, a quebra das sequências de manutenções em alguns períodos, por falta de profissionais capacitados disponíveis no período especificado no plano de manutenção, decorrentes de causas aleatórias não previsíveis (Realização de manutenção emergencial em outros pontos).
Fonte: Autores, 2017 5. Conclusão
21 O objetivo deste estudo foi atendido, uma vez que, demonstrou-se um resumo da utilização da metodologia RCM na gestão de manutenção do CINDACTA III, permitindo termos noção da importância de uma manutenção eficiente e eficaz para manter equipamentos de grande prioridade operando com o máximo de disponibilidade.
A eficácia dos planos de manutenção do CINDACTA III, é fruto da flexibilidade disponível para reajustes necessários, reduzindo as paradas por falhas, implicando diretamente na taxa de disponibilidade do sistema. O cálculo de confiabilidade utilizado, mesmo sendo o mais simples de se aplicar, foi o que melhor se enquadrou para demonstrar uma das etapas do processo de elaboração do plano de manutenção e permitir encontrar o intervalo ótimo para a realização das atividades de manutenção.
Os resultados obtidos demonstram a importância de um plano bem elaborado e de acordo com a necessidade dos equipamentos, para evitar trabalhos desnecessários e desequilibrados quanto a distribuição das atividades. Além de planos de ações necessários para eventuais falhas aleatórias não mensuráveis devem ser levados em consideração.
Uma abordagem alternativa para determinar a confiabilidade do equipamento, se dá através do FMEA (Failure Mode and Effect Analysis), consiste basicamente em sistematizar um grupo de atividades para detectar possíveis falhas e avaliar os efeitos das mesmas, a partir daí identificar ações a serem tomadas para eliminar ou reduzir a probabilidade de que as mesmas ocorram.
Recomenda-se estudos complementares acerca das etapas do RCM e FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) como ferramenta do RCM.
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