Olá pessoal! Escrevo este post para apresentar mais um caso que tivemos em um cliente, sobre ganhos obtidos em produtividade (t/h) ao otimizar um processo de britagem terciária em uma planta de beneficiamento de minério de ferro.

Este business case é particularmente interessante, pois foi baseado em uma metodologia de análise e entrega rápida que desenvolvemos e utilizamos para a otimização dos processos industriais dos nossos clientes. O uso dessa metodologia permitiu uma avaliação rápida e eficiente dos problemas, o que levou a uma troca de abordagem (pivot). O resultado disso foi:

  • foco nos reais problemas de impacto econômico no processo

  • ganho em produtividade

Mas antes de falar da metodologia, deixe-me falar um pouco sobre o processo produtivo e os problemas levantados.

O Processo (Planta de Britagem Terciária)

Figura 1: Fluxograma do processo produtivo típico de britagem terciária. Fonte: IHM Engenharia.

O esquema acima (Figura 1) representa o processo onde atuamos (britagem terciária). Nessa caso, o material que vem a partir da planta de Britagem Secundária ou Peneiramento, é tratado na Britagem Terciária, o qual o minério de ferro pode ser transformado em 3 produtos: Sinter Feed, NPO e Hematitinha.

O Desviador 1 mostrado na figura acima tem a função de regular a quantidade de material no Transporte I– ou seja, caso haja muito material, ele é desviado diretamente para a Separação do produto final, de forma a evitar paradas por sobrecarga no Transporte I.

Já o Desviador 2 tem a função de regular a quantidade de material na Separação (aumentar a eficiência da classificação e evitar paradas por sobrecarga), além de atender uma demanda operacional: caso o material cominuído na Britagem Terciária esteja com qualidade ruim, é possível recirculá-lo (Desviador 2).

Há ainda uma última alternativa de processo que é mostrada pela linha vermelha no início do fluxograma. Essa linha serve para mostrar que, durante paradas da Britagem Terciária, a operação realiza uma manobra que alimenta a pilha de produtos (no fim do circuito) diretamente através da Britagem Secundária – isso evita que a Britagem Secundária tenha que parar e interromper, consequentemente, toda a planta de beneficiamento a jusante.

A Metodologia

Para otimizar esse processo, aplicamos uma metodologia desenvolvida (Figura 2) que utiliza ciclos curtos (baseada em SCRUM), com interações que permitem:

  1. Identificar problemas rapidamente, avaliar seus impactos econômicos de forma macro (Quick Assessment)
  2. Testar Hipóteses, Analisar e Diagnosticar detalhadamente as causas raízes do problema e gerar um plano de ação (Deep Assessment)
  3. Implementar as ações (Smart Actioning)
  4. Medir os ganhos (Result & Gains).

Figura 2: Metodologia Ágil para Otimização de Processos Industriais. Fonte: IHM Engenharia.

Cada interação, chamada de Sprint, dura 01 mês e tem por objetivo entregar ganhos econômicos mensuráveis.

Interessante observar que essa metodologia é ágil e feita para “falhar rápido”, otimizando o tempo e os custos de execução. Em outras palavras, essa técnica permite mudar o problema a ser tratado (“pivotar”), caso as descobertas na etapa Quick Assessment não justifiquem a sequência do trabalho (por exemplo, identifica-se que a ação a ser tomada para resolver o problema tem um custo mais alto que o ganho estimado ou que o KPI de negócios não será tão impactado).

Os Problemas (Quick Assessment)

A etapa de identificação de problemas é essencial para qualquer ciclo, pois a priori só se deve escolher problemas que valham a pena ser solucionados, financeiramente falando. Para escolher o que se abordar, leva-se em conta não somente as impressões da equipe de operação da planta, mas também pode-se escolher critérios econômicos (business drivers) quando estes estiverem mapeados – como exemplo, pode-se escolher áreas que possuem malhas de controle de alta importância econômica cuja métricas de desempenho não estejam satisfatórias.

Porém, nem todas as plantas industriais possuem um monitoramento que possibilite uma visão clara da relação entre o desempenho do negócio e a operação (ativos de campo). Isso poderia ser utilizado para identificar focos de atuação com base em resultados tangíveis.

Neste case, não havia esse tipo de monitoramento e escolhemos a área e problema baseando-se principalmente na impressão da equipe de operação. Aprofundamos a análise com informações e dados levantados de alguns outros sistemas (Sistema de Paradas e Manutenção, PIMS e MES). Analisando tais dados, identificou-se:

  • Qualidade ruim nas pilhas NPO e hematitinha (granulometria do material inadequada)

  • Paradas curtas nos alimentadores dos britadores ocasionadas por falta de material de alimentação e desligamento dos alimentadores por intertravamento

  • Britadores demorando muito tempo para atingir o nível de câmara (>2min)

Validação do Problema e Teste de Hipótese (Deep Assessment)

Esta etapa do trabalho é focada em identificar se os problemas apontados são realmente “dores” e relevantes economicamente. Partindo desse princípio, formulou-se a seguinte hipótese:

Hipótese principal: Devido à necessidade operacional de “bypassar” o minério da etapa de britagem terciária e usar a opção de recirculação, espera-se que uma qualidade ruim dos produtos finais possua correlação com a forma que o material britado foi processado (com ou sem bypass, com ou sem recirculação).

Paralelamente a essa análise, pesquisou-se junto aos técnicos de campo motivos pelos quais alguns britadores demoravam para atingir nível de câmara e avaliou-se a performance das malhas de controle associadas a essa parte do processo, para verificar se problemas de paradas curtas poderiam ser solucionados através de mudanças de estratégia de controle ou nova sintonia dos PIDs.

A fim de validar a hipótese de correlação entre qualidade do produto final e a estratégia de operação, gerou-se uma análise de correlação mostrada na Tabela 1 abaixo.

Tabela 1: Valores de correlação entre períodos de produção e qualidade do minério produzido. Fonte: IHM Engenharia.

 

Com Bypass
Britagem 2a

Com Bypass
Peneiramento

Produção Normal

Com Recirculação

Qualidade HEMATITINHA

0,18

-0,16

-0,13

-0,50

Qualidade NPO

-0,15

-0,29

-0,28

-0,28

 

 

A análise de correlação foi feita comparado-se períodos de produção (com bypass, normal, com recirculação) e a qualidade de material relativo para o período e o resultado foi inconclusivo: as correlações encontradas foram muito baixas (menor que 0,5) e as vezes o contrário do esperado. Lembrando que tipicamente, correlações fortes entre variáveis, geram valores acima de 0,7 (onde 1 é o valor máximo).

Ou seja, com os dados disponíveis e a análise de correlação gerada, não é possível afirmar que a forma que o processo é executado influencie na qualidade do produto.

Outros fatores como o tipo de minério podem influenciar a qualidade, além do número de amostras de qualidade não ser suficiente para verificar tal correlação. Ao fim desta etapa, optou-se por abandonar a hipótese inicial, já que, mesmo se houvesse uma melhora da qualidade com ações propostas com foco em mudança de processo de produção, não seria possível medir esse ganho.

Validação do Problema e teste de hipótese (Pivot – Deep Assessment)

Na pesquisa paralela feita na etapa anterior, validou-se as malhas de controle e paradas curtas da alimentação. Qualitativamente, a malha estava bem sintonizada, com tempo de reposta adequado ao controle de nível com manutenção do enchimento de câmara.

Porém, através de um levantamento feito pelo sistema de gestão de paradas, foi identificado muitas paradas curtas (<2 minutos) na alimentação devido a nível alto na câmara do britador e velocidade baixa de rotação do britador, o que não era coerente com a análise qualitativa da malha de controle.

Nesse momento, reformulamos a hipótese inicial com base no novo problema a ser tratado:

Nova Hipótese:

Qualidade continua sendo um problema e pode ter relação com paradas curtas na britagem terciária. Essas paradas também geram perda de produtividade e sua causa pode ser oriunda de problemas de estratégia de controle ou acionamento dos equipamentos.

A Tabela 2 abaixo mostra o que foi identificado em duas linhas da britagem terciária (B e C) em operação (a outra, Linha A, estava em manutenção). Apesar de uma das duas linhas ter funcionado pouco (Linha C), também foi possível identificar as ocorrências de paradas curtas.

Tabela 2: Valores das paradas nas linhas de britagem terciária. Fonte: IHM Engenharia.

 Linha BLinha C
Período Avaliado542 horas542 horas
Período em Funcionamento268,5 horas16 horas
Total de Paradas Curtas74828
Paradas Curtas / hora func.2,8 paradas/h1,7 paradas/h

Cada parada curta interrompia momentaneamente a alimentação e, avaliando os dados de produção, havia uma queda de produção de cerca de 1 tonelada para cada evento.

Tendo o conhecimento das ocorrências e percebendo que havia um problema de controle do processo, visto que as causas deste tipo de parada são normalmente relacionadas a estratégias de controle, optou-se por verificar diretamente no CLP se havia algum problema (ou proteção/intertravamento) em alguma lógica para ocasionar tantas paradas. Um especialista analisou o controlador e acompanhou durante um dia a operação, verificando as lógicas e estratégias de controle implantadas.

A partir dessa ação, identificou-se que, ocasionalmente, as variáveis analógicas de nível e de velocidade “congelavam”, ou seja, ficavam durante alguns segundos (3 a 10s) com o mesmo valor sem receber atualizações de campo. A Figura 3 abaixo representa os períodos onde não há nenhuma variação de valor (círculos em branco).

Figura 3: Valores das analógicas com “congelamento”. Fonte: IHM Engenharia.

Com base neste indício, iniciou-se uma análise da rede de controle e do hardware do controlador e verificou-se que todas as analógicas que “congelavam” estavam instaladas em uma remota específica que, ocasionalmente, entrava em falha de comunicação, causando atraso na leitura dos valores.

Este erro ocorre quando há uma incompatibilidade de firmware da remota com o firmware da CPU e, pelo fato de ser intermitente, não foi percebido pela manutenção desde a instalação da remota, dois anos antes. Como o controle era baseado no valor da analógica, os cálculos da malha enxergavam uma variável de processo que se mantinha constante, o que tornava a ação de controle inadequada (o erro não modificava).

Por fim, o último problema abordado foi o longo tempo para atingir o nível de câmara verificado em alguns casos. Não houve muitas ocorrências (menos que 5) e estas foram associadas à necessidade de troca de revestimento da câmara, que foi realizada em menos de 24 horas – como há um procedimento operacional de inspeção da câmara, decidiu-se juntamente à operação não focar em ações para correção desse problema.

Ação (Smart Actioning)

Planejou-se a atualização do firmware junto à equipe de manutenção, visto que seria necessário uma parada total da planta (alguns equipamentos críticos rodavam no mesmo CLP). Testes para essa atualização foram realizados em bancadas e, com apoio do especialista em hardware, aproveitou-se uma manutenção planejada do processo para realizar a modificação.

Após a execução da ação, verificou-se a ausência do erro de comunicação entre o controlador e a remota. Na Figura 4 abaixo, verifica-se que a frequencia de atualização das analógicas aumentou e o seu valor deixou de “congelar”.

Figura 4: Valores das analógicas após resolver problema do “congelamento”. Fonte: IHM Engenharia.

Resultados (Results & Gains)

Após a mudança no controlador, o número de eventos de paradas curtas foi novamente contabilizado, apresentado na Tabela 3 a seguir.

Tabela 3: Valores da redução de paradas nas linhas de britagem terciária. Fonte: IHM Engenharia.

Linha B (antes)

Linha B (depois)

Linha C (antes)

Linha C (depois)

Período Avaliado

542 horas

1306 horas

542 horas

1306 horas

Período em Funcionamento

268,5 horas

583,9 horas

16 horas

484,3 horas

Total de Paradas Curtas

748

413

28

134

Paradas Curtas / hora func.2,8 paradas/h0,7 paradas/h1,7 paradas/h0,2 paradas/h

A quantidade de paradas curtas por hora de funcionamento reduziu drasticamente para as duas linhas. Cada parada indicava uma perda de produtividade de 1 tonelada, ou seja ,calculando para um ano de produção, tem-se que a disponibilidade de produção horária:

  • aumentou em cerca de 4 ton, onde isso

  • representa cerca de 1 dia de produção no ano em redução de perdas

Com a redução de paradas curtas e maior estabilidade do nível da câmara de britagem, há também a expectativa de que os britadores funcionem mais próximos do seu melhor rendimento operacional e entreguem um britado de melhor qualidade. Porém, estes ganhos ainda não haviam sido computados na etapa de medição.

Conclusão

Os ganhos desse case foram impactantes para esse cliente. Representou cerca de 01 dia de produção a mais e estabilidade para o seu processo.

Esses ganhos são típicos nos projetos de otimização. Entretanto, esse caso foi especial devido à metodologia aplicada. Permitiu que mudássemos o foco do trabalho ainda no seu início e entregássemos resultados mensuráveis mais rapidamente (em apenas um mês).

Reynaldo Gago on Linkedin
Reynaldo Gago
Bacharel em Física e Engenheiro de Controle e Automação, gosto de resolver problemas novos e pensar "fora da caixa". Infelizmente, sei que quando estou "fora da caixa" estou inexoravelmente entrando em uma nova caixa de pensamentos...