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Enviar por e-mailDescrição do Problema
A Usina Presidente Arthur Bernardes da Gerdau Açominas é uma planta integrada, abrangendo os processos de redução, refino e laminação. Em 2007, com a entrada do Alto-Forno 2 a usina finalizou mais uma etapa de seu plano de expansão da capacidade instalada, elevando a produção de 3 para 4,5 milhões de toneladas de aço ao ano. Além do Alto-Forno, que transforma matérias-primas básicas como sínter, minério granulado e coque em ferro-gusa, outros investimentos foram feitos na área de redução, dentre os quais uma nova máquina de sinterização e um novo conjunto de baterias de coqueificação.A área de redução contém, além dos equipamentos acima mencionados, pátios para a armazenagem dos minérios, produtos intermediários do processo (como o sínter e o coque) e co-produtos gerados na usina. Esses materiais sofrem um processo de degradação, quando em estoque sob a ação do tempo. Em virtude disto, necessitam de ser peneirados antes de seu carregamento nos altos-fornos. O material desviado é reaproveitado na própria área. Os finos de coque, por exemplo, são utilizados como combustível na sinterização, em complementação a antracitos importados. Já o degradado da carga metálica é reutilizado na sinterização, assim como outros resíduos gerados na usina (ex: pós de altos-fornos, carepas, etc.), haja vista sua alta qualidade química.
Parte dos minérios de ferro é adquirida de fornecedores externos. Todavia, a Gerdau possui minas próprias (Várzea do Lopes e Miguel Burnier) que respondem atualmente por cerca de 30% do minério consumido pela usina. Esses materiais são processados em plantas de beneficiamento.
O Desafio
A Gerência de Programação e Coordenação da Produção da unidade Açominas é responsável, entre outros, pela geração da "Programação Mensal de Produção da Redução". Este processo é iniciado pela consolidação das programações de produção dos vários departamentos da área de redução da usina, quais sejam, Altos-Fornos, Sinterizações, Coquerias e Minas/Plantas de Beneficiamento.
Em seguida, é verificada a consistência entre esses diversos programas de produção, gerados independentemente. No caso da identificação de divergências nos balanços de massa dos produtos e co-produtos considerados no plano, a Gerência negocia com as áreas revisões em suas respectiva programações, de forma a obter um planejamento integrado factível. O mix de sinter feeds, por exemplo, é determinado pela área de sinterização. Ele é gerado segundo um critério de minimização de custo, respeitadas as restrições físico-químicas do produto final, mas não considera a dinâmica de recebimento dos vários minérios. Quando da consolidação das programações, o balanço diário de cada material é calculado de acordo com seu estoque inicial e suas programação de recebimento e consumo. Caso seja identificada uma falta do material, uma nova mistura é solicitada da área de sinterização.
A Programação Mensal era gerada de forma manual, através do Excel. Para melhorar seu processo de planejamento integrado a Gerdau contratou da UniSoma os serviços customização e implantação do PRIME (Process Industry Metaframe).
O maior desafio deste projeto foi o de replicar, no PRIME, todos os cálculos de balanço de produtos e co-produtos considerados na programação mensal. Outra necessidade identificada desde o início do projeto foi a de viabilizar a alimentação automática de dados para o Sistema, de forma a minimizar a entrada manual.
A Solução
O PRIME é um sistema de suporte às decisões de planejamento tático e operacional de indústrias de processos de transformação. Desenvolvido em AIMMS a partir das experiências da UniSoma em projetos de siderurgia, o PRIME possui um modelo de dados geral e flexível. Além de considerar possibilidades de geração de co-produtos nos processos, o PRIME trata "receitas variáveis" para os processos, em contraposição às receitas fixas de um BOM típico. Este tipo de cálculo é realizado segundo um modelo matemático de otimização nele embutido. O modelo de otimização do PRIME é de Programação Misto-Inteira e determina, entre outros:
» o nível de produção ótimo de cada processo, segundo limites pré-estabelecidos;
» o consumo e a geração dos produtos nos vários processos, segundo receitas fixas ou variáveis;
» as necessidades de compra através dos acordos contratuais firmados e/ou "em análise";
» as oportunidades de venda de co-produtos, também segundo contratos vigentes e/ou futuros;
» as políticas de estocagem estratégica dos diversos produtos.
A primeira etapa do projeto de implantação do PRIME consistiu no levantamento de processos da área de redução, e sua representação segundo o modelo de dados da aplicação. Considerou ainda a determinação dos procedimentos de cálculo dos consumos e/ou gerações de produtos e co-produtos nos processos segundo o flexível esquema de representação de receitas (fixas ou variáveis) do PRIME.
O esquema abaixo ilustra um sub-conjunto dos processos definidos na fase de levantamento. Ele indica a produção de sínter a partir da pilha de blendado e o reaproveitamento do material degradado (sub-produto do processo de peneiramento dos sínteres direto e do pátio) nesta mesma pilha. Este é um exemplo de cálculo "circular" do balanço de massa de um produto representado na aplicação.
Em seguida procedeu-se uma customização da ferramenta, segundo requisitos próprios da área de planejamento para o modelo de otimização e sua GUI. Finalmente, a aplicação foi integrada à planilha de Programação Mensal para (a) a leitura dos dados de entrada do modelo (limites de produção, tempos de parada, coeficientes específicos e/ou fixos de consumo e/ou geração) e (b) exportação do plano de produção otimizado e consequente apresentação na forma de relatórios gerenciais.
