ANÁLISE DE CENÁRIOS ENVOLVENDO OPERAÇÕES DE CARREGAMENTO E
TRANSPORTE EM UMA MINA A CÉU ABERTO UTILIZANDO SIMULAÇÃO
Mauro Froes Meyer, CEFET – RN, Professor do Curso de Geologia e Mineração – GERN mf.meyer@terra.com.br
João Batista Monteiro de Souza, CEFET – RN, Professor do Curso de Geologia e Mineração – GERN
Julio César de Pontes, CEFET – RN, Professor do Curso de Geologia e Mineração – GERN
RESUMO
Neste artigo são apresentados estudos de diversos tipos de cenários. Primeiramente, vamos considerar as variáveis utilizadas e a metodologia empregada nesta análise. A simulação é uma das generalizações da Pesquisa Operacional (P.O), que vem crescendo com a atual modernização. A análise de cenários via simulação permite uma verificação dos dados e a sumarização de uma variedade de relatórios para suporte ao gerenciamento de uma mina. O trabalho contempla um estudo de caso realizado na mina do Tamanduá, da MBR -Minerações Brasileiras Reunidas, no Quadrilátero Ferrífero. O objetivo deste estudo é mostrar e comparar através de analises de cenários utilizando o simulador SIMIN, as operações de carregamento e transporte de estéril desta mina.
Palavras chave: simulação, análise de cenários e mineração ABSTRACT
In this article studies of several types of sceneries are presented. Firstly, we will consider the used variables and the methodology maid in this analysis. The simulation is one of the generalizations of the Operational Research (P.O), that comes growing with the current modernization. The analysis of sceneries through simulation allows a verification of the data and the summarization of a variety of reports for support to the management of a mine. The work contemplates a case study accomplished in the mine of Tamanduá, of MBR -Minerações Brasileiras Reunidas, in the Ferrous Quadrilateral. The objective of this study is to show and to compare through you analyze of sceneries using the simulator SIMIN, the shipment operations and transport of sterile of this mine.
INTRODUÇÃO
A análise de cenários via simulação, possibilita assim, uma interpretação rápida do melhor modelo a ser utilizado. Hoje em dia, o engenheiro de minas deve saber lidar com uma linguagem de programação para atender à demanda de um mercado cada vez mais exigente e qualificado. Grupos multidisciplinares de pesquisadores trabalhavam na determinação da melhor forma de utilização de recursos limitados. Segundo Rasche e Sturgul (1991) as aplicações de simulação na mineração remontam a partir da década de 60. Enquanto o mundo tem mostrado um crescente interesse no uso da simulação conforme afirmado por Saliby (1993), na área mineral este crescimento ainda é um tanto quanto tímido.
Normalmente, o que se faz é uma coleta de dados de tempos de ciclos de caminhões e escavadeiras, colocando estes dados em planilhas e fazendo por tentativas a alocação destes equipamentos. Infelizmente, esta prática conduz a muitos erros, tornando praticamente impossível se chegar às causas da má distribuição dos equipamentos devido à ausência de pessoal capacitado em programação. A atual tecnologia da computação disponibiliza várias linguagens e programas para a melhoria do processo de simulação. Entre as principais linguagens se destacam o DELPHI, FORTRAN, VISUAL BASIC, C ++ etc.
A metodologia de pesquisa mostra como foi feita a coleta dos dados na mina do Tamanduá das Minerações Brasileiras Reunidas (MBR) e a criação de um banco de dados sobre todas as atividades dos equipamentos da mina para utilização no simulador SIMIN. E por último são apresentados aqui uma série de resultados das aplicações do simulador SIMIN na mina do Tamanduá através da análise de cenários e suas respectivas conclusões. O modelo foi desenvolvido utilizando o Diagrama de Ciclo de Atividades – DCA e o simulador SIMIN. O objetivo desta dissertação é mostrar como o uso da simulação pode ajudar na análise de cenários produtivos em minas a céu aberto. Para tanto, foi simulada a operação de carregamento e transporte de estéril da mina do Tamanduá, pertencente à Minerações Brasileiras Reunidas – MBR. O modelo foi desenvolvido utilizando o Diagrama de Ciclo de Atividades – DCA e o simulador SIMIN. Os cenários analisados, apesar de simples, serviram para mostrar como a simulação pode ser utilizada na análise de sistemas de produção em minas a céu aberto.
METODOLOGIA
A seqüência metodológica do trabalho foi a seguinte:
Identificação e caracterização do problema estudado
O problema estudado diz respeito ao carregamento e transporte de estéril da mina do Tamanduá. Foi estudado com uso do simulador SIMIN, a produção dos caminhões fora-de-estrada que trabalham no estéril e seus respectivos impedimentos operacionais.
Coleta de dados
Esta fase consiste da coleta de dados envolvidos nas operações da mina. Estes dados dizem respeito a tipos e capacidade dos equipamentos, produção da mina, número de equipamentos e tempos de duração de diversas atividades.
Construção do Modelo
Nesta fase foram identificadas as diversas entidades, atividades e filas que compõem o sistema a ser analisado. Foi feita a representação gráfica do modelo utilizando o DCA (Diagrama de Ciclo de Atividades) de todas as entidades do modelo.
Codificação do Modelo
Nesta fase o modelo já representado anteriormente foi codificado dando origem a um simulador específico para este caso. A programação do modelo foi feita no Borland DELPHI 5.0 e utilizou rotinas específicas do SIMIN.
Verificação e Validação do Modelo
Após o desenvolvimento do simulador, o mesmo foi testado para verificação de erros de lógica e programação. Feito isto o modelo foi validado utilizando os parâmetros da mina, de forma a comparar os dados de produção simulados com os dados de produção reais.
Implementação do Modelo
Com o modelo verificado e validado procedeu-se a análise de dois cenários de produção: • Análise da implantação de um sistema de despacho (alocação dinâmica) tendo como
política de despacho o aumento da produtividade (redução de tempos ociosos).
• Análise do aumento da capacidade dos caminhões fora-de-estrada de 150 toneladas para 240 toneladas considerando a alocação estática.
SIMULANDO COM O SIMIN
A transformação do modelo desenvolvido via DCA para o SIMIN é bem simples, devido à forma de como o SIMIN foi desenvolvido. Primeiro deve-se abrir o aplicativo SIMIN.DPR e adicionar os componentes de distribuição de probabilidades e histogramas ao formulário FDadosBasicos, conforme mostrado na figura 1. As propriedades destes componentes devem ser preenchidas à medida que eles vão sendo fixados no formulário.
A seguir, deve-se adicionar os demais componentes ao formulário FModelo, levando-se em consideração as relações entre eles. A figura 2 mostra esta fase. Esta fase requer bastante atenção, pois as relações entre os componentes, apesar de serem meras referências (um componente referencia outros) podem ser numerosas dependendo do tamanho do modelo. Feito isto, deve-se proceder à programação manual do modelo, quando for o caso.
A programação manual, quando necessária, é bastante simples e deve ser totalmente desenvolvida na unidade TelaModelo, que já contém duas rotinas para programação do início e do fim das atividades condicionais.
Figura 2 – Janela referente ao Fmodelo. Fonte: Pinto, 1999.
Obviamente, o usuário deve conhecer as rotinas da biblioteca do SIMIN para executar esta programação. Após a programação, o aplicativo deve ser compilado. Depois de compilado, o aplicativo gerado (SIMIN.EXE) pode ser então executado. O aplicativo incorpora o modelo e cria todo um ambiente para simulá-lo. Para checar o modelo contra erros básicos de construção deve-se clicar sobre o ícone de menu Parâmetros/Checar Modelo ou sobre o primeiro botão. Caso o modelo apresente algum erro básico aparecerá uma mensagem na tela.
Feito isto, deve-se clicar sobre ícone de menu Parâmetros/Dados da simulação ou sobre o segundo botão. A tela mostra e deve-se informar ao SIMIN os seguintes dados:
• título dos Relatórios;
• duração das corridas de simulação; • duração do aquecimento;
• número de corridas a serem realizadas;
• se deseja detalhar a simulação no vídeo (S para sim e N para não); • se deseja realizar a simulação por passos (S para sim e N para não).
A execução da simulação é feita clicando-se sobre o ícone de menu Simular/Executar simulação ou sobre o terceiro botão. Ao iniciar a simulação, é mostrada a tela da figura 3, que contém diversas opções de controle e de visualização da simulação do modelo.
Figura 3 – Janela de visualização e controle da simulação.Fonte: Pinto, 1999.
Ao término da simulação, é possível a retirada de relatórios para análise dos dados coletados durante a mesma. Para solicitação destes relatórios deve-se clicar sobre o ícone de menu Relatórios e escolher uma das opções apresentadas ou, mais facilmente, sobre o quinto botão, que apresenta todas as opções.(figuras 4 e 5). Os relatórios podem ser por corrida ou globais.
Figura 5 – Janela de visualização dos relatórios.Fonte: Pinto, 1999.
PROCEDIMENTOS ADOTADOS NA MINA
A mina opera com seis frentes de extração. São três frentes de minério e uma de estéril extraído pela Sempre Viva (SV) e duas frentes de estéril extraída pela MBR (Minerações Brasileiras Reunidas).
Coleta de Dados dos Equipamentos da Mina
A mina possui oito CMFEST ( caminhões fora de estrada) sendo que cinco trabalham na operação e três ficam na manutenção (dois na manutenção preventiva e um na manutenção corretiva). Estes caminhões são utilizados para extração de estéril da mina. A mina opera com duas escavadeiras elétricas (pertencentes a MBR) para extração de estéril e quatro escavadeiras hidráulicas (pertencentes à Sempre Viva) para extração de minério.
A carregadeira é utilizada para substituição de uma das escavadeiras. Esta substituição varia de acordo com o avanço da lavra nas duas frentes e também os impedimentos operacionais como, por exemplo, as manutenções preventivas e corretivas.
A produção da mina do Tamanduá (TAM)
Na tabela 1 são apresentadas as produções referentes aos meses de maio, junho e julho de 2001 coletados na mina. Além destas produções mensais foram coletadas a produção anual de 2001 e as respectivas relações estéril / minério. Esta tabela de produção é importante para comparação dos dados reais da mina com os dados de produção gerados pelo simulador SIMIN.
Tabela 1 - Dados de Produção da mina do Tamanduá
Produção de Maio 2001
Estéril - MBR-TAM SV (estéril) SV (Minério) Relação Est/Min
Diária(t/dia) 33.993,38 5.250,00 26.395,65 1,29
Mensal(t/mês) 1.053.794,78 162.750,00 818.265,00 1,29
Produção de Junho 2001
Estéril - MBR-TAM SV (estéril) SV (Minério) Relação Est/Min
diária(t/dia) 36.490,41 6.000,00 26.486,19 1,38
Mensal(t/mês) 1.094.712,21 180.000,00 794.585,58 1,38
Produção de julho 2001
estéril - MBR-TAM SV (estéril) SV (Minério) Relação Est/Min
diária(t/dia) 31.496,35 5.500,00 26.305,11 1,20
Mensal(t/mês) 976.386,91 170.500,00 815.458,26 1,20
Soma das produções
dos três meses Relação Est/Min
Minério(t/mês) 3.282.166,65 Produção médiados três meses 1,12 Estéril (t/mês) 3.124.893,90 1.041.631,30
Produção Anual de 2001
MBR-TAM SV
Estéril (t/ano) 12.499.575,61 2.053.000,00
Minério(t/ano) - 9.713.235,32
Fonte: Mina do Tamanduá – MBR, 2001.
Variáveis de transporte dos equipamentos (tempos de ciclo)
Os principais dados de frota coletados da MBR foram respectivamente: • Tempo de deslocamento carregado e vazio entre as frentes da mina • Tempo médio de carregamento dos caminhões
• Tempo de manobra dos caminhões para descarga na pilha de Estéril • Tempo de descarga dos caminhões na pilha de Estéril
• Distância média de transporte entre as frentes e a pilha de estéril
BANCO DE DADOS DA MINA DO TAMANDUÁ
A partir dos dados coletados na mina foi possível elaborar tabelas de impedimentos operacionais para todos os equipamentos de carregamento e transporte da mina que operam no estéril, conforme mostrado na tabela 2. Estes impedimentos Operacionais são atividades descritas de todas as operações da mina. Por exemplo: Troca de turno é um Atraso Operacional onde é computado o tempo de deslocamento do funcionário A (operador de caminhão) substituir o funcionário do turno anterior. Hora Reserva são tempos computados para realização de atividades extras ou não previstas como: Equipamento fora de operação (quebra do equipamento) e falta de operador.
Os impedimentos operacionais são circunstâncias ou eventos que impedem o desempenho de atividades operacionais de qualquer equipamento da mina. Podem ser definidos assim:
Manutenção(MNT): Manutenção corretiva e manutenção preventiva.
Atraso Operacional(AO): Inspeção visual,troca de turno, abastecimento, espera no local de
carga / descarga, acerto de praça ,etc.
Hora Reserva (HR): Sistema anterior fora de operação, falta de operador, detonação, não
escalado, falta de caminhão, etc.
Foram elaboradas tabelas que mostram a descrição de todos os equipamentos da mina através de dados coletados.
Tabela 2 – Exemplo das atividades dos equipamentos da mina
Modelo: Manutenção Equipamento:Evento: ESC001 H-285S 18001
Período: de 01/05/2001 até
31/07/2001
Eqpto Data/ Início Data/ Fim Intervalode MNT Duração Evento Descrição do Evento
01/05/2001 01:00 02/05/200101:00 0,05 24,00 401 MANUTENÇÃO CORRETIVA MECÂNICA 02/05/2001 01:03 02/05/200101:28 70,03 0,42 401 MANUTENÇÃO CORRETIVA MECÂNICA 04/05/2001 23:30 04/05/200123:45 103,33 0,25 400 MANUTENÇÃOPREVENTIVA ... ... ... ... ... ... 30/07/2001 06:55 30/07/200119:00 2,65 12,08 401 MANUTENÇÃO CORRETIVA MECÂNICA Fonte: Departamento de Manutenção da mina do Tamanduá
Depois de elaboradas essas tabelas utilizou-se os intervalos entre ocorrências e as durações de cada atividade dos diversos equipamentos da mina. Com o uso do software Best Fit, que é um programa estatístico que ajusta os dados coletados à distribuição de probabilidades que melhor representa o seu comportamento, foram ajustadas as distribuições de probabilidade que representam esses intervalos e durações das atividades, como mostrado na figura 6.
ESC001 MNT(Duração) - Exponencial (32,00)
Values in 10^3 0.0000 0.0001 0.0003 0.0 3.2 6.4 9.5 12.7 15.9 Input Expon
Figura 6: Gráfico gerado pelo software Best Fit.
CONSTRUÇÃO DO MODELO A SER CODIFICADO
O modelo é representado pelo DCA – Diagrama de Ciclo de Atividades. Este DCA é a forma mais simples de representar os dados coletados sob a forma computacional. O Diagrama de Ciclo de Atividades (DCA) da mina do Tamanduá (figura 7) mostra a representação gráfica das atividades e filas. O circuito dos caminhões fora-de-estrada está representado em vermelho no DCA da mina e em preto está representado o circuito das escavadeiras / carregadeiras.
DCA DA MINA DO TAMANDUÁ - MBR:
Figura 7 - DCA da Mina do Tamanduá – MBR
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Alguns destes resultados são apresentados pelo próprio simulador SIMIN que fornece resultados através de gráficos e relatórios de produção gerados pelo próprio programa.
Análise dos dados gerados pelo simulador SIMIN
Nesta etapa se fez uma comparação dos dados de produção simulada com os dados de produção real. Todos os relatórios foram gerados com 5 corridas, duração de 720 horas e aquecimento de 24 horas.
Análise do relatório gerado para validação do modelo – Padrão de operação reinante
Analisando os dados estatísticos das atividades do relatório padrão observa-se que o número de execuções de carga da frente 02 é superior ao número de carga da frente 01 devido ao maior numero de caminhões alocados para frente 02. Os dados estatísticos relacionados às entidades mostram que a utilização dos caminhões nas atividades correspondem a 74,14% e o restante 25,83% são os tempos em que os caminhões permanecem em filas para carga e descarga e os tempos parados aguardando operação (standby). Carga F2 -Estéril Desloc. Carreg. Desloc. Vazio Manutenção CAM Desc. Pilha-Estéril Carga F1-Estéril Hora Reserva CAM Atraso Operacional CAM Ag. HR CAM M Ag. Carreg F2-Est Ag Desc. Pilha_Est Ag. Desloc. Vazio Ag. AO CAM MM Pilha_Est OC Ag. Carreg F1-Est Ag. Desloc. Carreg. Esc_OC F01 Ag. MNT CAM DCA da MBR (Mina do Tamanduá) Atraso Op. Esc Hora Res. Esc Manutenção Esc Ag. MNT Esc Ag. AO Esc Ag. HR Esc Iniciar_OPCAM Standby CAM Esc_OC F02 LEGENDA: Caminhões Escavadeiras Ag Chec CAM ChecCAM Ag Chec ESC Standby
ESC OP_ESC Iniciar
As escavadeiras/carregadeiras têm uma utilização de 53,54% nas atividades e o restante de 46,46% correspondem aos tempos em fila ou paradas aguardando operação (standby). Os dados estatísticos de produção da mina mostram que a produção gerada pelo simulador SIMIN é de 1.034.280,00 ton/mês. Já a produção real média da mina no período de três meses (maio, junho e julho) de 2001 é de 1.041.631,30 ton/mês .
Portanto o cálculo do erro será:
%
71
,
0
30
,
631
.
041
.
1
00
,
280
.
034
.
1
30
,
631
.
041
.
1
Pr
Pr
−
=
−
=
=
eal
Psimulada
eal
Erro
Onde:P real – Produção real
P simulada – Produção simulada
Por este resultado, conclui-se que a diferença é muito pequena entre a produção real e a simulada. Logo, o modelo simulado representa bem a realidade da produção da mina sendo um modelo confiável para análise dos cenários propostos a seguir.
Cenário 1 - Análise de cenário com despacho de caminhões (alocação dinâmica):
Neste cenário foi analisado qual seria o impacto na produção da mina, caso a empresa implantasse um sistema de alocação dinâmica de caminhões (despacho). Na alocação dinâmica não é definido o número de caminhões para cada frente de produção. Os dados estatísticos das atividades mostram um pequeno aumento no número de execuções das atividades de carga/descarga devido à mudança do tipo de alocação. Os dados estatísticos relativos a entidades não sofreram grandes alterações nas taxas de utilização de caminhões e escavadeiras com adoção da alocação dinâmica no sistema.
Os dados estatísticos relativos à produção mostram a produção simulada com valor de 1.009.038,40 ton/mês, ou seja, um decréscimo de 3,13% em relação à produção real (sem alocação dinâmica). Por este resultado pode-se concluir que, considerando apenas a movimentação de estéril, a adoção de um sistema de despacho não apresenta vantagens em relação à produtividade dos caminhões. Portanto não houve vantagem da implantação de despacho porque o sistema não apresenta gargalos nas operações de carga das frentes devido ao pequeno numero de caminhões na mina.
Cenário 2 - Análise de cenário com aumento da capacidade dos caminhões de 150 toneladas para 240 toneladas (alocação estática):
Neste cenário foi analisado a utilização de caminhões com capacidade de 240 toneladas em substituição aos atuais caminhões de 150 toneladas. Inicialmente considerou a quantidade inicial de oito caminhões. Mas observou que a produção simulada foi de 1.825.200,00 ficando muito acima da produção real da mina. A partir daí, foi se alterando o numero de caminhões para 7, 6 e 5 até atingir aproximadamente a produção real da mina. Portanto, para se atingir aproximadamente a mesma produção, são necessários apenas quatro caminhões (sendo 2 caminhões para cada frente). Os relatórios do SIMIN para este número de caminhões mostram uma produção de 1.025.880,00 toneladas.
CONCLUSÕES
As principais conclusões deste trabalho foram:
O simulador SIMIN se mostrou eficiente para a análise dos cenários propostos. Os resultados mostram que o modelo simulado representa muito bem a realidade da mina do Tamanduá. Os relatórios gerados pelo SIMIN apresentam questões importantes, como a conclusão de que a implantação de um sistema de despacho não traria benefícios em termos de produtividade, considerando-se apenas a movimentação de estéril, conforme o modelo estudado.
A simulação de um modo geral deve ser mais difundida no ambiente mineiro. As empresas devem se conscientizar da importância do uso na simulação para facilitação de análise de cenários de produção. A correta análise dos dados de entrada para determinação das
distribuições estatísticas que regem os tempos das diversas atividades é fundamental para um resultado de simulação próximo da realidade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Pinto, L. R. (1999) “Metodologia de análise do planejamento de lavra de minas a céu aberto baseada em simulação das operações de lavra”. Tese de doutorado da COPPE - UFRJ. Saliby, E. (1993) “Tecnologia de informação: Uso de simulação para obtenção de
melhorias em operações logísticas”. Texto da COPPE / UFRJ, Rio de Janeiro. Rasche, T., Sturgul, J. R.(1991) "A simulation to assist a small mine: a case Study in Iron Knob Mine”. In International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment. p. 123 -128, Group BHP, Whyalla, S.A. Austrália.
Sturgul, J.R. (1997) “ Discrete mine system simulation in the United States” International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment nº13, p.37 - 41.
