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O Pátio de Placas do Laminador de Tiras à Quente (LTQ) na AMT é um conjunto de equipamentos, pessoas e sistemas que recebe placas das Máquinas de Lingotamento Contínuo (MLC), do condicionamento e da mesa de rejeitos. A programação da Aciaria tem como objetivo garantir uma produção constante, sem quebra de sequências, e com um custo satisfatório. Para isso, há um lote mínimo de produção (chamado "corrida") em cada MLC para as dimensões da placa e para cada tipo específico de aço.
Já o LTQ busca um ponto ótimo divergente da Aciaria. Seu objetivo é formar agrupamentos de largura e espessura (chamadas "instruções de laminação") que otimizem a utilização dos cilindros de trabalho, evitando-se, assim, que ocorram desvios de qualidade do perfil transversal das bobinas (high-spot) ou de qualidade superficial (carepa) decorrente de um desgaste acentuado desses cilindros. Ainda, saltos de espessura, largura e carbono equivalente limitados favorecem o atravessamento estável da tira no trem acabador e contribuem para os acertos dimensionais requeridos pelos clientes.
O pátio do LTQ se torna, dessa forma, um pulmão que garante que as placas necessárias para a formação de uma Instrução de laminação estejam disponíveis independentemente das corridas produzidas na Aciaria. Dessa forma, o funcionamento do pátio se torna contínuo e estável.
Há três pátios de placas distintos alimentando o LTQ (A, B e C). As placas lingotadas na MLC-1 e na MLC-2 chegam através de Mesas de Transferências e são transportadas para as pilhas existentes no pátio através de Pontes Rolantes (PR).
Havendo a necessidade de se transferir placas entre os pátios, Carros de Transferência (CT) podem ser utilizados. O envio de placas para o LTQ ocorre através da Mesa de Enfornamento, a qual alimenta o Forno de Reaquecimento. As placas armazenadas no Pátio A devem ser transferidas para o Pátio B ou C antes de serem enfornadas.
Uma vez atingida a temperatura de laminação, cada placa é retirada do forno, entrando no LTQ. Caso uma placa já enfornada tenha de ser desviada (e.g. por problema de qualidade), há um Carro de Rejeito (CR) que leva a placa diretamente para o pátio C.
Antes de serem enfornadas, as placas são levadas para uma área próxima à mesa de enfornamento conhecida como área de campanha. Essa operação visa garantir a alimentação do forno de maneira constante e na sequência definida pela instrução de laminação, sem que haja interrupções por problemas no pátio.
O pátio de placas do LTQ é gerenciado por um sistema chamado de SYM, sendo este responsável por:
» Comunicação com outros sistemas;
» Mapeamento e rastreabilidade de placas;
» Mapeamento das mesas de rolos;
» Gerenciamento de instruções de transporte de placas;
» Gerenciamento do pátio para formação de placas nas pilhas;
» Interface com o usuário;
É papel do SYM, por exemplo, gerenciar as instruções de alocação de placas no pátio. Através de informações vindas de sistemas de um nível superior, planejamento e controle de produção, o SYM toma a decisão sobre a pilha onde uma placa vinda de uma MLC será alocada e gera as instruções necessárias para que todas as movimentações de pontes rolantes, carros de transferência e mesas de rolos sejam executadas. O sistema de planejamento de produção da Aciaria e Laminação, respectivamente AlphaPlanner e BetaPlanner, ambos da AIS steelplanner, são responsáveis pela geração das sequências de entrada e saída de placas, que devem ser gerenciadas no Pátio de Placas.A arquitetura do SYM é baseada em regras priorizadas. Porém, o conjunto de regras descritas por esse sistema na AMT é incompleto, sendo complementado por comandos manuais lançados pelos operadores do pátio.
O Desafio
Em 2005 o Departamento de Engenharia de Produção da AMT contratou a UniSoma e Franco Arbeit Engenharia para estudar os investimentos necessários que garantissem um throughput através do pátio de placas compatível com seu plano de expansão de capacidade de produção de bobinas laminadas, de 4,0 Mt para 2009. Este estudo deveria considerar:
» inclusões de novos recursos como pontes e carros de transferência;
» alterações de lay-out no pátio tais como extensões nas mesas de rolos, novos endereços para alocação de pilhas, aumento da velocidades das pontes, reposicionamento da hot-box e aumento da altura máxima das pilhas;
» o redirecionamento do fluxo de placas no pátio;
» novas regras de movimentação das placas.
A Solução
Para o estudo foi desenvolvido um modelo de simulação de eventos discretos baseado em orientação a processos, utilizando o Framework de simulação desenvolvido pela UniSoma e pela Franco Arbeit Engenharia em linguagem Java. O resultado foi um ambiente completo de simulação e análise de resultados. Além disso, recursos de animação foram incorporados ao sistema para acelerar a validação e o debugging do modelo e facilitar a exibição dos resultados.
A validação do modelo se deu através da emulação da situação corrente de movimentação de placas através do pátio. Neste momento, as regras de movimentação definidas no SYM, e replicadas no modelo, mostraram-se insuficientes para a operação automática do pátio. Assim, um conjunto de regras complementares, baseadas na prática dos operadores, foram levantadas e incorporadas no modelo.
Uma vez desenvolvido e validado, o modelo de Simulação em Computador foi utilizado para o teste de configurações alternativas e novos cenários para a operação do pátio. Cada combinação de configuração e cenário foi simulada e analisada para que conclusões pudessem ser feitas a respeito de seu potencial ganho futuro.
Benefícios
Dentre as várias alternativas simuladas, uma atendeu as necessidades da AMT de maneira eficaz e surpreendente: a especialização de pátios. Através deste novo paradigma, as placas lingotadas seriam enviadas apenas para os pátios B e C. O Pátio A passaria a ser considerado como uma grande área de campanha, sendo responsável pelo enfornamento.
Em resposta a esse novo fluxo, pode-se notar uma redução significativa na interferência de recursos, sobretudo as pontes rolantes, o que se traduziu num aumento de capacidade de movimentação. Os resultados simulados mostraram que a utilização da especialização de pátios garantiria ao pátio de placas do LTQ um ganho de quase 60% na produtividade.
Em termos metodológicos, logrou-se obter, através deste projeto, um ambiente robusto e flexível de estudo de novos patamares de produção. Graças ao uso de técnicas de orientação a objetos e orientação a processos, tanto a adição de novos recursos e alterações de layout como a alteração e adição de novas regras podem ser nele feitas de forma ágil e prática.
Desdobramentos
O sucesso dos resultados obtidos pelo projeto originou uma série de desdobramentos nos estudos.
Análise de Contingências
Em outubro de 2007 um novo projeto foi realizado com o Departamento de Engenharia de Produção da AMT: a Análise de Contingências da proposta de solução resultante do Estudo dos 4,0 Mta. Essa etapa visou a análise de Paradas Programadas e por Falha dos recursos diversos do pátio, nas novas condições propostas para produção em 4,0 Mta.
O projeto abrangeu ainda os seguintes estudos:
» Análise de Recebimento CC3 (novo lingotamento) e eventuais gargalos resultantes;
» Análise de Recebimento de placas Twin;
» Análise de Impacto de Rejeito de Placas no Pátio;
» Análise de Produção de Chapa Grossa e seu impacto no sistema.
Devido ao ambiente completo de simulação do pátio de placas desenvolvido no âmbito da Análise dos 4,0 Mta, essas análises puderam ser feitas em um prazo de 4 meses.
Análise dos 5,0 Mta e Suporte à Especificação do novo SYM
De janeiro a setembro de 2008 foram analisados os investimentos para o fluxo num novo patamar de 5,0 Mta de placas através do pátio, expandindo ainda mais os resultados obtidos no projeto original. Além disso, foi dado suporte à especificação funcional do novo sistema de gerenciamento de nível 2 do pátio de placas, conduzido pelo Departamento de Engenharia de Automação. Tal sistema incorporou as mudanças lógicas no fluxo de placas do sistema, resultante do Estudo dos 4,0 Mta.
Neste novo projeto foram realizados os seguintes estudos:
» Análise de Recebimento CC3 (novo lingotamento) na nova condição;
» Implementação de um Empilhador/Desempilhador Automático de placas nas mesas de rolos;
» Análise de Sensibilidade da Velocidade das Pontes;
» Estudo da transferência de placas entre os pátios, através do uso racional dos carros de transferência ou novos recursos;
» Flexibilização dos endereços do pátio, visando facilitar o posicionamento das placas;
» Estudo do Impacto da Retirada da Hot-Box no lay-out;
» Análise da Extensão da Área útil do Pátio.
Como resultado do projeto, foram identificados os diversos gargalos de sistema que impedem o aumento da produtividade até patamares altamente elevados de produção (5,0 Mta ou mesmo superiores). Dessa forma, foram propostos novos recursos para eliminar tais gargalos. Um exemplo é um desempilhador de placas que alivia o trabalho das pontes rolantes e cria um buffer de enfornamento capaz de abastecer o forno mesmo em altos níveis de produção.
