DISSERTAÇÃO_AnáliseDesempenhoOperadores

7/25/2019 DISSERTAO_AnliseDesempenhoOperadores

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ANLISE DO DESEMPENHO DOS OPERADORES DE EQUIPAMENTOS DE MINAE SIMULAO DE CENRIOS FUTUROS DE LAVRA

ESTUDO DE CASO MINA CASA DE PEDRA CONGONHAS/MG

WALTER SCHMIDT FELSCH JUNIOR

OURO PRETO

2014


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ANLISE DO DESEMPENHO DOS OPERADORES DEEQUIPAMENTOS DE MINA E SIMULAO DE CENRIOS

FUTUROS DE LAVRA ESTUDO DE CASO (MINA CASA DEPEDRA CONGONHAS / MG)

Autor: WALTER SCHMIDT FELSCH JUNIOR

Orientador: Prof. Dr. ADILSON CURI

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-

Graduao do Departamento de Engenharia de

Minas da Escola de Minas da Universidade

Federal de Ouro Preto, como parte integrante

dos requisitos para obteno do ttulo de

Mestre em Engenharia Mineral.

rea de concentrao:

Lavra de Mina

Ouro Preto/MG

Fevereiro de 2014.


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B238a Felsch Junior, Walter Schmidt.Anlise do desempenho dos operadores de equipamentos de mina e simulao de

cenrios futuros de lavra: [manuscrito] / estudo de caso (Mina Casa de PedraCongonhas, MG) / Walter Schmidt Felsch Junior. 2014.

120f.: il.; color.; graf.; tabs.; mapas.

Orientador: Prof. Dr. Adilson Curi.

Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas.

Departamento de Engenharia de Minas. Programa de Ps-graduao emEngenharia Mineral.

rea de concentrao: Lavra de Minas.

1. Lavra de minas- Teses. 2. Desempenho - Teses. 3. Mtodos de simulao - Teses.I. Curi, Adilson. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Ttulo.

CDU: 622.012.2

Catalogao: [email protected]


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DEDICATRIA

minha famlia, pelo acompanhamento e incentivo de todo o esforo realizado para asuperao de mais uma etapa.


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AGRADECIMENTOS

A Deus, por conceder-me fora, perseverana e lucidez para execuo e

concluso do presente trabalho.

bela Solaine pelo amor, carinho, companhia, pacincia, incentivo na

realizao deste trabalho e na compreenso das dificuldades cotidianas.

Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP, ao Departamento de

Engenharia de Minas - DEMIN e ao Programa de Ps-graduao em Engenharia

Mineral - PPGEM por possibilitarem a realizao deste trabalho em conjunto com

minhas atividades profissionais.

Ao Prof. Adilson Curi, orientador deste trabalho, pelos ensinamentos e apoio

na realizao de todas as etapas deste trabalho.

Aos Professores do Programa de Ps-graduao em Engenharia Mineral

PPGEM, que possibilitaram um importante aprendizado tcnico e cientfico.

Companhia Siderrgica Nacional, representada pela Gerncia Geral de

Minerao, pelo apoio na realizao deste trabalho concomitante com as minhas

atividades na empresa, em especial as equipes de Despacho Eletrnico, Operao de

Mina, Planejamento de Mina e TI.

Aos ex-moradores, moradores e amigos da Repblica Sparta pelo apoio,amizade e companheirismo durante toda a trajetria acadmica.


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Resumo

O trabalho tem como foco principal o impacto na lavra da Mina Casa de Pedra,

analisando o desempenho dos operadores dos equipamentos de carga e transporte. A

minerao Casa de Pedra, pertencente Companhia Siderrgica Nacional (CSN),

localizada na cidade de Congonhas, Estado de Minas Gerais, faz extrao de minrio de

ferro atravs da lavra convencional utilizando equipamentos de carga e transporte de

grande porte. A mina composta por quatro regies de lavra: Corpo principal e Corpo

Oeste (mtodo de lavra em cava); Corpo Norte e Serra do Mascate (mtodo de lavra em

encosta). Os caminhes fora de estrada possuem vrias alternativas de perfis de

transporte, o que influencia diretamente em seu desempenho. Os estudos foramdesenvolvidos a partir da escolha de indicadores de desempenho chave para os

operadores dos equipamentos de mina, mensurados atravs do sistema de despacho

eletrnico utilizado da mina, com o intuito de classificar os operadores de acordo com

prticas operacionais individuais. O objetivo do trabalho obter maior aderncia ao

plano mensal de lavra e aumentar a produtividade efetiva dos operadores, atravs da

identificao de atividades detectadas como baixo rendimento, em comparao com as

melhores praticas operacionais das equipes e criao de treinamentos especficos paracada indicador previsto. Os resultados do trabalho foram simulados utilizando diferentes

cenrios de operao, com tempos fixos variados (tempos de manobra no carregamento

e basculamento, tempo de carregamento e tempo de basculamento) com o intuito de

mensurar os ganhos operacionais atravs dos indicadores produtivos. A empresa

funciona em regime integral, com turnos de 6 horas de durao e possui 270 operadores

divididos em cinco equipes de produo.

Palavras-chave: Lavra, Operadores de equipamentos, Indicadores de desempenho,

Simulao.


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Abstract

The dissertation has a main focus in mining the impact of the Casa de Pedra

mine, analyzing the performance of the operators of mining equipment. The "Casa de

Pedra" iron ore mine, a division of the CSN(*) Group, is located in the city of

Congonhas, in the Brazilian state of Minas Gerais. The ore exploitation is made

conventional ally trucks and front loaders. The mine is composed for four regions of

mine: Main body and West Body (open pit mining in cave); North Body and Serra do

Mascate (open pit mining in hillside). The trucks of the mine have some alternatives of

transport profiles, influencing directly in their performance. These studies were

developed to evaluate the performance of the operators of mining equipments. In thesestudies was used electronic dispatch system of the mine in order to sort the operators

according to individual operating practices. The objective of this dissertation is to obtain

better adherence to the monthly plan of mining and improvement in effective

productivity of operators. The activities that detected as overhead, compared to the best

practices of operating teams and creating specific training for the indicators. The results

were simulated using different operating scenarios, with cycle times varied (spot on the

load and dump times, loading time and dumping time) in order to measure theoperational gains through the productivity indicators. The mine regime of production is

24 hours a day with work shifts of 6 hours each and has 270 operators divided into five

production teams.

Keywords: Mining, Equipment operators, Performance indicators, Simulation

*(CSN) Companhia Siderrgica Nacional


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Sumrio

Captulo 1 - Introduo

1.1Mina Casa de Pedra...........................................................................................011.1.1 Histrico da Mina....................................................................................011.1.2 Localizao..............................................................................................021.1.3 Geologia Regional e Local......................................................................031.1.4 Topografia...............................................................................................041.1.5 Mtodo de lavra.......................................................................................05

1.2Contexto e motivaes.......................................................................................061.3Objetivos............................................................................................................07

1.3.1 Objetivo Geral.........................................................................................071.3.2 Objetivos especficos...............................................................................07

1.4 Justificativas.......................................................................................................08

Captulo 2 - Reviso Bibliogrfica

2.1Sistemas de despacho.........................................................................................112.2Alocaes de caminhes utilizando sistemas de despacho................................142.3Aplicaes de sistemas de despacho..................................................................16

2.3.1 Best Path ou Melhor Rota........................................................................20

2.3.2 Programao Linear.................................................................................212.3.3 Programao Dinmica............................................................................22

2.4Ciclo de carregamento e transporte....................................................................252.5Avaliao de desempenho..................................................................................272.6 Simulao...........................................................................................................31

2.6.1 Utilizao da simulao nas indstrias minerais.....................................33

Captulo 3 Estudo de caso: Mina Casa de Pedra

3.1Materiais e mtodos...........................................................................................37

3.1.1 Rede de telecomunicaes.......................................................................373.1.2 Sistema de GPS.......................................................................................393.1.3 Computador de bordo..............................................................................393.1.4 Banco de dados........................................................................................41

3.2Operadores de equipamentos de transporte.......................................................433.2.1 Indicador Relao Produtiva...................................................................433.2.2 Tempo de manobra..................................................................................453.2.3 Tempo de basculamento..........................................................................463.2.4 Metodologia de clculo...........................................................................47


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3.3Operadores de equipamentos de carga...............................................................483.3.1 Produtividade efetiva...............................................................................483.3.2 Carga mdia.............................................................................................483.3.3 Tempo de carregamento..........................................................................493.3.4 Integridade de carregamentos vlidos.....................................................503.3.5 Metodologia de clculo...........................................................................50

3.4Anlise estatstica de dados...............................................................................523.5Validao da metodologia.................................................................................62

Captulo 4 Anlise do desempenho dos operadores de equipamentos de mina

4.1Desempenho dos operadores de equipamentos de transporte............................644.2Desempenho dos operadores de equipamentos de carga...................................664.3Metodologia de treinamento..............................................................................68

4.3.1 Transporte ...............................................................................................684.3.2 Carga........................................................................................................70

Captulo 5 Anlise de dados via modelo de simulao

5.1Simulao utilizando o software Modular mining .........................................775.2Implementao do modelo de simulao...........................................................835.3Discusso dos resultados das rodadas de simulao..........................................86

Captulo 6 Resultados Gerais

6.1Reduo dos tempos fixos de operao.............................................................906.2Aderncia ao plano mensal de lavra..................................................................92

Captulo 7 Concluses e trabalhos futuros..............................................................95

Referncias Bibliogrficas............................................................................................99

Anexos...........................................................................................................................102


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1Tempo mdio (s) e rotao (rmp) de elevao e abaixamento da caamba deum caminho basculante..................................................................................................46

Tabela 2Caractersticas individuais das frotas de equipamentos de transporte.........47

Tabela 3Volume das caambas das variadas frotas de transporte..............................49

Tabela 4Capacidade nominal de carregamento de acordo com o tipo de materialtransportado.....................................................................................................................51

Tabela 5Caractersticas individuais das frotas de equipamentos de carga.................52

Tabela 6Valores usuais de p-value.............................................................................53

Tabela 7Pontos detectados como falhas na metodologia apresentada e aescorretivas.........................................................................................................................63

Tabela 8Pontos detectados como anomalias na operao de mina e aes corretivas.........................................................................................................................................63

Tabela 9Ponto detectado como falha de natureza externa e ao corretiva...............63

Tabela 10Exemplo de anlise comparativa para a Frota 3.........................................65

Tabela 11Exemplo de histrico de desempenho (Operador: Pel) ............................65

Tabela 12Exemplo de anlise comparativa para Extrao (Frota 4 carregando a frota1)......................................................................................................................................67

Tabela 13Exemplo de anlise comparativa de operadores de equipamentos de cargapor equipe........................................................................................................................67

Tabela 14Identificao de baixo rendimento (tempo de manobra)............................69

Tabela 15Acompanhamento semanal do operador (tempo de manobra)...................70

Tabela 16 Identificao de baixo rendimento (equipamentos de carga).....................71

Tabela 17 Acompanhamento semanal do operador (tempo de carregamento)...........73

Tabela 18Acompanhamento semanal do operador (carga mdia).............................74

Tabela 19Acompanhamento semanal do operador (produtividade efetiva)..............74

Tabela 20Dados de entrada inseridos no software de simulao...............................85

Tabela 21 Variao percentual dos resultados obtidos com a simulao emcomparao com os outros cenrios analisados..............................................................89


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1Localizao da Mina Casa de Pedra.............................................................02Figura 2Santurio do Bom Jesus de matozinhos, destacando os "Doze Profetas" deAleijadinho......................................................................................................................03

Figura 3Perfil topogrfico da mina Casa de Pedra, identificando as cavasoperacionais.....................................................................................................................04

Figura 4Superfcie topogrfica destacando os perfis de transporte............................05

Figura 5Percentuais relativos aos custos de operao em uma mina a cu abertoressaltando a participao da mo de obra......................................................................09

Figura 6Percentuais relativos aos pesos de fatores chave que impactam diretamente aprodutividade de equipamentos.......................................................................................09

Figura 7Esquema geral simplificado do sistema de despacho na lavra a cu abertoutilizando algoritmos de otimizao................................................................................24

Figura 8Fluxograma simplificado do ciclo operacional de uma mina a cu aberto..25

Figura 9Fluxograma simplificado do ciclo de operao em uma lavra a cu abertotpica................................................................................................................................26

Figura 10Hardware de processamento de informaes dos equipamentos de carga etransporte.........................................................................................................................38

Figura 11Imagem do computador de bordo localizado nos equipamentos de carga etransporte da mina...........................................................................................................40

Figura 12Funcionalidades do computador de bordo que permitem interaes com osoperadores.......................................................................................................................40

Figura 13Fluxograma simplificado da base de dados do sistema de despacho........42

Figura 14Comparativo mensal entre produtividade efetiva de transporte e DMT

(Correlao -89,8%)........................................................................................................44Figura 15Comparativo entre produtividade efetiva de transporte e DMT - operadores(Correlao -88,2%)........................................................................................................45

Figura 16Fluxograma simplificado da manobra de um caminho paracarregamento...................................................................................................................46

Figura 17Mobilidade de uma escavadeira, destacando os ngulos de giro para ocarregamento...................................................................................................................49


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Figura 18Estimativas de distribuies, teste de normalidade e histograma para otempo de manobra...........................................................................................................54

Figura 19Estimativas de distribuies, teste de normalidade e histograma para o

tempo de basculamento...................................................................................................55Figura 20Estimativas de distribuies, teste de normalidade e histograma para oindicador Relao produtiva............................................................................................57

Figura 21Estimativas de distribuies, teste de normalidade e histograma para otempo de carregamento....................................................................................................58

Figura 22Estimativas de distribuies, teste de normalidade e histograma paraprodutividade de carga.....................................................................................................60

Figura 23Curva caracterstica da distribuio normal com as probabilidades de cada

classe operacional............................................................................................................62Figura 24Ilustrao de uma escavadeira com detalhe em seu ngulo de giro...........73

Figura 25- Comparativo real de tempos fixos entre os anos de 2012 e 2013...............76

Figura 26Dados mdios dos cenrios a serem utilizados para simulao.................76

Figura 27Interface principal indicando o perodo cujo modelo est configurado asimular e o perodo que servir como base de dados......................................................79

Figura 28Interface que permite a excluso de eventos indesejados na simulao....80

Figura 29Interface para insero de parmetros estatsticos a serem consideradosdurante a simulao.........................................................................................................81

Figura 30Interface de visualizao dos eventos selecionados. Estas informaesserviro como suporte a simulao..................................................................................81

Figura 31Interface de acompanhamento da rodada de simulao..............................84

Figura 32Grfico comparativo do nmero de viagens em cada simulaorealizada...........................................................................................................................86

Figura 33 Grfico comparativo da produtividade efetiva de transporte em cadasimulao realizada..........................................................................................................87

Figura 34Grfico comparativo da movimentao total em cada simulao

realizada...........................................................................................................................87

Figura 35Grfico de acompanhamento mensal dos tempos fixos de operao.........91

Figura 36Acompanhamento do nmero de viagens realizadas pelos equipamentos detransporte.........................................................................................................................91


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Figura 37Desvio mdio absoluto para o indicador Produtividade de equipamentos detransporte.........................................................................................................................93

Figura 38Anlise comparativa de desvio mdio absoluto para aderncia ao plano de

lavra.................................................................................................................................94


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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

BP Best PathCM Carga Mdia

CSN Companhia Siderrgica Nacional

DFDisponibilidade Fsica

DMA Desvio Mdio Absoluto

DMT Distncia Mdia de Transporte

GPS Global Position System

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

MR Melhor Rota

PDProgramao Dinmica

Pef Produtividade efetiva

PLProgramao Linear

PO Pesquisa Operacional

ROMRun of Mine

RPM Rotaes por Minuto

SGBD Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados

SIMIN Sistema de Minerao

SLAM Simulation Language for Alternative Modeling

SQL Structured Query Language

OTISIMIN Otimizador e Simulador para Minerao

TC Tempo de Ciclo

TF Tempo de Fila


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CAPTULO 1

Introduo

1.1Mina Casa de Pedra

1.1.1 Histrico da Mina

A Mina Casa de Pedra foi fundada pelo empresrio dinamarqus Arn Thun esuas atividades tiveram incio no ano de 1913 (Intranet CSN 2013).

A CSNCompanhia Siderrgica Nacional foi fundada em 09 de abril de 1941,

com incio de operao em 12 de outubro de 1946. A partir desta data, atravs do

processo de desapropriao, a Mina de Casa de Pedra passou a pertencer CSN.

No governo do presidente Itamar Franco, em 2 de abril de 1993, a empresa foi

privatizada. O grupo Vicunha, liderado pelo empresrioBenjamin Steinbruch,passou a

administrar a mina.A minerao Casa de Pedra responsvel pelo suprimento integral de minrio

de ferro para a Usina Siderrgica Presidente Vargas, tambm pertencente CSN;

produz granulados, sinter feed e pellet feed de elevado teor de ferro e timas

propriedades fsicas. As reservas minerais de Casa de Pedra so expressivas, com alto

teor de pureza (de at 68%) e foi uma das primeiras a receber a certificao ISO 14001

no Brasil, no final de 2001. A CSN uma companhia aberta cujas aes so listadas nas

Bolsas de So Paulo (Bovespa) e de Nova York (NYSE). um dos complexos

siderrgicos integrados mais eficientes do mundo, atuando em cinco pilares de

negcios: siderurgia, minerao, logstica, cimento e energia.

Atualmente, a mina Casa de Pedra produz cerca de 16 milhes de toneladas de

minrio de ferro. H projetos de expanso em desenvolvimento e a previso que em

2015 a produo supere o patamar de 40 milhes de toneladas. (Intranet CSN 2013).
http://pt.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Steinbruchhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Steinbruchhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Steinbruch


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2

1.1.2 Localizao

A Mina Casa de Pedra encontra-se situada no municpio de Congonhas, no

Estado de Minas Gerais e destaca-se por possuir um sistema integrado de distribuio

de sua produo formado por [mina - ferrovia - siderurgia - porto] que suporta o

atendimento de todas as operaes correntes, conforme a figura 1:

Figura 1 - Localizao da Mina Casa de Pedra

Fonte: Minerao Casa de Pedra (CSN)

A Usina Presidente Vargas est localizada na cidade de Volta Redonda, no

Estado do Rio de Janeiro, e consome cerca de 30% da produo da mina. A produo

restante destinada ao porto localizado na cidade de Itagua, tambm no Estado do Riode Janeiro, para exportao.

A cidade de Congonhas, com populao de aproximadamente 40.000

habitantes, Patrimnio Histrico da Humanidade, tendo sido tombada devido ao valor

de seu conjunto arquitetnico do movimento barroco. Seu expoente mximo foi o

famoso escultor Antnio Francisco Lisboa, conhecido como Aleijadinho. A figura 2


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3

destaca a obra Os Doze Profetas, localizados no adro do Santurio do Bom Jesus de

Matozinhos.

Figura 2 - Santurio do Bom Jesus de Matozinhos, destacando os "Doze Profetas" de Aleijadinho


1.1.3 Geologia Regional e local

Segundo o IBGE (censo 2010) a regio apresenta um conjunto de rochas

altamente transformadas (tectnica e metamorficamente), de idade pr-cambriana. No

norte aflora um conjunto de rochas cujo tipo litolgico mais antigo pertence ao Super

grupo Rio das Velhas, constitudo pelo super grupo Nova Lima, composto por

micaxisto e metavulcnicas. Ocorrem ainda rochas pertencentes ao Complexo

Barbacena, gnaisses, granitides e migmatitos, rochas intrusivas (granodioritos,

granitos, piroxnito e serpentinito) e do Super grupo Minas, composto pelos Grupos

Piracicaba (filitos, quartzito), Itabira (itabirito, dolomito e filito) e Caraa (quartzito,

filito e conglomerado).

Ao norte do Municpio, terrenos da Serra da Moeda, Esmeril e da Bandeira(onde se localiza a mina Casa de Pedra), possuem como caracterstica a ocorrncia de

rochas ferrferas e quartzticas, os solos resultantes so arenosos, pouco frteis e com

elevado teor de acidez.

A mina composta pelos seguintes litotipos de minrio de ferro: hematitas

brandas e compactas, itabiritos silicosos brandos e compactos, e itabiritos carbonticos

predominantemente compactos.


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4

De acordo com a litoestratigrafia regional, estes corpos, situados no

Quadriltero Ferrfero, pertencem ao Supergrupo Minas e esto inseridos no Grupo

Itabira, mais precisamente na Formao Cau.

A Formao Cau constituda essencialmente por itabiritos e minrios

hematticos. Dentre os itabiritos, observaram-se os seguintes tipos composicionais:

itabirito silicoso, itabirito manganesfero, itabirito dolomtico, itabirito anfiboltico

alterado, relacionados nesta ordem decrescente em termos de sua ocorrncia na Mina

Casa de Pedra (TRZASKOS-LIPSKI, 2001 apud RELATRIO INTERNO CSN -

SNTESE DA MINERALOGIA DA MINA CASA DE PEDRA).

1.1.4 Topografia

Dentre as unidades de relevo existentes na rea do municpio, a regio da mina

constitui a rea mais elevada, representada por cristas de direo sudoeste-nordeste da

Serra da Moeda. A altitude mxima chega a 1.630 metros na Serra da Bandeira.

A rea de lavra composta por quatro corpos: Corpo Oeste, Corpo Principal,

Corpo Norte e Serra do Mascate. Estes corpos esto distribudos conforme a figura 3.

Figura 3 - Perfil topogrfico da mina Casa de Pedra, identificando as cavas operacionais



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5

O corpo Principal e corpo Oeste possuem um perfil de transporte onde os

caminhes necessitam trafegar carregados em perfil ascendente (predominantemente

subidas) e vazios em perfil descendente (predominantemente descidas), pois suas

frentes de lavra em operao se encontram em cotas mais baixas e as cavas j esto em

um estgio de desenvolvimento avanado. J no Corpo Norte, as cotas das frentes de

lavra so superiores s cotas das pilhas de estril, estoques e britadores primrios, logo

os caminhes trafegam carregados no perfil descendente e vazios no perfil ascendente.

A figura 4 ilustra a superfcie topogrfica de mina, onde esto mostradas as

linhas que representam todos os perfis de transporte atualizados em Janeiro/13. A cor

vermelha indica um perfil de transporte ascendente, a cor verde indica perfil de

transporte descendente e a cor azul indica que os locais onde o acesso plano e nopossui inclinao.

Figura 4Superfcie topogrfica destacando os perfis de transporte



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6

1.1.5 Mtodo de lavra

O mtodo de lavra o open pit mining (bancadas a cu aberto), com remoo

do material estril; perfurao, desmonte, carga e transporte do minrio. A lavra

realizada de forma descendente, em nveis horizontais, em bancadas de 13m de altura e

bermas de 8m de largura. Os ngulos de talude variam entre 36 e 45, conforme a

litologia e os parmetros geotcnicos pertinentes.

O minrio extrado possui trs destinos: estoques de ROM (Run Of Mine), pilha

de minrio de oportunidade (rea de empilhamento de itabiritos com baixo teor de

ferro que podem ser processados mediante aumento da capacidade de processamento

deste tipo de material por parte da planta de beneficiamento) e britagem primria. Naminerao so utilizados dois britadores primrios, sendo um britador cnico e outro de

mandbulas. O material estril removido destinado para a o depsito controlado de

estril.

Tambm so realizadas operaes de servios auxiliares (dump) que so

materiais utilizados para manuteno, revestimento de acessos e formaes de leiras.

1.2

Contexto e motivaes

Por ser o estado que mais produz minrio de ferro no pas comum encontrar

em Minas Gerais diversos exemplos de cidades que, devido sua riqueza natural, so

alvo de grandes empreendimentos industriais. Muitas dessas cidades no possuem mo

de obra qualificada disponvel. As empresas de minerao esto investindo cada vez

mais em programas de capacitao e formao de profissionais com o objetivo de suprir

esta demanda.Em se tratando de operao de equipamentos de mina, o tempo de formao de

um operador varivel. Cada indivduo tem seu prprio desenvolvimento, de acordo

com a prtica (tempo de operao) e habilidades individuais. Na minerao h

operadores experientes, operadores em desenvolvimento e operadores em treinamento.

Estes perfis de operadores tm grande influncia na lavra, produo e nos indicadores

operacionais de uma mina.


22/124

7

Visando a avaliao do desempenho individual, a existncia de indicadores

operacionais especficos fundamental para se estabelecer um critrio nico de

comparao de eficincia operacional. Estes indicadores so utilizados para medir e

avaliar o desempenho dos operadores e da equipe a qual pertencem. A busca por

competitividade, a crescente concorrncia de mercado e as constantes exigncias dos

clientes aos critrios de valores, tais como qualidade, tempo, flexibilidade e preo, torna

a utilizao destas ferramentas de grande importncia para o alcance dos objetivos

estratgicos das empresas.

Na Minerao Casa de Pedra, so utilizados trs tipos de frotas de caminhes

Fora de Estrada, com capacidade nominal de transporte e sistemas de trao diferentes.

Conforme a metodologia de lavra, necessrio o transporte via caminhes tanto dominrio quanto do estril.

Alm das diferenas de modelo dos equipamentos e perfis de transporte, so

verificadas diferentes praticas operacionais dos equipamentos.

1.3 Objetivos

1.3.1

Objetivo Geral

O objetivo deste trabalho analisar os impactos na lavra da mina atravs de

correes na conduta de operao individual dos operadores e simular diferentes

cenrios de ciclos de carga e transporte utilizando informaes de categorias de tempo

variadas.

1.3.2 - Objetivos especficos

Classificar os operadores buscando identificar classes operacionais variadas

e estabelecer aes sobre as atividades que resultam nos motivos de baixo

rendimento;

Estabelecer metodologias para o treinamento de operadores;

Obter maior aderncia ao plano de lavra mensal;


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8

Simular a produo e produtividade da mina utilizando diferentes cenrios

de tempos fixos praticados.

1.4 - Justificativas

Este estudo pode ser justificado pela inovao da metodologia utilizada para

classificao dos operadores e pela relevncia do tema abordado.

No que diz respeito inovao da metodologia estudada, pode-se dizer que o

desenvolvimento de cada operador est ligado a pratica de operao do equipamento e

habilidades desenvolvidas atravs dos treinamentos, como manobras. A partir do

momento em que se utilize uma ferramenta que seja capaz de mensurar suashabilidades, possvel estipular treinamentos mais especficos, alm de acompanhar o

desenvolvimento de cada operador desde o incio de sua aprendizagem. Outro fator

importante o estmulo ao operador atravs de feedbacks, sendo uma forma de

retorno, facilitando que percebam quando suas aes no atingiram o resultado

determinado. Estes resultados podem ser utilizados como fator de escolha em futuras

promoes ou aumentos de salrio por mrito.

A partir da anlise de diferentes praticas de operao de mina atravs dos paresde carregamento e transporte, possvel mensurar novas metas de indicadores

operacionais no plano de lavra de curto prazo e avaliar o impacto na mina na variao

dos tempos de ciclo.

De acordo com a figura 5, analisando o custo de operao da mina, o fator mo

de obra representa 13% do custo total de produo, excluindo gastos com

beneficiamento (analisando os custos de manuteno, combustvel, suprimentos e

servios terceirizados).


24/124

9

Figura 5Percentuais relativos aos custos de operao em uma mina a cu aberto ressaltando a participao da mo de obra

Fonte: Minerao Casa de Pedra (CSN) (2010)

A figura 6 mostra os resultados de uma pesquisa realizada nos Estados Unidos

e Canad, entre os anos de 1989 a 2004, divulgada pela revista M&T (2004), onde so

analisados os pesos dos fatores mquina, administrao e operao na produtividade dos

equipamentos de mina.

Figura 6Percentuais relativos aos pesos de fatores chave que impactam diretamente a produtividade de equipamentos

Fonte: Revista M&T(fev/mar 2004)

De acordo com os dados da pesquisa, podemos verificar que 6% dos problemas

que impactam a produtividade dos equipamentos so de natureza mecnica, ou seja,

13%

21%

52%

11%

3%

Mo de obra

Combustvel

Manuteno

Servios (terceiros)

Suprimentos

6% 7%12%

27%

8%14%

26%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

Falha mecnica Normas eprocedimentos

inadequados

Planejamento eorganizao

deficientes

Baixa superviso Desobedincia anormas e

procedimentos

Desateno Impercia

FATORMQUINA

FATOR ADMINISTRAO FATOR OPERAO

Peso de fatores chave na produtividade de equipamentos


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10

relacionadas com a manuteno dos equipamentos. O fator administrao responsvel

por 46% dos problemas e 48% so oriundos de falhas operacionais, incluindo o baixo

desempenho dos operadores.

Os fatores baixa superviso e impercia somam 53% dos motivos de baixa

produtividade listados na pesquisa e sero tratados de forma direta neste trabalho.


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11

CAPTULO 2

Reviso Bibliogrfica

As exigncias por aumento de competitividade, associadas adoo de novas

tecnologias e conhecimentos, so fatores cada vez mais comuns em empresas e

organizaes de todos os segmentos. No caso especfico da minerao, o aumento de

produtividade e diminuio de custos so viabilizados sempre que so introduzidos

novos conhecimentos e tcnicas execuo do trabalho. Em se tratando de operao de

equipamentos de carga e transporte de mina, os operadores tm grande participao

atravs da interao com sistemas automatizados. Neste captulo sero abordados os

processos de alocao de equipamentos atravs de sistemas de despacho eletrnico, os

algoritmos de estratgia dos sistemas de controle de frotas, anlise dos ciclos

operacionais de carga e transporte e utilizao da simulao para anlise de dados do

processo produtivo.

2.1 Sistemas de despacho

Vrios mtodos tm sido desenvolvidos para implementar o despacho

(alocaes) de equipamentos de transporte. Segundo Pinto (2008), esses mtodos

podem ser agrupados em trs tipos bsicos de sistemas de despacho de caminhes:

1. Sistemas de despacho manual: utilizado desde o incio dos anos 60, trata-se

de uma prtica padro de alocao de caminhes, no qual o despachador, quefica localizado em um ponto estratgico da mina (onde possa ter uma viso

abrangente da mina), toma decises com base na situao por ele

presenciada e tambm com base em sua experincia e envia as instrues por

rdios transmissores aos equipamentos de carga e transporte.


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12

2. Sistemas de despacho semi-automticos: neste sistema, o computador (que

grava o status e localizao dos equipamentos) programado para auxiliar o

despachador no processo de tomada de deciso referente a alocao dos

caminhes. O computador no tem contato direto com o equipamento, sendo

necessrio o despachador para decidir e comunicar todas as instrues.

3. Sistemas de despacho automticos: mais abordados na literatura atual, estes

sistemas permitem ao computador tomar decises referentes ao despacho dos

caminhes e envi-las para os mesmos, sem a interveno de um

despachante.

A primeira instalao de um sistema computadorizado de despacho registrado

ocorreu em 1979, na mina de cobre chamada Tyrone, prxima a cidade de Silver City,

estado do Novo Mxico, nos Estados Unidos.

De acordo com etin (2004), as melhorias significativas na tecnologia da

informao tem levado a indstria da minerao a desenvolver muitos modelos de

tomada de deciso para auxiliar na melhor alocao possvel dos caminhes em minas a

cu aberto. Segundo ele, os sistemas de despacho computadorizados foram

desenvolvidos nos anos 70 e tem se tornado o modo mais comum de operao em

muitas minas a cu aberto de larga escala. Devido ao seu alto custo de implementao,

tais sistemas no apresentam justificativa econmica em minas de mdio ou pequeno

porte. Mas a evoluo cada vez mais crescente na informtica tem possibilitado a

reduo de custos de implantao de sistemas de despacho, podendo viabilizar sua

implantao em mineradoras de menor porte.

Um sistema de despacho bem planejado e implementado pode gerar boas

economias para as empresas do setor de minerao, mas segundo Tu e Hucka (1985),

faz-se necessrio um estudo cuidadoso a fim de determinar se as melhorias de

produtividade da frota so grandes o suficiente para pagar os custos de implementao

do sistema.


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O objetivo principal do despacho computadorizado maximizar o tempo

produtivo na mina, minimizar o nmero de caminhes necessrio para o transporte,

maximizar a produo dos equipamentos de carga atravs da reduo de sua ociosidade

e atender aos padres de qualidade da usina de beneficiamento.

Segundo Rodrigues (2006), reconhecido que a operao de caminhes e

equipamentos de carga um dos itens mais importantes no custo da operao como um

todo, assim, a utilizao de sistemas de despacho podem reduzir o custo de capital e de

operao em uma mina.

De acordo com Maran e Topuz (1988), pelo motivo dos sistemas de transporteem minas a cu aberto envolverem grande volume de capital e recursos, o objetivo do

problema de transporte em minerao mover o material retirado da mina para a usina

de modo que o custo seja minimizado, sendo que este custo de transporte de minrio

tem forte influncia na escolha do local da lavra. Desta maneira, sistemas de despacho

podem reduzir os custos de operao atravs da reduo da frota de transporte

necessria para se atingir as metas de produo, atravs do aumento na utilizao da

frota e reduo em deslocamentos de caminhes vazios.

O transporte por caminhes amplamente utilizado na minerao a cu aberto

e representa uma grande parcela no custo de operao das empresas. O aumento da

profundidade das minas, e os altos custos de energia/combustvel, contribuem para o

aumento dos custos na operao da frota de caminhes. Tu e Hucka (1985) afirmam que

tem sido observada melhorias de 3% a 15% na produtividade do transporte por

caminhes nas operaes das minas que implementaram sistemas computadorizados dedespacho de caminhes.

Para se implementar um sistema de despacho em tempo real necessrio

decidir algumas polticas (prioridades) de despacho. Tu e Hucka citam que as polticas

de despacho mais utilizadas so:


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14

1. Maximizao da produtividade de caminhes: prev os locais de

carregamento dos caminhes e os aloca para equipamentos de carga

equivalentes, tendendo a minimizar o tempo ocioso dos caminhes

aumentando sua utilizao.

2. Maximizao da produtividade de carregamento: prev qual equipamento de

carga seria o prximo a ficar ocioso ou ficaria ocioso por mais tempo e aloca

o caminho para ele, tendendo a igualar os tempos ociosos e utilizao dos

equipamentos de carga.

De acordo com Tu e Hucka (1985), o potencial que o sistema de despacho

possui para melhorar a utilizao das frotas de carga e transporte obtido evitando filas

excessivas de caminhes em determinados equipamentos de carga, enquanto outros

podem estar ociosos, aguardando a chegada de caminhes.

Segundo Chanda e Dagdelen (1995), uma meta de produo bvia e utilizada

com muita frequncia o fornecimento de minrio com qualidade (teor e tonelagem)

uniforme, com base nas necessidades da planta, de forma a garantir a eficincia

operacional da mesma.

Para garantir a uniformidade da alimentao do processo de beneficiamento

preciso misturar minrios de qualidades diferentes de vrias frentes de lavra da mina.

Uma blendagem de minrio apropriada pode ampliar a base da reserva, na medida em

que o minrio abaixo do teor de corte no considerado estril, mas pode ser utilizado

se misturado com material de alto teor (Chanda e Dagdelen, 1995).

2.2 Alocaes de caminhes utilizando sistemas de despacho

A alocao de caminhes em minas subterrneas e a cu aberto um processo

importante e complexo e uma alocao tima pode resultar em significante economia.


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Se tratando de mineraes a cu aberto, os modos para a alocao de

caminhes mais utilizados so: alocao esttica e dinmica. Na alocao esttica, os

caminhes so fixados a um ponto de carga e a um ponto de descarga, ou seja, o seu

deslocamento ocorre apenas entre esses dois pontos durante um determinado perodo de

tempo. Na alocao dinmica, a cada carga e/ou descarga, o caminho direcionado

para um ponto especfico de acordo com critrios previamente estabelecidos.

Historicamente, as minas a cu aberto sempre operaram utilizando a alocao

esttica, mas com o desenvolvimento de novas tcnicas e tecnologias, a alocao

dinmica tem sido utilizada pelas principais empresas de minerao do mundo, pois

aumentam a possibilidade de contribuio para atendimento dos objetivos de produo.

Rodrigues (2006) afirma que a alocao esttica ainda o mtodo mais

utilizado nas mineraes, por no apresentar a obrigatoriedade de utilizao de um

sistema automtico de alocao. Porm, esse mtodo proporciona menor produtividade

devido maior probabilidade na gerao de filas de caminhes e consequentemente,

maior ociosidade dos equipamentos de carga. Esse tipo de alocao , geralmente,

aplicado em minas de pequeno a mdio porte.

Segundo Knights e Bonates (1999), a utilizao da alocao dinmica requer a

utilizao de um sistema de despacho. Pode se dizer que os termos alocao dinmica

e despacho so equivalentes, ou seja, o termo despacho refere -se alocao dinmica

de caminhes a equipamentos de carga. Tal sistema utiliza critrios pr-estabelecidos

para sua operao. Dentre esses critrios pode-se citar a maximizao do tempo total de

produo da mina, minimizao da quantidade de caminhes necessria para otransporte e maximizao da produo dos equipamentos de carga de modo a atender os

padres de qualidade da usina de tratamento.

Tu e Hucka (1985) explicam que, no sistema de despacho, ao contrrio da

alocao esttica, os caminhes no so alocados para um mesmo equipamento de carga

durante todo o tempo, o que significa que, aps cada descarregamento, o caminho

enviado a um equipamento de carga de acordo com a situao de momento da mina.


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Para Costa (2005), o problema de alocao dinmica de caminhes tem como

soluo o nmero de viagens a serem realizadas pelos caminhes em cada frente. Tal

nmero de viagens deve ser o mnimo necessrio para garantir um produto final que

atenda as especificaes preestabelecidas pelo cliente. Alm disso, essa quantidade

mnima de viagens deve prevenir a formao de filas nos pontos de carga e

basculamento, de forma a aumentar a produtividade da frota. O aumento de

produtividade da frota pode refletir um aumento na produo da mina ou a reduo do

nmero de equipamentos necessrios para manter o mesmo nvel de produo. Um

eficiente algoritmo para a alocao dinmica de caminhes importante porque ele

integra o sistema de despacho. Um sistema de despacho rene, ainda, um algoritmo de

sequenciamento de viagens, um sistema de comunicao entre os equipamentos decarga e caminhes e uma central de comandos.

2.3 Aplicaes de sistema de despacho

O sistema de despacho utilizado na Mina Casa de Pedra tem como

caracterstica a otimizao dos equipamentos atravs de alocaes dinmicas, utilizando

uma combinao de tcnicas de Pesquisa Operacional.

A aplicao de tcnicas de PO (Pesquisa Operacional) em minas a cu aberto

tem atrado o interesse de pesquisadores desde 1965, quando foi publicado o algoritmo

de programao dinmica de Lerchs-Grossmann para obteno da cava final tima

(Hustrulid e Kuchta, 1995). A partir desta data, foram desenvolvidos muitos outros

modelos e algoritmos para esse e outros problemas.

De acordo com Costa (2005), um eficiente algoritmo para alocao dinmica

importante na integrao do sistema de despacho computadorizado. Um sistema de

despacho rene um algoritmo de sequenciamento de viagens, um sistema de

comunicao entre os equipamentos de carga, caminhes e central de comandos.

Os clculos dos despachos computadorizados envolvem programao linear,

que um mtodo matemtico para resoluo de uma srie de problemas em diversas


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reas. Segundo Chanda e Dagdelen (1995), a rea de aplicao de programao linear

mais bem sucedida, em minerao, tem sido os problemas de blendagem e produo.

Eles sugerem que, sempre que a tcnica for utilizada em uma mina, deve-se modelar

matematicamente a situao para garantir a mistura (blendagem) tima.

Gershon (1982) - apud Pinto (2008), descreveu um modelo de programao

linear para otimizao de sequenciamento de operaes em minas. Segundo ele, a

programao linear tem sido aplicada a uma grande variedade de problemas em

minerao. Embora a maioria das aplicaes bem sucedidas na indstria da minerao

pode ser observada em problemas de mistura, h um grande potencial para aplicaes

na programao da produo e no sequenciamento.

Soumis et al. (1989) propuseram uma metodologia para resolver o problema de

despacho baseada em trs fases:

Escolha do equipamento: envolve a seleo da localizao dos equipamentos

de carga;

Planejamento operacional: estabelece uma estratgia tima (plano de

produo), para um determinado perodo de tempo, resolvendo um problemade rede com custos no lineares associados ao tempo de espera de caminhes

e equipamentos de carga e aos objetivos de qualidade;

Despacho: despacha cada caminho, em tempo real, resolvendo um

problema de atribuio.

White e Olson (1986) fazem uma discusso acerca dos aspectos dos sistemas

de despacho computadorizados em minas com objetivos simultneos, ou seja, que visamresolver em conjunto os problemas da produtividade da frota de equipamentos, da

blendagem e da garantia da taxa de alimentao da planta. Segundo eles, o uso de

programao linear em sistemas de despacho mais indicado quando a densidade

relativamente constante para qualquer tipo de material e todos os caminhes tem o

mesmo tamanho (capacidade). Eles descreveram um modelo baseado em dois passos:

Programao Linear e Programao Dinmica. A otimizao do despacho por


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programao linear dividida em duas partes: a primeira resolve o problema da

otimizao geral, enquanto que a segunda maximiza a produo. J a programao

dinmica, que segue o princpio da Otimalidade de Bellman`s, o qual diz uma poltica

tima tem a propriedade que, qualquer que sejam o estado inicial e a deciso inicial, as

decises restantes devem constituir uma poltica tima com relao ao estado resultante

da primeira deciso, envolve, no caso de despacho de equipamentos de carga e

transporte, alocaes timas de todos os caminhes que aguardam a solicitao de

atribuio para um equipamento de carga, atendendo ao timo previamente determinado

nos caminhos selecionados. O objetivo a minimizao dos custos relacionados

qualidade, transporte e estocagem do material. O modelo considera o ritmo de lavra, o

atendimento s taxas de alimentao da usina de beneficiamento e a qualidade damistura. Este modelo a base para o sistema Dispatch, que utilizado na mina Casa

de Pedra e que tambm utilizado em vrias minas em todo o mundo.

Pinto (2008), afirma que a formulao do problema da blendagem como um

modelo de programao linear clssico limitada, pelo fato de que apenas uma funo

objetivo pode ser formulada por vez, quando de fato o problema da blendagem /

produo multi-objetivo. Chanda e Dagdelen (1995) apresentaram uma formulaoconhecida como Programao Linear por Metas, que engloba dois critrios de

otimizao na funo objetivo: a maximizao de um critrio econmico e a

minimizao da soma dos desvios absolutos dos teores e das tonelagens em relao as

suas metas. Variveis de desvios foram usadas para calcular penalidades associadas ao

no atendimento das especificaes de qualidade. A vantagem desta aplicao - que foi

resolvida pelo mtodo Simplex - sobre a programao linear clssica justamente esta

funo objetivo secundaria (minimizar a soma dos desvios absolutos dos parmetrosindividuais de qualidade, bem como das tonelagens, em relao a um conjunto de

objetivos).

Ezawa e Silva (1995) desenvolveram um sistema de alocao dinmica de

caminhes visando a reduo da variabilidade dos teores dos minrios produzidos e a

gerao de ganhos de produtividade no sistema de transporte na Mina do Pico, em

Itabirito. Segundo eles, a preocupao se faz necessria devido a complexidade


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geolgica da reserva da mina. Este sistema pode ser considerado um exemplo de

tentativa de utilizao dos dois critrios de despacho (qualidade e produtividade), mas

no considera as polticas simultaneamente. De acordo com os autores, as condies

assumidas pelo sistema so:

Para reas com controle de qualidade: o parmetro de qualidade um

parmetro de deciso forte, que elimina qualquer outro, ou seja, para estas

reas o despacho feito de acordo com a poltica de qualidade. Em caso de

empate, o tempo de fila ser considerado como critrio de desempate.

Persistindo o empate, o despachador definir a sequencia dos outros fatores

de desempate (tempo de ciclo total, prioridade de produo, equipamento

mais produtivo);

Para reas sem o controle de qualidade: ignora-se o parmetro de qualidade,

utilizando diretamente o tempo em fila. Em caso de empate, o despacho

decidido da mesma maneira utilizada nas reas com controle de qualidade.

Costa (2005), modelou o problema da mistura de minrios oriundos de diversas

frentes de lavra com alocaes estticas e dinmicas, com uma metodologia de

otimizao baseada na meta heurstica Mtodo de Pesquisa em Vizinhana Varivel.

Os resultados deste estudo mostraram que a heurstica desenvolvida capaz de

encontrar solues finais de qualidade mais rapidamente que os mtodos baseados em

programao matemtica.

De acordo com etin (2004), o Dispatch, sistema de despacho desenvolvido

pela Modular Mining System um dos mais poderosos sistemas e utilizado em

muitas minas a cu aberto pelo mundo, inclusive na mina Casa de Pedra. Este sistemavisa maximizar a produtividade com os equipamentos disponveis ou minimizar os

equipamentos necessrios para atingir a produo desejada, de forma a minimizar as

filas de caminhes e ociosidades de equipamentos de carga, alm de ajudar a atingir os

objetivos de blendagem das operaes. O Dispatch realiza um despacho dinmico,

com monitoramento constante da seleo da rota, da localizao e do status dos

equipamentos.


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O Dispatch utiliza uma lgica de alocao por programao dinmica e

consiste de trs subsistemas: Best Path Melhor Rota (MR), Programao Linear (PL)

e Programao Dinmica (PD).

2.3.1 Best Path ou Melhor Rota (MR)

O algoritmo Melhor Rota (MR) o modelo inicial da estratgia de otimizao

e determina a melhor rota entre dois pontos da mina, optando pela distncia mais curta

como critrio. Ele precisa de informaes da rede de estradas e da topografia da mina

como base para seus clculos de rotas.

O modelo de mina mostra a estrutura que o sistema de despacho utiliza para

uma representao da escala de todos os locais e as estradas da mina real e so a base

para muitos dos algoritmos para a otimizao da frota.

Rede de estradas: Representa o modelo geogrfico da mina contido

dentro sistema de despacho. onde so cadastrados, atravs de coordenadas

geogrficas, locais como britadores, frentes de lavra, estoques, depsitos de estril,oficinas, postos de abastecimento e tambm todas as estradas que interligam estes

locais, permitindo localizar os equipamentos pela posio de GPS.

Topografia: Consiste do levantamento topogrfico da rea da mina e sua

insero no sistema de despacho. fundamental para a informao das cotas dos locais

cadastrados na rede de estradas e para utilizao do modelo 3D. A topografia deve ser

constantemente atualizada para se obter maior preciso no funcionamento dosalgoritmos.

A Melhor Rota recalculada toda vez que ocorrer mudanas nas rotas e

topografia da mina.


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2.3.2 Programao Linear (PL)

A programao linear compreende os modelos de programao onde as

variveis so contnuas e todas as expresses apresentam um comportamento linear.

A Programao Linear (PL) o segundo algoritmo da estratgia de otimizao

e recebe as informaes do modelo Melhor Rota (MR), para criar um plano mestre, com

o objetivo de maximizar a produtividade da mina. A programao linear determina o

fluxo ideal de material dos pontos de carga para os pontos de descarga, minimiza o

custo de remanuseio e estocagem, obedecendo a limites de qualidade para cada ponto de

descarga alm de satisfazer as necessidades de alimentao da planta. Esse plano conhecido como soluo da PL e contm circuitos de produo otimizados, que indicam

quais os depsitos que devem fornecer recursos (caminhes vazios) para quais

escavadeiras e suas respectivas taxas de alimentao (toneladas / hora) para cobrir as

escavadeiras. A PL aloca os recursos de transporte para as unidades de carregamento,

baseada em taxas de escavao e carregamento.

A taxa de escavao de um equipamento de carga dependente do tipo decaminho que ela carrega. Uma escavadeira pequena, por exemplo, pode demorar mais

tempo carregando um caminho maior devido maior dificuldade de despejar o

material. A relao de tamanho da caamba versus tamanho do caminho tambm

muito importante e determina o nmero de passes necessrios para encher e liberar o

caminho. A recomendao de no mnimo trs passes e no mximo seis. A PL utiliza

dados histricos para, sempre que possvel, alocar o caminho de tamanho ideal para o

circuito produtivo da escavadeira.

A PL designa um peso para cada circuito identificado como possvel

(restries como barramento de material, rotas fechadas, tornam alguns circuitos

impossveis).

O peso representa a produtividade dos caminhes nos circuitos:


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Produtividade do circuito cheio = Tamanho do caminho

(escavadeira depsito) Tempo viagem + tempo basculamento

Produtividade do circuito vazio = Tamanho do caminho

(depsito escavadeira) Tempo (viagem + manobra + carregamento)

Aps ordenar e priorizar os trajetos possveis, a PL seleciona as rotas que

geram os circuitos mais produtivos, ou seja, menor tempo de viagem e maior taxa de

carregamento. Esses circuitos mais produtivos so chamados de designaes PL.

A PL faz diversas anlises, verificando as configuraes inseridas no sistema e

busca a taxa mxima de alimentao, sendo limitada pelas diversas restries

operacionais (taxa de escavao, utilizao e limites dos britadores, parmetros de

qualidade, etc.) e pelos recursos de transportes disponveis (nmero de caminhes aptos

e parados).

Alem de determinar as taxas de alimentao dos britadores e depsitos, a PLcalcula o nmero de caminhes necessrios para atingir essas taxas. Esse clculo feito

da seguinte maneira:

Taxa de alimentao X Tempo de viagem

-----------------------------------------------------

Tamanho do caminho

2.3.3 Programao Dinmica (PD)

A programao dinmica uma tcnica de programao desenvolvida para

resolver problemas de decises sequenciais, ou multi estagiadas. Possui propriedades

que podem reduzir significamente o tempo de processamento de alguns algoritmos,

transformando funes exponenciais em funes polinomiais.


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Como regra geral, um problema susceptvel a ser abordado atravs de

programao dinmica, se nele forem identificadas trs caractersticas bsicas:

Ser um problema de deciso que pode ser decomposto em etapas de deciso

distintas;

Em cada etapa da deciso, seja possvel definir o estado da soluo;

Em cada etapa, decide-se para cada estado, qual o estado da etapa seguinte

que oferece melhor retorno para a soluo do problema.

No Dispatch, a Programao Dinmica (PD) o modelo que usa o plano

mestre da Programao Linear (PL) para fazer as designaes dos caminhes em tempo

real, obedecendo aos circuitos e as taxas de alimentao calculadas pela PL.

Na PD, a cada necessidade de alocao, verifica-se para cada uma das

possveis rotas qual ser a melhor opo de alocao. O caminho alocado dever

chegar ao ponto de carga quando o equipamento de carga estiver finalizando o

carregamento de todos os caminhes alocados anteriormente. Caso isso no seja

possvel, o caminho ser alocado para outro equipamento de modo a minimizar o seu

tempo em fila.

A PD designa caminhes, considerando restries como altura de

carregamento, frente fixa, rotas fechadas, ngulo de giro de escavao, entre outros. A

PD congela o cenrio atual da mina e coleta as informaes: localizao e tipo dos

equipamentos, o tempo esperado dos caminhes para fazer sua prxima ao, a posio

de cada escavadeira, os caminhes alocados para cada escavadeira e os respectivos

tempos de manobra e carregamento. Quando um caminho finaliza o basculamento, aPD o designa para um circuito mais produtivo, sempre minimizando as filas e

ociosidade de equipamentos de carga.

A designao dos caminhes vazios pela PD segue o seguinte fluxo:

1. A PD verifica o cenrio atual da mina, e coleta as seguintes informaes:


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localizao de cada caminho e seu destino inicial;

o tempo esperado do caminho para chegar ao seu destino;

o locale status de cada escavadeira;

os caminhes alocados para cada escavadeira e os respectivos tempos de

manobra e carregamento

2. A PD gera uma lista de circuitos (depsito escavadeira) criados pela PL,

verifica a capacidade do ciclo produtivo e a necessidade de caminhes no circuito.

3. A PD gera tambm uma lista dos caminhes que vo pedir alocaes de

carregamento. Essa lista inclui caminhes cheios se deslocando ou j posicionados nosdepsitos e os caminhes vazios em deslocamento para escavadeiras. O primeiro

caminho nessa lista o que possui o menor tempo esperado para solicitar a alocao de

carregamento.

A figura 7 demonstra a funo de cada algoritmo utilizado pelo sistema de

despacho:

Figura 7Esquema geral simplificado do sistema de despacho na lavra a cu aberto utilizando algoritmos de otimizao


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2.4 Ciclo de carregamento e transporte

Em minas a cu aberto, as atividades se iniciam com a preparao da rea a ser

lavrada para que ela possa ser perfurada e detonada. Aps a detonao, o equipamento

de carga deslocado para frente de lavra, no local onde a carga foi desmontada, e se

inicia o processo de carregamento. Os caminhes carregados transportam o material at

determinados pontos de descarga: britadores, estoques de minrio e pilhas de estril.

Em seguida so alocados para uma frente de lavra disponvel, onde repetiro as mesmas

operaes. Este processo est ilustrado na figura 8.

Figura 8 - Fluxograma simplificado do ciclo operacional de uma mina a cu aberto


O ciclo de um caminho composto pelas seguintes etapas: Deslocamento

vazio, carregamento, deslocamento cheio e basculamento. Entre estas etapas podemos

considerar novos eventos que so chamados de tempos fixos. Os tempos fixos so:

Tempo de fila no carregamento e basculamento, tempo de manobra no carregamento e

basculamento e tempo de carregamento.


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O sistema de despacho direciona os caminhes para os equipamentos de carga

de forma automtica, com a ativao do comando destino feito pelo operador atravs

do computador de bordo alocado no equipamento e a partir desta ao comea a ser

contabilizado o tempo de deslocamento vazio. Ao chegar praa de carregamento

indicada, o operador informa esta ao, novamente no computador de bordo, iniciando a

contagem do tempo de manobra para o carregamento ou tempo de fila (caso haja

alguma caminho em carregamento no momento). Aps a realizao da manobra, no

momento em que se iniciar o processo de carregamento, o operador deve apontar o

incio de carga, desta forma finalizado a contagem do tempo de manobra e se inicia

o tempo de carregamento. Completada a ao de carregamento, o operador do

equipamento de carga deve apontar o fim do carregamento, indicando que o caminhoest carregado e pronto para transportar o material at o local de basculamento. Aps

esta ao, o sistema de despacho aloca este equipamento, de forma automtica, ao ponto

de descarga. A prxima etapa contabilizada o tempo de deslocamento carregado. Ao

chegar no ponto de basculamento, o operador realiza a ltima etapa do ciclo, novamente

a chegada, iniciando a contagem do tempo de basculamento. Ao trmino do

basculamento, o ciclo se reinicia com o comando destino. Este processo est

demonstrado na figura 9.

Figura 9Fluxograma simplificado do ciclo de operao em uma lavra a cu aberto tpica


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27

Em resumo, para a realizao completa do ciclo, so necessrios quatro

apontamentos do operador de equipamento de transporte: destino; chegada; incio de

carga e chegada no local de descarga. E um apontamento do operador de equipamento

de carga: fim do carregamento. Estas informaes alimentam um banco de dados, que

atravs de consultas e frmulas especificas, se transformam em indicadores de

desempenho.

importante considerar que os equipamentos de transporte so produtivos

somente quando esto transportando material, ou seja, se deslocando carregados. Os

equipamentos de carga so considerados produtivos quando esto em processo de

carregamento. O perodo de filas e ociosidades so os principais fatores para a perda deprodutividade.

2.5 Avaliao de desempenho

Avaliar apreciar, estimar, criticar ou julgar. Desempenho o comportamento

real do indivduo em face de uma expectativa ou de um padro de comportamento

estabelecido pela organizao.

A avaliao de desempenho tem como principal objetivo diagnosticar e

analisar odesempenho individual e grupal dos funcionrios, promovendo o crescimento

pessoal e profissional, bem como melhor desempenho. Alm disso, fornece

administrao de recursos humanos informaes para tomadas de decises acerca de

salrios, mritos, bonificaes, promoes, demisses, treinamentos e planejamento de

carreira, proporcionando o crescimento e o desenvolvimento do empregado avaliado.A avaliao de desempenho a crtica que deve ser feita na defasagem

existente no comportamento do indivduo entre a expectativa de desempenho definida

com a organizao e o seu desempenho real.

A anlise do gapou da distncia entre o comportamento ideal e o real o

foco essencial da avaliao de desempenho.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Desempenhohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Administra%C3%A7%C3%A3o_de_recursos_humanoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Administra%C3%A7%C3%A3o_de_recursos_humanoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Desempenho


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28

As pessoas diferem entre si no que se refere s atitudes, hbitos, prticas,

disposio para realizar as suas atividades, cumprimento de prazos e compromissos,

interesse, assimilao de novas atribuies, posturas diante dos superiores, colegas e

subordinados, zelo pessoal e em uma srie de outros fatores. A avaliao de

desempenho tem por finalidade apreciar, de modo sistemtico e formal, as diferenas

individuais de desempenho na situao de trabalho.

Antoniolli (2003) cita que a necessidade do gerenciamento de desempenho

cada vez mais efetivo tem impulsionado as empresas a desenvolverem formas de

monitorar e avaliar o seu desempenho.

Oliveira e Leal Jnior (2005) afirmam que a ferramenta de avaliao de

desempenho deve propiciar subsdios que permitam comparar diversas bases de

informaes e deve refletir o real diagnstico da situao, possibilitando identificar os

pontos fortes da gesto, bem como os pontos fracos merecedores de maior ateno.

Em virtude da dinmica do mundo de trabalho atual, o sistema homem-

mquina sofre o estresse dos ritmos intensos de modificaes tecnolgicas, mercadoscompetitivos e presses de diferentes origens no ambiente de trabalho (Rasmussen,

1997). Para o operador de hoje, no basta apenas a operao manual de maquinas, mas

a percepo de sinais e a interpretao dos dados gerados pelas interfaces embarcadas.

Alm dos fatores relacionados diretamente ao ser humano, existem fatores

organizacionais que tem forte influncia no desempenho operacional. De acordo com

Rasmussen (1997), as presses internas e as jornadas de trabalho so fatores capazes deinfluenciar o desempenho humano no sistema.

Fatores como recursos computacionais e ferramentas de controle podem

auxiliar o operador a perceber quando suas aes no esto dentro de uma meta

previamente determinada, possibilitando um melhor desenvolvimento individual.

Existem vrios sistemas, ou mtodos, de avaliao de desempenho. De acordo

com Chiavenato (1999), os mtodos mais tradicionais de avaliao de desempenho so:


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1) Escalas grficas de classificao: o mtodo mais utilizado nas empresas.

Avalia o desempenho por meio de indicadores definidos, graduados atravs da

descrio de desempenho numa variao de ruim a timo. Para cada nvel pode haver

exemplos de comportamentos esperados para facilitar a observao da existncia ou no

do indicador. Permite a elaborao de grficos que facilitaro a avaliao e

acompanhamento do desempenho histrico do avaliado.

2) Escolha e distribuio forada: consiste na avaliao dos indivduos atravs

de frases descritivas de determinado tipo de desempenho em relao s tarefas que lhe

foram atribudas, entre as quais o avaliador forado a escolher a mais adequada para

descrever os comportamentos do avaliado. Este mtodo busca minimizar a subjetividadedo processo de avaliao de desempenho.

3) Pesquisa de campo: baseado na realizao de reunies entre um especialista

em avaliao de desempenho da rea de Recursos Humanos com cada lder, para

avaliao do desempenho de cada um dos subordinados, levantando-se os motivos de tal

desempenho por meio de anlise de fatos e situaes. Este mtodo permite um

diagnstico padronizado do desempenho, minimizando a subjetividade da avaliao.Ainda possibilita o planejamento, conjuntamente com o lder, do desenvolvimento

profissional de cada um.

4) Incidentes crticos: enfoca as atitudes que representam desempenhos

altamente positivos (sucesso), que devem ser realados e estimulados, ou altamente

negativos (fracassos), que devem ser corrigidos atravs de orientao constante. O

mtodo no se preocupa em avaliar as situaes normais. No entanto, para haversucesso na utilizao desse mtodo, necessrio o registro constante dos fatos para que

estes no passem despercebidos.

5) Comparao de pares: tambm conhecida como comparao binria, faz

uma comparao entre o desempenho de dois colaboradores ou entre o desempenho de

um colaborador e sua equipe, podendo fazer o uso de fatores para isso. um processo
http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADderhttp://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADder


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muito simples e pouco eficiente, mas que se torna muito difcil de ser realizado quanto

maior for o nmero de pessoas avaliadas.

6) Auto-avaliao: a avaliao feita pelo prprio avaliado com relao a sua

performance. O ideal que esse sistema seja utilizado conjuntamente a outros sistemas

para minimizar o fortevis e falta de sinceridade que podem ocorrer.

7) Relatrio de performance: tambm chamada de avaliao por escrito ou

avaliao da experincia, trata-se de uma descrio mais livre acerca das caractersticas

do avaliado, seus pontos fortes, fracos, potencialidades e dimenses de comportamento,

entre outros aspectos. Sua desvantagem est na dificuldade de se combinar ou compararas classificaes atribudas e por isso exige a suplementao de outro mtodo, mais

formal.

8) Avaliao por resultados: um mtodo de avaliao baseado na comparao

entre os resultados previstos e realizados. um mtodo prtico, mas que depende

somente do ponto de vista do supervisor a respeito do desempenho avaliado.

9) Avaliao por objetivos: baseia-se numa avaliao do alcance de objetivos

especficos, mensurveis, alinhados aos objetivos organizacionais e negociados

previamente entre cada colaborador e seu superior. importante ressaltar que durante a

avaliao no devem ser levados em considerao aspectos que no estavam previstos

nos objetivos, ou no tivessem sido comunicados ao empregado. E ainda, deve-se

permitir ao empregado sua auto-avaliao para discusso com seu gestor.

10) Padres de desempenho: tambm chamada de padres de trabalho

quando h estabelecimento de metas somente por parte da organizao, mas que devem

ser comunicadas s pessoas que sero avaliadas.

11) Frases descritivas: trata-se de uma avaliao atravs de comportamentos

descritos como ideais ou negativos. Assim, assinala-se sim quando o comportamento

do operador corresponde ao comportamento descrito, e no quando no corresponde.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vi%C3%A9shttp://pt.wikipedia.org/wiki/Vi%C3%A9s


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diferente do mtodo da Escolha e distribuio forada no sentido da no

obrigatoriedade na escolha das frases.

Para Moscovic (2000), por meio de feedback que uma pessoa pode ser

auxiliada a reconhecer em que precisa melhorar, da necessidade de se adquirir novos

conhecimentos, de desenvolver novas habilidades ou aptides e mesmo esclarecer sobre

atitudes inadequadas que precisam ser modificadas ou extintas. Segundo o autor, o

feedback, seja ele positivo ou negativo, se torna mais eficaz quando aplicado no

momento adequado.

2.6 Simulao

A simulao, segundo Pegden et al. (1990), um processo onde se projeta um

modelo computacional de um sistema real e se realiza experimentos com este modelo

com o propsito de entender seu comportamento e/ou avaliar estratgias para sua

operao. Desta maneira, pode-se entender a simulao como um processo amplo que

engloba no apenas a construo de modelos, mas todo o mtodo experimental que se

segue, buscando: Descrever o comportamento do sistema;

Construir teorias e hipteses considerando as observaes efetuadas;

Usar o modelo para prever o comportamento futuro, isto , os efeitos

produzidos por alteraes no sistema ou nos mtodos empregados em sua

operao.

Os termos "modelos" e "sistemas" so os componentes chave da definio desimulao. Por modelo se entende a representao de um grupo de objetos e idias. Por

outro lado, um sistema um grupo ou coleo de elementos inter-relacionados que

cooperam para executar algum objetivo pr-estabelecido (Pegden, 1990).

Panagiotou (1999) afirma que a simulao uma tcnica aplicvel devido ao

alto desempenho e baixo custo de computadores, da existncia de linguagens


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sofisticadas que permitem a construo rpida de modelos e da facilidade de mudanas

e atualizaes nos modelos em conseqncia de alteraes nas operaes das minas.

Outra razo para o crescente uso da simulao a rapidez de manipulao e facilidade

de uso.

Segundo Knights e Bonates, (1999), simulao envolve modelar um problema

para tornar possvel experimentar e testar alternativas e formas de ao, propiciando

boas idias sobre esses problemas sem as despesas envolvidas na experimentao em

um sistema real.

De acordo com Maran e Topuz (1988), a simulao envolve a construo deum modelo matemtico que descreve a operao do sistema investigado. O modelo

simulado vrias vezes para determinar o seu comportamento. Em consequncia disso, a

simulao pode ser usada para obter medidas de desempenho para um sistema

complexo atravs de experimentos de amostragem em um modelo matemtico do

sistema.

Como um modelo de simulao pode ser definido como uma representaosimplificada do sistema real, ao se projetar um modelo de simulao, deve-se definir

quanto o modelo de simulao vai se aproximar do sistema real (Knights e Bonates,

1999).

Uma simulao simples prev o desempenho de um sistema de operaes sob

um conjunto especifico de entradas. Como afirma Robinson (2004), a simulao uma

abordagem experimental para a modelagem, assim como uma ferramenta de anlise,pois o usurio entra com os dados (inputs) e o modelo gera alguns cenrios com a

previso dos resultados. Desta maneira, o usurio do modelo continua a explorar

cenrios alternativos at que ele obtenha conhecimento suficiente ou identifique como

melhorar o sistema real. Com isso, ele procura obter um cenrio ideal que o auxiliar na

tomada de decises.


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A utilizao de sistemas de simulao permite rpida avaliao com baixo

custo de uma srie de problemas levantados, sem a necessidade de interferir no sistema

a ser analisado. Segundo Tu e Hucka (1985), a simulao faz o papel de laboratrio ou

planta-piloto em situaes onde a execuo de experincias seria fisicamente

impraticvel ou proibitiva em termos de custos.

De acordo com Sturgul (1995), quando obtemos uma soluo usando simulao

computacional importante entender o significado da soluo, j que um modelo de

simulao no resolve um problema, apenas mostra como um sistema ir operar sob um

conjunto de parmetros.

A simulao tem sido largamente utilizada em: manufatura, manuseio de

materiais, sistemas militares, controle de trfego, treinamento de pilotos e motoristas,

sistemas de planejamento e projeto de minas e vrios sistemas com forte estrutura de

filas.

2.6.1 Utilizao da Simulao nas indstrias minerais

As primeiras aplicaes de simulao em minas ocorreram nos Estados Unidos

e na Europa. Na Europa, os primeiros estudos de simulao em minerao foram no

transporte em minas subterrneas. Rasche e Sturgul (1991) citam que o primeiro estudo

de simulao em minas publicado foi apresentado por Rist (1961). Nesse estudo, foi

determinado o nmero timo de trens numa mina subterrnea.

A partir do final dos anos 80, a utilizao de tcnicas de simulao paraplanejamento e analise de novos projetos de operao em mina, para modificao e

melhoramento dos processos existentes se popularizou. A simulao no um mtodo

de otimizao, mas uma ferramenta que pode ajudar no aperfeioamento de operaes

de qualquer rea especfica das minas.


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Segundo Sturgul (1995), a maioria dos primeiros modelos eram implementados

utilizando a linguagem FORTRAN e, consequentemente, resultavam em modelos

difceis de aplicar s diferentes situaes encontradas nas minas.

Panagiotou (1999) afirma que a simulao tem se estabelecido como a nica

tcnica que pode rodar sistemas de minerao complexos, os quais so de natureza

estocstica, mudam dinamicamente ao longo do tempo e do espao e operam dentro de

um ambiente econmico varivel.

Para Maran e Topuz (1988), a simulao computacional pode ser usada como

uma forma de experimentao e avaliao de problemas de despacho, especialmentequando mtodos analticos na produzem resultados satisfatrios.

Tu e Hucka afirmam que os sistemas de transporte em uma mina a cu aberto

de grande porte so to complexos, que se torna difcil obter resultados quantitativos

pela teoria de filas. Segundo os autores, a simulao computacional provavelmente o

nico mtodo prtico para predizer a performance de um sistema de transporte de

caminhes sob controle do despacho computadorizado.

Para Panagiotou (1999), a utilizao de computadores de alto desempenho

aliado a linguagens de simulao/modelagem que permitem a construo rpida de

modelos e facilitam as alteraes, tem tornado a simulao uma importante ferramenta

na minerao.

De acordo com Knights e Bonates (1999), modelos discretos de simulaopodem ser aplicados para estimar variveis de produo durante as fases de estudo de

viabilidade e planejamento de projetos e avaliar estratgias alternativas de operao em

mineraes.

A simulao tem sido usada como uma ferramenta para responder uma srie de

questes, como: (o que acontece... se?), visando avaliar alternativas antes da construo

ou modificao do sistema atual, testar o comportamento de diferentes tticas


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operacionais e prever o desempenho econmico e operacional de diversas estratgias

Panagiotou (1999).

Tu e Hucka (1985) desenvolveram um modelo de simulao para analisar a

performance de operao de carga e transporte em uma mina a cu aberto. Alm de

permitir a analise das operaes dos equipamentos, o modelo pode ser usado para

avaliar diferentes cenrios de redes de transporte na fase de planejamento. Eles usaram

a linguagem de simulao SLAM (Simulation Language for Alternative Modeling). No

modelo em questo, os caminhes foram considerados as entidades e os equipamentos

de carga, os recursos. Os resultados da simulao indicaram que o uso do despacho

computadorizado podia gerar uma reduo de 2 a 3% no tamanho total da frotanecessria.

Ezawa e Silva (1995) utilizaram a simulao para a concepo, validao e

implantao do sistema de alocao dinmica de caminhes na Mina do Pico

(Itabirito/MG), onde todos os testes preliminares foram realizados nos prottipos e no

com o sistema em operao. Eles afirmam que a simulao foi importante para se

levantar problemas operacionais do sistema e corrigi-los antes da implantao,proporcionando rpida assimilao da nova tecnologia pelos envolvidos.

Knights e Bonates (1999) analisaram algumas aplicaes de simulao na

indstria mineral na Amrica do Sul. Eles citaram exemplos de uso da simulao em

Minas Gerais, Bahia, Gois e outros estados brasileiros, alm de outros pases da

Amrica do Sul. Para eles, o uso da simulao no continente parece estar restrito s

universidades e grandes companhias mineradoras.

Merschmann (2002) desenvolveu um sistema de otimizao e simulao para

anlise de cenrios de produo em minas a cu aberto, o OTISIMIN. De forma

semelhante ao SIMIN, o OTISIMIN foi desenvolvido em Delphi, com base no DCA e

no mtodo das trs fases. Esse sistema dividido em dois mdulos:


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a. Otimizao: Trabalha com programao linear e utiliza o software de

otimizao LINDO.

b. Simulao.

etin (2004) desenvolveu um modelo para simular o despacho e produo de

uma mina a cu aberto de mdio porte, com o intuito de analisar e comparar regras

heursticas de despacho de caminhes. Os resultados das analises estatsticas mostraram

que os efeitos das regras bsicas de despacho no so significativos para a performance

do sistema.

A partir dos anos 90, o interesse no uso de simulao a eventos discretos emminas a cu aberto e subterrneas aumentou consideravelmente. Atravs da simulao e

da animao pode-se chegar a um novo patamar no estudo da engenharia de minas.


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CAPTULO 3

Estudo de caso Mina Casa de Pedra

As metodologias desenvolvidas neste trabalho foram aplicadas utilizando

informaes reais da mina Casa de Pedra. Sero abordados os materiais e as

metodologias utilizadas no processo de classificao dos operadores de carga e

transporte, bem como suas particularidades. Os operadores foram classificados de

acordo com o tipo de equipamento (transporte e carga), aps ser apresentada ametodologia de classificao e a anlise estatstica dos dados.

3.1 - Materiais e mtodos

A empresa dispe de um sistema de controle de trfego que monitora todos os

equipamentos de carga e transporte. Sua principal funo o gerenciamento da mina

com objetivo de otimizar a operao de lavra e maximizar a produtividade geral damina, desta forma, reduzindo custos operacionais.

O sistema recebe dados em tempo real, atravs de informaes via rede

wireless, utilizao de GPS e utilizao do computador de bordo embarcado em cada

equipamento.

3.1.1 Rede de telecomunicaes

A rede de telecomunicaes via wireless refere-se a transmisso de dados via

passagem area sem a necessidade do uso de cabossejam eles telefnicos coaxiais ou

pticos por meio de equipamentos que usamradiofrequncia (comunicao via ondas

de rdio). A rede utilizada na mina denominada Masterlink e proporciona taxas de

transmisso de dados em banda larga de 11 a 54 Mb/s. A rede composta por

hardwares de processamento e converso de dados, antenas repetidoras mveis,
http://pt.wikipedia.org/wiki/Radiofrequ%C3%AAnciahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Radiofrequ%C3%AAncia


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