II
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
Formulação e produção industrial
de alimentos compostos para animais
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM
ENGENHARIA ZOOTÉCNICA
José Paulo Lobo Araújo dos Santos
Orientadora: Professora Maria José Marques Gomes Xavier Madureira
Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
IV
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
Formulação e produção industrial
de alimentos compostos para animais
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM
ENGENHARIA ZOOTÉCNICA
José Paulo Lobo Araújo dos Santos
Orientadora: Professora Maria José Marques Gomes Xavier Madureira
Composição de Júri:
Professora Ana Luisa Guimarães Dias Lourenço
Professor José Luís Teixeira de Abreu de Medeiros Mourão
Professora Maria José Marques Gomes Xavier Madureira
III
À Isabel
Ao Gonçalo, à Maria e à Marta
El humor y la curiosidad son la más pura forma de inteligencia
Roberto Bolaño
IV
Dissertação apresentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, segundo o Regulamento para obtenção do Grau de Mestre pelos Licenciados Pré-Bolonha (Recomendação CRUP), para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Zootécnica
V
AGRADECIMENTOS
Ao Sr. Professor Arnaldo Dias-da-Silva, por há muitos anos me ter encaminhado ou desencaminhado para um estágio no tema da formulação de alimentos compostos para animais. Uma enorme admiração pelo seu exemplo de carácter, de trato, de rigor e de exigência. O agradecimento pelos seus ensinamentos enquanto aluno e ex-aluno. Um profundo agradecimento pela excelente relação pessoal e profissional com que sempre me honrou.
À Sr.ª Professora Maria José Marques Gomes Xavier Madureira, pelas sugestões, pelos esclarecimentos e pela ajuda na preparação deste relatório.
À Isabel e ao António Castro Ribeiro agradeço a leitura crítica deste relatório A todos os que intencionalmente, ou não, me ensinaram algo ao longo da vida.
VI
Índice
11 – Introdução ... 1
1.1 – Percurso profissional ... 1
1.2 – Habilitações académicas ... 2
1.3 – Formações e certificações adicionais obtidas ... 2
1.4 – Intervenções públicas em Jornadas, Seminários e Congressos ... 4
2 – Formulação e produção industrial de alimentos compostos ... 5
2.1 – Técnicas de formulação de alimentos ... 6
2.2 – Outras técnicas de formulação e optimização ... 21
2.3 – A rastreabilidade na indústria de alimentos compostos ... 24
2.4 – Novas missões para a automação na indústria de alimentos compostos ... 27
3 – Experiência profissional - 25 anos de actividade zootécnica ... 33
4 – A necessidade da formação contínua ... 42
Bibliografia citada ... 43
Anexo A ... 44
Anexo B ... 53
VII
Lista de acrónimos e abreviaturas
BSE - Bovine Spongiforme Encephalopaty CEE – Comunidade Económica Europeia
CIUP - Centro de Informática da Universidade do Porto CNCPS - Cornell Net Carbohydrate and Protein System CRUP - Conselho de Reitores das Universidades Portuguesas DGAV – Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária
FEDNA - Fundación Española para el Desarrollo de la Nutrición Animal FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
FIFO - First In, First Out
HACCP - Hazard analysis and critical control points
IACA - Associação Portuguesa dos Industriais de Alimentos Compostos para Animais OGMs – Organismos geneticamente modificados
PCs – Computadores pessoais
PDAs - Personal digital assistant - palmtop computer PL – Programação linear
PLCs - Programmable Logic Controllers (autómatos industriais) PMP - Programação por Metas Ponderadas
PNL – Programação não-linear NIR – Near Infrared spectroscopy RHS – Right hand side
VIII
IX Relatório de Actividade Profissional
(ao abrigo da Recomendação do CRUP)
José Paulo Lobo A. Santos
RESUMO
Este relatório sintetiza um percurso profissional de vinte e cinco anos. Relata as funções e cargos sucessivamente desempenhados na indústria de alimentos compostos para animais, onde a actividade de formulador esteve sempre presente. Ao longo deste período fui responsável pela formulação e produção de cerca de 1,6 milhões de toneladas de alimentos compostos para bovinos, aves e suínos.
Analisa-se a actividade da formulação, a sua evolução neste período, e perspectiva-se o futuro. Análiperspectiva-se idêntica é efectuada relativamente à rastreabilidade neste perspectiva-sector, a sua evolução e o papel da automação industrial nas soluções actuais.
Palavras-chave: formulação, rastreabilidade, automação, alimentos compostos
ABSTRACT
This report summarizes a career of twenty-five years. It also illustrates the functions and positions successively performed in the compound feed industry, where the leading activity was always feed formulation. Throughout this period the author was responsible for the formulation of nearly 1.6 million tons of compound feed for cattle, poultry and swine.
It also analyzes the formulation techniques, its evolution during this period, and predictions are made about the future of the field. Similar analysis is carried out for industrial traceability, its evolution and the role of industrial automation in current solutions.
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 1
1 – Introdução
Este Relatório de Actividade Profissional resulta da aplicação da recomendação do CRUP, posta em prática pela UTAD no ano lectivo de 2011/2012 e que confere ao autor a oportunidade de obter o grau académico de mestre em Engenharia Zootécnica. Tem como principais objectivos descrever o conjunto de actividades mais relevantes do seu percurso profissional, analisando crítica e construtivamente as diversas experiências e competências. A metodologia utilizada na elaboração do mesmo permitirá, sobretudo, aferir do percurso pessoal e profissional efectuado entre 1988 e 2013, destacando as funções assumidas mais relevantes e as competências adquiridas. Em consonância com o percurso profissional descrito, analisam-se de forma detalhada algumas das actividades técnicas exercidas, relativas à formulação de alimentos compostos e à rastreabilidade, perspectivando a sua evolução e a realidade profissional futura.
1.1 – Percurso profissional
1988 - 2008: Trabalhou na indústria de alimentos compostos para animais (Progado S.A. – Sociedade Produtora de Rações S.A. - Grupo Montalva, Ex Grupo MIF). Desempenhou várias funções, nomeadamente as de Director de Qualidade, Director Técnico e Administrador, com desempenho de funções técnicas (formulação alimentar para várias espécies), e de gestão.
2008 - 2009: Foi gestor (sócio gerente) na Feira do Vidro, Lda - Indústria de Vidro Artístico.
2010 - 2013: Foi Director Técnico e Comercial da divisão de Alimentação Animal na Ucanorte XXl – União Agrícola do Norte, UCRL. Responsável pela reorganização interna do
layout industrial, legalização da empresa, licenciamentos industrial/DGAV e crescimento
da actividade em mais de 60% em 2 anos.
2 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014
1.2 – Habilitações académicas
1981–1986 Licenciatura em Engenharia Zootécnica pela Universidade de Trás-os-Montes e
Alto Douro, obtida com média de 14 valores.
1986–1987 Curso de formação de Programadores no Centro de Informática da
Universidade do Porto, dirigido por Prof. Dr. Carlos Madureira e Prof. Dr. Luís Damas.
1989–1991 Pós-Graduado em Organização e Gestão de Empresas – CEOG na Universidade
Católica do Porto, obtido com média de 13 valores.
1.3 – Formações e certificações adicionais obtidas
1990 Estágio intensivo em técnicas de formulação e bromatologia, com a duração de
três semanas na Protector Sa, Waterloo, Bélgica.
1994 Integração de delegação da IACA em visita aos EEUU, a convite da American
Soybean Association, com visita e formação, 8 dias; Kansas State University – Animal Sciences and Industry; CBOT – Chicago; University of Wisconsin – Department of Animal Sciences.
1996 Course on Experimental and Clinical Neurotoxicology – Reunion on BSE – Bovine
Spongiforme Encephalopaty, 1 dia, Porto.
1998 Curso Formation Porc, Central Soya, 2 dias, Rennes.
1999 XV Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación Animal,
2 dias, Madrid
1999 Curso Formation Porc, Central Soya, 2 dias, Veldriel, Holanda.
1999 IV Curso SANIPEC – Influência da nutrição na patologia dos ruminantes e dos
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 3
2000 XVI Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación Animal,
2 dias, Barcelona.
2000 Curso Formation Porc, Central Soya, 2 dias, Zaragoza.
2000 Curso ADMINISTERING Microsoft Windows NT 4.0 Tecnidata, 36 horas, Porto 2001 Curso Formation Porc, Central Soya, 2 dias, La Chapelle sur Erdre.
2001 XVII Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación
Animal, 2 dias, Madrid.
2001 1st World Feed Conference, Utrecht, 2 dias, Holanda.
2002 XVIII Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación
Animal, 2 dias, Barcelona.
2002 Seminário IACA – Sistemas de Qualidade e Segurança Alimentar: Código de Boas
Práticas e HACCP, 1 dia, Fátima.
2003 XIX Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación Animal,
2 dias, Madrid.
2004 XX Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación Animal,
2 dias, Barcelona.
2005 Curso Formation Porc, Central Soya, Carcassonne, 2 dias, França.
2005 V Jornadas de Alimentacion Animal – Lab. Mouriscade, Lalin, 1 dia, Pontevedra. 2005 XXI Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación Animal,
2 dias, Madrid.
2006 V Jornadas de Alimentacion Animal – Lab. Mouriscade, Lalin, 1 dia, Pontevedra. 2006 XXII Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación
Animal, 2 dias, Madrid.
2007 VI Jornadas de Alimentacion Animal – Lab. Mouriscade, Lalin, 1 dia, Pontevedra. 2008 XXIV Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación
4 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014
2010 XXVl Curso de Especialización FEDNA: Avances en Nutrición y Alimentación
Animal, 2 dias, Madrid.
2011 Seminário ACICO 2011 – O Mercado de Matérias Primas Alimentares na
Campanha 2011/2012, Politica Europeia e OGMs, 1 dia, Batalha.
2011 Seminário IACA – O Controlo da Qualidade na Alimentação Animal: APPCC e
Dioxinas, 1 dia, Fátima.
2012 Seminário SFPM/IACA – 1ªs Jornadas de Alimentação Animal, 1 dia, Fátima. 2012 Curso de Formação Profissional – Como Melhorar o Controlo de Gestão nas PMES
AEP, 14 horas, Porto.
1.4 – Intervenções públicas em Jornadas, Seminários e Congressos
2005 A rastreabilidade na indústria de Alimentos Compostos, Seminário
Rastreabilidade e HACCP na Fileira da Carne de Suíno, Universidade Lusófona, Lisboa.
2005 A rastreabilidade na indústria de Alimentos Compostos, Seminário
Implementação do Código de Boas Práticas da IACA no Âmbito do Programa Agro, Estação Zootécnica Nacional, Santarém.
2005 A rastreabilidade na indústria de Alimentos Compostos, XV Congresso de
Zootecnia, UTAD – Vila Real.
2011 Nutrição de Suínos e Formulação Industrial de Rações, VI Jornadas Internacionais
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 5
2 – Formulação e produção industrial de alimentos compostos
Genericamente, podemos definir a Nutrição Animal como um ramo das Ciências Biológicas que estuda a composição dos alimentos, os processos fisiológicos envolvidos na ingestão, digestão, absorção e metabolismo dos nutrientes e as necessidades nutricionais dos animais. Os alimentos constituem assim um veículo de nutrientes, isto é, de substâncias que desempenham uma ou mais funções úteis no organismo. Para além dos alimentos, são utilizadas outras matérias-primas (ingredientes) que cumprem igualmente funções nutricionalmente úteis. São disso exemplos os antioxidantes, os prebióticos, probióticos e adjuvantes da granulação, entre muitos outros.
A formulação de dietas para animais, terá assim como objectivo principal combinar vários ingredientes que permitam fornecer a energia e os nutrientes necessários a determinado desempenho de determinada espécie. Ora, do ponto de vista da produção industrial de alimentos compostos para animais de interesse zootécnico, há que ter em consideração que as soluções encontradas devem ser economicamente sustentáveis. Mais recentemente, a formulação tem sido confrontada com outros objectivos, nomeadamente a mitigação da poluição por via da excreção de nutrientes (e.g. fósforo e azoto) e a segurança alimentar.
A Ciência da Nutrição e, consequentemente, a formulação, assentam num conhecimento interdisciplinar merecendo especial destaque a fisiologia, a bioquímica, a microbiologia e a matemática, entre outras áreas da Ciência.
Os formuladores, subclasse dos nutricionistas, são frequentemente considerados detentores de especiais segredos, e dominando uma actividade situada algures entre ciência e arte. Parte desta aura, vem do facto de lidarem com modelos matemáticos que tentam simular a realidade, recorrendo a informação das várias disciplinas referidas, prevendo resultados nutricionais, técnicos e económicos.
Recorrendo a técnicas correctas de formulação podemos obter redução de custos alimentares ou melhorias de desempenho zootécnico. Qualquer um destes dois parâmetros influencia fortemente a rentabilidade, tanto de fabricantes de alimentos compostos como de empresas integradoras de produção zootécnica.
6 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Embora os fabricantes de alimentos compostos procurem manter a qualidade dos seus produtos ao mínimo custo possível e os integradores procurem maximizar o rendimento das empresas de produção animal, o que se traduz em objectivos de formulação diferentes, os princípios que se aplicam são os mesmos.
Estes princípios dizem respeito às técnicas matemáticas de formulação, conhecimento das matérias-primas utilizadas e seus preços, sua caracterização nas matrizes de formulação e conhecimento das necessidades nutricionais das espécies animais em causa. Qualquer formulador deverá pois ter boas competências na área da nutrição e na área da econometria. O seu desempenho afecta a jusante todo o desempenho nutricional das espécies alimentadas e a montante deverá influenciar decisivamente as decisões de aprovisionamento.
2.1 – Técnicas de formulação de alimentos
De forma simplista podemos dizer que as técnicas de formulação empregues actualmente se agrupam em duas metodologias matemáticas, que podem ser combinadas:
Métodos de Programação Linear
A programação linear (PL) é a técnica mais difundida e o seu uso reporta aos anos 50 [1] do século passado, sendo que essa difusão apenas ocorre com o aparecimento dos primeiros microcomputadores.
Este método permite determinar a combinação de ingredientes cujo custo global é menor resolvendo um conjunto de equações lineares relativas à satisfação das necessidades de nutrientes.
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 7 A formulação usando a programação linear com o objectivo de minimizar custos, constitui a metodologia clássica empregue na indústria de alimentos compostos.
Métodos de Programação Estocástica, Programação Não-Linear
Constituem aplicações mais recentes e cada vez mais utilizadas em determinados modelos nutricionais e de organização. Embora alguns destes modelos matemáticos datem dos anos 50/60, a sua aplicação na área da nutrição animal é relativamente recente.
As aplicações de programação não linear integram modelos matemáticos complexos e requerem elevados recursos computacionais. O aumento de exigência e eficiência da gestão moderna, acompanhado da enorme redução de custos da capacidade computacional, tem permitido a implementação destas aplicações a custos razoáveis.
Embora a programação linear seja adequada para resolver a formulação de alimentos de forma eficiente, o uso exclusivo de apenas um objectivo (função custo), como único critério de decisão é uma das razões pelas quais a PL pode ser um método de limitada eficiência.
Aplicações da Programação Linear na elaboração de alimentos
A maioria dos modelos nutricionais aplicados à nutrição animal é constituída pela conjugação mais ou menos extensa de equações lineares de regressão, já desligadas dos respectivos desvios padrão e coeficientes de correlação [12]. Os académicos classificam estas equações como mais ou menos “robustas” em função da sua capacidade de réplica da realidade.
Sendo evidente que muitos dos fenómenos biológicos não têm comportamento linear, tem sido possível e prático utilizar a optimização por via da programação linear.
8 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Resultando uma equação linear de regressão, da análise de um conjunto observado de dados, é um princípio básico que esta mesma equação só se aplique à mesma gama de dados no mesmo intervalo da observação.
Existem muitos métodos para resolver problemas de programação linear. O método mais frequente utiliza um algoritmo denominado simplex com o objectivo de minimizar o custo da combinação de ingredientes, usando uma série de equações matemáticas. Este método permite um número variado de soluções para cada equação, mas quando as mesmas são afectadas pelo factor custo, apenas teremos uma solução óptima.
A formulação matemática clássica da optimização linear aplicada à alimentação animal consiste na minimização de custo, sendo que o objectivo e as restrições são representados por funções matemáticas, assim como as suas relações funcionais. Esta formulação obedece a três princípios:
1. A função objectivo, correspondente ao custo do alimento, cujo objectivo é ser minimizada.
2. A possibilidade de a solução final (alimento) poder resultar de diferentes combinações das várias variáveis (matérias-primas).
3. A possibilidade de as restrições (nutrientes) serem limitadas por mínimos e/ou máximos. Estes limites são correntemente designados por RHS (sigla de right
hand side)
Dado um conjunto de equações lineares de “n” variáveis, o objectivo é determinar valores não-negativos dessas variáveis que satisfaçam as restrições e minimizem a função linear objectivo “Z”
Min Z= C1 x1 + C2 x2 + ...+ Cn xn (1) Sujeito a
ai1 x1 + ai2 x2 + ...+ ain xn bi , para i=1,2, ..., m (2)
xj ≥ 0 , para j = 1,2,...,n ≤
= ≥
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 9 onde:
(1) função objectivo - equação a ser minimizada, sendo Z o valor do custo; (2) equações restrição, a que está sujeita a função objectivo
Cn – coeficientes da função objectivo (preço da matéria prima n) xn – variáveis de decisão (quantidade de matéria-prima n)
ain – Coeficientes técnicos (teor de nutriente i da matéria prima n) bi – Máximos e/ou mínimos a que cada restrição deve obedecer (RHS)
Os modelos de programação linear produzem um custo óptimo “Z” , que é o mínimo produto da combinação das variáveis x1 , x2 ...xn (ingredientes) pelos seus preços de custo C1 , C2 ...Cn , respeitando as restrições os RHS impostos.
Como subproduto destes modelos temos informação relativa aos custos marginais da utilização das matérias-primas e dos nutrientes ou outros coeficientes técnicos. A análise destes custos designa-se análise de sensibilidade. A análise paramétrica consiste em fazer variar um ou vários coeficientes e avaliar os reflexos sobre a solução óptima, dentro de intervalos definidos.
A PL permite apenas optimizar um objectivo. Concretamente no caso de alimentos compostos trata-se de optimizar o custo. Do ponto de vista da indústria de alimentos este objectivo é fundamental.
Um caso paradigmático de soluções com pontos óptimos bem distintos diz respeito aos interesses económicos do integrador pecuário (aquele que fornece os animais, os alimentos e no final do ciclo de produção paga ao integrado o valor acordado por kg, deduzindo tudo o que foi fornecido) e do seu integrado (aquele que se encarrega da produção zootécnica, sendo responsável apenas, pela boa qualidade do maneio e das instalações, da sanidade, não estando na sua mão nem a aquisição da genética, nem a aquisição de alimentos).
Torna-se claro que se o fabricante pertencer a uma integração pecuária o ponto óptimo não tem que coincidir com o mínimo custo do alimento. O óptimo corresponderá certamente à maximização do lucro do conjunto da sua operação económica.
10 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Neste caso, em que o ponto óptimo passa a ser o lucro, rapidamente intuímos que do ponto de vista da formulação algo se altera. Enquanto no caso do fabricante de alimentos compostos a lógica é obter ao mínimo custo um alimento final com determinada densidade energética, indexando os outros nutrientes em termos relativos, no caso do integrador a densidade energética a ser usada será uma variável dependente do preço de venda dos seus produtos.
Ou seja, a maior ou menor velocidade de crescimento (ganho médio diário), associada ao maior ou menor índice de conversão passam a ser definidos em função da conjuntura económica, quer seja do nível de preços de venda dos produtos zootécnicos, quer seja do nível de preços de aquisição dos nutrientes necessários.
Claramente, para o integrado, o seu óptimo económico consiste em maximizar a quantidade de produto animal fornecido ao seu integrador, consumindo o menor valor possível de alimentos, ou seja, minimizar o índice de conversão (quantidade de alimento consumido/unidade de ganho de peso vivo) variável esta que depende substancialmente da densidade nutricional dos alimentos e do potencial genético dos animais, que lhe são impostos pelo integrador.
A existência de óptimos económicos diferentes é relevante, e pode ser resolvida dentro da PL. Em termos de concepção deixamos de ter o óptimo no mínimo custo (no caso do fabricante de alimentos) para o ter no máximo lucro (no caso do integrador), ou no máximo índice de conversão (no caso do integrado).
A alteração substancial tem a ver com a liberdade que é necessário conceder aos modelos para que a densidade energética se possa ajustar à conjuntura. Outra alteração importante em termos de concepção passa pela redefinição das necessidades de nutrientes.
A prática clássica de formulação em monogástricos assenta na imposição de uma restrição relativa à quantidade mínima de energia necessária por kg de alimento, não sendo os nutrientes indexados ao nível energético da solução, uma vez que são definidos mínimos e máximos relativos (que podem ser expressos em %, g/kg, ppm, etc).
Nos modelos de máximo lucro, que não têm de corresponder ao melhor índice de conversão, é de toda a conveniência que se estabeleça uma relação entre o nível energético e o teor dos nutrientes. Outra forma será a substituição dos níveis
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 11 percentuais, passando as necessidades em nutrientes a ser expressas em quantidades diárias (os nutrientes deixam de ser exigidos em quantidades relativas (%, g/kg, ppm) e passam a ser expressos em quantidade absoluta por unidade de tempo (kg, g, mg/dia), acompanhados de restrições relativas a mínimos e máximos de ingestão diária (kg/dia).
A multi-formulação
A multi-formulação permite optimizar de uma vez só um conjunto de fórmulas em produção, seja o conjunto de fórmulas de uma fábrica, ou de várias fábricas. Permite ter uma visão global sobre os consumos de matérias-primas e, em particular, adaptar as fórmulas às realidades de abastecimento.
Esta técnica envolve um conjunto de procedimentos de optimização destinados a resolver um conjunto de formulações, num conjunto de fábricas distintas e foi desenvolvida no sentido de optimizar os processos de compra e gestão de matéria-prima. É uma ferramenta informática de elevado custo, mas que se difundiu nos últimos anos graças à enorme volatilidade dos mercados de matérias-primas e aos ganhos que esta técnica permite em situações de grande instabilidade dos mercados. Permite optimizar de forma simultânea “x” conjuntos de fórmulas em “n” fábricas/localizações diferentes, cada uma com a sua estrutura de preços.
Desta forma, definindo o mix de produção (Ton/mês de cada fórmula) de cada uma das fábricas é possível conjugar a optimização da formulação individual com a optimização da utilização global dos stocks de matéria-prima existente.
Com estas ferramentas podemos optimizar o uso de matérias-primas em situação de limitação de abastecimento. Por exemplo, estando um conjunto de fábricas a consumir mensalmente 5000 Ton de determinado ingrediente, no próximo mês só tem possibilidade de abastecimento de 4000 Ton no máximo. A multi-formulação vai optimizar o consumo desse ingrediente escasso, de forma a promover a utilização das quantidades disponíveis nas fórmulas onde o ingrediente tem maior valor.
12 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Durante muitos anos, todos os que exercemos esta actividade fizemos este exercício fórmula a fórmula. Quando a logística nos informava que o barco não ia chegar na data contratual, e que portanto teríamos de ratear essa matéria-prima, a solução era tomar a decisão fórmula a fórmula.
Tal como na formulação individual, a multi-formulação permite efectuar análise paramétrica (multi-paramétrica) e análise de sensibilidade. É neste contexto que a análise de sensibilidade assume o seu potencial como ferramenta de análise e decisão. É hoje, em operações de elevado volume, uma ferramenta fundamental na projecção de consumos e tomadas de posição em contratos futuros. Permite avaliar e confrontar os consumos de ingredientes potenciais e reais, permite avaliar a variação de preços de interesse e variações de custo de toda a formulação ao mesmo tempo em várias fábricas. Permite alocar matéria-prima escassa ou muito cara aos locais e fórmulas onde tem maior valor. Permite ainda, fábrica a fábrica, alocar diferentes capacidades de armazenamento em silos, optimizando a armazenagem e a logística.
Através da análise paramétrica (multi-paramétrica) é possível simular variações de preço de aquisição de matéria-prima e medir o seu impacto na totalidade da operação industrial relativamente aos consumos e aos preços, perceber tendências de consumo, pontos de inflexão de consumo, assim como preços de interesse. De igual modo é possível simular limitações no uso de matéria-prima seja porque são ou vão ser escassas, sendo necessário limitar o seu consumo, seja porque os stocks são demasiado elevados com validades limitadas, sendo necessário ampliar a sua utilização.
Boas práticas de formulação - simplicidade e consistência
Existem três tipos de matrizes de informação nos sistemas de formulação. 1 – Matriz de ingredientes e seus nutrientes. Contém toda a informação nutricional e técnica que caracteriza os ingredientes usados e que potencialmente se venham a usar.
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 13 2 – Matriz de preços. Contém todos os preços dos ingredientes usados e dos ingredientes que potencialmente possam vir a ser usados. No caso dos usados o preço pode corresponder ao preço de aquisição ou ao preço de reposição. No caso dos ingredientes que possam vir a ser usados, o preço é regra geral artificialmente sobreelevado, garantindo assim que não é admitido na solução e gerando obrigatoriamente um preço sombra ou preço de interesse.
3 – Matriz de especificação de fórmulas. Contém duas componentes de informação, especificação de nutrientes e de ingredientes, constituindo os mínimos e máximos limites admissíveis (RHS).
Os modernos programas de formulação virtualmente não têm limite para a dimensão das matrizes usadas (nº de variáveis - alimentos, nº de nutrientes ou nº de restrições). Permitem definir nutrientes de forma automática quer seja através de rácios entre outros nutrientes, quer seja através de equações que operem sobre outros nutrientes. Assim, é possível que alterando apenas determinados nutrientes, se obtenha de forma automática a actualização de outros nutrientes. São exemplos disto 1) a actualização automática de aminoácidos totais ou digestíveis por simples alteração do teor de proteína bruta. e 2) a actualização automática do “nutriente” Balanço Aniónico por simples modificação na matriz de qualquer um dos elementos que estão definidos na sua equação de cálculo.
Estes programas permitem criar matrizes reflexo (multi-level overlay), que duplicam a informação nutricional de um ingrediente. Esta técnica permite ter uma matriz base com definição nutricional e criar sempre que necessário cópias da matriz base na matriz reflexa onde estão variantes nutricionais da informação principal. Como exemplo, o alimento Milho do fornecedor X, existente na fábrica Y ter uma quantificação nutricional especifica ao nível da matriz reflexa. E assim podemos ter “n” matrizes reflexo reportando à matriz base.
É também possível agrupar ingredientes. Por exemplo, podemos criar o “nutriente” Cereais, classificar os vários cereais em relação a este “nutriente” e finalmente definir na formulação a exigência de um mínimo de determinada quantidade de cereais.
14 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Na abertura de um novo ingrediente a matriz de formulação, para além de receber a informação relativa aos seus nutrientes, recebe também uma série de informação tecnológica tão importante como a nutricional. São exemplo o valor mínimo de utilização, admissão de uso apenas como inteiro (programação linear inteira), escala de coloração, escala de agregação, escala de fluidez, tipo de doseamento (macro-doseamento por autómato, micro-doseamento por autómato, adição manual, adição por peso, adição por volume (líquidos), informação sobre localização no sistema de armazenagem, alocação admissível a silos de doseamento, informação relacionada com a elaboração automática de etiquetas e obrigações legais de etiquetagem dos produtos finais. Estes são apenas alguns exemplos de informação que pode integrar as matrizes de formulação.
No entanto toda esta informação que integrará restrições adicionais na formulação pode onerar o custo da formulação. Por outro lado, quando o nº de restrições nutricionais e tecnológicas é elevado, torna-se difícil perceber por que razão o modelo não tem solução determinada ou por que razão o custo apresenta variações anormais. Do ponto de vista prático devemos ser moderados em relação ao número de restrições usadas na formulação. É um bom princípio iniciar a definição de fórmulas com o número de equações básicas, aumentando gradualmente a sua complexidade.
De acordo com a nossa experiência, os sistemas de formulação iniciam-se com um nível mínimo de informação e com o passar do tempo o seu volume vai aumentando. Não havendo problemas graves, regra geral a reavaliação da informação contida nos sistemas não é efectuada de forma sistemática.
Normalmente a informação mais sujeita a verificação é a que diz respeito aos custos dos ingredientes. Regra geral, é actualizada mensalmente ao nível dos ingredientes macro. Por essa razão, quando auditamos um sistema, a maioria das inconformidades ao nível do custeio é encontrada nos ingredientes micro, mais estáticos na variação de preço e por isso com mais falhas de actualização.
A definição do preço de um ingrediente para efeitos de formulação aparenta ser algo não muito complexo. Regra geral, o sector das compras encarrega-se de actualizar o sistema com a periodicidade definida.
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 15 - assumindo que vamos reformular, no último dia do mês, o conjunto de fórmulas que estarão em produção para o próximo mês;
- que consumimos 1000 ton do ingrediente (A) no mês que está a findar, do qual temos em stock 400 ton ao custo (x), que temos ainda um contrato firme de 500 tons a custo (y) e se for ao mercado contratar as restantes 100 tons o custo será (z).
- admitindo que se irá produzir a mesma quantidade de alimentos;
Qual deverá ser o preço do ingrediente (A) a ser utilizado na reformulação para o próximo mês?
E como qualquer modelo é, na prática, sensível a qualquer alteração de qualquer um dos preços, o preço que definirmos terá influência nas quantidades do ingrediente (A) a serem utilizadas no próximo mês.
Durante muitos anos a solução para este problema foi bom senso. E o bom senso era usar o custo de substituição, por vezes ponderado pelo custo actual no caso de matérias-primas com contratos firmes mais longos.
Até que nos chegaram já no início deste século, as versões de multiformulação com admissão de até três níveis de preço por cada ingrediente (ambientes Multi-blend; Multi-plant; Multi-price). Passou a ser possível operar com preço de stock existente, preço de contrato futuro e preço de substituição, sendo definido para cada um as quantidades disponíveis e necessárias.
Em relação aos nutrientes e às exigências nutricionais (RHS) é necessário com alguma regularidade efectuar avaliações de consistência das matrizes.
No caso dos nutrientes da matriz de ingredientes, a qualidade da informação resulta sempre do cruzamento de controlo analítico, da consulta das bases de dados credíveis, do conjunto de equações definidas para os nutrientes calculados de forma automática e finalmente do bom senso do formulador.
Quanto às bases de dados destaco as mais consultadas ao longo destes 25 anos:
NRC, 1977.Nutrient requirements of rabbits (2nd Ed.). Nat. Acad. Sci., Washington, DC, USA
16 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 NRC, 1984.Nutrient requirements of poultry: 8th Revised Edition. National
Academy Press, Washington DC.
NRC, 1988. Nutrient requirements of dairy cattle: 6th Revised Edition, Update 1988. National Academy Press,Washington DC.
INRA, 1988.Alimentation des bovins, ovins et caprins.INRA Editions, Paris
NRC, 1989.Nutrient requirements of horses.5th Revised Edition. National Academy Press, Washington DC.
INRA, 1989. L’alimentation des animaux monogastriques : porc, lapin, volailles.INRA Editions, Paris
Tables of nutritive value and chemical composition of feedingstuffs. Standing Committee on Animal Nutrition,1990.UK, Ministry of Agriculture, Fisheries and Food, London
CVB. 1990. Voedernormen voor landbouwhuisdieren. Voederwaarde veevoeders. (Dutch Feeding tables 1990). Central Bureau for Livestock Feeding, Lelystad, the Netherlands.
CVB. 1991. Eiwitwaardering voor herkauwers: Het DVE systeem. (Protein evaluation for ruminants: The DVE system). CVB reeks nr. 7. Central Bureau for Livestock Feeding, Lelystad, the Netherlands.
AFIA. 1992. AFIA Feed Ingredient Guide II. American; Feed Industry Association. Arlington, VA.
NRC, 1993.Nutrient requirements of fish. National Academy Press, Washington DC.
Scherz H., Senser F., 1994. Food composition and nutrition tables. Medpharm Scientific Publishers, Stuttgart; CRC Press, Boca Raton
Em 1994 a Novus International compila e edita o notável “Raw Material Compendium”, a 1ª edição de um conjunto de bases de dados [2] onde pela primeira vez se sistematiza e confronta informação nutricional de várias fontes, em relação a 511 diferentes ingredientes. As fontes correspondem a várias organizações, públicas e
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 17 privadas, sendo a Protector uma delas. (Conf. Anexo A). Este livro será durante muitos anos uma das nossas ferramentas obrigatórias.
Degussa, 1995.The amino acid composition of feedstuffs. Degussa AG, Frankfurt am Main.
National Committee on Danish Cattle Husbandry, 1995. Composition and feed value of cattle feeds. Foulum, Denmark.
Favier, J.-C., Ireland-Ripert, J.,Toque, C., Feinberg, M., 1995. Répertoire général des aliments,Table de composition. Lavoisier Technique & Documentation, INRA Editions, Paris
NRC, 1998. Nutrient requirements of swine. National Academy Press, Washington DC.
Perez J.M.,Maertens L.,Villamide M.J.,De Blas C.,1998.Tables de composition et de valeur nutritive des aliments destinés au lapin: conclusions d’un groupe de travail européen. 7èmes Journ. Rech. Cunicole Fr., Lyon, 13-14 mai 1998, 141-146.ITAVI Ed., Paris
FEDNA, 1999.Normas FEDNA para la formulación de piensos compuestos. FEDNA, Madrid
AFZ, Ajinomoto Eurolysine, Aventis Animal Nutrition, INRA, ITCF, 2000. AmiPig, Digestibilités iléales standardisées des acides aminés des matières premières chez le porc., AFZ, Paris.
CVB, 2000.Veevoedertabel 2000. Chemische samenstelling, verteerbaarheid en voederwaarde van voedermiddelen. Centraal Veevoederbureau, Lelystad,The Netherlands.
NRC, 2001.Nutrient requirements of dairy cattle: 7th Revised Edition.National Academy Press, Washington DC.
SAUVANT, D. et al, 2002. Tables de composition et de valeur nutritive des matières premières destinées aux animaux d´élevage, INRA, Paris.
CVB, 2007. CVB tables ruminants 2007. Lelystad, The Netherlands: Centraal Veevoeder Bureau.
18 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 No início da nossa actividade a consulta era efectuada em documentos impressos em papel, morosa, de difícil comparação e análise. Hoje existe em formato electrónico, de acesso rápido, por vezes gratuito, podendo facilmente ser exportável e comparável.
Nos últimos anos a maioria das melhores aplicações desenvolveu módulos que integram todas estas questões relacionadas com a consistência das matrizes.
Fazem a aquisição dos resultados do controlo de qualidade, seja matéria-prima seja produto acabado.
No caso de tecnologia analítica NIR a aquisição de dados é automática, através de interfaces com os programas dos equipamentos (Foss, Perten), sendo imediata a aquisição de parâmetros nutricionais mais importantes, para o controlo da qualidade da matéria-prima adquirida, ajuste da formulação, e também para valorização e pagamento aos fornecedores de acordo com a variabilidade apresentada e os teores contratualizados.
Os resultados analíticos podem ser, de forma automática, comparados com as matrizes, calculados os desvios e propostas correcções tendo em conta parâmetros estatísticos previamente definidos.
Tem havido um interesse crescente no uso da tecnologia NIR, pelo facto de ser possível efectuar estimativas sobre o teor em nutrientes digestíveis e o conteúdo energético das matérias-primas que entram nas fábricas. O valor energético, que resulta da quantidade presente de vários nutrientes, é do ponto de vista económico o parâmetro de maior valor na formulação. A tecnologia NIR é rápida, não requer reagentes químicos e praticamente o seu custo resume-se à amortização do equipamento. Não são necessárias preparações de amostras, para além da moagem, e desde que as calibrações estejam correctas e sejam mantidas, não são exigidas especiais competências aos operadores.
A qualidade das matérias-primas deve ser constantemente monitorizada de forma a assegurar a consistência do seu perfil nutricional assim como a isenção de contaminantes. O conjunto de procedimentos analíticos, a definição e periodicidade de amostragem das matérias-primas e do produto intermédio e acabado e a definição
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 19 de níveis de tolerância admissíveis constitui o documento designado na indústria por Plano Analítico de Qualidade.
No caso das exigências nutricionais (RHS), a qualidade da informação resulta mais uma vez da interacção da informação nutricional credível, seja dos fornecedores de genética, seja a fornecida pelos institutos de pesquisa nutricional, e evidentemente da experiência e dados adquiridos no campo em condições reais de produção.
O facto de as matrizes serem objectos dinâmicos, não só as matrizes de preços mas também as de nutrientes, bem como as exigências nutricionais, levantou sempre questões relacionadas com a auditoria à informação existente e à histórica.
Também para esta questão a indústria de software criou soluções. Mais uma vez, a maioria das aplicações de topo, na última década, incorporou módulos que permitem rastrear toda a informação dos sistemas de formulação. Deste modo são guardadas todas as alterações das matrizes, sendo possível consultar a versão de uma fórmula feita há vários anos, comparar o seu custo com o custo actual, consultar os preços das matérias-primas à época e consultar a sua composição com a matriz nutricional da época em confronto igualmente com a actual. Estes produtos foram desenvolvidos por força das exigências de rastreabilidade impostas à indústria de alimentos compostos.
Verificação das formulações
Uma fórmula optimizada pode estar de acordo com todas as restrições nutricionais impostas e ao mesmo tempo estar completamente errada do ponto de vista económico. Existe uma vasta gama de incorrecções que podem ser geradas de forma automática. Com frequência nos podem aparecer valores demasiado elevados de nutrientes, que estejam presentes em matérias-primas de baixo valor (e.g. sódio para cloreto de sódio e cálcio para o carbonato de cálcio). Quando no mesmo modelo coexiste programação linear real com programação linear inteira, existem frequentemente incongruências nas fórmulas. Devemos verificar todas as fórmulas solução, seja à mão seja recorrendo a módulos de software inteligente de verificação automática.
20 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Em termos práticos esta verificação faz-se confrontando a solução obtida com a solução que está em fabrico. Comparando o diferencial de custo, regra geral um grande diferencial indicia erro. Verificar as tolerâncias máximas de nutrientes, assim como a presença de ingredientes não permitidos (e.g. ureia em monogástricos) é obrigatório.
Técnicas de formulação
Qualquer restrição nutricional ou tecnológica que agrave o custo de uma fórmula, tem implícito no modelo de PL um custo relativo à variação unitária dessa restrição. O formulador deve prestar uma atenção especial a estes custos unitários e validar se têm sentido económico e/ou nutricional serem suportados. Esta tarefa designa-se por análise de sensibilidade.
A presença de restrições redundantes pode ser penalizadora e incongruente. O exemplo clássico é a formulação com base em aminoácidos digestíveis, mantendo exigências de mínimos de aminoácidos totais.
Frequentemente o formulador tende a defender-se da variabilidade nutricional das matérias-primas, exigindo níveis mais altos de nutrientes, isto é, incluindo margens de segurança, de forma a aumentar a probabilidade do nível de nutrientes ser assegurado. Esta prática para além de ser onerosa, tem custos de ordem ambiental, uma vez que potencia a quantidade de nutrientes excretados. Outras formas de encarar esta problemática passam pelo aumento do controlo analítico ou pela redução da variabilidade dos ingredientes, seja por concentração das fontes de fornecimento, seja pela limitação de uso de matérias-primas com elevada variabilidade.
Matérias-primas
É lugar-comum entre os nutricionistas referirmos que fornecemos nutrientes recorrendo a ingredientes. De facto as matérias-primas são utilizadas para fornecer nutrientes digestíveis em níveis adequados. Devemos usar na formulação o maior
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 21 leque (ou maior diversidade) possível de matérias-primas, desde que esta prática seja compatível com as condições industriais de fabrico e o conhecimento do perfil nutricional das matérias-primas seja adequado.
Um alimento composto será tanto melhor quanto melhores forem os ingredientes que entraram na sua composição. Quanto maior for o conhecimento da qualidade nutricional e biológica da matéria-prima, menor será a necessidade de usar elevadas margens de segurança.
2.2 – Outras técnicas de formulação e optimização
Embora a maior parte da actividade do formulador decorra em ambiente de programação linear, há muito que sabemos que os comportamentos de alguns nutrientes numa dieta não têm a melhor representação matemática em funções lineares.
As equações usadas em Programação Linear são, como o próprio nome diz, lineares (tanto a função-objectivo como as restrições). A maioria dos fenómenos biológicos, não sendo lineares, tem sido dessa forma modelados por necessidade de simplificação.
Esta é a grande debilidade que os modelos lineares têm quando são aplicados à biologia. Os modelos lineares são sempre aproximações limitadas aos modelos reais. A maior parte das variáveis reais, como por exemplo nas áreas da economia, da física ou da biologia têm uma representação mais correcta em modelos não-lineares.
Na área da nutrição, há casos em que funções não lineares aparentam descrever melhor os fenómenos biológicos observados [3]. Um exemplo clássico é o da utilização de polinómios de 2º grau para representar fenómenos de retorno decrescente.
A não aditividade e ausência de proporcionalidade são frequentemente características perturbadoras da formulação de alimentos compostos, via programação linear [1]
22 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 São exemplos a utilização da energia digestível ou net, onde a resposta animal ao aumento de densidade energética segue tipicamente a lei dos rendimentos decrescentes, devendo estes rendimentos ser avaliados do ponto de vista económico para determinação do nível óptimo de fornecimento em detrimento do máximo biológico.
Outros exemplos de comportamentos não lineares são os acréscimos decrescentes de digestibilidade em presença de enzimas, a disponibilidade de fósforo fítico em presença de fitase ou a modelação da digestão ruminal e respectivas fermentações [8].
Ao longo do tempo os formuladores foram conseguindo configurar a formulação linear convencional de forma a modelar alguns destes comportamentos não lineares mais evidentes.
Existem várias outras situações práticas de não-linearidade, que envolvem restrições de resultado inteiro. É o caso de doseamento de quantidades mínimas pré-determinadas, ou ausência de seu doseamento. Outro caso, é o uso de quantidades determinadas que sejam múltiplas de determinada quantidade (e.g. sacos inteiros).
Estas situações têm de ser modeladas de forma a integrarem modelos de programação linear, embora sejam da área da programação inteira.
No final da década de 80 apareceram os primeiros programas que começaram a integrar a nutrição e a economia. No mesmo processo de formulação convivem os objectivos nutricionais e objectivos económicos (minimização do custo de produção ou maximização de lucro).
Na base desta integração está o facto de a formulação ao mínimo custo não ser a que obrigatoriamente corresponde ao máximo lucro e de pequenos acréscimos de custo poderem gerar grandes aumentos de produtividade.
São desenvolvidos modelos que não só resolvem a formulação das exigências nutricionais como permitem determinar os índices de conversão que maximizam a rentabilidade económica. Estes modelos integram informação de várias áreas de conhecimento, económico, ambiental, nutricional e outras.
De facto, em ambiente de integração total (produção de alimentos e produção zootécnica) os resultados mostram que há consideráveis ganhos no uso de modelos de programação não-linear (PNL) em oposição aos lineares com restrições de mínimos de
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 23 energia e de outros nutrientes. Os ganhos vêm da capacidade dos modelos não-lineares calcularem o nível de densidade energética mais rentável em função da variação de preços da energia e da proteína.
Ao contrário da programação linear, onde o mesmo algoritmo (e.g simplex) pode ser sempre usado para determinar a solução, em problemas de PNL não existe um algoritmo que resolva de forma eficiente todos os problemas. Pelo contrário, neste caso uma técnica que seja eficiente para resolver determinado problema pode ser completamente ineficiente para resolver outro. Daí serem inúmeros os algoritmos utilizados nestas técnicas computacionais.
No cálculo das necessidades nutricionais e na formulação de programas alimentares são usadas técnicas de Programação por Metas Ponderadas (PMP) (Weighted Goal Programming - WGP), Programação Quadrática, Programação com Algoritmos Evolucionistas, Programação de Objectivos Múltiplos e frequentemente combinações das várias técnicas [8].
A Programação com Algoritmos Evolucionistas, baseada nas teorias da evolução biológica, merece especial destaque no caso da optimização de bioprocessos, nomeadamente de fermentações e concretamente na área do controlo da fermentação ruminal. São vários os algoritmos deste tipo empregues nas aplicações correntes, sendo os mais frequentemente usados os denominados Algoritmos Genéticos [9] e as Redes Neurais Artificiais [10].
Nos últimos anos têm sido desenvolvidos vários modelos não-lineares para estimar processos biológicos de ingestão, digestão e metabolismo, baseados nestas técnicas computacionais. Os mais conhecidos, para aplicação em bovinos, baseiam-se no sistema CNCPS (Cornell Net Carbohydrate and Protein System). [5] [6] [11]
A importância das aplicações de Programação Não-Linear (PNL) tem crescido rapidamente graças ao desenvolvimento de modelos matemáticos de decisão e dos respectivos algoritmos serem capazes de resolver modelos não-lineares de consideráveis dimensões, frequentemente recorrendo à inteligência artificial, e beneficiando da extraordinária capacidade computacional dos actuais computadores de uso pessoal.
No modelo original do CNCPS estão mais de 1600 equações e 800 variáveis [4], sendo que muitas funções são não lineares [7]. Este modelo está hoje perfeitamente
24 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 consolidado, sendo o programa base (CNCPS V6.1) comercializado pela Universidade de Cornell.
Actualmente várias empresas comercializam aplicações informáticas de elevada sofisticação com base neste modelo, integrando algoritmos de Programação Linear (PL) de Programação por Metas Ponderadas (PMP) (Weighted Goal Programming - WGP) e algoritmos genéticos.
A grande diferença entre estes dois modelos matemáticos (i.e., PL vs. PMP) reside no nº de funções objectivo a optimizar. No caso da PL só se admite um objectivo (no caso da formulação de alimentos, o objectivo é minimizar o custo). No caso de PMP optimizam-se várias funções ao mesmo tempo.
A segunda grande diferença reside na própria função objectivo. Enquanto na PL esta é o próprio custo da fórmula, nos modelos PMP a função objectivo é minimizar os desvios dos resultados em relação aos vários objectivos, podendo estes desvios ser positivos ou negativos.
No caso das modernas aplicações baseadas no CNCPS, na prática os objectivos económicos passam a ser, para além da minimização de custo alimentar, a maximização da receita do leite deduzida do custo de alimentação (income over feed
costs – IOFC). Em termos matemáticos o modelo integra funções lineares e
não-lineares. [8] A grande alteração neste tipo de programação reside no facto de passarmos a estar em presença de múltiplos objectivos, que não serão nunca atingidos a 100%, pois frequentemente são incompatíveis. O objectivo é minimizar o conjunto dos vários desvios aos vários objectivos de acordo com a ponderação de importância que associamos a cada um dos objectivos.
2.3 – A rastreabilidade na indústria de alimentos compostos
Entre os anos 2000 e 2005 a indústria de alimentos compostos sofreu uma forte transformação relativamente aos métodos de operação e controlo que lhe passaram a estar impostos.
As graves crises vividas pelo sector, a crise internacional da BSE no final dos anos 80, a crise nacional dos nitrofuranos em Fevereiro de 2002, o uso generalizado de
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 25 matérias-primas OGMs e a obrigatoriedade de adopção das normas legais da Comunidade Europeia, estão na origem desta transformação. A rastreabilidade foi um dos instrumentos de controlo imposto legalmente.
A partir do ano 2000, em conjunto com o Dr. António Castro Ribeiro, administrador da Progado SA, liderámos uma equipa que se encarregou de desenvolver e implementar de raiz uma aplicação industrial que assegurasse um melhor controlo industrial de todas as operações, assegurando a rastreabilidade interna.
Nessa época, as aplicações de controlo e automação na indústria de processo não contemplavam a rastreabilidade. Aliás, estas aplicações não faziam mais nada para além de comandar equipamentos, sendo de forma geral incomunicáveis, possuindo sistemas operativos próprios e linguagens de programação de baixo nível, específicas dos próprios autómatos.
Esta obrigação, impondo à indústria uma avultada carga de registos, fez com que começassem a ser desenvolvidas aplicações mais ou menos integradas com os programas de automação existentes nas fábricas. Quem não fizesse este caminho ir-se-ia literalmente afundar em registos manuais, com enormes perdas de produtividade ou acréscimo de custos.
Genericamente foram efectuadas adaptações, que na maioria dos casos passavam pela geração automática de lotes de fabrico e posteriormente pelo seu abate automático por método FIFO (acrónimo para First In, First Out).
Face a estas necessidades, tomámos a decisão de construir de raiz uma aplicação que não só nos assegurasse a rastreabilidade interna (de matérias-primas, de processos e de produto acabado), mas também nos melhorasse a fiabilidade nas operações, melhorando a qualidade e reduzindo os erros.
Relativamente à rastreabilidade decidimos não usar a metodologia FIFO, que nos parecia de todo artificial, pois o fluxo dos produtos nos silos tem lógicas de fluidez próprias. Adoptámos um método inovador, que consistia no registo em contínuo de todos os momentos em que qualquer silo era dado como estando vazio. Designámos esse momento como ponto zero ou “azeramento” de um silo. Em termos de conceito, este registo corresponde à introdução no sistema da informação relativa ao facto de
26 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 determinado silo estar vazio, e em condições de poder receber qualquer novo produto.
Um produto fabricado só poderia entrar num silo em duas situações. Ou o silo estava em ponto zero (vazio), ou não estando, o produto a fabricar teria de ser igual ao que já tinha entrado previamente.
O ponto zero resultava sempre de um registo do operador. Sendo que um silo em ponto zero, onde se introduzisse determinada quantidade de um produto (A) e mais tarde se extraísse a mesma quantidade desse produto, passava a apresentar-se como contendo 0 kg do produto (A). Este silo, apesar de não conter qualquer produto, só poderia receber novamente produto (A) a não ser que fosse colocado em ponto zero - “azeramento do silo”.
Sempre que um operador definia um silo como estando em ponto zero, era associado ao registo o seu nome, assim como a quantidade que teoricamente ainda continha (positiva ou negativa). Para cada silo era definido um valor em peso para além do qual não era possível ao operador definir ponto zero, sendo requerida actuação de superior hierárquico.
Com esta metodologia definimos que, para efeitos de rastreabilidade, um lote era sempre composto pelo conjunto de “n” lotes que tivessem entrado num silo entre dois pontos zero consecutivos.
Na prática, caso houvesse uma contaminação de um lote, eram considerados contaminados todos os lotes desse mesmo produto que tivessem passado no mesmo silo entre dois pontos zero consecutivos.
Esta aplicação começou a funcionar em Abril de 2001, não tendo até hoje tido qualquer referência de outra aplicação utilizando esta metodologia, embora por diversas vezes várias empresas de automação se tenham interessado pelo conceito.
Em Novembro de 2005 fomos convidados pela Direcção Geral de Veterinária para recebermos uma Comissão Técnica da União Europeia interessada em perceber os níveis de autocontrolo e rastreabilidade implementados, no caso relacionado com o uso de matérias-primas OGM. Tivemos ocasião de expor esta aplicação.
Esta metodologia foi várias vezes apresentada publicamente (Seminário
Rastreabilidade e HACCP na Fileira da Carne de Suíno, IACA, Março 2005, Universidade
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 27 Âmbito do Programa Agro, Junho de 2005, Santarém; XV CONGRESSO DE ZOOTECNIA -
UTAD, Novembro 2005, Vila Real)
Destas exposições públicas se anexa o texto publicado em 2005 (Conf. Anexo B).
2.4 – Novas missões para a automação na indústria de alimentos compostos
Uma empresa que tenha um bom sistema de registo, que documente como funciona e como produz os seus alimentos, e que implemente sistemas de melhoria contínua terá mais facilidade em enfrentar as exigências do mercado.
Os modernos sistemas de automação devem obrigatoriamente possuir capacidades que permitam atingir este objectivo.
Durante muitos anos a automação serviu apenas para comando automático de equipamentos, não comunicando com outros sistemas de informação. O comando continua a ser a sua missão fundamental, mas hoje em dia são exigíveis a estes sistemas capacidades suplementares.
Um sistema integrado de automação deve efectuar o controlo das diversas actividades de uma fábrica de alimentos compostos, designadamente controlo e aquisição de dados referentes a:
Básculas de descarga e carga; Armazenagem; Moagem; Pesagem e doseamento; Adição manual; Adição de líquidos; Mistura; Granulação; Arrefecimento; Embalamento;
28 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Expedição.
Passamos a expor algumas das modernas características que uma aplicação destas deve integrar.
Facilidade de uso
Monitorização de fluxos Contaminações Cruzadas Registo de ocorrências
Rastreamento de equipamentos e aquisição de sinais Manutenção
Documentação, relatórios e análise de dados.
Facilidade de uso
Os autómatos actuais (PLCs) estão ligados a vulgares computadores pessoais (PCs), permitindo fácil e intuitiva operação. Em períodos relativamente curtos é possível dar formação de operação a qualquer operário que tenha um convívio normal com PCs.
Com frequência vemos PCs em vários postos de trabalho, em vários locais fabris, controlando granuladoras, linhas de embalamento, balanças, etc.
Os ambientes gráficos usados são idênticos aos dos programas de uso doméstico, sendo a maioria das operações efectuadas via rato, ícones, menus e teclado.
O uso de uma enorme variedade de sensores ligados em rede (Ethernet ou Wireless) com os PLCs e PCs, usando tecnologia Webserver constituem a configuração geral.
O acesso remoto, e uso de PDAs permitem mobilidade, podendo em qualquer lado, dentro das fábricas ou fora delas, receber informação, executar comandos e dar resposta a sinais de alarme.
Torna-se possível, praticamente em qualquer local, executar tarefas tão diferentes como recepcionar matéria-prima, transferir produtos, programar a manutenção a equipamentos, receber avisos e alarmes relativos a manutenção, ver e
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 29 actuar sobre a programação de produção, efectuar monitorização de parâmetros produtivos e de qualidade e visualizar e conferir stocks.
Monitorização de fluxos
A monitorização de fluxos é a base da rastreabilidade. Corresponde ao seguimento de todas as matérias-primas e seus lotes, o seu doseamento, a sua mistura com outras matérias-primas, o seu processamento, registo das operações efectuadas e equipamentos envolvidos, lotes de produto acabado produzidos e seus fluxos até serem expedidos para os clientes.
Toda esta informação é armazenada em bases de dados, de acesso em tempo real.
Contaminações Cruzadas
Impedir a ocorrência de contaminações cruzadas é uma das questões centrais na automação moderna. Em indústria de processo, existem ao mesmo tempo vários lotes de produtos, iguais ou diferentes, em contínuo deslocamento ao longo dos circuitos de fabrico. Impedir que uns contaminem outros é uma responsabilidade da automação.
Trata-se de definir matrizes de incompatibilidades entre matérias-primas, entre produtos semiacabados ou acabados, obrigando ou impedindo sequências de fabrico, e controlando operações e tempos de limpeza de circuitos, e principalmente controlando encaminhamentos, obrigando assim a armazenagem em silos adequados e impedindo misturas ou contaminações indesejáveis.
Registo de ocorrências
Trata-se de registar qualquer ocorrência que seja normal ou anómala, como por exemplo:
Alarmes e respostas dadas
Tempos de início e fim de cada “balançada” Tempos de limpeza de circuitos
Balanças - Registos de pesagem, tempos de pesagem, registo e acerto de colunas de queda
30 Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 Moenda – registo de moinhos, tempos de moenda e tempos de limpeza
Tempos de circuito de abastecimento e extracção de silos Tempos de mistura
Registo de passagem a modo manual de qualquer equipamento
Granulação – registos de granuladoras, temperatura, tempo de granulação, tempos de limpeza.
Toda esta informação é armazenada em bases de dados, pesquisável em tempo real.
Rastreamento de fluxos, de equipamentos e aquisição de sinais
Os sistemas modernos têm capacidade de adquirir, memorizar e rastrear informação relativa ao funcionamento dos equipamentos e fluxo de materiais.
Isto permite acompanhar em ecrãs gráficos os fluxos dos vários lotes ao longo do circuito produtivo assim como percepcionar os parâmetros de funcionamento de qualquer equipamento.
Como exemplo, é possível ver em qualquer momento em gráfico dinâmico, a amperagem consumida por qualquer equipamento num determinado período de tempo. Este acompanhamento/seguimento de várias variáveis - amperagem, temperatura, nº de rotações - é fulcral para entender o comportamento de equipamentos como moinhos, granuladoras, condicionadores, arrefecedores e sistemas de elevação e transporte.
Estes módulos correm em tempo real em ecrãs gráficos e normalmente mostram-nos em contínuo, nos últimos 15 minutos, o comportamento das várias variáveis.
A aquisição de sinais é efectuada por sensores mecânicos, analógicos ou digitais. Sondas de temperatura (em silos, caldeiras de vapor, granuladoras, arrefecedores, aquecimento de melaço), sondas de pressão, sondas de máximos e mínimos (silos), sensores de controlo de raseiras (abertura e fecho), são alguns exemplos.
Mestrado em Engenharia Zootécnica / Julho 2014 31
Manutenção
O departamento da manutenção é um dos sectores mais importantes numa fábrica de alimentos compostos. Dele depende o bom comportamento dos equipamentos, factor essencial para se conseguir produtividade, fiabilidade e qualidade.
Um moderno programa de gestão de manutenção que esteja integrado com a automação, permite com facilidade obter um elevado desempenho das equipas de manutenção, gerindo ao pormenor a manutenção preventiva.
Para cada equipamento o sistema regista horas de trabalho, gere as existências e necessidades de componentes consumíveis, calendariza as operações de intervenção necessárias e emite relatórios e ordens de serviço.
Por outro lado podem executar previsão e detecção de problemas em tempo real, por via do rastreamento de equipamentos, permitindo comparar perfis de determinadas variáveis. Por exemplo, conjugando o perfil de vibração, associado ao perfil de consumo (Amperes) os sistemas conseguem decidir quando determinado equipamento (e.g moinho) tem de ser intervencionado.
Um módulo de manutenção optimizado permite elevados ganhos de produtividade, por via de:
Redução dos tempos de paragem; Desempenho óptimo dos equipamentos; Aumento da vida útil dos equipamentos Redução do nº de horas de manutenção
Documentação, relatórios e análise de dados
O registo de toda a informação que referimos num sistema de bases de dados aberto, permite reportar qualquer informação, seja qual for o referencial de exigência de qualidade.
Devem ser usadas bases de dados abertas (SQL server), permitindo a exportação de informação para outros programas, de forma a ser analisada, manuseada e integrada nomeadamente com sistemas ERP (Enterprise Resource Planning).
