otimização do sistema de alarmes em uma planta...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena
CYNTHIA FERREIRA ALVES
Otimização do sistema de alarmes em uma planta química
utilizando conceitos de Lean e Six Sigma
Lorena
2013
CYNTHIA FERREIRA ALVES
Otimização do sistema de alarmes em uma planta química
utilizando conceitos de Lean e Six Sigma
Monografia apresentada como requisito parcial para a
conclusão de Graduação do Curso de Engenharia
Química.
Orientador: Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira
Co-Orientadora: Eng. Msc. Daniela Revez dos Santos
Lorena
2013
DEDICATÓRIA
À Zélia, João e Grazielly pela força e
paciência, e ao Guilherme pelo amor e
conforto.
EPÍGRAFE
“O trabalho poupa-nos de três grandes
males: tédio, vício e necessidade.”
(Voltaire)
AGRADECIMENTOS
À Deus pela oportunidade de viver a cada dia a experiência incrível da sua obra.
À minha família: minha mãe, Zélia, pelo amor, cuidados e pela confiança em mim
depositada, meu pai, João, que do seu jeito soube me ensinar o que é certo e me
deu condições de chegar até aqui e a minha irmã, Grazielly, pelo amor e
preocupação sempre. Amo vocês! Só vocês sabem o que foi chegar viva aqui.
Ao meu namorado, Guilherme, pela paciência, amor, carinho, amizade e toda a
preocupação com meu bem estar e com o nosso futuro. Obrigada por ser meu porto
seguro em todos os momentos e ter me ajudado tanto nessa reta final.
Aos meus amigos: Gislaine, Gleison, Renata, Jérika, Maristela, Karen, Regina,
Priscila, Francine, Criança, Karina, Elaine, Thiago, Helton, Caju, Fii, Mariana
Demarchi, David da van,Tiemi, Wojtyla, Karol, Thaís, Fernanda, Letuza, Leônidas,
Ane, Rosiane, Alex, Orlando e George, pela amizade na alegria e na tristeza, na
saúde e na doença. Aos que sempre entenderam as minhas ausências. “Só se tem
saudade do que é bom, se chorei de saudade não foi por fraqueza, foi porque amei.
E se eu amei, quem vai me condenar? Se eu chorei, quem vai me criticar? Só quem
não amou, quem não chorou; quem se esqueceu que é um ser humano; quem não
viveu, quem não sofreu, só quem já morreu... E se esqueceu de deitar”
A todos os meus amigos de estágio da Nestlé e Monsanto que me ensinam muito.
Em especial à Daniela que aceitou co-orientar esse trabalho. Obrigada pela
confiança, paciência e amizade desde o início, no qual foi fundamental para meu
aprendizado até aqui.
Ao meu orientador, professor Félix, por ter aceitado essa orientação e
principalmente pela paciência nos meus e-mails desesperados.
E por fim, a todos os meus professores (Escola Pedro Mazza, Colégio Olavo Bilac,
Colégio COC e EEL) e principalmente àqueles que souberam deixar sua marca
especial ao longo dos anos.
RESUMO
Alves, C. F. Otimização do sistema de alarmes em uma planta química
utilizando conceitos de Lean e Six Sigma. 2013. 67 f. Projeto de Monografia
(Graduação) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo,
Lorena, 2013.
Gerenciamento de alarmes é uma ferramenta que é utilizada para gerenciar uma
das camadas de proteção de plantas industriais que são os alarmes. Estes além de
servirem para integridade física da planta também são uma forma de proteção ao
sistema produtivo, garantindo que uma produção seja executada dentro do
planejado. O sistema de gerenciamento consiste de um roteiro que o operador de
uma planta química segue quando alarmes são acionados durante o dia-a-dia.
Neste trabalho, foi estudada a otimização do sistema de alarmes de uma planta
química voltada à produção de herbicidas, e para tal otimização foram utilizados
conceitos de Lean e Six Sigma para garantir a qualidade dos resultados bem como
o looping de melhoria contínua previsto na metodologia DMAIC. Como principais
resultados desse trabalho foram: uma nova lista de alarmes coerente a situação
atual do processo da planta química envolvendo a definição de cada alarme, limites,
prioridades e ações a serem executadas pela operação, e a padronização na forma
de avaliação dos alarmes por meio de reuniões com os engenheiros de produção,
elétrica, mecânica e automação.
Palavras chave: Gerenciamento de alarmes, Lean, DMAIC e Six Sigma
ABSTRACT
Alves, C. F. Optimization of the alarm system in a chemical plant using
concepts of Lean and Six Sigma. 2013. 67 f. Project of monograph
(Undergraduate) - School of Engineering of Lorena, University of São Paulo,
Lorena, 2013.
Alarm Management is a tool that is used to manage one of the layers of protection
in industrial plants that are alarms. These serve to physical integrity of the plant and
also it's a form of protection for the productive system, ensuring that the production
will be executed on schedule. The management system is a script that the operator
of a chemical plant follows when alarms are triggered during the day by day. In this
work, we studied the optimization of the alarm system in a plant dedicated for
production of chemical herbicides, for this propose some concepts of Lean and Six
Sigma used to ensure quality of results, as the continuous improvement loop
provided in DMAIC. As a results of this work were: a new alarm list coherent to the
current status of the plant's process will be created, involving setting limits, priorities
and actions to be performed by the operation and standardization in the evaluation
of alarms through meetings with manufacturing engineers, electrical, mechanical
and automation.
Keywords: Alarm Management, Lean, Six Sigma and DMAIC
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Requisitos para um alarme eficaz........................................................ 27
Tabela 2 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em operação normal. ............. 27
Tabela 3 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em parada de planta. ............. 28
Tabela 4 - Configuração para o alarme de temperatura do reator. ....................... 56
Tabela 5 - Configuração para o alarme de corrente elétrica da bomba de
transferência de matéria prima para o reator. ....................................................... 58
Tabela 6 - Configuração para o alarme do Indicador de emissão do produto C*
para atmosfera via Scrubber. ................................................................................ 61
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Camadas de proteção para evitar acidentes adaptado de BOLLINGER
et al (1996). ........................................................................................................... 16
Figura 2 - Sistema de Alarmes (ANSI/ISA–18.2–2009). .......... Erro! Indicador não
definido.
Figura 3 - Evolução do número de alarmes configurados por operador. Fonte:
The Alarm Management Handbook: A Comprehensive Guide (2006). ................. 21
Figura 4 - Etapas recomendadas pela EEMUA para gerenciamento dos alarmes.
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) –
Publicação 191 (1999). ......................................................................................... 26
Figura 5 - Fluxo proposto para definir a necessidade do alarme. Fonte: EEMUA
(Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
.............................................................................................................................. 29
Figura 6 - Prioridade dos alarmes recomendada pela EEMUA. Fonte: EEMUA
(Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
.............................................................................................................................. 30
Figura 7 - Ciclo DMAIC detalhado. Fonte: WERKEMA (2004). ........................... 35
Figura 8 - Exemplo de um Diagrama de Ishikawa. Fonte:
http://gravadoralobenwein.com. ............................................................................ 37
Figura 9 - Exemplo de um Diagrama de Pareto. Fonte:
http://www.significados.com.br. ............................................................................. 38
Figura 10 - Esquema de uma arquitetura de Hardware de automação. Fonte:
SANTOS (2011). ................................................................................................... 43
Figura 11 - Fluxograma analítico para otimização dos alarmes proposto por
SANTOS (2011). ................................................................................................... 45
Figura 12 - Cronograma proposto para o projeto utilizando a filosofia DMAIC..... 46
Figura 13 - Adaptação do fluxograma da Figura 11, dentro da metodologia
DMAIC. ................................................................................................................. 48
Figura 14 - Categoria de alarmes configurados no sistema. ................................ 49
Figura 15 - Pareto da incidência de alarmes do mês de abril por tipo de alarme. 49
Figura 16 - Categoria média do número de alarmes no período. ......................... 51
Figura 17 - Principais ocorrências de alarmes em Março/12. Fonte: Logmate®. 52
Figura 18 - Sipoc para o sistema de alarmes desta planta. ................................. 52
Figura 19 - Diagrama de Ishikawa para o número excessivo de alarmes dessa
planta. ................................................................................................................... 53
Figura 20 - Gráfico do ASPEN® do Indicador de temperatura do reator de um
período de 100 dias. ............................................................................................. 54
Figura 21 - Gráfico do ASPEN® do Indicador de temperatura do reator durante a
batelada. ............................................................................................................... 55
Figura 22 - Gráfico do ASPEN® da operação da bomba de transferência para
carga do reator. ..................................................................................................... 57
Figura 23 - Gráfico do ASPEN® da operação da bomba de transferência para
carga do reator. ..................................................................................................... 57
Figura 24 - Gráfico do ASPEN® do nível do Scrubber com o indicador de emissão
do produto C*. ....................................................................................................... 60
Figura 25 - Número de alterações realizadas....................................................... 61
Figura 26 - Fluxo para análise dos alarmes. ........................................................ 62
Figura 27 - Monitoramento semanal da incidência de alarmes na planta. ........... 63
Figura 28 - Monitoramento mensal da incidência de alarmes na planta. ............. 64
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 11
1.1. Motivação ................................................................................................. 11
1.2. Objetivo do trabalho ................................................................................. 12
1.3. Justificativa .............................................................................................. 12
2. REVISÃO DA LITERATURA .......................................................................... 14
2.1. Alarmes .................................................................................................... 14
2.2. Sistema de alarmes ................................................................................. 18
2.3. Histórico ................................................................................................... 19
2.4. Fundamentos para um sistema de alarmes ............................................. 25
2.4.1. EEMUA .............................................................................................. 25
2.4.2. Alarm management handbook .......................................................... 30
2.5. OSHA ....................................................................................................... 32
2.6. HSE – Órgão executivo de saúde e segurança ....................................... 33
2.7. Seis Sigma ............................................................................................... 34
2.8. Lean Manufacturing ................................................................................. 38
2.8.1. Jidoka ................................................................................................ 40
3. METODOLOGIA ............................................................................................. 42
3.1. O processo escolhido............................................................................... 42
3.1.1. Detalhes da unidade fabril ................................................................. 42
3.1.2. Sistema de alarmes da unidade ........................................................ 44
3.2. Metodologia escolhida ............................................................................. 45
3.3. Cronograma proposto para o presente trabalho ...................................... 46
4. RESULTADOS ............................................................................................... 48
4.1. Definir ....................................................................................................... 48
4.2. Medir ........................................................................................................ 50
4.3. Analisar .................................................................................................... 52
4.3.1. Análise do controle de temperatura do reator ................................... 53
4.3.2. Análise corrente de bomba de deslocamento positivo ...................... 56
4.3.3. Análise da emissão de partículas atmosféricas ................................. 59
4.4. Implementar ............................................................................................. 61
4.5. Controlar .................................................................................................. 62
5. CONCLUSÃO ................................................................................................. 65
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 66
11
1. INTRODUÇÃO
Diante da alta incidência de alarmes em uma planta química, foi detectada
a necessidade da implementação de uma metodologia para reduzir o número de
alarmes de processo desnecessários. Com isso, foi sugerido a implementação de
um projeto seis sigma, que viesse a alcançar esse objetivo com maior eficácia.
1.1. Motivação
A indústria química com o avançar na descoberta de novas tecnologias foi
aperfeiçoando suas plantas industriais com o objetivo de obter maior
aproveitamento de suas matérias-primas e maiores índices de produção. No início
da década de noventa, os investimentos na automatização das plantas por métodos
computacionais foram intensificados, trazendo inúmeras facilidades de operação e
elevando a qualidade dos produtos. Para chegar a tal cenário foram criados
alarmes que iriam auxiliar na operação de uma planta, pois estes teriam a função
de indicar situações que estavam fora controle operacional, como por exemplo, um
reator com nível acima do limite de segurança. Uma das consequências imediatas
deste processo de automatização foi o elevado número de alarmes gerados
(HOLLIFIELD-HABIBI, 2006). Foram criados alarmes que vão desde a indicação
de pressão fora do limite de controle de um reator como alarmes para identificação
de término de carga em uma centrífuga. Dessa forma, a grande quantidade diária
de alarmes dificulta a rápida identificação de problemas, aumentando os riscos na
operação na tomada de decisões o que pode acarretar perda de produção ou até
mesmo grandes acidentes industriais (THE ALARM MANAGEMENT HANDBOOK,
2006).
A explosão da refinaria da Texaco em Milford Haven, em julho de 1994,
mostra como um sistema de alarmes mal dimensionado causa um grande prejuízo.
Nesse episódio a principal causa foi a queda de um raio o qual atingiu a refinaria
da Texaco cinco horas antes da explosão, porém durante este período os
operadores não foram capazes de identificar a causa do problema. O sistema de
alarmes gerava uma nova ocorrência em média a cada dois segundos, tornando
impossível processá-las para identificar a causa raiz das ocorrências. A ineficiência
da planta da Texaco em priorizar os alarmes (87% dos alarmes possuíam alta
12
prioridade) e as características da interface gráfica também contribuíram de forma
determinante para a ocorrência do episódio. O acidente poderia ser evitado se os
operadores desligassem a planta, porém o descrédito do sistema de alarmes
associado com a incapacidade de encontrar uma causa para as ocorrências de
alarmes impossibilitaram tal ação. O acidente em Milford Haven causou 48 milhões
de libras em danos causados pela explosão, além de multas e processos judiciais
envolvendo os 26 funcionários feridos durante esse acidente. Outros acidentes
também foram relatados tendo uma das possíveis causas o descrédito com relação
aos alarmes, como foi o caso do incidente nuclear em Three Mile Island e o incêndio
no túnel sob o canal da Mancha.
1.2. Objetivo do trabalho
Dentro deste panorama as atividades de um engenheiro químico na indústria
são gerenciar as atividades de uma planta química, utilizando de seus conceitos
teóricos para realizar otimizações no seu processo e resolver problemas técnicos
cotidianos. Portanto, um sistema de alarme eficiente acaba por ser um importante
indicador para o engenheiro na tomada de decisões. Assim, esse sistema acaba
por apresentar as condições do processo quando estes fogem da situação normal,
e assim direcionar o foco do trabalho do engenheiro químico em reatores,
evaporadores, centrífugas etc. Dessa forma, o presente trabalho visa otimizar um
sistema de alarmes em uma planta química que, por motivos de sigilo, não será
identificada.
Portanto, para a realização dessa atividade a fim de minimizar a
possibilidade de tais acidentes, torna-se necessário um plano com o objetivo de
planejar, implementar e controlar/manter o sistema de alarmes, utilizando a
mentalidade do Lean Manufacturing e Seis Sigma para ordenar a priorização dos
alarmes.
1.3. Justificativa
Devido aos elevados índices de alarmes nas unidades fabris, surgiu a
necessidade de melhorar o sistema de alarmes existente em uma das plantas de
uma indústria da região do Vale do Paraíba e com isso garantir que incidentes ou
limitações de produção possam ser detectados e corrigidos a tempo.
13
Para alcançar este objetivo o presente trabalho irá fazer uso da metodologia
seis sigma e dos conceitos de Lean Manufacturing para assim realizar um plano de
gerenciamento de alarmes eficaz. A proposta é aplicar a metodologia proposta por
SANTOS (2011) e onde o gerenciamento de alarmes leve em consideração os itens
relevantes para segurança da unidade (intertravamento, variáveis críticas, variáveis
operacionais etc).
14
2. REVISÃO DA LITERATURA
A revisão da literatura procurou esclarecer alguns conceitos sobre alarmes
de processo: o que são os alarmes, como eles funcionam e as normas vigentes
que visam auxiliar no processo de análise quantitativa e qualitativa do sistema de
gerenciamento. Os conceitos para projeto seis sigma e algumas ferramentas de
qualidade também foram abordados com intuito de relembrar os termos e tópicos
mais usuais.
2.1. Alarmes
Os alarmes são sinais emitidos de forma visual ou auditiva ao operador sob
a forma de uma mensagem e indica problemas que exijam maior atenção e, são
geralmente, iniciados quando alguma variável que está sendo monitorada sai fora
dos limites estabelecidos como seguros (ANSI/ISA, 2009).
Segundo BULLEMER (2008), anormalidade é um evento ou uma série de
eventos em um processo que venham a causar um desvio no estado de
normalidade de operação da planta. Esse evento pode causar redução na
produção, parada de planta e incidentes graves.
Um problema que é preciso esclarecer é a diferença entre uma notificação e
os alarmes. Diferente do que se acredita os alarmes não são notificações normais
do processo, as notificações são avisos que o processo gera, e têm a função de
informar o operador as situações típicas do processo e não exigem uma ação
imediata (ANSI/ISA, 2009).
Em determinados processos utiliza-se esse conceito o que causa um
elevado número de alarmes. Pois, se os alarmes são utilizados na função de
notificação de uma determinada operação, então itens críticos podem ser
confundidos com notificações e um número enorme de alarmes será gerado
desnecessariamente. O ideal é que se tenha um sistema de alarmes que esteja
visualmente separado das notificações a fim de melhorar a identificação.
Autores como, Donald Campbell Brown (1997); Bill Hollifield (2006) e
Douglas H. Rothenberg (2008) estabelecem que os alarmes devem ser seguidos
15
por uma ação. Assim, os alarmes que não exigem atuação do operador são
dispensáveis. São exemplos de alarmes que não requerem ação operacional:
Sinais sem uma resposta definida para o operador;
Variável de processo ou alteração de status da planta que não requerem
atenção do operador;
Alertas de eventos que são demasiadamente rápidos para a ação do
operador;
Eventos que são registrados, mas o operador não precisa ver;
Sinais que confirmam a ação bem sucedida do operador;
Sinais que confirmam ou duplicam outro alarme (estes sinais podem ser
logicamente reprimidos conforme o apêndice 7 da EEMUA 191).
Embora estes sinais não sejam alarmes, é possível que o operador tenha
necessidade de visualizá-los, assim pode ser apresentado para o operador na
forma de uma lista de eventos ou de indicações de status com representações
gráficas, o que torna um dos principais problemas, o mal uso de alarmes é não
seguir essa definição (ANSI/ISA, 2009).
Os alarmes podem ser tanto na forma de sons, como representações visuais,
ou ao mesmo tempo em que é gerado o som, um aviso aparece na tela de
operação. O operador pode gerenciar os eventos reconhecendo o alarme ou
silenciando-o (ROTHENBERG, 2009).
Com o decorrer dos aperfeiçoamentos dos processos atuais e do nível de
gravidade dos acidentes da indústria química moderna, surgiu a necessidade de
um novo sistema de gerenciamento de risco de acidentes. BOLLINGER (1996)
desenvolveu um modelo representado por camadas de proteção, onde o risco é
minimizado gradativamente a cada camada de proteção. Os alarmes surgem como
uma das camadas de proteção, como mostra a Figura 1:
16
Figura 1 - Camadas de proteção para evitar acidentes adaptado de BOLLINGER et al (1996).
O documento Center for Chemical Process Safety publicado em 2003, diz
sobre as camadas:
· Projeto do processo: é o momento onde é possível reduzir ou evitar riscos
inerentes ao processo que será implementado.
· Controle Básico do Processo, alarmes menos críticos e monitoramento
operacional: é a atuação direta do operador ou do engenheiro de
processo/produção. Em alguns casos são utilizados ferramentas de
automação (ex.: SCDC –Sistema digital de controle distribuído ou sistema
de controle principal) que auxiliam no acompanhamento das tendências dos
parâmetros do processo, que é uma forma de agir preventivamente quando
preciso.
· Os alarmes críticos, monitoramento operacional e intervenção manual:
é a última camada onde pode ser evitar o uma condição insegura sem que
ocorra perdas ao processo ou programação de produção. Alarmes críticos,
monitoramento operacional e intervenção devem estar interligados, para
quando essa camada for acionada haja a intervenção humana. É
fundamental para que essa barreira funcione que haja uma intervenção
humana no momento certo. Por isso, o número de alarmes deve ser o menor
possível. Contudo é necessário que os operadores estejam treinados e
habilitados a realizar o diagnóstico dos desvios e conhecerem as ações
corretivas, para resolver o problema em tempo hábil. Falhas no sistema de
17
alarme ou erro humano são condições que permitem a evolução do desvio
em direção ao acidente.
· Intertravamento ou Safety instrumented system (SIS): é um sistema de
componentes eletricamente conectados que são instalados e tem a função
de detectar uma condição anormal e responder, travando todo o sistema que
ele está ligado sem intervenção humana, para prevenir ou reduzir o impacto
de um evento (BARROS, 2011). O interlock pode ser implantado no início do
projeto dentro do SCDC ou pode ser configurado separadamente,
dependendo da gravidade do evento que irá prevenir.
· Proteção física – dispositivos de alívio: são as válvulas de alívio de
caldeiras e vasos de pressão (PSVs e PSEs). Esta camada de proteção
somente deve ser acionada caso todas as outras camadas do sistema
tenham falhado de algum modo e assim é acionado para deter o desvio, visto
que, muitos casos de vazamento para atmosfera de produtos tóxicos e
inflamáveis têm o potencial de causar acidentes ambientais.
· Resposta de emergência na planta: é representada pelos planos e
organizações de combate a emergências, o que algumas empresas chamam
de brigadas e emergência que visam minimizar os impactos do acidente
através de ações internas à unidade. Toda planta industrial deve ter um
sistema de emergência com uma equipe treinada e todo o sistema de
comunicação bem estruturado para responder de forma ágil quando
acionado.
· Resposta de emergência na comunidade: é representada pelos planos e
organizações institucionais envolvendo remoção, atendimento e resgate
dentro da área de influência do acidente. Um exemplo é a RINEM - Rede
Integrada de Emergência - que reúne no Vale do Paraíba diversas equipes
táticas especializadas na resposta a emergências e são coordenadas pelo
corpo de bombeiros e contam com o apoio operacional das empresas
integrantes do sistema.
·
18
2.2. Sistema de alarmes
De acordo com o ISA (International Society of Automation), os sistemas de
alarmes são um conjunto de equipamentos e softwares responsáveis pela geração
de informações úteis sobre ocorrências nas plantas industriais. Estes podem incluir
os Sistema de Controle de Processo Básico (BPCS) e os Sistemas Instrumentados
de Segurança (SIS). O Sistema de alarmes também inclui os “Log de Alarmes” e
os mecanismos para disponibilizar as informações ao operador via uma IHM
(Interface Homem-Máquina) ou via um painel de campo. Existem outras funções
que ficam enquadradas fora do sistema, mas que são extremamente importantes
como, por exemplo, um histórico de ocorrência e outros sistemas externos que
podem necessitar de dados dos alarmes. A Figura 2 representa um sistema desse
tipo de sistema.
Figura 2 - Sistema de Alarmes (ANSI/ISA–18.2–2009).
Nesse sistema utilizam-se técnicas de processamento digitais em oposição
ao analógico, além disso, é dotado de processadores e redes redundantes que
permitem a descentralização do processamento de dados e decisões, por meio do
uso de unidades remotas na planta. Os sinais dos equipamentos de campo são
processados de acordo com a estratégia programada. Essas informações de
processo são atualizadas em tempo real nas telas de operação das salas de
controle. O sistema oferece uma interface homem-máquina (IHM) que permite a
19
comunicação com controladores lógicos programáveis (CLP), controladores PID
(proporcional integral derivativo) e gerenciamento de alarmes.
2.3. Histórico
Os alarmes pertencem a uma das camadas de segurança que uma planta
deve possuir, porém, ao se falar em segurança, necessariamente recorda-se dos
grandes desastres industriais que tiveram na história. Como o caso do incêndio da
fábrica de camisas Triangle, em Nova Iorque no ano de 1911, o qual foi o maior
desastre industrial dos Estados Unidos, causando a morte de mais de uma centena
de trabalhadoras. Este incêndio ocasionou a discussão a respeito de uma
legislação que requeria melhores padrões de segurança em fábricas (PUELO,
2004). Então, apesar de a literatura situar os alarmes no início da automação
industrial, na realidade o sistema de alarmes foi apenas uma conseqüência que se
viu necessária diante dos fatos que se seguiam desde a primeira revolução
industrial. Porém, é perceptível esse caminho tecnológico sendo trilhado a partir da
terceira revolução industrial.
Durante a terceira revolução industrial, que ocorreu logo após a segunda
guerra mundial, em 1945, houve a integração entre ciência e produção, assim ficou
conhecida como “revolução tecnocientífica”. Nesse momento as necessidades das
empresas de produzir com baixo custo e com mais flexibilidade, induziram os
processos produtivos a dependerem menos de mão-de-obra e mais de tecnologia,
o que, por consequência, acabou sendo determinante para o desenvolvimento do
controle de processos devido ao surgimento de instrumentos pneumáticos que
permitiam a comunicação de variáveis do processo. Com isso os controladores
foram reunidos em uma mesma sala, a sala de controle, diminuindo espaço entre
o trabalho e os operadores (DECICINO, 2013)
No começo dos anos 1960, a introdução da eletrônica analógica possibilitou
a simplificação na transmissão de informações. Nesse tipo de sistema os alarmes
encontravam-se reunidos em painéis, sua configuração era restrita, em virtude do
elevado custo para adicionar cada alarme. A ascensão da automação ocorreu nos
anos de 1970 e 1980 com a criação da instrumentação eletrônica digital. Em 1975
ocorreu a introdução do chamado Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD).
Esse sistema tem como função primordial automatizar operações de plantas
20
industriais, de forma a permitir melhoria na produtividade, redução no custo de
produção, aumento na qualidade dos produtos, precisão das operações, segurança
operacional, entre outros (SANTOS, 2011).
Enquanto a automatização foi posta em prática e experimentada por
algumas empresas, em 10 de julho de 1976, na cidade de Seveso, na Itália, ocorreu
um acidente grave na indústria química ICMESA, no qual ocorreu um
superaquecimento do reator de dioxina (substancia altamente venenosa) e a
substância foi liberada no meio ambiente através de uma válvula defeituosa. A
fábrica não dispunha de sistema de advertência nem planos de alarme à população.
Portanto, a partir do acidente em Seveso, os países industrializados adotaram leis
e formas de controle mais severas para a indústria química (CETESB, 2012).
Outro acontecimento que pode ser citado foi o curto circuito na refinaria
Milford Haven da Texaco, em julho 1994. Embora a causa do incidente fosse
atribuída às falhas de gerenciamento de equipamento e dos sistemas de controle
durante o distúrbio da planta, foi verificado que, nas cinco horas que conduziram
ao acidente, alarmes ocorreram a uma taxa de um a cada dois ou três segundos.
Esta inundação de alarmes reduziu a eficácia de resposta do operador. Como
consequência, o alarme “derradeiro” foi aparentemente despercebido por uns 25
minutos, e então houve o rompimento de uma linha e em seguida uma explosão.
(BRANSBY et al, 2000).
Em 2006, Hollifield e Habibi publicam um artigo onde citam a necessidade
dos alarmes serem configurados sem limites. Dependendo do software utilizado,
diversos alarmes poderiam ser configurados, inclusive para uma mesma variável,
por exemplo, alarmes com nível alto, alto/alto e até alto/alto/alto. E ainda, a
possibilidade de configurar diversos alarmes adicionados a fatores como: o
aumento da complexidade das plantas, limites ambientais cada vez mais restritivos
e redução de operadores de painéis. Assim, ocorreu o aumento do número de
alarme a ser gerenciado por um único operador. (KOENE, 2000)
Porém, a estratégia das indústrias era de habilitar todos os alarmes
disponíveis, visto que não havia nenhum padrão definido e para assegurar a
segurança do seu processo. Dessa forma, o número de alarmes aumentou
exponencialmente em plantas industriais nas últimas décadas (Figura 3),
ultrapassando a capacidade humana de analisar cada um e agir adequadamente.
21
Figura 3 - Evolução do número de alarmes configurados por operador.
Fonte: The Alarm Management Handbook: A Comprehensive Guide (2006).
Um trabalho interessante foi o realizado por H. Kragt e J. Bonten (1983) que
trata de um sistema de alarmes em painéis de uma indústria de fertilizantes. Apesar
de na época não existirem alarmes junto ao SDCD, este trabalho apresenta
resultados relevantes ao conceito de sistema de alarmes. O estudo foi dividido em
duas partes: a observação e a entrevista. Foram observadas 63 horas de operação
em todos os turnos e registrados os alarmes. Na segunda parte, foram
entrevistados individualmente os operadores para expressarem sobre os pontos
fracos e pontos fortes que perceberam no sistema de alarmes. Há algumas
particularidades nesse sistema de Kragt-Bonten: os autores dividiram os eventos
de processo em eventos esperados e eventos inesperados. Os eventos esperados
são resultantes de uma ação dos operadores como ajustes de parâmetros, ligar e
desligar 22 equipamentos etc., já os eventos inesperados não dependem da ação
do operador. Outra particularidade é que os alarmes são acionados quando saem
da condição normal e quando retornam a condição normal, de forma que,
reconhecimento do operador deve ocorrer em ambos os casos e o reconhecimento
desses alarmes pode ser feito individualmente ou por grupo de alarmes.
O resultado da primeira parte do trabalho mostrou que:
Apenas 7,5% de todos os alarmes tiveram ações dos operadores;
22
42% dos sinais foram inesperados;
13% dos sinais necessitaram de ações urgentes por parte deles.
O resultado mostrou que nem todos os alarmes inesperados necessitaram
de ação por parte do operador, o que foi contrário às expectativas dos autores, as
quais diziam todos os alarmes inesperados precisariam de ação do operador. Em
números, aproximadamente 83% dos alarmes não precisaram de ação.
Já no resultado da segunda parte do trabalho, a entrevista, mostrou que os
operadores:
Achavam irritante o som dos alarmes sonoros;
Disseram que muitas vezes reconheceram rapidamente o alarme para se
livrar do sinal sonoro;
Complementaram dizendo que a irritação aconteceu pelo grande número
de alarmes que ocorriam ao mesmo tempo;
Declararam que o reconhecimento dos alarmes por meio de listas pode
fazer com que algum deles não seja visualizado, e assim, consideram
melhor que só houvesse o reconhecimento individual de cada alarme,
para que obriguem a verificar o que está sendo acionado.
Outro trabalho interessante foi realizado por YAMASHITA et al (1997), os
quais implantaram um sistema de alarmes que observa o status dos equipamentos.
Foram definidos alarmes por subgrupos, o que significa que o acionamento de um
alarme é definido pelo estado de um ou mais equipamentos dentro do subgrupo.
Este modo de implantação reduz o número de acionamentos de alarmes, porém
dificulta o rastreio da causa raiz responsável pelo alarme do subgrupo, assim como
observado no trabalho de H. Kragt e J. Bonten (1983). Por fim, concluíram que o
sistema foi efetivo e operou adequadamente.
EEMUA (Engineering, Equipment and Material Users Association) publicou
em 1999, um documento que dita regras para o gerenciamento de alarmes,
publicação denominada 191. Um dos conceitos a destacar neste documento é o
que define alguns valores, sendo um deles o número de alarmes operados por
23
operador num determinado intervalo de tempo, cujo valor ideal é de um alarme a
cada 10 minutos por operador.
A Empresa Air Products, em 2002, fez um levantamento e apresentou um
número muito grande de alarmes que estava sendo gerado para os operadores
desde sua instalação em 1989. Em 2003 a empresa resolveu aperfeiçoar o sistema
de alarmes utilizando um software para o gerenciamento deles, o software tem
como função a: identificação de problemas nos alarmes, geração de gráficos de
barras dos que mais eram acionados, o que facilitou o trabalho de visualização do
que deve ser tratado. Nos primeiros dois meses de projeto, a empresa já contou
com uma redução de 8:1 no número de alarmes. (DIAMOND et al, 2002)
Em 2003 a ISA (International Society of Automation) montou um comitê
(SP18) para criar um roteiro para auxiliar os engenheiros, organizações e
fornecedores na aplicação do sistema de alarmes. Como premissa, o artigo cita
como problema mais frequente os alarmes incômodos, citado como nuisances,
alarmes que são acionados quando nenhuma condição anormal existe ou quando
nenhuma ação do operador é necessária. Outro alarme frequente são os que ficam
ativos por um longo período, devido a falta de agilidade para resolver a causa, como
por exemplo, problemas de instrumentos. O problema citado como mais perigoso é
a enxurrada de alarmes, os flood, geralmente associada a um único evento que
gera uma cadeia de alarmes e torna difícil para o operador identificar a causa raiz.
Este fato gera atraso na execução da ação correta para solução do evento.
Um artigo publicado em 2004 por Dal Vernon C. Reising, Joshua L. Downs
e Danni Bayn, onde foi realizado um estudo sobre o desempenho humano no
reconhecimento de alarmes e comparado com proposto pela EEMUA e o resultado
obtido foi que o ser humano treinado no serviço é capaz de identificar mais alarmes
do que o estabelecido pelo EEMUA, porém citam que é mais conservador seguir
os limites proposto pelo EEMUA na operação normal quanto a desvios do processo.
Em outro artigo, em 2005, Michael Marvan escreveu sobre a atenção que
deve se ter em alguns itens no trabalho de gerenciamento. No entanto, o que mais
chama a atenção no artigo é a reflexão que dentre as principais falhas no
gerenciamento está a falta de acompanhamento do número de alarmes. E sugere
que as empresas tenham uma forma de coleta desses números e que todas as
24
pessoas envolvidas tenham acesso para a consulta. Outra ação seria implantar
uma meta para o número de alarmes acionados por unidade.
O The Alarm Management Handbook foi publicado em 2006, onde destaca
sete passos para o sucesso na implantação de um sistema de alarmes:
Passo 1: Criar e adotar uma filosofia de alarme;
Passo 2: Benchmarking de desempenho de alarme;
Passo 3: "Bad ator" resolução de alarme;
Passo 4: Documentação de alarme e racionalização (D & R);
Passo 5: Sistema de alarme de auditoria e fiscalização;
Passo 6: Gestão de alarmes em tempo real;
Passo 7: Controle e manter o desempenho do sistema de alarme;
Outro livro foi lançado em 2008 sobre o assunto, Alarm management for
process control, de Douglas H. Rothenberg onde o autor descreve sobre o
beneficiamento de um bom sistema de alarmes destacando:
A. CUSTO DE MANUTENÇÃO: O gerenciamento de alarmes possibilita a
redução dos custos com manutenção. Quando ocorre um problema o
operador consegue identificá-lo mais cedo, assim, a sua solução é
realizada logo no início, dessa forma, o equipamento não é submetido à
grande esforço para retornar a condição normal. Um exemplo desse
custo foi a pesquisa realizada nas indústrias petroquímicas dos Estados
Unidos em 1998 pela Abnormal Situation Management que estimou cerca
de US$ 20 bilhões eram gastos por ano devido ao gerenciamento
ineficiente de situações de distúrbio (BRANSBY et al, 1998).
B. EXPERIÊNCIA DA OPERAÇÃO: O conhecimento/experiência dos
operadores muitas vezes encontra-se relatada apenas em suas mentes,
não existe um registro. Um dos itens que deve ser feito é criar um sistema
de registro das situações, onde os operadores possam identificar
25
situações anormais com auxílio dos alarmes e registrar as ações
adotadas pelos operadores.
C. TROCA DE TURNO: A troca de turno é uma atividade cotidiana de uma
planta industrial e é crucial para uniformidade de operação da unidade.
Durante a troca de turno há a oportunidade dos operadores que chegam
para o trabalho se situarem sobre acontecimentos como: o andamento
do processo, das atividades operacionais e sobre os equipamentos que
foram críticos no turno anterior. Um sistema eficiente de alarmes pode
auxiliar muito a passagem de turno, visto que os operadores podem
ressaltar os alarmes que mais ativaram no turno, alarmes que foram
desabilitados, alarmes que estão fora da operação normal etc, o que irá
acabar resumindo as ocorrências mais importantes naquele período.
Propostas de aplicação de lógicas avançadas para controle de alarmes foi
tema de um artigo publicado em 2009. Nesse artigo descreve um protótipo para
priorização dos alarmes em uma refinaria de óleo utilizando a lógica fuzzy. A
proposta da lógica é realizar uma avaliação das tendências do processo e
automaticamente determinar o valor do alarme (FOONG et al, 2009). O problema
nesse tipo lógica é que não avalia cenários de produção que a empresa possa estar
trabalhando.
Em 2011, começaram a surgir os primeiros trabalhos que envolviam as
teorias de seis sigma para o gerenciamento dos alarmes. No artigo de Vidigal
(2010) para o congresso da ABM, sugere um gerenciamento de alarmes a partir da
estrutura elétrica e automação existente na planta. O foco do trabalho foi resolver
consertar a lógica ou estrutura elétrica dos alarmes nos instrumentos.
2.4. Fundamentos para um sistema de alarmes
2.4.1. EEMUA
A EEMUA é uma associação de engenharia que nasceu pela união de duas
industrias: a Engineering Equipment Users Association (EEUA – 1950) e a Oil
Companies Materials Association (OCMA – 1950).
26
Em 1999, EEMUA publicou o guia para o gerenciamento de alarmes
denominado publicação 191. O gerenciamento de alarmes, de acordo com a
publicação 191 do EEMUA, deve seguir as etapas contidas na Figura 4:
Figura 4 - Etapas recomendadas pela EEMUA para gerenciamento dos alarmes.
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
O Texto também trata dos requisitos para o sistema de alarme eficaz
(Quadro 1):
27
Quadro 1 - Requisitos para um alarme eficaz.
Taxa média de alarmes em
operações normais
Aceitabilidade
Relevante e focado Atentar aos problemas realmente
importantes e deve ter o limite correto.
Diagnóstico Indicar o problema que está ocorrendo.
Único Não pode ser duplicado.
Preciso Deve ocorrer no tempo certo. Nem antes de
precisar de uma resposta nem tarde
demais.
Entendível Mensagem fácil e simples para rápida
compreensão do problema.
Indicativo Indicar ação necessária.
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
O Quadro 2 indica o nível de aceitabilidade dos alarmes durante operações
normais.
Quadro 2 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em operação normal.
Taxa média de alarmes em
operações normais
Aceitabilidade
Mais que um alarme por minuto Próximo ao inaceitável
Um alarme a cada 2 minutos Acima do necessário
Um alarme a cada 5 minutos Gerenciável
Um alarme a cada 10 minutos Aceitável
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
No caso de parada de planta, o nível de aceitabilidade é alterado, conforme
Quadro 3:
28
Quadro 3 - EEMUA 191 aceitabilidade de alarmes em parada de planta.
Número de alarmes acionados a
cada 10 minutos seguido de uma
parada de planta
Aceitabilidade
Mais que 100 Excesso de alarmes: Alta
probabilidade de o operador ignorá-
los
Entre 20 e 100 Quantidade de alarmes difícil de ser
Gerenciado pelo operador
Menos que 10 Gerenciável pelo operador, contanto
que a ação exigida não seja
complexa
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
Um dos itens muito importante desse documento da EEMUA diz que: pede-
se que os alarmes que tenham uma ação associada. A ação pode ser dividida em
duas partes: ações primárias e ações secundárias. As ações primárias são aquelas
que alteram algo físico na planta, o que inclui parar algo, partir ou alterar o status.
Geralmente, o controle é colocado em manual e o operador inicia o comando.
Ações secundárias são aquelas que não atuam diretamente na planta, tais como,
comunicar pessoas, acionar equipe de manutenção, programar manutenção. A
EEMUA sugere o fluxo, detalhado na Figura 5, para definir quando o alarme deve
ser alterado ou eliminado:
29
Figura 5 - Fluxo proposto para definir a necessidade do alarme.
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
Em relação à prioridade, a EEMUA recomenda que os alarmes sejam
distribuídos em: 80% baixa prioridade; 15% média prioridade e 5% alta prioridade,
conforme Figura 6:
30
Figura 6 - Prioridade dos alarmes recomendada pela EEMUA.
Fonte: EEMUA (Engineering Equipment and Material Users Association) – Publicação 191 (1999).
2.4.2. Alarm management handbook
Em 2006, Hollifield e Habibi, autores do livro Alarm Management Handbook,
descreveram sete passos para implantar um efetivo sistema de gerenciamento de
alarmes:
Criar uma filosofia;
Coletar dados e analisar o sistema;
Melhorar o desempenho dos alarmes que mais atuam, denominados bad
actors;
Realizar a racionalização e documentação dos alarmes;
Realizar auditorias periódicas;
Implantar gerenciamento de alarme em tempo real;
Controlar e manter o sistema eficaz.
Os três primeiros são extremamente necessários para melhoria dos alarmes
e já trazem uma redução significativa na atuação dos alarmes. A utilização dos
últimos quatro passos irá depender da necessidade da empresa em relação ao
número de alarmes a serem reduzidos e disponibilidade de investimento.
31
Porém, o handbook ressalta a importância de verificar alguns pontos do
processo, pois estes interferem na análise do sistema de alarmes. São eles:
Tipo de sistema (batelada ou contínuo;
Estado de operação (estável, partida, parada ou transição);
Complexidade do processo;
Tipo de material;
Os processos em batelada oferecem maiores desafios para gerenciamento
de situações anormais, já que são mais instáveis do que os processos contínuos
mesmo sob condições normais. Nele existem diversas etapas, e o valor das
variáveis de processo vão se alterando ao passar das fases, logo o critério de falha
também se altera. Além disso, os equipamentos devem passam por fases de
partida e parada constantemente, o que influencia para que seu funcionamento não
seja estável (SANTOS, 2011).
Nos processos contínuos, na maior parte do tempo, o estado permanece
estável. A maior ocorrência de problemas ocorre durante transição de um estado
de operação para outro, ou seja, quando há mudança em propriedades da matéria-
prima, mudanças de equipamentos, alteração na taxa de produção ou alteração do
modo de operação de operador para operador. Logo estas alterações devem ser
evitadas. Na parada de planta, a probabilidade de ocorrência de situações anormais
aumenta. Pois as condições do processo extrapola o limite normal e aumenta a
atuação de alarmes, o operador que não está acostumado com estas condições e
pode tomar uma ação incorreta. Especialmente quando a partida envolve troca de
equipamentos onde situações inesperadas podem ocorrer (SANTOS, 2011).
O tipo de material no processo é, também, um item importante. Entende-se
por materiais o estado físico do produto. As conseqüências de situações anormais
em um processo químico e as ações a serem tomadas dependem de como está a
matéria-prima ou produto (sólido, líquido ou gasoso) e depende da natureza dos
produtos que estão sendo processado: produtos perigosos ou não perigosos;
inflamáveis ou não inflamáveis. Por isso é importante conhecer ter a FISPQ (Ficha
32
de Informações de Segurança de Produto Químico) que contém informações
importantes sobre o produto químico que se está manuseando (SANTOS, 2011).
A complexidade do processo é influenciado por diversos fatores, sendo um
deles a experiência das pessoas. Quando se inicia o funcionamento de uma nova
instalação, a complexidade desta será maior do que a de uma instalação igual que
já esteja em operação por um tempo (SANTOS, 2011).
2.5. OSHA
A OSHA (Occupational Safety and Health Administration) é o órgão
responsável por definir regras à segurança de trabalho dos Estados Unidos. Dentro
da segurança do trabalho tem-se a a segurança de processo, que visa garantir um
vazamento de produtos químicos perigosos com potencial de causar um incidente
catastrófico seja evitado. E evitar que pessoas e o ambiente esteja expostos a
essas circunstâncias (SANTOS, 2011).
Todo sistema de segurança de processo efetivo passou por uma Análise de
Risco de Processo (ARP – ou em inglês PHA, process hazard analysis) o qual
acontece uma análise sistemática para avaliação de todo processo. O objetivo
dessa análise é verificar os pontos que são ou podem ser riscos e precisam ser
eliminados ou minimizados. Esses riscos podem ser: explosões, fogo, vazamento
de produtos tóxicos ou inflamáveis. A ARP foca em equipamentos, instrumentos,
instalações, ações humanas (rotineiras ou não rotineiras) e fatores externos que
possam impactar no processo (SANTOS, 2011).
A segurança de processos industriais é provida de barreiras independentes
que trabalham juntas para manter os níveis de segurança e assim garantir que
eventos anormais sejam evitados. Os alarmes de processo constituem em uma das
barreiras de proteção que auxiliam a reduzir a probabilidade de um evento,
conforme ilustrado anteriormente pela Figura 1 (SANTOS, 2011).
A OSHA possui um requisito referente aos alarmes (CFR-29, regulamento
1910.119, Gerenciamento de segurança de processo para químicos de alta
periculosidade, 1996) que está relacionado à acuracidade da documentação dos
alarmes críticos, treinamento aos operadores para entendimento dos alarmes e
conhecimento da ação requerida em cada caso. O regulamento exige que os
alarmes sejam documentados e as seguintes informações estejam disponíveis para
33
os operadores: limites de operação, conseqüência dos desvios e passos
necessários para corrigir ou evitar um desvio (SANTOS, 2011).
2.6. HSE – Órgão executivo de saúde e segurança
O Órgão Executivo de Saúde e Segurança é uma organização
governamental responsável pelo fomento, regulação e aplicação da saúde,
segurança e bem-estar no local de trabalho, e para a investigação sobre os riscos
ocupacionais, na Inglaterra, País de Gales e Escócia (HSE, 1999).
Três de suas publicações tratam mais especificamente do gerenciamento de
alarmes e dos fatores humanos envolvidos. São elas: (WILKINSON et al, 2002)
Better Alarm handling – a practical application of human factors: são
fornecidos exemplos e conselhos práticos e define o tratamento de
problemas com alarmes no contexto de sistemas de gestão da segurança.
Better Alarm handling - Chemicals Sheet No 6: é um guia simples e prático
para gerentes, supervisores e operadores sobre como reconhecer e lidar
com problemas de fatores humanos típicos envolvendo sistemas de alarme
é fornecido. São descritos três passos para melhorar o tratamento de
alarmes assim como gerenciar outros riscos:
Passo 1: Identificar problemas;
Passo 2: Planejar o que fazer;
Passo 3: Eliminar e controlar os problemas.
The management of alarm systems: Em sua maior publicação, contendo
mais de 200 páginas, o livro The management of alarm systems – (Bransby
et al., 1998) - é a principal contribuição da organização para o assunto. Trata-
se de uma pesquisa realizada nas indústrias químicas e de energia com
relação à aquisição, projeto e gerenciamento de sistemas de alarme. Ele
está dividido em três volumes:
34
Volume 1 - Melhores práticas: Fornece recomendações sobre as
melhores práticas de aquisição, projeto e gestão de sistemas de alarme;
Volume 2 - Resultados da pesquisa: Descreve os principais resultados
das fases de coleta de dados. Inclui detalhes das informações obtidas
nas visitas aos locais de operação. Apresenta os resultados de dois
questionários para pesquisa e das discussões realizadas nos centros de
engenharia. O volume inclui também sugestões de temas para futuras
pesquisas e desenvolvimento;
Volume 3 - Análise da literatura: Fornece uma ampla revisão da
literatura sobre a utilização de sistemas de alarme nas indústrias de
processo.
2.7. Seis Sigma
A metodologia Seis Sigma surgiu em 1987 na Motorola, após a realização
de uma série de estudos sobre a variação dos processos de produção, com ênfase
no conceito de melhoria contínua. O Seis Sigma é uma metodologia que visa
reduzir ao máximo a variabilidade de processo e reduzir o número de defeitos. O
diferencial desta metodologia está nos altos níveis de desempenho 3,4 defeitos por
um milhão de oportunidades, ou seja, 99,99966% de perfeição (ECKES, 2003).
35
Figura 7 - Ciclo DMAIC detalhado.
Fonte: WERKEMA (2004).
Cada fase do ciclo contém atividades que devem ser cumpridas para o bom
desenvolvimento da metodologia (Figura 7). Eckes em 2003 detalhou cada do ciclo
da seguinte forma:
DEFINE (Definição): fase que possui como foco a identificação dos
problemas e situações existentes nos processos organizacionais que
necessitam ser melhoradas. Nesta fase define-se claramente o problema ou
a oportunidade a ser explorada e seus impactos na melhoria do processo,
seja por aumento da satisfação do cliente ou acionistas, redução de custos
etc. A meta deve ser definida cautelosamente, visto que o sucesso do projeto
estará diretamente ligado ao cumprimento dessa meta inicialmente
estabelecida. Vale ressaltar que a escolha do projeto deve estar alinhada
com as metas e realidades da organização.
36
MEASURE (Medição): o objetivo desta fase é de descrever a oportunidade
de melhoria e quantificar o desempenho inicial, para que depois da melhoria,
possa ser comparado o estado inicial e o estado final. São utilizadas a
ferramentas como gráfico de Pareto, brainstorming, mapeamento do
processo, média, desvio padrão e capabilidade. Coleta-se o maior número
de dados para que seja estabelecida a capacidade inicial do processo ou a
linha de base. Perceber o que necessita de ser medido e selecionar as
métricas adequadas permitem direcionar o projeto 6-sigma. Pode ser
necessário realizar nesta etapa a validação do sistema de medição a fim de
comprovar a confiabilidade dos dados medidos.
ANALYSE (Análise): O objetivo desta fase de análise é a consolidação do
plano de recolha de informações da fase de Medição e das oportunidades
de melhoria identificadas na fase de Definição. Porém, o foco desta fase é
procurar a causa raiz, então o líder do projeto irá avaliar os dados obtidos na
fase de medição e baseado nestas informações irá identificar oportunidades
e priorizar de acordo com o impacto e o esforço de realização.
IMPROVE (Melhoria): Esta fase é o momento da otimização do processo,
visando alcançar as metas inicialmente estabelecidas. Consiste em
desenvolver a melhor solução para o problema. Para melhorar um processo,
a pessoa deve ter pleno conhecimento do processo, seus componentes e
responsáveis.
CONTROL (Controle): Após implementar as ações de melhoria, a etapa
Controlar verifica os resultados e consolida os ganhos: verificar ações
corretivas e validar novos sistemas de medida; determinar a capacidade do
novo processo, estabelecer e implementar o plano de controle; compartilhar
as melhores práticas e lições aprendidas. Finalmente um austero plano de
Controle deve ser estipulado para que o processo seja previsível e
consistente, de forma que os ganhos conquistados pelo projeto sejam
mantidos. O plano de controle é um documento formal (normalmente uma
planilha, ou cartas de controle) que estabelece e monitora a capacidade final
do processo no longo prazo.
37
Na metodologia seis Sigma existem diversas ferramentas aplicadas de modo
a alcançar o objetivo estabelecido no projeto, a seguir serão descritas as
ferramentas utilizadas no decorrer do presente trabalho.
DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO (ou Diagrama de Ishikawa):
originalmente proposto pelo engenheiro químico Kaoru Ishikawa em 1943 o
diagrama (também conhecido como diagrama de espinha de peixe) permite
estruturar hierarquicamente as causas potenciais de determinado problema
ou oportunidade de melhoria, bem como seus efeitos sobre a qualidade dos
produtos. Para cada efeito existem seguramente, inúmeras categorias de
causas. As causas principais podem ser agrupadas sob seis categorias
conhecidas como os “6M”: método; matéria-prima; mão-de-obra; máquinas;
medição e meio-ambiente. Porém alguns autores já citam mais duas
categorias: money e management (SANTOS, 2011).
Figura 8 - Exemplo de um Diagrama de Ishikawa.
Fonte: http://gravadoralobenwein.com.
DIAGRAMA DE PARETO: a Lei de Pareto, afirma que para muitos
fenômenos, 80% das conseqüências advêm de 20% das causas. O
diagrama é um gráfico de barras que ordena as freqüências das ocorrências,
da maior para a menor, permitindo a priorização dos problemas. Sua maior
38
utilidade é a de permitir uma fácil visualização e identificação das causas ou
problemas mais importantes, possibilitando a concentração de esforços
sobre os mesmos (SANTOS, 2011).
Figura 9 - Exemplo de um Diagrama de Pareto.
Fonte: http://www.significados.com.br.
BRAINSTORMING: é uma ferramenta para geração de novas idéias,
conceitos e soluções para qualquer assunto ou tópico num ambiente livre de
críticas e de restrições à imaginação. A melhor forma de se realizar um
brainstorming é uma reunião onde possua uma equipe multidisciplinar e siga
as seguintes regras: todas as idéias são documentadas; não são aceitáveis
críticas ou discussões; nenhuma avaliação de idéias ocorre na fase inicial
da atividade; toda a equipe participa (ECKES, 2003).
2.8. Lean Manufacturing
Lean Manufacturing, traduzido do inglês como “Enxuta”, ou como algumas
empresas usam “Produção Enxuta”, é uma forma de organizar seus negócios para
que toda a perda nos processos seja eliminada ou pelo menos fortemente reduzida.
Existe uma confusão comum do termo Lean com Seis Sigma, 5S, JIT, entre outros,
mas estas são todas metodologias e ferramentas que podem ser usadas ao
implementar uma cultura Lean (WERKEMA, 2004).
39
A Produção Enxuta surgiu no Japão, no período pós Segunda Guerra
Mundial. Devastado pela guerra, o Japão não dispunha de recursos para realizar
investimentos necessários para a implantação da produção em massa, que
caracterizava o sistema implantado por outras montadoras. A partir daí, surgiu a
necessidade de se criar um novo modelo gerencial, nascendo, assim, o Sistema
Toyota de Produção ou Manufatura Enxuta (Lean Manufacturing), estruturado por
Taiichi Ohno, vice-presidente da Toyota. Os objetivos fundamentais deste novo
sistema caracterizaram-se por qualidade e flexibilidade do processo, ampliando sua
capacidade de produzir e competir no cenário internacional (WERKEMA, 2004).
Em Lean, perda é tudo aquilo em um processo que não agrega valor. Por
exemplo, o tempo que um documento está na mesa de alguém aguardando alguma
ação, estoque acumulado que não será usado no curto prazo, produto terminado
aguardando liberação de saída (WERKEMA, 2004).
Segundo WERKEMA (2004), existem dois cuidados principais que devem
ser tomados ao transformar sua empresa em Lean:
A iniciativa deve estar ligada às necessidades de seu negócio. Se a
empresa não consegue fazer uma forte associação entre os possíveis
ganhos obtidos com Lean e sua estratégia de negócio, provavelmente
deveria esperar mais;
O Lean se popularizou inicialmente na área de manufatura. No entanto,
é errado pensar que esta iniciativa deve ficar restrita somente à produção.
Lean deve ser aplicado em toda a empresa e ao longo da cadeia de
suprimento.
Para que seja feita a implantação Lean, é necessária uma mudança de
cultura na organização. Esta mudança está na forma de pensar da equipe que é
certamente o maior desafio na execução desta iniciativa. Portanto, para a
implantação de um sistema enxuto a empresa e seus colaboradores devem possuir
o que é chamado de “Pensamento Enxuto”, que segundo LINDGREN (2001), é uma
forma de especificar valor para o cliente, alinhar na melhor seqüência as ações que
criam valor, realizar essas atividades sem interrupção toda vez que alguém as
solicita e realizá-las de forma cada vez mais eficaz. O pensamento enxuto pode ser
40
entendido como a forma de produzir cada vez mais com cada vez menos recursos
e, ao mesmo tempo, aproximar-se dos clientes e oferecer aquilo que eles realmente
almejam, tornando o trabalho mais satisfatório e oferecendo retorno imediato a
partir da transformação do desperdício em valor.
Os princípios do "Pensamento Enxuto" são: valor, cadeia de valor, fluxo,
produção puxada, perfeição e desperdício. O valor é considerado aquilo que o
cliente está disposto a pagar por determinado produto. Segundo OHNO (1997), a
base do Sistema Toyota de Produção é a absoluta eliminação do desperdício. Os
dois pilares necessários à sustentação do sistema são:
Just-in-time;
Autonomação, ou automação com um toque humano.
Esses dois pilares da Produção Enxuta têm, por sua vez, como
fundamentação o Heijunka (nivelamento da produção), o trabalho padronizado, o
Kaizen (melhoria contínua) e a Estabilidade. Just in time significa o abastecimento
de produtos na hora certa e na quantidade solicitada. Isto significa que não há
produção além do solicitado ou não há desperdício em estoque. Pode-se aplicar
tanto para linha de montagem quanto em outras atividades como na área de
logística (WERKEMA, 2004).
2.8.1. Jidoka
O Jidoka teve sua origem ligada à automação da máquina de tear fabricada
por Sakichi Toyoda (1867-1930), fundador da Toyoda Automatic Loom Works,
considerado um dos dez maiores inventores da história contemporânea do Japão
e inventor da máquina de tear automática (SANTOS, 2010).
Assim o Jidoka foi criado, também chamado de ‘autonomação’ ou
‘automação inteligente’, é um dos pilares do Sistema Toyota de Produção. O Jidoka
foca na separação do trabalho do homem e da máquina pela automatização de um
elemento simultâneo a baixo custo. A produtividade melhora quando ‘hanedashi’
são usados para retirar as peças automaticamente, convertendo a
responsabilidade do operador em fazer somente ‘chaku chaku’ (‘carregar
carregar’). Sistemas à prova de erros e detetores de erros são montados dentro do
41
processo da máquina para evitar que os defeitos sejam passados para frente
(SANTOS, 2010).
Com isso a máquina começou a apresentar problemas do como: a máquina
continuava funcionando mesmo diante de um fio rompido, porém o defeito só era
detectado quando o processo estivesse concluído, e assim tendo produzido muito
tecido defeituoso. Então, para evitar produzir o defeito, havia a necessidade de ter
um operador tomando conta da máquina como se fosse um vigia e, diante de
qualquer anomalia, deveria parar a máquina. A solução que Sakichi inventou foi
colocada em prática em 1924. Sua idéia foi colocar uma máquina de tear dotada
de dispositivo que parava a máquina quando detectava: o rompimento ou fim da
linha ou quando a quantidade programada era atingida. Utilizando-se desses
recursos, Sakichi pôde liberar o operador de ficava como vigia tomando conta das
máquinas para um outro serviço e assim só entrava em ação naquela máquina
quando esta apresentasse alguma anomalia (SANTOS, 2010).
A autonomação ou Jidoka é definida, então, como oferecer ao operador ou
à máquina a autonomia de paralisar o processamento sempre que for detectada
qualquer anormalidade. Desta forma o operador poderá cuidar de várias máquinas
ao mesmo tempo. Vale lembrar que se o operador identificar algo irregular também
poderá parar a operação. Isso torna possível reduzir o número de operadores e
aumentar a eficiência da produção (SANTOS, 2010).
Portanto, o alarme ou um sistema eficiente de gerenciamento de alarmes,
pode ser considerado como um Jidoka, pois quando algum instrumento operacional
apresentar alguma anormalidade, a console de operação (computador onde é feitos
os comandos da planta) sinaliza que algo está errado e que o operador deve intervir
para que retorne ao estado normal (SANTOS, 2011).
42
3. METODOLOGIA
Para definir a metodologia proposta é necessário entender o processo. Cada
detalhe do processo auxilia a entender a motivação e o porquê da escolha de tal
metodologia.
3.1. O processo escolhido
O foco de mercado das operações dessa planta é o agro-negócio. A
agroquímica consiste na aplicação da química na agricultura. Os agroquímicos têm
como objetivo desenvolver fórmulas que auxiliem no controle plantas daninhas em
plantações. As pesquisas visando o controle químico de plantas daninhas iniciaram
por volta de 1900 quando foi evidenciado ação dos sais de cobre sobre algumas
folhas largas. A partir de 1950, novos grupos químicos surgiram: aminas (1952),
carbamatos (1951), triazinas simétricas (1956), etc. Atualmente estão sendo
comercializadas no mercado brasileiro em torno de 200 marcas comerciais de
herbicidas (RODRIGUES et al, 2005).
3.1.1. Detalhes da unidade fabril
O processo de produção da unidade em estudo teve sua partida em 1976,
os herbicidas são obtidos através de diversas etapas. A unidade opera todos os
dias, parando apenas para manutenção.
O processo em si opera em duas formas, o início em batelada e passa para
contínuo até o fim. Na parte em batelada as matérias-primas entram no reator e
passam pela reação de oxidação, o produto da oxidação segue por um processo
de filtração até atingir a turbidez necessária, então é armazenado em tanque
“pulmão” para seguir o processo de evaporação do solvente e promover a formação
de cristais. A partir do tanque pulmão inicia o processo contínuo da planta. O
produto dessa planta pode ter três destinos: formulação líquida, formulação sólida
ou comercializada na sua forma pura. Assim, para controle do processo químico
existem diversos tipos de controles das variáveis incluindo: controle de vazão das
matérias-primas, temperatura de reação, rotação dos motores, dentre outros.
43
O sistema de controle utilizado é do tipo SDCD Delta V. De forma
simplificada, a arquitetura do sistema é composta pelos instrumentos de campo,
controlador e console operacional.
Figura 10 - Esquema de uma arquitetura de Hardware de automação.
Fonte: SANTOS (2011).
É pelo o Delta V que o operador seleciona o modo de operação e controla
os parâmetros de produção. Como essa planta trabalha com um único tipo de
produto final não há a variação devido a diferenças de formulações, porém a planta
possui elevado grau de complexidade devido a diversos tipos de operações
unitárias realizadas, o que faz com que a atenção do operador no processo seja
importante.
No Delta V, para cada instrumento existem cinco tipos de alarmes
disponíveis para configuração: alto/alto, alto, baixo, baixo/baixo e alarmes de
instrumentos. Cabe ao responsável da área definir quais alarmes serão utilizados.
44
Os alarmes devem auxiliar o operador na operação da unidade, pois de
acordo com o que visualizam na tela de operação, eles podem realizar os ajustes
necessários para resolver o problema. Lembrando que, cada alarme que é
acionada deve conter uma ação direcionada a ser realizada, caso essa ação não
surja efeito e a anomalia continue, a próxima camada de proteção deverá ser
acionado automaticamente que é o INTERLOCK, onde deverá ocorrer a parada da
planta. Porém devidos aos prejuízos financeiros como relação à parada de
produção é necessário que as ações realizadas relacionadas aos alarmes sejam
eficientes.
Na época de partida da unidade, a maioria dos alarmes foram habilitados
com intuito de alertar o operador sobre tudo que ocorria na planta. Ao longo dos
anos a planta teve diversas melhorias, no entanto, o sistema de alarmes não
acompanhou esses avanços. O número de alarmes praticamente se manteve,
porém com limites de variáveis diferentes daqueles da partida da planta. Com isso,
inúmeros alarmes ocorriam aos operadores inadequadamente.
3.1.2. Sistema de alarmes da unidade
Hoje na planta existem 1030 alarmes configurados, porém existem
especificações dos tipos de alarmes na planta. Para o gerenciamento foram
ressaltados os chamados alarmes de processo, relacionados a uma variável
quando esta ultrapassa os limites previamente estabelecidos e os alarmes de
instrumento responsáveis por identificar se um instrumento está apresentando erro,
indicando falha de instrumento ou de comunicação.
Outro ponto verificado foi a área possuir um sistema de gerenciamento de
mudanças (sistemática para que ocorra uma mudança na área), porém os alarmes
não estão inclusos, e assim não há nenhum requisito relativo ao gerenciamento de
alarmes ou procedimento detalhando para que se crie, altere ou exclua um alarme
do sistema. Entretanto, o sistema de alarmes deveria ser considerado nas
mudanças da unidade.
45
3.2. Metodologia escolhida
Para realizar este trabalho foi escolhido o método PESQUISA AÇÃO, onde
foram implementadas as melhorias (plano de ação) ao longo deste trabalho. Com
isso foi escolhido a metodologia proposta por Santos (2011) onde a autora propôs
um fluxograma a ser seguido para um eficiente direcionamento na gestão dos
alarmes (Figura 11).
Figura 11 - Fluxograma analítico para otimização dos alarmes proposto por SANTOS (2011).
Para concepção desse fluxograma foram utilizados conceitos praticados no
sistema Toyota de produção (Lean), e nas etapas do Seis Sigma realizado um
estudo literário de estratégias de implantação de alarmes: EEMUA, ISA e Alarm
Management Handbook. A autora propõe que a junção com o conceito do sistema
Toyota de produção auxilia no entendimento para racionalização dos alarmes, pois
sua filosofia é trazer valor para o cliente (SANTOS, 2011). E assim dentro desse
conceito, em se tratando de alarmes de processo, o cliente é o operador, portanto
46
os alarmes devem trazer valor ao operador, devem ser em quantidade e qualidade
suficiente para auxiliá-lo na operação da área. Portanto, para criar a concepção de
‘otimização dos alarmes’ foi necessária a criação de um fluxograma que conectasse
todas as fases e assim garantisse que todas as fases importantes fossem seguidas
(SANTOS, 2011).
Assim no desenvolvimento desse trabalho a seqüência de atividades foi
realizada usando a metodologia DMAIC para alcançar a meta.
3.3. Cronograma proposto para o presente trabalho
Para estabelecer um cronograma foi utilizada a metodologia DMAIC para
determinar o fluxo das atividades, conforme a Figura 12.
Figura 12 - Cronograma proposto para o projeto utilizando a filosofia DMAIC.
Na fase Definir foi realizado um levantamento do número total de alarmes da
planta. Nesse momento foram identificados quais dos alarmes são de variável
47
processo e qual sua criticidade. Para essa fase foi feito o estudo indicando qual a
sistemática adotada para acompanhamento das variáveis de processo nessa
unidade, pois foi necessário para compreensão na etapa de melhoria. Assim, nessa
fase foi criada a lista de alarmes que continha basicamente: identificação das
variáveis críticas do processo, os atuais limites de processos e seus desvios
operacionais previstos e os Trouble Shooting, ou seja, as ações devidas
Na fase Medir, foi feito o levantamento do número de alarmes a cada 10
minutos e comparado com a norma da EEMUA 191. Para realizar tal levantamento
foi utilizado o Software Logmate® já disponibilizado pela empresa, no qual está
interligado ao sistema Delta V.
Durante a fase Analisar, foram feitas as análises propostas pelo fluxograma
(Figura 11). Para essa fase foi feito o estudo das variáveis com relação: se essa
variável agrega valor ao ser monitorada, se os limites estão corretos, se há uma
ligação com outra variável (duplicidade), se a prioridade desse alarme está definida
corretamente. Além desses pontos, nessa fase, também, foi avaliado se há alguma
variável que necessite de monitoramento. Nesse momento já foram documentados
todas as avaliações feitas. Assim, para tal estudo foi necessária a revisão dos
parâmetros operacionais.
Já na fase Melhorar/Implementar, foram definidas a necessidade
condicionais dos alarmes. Por exemplo: se uma bomba tem um alarme de corrente
baixa, deve-se ter uma condicional que essa variável só é válida se a bomba estiver
em funcionamento. Também nessa fase, foi descrita qual a ação do operador em
caso de acionamento do alarme. Com os dados já compilados foi realizada a
atualização da lista bem como a atualização no sistema em caso de alteração de
algum alarme (retirada, inclusão ou alteração de limites e condicionais).
E na fase Controlar, foi feito o levantamento em um período do número de
alarmes a cada 10 minutos para determinar se a aplicação da metodologia pelo
fluxograma alcançou os resultados desejados, ou seja, aquele proposto como meta
para o trabalho.
48
4. RESULTADOS
O projeto seguiu o sequenciamento de um projeto DMAIC, conforme
mencionado na metodologia proposta. Assim, para aplicar a metodologia proposta
por SANTOS (2011) nesse trabalho, foi feito a correlação da Figura 11 (conforme
Figura 13) com cada etapa do projeto DMAIC, com intuito destacar as etapas do
projeto com a metodologia de análise.
Figura 13 - Adaptação do fluxograma da Figura 11, dentro da metodologia DMAIC.
4.1. Definir
Para essa fase, utilizando o software Logmate® do próprio sistema Delta V®
foi feito a análise crítica dos tipos de alarmes que estavam configurados no Delta V
49
a serem acionados em caso de problemas (técnicos e/ou operacionais). Esses
dados foram dispostos em um Pareto e assim pôde-se verificar que os alarmes de
processo, alarmes que são diretamente ligados a realidade do processo produtivo,
era a segunda maior categoria existente. O que confirma que esses tipos de
alarmes configurados são importantes para um melhor controle do processo e para
evitar perdas produtivas.
Figura 14 - Categoria de alarmes configurados no sistema.
Figura 15 - Pareto da incidência de alarmes do mês de abril por tipo de alarme.
329 319
248
76
3414
2
32,2%
63,4%
87,7%95,1% 98,4% 99,8% 100,0%
0,0%
20,0%
40,0%
60,0%
80,0%
100,0%
120,0%
0
50
100
150
200
250
300
350
Unit Variable ofProcess
Pump andValve
Switchesand Relays
Selector Interlock Emergency
Acu
mu
lati
vo
Tota
l
Tipos de alarmes
Alarmes configurados
62072
102011034 428 281
83,86%
99,04% 99,04% 99,62% 100%
0,0%
20,0%
40,0%
60,0%
80,0%
100,0%
0
15000
30000
45000
60000
75000
Váriáveis de pocesso eInstrumentação
Válvulas e bombas(discretos)
Interlock
Acu
mu
lati
vo
Tota
l de
oco
rrê
nci
as n
o p
erí
od
o
Tipos de alarmes
Extratificação dos tipos de alarmes em abril/12
Total de alarmes % Acumulativo
50
Pela Figura 15 pode-se verificar que o crítico nessa planta são os alarmes
de variáveis e instrumentos, ou seja, alarmes relacionados a problemas no
processo que saem da operação normal da planta e alarmes indicando falha no
instrumento ou equipamento.
Assim, para que seja feita uma lista inicial com todos esses alarmes de
processo que devem estar configurados, conforme proposto pela metodologia,
foram utilizados documentos da fábrica que são os que direcionam como o
processo é controlado. Esses documentos são:
LISTA DE INTERTRAVAMENTOS (INTERLOCKS): contém a descrição do
intertravamento, o risco que pretende evitar, a classificação do risco, os
parâmetros e os limites de atuação envolvidos na causa e a ação. Para os
intertravamentos de maior risco, deve existir um alarme associado. Os de
menor risco também podem ter alarmes associados, se necessário.
LISTA DE PARAMÊTROS CRÍTICOS: são parâmetros que se operados fora
do limite estabelecido, poderá trazer um risco ao meio ambiente, qualidade
ou segurança. Para cada um destes parâmetros deve existir um alarme
preliminar.
LISTA DE PARAMÊTROS OPERACIONAIS: são aqueles que devem ser
operados dentro de um limite de controle, porém não está relacionado a
riscos. Para estes parâmetros também existem alarmes, porém de menor
prioridade.
A partir desse ponto, já se possui a lista dos alarmes que foi base de todas
as análises apresentadas a seguir.
4.2. Medir
Outra análise importante nesse momento foi a medição do número de
alarmes que apareciam para o operador, e a comparação com a norma da EMMUA.
Essa medição é importante para que possa ter uma visão de quanto terá que ser
feita a redução.
51
Figura 16 - Categoria média do número de alarmes no período.
Sendo assim, pela Figura 16 é possível verificar que a planta em questão
apesar de ter a opção de configurar os seus alarmes de forma clara, ela não
consegue atender a norma da EMMUA (ver Quadro 2) que sugere que no número
de alarmes por operador não deve ultrapassar o valor de 1,0 (um), pois considera
que acima desse valor o operador não consegue atacar o problema que ocorre no
processo de forma eficaz. Entretanto, essa média de 21,5 alarmes por operador a
cada 10 minutos, tem embutido os alarmes nas quais os operadores não tem como
“atacar”, que são alarmes devido ao instrumento ou equipamento em processo, ou
seja, que a causa raiz é um problema mecânico ou elétrico do processo e a única
ação é solicitar a manutenção do instrumento, o qual entrará no backlog da área de
manutenção.
Nessa fase, também, foi levantado quais eram os alarmes que mais
impactaram na área, para assim analisar se haviam Bad Actor. Durante o mês de
Março (Figura 17) pode-se verificar que o número de ocorrências repetidas eram
para um mesmo instrumento (01FT211-40) foi mais de 55% das ocorrências do
mês.
23,6
18,2
24,3 23,524,8
14,6
0
5
10
15
20
25
30
out/11 nov/11 dez/11 jan/12 fev/12 mar/12
Nú
me
ro d
e a
larm
es
po
r o
pe
rad
or
a ca
da
10
min
Mês
Baseline de alarmes da planta
Média Mensal Média do Período -->21.5 Norma da EMMUA -->1.0
52
Figura 17 - Principais ocorrências de alarmes em Março/12.
Fonte: Logmate®.
4.3. Analisar
Nessa fase fez-se o mapeamento do processo utilizando a ferramenta
SIPOC, pois nela pode-se encontrar todas as variações do sistema com seus inputs
e outputs.
Figura 18 - Sipoc para o sistema de alarmes desta planta.
53
Tendo feito o Sipoc (Figura 18), foi utilizado o Diagrama de Ishikawa (Figura
19) para determinar quais eram os impactos que cada variação tinha sobre os 6Ms
proposto pelo Diagrama.
Figura 19 - Diagrama de Ishikawa para o número excessivo de alarmes dessa planta.
Com isso, pode-se verificar que a falta de uma cultura de alarmes e
gerenciamento eram itens que precisariam ser resolvidos também para que o
número de alarmes fosse reduzido.
Assim, na fase Analisar foi dada a sequência proposta na Figura 13. Onde
foram feitas análises de cada alarme configurado no sistema determinando ranges,
desvios, “delays” (tempos de espera), histereses e condicionais conforme é
proposto pela metodologia. Alguns exemplos podem ser citados para entender o
tipo de análise crítica realizada:
4.3.1. Análise do controle de temperatura do reator
Uma das variáveis de processo analisada foi um indicador de temperatura
do reator.
Esse reator é do tipo CSTR e nele ocorre uma reação exotérmica de
oxidação com a ajuda de um catalisador. Nessa fase do sistema o processo é
Dinheiro
Gerenciamento
Ambiente
Medição
Método
Material
Máquina
Pessoas
Falta de treinamento
com o o assunto é v agaCultura de como lidar
EquipamentoProblema com o
InstrumentoProblema com o
IncorretosLimites
e HisteresisFalta de 'Delay '
condicionaisFlta de
ev entof iltrar tipo deDif icultade de
nos sensoresmanutençãoFalta de
operadorcabeça doMuito barulho na
gerenciamentoFalta de
inv estimentoPouco
Diagrama de Ishikawa - Causas possíveis para o excesso de alarmes
de alarmes
Excesso
54
batelada, porém o reator trabalha em batelada, ou seja, o produto interno não é
transferido por completo, uma parte dele fica e é utilizado na batelada posterior.
Como a reação é exotérmica, o controle de temperatura deve ser feito
corretamente para não provocar a formação de impurezas, as quais em grandes
quantidades podem provocar a reprovação do produto e diminuir a vida útil do
catalisador utilizado.
Para tal análise, foi utilizada a ARP (Análise de Risco do Processo) no qual
constam todas as variáveis críticas, com limites de operação possíveis e ações
corretivas a serem tomadas. Outra fonte de informações para a operação desse
reator é a lista de interlock da área, onde constam todas as condições para as
variáveis críticas, onde o sistema irá intertravar quando esses limites forem
atingidos.
Esse reator obedece ao um ajuste diário que o engenheiro de produção
determina. Assim, outro ponto a ser considerado foi a operação normal, ou seja,
situação no qual o reator já trabalha, pois o alarme associado a esta variável deveria
considerar os cenários de diminuição ou aumento da produção. Dessa forma foi
considerado um período de 100 dias, pois nesse período é possível verificar qual
foi a tendência do processo durante a vida de dois catalisadores em processo.
Figura 20 - Gráfico do ASPEN® do Indicador de temperatura do reator de um período de 100 dias.
Dessa forma, pela Figura 20 pode-se verificar que a temperatura variou entre
85ºC e 122ºC. A ARP dessa planta, cita que temperaturas abaixo de 75ºC o produto
55
não reage completamente. Já a lista de interlocks mostra que se a temperatura do
reator for superior a 125ºC, há a formação de impurezas que diminuem
consideravelmente a pureza do produto e pode ocorrer a sobre pressão do reator
devido a entrada de oxigênio.
A Figura 21 mostra qual é o comportamento da temperatura durante a
reação de oxidação.
Figura 21 - Gráfico do ASPEN® do Indicador de temperatura do reator durante a batelada.
Como a temperatura segue um set point, e variações desse set point podem
provocar grandes desvios, como uso excessivo de oxigênio ou sobrepressão do
reator foi visto que ter um alarme para o desvio de set point era importante também.
E como as variações de temperatura poderiam ser bem pequenas, estipulou-se o
valor de 1ºC para cima ou para baixo do valor de set point.
Com as análises realizadas, foi possível definir um alarme para o indicador
de temperatura, conforme apresentado na Tabela 4.
56
Tabela 4 - Configuração para o alarme de temperatura do reator.
Descrição Unid Desvio Limite Condicional Ações para operador
Mínimo Máximo Máximo Mínimo Mínimo Máximo
Controle
de Temperat
ura do reator técnico
°C 1°C 1°C 122°C 80°C N/A 1) Acionar engenheiro
de processos, visto que é
um parâmetro controlado pelo MPC. Caso haja
algum problema no
controle, poderá alterar
o controle para AUTO e
modular a válvula.
1) Manipular a abertura da
válvula da água de resfriamento do trocador 1-
215. 2)Interlocks 1176-05-1 e 1176-05-2
interrompem a alimentação de O2 no reator 1-211, com alta temperatura. 3) Checar se
bombas e ventiladores da
torre de resfriamento
estão operando normalmente.
Checar temperatura e
pressão de saída de água
da torre.
4.3.2. Análise corrente de bomba de deslocamento positivo
As bombas de deslocamento positivo dessa planta são utilizadas na
transferência de produtos de um tanque para outro ou para recirculação do produto
no próprio tanque visando sua homogeneização.
Normalmente a corrente elétrica do rotor de bombas não está contemplada
na ARP da planta, entretanto dependendo da capacidade nominal da bomba e sua
aplicação ela tem um interlock associado para prevenir que esta seja
sobrecarregada (quebra de eixo principal e rolamentos internos) ou sobcarregada
(cavitação). Portanto, para definir limites para os alarmes foi necessária uma
avaliação do comportamento da bomba durante a sua operação normal, isso
porque quando há a lavagem das tubulações ou mudança de catalisador, pode
haver a variação do comportamento da bomba, que se trata de uma variação
normal do processo.
Nessa análise também considerou o período de 100 dias, pelos mesmos
motivos apresentados na subseção 4.3.1 deste capítulo.
57
Figura 22 - Gráfico do ASPEN® da operação da bomba de transferência para carga do reator.
Pela Figura 22, é possível verificar que a corrente elétrica da bomba opera
entre 0A e 76A durante o processo.
Figura 23 - Gráfico do ASPEN® da operação da bomba de transferência para carga do reator.
Já pela Figura 23, verifica-se que essa bomba tem estágios de operação,
então a análise desse alarme deveria considerar os momentos que a bomba está
nesses estágios, assim, quando a bomba não está operando (corrente igual a 0A)
58
não deverá ocorrer um alarme de processo. Portanto, define-se uma condicional
como premissa para que o alarme ocorra, o qual só deverá soar se caso a bomba
estiver em operação diferente de desligada.
Quanto aos limites que envolvem a operação normal da bomba variam de
45A até 120A, porém a lista de interlock alerta que se a bomba estiver com a
indicação de corrente elétrica baixa significa que essa bomba pode estar rodando
vazia, com isso, define um intertravamento automático, ou seja, o desligamento do
motor se caso a indicação de corrente estiver abaixo de 46A por 30 segundos. Esse
interlock tem esse tempo para atuar, pois abrange os momentos em que a bomba
muda de operação, onde a bomba pode chegar a valores baixos, contudo, não
afetam a mecânica da bomba ou o processo.
Assim, para definir o alarme foi preciso considerar também um intervalo de
tempo, ou delay, para que o alarme fosse acionado. Esse tempo é o momento no
qual a bomba faz uma rampa até atingir o patamar da sua operação normal, essa
rampa significa que a vazão ainda está baixa.
Foram verificados vários ciclos de operação da bomba (semelhante ao da
Figura 23) e como resultado, nota-se que há um padrão e que durante a análise
não houve variações no processo. Portanto, o alarme para essa bomba foi definido
conforme apresentado na Tabela 5.
Tabela 5 - Configuração para o alarme de corrente elétrica da bomba de transferência de matéria
prima para o reator.
Descrição em Inglês
Unid Desvio Limite Condicional Delay Ações para operador
Mínimo Máximo Máximo Mínimo Mínimo Máximo
“A” SLURRY TANK
PUMP #1 CURRENT
A NA NA 120 46.5 SE A BOMBA
01M172<>LIGADA
60 1) Verificar as correias e
os demais acoplamentos entre a bomba e o
motor. 2)
Interlocks1176-04- 4 de
baixa amperagem.
3) Acionar time de E&I
Limite de
máxima significa
que a corrente
pode danifica
r o motor. Acionar Instrumentista.
59
4.3.3. Análise da emissão de partículas atmosféricas
Para análise de emissão de partículas atmosféricas é necessário o
entendimento da química do processo. Por sigilo industrial, a química será
representada com letras do alfabeto e em caso de substâncias nocivas à saúde ou
ao meio ambiente será destacado com asterisco (ex.: A*).
A principal reação no processo é a transformação do produto A em produto
B por uma reação de dealquilação oxidativa na presença de um catalisador X (1).
O oxigênio é o oxidante. Essa reação é exotérmica.
A + O2 → B (1)
O catalisador utilizado também catalisa a oxidação dos produtos C* e D.
Parte do produto C* gerado pela conversão de A (2) é oxidado ao D (3). Uma parte
deste produto D é então oxidado ao produto E e água (4), e libera-se calor.
A + O2 → C* (2)
C* + O2 → D (3)
D + O2 → E + H2O (4)
Dessa forma, o processo deve ser controlado devido o produto C* ser um
produto que por legislação sua emissão à atmosférica deve ser controlada e
fiscalizada.
Ao longo da vida do catalisador a transformação do produto A em C* pode
aumentar devido à eficiência do catalisador em produzir B reduzir, ou seja, a vida
do catalisador está diretamente ligada à produção do produto C*.
Não há um instrumento de medição desse parâmetro em campo, então, para
que parâmetro seja, assim, controlado no próprio Delta V®, há um cálculo integral
que utiliza como variáveis: a temperatura do reator, nível do reator, o nível do
scrubber, o resultado de análises laboratoriais via HPLC (sigla em inglês para
cromatografia líquida de alta eficiência) da quantidade do produto B formado no
X
X
X
X
60
reator (esses valores são inseridos no sistema MES® que é interligado ao Delta V®.
A tedência desse medição calculada segue na Figura 24.
Figura 24 - Gráfico do ASPEN® do nível do Scrubber com o indicador de emissão do produto C*.
A Cetesb exige que seja fornecido mensalmente os valores da emissão
desse produto na atmosfera via scrubber junto com a média mensal.
Para que esse produto seja controlado, é necessário um alarme que informe
que esse produto está em índices maiores que o normal. Dessa forma, o alarme
vinculado a esse parâmetro só existe para o limite de máximo e é exatamente o
valor do limite exigido pela Cetesb que é 0,12g/S.
Outro ponto que foi definido foi um delay (tempo de espera) para que o
alarme seja acionado, pois devido a indicação ter origem em um cálculo com
algumas variáveis, qualquer atraso na rede para envio de resultado pode afetar o
valor real da variável medida. O resultado pode ser verificado na Tabela 6:
61
Tabela 6 - Configuração para o alarme do Indicador de emissão do produto C* para atmosfera via Scrubber.
Descrição em Inglês
Unid. Desvio Limite Condicional Delay Ações para o operador
Mínimo Máximo Máximo Mínimo Mínimo Máximo
SCRUBBER C*
EMISSION
g/s NA NA 0.12 NA NA 5 NA Fora dos limites
permitidos de emissão
atmosférica. Entrar em contato
imediatamente com Eng. da
área
4.4. Implementar
Após todas as análises realizadas, a equipe de automação fez todas as
correções no sistema Delta V®, utilizando os códigos apropriados.
Figura 25 - Número de alterações realizadas.
A partir dessas alterações (Figura 25), criou-se uma lista oficial onde foi
possível para qualquer pessoa da planta acessar os limites definidos, condicionais
propostas e ações recomendadas pelo engenheiro que o operador deveria realizar
para que fosse resolvido o problema. Essa lista está disponível em uma das seções
do guia de processos da unidade.
Outra ação que foi feita nessa fase foi resolver os problemas de alarmes que
envolviam a mecânica ou parte elétrica do sistema, no qual o operador ou o
engenheiro de produção/processo não tem ação direta na resolução do problema.
Como citado por Vidigal (2011), existem certos alarmes que não envolvem
93 86
19
120
0
50
100
150
Alarmeseliminados
Ranges alterados Desviosalterados
CondicionaisAlteradosN
úm
ero
de
alt
era
çõe
s
Tipos de alterações
Alterações feitas no Delta V®
62
problemas técnicos do instrumento ou sistema de comunicação. Então, foi criada
uma sistemática para análise dos problemas dos alarmes em reunião com toda a
equipe de suporte da área (Mecânica, Elétrica, Automação e Processo Químico)
onde foram realizadas possíveis análises das incidências semanais de alarmes e o
direcionamento para resolver o problema.
Figura 26 - Fluxo para análise dos alarmes.
Esse fluxo (Figura 26) teve como intuito conseguir atingir o problema cultural
encontrado e, assim, estabelecer uma análise rápida para com a definição de
responsáveis por resolver as ações que foram levantadas em reunião. Dessa
forma, o projeto não fica limitado ao engenheiro de produção e nas análises dos
parâmetros do processo, visto que, no início do projeto foi verificado que haviam
alarmes que eram direcionados ao time de manutenção e que não estavam sendo
resolvidos com a rapidez necessária.
4.5. Controlar
Após todas as correções feitas no sistema e definida uma metodologia de
análise para os alarmes que envolviam problemas mecânicos ou elétricos, foi feito
o monitoramento do sistema para assegurar que todas as ações realizadas foram
eficazes para a área.
Durante essa etapa foi utilizada a ferramenta de Gerenciamento de
Mudanças para garantir que todas as modificações do sistema pudessem estar
registradas. Com isso, foi salva dentro do diretório de documentos técnicos da área
a lista de todos os alarmes configurados, assim, todos os funcionários da fábrica
63
teriam acesso a lista com os limites definidos para os alarmes e as ações a serem
tomadas.
Outra ação tomada, foi a criação de um plano de ação submetido no sistema
interno da fábrica que indicava responsáveis para resolução dos problemas
levantados durante a reunião semanal da área. Assim, o sequenciamento proposto
pela Figura 26 pode ser concretizado.
Dessa forma, foi monitorado durante todo o projeto as médias semanais do
número de alarmes por operador a cada 10 minutos, conforme a Figura 27.
Figura 27 - Monitoramento semanal da incidência de alarmes na planta.
Os resultados também passaram a ser reportados mensalmente para todos
da área (Figura 28), assim, as informações obtidas do projeto não ficou restringida
aos participantes do projeto.
8,0 8,6
9,3 8,7 8,6
9,1
7,7 7,7 7,8 8,1 8,5 9,0 8,9 9,2
8,5
11,7
8,8 8,6 7,9 7,8
15,5
11,7
10,0 9,6
4,2 3,9 4,6
2,6 2,4 1,5 1,4 1,0 1,2 1,0 1,0 1,1 1,5
0,8 0,7 0,8 0,9 0,9 0,9 0,6 1,7
0,9 1,6
0,9 0,9 0,8 0,7 0,8 1,3 1,0
-
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Média por semana -número de alarmes por operador a cada 10 min
Boil Out ou parada da Operação normal
Inicio nas alterações devido
análise dos parâmetros de
processo Inicio das análisesdos alarmes
semanais com o equipe de Mecânica
e Elétrica
64
Figura 28 - Monitoramento mensal da incidência de alarmes na planta.
Assim, para garantir que a disciplina no monitoramento dos alarmes não seja
perdida com o tempo, foi criado um indicador dentro da base de SGI da planta
(Sistema de Gestão Integrada) para o controle mensal dos alarmes, conforme
apresentado na Figura 28. Assim, todas as ações que envolvessem alterações ou
criação de alarmes podem ser auditadas, garantindo que a metodologia não falhe.
23,6
18,2
24,3 23,5 24,8
14,6
8,7 8,0 8,6 9,4 10,4
6,9
2,5 1,0 1,0 0,9 1,3 0,8
-
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
ou
t/1
1
no
v/1
1
dez
/11
jan
/12
fev/
12
mar
/12
abr/
12
mai
/12
jun
/12
jul/
12
ago
/12
set/
12
ou
t/1
2
no
v/1
2
dez
/12
jan
/13
fev/
13
mar
/13
nú
me
ro d
e a
larm
es
po
r o
pe
rad
or
a ca
da
10
min
Mês
Controle Mensal
Monthly Average Target -->1.0
65
5. CONCLUSÃO
Conforme os resultados apresentados nesse trabalho, foi possível verificar
que, com a metodologia de análise de alarmes, proposta por Santos em 2011, e as
ferramentas do seis sigma foi possível alcançar a meta do projeto que era 1,0(um)
alarme por operador a cada 10 minutos, ou seja, seguir o que é proposto pela norma
da EEMUA para gerenciamento de alarmes.
Verificou-se também com o projeto que apesar de a metodologia de alarmes
de processo estar diretamente ligada as alterações na parte de automação do
sistema, a necessidade de uma avaliação crítica dos parâmetros do processo e sua
operação cotidiana são fundamentais para definição de padrões que pudessem ser
seguidos ou pelo menos pudessem ser monitorados para futuros projetos na
própria área.
Quanto a confiabilidade humana, ou seja, o trabalho operacional seja
confiável, essa planta procura investir sempre em um ambiente de trabalho seguro
e no qual o operador tenha acesso à ferramentas para desenvolver seu trabalho de
forma segura. Portanto, esse projeto de alarmes pode garantir ao operador de
console um ambiente de trabalho com menos ruídos desnecessários que
pudessem o atrapalhar.
Porém, para que o projeto não se perca é necessária a disciplina em
monitorar alarmes da área e uma cultura sobre alarmes bem embasada. Portanto,
um ponto positivo para que a fase controlar não fosse perdia com o tempo, que é
um dos grandes desafios de um projeto DMAIC, foi o posicionamento da empresa
em tratar o número de alarmes como um indicador de sua política de SGI (Sistema
de Gestão Integrada).
66
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANSI/ISA–18.2–2009. Management of Alarm Systems for the Process
Industries. International Society of Automation, Aprovado em 23 de Junho de 2009.
ARAÚJO, E. V. Gerenciamento de alarmes em Plantas Industriais: Conceitos,
Normas e Estudo de caso em um forno de Reaquecimento de Blocos. Belo
Horizonte. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Minas Gerais, 2010.
BARROS, F. Estudo e avaliação da alteração no intervalo de operação do
sistema de intertravamento (interlock) de um reator industrial. Lorena. Projeto
de Monografia. Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, 2011.
BOLLINGER, R.; CLARK, D.; DOWELL, A., Et. Al. Inherently Safer Chemical
Process, A life Cycle Approach. Center for chemical process safety (CCPS),
1996.
BRANSBY, M. L. Best Practice in Alarm Management. The Institution of Electrical
Engineers, 2000.
BULLEMER, P.; METZGER, D. Process Safety Metrics Review: Considerations
from an ASM Perspective. ASM Consortium, 2008.
CENTER FOR CHEMICAL PROCESS SAFETY. Transbordamento de tanques -
O que aconteceu? Setembro, 2003.
CETESB, Emergências Químicas, disponível em:
http://www.cetesb.sp.gov.br/gerenciamento-de-riscos/analise-de-risco-
tecnologico/49-seveso Acessado em: 20 de setembro de 2012.
DECICINO, R. Terceira revolução industrial. Disponível em:
http://educacao.uol.com.br/geografia/terceira-revolucao-industrial-tecnologia.jhtm.
Acesso em: 10 de Junho de 2013.
67
DIAMOND, K. T.; DHALLA, N. Best Practices in Alarm Management Experience
from the Field. Conferência anual de produção de Etileno. Nova Orleans, 2004.
DUNN, D.; SANDS, N. ISA-SP18 - Alarm Systems Management and Design
Guide, 2005.
ECKES, G. Six Sigma Team Dynamics. Editora John Wiley e Sons, 2003.
ENGINEERING EQUIPMENT USERS ASSOCIATION - EEMUA. Publicação 191.
Alarm Systems. A Guide to Design, Management and Procurement, 1999.
ENGINEERING EQUIPMENT USERS ASSOCIATION - EEMUA. Publicação 201
Process plant control desks utilising human-computer interfaces: a guide to
design, operational and human-computer interface issues, 2002.
FOONG, O. M.; SULAIMAN, S.; RAMBLI, D. R. A.; ABDULLAH, N. S. Alarm
Priorization System for Oil Refinery. Congresso mundial de ciência
computacional e engenharia, São Francisco, Estados Unidos, 2009.
HEALTH AND SAFETY EXECUTIVE (HSE). The explosion and fires at the
Texaco Refinery, Milford Haven, 1997.
HOLLIFIELD, B.; E. HABIBI. The Alarm Management Handbook: A
Comprehensive Guide. PAS, Houston, 2006.
HSE. HSE - Health & Safety Executive. Reducing error and influencing
behaviour. HSG 48. HSE Books, 1999.
KOENE, J.; VEDAM, H. Alarm management and rationalization. Terceira
conferência internacional de prevenção de perdas, 2000.
KRAGT, H.; BONTEN, J. Evaluation of a conventional process-alarm system in
a fertilizer plant. IEEE Transactions on system, man and cybernetics, volume 13,
1983.
68
LINDGREN, P. C. C. Implementação do Sistema de Manufatura Enxuta na
Embraer. Taubaté. 2001. Monografia (MBA em Gerência de Produção e
Tecnologia) - Universidade de Taubaté.
MARVAN M. Alarm Management Solutions. Exposição ISA, Chigado, Illinois,
Outubro de 2005.
METZGER, D. ASM Alarm Management Guidelines and ISA-18.2: How Do They
Stack Up. ASM Consortium, 2009.
NIMMO, I. The operator as IPL. Hydrocarbon Engineering Jornal. VOL 10, 2005.
OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION (OSHA). Padrão 29
– Item 1910.119. Process safety management of highly hazardous chemicals.
OHNO, T. O Sistema Toyota de Produção – Além da produção em larga escala.
Bookman Company, 1997.
PUELO, S. Dark Tide: The Great Boston Molasses Flood of 1919. Beacon Press.
ISBN 0-8070-5021-0. 2004.
REISING, D., DOWNS, J., BAYN, D. Human Performance models for response
to alarm notification in the process industries: an industrial case study.
Human Factors and Ergonomics Society. Encontro anual 48, Nova Orleans.
Setembro de 2004.
RODRIGUES, B. N.; ALMEIDA, F. S. Guia de herbicidas. Londrina, PR:
Grafmarke, 2005.
ROTHENBERG, D. Alarm management for process control. Editora Momemtum,
2009.
SANTOS, D. R. Aplicação do sistema Toyota de produção e estudo de
metodologias para melhoria do sistema de alarmes de processo. XVII SIMPEP,
2010.
69
SANTOS, D. R. Proposta Metodológica para Melhoria dos Alarmes de
Processo de uma Indústria Química Utilizando Conceitos STP e Seis Sigma,
Taubaté. Dissertação de Mestrado. Universidade de Taubaté, 2011.
SILVA, R. B. Sistema para Gerenciamento de Alarmes Aplicados na Indústria
do Petróleo, Natal: UFRN – Trabalho de Conclusão de Curso, 2009.
THE INSTITUTE OF PETROLEUM. Human Factor number 2, 2003.
VIDIGAL, C. H.; GOMES, F. A. Aplicação de técnicas de gerenciamento de
alarmes no forno de reaquecimento de placas nº 1. 14º seminário de Automação
de Processos da ABM. Belo Horizonte, Minas Gerais, Outubro de 2010.
WERKEMA, C. Criando a Cultura Seis Sigma, Série Seis Sigma, Vol. 1, Editora
Werkema, 3ª edição, 2004.
WILKINSON, J.; LUCAS, D. Better alarm handling – a practical application of
human factors. Health & Safety Executive. Institute of Measurement and Control
Journal, vol. 35, 2002.
YAMASHITA A., FUKUI T., KOBAYASHI K., MASUDA T., TAKETANI, TANAKA, R.,
WADA T. The Alarm System for the SPring-8 Storage Ring. SPring-8, Kamigori,
Hyogo, Japão, 1997.