dimensionamento da infraestrutura de centros de

XXXVIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE PESQUISA OPERACIONAL
Pesquisa Operacional na Sociedade: Educação, Meio Ambiente e Desenvolvimento
12 a 15/09/06 Goiânia, GO
DIMENSIONAMENTO DA INFRAESTRUTURA DE CENTROS DE
CONTROLE OPERACIONAL EM EMPRESAS DE SANEAMENTO
ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Guilherme Ernani Vieira
Prog. de Pós-grad. em Eng. de Produção e Sistemas
Pontifícia Universidade Católica do Paraná Professor Adjunto
[email protected]
Breno Trautwen Júnior
Empresa de Saneamento do Paraná (SANEPAR) Engenheiro
[email protected]
RESUMO
Este artigo tem como objetivo mostrar que simulação computacional é uma opção
viável e segura para o dimensionamento da infraestrutura de centros de controle operacional
(CCO) em empresas de saneamento. Nesta abordagem, foram tratadas as características básicas
de um CCO (processos e recursos principais) da Companhia de Saneamento do Paraná
(SANEPAR). Com o modelo de simulação do CCO considerado, pôde-se verificar que a atual
infraestrutura não atenderá de forma satisfatória a área a ser servida pelo centro de operações.
Vários modelos de CCO foram criados e diversos experimentos de simulação foram executados a
fim de se saber como o futuro CCO deve ser dimensionado de forma a atender o crescimento da
demanda prevista para os próximos anos.
Palavras-chave: Simulação computacional, saneamento, tratamento e distribuição de água,
centro de controle operacional.
ABSTRACT
This paper aims at showing that computer simulation is a viable and safe option for
evaluation of the infrastructure of operation control centers (CCO) at water utility companies. In
this approach, basic characteristics of a CCO (main processes and resources) at the Companhia
de Saneamento do Paraná (SANEPAR) were considered. With the computer model for the CCO
considered, one can verify that the current CCO infrastructure will not satisfactorily meet the
future demands of the expanded region to be served by the current CCO. Several CCO
configurations were created to find out the right size for the new CCO to serve the demand
growth expected to take place in the next years.
Keywords: Computer simulation, water utility and distribution, operation control center.
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1. INTRODUÇÃO
Um Centro de Controle Operacional (CCO) de Distribuição de Água é responsável pela
operação da rede do sistema de tratamento e distribuição de água de uma determinada região. Os
serviços prestados por um CCO devem atender prazos e qualidade adequados, por isso sua
operação tem evoluído rapidamente nos últimos anos com a introdução de ferramentas de
monitoramento e controle automatizados. Esta evolução, entretanto, não tem levado em
consideração mudanças nos processos internos de um CCO e nem na infraestrutura de trabalho ao
nível de perfil e das atividades dos profissionais envolvidos. Tais alterações devem ser
cuidadosamente avaliadas antes de sua implantação de fato.
Simulação computacional tem se mostrado uma excelente opção para avaliação do
impacto que alterações podem causar no desempenho de um sistema vigente, tanto em sistemas
produtivos como em empresas de serviço e nas mais variadas áreas (AGUILAR & PATER, 1999;
BERTRAND & FRANSOO, 2002; BRAGA, 1999; INGALLS, 1998; INGALLS & KASALES,
1999; MATWIJEC, 1999; MORAES & FRANZESE, 2000; MOUSAVI & HINDI, 2000;
OTTMAN, 1999; ROWLANDS, 2000; SEPPANEN, 2000; SCHUMACHER & LALSARE,
2000). Até este momento, entretanto, esta ferramenta ainda não tem sido muito utilizada em
empresas de saneamento, apesar de alguns trabalhos já começarem a aparecer (ALENCAR &
SEEMANAPALLI, 1999; LUNA et al., 1999; SANTANA et al., 2001; SANTANA et al., 1999;
WALSKI et al., 2002). Neste trabalho, mostra-se como simulação computacional pode ser usada
na avaliação do dimensionamento da infraestrutura de centros de controle operacional em
empresas de saneamento. Mais especificamente, trata-se da avaliação da infraestrutura de um
CCO recentemente automatizado na Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR) que, em
futuro próximo, estará servindo uma região maior do que a atual área atendida.
O Sistema de Abastecimento de Água Integrado de Curitiba (SAIC), pertencente a
SANEPAR, opera sob supervisão de um único CCO. Este SAIC é constituído por 24
reservatórios, totalizando uma capacidade de 180.000 metros cúbicos de água, e 42 estações
elevatórias, compondo 69 zonas de pressão em malha de distribuição de aproximadamente 8.000
km de redes, anéis, adutoras e subadutoras, e abrange os municípios de Curitiba, Colombo,
Pinhais, São José dos Pinhais e Araucária.
O SAIC passou nestes últimos três anos por um processo intenso de implantação de
tecnologias de automação e controle das unidades que o compõe. Esta transformação ocorreu
também ao nível de CCO, através da reestruturação de processos internos (criação e eliminação
de processos) e de alteração no perfil (capacitação e aperfeiçoamento) dos profissionais que
atuam nesta área.
Algumas destas mudanças foram, por exemplo:
• Funções de operação local de unidades de abastecimento foram eliminadas e
substituídas por operação remota via Sistema de Controle Supervisório e de
Aquisição de Dados (SCADA);
• Processos de controle feitos localmente foram substituídos por acionamentos
remotos a partir do CCO;
• Processos de manutenção que eram acompanhados por operadores locais
passaram a ser feitos pelo CCO que agora tem que se deslocar até a unidade
com problemas;
• Processo de registro de ocorrências que era feito de forma manual passou a ser
feito com uso de microcomputadores; e
• Processos de cadastro de variáveis também foram passados automaticamente
para o sistema de informação, possibilitando sua análise pelo CCO.
Anteriormente esta análise era inviável, demandando um tempo maior de
trabalho com dados sendo registrados de forma manual.
A estrutura funcional existente no CCO opera com quatro escalas de revezamento e
cada escala é comporta por um engenheiro, um supervisor e dois operadores. Este CCO foi
criado para um processo fortemente dedicado às atividades de campo e com a operação das
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unidades feitas por operadores locados em cada reservatório, com muito pouca atividade de
escritório e, conseqüentemente, pouca análise e avaliação do comportamento hidráulico do SAIC.
Com unidades automatizadas, a ação local dos operadores ficou reduzida ou eliminada, exigindo
uma presença maior das escalas no Centro de Controle trabalhando junto ao sistema SCADA.
A SANEPAR tem em andamento um programa de expansão do sistema de distribuição
existente para o ano de 2005. Espera-se que até este ano, o Sistema de Abastecimento de Água
Integrado de Curitiba seja expandido de forma significativa. Estas mudanças implicarão em uma
série alterações nos processos e também nas formas com que os serviços e operações são
atualmente executados. Desta vez, entretanto, simulação computacional poderá ser usada na
avaliação de desempenho, os impactos possíveis, e estimar a infraestrutura do novo CCO tendo
em vista a manutenção dos atuais índices de desempenho no sistema futuro.
2. EVENTOS E ÍNDICES DE DESEMPENHO DE UM CCO
Os principais eventos que devem ser atendidos por um Centro de Controle Operacional
de empresa de saneamento são resumidos como:
• Ocorrência de alarmes SCADA. Envolve a operação do sistema de controle
supervisório e de aquisição de dados. A equipe do CCO deve acompanhar o
comportamento do sistema; reconhecer e analisar situações fora de padrões préestabelecidos; ir até o local quando os problemas exigirem intervenção local; e
cadastrar as situações que exijam intervenção física no sistema.
• Ocorrência de reclamação de falta de água. Acompanhamento da ocorrência de
reclamações de falta de água não previstas ou não justificáveis; verificar o
motivo das reclamações; acionar equipe de manutenção; cadastrar ocorrências e
acompanhar sua solução.
• Operação no sistema SCADA. O time do CCO deve verificar periodicamente a
situação do sistema distribuição, além de executar outras atividades menores
como comunicação com o campo via rádio.
• Atividade programada de ida a campo. O CCO deve acompanhar manutenções
na rede de distribuição e nos dispositivos eletromecânicos programadas (ou de
emergências) que afetam o abastecimento. Deve também acompanhar
intervenções de manutenção no sistema hidráulico e eletromecânico quando
estas ocasionam paradas significativas causadas por rompimentos de adutoras,
queima de bombas e transformadores, limpeza de reservatórios, substituição
componentes de grande diâmetro como válvulas e medidores, etc.
Através de simulação computacional pode-se estimar o desempenho do sistema sem
que este tenha sido implantado ou que esteja em funcionamento. Entretanto, antes de se
desenvolver o modelo computacional do sistema a ser analisado, deve-se saber claramente como
que o desempenho será medido. Neste trabalho, dezoito índices de desempenho (IND) são
utilizados na análise da performance de centros de controle operacional. São eles:
♦ IND1 – Tempo médio entre a ocorrência de um alarme SCADA e o seu
fechamento.
♦ IND2 – Tempo médio de uma atividade programada de ida a campo.
♦ IND3 – Tempo média do intervalo de tempo medido entre a ocorrência de uma
reclamação de falta de água e o seu fechamento.
♦ IND4 – Média do tempo de espera total de um Alarme SCADA (média dos
máximos das replicações).
♦ IND5 – Média do tempo de espera total para cadastro de reclamações de falta
de água (média das replicações).
♦ IND6 – Média do tempo máximo de espera total de um Alarme SCADA (média
dos máximos das replicações).
♦ IND7 – Média do tempo máximo de espera total para cadastro de reclamações
de falta de água (média dos máximos).
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♦ IND8 – Número médio de eventos no sistema a qualquer momento (eventos em
espera e eventos sendo atendidos).
♦ IND9 – Média do número de eventos do tipo alarme SCADA no sistema.
♦ IND10 – Média do número de eventos do tipo reclamação de falta de água no
sistema.
♦ IND11 – Média do número máximo de eventos do tipo alarme SCADA no
sistema.
♦ IND12 – Média do número máximo de eventos do tipo reclamação de falta de
água no sistema.
♦ IND13 – Número médio de alarmes SCADA na fila para serem reconhecidos.
♦ IND14 – Valor médio de utilização dos carros.
♦ IND15 – Valor médio de utilização dos microcomputadores.
♦ IND16 – Valor médio de utilização do(s) engenheiro(s).
♦ IND17 – Valor médio de utilização do(s) supervisor(es).
♦ IND18 – Valor médio de utilização dos operadores.
A partir da obtenção experimental desses índices, pode-se analisar, por exemplo, se
configuração do atual CCO atenderá satisfatoriamente às demandas futuras e também qual deve
ser a nova infraestrutura do CCO para que este tenha o mesmo desempenho do sistema atual.
Nas próximas seções, descreve-se como simulação computacional foi utilizada e os cenários que
foram considerados.
3. SIMULAÇÃO DE UM CCO
Para definição do modelo de simulação, foram considerados os quatro principais
eventos de um CCO explicados acima. Foram levantados dados sobre o número de ocorrências
de cada evento; tempo de atendimento de cada ocorrência; e o fluxo ou relacionamento entre os
eventos e os recursos disponíveis.
Diversos experimentos foram feitos. Para cada cenário considerado, foram feitas
cinqüenta replicações simulando a operação de uma semana do CCO. Os resultados dos índices
de desempenho foram estimados a partir da média, desvio padrão e intervalos de confianças
(nível de confiabilidade de 95%) das replicações.
Os dados de entrada sobre freqüência das ocorrências, tempos de serviços, etc. foram
obtidos de planilhas de controle e acompanhamento direto da execução de algumas atividades.
Para análise desses dados de entrada, utilizou-se o Analisador de Entrada (Input Analyzer) do
pacote de simulação computacional Arena da Rockwell Software Incorporated.
Três cenários foram analisados:
(a) Cenário I: Cenário atual considerando a infraestrutura (recursos) disponíveis no
centro de controle e as demandas atuais (dadas pelos quatro tipos de eventos
explicados acima).
(b) Cenário II: Cenário considerando a infraestrutura atual aplicada às futuras
demandas.
(c) Cenário III: Cenário desenvolvido a partir de uma nova infraestrutura do CCO
aplicada às futuras demandas.
Os três cenários têm a mestra estrutura (blocos) de simulação, representada pelas
Figuras 1 a 4 abaixo. O que os diferencia são os valores das demandas, dados pela quantidade e
tempos de serviços e a infraestrutura (quantidades de recursos) disponíveis.
O modelo de simulação considerou os quatro grandes eventos (demandas): ocorrência
de alarmes, ocorrência de falta de água, ocorrência de supervisão e ocorrência de campo. A
ocorrência de alarmes implica em reconhecimento de diferentes tipos de alarmes recebidos e/ou
detectados pelo sistema SCADA, verificação e validação dos alarmes que necessitam ação
corretiva (críticos para o sistema); cadastro dos alarmes críticos; atividade de campo para
verificação de alarmes críticos que exigem presença local (Figura 1). Os outros tipos de alarmes
podem ser solucionados diretamente do sistema de supervisão. (Os valores e expressões
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numéricas para cada atividade e processos estão descritos na seção seguinte.)
No processo de ocorrência de alarmes que exigem verificação a campo, apenas uma
pessoa deve ser disponibilizada. Já a ocorrência de faltas de água implica em cadastro e
verificação da ocorrência localmente no CCO (Figura 2).
A ocorrência de supervisão do SCADA é feita no CCO e é um processo que exige a
presença constante de pessoal no CCO – é, portanto, uma atividade de acompanhamento do
SCADA. Esta atividade agrupa inúmeras atividades menores de execução diária pelo CCO
(atendimento telefônico, comunicação com campo via rádio, etc.)
Nas atividades cadastramento de alarmes, cadastramento de reclamação e verificação
no SCADA, recursos (um funcionário e um microcomputador) devem ser solicitados e após
execução, liberados – tais atividades não estão mostradas nas figuras por simplificação.
Ocorrência
de alarme
SCADA
N
Alarme
crítico?
Reconhecimento
Alarme
SCADA
normal
S
Análise detalhada
S
Solicita recursos
N
Necessita ida
a campo?
Ida a campo
Cadastramento do
alarme
Libera recursos
Alarme
urgente
resolvido
Figura 1 - Alarmes SCADA
Reclamação
de
falta de
Reclamação
verificada
Cadastramento
de Reclamação
Figura 2 – Reclamação de Falta de Água
Operação
no SCADA
Verificação
no
SCADA
Estação
verificada
Figura 3 - Operação no SCADA
A ocorrência de campo é executada por uma equipe de uma ou duas pessoas e um
veículo, e é normalmente realizada com base em uma programação pré-estabelecida de ida a
campo.
Atividade
programa
de ida a
S
Equipe de
1?
Solicita
equipe de 1
Ida a campo
(equipe de 1)
Liberar
Equipe de 1
Atividade
executada
N
Solicita
equipe de 2
Ida a campo
(equipe de 2)
Liberar
Equipe de 2
Figura 4 - Atividade Programada de Ida a Campo
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Os tempos das atividades de deslocamento a campo nos processos oriundos da
ocorrência de alarmes e de atividade programada de campo são idênticos; e o mesmo pessoal que
executa as atividades de reconhecimento e verificação de alarmes é geralmente usado para a
operação do SCADA.
Quanto aos recursos, um centro de controle operacional é composto por:
(a) Equipe de funcionários: Operadores, supervisores e engenheiro;
(b) Carros, para deslocamento a campo;
(c) Microcomputadores, para acompanhamento do sistema SCADA e cadastro de
ocorrências
Com relação aos serviços prestados, estes podem ser relacionados ao tipo de demanda.
Na ocorrência de alarme SCADA, as atividades que podem estar envolvidas são:
“reconhecimento do alarme”, “análise detalhada do alarme”, “ida a campo” e “cadastramento de
alarme” (apontamento manual feito em planilha de banco de dados ACCESS). Na atividade
programada de ida a campo, o serviço é a ida a campo, com equipe de um ou dois operadores.
Na operação no sistema SCADA, o serviço é de “acompanhamento no sistema SCADA”. Por
fim, reclamação de falta de água implica no cadastramento e verificação no sistema de
reclamação de falta de água.
Duas simplificações foram consideradas:
• Algumas atividades específicas foram agrupadas dentro de um dos quatro
eventos principais descritos. Os dados destas atividades específicas foram
tirados através de um acompanhamento junto às equipes e adicionados aos
tempos dos processos principais obtidos através de planilhas de controle.
• Considerou-se uma equipe trabalhando 24 horas ao invés de três equipes em
escalas de oito horas, visto que o que se deseja é verificar o dimensionamento
de uma equipe. Em termos numéricos essa simplificação tem pouco, ou mesmo
nenhum, efeito.
4. SIMULAÇÃO
O primeiro cenário diz respeito ao cenário atual, isto é, como o CCO vigente é
constituído e opera de acordo com a demanda atual. Em cada turno de oito horas, os recursos
utilizados são dois microcomputadores, dois carros, dois operadores, um supervisor e um
engenheiro.
Na análise dos dados de entrada, utilizados para definição de parâmetros como
freqüência das ocorrências, tempos de serviço e alocação de recursos, foram usadas planilhas de
controle manuais e planilhas eletrônicas já existentes no CCO. Algumas informações foram
consolidadas com observações junto às escalas (pessoal) de trabalho e da experiência prática das
mesmas. Planilhas eletrônicas forneceram os dados para reconhecimento de alarmes, e
verificação e cadastro de ocorrências críticas. Planilhas manuais foram utilizadas para obtenção
de dados de serviços de campo e ocorrências de falta de água. Estas planilhas foram digitadas em
formato que pudesse permitir sua análise através do Input Analyzer do Arena. Os dados obtidos
e considerações sobre cada evento estão descritos a seguir.
Ocorrência de Alarme SCADA
A chegada e reconhecimento dos alarmes levou em conta registros do sistema SCADA.
Por amostragem dos dados do cadastro de ocorrência foram definidos os percentuais de
alarmes que necessitam verificação e destes também qual o percentual que implica em
deslocamentos a campo. Os tempos de verificação e cadastro foram obtidos diretamente de
registros do sistema supervisório e do sistema de registro de ocorrências utilizados no CCO,
ambos informatizados. O tempo de atividade de campo considerou a planilha manual de
utilização de veículos.
Nem todas as atividades são feitas pelo engenheiro, por outro lado, existem atividades
que somente ele pode executar. O grupo FUNCs, mencionado nas próximas tabelas, é composto
por todos os funcionários da CCO, enquanto que atividades que exigem recursos específicos têm
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detalhado o seu tipo na coluna “Recursos Necessários”.
Reclamação de Falta de Água
Os dados de ocorrência desse tipo de evento foram obtidos a partir de relatórios do
Sistema de Controle de Falta de Água o qual fornece o número de ocorrências hora a hora. A
coleta de dados sobre o tempo de atendimento foi feita através de acompanhamento da atividade
por um período de vinte e quatro horas. Este tempo considera o registro manual da ocorrência
obtida do Sistema de Atendimento ao Cliente da SANEPAR e um tempo de análise desta
reclamação.
Operação no sistema SCADA
Este processo foi modelado como tendo uma ocorrência a cada hora e tempo de serviço
próximo de uma hora. Isto foi feito para agrupar outras atividades que exigem a presença de uma
pessoa da escala permanentemente no CCO. Não foi considerado um tempo de 60 minutos
porque uma vez que a atividade de reconhecimento de alarmes pode ser executada pelos recursos
alocados nesta atividade.
Atividade Programada de Ida a Campo
Para os dados de ocorrência de eventos exigindo ida a campo, bem como os tempos de
serviço, foram consideradas as planilhas de preenchimento manual de utilização de veículos, as
quais registram a utilização destes recursos. Foi considerada a necessidade de modelar dois tipos
de processos em função de ocorrerem eventos que exigem que apenas uma pessoa se desloque
(75% dos casos) a campo enquanto que outros eventos (25% dos casos) dois funcionários são
necessários para determinado tipo de acompanhamento de campo.
Experimentos - Cenário I
Como dito anteriormente, as principais medidas de desempenho consideradas nesse
estudo foram relacionadas ao tempo médio entre a ocorrência (chegada) de um evento e o seu
fechamento, tempo máximo de espera por atendimento, número médio de eventos em filas de
espera e utilização dos recursos (funcionários, carros e computadores). Os dados de entrada e
resultados dos experimentos estão resumidamente mostrados na Tabela 1 e na segunda coluna da
Tabela 2, respectivamente.
Tabela 1: Dados de entrada – Cenário I
Evento
Ocorrência de
Alarme
SCADA
Reclamação de
Falta de Água
Operação no
sistema
SCADA
Atividade
Programada de
Ida a Campo
XXXVIII SBPO
Expressão para
o tempo entre
eventos
45 segundos
(constante)
Serviços e Atividades
Associadas
Expressão para o tempo de
serviço/atividade
Recurso(s) Necessário(s)
Reconhecimento de Alarme
SCADA
Análise Detalhada
Triangular (1, 2, 4) segundos
Ida a Campo
(equipe de um)
Cadastramento de Alarme
SCADA
1 PC e
1 membro de FUNCs
1 PC e
1 membro de FUNCs
(mesmos usados no
reconhecimento do alarme)
1 Carro e
1 Operador
1 membro de FUNCs
30+Weibul(31,3; 0,455)
Exponencial
(20) minutos
60 minutos
(constante)
Cadastramento de
Reclamações
Verificação no SCADA
15 + Exponencial (107)
[minutos]
“300+Exponencial(197)” –
Tempo de Análise Detalhada
[segundos]
Triangular (120, 300, 360)
[segundos]
Normal (45, 5) [minutos]
Exponencial (4)
horas
Ida a Campo
(equipe de um)
Ida a Campo
(equipe de dois)
15 + Exponencial (107)
[minutos]
15 + Exponencial (107)
[minutos]
1 PC e
1 membro de FUNCs
1 PC e
1 FUNCs
1 Carro e
1 Operador
1 Carro,
1 Operador e
1 Engenheiro
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Validar o modelo de simulação do CCO da SAIC atual foi simples. Comparou-se, de
forma subjetiva, o desempenho obtido através do modelo de simulação com os índices de
desempenho já conhecidos pelo pessoal do CCO. Como os valores de performance foram bem
próximos dos obtidos na prática, concluiu-se que o modelo computacional criado era válido, isto
é, corresponde à realidade do atual centro operacional da empresa.
A partir dos resultados obtidos, observa-se, por exemplo, que uma atividade
programada de ida a campo leva, em média, 153 minutos para ser concluída (IND2). Este tempo
considera 121 minutos para se deslocar a campo e fazer o serviço e 32 minutos de espera, por
carro e por funcionário (valores não mostrados na Tabela 2).
Uma reclamação de falta de água está levando atualmente em torno de 11 minutos para
ser cadastrada no devido sistema (IND3 – Cenário 1). Apesar desta ser uma atividade rápida
(média esperada de 5 minutos), a demora se dá pela necessidade de se utilizar recursos (um
microcomputador e um operador) que são também são utilizados em outras atividades. A média
do valor máximo para cadastro de uma reclamação de falta de água é de 20 minutos (IND7).
Esta é uma medida muito importante para a CCO, pois é o cadastramento desta reclamação que
irá acionar a equipe de manutenção para solucionar o problema de falta de água na região.
Outros dois importantes eventos para a medida de desempenho do CCO dizem respeito
ao número médio de eventos do tipo alarmes SCADA e número de reclamações de falta de água
que estão no sistema a qualquer momento (IND9 e IND10, respectivamente). Quanto maior
forem estes valores, significa que o sistema não está respondendo aos problemas com eficiência.
Atualmente, estas filas são de 10 e 0,5 eventos, respectivamente.
Tabela 2: Resultados dos Experimentos
Índice de
Desempenho
IND1
Cenário I
Cenário II
Cenário III (a)
Cenário III (b)
7,6232
57,5400
2,1774
4,0074
IND2
153,1200
382,9000
193,8500
173,5000
Minutos
Minutos
IND3
11,3687
58,8201
6,1741
7,9660
Minutos
IND4
7,3428
57,2171
1,8851
3,6858
Minutos
IND5
7,0330
54,4832
1,8400
3,6329
Minutos
IND6
20,1028
118,8000
10,8056
22,7382
Minutos
IND7
20,0965
123,7900
11,4600
23,6727
Minutos
IND8
12,1640
123,1492
9,5744
10,5121
<número de eventos>
IND9
10,1665
115,6500
5,1713
8,0310
IND10
0,5664
3,9472
0,4072
0,5398
IND11
27,1679
257,2000
22,2271
46,0902
IND12
1,1839
9,1177
0,9891
2,0142
IND13
9,7274
114,3300
1,8525
3,6489
Alarmes SCADA
Reclamações de Falta
de Água
Alarmes SCADA
Reclamações de Falta
de Água
Alarmes SCADA
IND14
0,3948
0,7402
0,5007
0,4512
IND15
0,5442
0,6932
0,4624
0,4646
IND16
0,3203
0,6198
0,4684
0,3086
IND17
0,5082
0,7384
0,3753
0,5507
IND18
0,5697
0,7853
0,5174
0,5931
A utilização dos recursos está num nível muito bom (média de 46,74%). Os carros
estão em uso em média 39,48% do tempo (IND14), os microcomputadores 54,42% do dia
(IND15), o engenheiro, supervisor e operários, ficam ocupados em média 32,03%, 50,82% e
56,97% por turno de oito horas (IND16, IND17 e IND18, respectivamente).
Experimentos - Cenário II
Com a expansão da área de atendimento do SAIC, as demandas por serviços e os seus
respectivos tempos irão crescer de forma significativa. Através da simulação do atual Centro de
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Controle Operacional aplicado ao SAIC previsto, faz-se uma estimativa do desempenho do CCO
frente às futuras mudanças e mostra-se que seu redimensionamento será uma exigência. A
estrutura do modelo computacional, mostrada nas Figuras 1 a 4, permanece a mesma, apenas a
ocorrência dos eventos e os tempos de serviços serão aumentados.
Para a situação de ampliação do sistema, foram consideradas as seguintes modificações
para o futuro sistema (veja os novos valores na Tabela 3):
(a) Ampliação do número de unidades atendidas: mais treze reservatórios e dezenove
elevatórias. Isto amplia em 50% o número de unidades atualmente atendidas. Para
isto, foi estimado um acréscimo no número de alarmes em torno de 33%.
(b) Incorporação de outros sistemas pelo SAIC proveniente de outras localidades
(Fazenda Rio Grande, Piraquara, Quatro Barras, e Campina Grande do Sul). Esta
ampliação aumentará a distância entre dois pontos extremos do sistema, que hoje é
de 40 km, em mais 20 km, isto é, para 60 km - aumentado com isto o tempo médio
dos serviços de ida a campo. Devido aos controles locais, bem mais complexos e
eficientes do que os existentes atualmente, o número de ocorrências de ida a campo
deve seguir a distribuição inicial com aumento de apenas 25% e o tempo de
atendimento não deve crescer mais do que 30%.
(c) Haverá um aumento no tempo médio de supervisão do SCADA na ordem de 10%.
(d) Estima-se que o número de reclamações de falta de água será aumentado em 25%.
Também haverá um aumento do número de equipamentos de campo e da complexidade
do controle em cada unidade. Este impacto, entretanto, já está considerado no item (a) acima. A
automação das unidades fará com que estas não precisem ser assistidas de operadores, havendo
conseqüente diminuição da necessidade de visitas periódicas da equipe do CCO – isto também
foi considerado nos valores mostrados no item (b).
O desempenho do atual CCO frente à expansão do atual SAIC será fortemente
deteriorado, principalmente no que diz respeito aos oito primeiros indicadores, conforme
mostrado na terceira coluna da Tabela 2 e segunda coluna da Tabela 4. Estima-se que o número
médio de Alarmes SCADA que esperam nas filas para serem reconhecidos (IND4) subirá de sete
para 57, e a média do número máximo de eventos do tipo reclamação de falta de água no sistema
a qualquer momento do dia (IND12) subirá de 1 para 9, equivalendo a 679% e 670% de aumento,
respectivamente.
Tabela 3: Dados de entrada – Demandas para o novo SAIC
Evento
Ocorrência de
Alarme
SCADA
Reclamação de
Falta de Água
Operação no
sistema
SCADA
Atividade
Programada de
Ida a Campo
XXXVIII SBPO
Expressão para
o tempo entre
eventos
30 segundos
(constante)
Serviços e Atividades
Associadas
Expressão para o tempo de
serviço/atividade
Recurso(s) Necessário(s)
Reconhecimento de Alarme
SCADA
Análise Detalhada
Triangular (1, 2, 4) segundos
1 PC e 1 membro de FUNCs
30+Weibul(31,3; 0,455)
Ida a Campo
(equipe de um)
Cadastramento de Alarme
SCADA
1 PC e 1 membro de FUNCs
(mesmos usados no
reconhecimento do alarme)
1 Carro e 1 Operador
Exponencial
(15) minutos
60 minutos
(constante)
Cadastramento de
Reclamações
Verificação no SCADA
20 + Exponencial (135)
[minutos]
“300+Exponencial(197)” –
Tempo de Análise Detalhada
[segundos]
Triangular (120, 300, 360)
[segundos]
Normal (55, 5) [minutos]
Exponencial (3)
horas
Ida a Campo
(equipe de um)
Ida a Campo
(equipe de dois)
20 + Exponencial (135)
minutos
20 + Exponencial (135)
minutos
1 membro de FUNCs
1 PC e 1 membro de FUNCs
1 PC e 1 FUNCs
1 Carro e 1 Operador
1 Carro, 1 Operador e 1
Engenheiro
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O número médio de eventos (alarmes SCADA, reclamações de falta de água, operação
no sistema e atividade programada de ida a campo) no sistema a qualquer momento (IND8)
subirá de 12 para 123, uma degradação de 912%.
A média do tempo máximo de espera total de um alarme SCADA (IND6) e a média do
tempo máximo de espera total para cadastro de reclamações de falta de água (IND7) subirão em
torno de 500%, mesmo embora os valores de utilização dos recursos subirão, em média, “apenas”
54%. É claro que uma reclamação de falta de água não poderá esperar 124 minutos para ser
cadastrada - lembre-se que ainda haverá o tempo para solucionar o problema.
Tabela 4: Comparações entre os novos cenários em relação à situação atual (Cenário I):
Índice de Desempenho
Cenário II
Cenário III (a)
Cenário III (b)
IND1
654,80%
-71,44%
-47,43%
IND2
150,07%
26,60%
13,31%
IND3
417,39%
-45,69%
-29,93%
IND4
679,23%
-74,33%
-49,80%
IND5
674,68%
-73,84%
-48,34%
IND6
490,96%
-46,25%
13,11%
IND7
515,98%
-42,98%
17,80%
IND8
912,41%
-21,29%
-13,58%
IND9
1037,56%
-49,13%
-21,01%
IND10
596,89%
-28,11%
-4,70%
IND11
846,71%
-18,19%
69,65%
IND12
670,14%
-16,45%
70,13%
IND13
1075,34%
-80,96%
-62,49%
IND14
87,50%
26,84%
14,30%
IND15
27,38%
-15,02%
-14,62%
IND16
93,51%
46,24%
-3,67%
IND17
45,30%
-26,15%
8,36%
IND18
37,86%
-9,17%
4,12%
Média
500,76%
-28,85%
-4,71%
Na média, haverá uma deteriorização no desempenho do CCO em torno de 500% quando se considera todos os dezoito indicadores como igualmente importantes.
Experimentos - CENÁRIO III
Com os dados mostrados anteriormente, fica claro que o atual CCO não poderá atender
de forma satisfatória os serviços do SAIC futuro. Deverá haver um redimensionamento do CCO
de forma a se manter os atuais níveis de desempenho.
Neste estudo, propõe-se um aumento na quantidade de recursos do CCO na mesma
ordem de grandeza do aumento no número de solicitações recebidas semanalmente. Embora não
mostrado nas tabelas anteriores, o número médio de solicitações recebidas semanalmente no
cenário atual é de aproximadamente de 14.156. No SAIC previsto, serão 21.059 solicitações, um
aumento de aproximadamente 50%. Portanto, estima-se que o novo centro de controle
operacional deverá ter também um aumento de 50% na sua capacidade. Com isto, a
infraestrutura para o futuro cenário deverá ser de três microcomputadores, três carros e seis
funcionários. Os seis funcionários poderão ser: (a) três operadores, dois supervisores e um
engenheiro, ou (b) três operadores, um supervisor e dois engenheiros. Nesse estudo, foram
considerados os dois casos, por isso, Cenário III (a) e Cenário III (b).
Novos experimentos com o SAIC futuro junto com a nova infraestrutura foram
realizados. Os resultados das simulações para ambos os cenários estão resumidos na Tabela 2,
colunas quatro e cinco, respectivamente.
No Cenário III (a), a quantidade de engenheiros não será alterada, entretanto sabe-se
que seus serviços serão aumentados devido a serviços específicos como atividade programada de
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1200,00%
1000,00%
Cenário II
800,00%
Cenário III (a)
600,00%
Cenário III (b)
400,00%
200,00%
0,00%
IN
D
1
IN
D
2
IN
D
3
IN
D
4
IN
D
5
IN
D
6
IN
D
7
IN
D
8
IN
D
9
IN
D
10
IN
D
11
IN
D
12
IN
D
13
IN
D
14
IN
D
15
IN
D
16
IN
D
17
IN
D
18
Diferença em relação ao Sistema Atual
ida a campo com equipe de 2. Por isso, o valor médio de utilização do engenheiro (IND11) foi o
que apresentou uma degeneração mais acentuada (aumento de quase 50%). Outros dois índices
(IND2 e IND14) também tiveram seus valores piorados (tempo médio de atividade de ida a
campo e valor médio de utilização dos carros), entretanto, seus percentuais ficaram a baixo de
30%, o que pode ser aceitável na prática.
Todos os demais índices foram melhorados com relação aos índices do cenário atual,
principalmente a média do tempo máximo de espera total de um Alarme SCADA e a média do
tempo máximo de espera total para cadastro de reclamações de falta de água. Na média geral (de
todos os índices), o índices melhoraram 13,68%. Na média, esta infraestrutura apresentará uma
melhora nos índices de desempenho na ordem de quase 30%.
Considerando-se o cenário III (b), oito índices ficarão um pouco pior do que os atuais
valores (veja os percentuais maiores do que zero na última coluna da Tabela 4). Na média, a
melhora desta nova configuração em relação aos índices atuais será de apenas 5%, gerando
assim, praticamente o mesmo desempenho atualmente obtido. A explicação se dá pelo fato de
que o supervisor é mais utilizado do que o engenheiro (veja que no Cenário I, a utilização do
engenheiro é de 32% enquanto do supervisor é de aproximadamente 51%). Portanto, o aumento
do número de supervisores traz mais benefícios do que o aumento da quantidade de engenheiros.
Sugere-se, portanto, que para atender ao futuro sistema de abastecimento de água
integrado de Curitiba, o novo centro de controle operacional deverá contar com uma expansão de
aproximadamente 50% dos seus recursos, isto é, deverão ser adquiridos mais um carro e um
microcomputador, e contratados mais um supervisor e um operador.
A figura abaixo resume a comparação dos cenários II, III(a) e III(b) em relação ao
cenário atual.
-200,00%
Índices de Desempenho
Figura 5 – Comparativo dos cenários
5. CONCLUSÕES
Este é provavelmente um trabalho pioneiro no uso de simulação computacional para
dimensionamento de centros de controle operacional em empresas de saneamento. A partir deste
estudo, percebe-se que através de simples modelos de simulação é possível fazer experimentos
para auxiliam na tomada de decisão. No caso de empresas de saneamento, simulação pode,
portanto, gerar resultados que ajudam no dimensionamento da infraestrutura de centros de
controle operacionais, tendo em mente a obtenção de certos índices de desempenho.
Ao todo, dezoito indicadores de performance foram utilizados nesse estudo, dentre eles,
os mais importantes foram: (a) tempo médio entre a ocorrência de um alarme SCADA e o seu
fechamento; (b) tempo média do intervalo de tempo medido entre a ocorrência de uma
reclamação de falta de água e o seu fechamento; (c) média do tempo máximo de espera total de
um Alarme SCADA; (d) média do tempo máximo de espera total para cadastro de reclamações
de falta de água; e (e) utilização dos recursos.
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Com esses índices, pode-se mostrar que:
♦ o atual CCO não poderá atender satisfatoriamente a expansão da rede prevista
para daqui a poucos anos. Através da simulação, foi constatado que haverá, em
média, uma degradação na qualidade do serviço prestado em torno de 500%
♦ um aumento na capacidade na ordem de 50% será suficiente para que o CCO
possa atender a região mantendo os atuais níveis de desempenho; e
♦ a contratação de mais um supervisor trará mais benefícios do que a contratação
de um engenheiro.
Ao todo, foram feitos experimentação com quatro cenários: cenário atual, para
validação da ferramenta como técnica viável (Cenário I), cenário com CCO atual aplicado às
demandas futuras (Cenário II) e cenários de dois novos CCOs aplicados às demandas futuras
(Cenário III(a) e III(b)) – supondo-se, com base no aumento de serviço previsto, que novo CCO
deverá ter sua infraestrutura ampliada em torno de 50% para poder manter os atuais níveis de
desempenho. Comparando-se as duas possibilidades para o novo CCO, a infraestrutura que
apresentou os melhores desempenhos deverá ter contar com três microcomputadores, três carros,
três operadores, dois supervisores e um engenheiro.
Pela confiabilidade dos resultados apresentados, este trabalho poderá servir como base
para projetos mais detalhados quando a empresa pensar em ampliação dos seus centros de
controle operacional. Entretanto, outros pontos devem ser cuidadosamente considerados, como,
por exemplo:
(a) Definir alternativas para melhoria da estrutura do CCO como descentralização do
centro de controle, redimensionamento de pessoal e redimensionamento dos demais
recursos.
(b) Refinar as atividades de cada processo.
(c) Detalhar outros processos que foram de forma simplificada agrupados dentro dos 4
processos básicos, objeto deste trabalho.
(d) Elaborar procedimentos mais específicos de apropriação de tempos e quantidades dos
processos que ainda tem registro manual.
(e) Levantar os custos de cada recurso utilizado, subsidiando as soluções para um
possível redimensionamento das escalas de trabalho e dos recursos disponíveis.
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