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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO OPERACIONAL DE TERMINAIS

PORTUÁRIOS DE CARGA UNITIZADA: UMA APLICAÇÃO DAS REDES DE

PETRI COLORIDAS

BRUNO DE ATHAYDE PRATA

ORIENTADOR: Prof. Dr. João Bosco Furtado Arruda

CO-ORIENTADOR: Prof. Dr. Giovanni Cordeiro Barroso

FORTALEZA - CE

JANEIRO / 2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE TRANSPORTES

BRUNO DE ATHAYDE PRATA

Monografia apresentada à disciplina Projeto de Graduação da Coordenação do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal do Ceará como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.

FORTALEZA - CE

JANEIRO / 2006



PETRI COLORIDAS

Bruno de Athayde Prata

MONOGRAFIA SUMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Aprovada por:

________________________________________ Prof. João Bosco Furtado Arruda, PhD.

________________________________________ Prof. Giovanni Cordeiro Barroso, Pós - D. Sc.

________________________________________ Profa. Suelly Helena de Araújo Barroso, D. Eng.

FORTALEZA, CE - BRASIL

JANEIRO / 2006

i

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Universidade Federal do Ceará, instituição que possibilitou minha

formação como engenheiro e que, acima de tudo, me ensinou a enxergar um pouco mais

a realidade. Sinto-me realizado por ter tido a oportunidade de estudar na Universidade

supracitada e sempre levarei um pouco dela comigo pelo resto de minha vida.

Agradeço a todos os servidores da UFC que nas coordenações, nos

departamentos, nos laboratórios, nas pró-reitorias, nas bibliotecas, nos consultórios e

nos restaurantes universitários, deram fundamental suporte às minhas atividades

estudantis. Sem o apoio destas pessoas, minha vida acadêmica teria sido completamente

inviável.

Agradeço ao Núcleo de Pesquisa em Logística, Transporte e Desenvolvimento

pelo acolhimento que me propiciou ingresso tão profundo nos ramos da Engenharia de

Transportes, Pesquisa Operacional e Logística.

Agradeço ao professor João Bosco Furtado Arruda por todos os ensinamentos

concedidos e, sobretudo, pela visão humanista e sistêmica que ele sempre me passou

nos momentos de orientação e nas horas de aula. Grande parte do que sei hoje, e do que

estou continuamente aprendendo, se deve ao aprendizado concedido pelo professor

Bosco, pessoa de minha mais intensa admiração, gratidão e estima. Sou grato ao

professor Bosco também pela concessão do microcomputador e do espaço físico que

possibilitaram a elaboração deste trabalho.

Agradeço ao professor Giovanni Cordeiro Barroso pela consideração, pelo

respeito, pela valiosa amizade e pela vasta gama de lições que com ele aprendi. Sua

simplicidade e sua competência foram, e continuam a ser, inestimáveis modelos para

minha formação como indivíduo. Agradeço também ao professor Giovanni pelo apoio,

em termos de software, de hardware e de acervo bibliográfico, que viabilizaram o pleno

desenvolvimento desta monografia.

ii

Agradeço ao professor Ernesto Ferreira Nobre Júnior, pessoa que, ao longo da

minha carreira acadêmica, mais confiou em meu potencial e mais me estimulou a

prosseguir com seu entusiasmo. Seu otimismo, sua atenção e sua amizade foram

ingredientes imprescindíveis para minha formação técnica e acadêmica, portanto sinto-

me orgulhoso de ter compartilhado de sua companhia. O aprendizado propiciado por ele

nas diversas disciplinas ministradas, assim como nos momentos de orientação,

consolidou minha formação como engenheiro de maneira singular.

Agradeço ao professor Mário Ângelo pela atenção, pela imensa consideração

que ele sempre teve para com a minha pessoa, pelo grande aprendizado que ele me

propiciou nas disciplinas de Engenharia de Tráfego e de Transporte Urbano e,

sobretudo, pela sua amizade.

Agradeço ao professor Macário pelas inesquecíveis e, sobretudo, espetaculares

aulas de Teoria das Estruturas e de Otimização, bem como pela consideração e pela

amizade. O Professor Macário é um exemplo de docente e me orgulho de ter sido seu

aluno.

Agradeço ao professor Felipe Loureiro, pessoa pela qual nutro grande admiração

e estima, primeiramente por ter proferido uma palestra no início de meu curso que me

cativou a me especializar na área de Engenharia de Transportes e, principalmente, pela

atenção, pela consideração e pelos fundamentais ensinamentos que ele me transmitiu na

fabulosa disciplina de Planejamento dos Transportes.

Agradeço à professora Suelly Barroso pela proeminente contribuição

metodológica na concepção deste trabalho, pelos inúmeros conhecimentos concedidos

em sala de aula e pela grande consideração que ela sempre teve para com a minha

pessoa.

Agradeço aos professores Ciro, Walmick e Mateus pelas formidáveis e

memoráveis aulas de Cálculo, Física e Cálculo Numérico, pois estas aulas consolidaram

de maneira singular o embasamento de minha formação como engenheiro.

iii

Agradeço a Fábio Abreu e a Márcio Carvalho, engenheiros da

CEARÁPORTOS, pelo auxílio estratégico na coleta de dados no terminal portuário do

Pecém. Sou muito grato aos amigos Diego e Nauri pelo fundamental apoio na coleta de

dados. Ao meu grande amigo Ciro, pelo apoio inestimável logístico, um agradecimento

especial.

Agradeço aos colegas de NUPELTD Expedito, Venescau, Carlos André, Emílio,

Inês, Eduardo Praça, Moésio, Alysson, Filipe, Thaís, Diego e Nauri pelo aprendizado e,

principalmente, pelo convívio.

Agradeço a todos os colegas de faculdade, especialmente aos meus grandes

amigos (em ordem alfabética): Alexandre, Carlildson, Carlos Eduardo, Ciro,

Crislayberg, David Hermann, Ednardo, Eloneide, Érico George, Gildemir, Héber, João

César, Leonardo, Lindemberg, Luiz Alberto, Magno, Osvaldo, Paulo Igor e Teresa pelo

convívio que tornou os cinco anos de graduação memoráveis.

Agradeço e homenageio o amigo de faculdade Eglacízio que, subitamente, nos

deixou.

Agradeço aos meus grandes amigos Caio e Regis pelo apoio, pelo aprendizado e,

principalmente, pela estima.

Agradeço ao meu tio Archimedes Fortes Avelino pelo inestimável apoio, pelos

conselhos e pelos inúmeros conhecimentos de matemática, física e engenharia

concedidos nestes últimos cinco anos.

Agradeço aos meus pais Benedito José Nogueira Prata e Helena Badaró de

Athayde Prata por moldarem o meu caráter de maneira singular e por me apoiarem com

tamanho afinco ao longo dos meus anos de vida.

Agradeço a Nadja Paulino Pessoa, por tudo.

iv

“A mais bela de todas as coisas é

quando os fracos e desencorajados

levantam suas cabeças e deixam de crer na

força de seus opressores”.

Brecht

v

SUMÁRIO

Lista de Figuras viii

Lista de Tabelas ix

Lista de Nomenclaturas e Abreviações x

Resumo xi

Abstract xii

1. INTRODUÇÃO 1

1.1 Considerações iniciais 1

1.2 Justificativa do tema abordado 1

1.3 Definição do problema 2

1.4 Objetivos 2

1.4.1 Objetivo geral 2

1.4.2 Objetivos específicos 3

1.5 Metodologia 3

1.6 Estrutura do trabalho 5

2. TERMINAIS PORTUÁRIOS DE CARGAS UNITIZADAS 6

2.1 Introdução 7

2.1.1 Definição de um porto 7

2.1.2 Histórico e evolução do conceito de porto 8

2.1.2.1 Portos de 1ª. geração 9




2.2.Portos voltados para o desenvolvimento 10

2.2.1 As dimensões em um porto enquanto equipamento-suporte do

desenvolvimento econômico-regional 10

2.2.2 Como (re) definir o papel de um porto no mundo hodierno

globalizado 12

2.3.Aspectos relacionados às cargas 14

2.3.1 Características da carga 14

2.3.1.1 Tipo da carga 15

2.3.1.2 Natureza da carga 15

vi

2.3.2 Embalagem e marcação 17

2.3.3 Unitização 18

2.3.3.1 Pallets 18

2.3.3.2 Contêineres 19

2.3.3.3 Outros tipos de unitização 21

2.4.A operação de terminais portuários de cargas unitizadas 21

2.4.1 Lógica da operação 21

2.4.2 Equipamentos 22

2.4.3 Multimodalidade e intermodalidade 24

2.4.4 Mão-de-obra portuária 25

2.5.A avaliação de desempenho de terminais portuários de cargas unitizadas 26

2.5.1 Indicadores de desempenho operacional 26

2.5.2 Modelagem matemática e desempenho operacional 29

3. REDES DE PETRI COLORIDAS 31

3.1 Conceitos básicos 32

3.1.1 Sistemas a eventos discretos 32

3.1.2 Apresentação das redes de Petri 34

3.1.3 Redes de Petri com restrições de tempo 37

3.2 Apresentação informal às redes de Petri coloridas 38

3.3 Apresentação formal às redes de Petri coloridas 46

3.4 Multi-conjuntos 47

4. MODELO DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO OPERACIONAL DE

TERMINAIS PORTUÁRIOS DE CARGA UNITIZADA 48

4.1 Concepção do modelo 49

4.2 Descrição do Terminal Portuário do Pecém 49

4.2.1 Considerações gerais 49

4.2.2 Descrição da infra-estrutura 50

4.2.3 Descrição dos equipamentos 53

4.2.4 Lógica operacional 54

4.2.5 Descrição da operação 55

4.3 Sistema modelado 57

4.4 Validação do modelo 60

4.4.1 Discussão conceitual 60

vii

4.4.2 Avaliação do modelo 63

4.4.3 Análise das propriedades comportamentais da rede 64

4.5 Simulação de cenários, análise e discussão dos resultados obtidos 65

5. CONCLUSÕES 68

5.1 Introdução 68

5.2 Relevância, originalidade e resultados do modelo 68

5.2.1 Importância do modelo desenvolvido 68

5.2.2 Originalidade da modelagem apresentada 69

5.2.3 Resultados obtidos pelo modelo 69

5.3 Limitações do modelo proposto 70

5.4 Proposições para estudos futuros 71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 73

Anexos

ANEXO I – CÓDIGO FONTE DO MODELO DESENVOLVIDO 78

viii

LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Dimensões envolvidas com um porto voltado para o desenvolvimento

sócioeconômico 11

Figura 2.2 Ilustração de tipos de pallets 18

Figura 2.3 Estrutura operacional de um típico terminal de contêineres 22

Figura 2.4 Portêiner em operação 23

Figura 2.5 Trator de terminal (TT) 23

Figura 2.6 Empilhadeira içando contêiner vazio 24

Figura 3.1 Exemplo do disparo de uma transição 35

Figura 3.2 RdP descrevendo a alocação de recursos do sistema (marcação inicial M0) 40

Figura 3.3 RPC descrevendo a alocação de recursos do sistema (marcação inicial M0) 42

Figura 3.4 Visão esquemática do jantar dos filósofos 44

Figura 3.5 Modelo, do jantar dos filósofos, baseado em redes de Petri ordinárias 45

Figura 3.6 Modelo, do jantar dos filósofos, baseado em redes de Petri coloridas 45

Figura 4.1 Operação de contêineres do Terminal Portuário do Pecém modelada por uma

rede de Petri colorida 57

Figura 4.2 Relação utilidade versus validade de um modelo 63

ix

LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Classificação dos portos em gerações 8

Tabela 2.2 Dimensões de alguns tipos de contêineres 19

Tabela 2.3 Tipos de contêineres e descrições 20

Tabela 3.1 Analogia entre redes de Petri e linguagens de programação 42

Tabela 4.1 Ponte de acesso aos píeres 51

Tabela 4.2 Píer de produtos siderúrgicos e carga geral 51

Tabela 4.3 Píer 2 – píer de granéis líquidos e gases liquefeitos 52

Tabela 4.4 Píer dos rebocadores 52

Tabela 4.5 Equipamentos utilizados no Terminal Portuário do Pecém 53

Tabela 4.6 Legenda dos lugares da rede apresentada na Figura 4.1 58

Tabela 4.7 Legenda das transições da rede apresentada na Figura 4.1 58

Tabela 4.8 Descrição das cores da rede apresentada na Figura 4.1 59

Tabela 4.9 Descrição das variáveis da rede apresentada na Figura 4.1 59

Tabela 4.10 Taxas de utilização dos equipamentos empregados no cenário 1 66

Tabela 4.11 Análise de sensibilidade da variável quantidade de caminhões no desempenho

do sistema 67

x

LISTA DE NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES

ANTAQ Agência Nacional de Transportes Aquaviários

CEARÁPORTOS Companhia de Integração Portuária do Ceará

CPNTools Editor de redes de Petri coloridas, de domínio público,

desenvolvido e distribuído pela Universidade de Aarhus

(Dinamarca).

FCL Full container load

FEU Forty Feet Equivalent Unit

FLO/FLO Float-on/Float-off

LCL Less than container load

LO/LO Lift-on/Lift-off

RA/RA Rail-on/Rail-off

RA/RO Rail-Road

RdP Redes de Petri

RO/RO Roll-on/Roll-off

RPAN Redes de Petri de Alto Nível

RPC Redes de Petri Coloridas

RPT Redes de Petri Temporais

SED Sistemas a Eventos Discretos

TEU Twenty Feet Equivalent Unit

UNCTAD United Nations Conference on Trade and Development

xi

Resumo da monografia submetida ao Curso de Engenharia Civil/UFC como parte dos

requisitos para obtenção do título de Engenheiro Civil.



PETRI COLORIDAS


Janeiro / 2006

Orientador: Prof. João Bosco Furtado Arruda, Ph.D.

Co-Orientador: Prof. Giovanni Cordeiro Barroso, Pós – D.Sc.

O presente trabalho decorre de uma pesquisa que buscou a proposição de um

modelo matemático de avaliação de desempenho operacional de terminais portuários de

carga unitizada, vistos como Sistemas a Eventos Discretos. Sendo assim, o objetivo

deste trabalho foi elaborar um modelo de avaliação de desempenho operacional em

terminais portuários, baseado nas redes de Petri coloridas, tendo como principal variável

de decisão o tempo total de deslocamento das cargas unitizadas em um porto e suas

implicações no tamanho da frota dos equipamentos de transporte utilizados. Este

modelo foi aplicado ao caso do Terminal Portuário do Pecém, Ceará. Realizaram-se

levantamentos de campo com o intuito de caracterizar a lógica operacional do Porto do

Pécem, assim como coletar informações inerentes aos tempos operacionais dos

equipamentos do terminal em questão. Utilizou-se o programa CPNtools, editor e

simulador de redes de Petri coloridas, para implementação, simulação e análise do

modelo proposto. As análises realizadas permitiram observar que o modelo assemelha-

se à realidade modelada, sendo requeridos alguns aperfeiçoamentos para sua melhor

representação. As simulações realizadas permitiram avaliar que o terminal supracitado

está operando de forma ineficiente, no que tange à frota de caminhões alocada para a

movimentação de contêineres. Como conclusões, pode-se destacar que as redes de Petri

coloridas são uma técnica de grande valia para modelagem, simulação e análise de

terminais de carga.

Palavras chaves: Logística portuária, redes de Petri coloridas, Avaliação de desempenho portuário.

xii

Abstract monograph submitted to Civil Engineering Course as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Civil Engineer.

ASSESSING PERFORMANCE OF CONTAINER TERMINALS: A COLORED

PETRI NETS APPROACH


2006 / January

Advisor: Prof. João Bosco Furtado Arruda, Ph.D.

Co- Advisor: Prof. Giovanni Cordeiro Barroso, Pós – D.Sc.

This work is a result of an under-graduate research with the aim to propose a

mathematical model to assess performance of container terminals, based on Discrete

Events Theory. The objective of this work was create a model, using colored Petri nets,

where the principal decision variable was the goods transit time in the port and the

implications of that variable in the fleet size of transportation equipments. This model

was applied to the case of the Port of Pecém. In the accomplished surveys, the logic of

the system operations was described and data were gathered about the transport

operational times in the terminal. Software CPNtools, editor and simulator of colored

Petri nets, was used for the implementation, simulation and analysis of the proposed

model. The analysis made possible to observe that the model works, in an acceptable

way, as a reflection of the reality modeled but also that it requires some adjustments for

a real-world best representation. Simulations were made to evaluate the operational

efficiency of the studied port. As conclusions, one can observe that the colored Petri

nets are a feasible and useful technique for the modeling, simulation and analysis of port

terminals, mainly those specialized in container operations.

Key words: Port logistics, colored Petri nets, Port evaluation techniques.

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO 1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A princípio, pode-se imaginar que estudar a operação de um porto é uma

atividade com foco pontual; no entanto, tal análise é muito mais abrangente do que

inicialmente se imagina. Um porto que opera de forma eficiente e eficaz pode induzir o

desenvolvimento na região onde está inserido, captando novos clientes e mantendo os já

existentes, de modo a facilitar o escoamento da produção local.

Segundo Souza (2002), os portos são elementos de entrada e saída de quase todo

o comércio exterior, sendo considerados elos logísticos estratégicos para integração de

uma nação à economia globalizada. A competitividade da economia depende, em

grande medida, da eficiência e do baixo custo das atividades portuárias.

O atraso na modernização do sistema portuário, portanto, compromete todo o

esforço do país para melhorar a competitividade dos seus produtos e equilibrar a

balança comercial. Logo, para atingir altos níveis de eficiência operacional, um

planejamento rígido das atividades logísticas deve ser realizado nos terminais portuários

de modo a reduzir ao máximo os custos logísticos e os tempos de permanência das

embarcações.

De acordo com Santos e Martins (1998) apud Souza (2002), em uma pesquisa

realizada pela Confederação Nacional dos Transportes, constatou-se que o Brasil perde

cerca de US$ 5 bilhões anuais considerando-se todas as ineficiências de seus portos.

Deste modo, a avaliação de desempenho mostra-se fundamental para a caracterização de

um terminal portuário, bem como para o diagnóstico de possíveis problemas

encontrados na sua operação.

1.2 JUSTIFICATIVA DO TEMA ABORDADO

O desempenho de um sistema logístico impacta significativamente os custos

logísticos associados a um produto ou serviço, refletindo o nível de serviço ofertado ao

2

cliente. Conforme Ballou (2001), um sistema logístico eficiente permite a uma região

geográfica explorar suas vantagens competitivas pelo direcionamento de seus esforços

produtivos àqueles produtos com ela mais compatíveis, implicando na maior exportação

desses produtos para outras regiões.

O atraso na modernização do sistema portuário, portanto, compromete todo o

esforço do país para melhorar a competitividade dos seus produtos e equilibrar a

balança comercial. Logo, para atingir altos níveis de eficiência operacional, um

planejamento rígido das atividades logísticas deve ser realizado nos terminais portuários

de modo a reduzir ao máximo os custos logísticos e os tempos de permanência das

embarcações.

O porto do Pecém é um equipamento logístico de importância estratégica para o

Estado do Ceará, pois ele se constitui como uma das principais portas de escoamento,

para o mercado externo, dos produtos locais, dentre os quais podem ser destacados os

produtos agrícolas (ARRUDA e BASTOS, 2001a).

Os portos brasileiros, em contraste com o que ocorre com os portos das nações

desenvolvidas, ainda não se capacitaram para atingir elevados níveis de eficiência

logística. Deste modo, tornam-se necessários os esforços que contribuam para a

maximização da eficiência operacional dos terminais portuários do Brasil.

1.3 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

Dentro de tal conjuntura, temos o seguinte problema de pesquisa: como avaliar o

desempenho operacional de um terminal portuário de cargas unitizadas, tendo em vista

a quantidade de contêineres a ser movimentada e os equipamentos empregados no

terminal, de modo a obter-se uma maior compreensão do sistema avaliado?

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo geral

Elaborar um modelo de avaliação de desempenho operacional em pátios

portuários, baseado nas redes de Petri coloridas, tendo como principal variável de

decisão o tempo total de deslocamento das cargas unitizadas em um porto e suas

3

implicações no tamanho da frota dos equipamentos de transporte utilizados. Este

modelo será aplicado ao caso do Terminal Portuário do Pecém, Ceará.

1.4.2 Objetivos específicos

Como objetivos específicos do presente trabalho, podem ser ressaltados:

i) Determinar a lógica da operação de cargas unitizadas no Terminal Portuário do

Pecém, permitindo a avaliação de desempenho operacional do sistema com base no

estado da arte tanto dos instrumentos de aferição daquele desempenho como da

utilização das redes Petri coloridas;

ii) Simular a aplicação do modelo de movimentação de contêineres, no âmbito do

Terminal Portuário do Pecém;

iii) Analisar as propriedades estruturais do modelo desenvolvido, permitindo uma maior

compreensão da realidade modelada;

iv) Mensurar, em termos da redução do tempo de ciclo, os benefícios resultantes da

aplicação do modelo em vários cenários de simulação, comparativamente à infra-

estrutura operacional atualmente vigente no Terminal Portuário do Pecém;

v) Determinar as taxas de ocupação dos equipamentos empregados nos cenários

operacionais.

1.5 METODOLOGIA

A metodologia foi composta de seis etapas, apresentadas a seguir.

(i) Revisão bibliográfica

A revisão de literatura da presente pesquisa consistiu no levantamento de obras

que abordassem as redes de Petri e suas aplicações, traçando paralelos entre estas e o

problema da operação de terminais portuários de cargas unitizadas. Também foi

levantado o estado da arte sobre o planejamento e a operação de portos.

(ii) Caracterização do sistema a modelar

Foi levantada, junto à Autoridade Portuária CEARÁPORTOS, a lógica de

operação do Terminal Portuário do Pecém, assim como as características operacionais

4

dos equipamentos empregados na movimentação de cargas unitizadas e dados acerca de

situações reais de embarque e desembarque de mercadorias.

(iii)Concepção do modelo

Foram estabelecidos os eventos mais significativos a serem modelados no

sistema de movimentação de cargas unitizadas do Terminal Portuário do Pecém, assim

como a suas relações de causa e efeito.

(iv) Aplicação e análise do modelo

A aplicação e a análise do modelo idealizado consistiram nas seguintes

atividades:

a) Implementação computacional do modelo;

b) Análise das propriedades do modelo;

c) Simulação de cenários operacionais;

d) Validação e calibração do modelo;

e) Apresentação e discussão dos resultados.

O modelo foi implementado no software CPNTools, editor de redes de Petri

coloridas, de domínio público, desenvolvido e distribuído pela Universidade de Aarhus

(Dinamarca). Após a fase de implementação, foram analisadas as propriedades do

modelo. Foram simulados diversos cenários operacionais visando a avaliação de

desempenho do Terminal Portuário do Pecém. A análise do modelo e a simulação de

cenários permitiram a validação e a calibração do modelo proposto. Por fim, foram

apresentados e discutidos os resultados obtidos.

(v) Elaboração de Relatório

Esta etapa da metodologia consistiu na redação da monografia propriamente

dita. A fase de elaboração escrita foi realizada ao longo de todo trabalho,

concomitantemente às demais atividades propostas.

5

(vi) Defesa do trabalho

Por fim, a monografia foi apresentada, sendo avaliada por uma banca

examinadora.

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO

A monografia é composta por cinco capítulos, descritos a seguir. O primeiro

capítulo constitui a introdução do trabalho. O segundo capítulo descreve o estado da arte

sobre terminais portuários de cargas unitizadas, com foco na avaliação de desempenho

operacional. No terceiro capítulo, são apresentadas as redes de Petri coloridas. O quarto

capítulo apresenta o modelo de avaliação de desempenho operacional de terminais

portuários de carga unitizada baseado em redes de Petri coloridas, assim como delineia

e discute os resultados obtidos na análise do modelo e na simulação de cenários. Por

fim, no quinto capítulo, são apresentadas as principais conclusões acerca do trabalho,

bem como sugestões e recomendações para estudos futuros.

6

CAPÍTULO 2

TERMINAIS PORTUÁRIOS DE CARGAS UNITIZADAS

Até as últimas décadas do século XX, os portos eram vistos como meros

terminais de carga que interligavam dois ou mais modais de transporte. Contudo, dado o

processo de globalização da atividade econômica, ocorrido a partir dos anos 80, os

portos deixaram de ser vistos como simples instrumentos de transbordo e passaram a ser

tratados como elementos estratégicos para a participação de países no mercado

internacional. A excelência da operação portuária tornou-se imprescindível para o êxito

das cadeias produtivas, contribuindo, ainda mais, para o desenvolvimento sócio-

econômico regional.

No estágio atual da economia globalizada, os países, tanto desenvolvidos quanto

aqueles ainda em estágio de desenvolvimento, necessitam planejar o escoamento de

importação/exportação de produtos agrícolas e industrializados de modo a obter uma

balança comercial favorável. Dentro de tal conjuntura, os portos exercem papel

fundamental na economia de uma nação, sendo um dos principais canais de acesso de

uma região aos mercados nacionais e internacionais.

Este capítulo apresenta o estado da arte acerca de terminais portuários,

restringindo a análise à movimentação de cargas unitizadas e enfatizando questões

inerentes ao planejamento e à operação de tais facilidades. A estrutura do capítulo será

dividida em cinco seções, explicitadas a seguir.

Na primeira seção é feita uma sucinta introdução ao tema abordado, sintetizando

a evolução do conceito de porto. Na segunda seção, evidencia-se a importância dos

terminais portuários no contexto econômico regional. A terceira seção apresenta as

características de cargas movimentadas por portos e as formas de unitização correntes.

Na quarta seção são discutidos os aspectos inerentes à operação do sistema portuário.

Por fim, na quinta seção, aborda-se a avaliação de desempenho de terminais portuários.

7

2.1 INTRODUÇÃO

2.1.1 Definição de um porto

Um sistema de transportes é composto pelos indivíduos e bens transportados,

pelos veículos que proporcionam estes deslocamentos e pelas redes onde ocorrem os

fluxos de transporte. As redes onde ocorrem os fluxos de transportes são conjuntos de

trechos interligados por nós.

Os trechos de uma rede são as vias que propiciam o deslocamento de qualquer

que seja o modo, ou seja, rodovias, dutovias, ferrovias, hidrovias, aerovias, dentre

outras. Por nó, entende-se o encontro de duas ou mais vias em uma rede de transportes;

os nós são compreendidos, basicamente, por interseções de vias e terminais de um ou

mais modais de transporte.

Os portos são terminais onde se encontram diversos segmentos de uma

complexa rede de transportes. Na sua concepção mais simples, um porto é um nó

compreendido pela interseção de hidrovias, rodovias, ferrovias, aerovias e dutovias que

recebe tanto cargas quanto indivíduos. No entanto, neste texto, aborda-se apenas o

transporte de cargas.

A concepção, a construção e a operação de um porto podem implicar em um

elevado custo de oportunidade para qualquer município, estado ou nação, se tais etapas

não forem tecnicamente otimizadas. Por ser um investimento de grande porte e incluir a

participação e interação de diversos modais de transporte, um terminal portuário deve

movimentar uma grande quantidade de cargas para ter viabilidade financeira e

econômica. Como conseqüência disto, um porto deve ser um terminal multimodal e

intermodal.

Um porto normalmente é um elemento de conexão entre o modal hidroviário

com os demais modais. A existência do modal aeroviário na retroárea imediata de um

porto é menos freqüente, mas há uma tendência atual de se construirem aeroportos

especializados em cargas nas retroáreas portuárias, quando as restrições ambientais ou

de outra natureza são removíveis. A interação física entre os modos hidroviário e

dutoviário já é tão evidenciada quanto a interação entre o modal hidroviário e os modos

8

rodoviário e ferroviário. Neste trabalho, o conceito de intermodalidade em portos

enfatizará os modais hidroviário, ferroviário e rodoviário.

2.1.2 Histórico e evolução do conceito de porto

No início da década de 90, o UNCTAD (United Nations Conference on Trade

and Development) agrupou os portos de acordo com sua estratégia de desenvolvimento,

sua política comercial e sua organização gerencial e espacial, sendo então definidas três

gerações de portos.

Durante os anos seguintes, notou-se uma nova tendência na organização dos

grandes portos de todo o mundo e constatou-se o surgimento de uma nova geração de

portos, conhecida como portos de 4a. geração. Na Tabela 2.1 é apresentada uma

definição geral de cada geração de terminais portuários, assim como algumas das suas

características.

Tabela 2.1: Classificação dos portos em gerações

Geração Definição geral e algumas características

1a.

Interface entre dois modos de transporte - Não existe desenvolvimento estratégico específico - Atividades tradicionais de manuseio e armazenagem não-organizadas - Atividades localizadas nas docas - Justaposição das transações dos portos - Supremacia do suprimento - Pouca atenção dada às necessidades dos usuários

2a.

Centro de transporte, atividades industriais e comércio - Surgimento e expansão do desenvolvimento estratégico - Atividades de transformação (indústrias pesadas), serviços de navios - Ampliação da zona portuária - Início de uma comunidade portuária - Relacionamento ocasional entre o porto e sua cidade adjacente

3a.

Centro de transporte integrado com plataforma logística para o comércio internacional- Desenvolvimento estratégico orientado ao mercado - Distribuição de mercadorias, atividades logísticas, centro de distribuição - Sistema de Informação (EDI) utilizado pelo porto - Racionalização do espaço do porto - Comunidade portuária unificada e ativa, coordenação das atividades - Forte relacionamento entre porto e cidade

4a.

Portos em rede - Estratégia para tornar-se um membro da rede mundial, diversificação das atividades - Parceria com operadores na organização dos serviços logísticos - Uso das redes EDI integradas entre os portos - Participação em pesquisa de locais para portos visando possível desenvolvimento e integração - Cooperação entre as comunidades portuárias

Fonte: ISEMAR (1997).

9

2.1.2.1 Portos de 1a geração

Os portos de 1a geração são caracterizados, principalmente, pela sua função de

mera interface entre o modal hidroviário e os modais terrestres. Nesta geração de

terminais portuários, as operações eram focadas nas docas, realizadas de forma, muitas

vezes, desprovida de qualquer planejamento, efetuada por mão-de-obra bruta.

Os portos eram usualmente localizados dentro das grandes urbes, demonstrando

total falta de planejamento estratégico por parte da gestão portuária. O crescimento

urbano em torno da área portuária foi desenfreado e, muitas vezes, evidenciava-se a

deterioração da atividade residencial nessas regiões.

Dada suas desorganizações espacial e operacional, as autoridades gestoras dos

portos de 1a geração pouco se importavam com a satisfação dos clientes, esperando que

estes se adequassem às características do terminal. A carga predominante era a carga

geral, evidenciando-se a supremacia do suprimento.


A partir de 1945, diversas tendências importantes puderam ser discernidas no

que tange à movimentação de carga nos portos mundiais. Conforme Oram e Backer

(1971), a primeira e mais importante tendência pós-guerra foi a introdução de

equipamentos mecânicos na movimentação de cargas.

Este pode ser considerado o marco da 2a geração de portos: os navios não podem

esperar, a movimentação de mercadorias deve ser a mais rápida possível. A

mecanização foi imprescindível para aumentar a produtividade dos serviços portuários

e, conseqüentemente, satisfazer à necessidade de redução de custos.

A área do porto se expande e estes passam a se localizar mais afastados das

atividades urbanas, fato que enfraqueceu o relacionamento dos portos com as cidades.

No entanto, os portos de 2a geração se destacaram por fomentar o surgimento de

atividades do setor industrial e de serviços atreladas ao espaço portuário, evidenciando o

desenvolvimento estratégico da gestão dos portos.

10


A principal característica dos terminais portuários de 3a geração é que estes

deixam de ser encarados simplesmente como elementos de uma rede de transportes e

passam a ser vistos como locais de excelência logística, consolidando-se como

elementos de suma importância para a gestão da cadeia de suprimentos.

O porto passa a ter uma visão orientada para o mercado, onde abordagens

mercadológicas e de comércio exterior caracterizam o porto como um produto que deve

estar apto a gerar benefícios para os seus clientes atuais e potenciais.

As atividades portuárias passam a ser cada vez mais racionalizadas: os

equipamentos tornam-se gradativamente mais eficientes, o leiaute passa a ser

continuamente planejado e a gestão portuária evidencia-se como mais incisiva e

permanente. Os portos de 3a geração são monitorados e controlados por robustos

sistemas de informação logística que garantem uma operação cada vez mais otimizada.


Dada a vital importância dos portos para as economias regionais, notou-se que

estes não deviam competir entre si, mas sim formar coalizões de modo a estruturar uma

rede mundial. Este é o conceito dos portos de 4a geração: terminais dotados de agilidade

gerencial e operacional que, interligados por sistemas de informações, tornam-se

plataformas logísticas integradas.

O conceito de terminal portuário de 4a geração é recente, sendo uma realidade

apenas em terminais extremamente organizados. O tema pode ser aprofundado em

Paixão e Marlow (2003) e Marlow e Paixão Casaca (2003).

2.2 PORTOS VOLTADOS PARA O DESENVOLVIMENTO

2.2.1 As dimensões em um porto enquanto equipamento-suporte do

desenvolvimento econômico regional

Segundo Oram e Baker (1971), nada causa um impacto mais direto nas despesas

de um país dotado de costa marítima do que a velocidade de atendimento de navios em

seus portos.

11

Diante do exposto, pode-se perceber que um porto tem como função receber e

distribuir cargas, fazendo o melhor uso possível da intermodalidade para este devido

fim. Pode-se dizer que, devido a um porto ser um elemento prestador de serviços,

movimentar mercadorias é uma função em nível microeconômico; contudo, em nível

macroeconômico, este desempenho é bem mais abrangente.

Conforme Arruda e Bastos (2001a), um porto possui uma série de dimensões

mais amplas que, se exploradas adequadamente, podem propiciar o desenvolvimento

integrado na área de influência do terminal. Na Figura 2.1 são explicitadas as dimensões

subjacentes a um terminal portuário de terceira geração.

Figura 2.1: Dimensões envolvidas com um porto voltado para o desenvolvimento socioeconômico.

Fonte: Arruda e Bastos (2001a).

A dimensão social deve maximizar a qualidade de vida dos indivíduos residentes

no entorno do porto. A dimensão tecnológica diz respeito à interação do terminal

portuário com suas infra-estruturas e equipamentos. A dimensão econômica deve

garantir o desenvolvimento regional, induzindo investimentos e o pleno emprego das

potencialidades do porto. A dimensão financeira deve primar pela definição de políticas

que gerem economias de escala na operação do terminal. A dimensão geopolítica diz

respeito à concorrência regional ou continental entre portos. A dimensão comercial deve

promover o terminal portuário como um produto, através de maciço emprego de

marketing. Por fim, a dimensão organizacional deve primar pela harmonia entre as

dimensões supracitadas, objetivando a eficiência do porto em nível operacional e

macroeconômico.

12

2.2.2 Como (re)definir o papel de um porto no mundo hodierno globalizado?

A partir da década de 80, com a ascensão do neoliberalismo, cresce a

interdependência econômica entre as nações, e este processo de inter-relação culmina

com a globalização da economia mundial. Em uma economia globalizada, eleva-se a

interação comercial entre os países e os produtos passam a vencer grandes distâncias

com maior facilidade. Tanto um bem de consumo valioso, como um automóvel, quanto

um produto de baixo valor, como uma caneta, cruzam continentes para se inserirem em

mercados externos.

No ambiente de uma economia globalizada, a competitividade é elevada, pois os

custos têm de ser reduzidos ao extremo para que a comercialização de um produto logre

êxito em mercados internos e externos. Esta competitividade tem suas vantagens e

desvantagens. Como primordial vantagem da competitividade, pode-se citar a maior

variedade de produtos disponíveis ao consumidor em geral, a um menor custo de

aquisição. A grande desvantagem da competitividade é o desemprego gerado pela busca

contínua de redução de custos, oriundo do intenso processo de modernização do

maquinário industrial e da terceirização de serviços.

Tendo em vista o contexto exposto acima e dada a função de um porto como

interface primordial de uma região, tanto com os mercados ao seu entorno quanto com

os mercados mais longínquos, como definir, ou redefinir, o papel de tal infra-estrutura

de transportes no atual mundo globalizado?

Pode-se dizer, em linhas gerais, que um porto deve buscar maximizar os

benefícios sociais oriundos da globalização da atividade econômica e minimizar os

impactos negativos (sociais, econômicos e ambientais) desta sobre os diversos atores de

nossa sociedade. Um porto deve, então, procurar atingir a excelência operacional de

modo a reduzir os custos de transporte e, conseqüentemente, os preços de venda dos

produtos movimentados e, ao mesmo tempo, configurar-se como um instrumento de

desenvolvimento, beneficiando não somente a produção industrial e a prestação de

serviços, como também o setor primário.

13

Nos países em desenvolvimento, os terminais portuários ainda não se

estruturaram de modo a atingir tais níveis de eficiência e, sobretudo, de abrangência.

Tais portos apresentam, ainda, uma série de problemas que prejudicam sua

produtividade e atração de novos clientes: carência de mão-de-obra especializada,

controle insuficiente das operações portuárias, plataformas logísticas restritas e

ineficiente de integração entre os terminais portuários com os diversos modais de

transporte.

Conforme Arruda e Bastos (2001b), partindo-se do princípio que os portos

podem ser (re)estruturados, tal (re)estruturação deve ser compreendida pelos quesitos

citados a seguir:

(i) Inter-relação entre transportes e economia.

Os portos não devem ser vistos, pelos olhos do poder público, apenas como

pólos de movimentação de mercadorias, mas serem estruturados de tal forma que

propiciem efetivamente o desenvolvimento econômico na sua área de influência.

Partindo das diretrizes de um processo de planejamento regional, onde estejam

definidos os objetivos mais gerais da economia da região onde o porto se insere, devem

ser definidas as estratégias e linhas de ação para que os terminais portuários contribuam

incisivamente para a consecução de tais objetivos.

(ii) Integração horizontal e vertical da atividade econômica, a partir de

empreendimentos âncoras.

Conforme tendência já comentada na evolução histórica do conceito de porto, a

partir dos portos de 2a geração, percebeu-se a importância de agregar às atividades

básicas do terminal portuário, atividades do setor industrial ou de serviços, tais como a

siderurgia e a indústria petroquímica. Deste modo, o porto dotado de um complexo

industrial poderá exportar produtos de valor agregado, em quantidade e diversidade, e

não meramente matérias primas.

(iii) Autoridade pública com pessoal dinâmico e qualificado, e com ênfase na

captação e manutenção de clientes dos três setores da economia;

14

A geração e a manutenção da eficiência portuária será possível somente se o

porto for gerido por um corpo técnico altamente qualificado, que combine as novas

tendências gerenciais com a experiência prática. O empirismo deve ser erradicado da

gestão portuária, dando lugar a uma gestão calcada em critérios técnicos. Para a

captação e a conservação de clientes é necessária a formulação de políticas que

promovam o porto como um produto composto por um conjunto de serviços capaz de

benefícios para os seus usuários atuais e potenciais.

(iv) Organização espacial como indução das (e resposta às) atividades dos três

setores da economia;

O papel do porto, no território onde se insere, deve ser revisto. As infra-

estruturas e o uso do solo devem ser planejados de modo a propiciar não somente uma

maior acessibilidade dos setores público e privado às atividades portuárias, como

também minimizar as influências negativas do complexo portuário ao meio ambiente.

(v) Conexões de transportes marítimos e terrestres de alto grau de acessibilidade

ao Porto.

A consonância entre o porto e as infra-estruturas de transporte no seu entorno,

como, por exemplo, conexões marítimas, rodoviárias e ferroviárias, é de fundamental

importância para a eficiência portuária, pois propicia uma redução nos tempos de

operação e, conseqüentemente, dos custos de transporte. O incremento da acessibilidade

do porto pode contribuir para a expansão da sua área de influência, possibilitando,

inclusive, a captação de novos clientes.

2.3 ASPECTOS RELACIONADOS ÀS CARGAS

Após a caracterização da macro-função dos terminais portuários, é necessário

abordar suas características físicas e operacionais. O primeiro passo a ser dado nessa

direção é apresentar os tipos de carga e as formas de unitização e embalagem, pois a

operação do terminal será função das características das mercadorias a serem

movimentadas.

2.3.1 Características da carga

Segundo Handabaka (1994), as características da carga podem ser definidas de

acordo com o seu tipo e sua natureza, conforme segue:

15

2.3.1.1 Tipo da carga

O tipo da carga diz respeito às características físicas das mercadorias que

influem predominantemente na definição da forma de acondicionamento (embalagem e

armazenagem) destas e na escolha dos modos e equipamentos empregados no seu

transporte e na sua movimentação. No que se refere ao tipo, as cargas podem ser

classificadas em:

(i) Carga geral.

A carga geral, também conhecida como carga solta, consiste em itens avulsos,

dotados ou não de embalagem, que são embarcados separadamente. Exemplos de carga

geral são embrulhos, pacotes, fardos, sacos, caixas, tambores, peças, bobinas, toras de

madeira e pedras de granito.

(ii) Carga unitizada.

A carga unitizada consiste no agrupamento de itens individuais tais como caixas,

pacotes ou outras cargas avulsas em unidades como pallets e contêineres, que permitem

o embarque de grandes quantidades de mercadoria simultaneamente.

Devido ao enfoque dado, neste capítulo, às operações de cargas unitizadas, o

conceito de unitização será discutido com maior profundidade em um outro ponto deste

texto.

(iii) Carga a granel.

A carga a granel consiste no transporte de grandes quantidades de mercadorias

mensuradas em unidades de massa ou de volume. As cargas a granel podem ser

divididas em dois tipos: granéis sólidos e granéis líquidos. Como exemplos de granéis

sólidos podem-se citar os cereais, as sementes e os minérios. Como exemplos de granéis

líquidos, podem-se citar os óleos e gases combustíveis e as bebidas.

2.3.1.2 Natureza da carga

A natureza da carga se refere às características físicas e químicas das

mercadorias que, por suas peculiaridades, influem na definição da forma de

acondicionamento (embalagem e armazenagem) destas e na escolha dos modos de

16

transportes e equipamentos empregados na sua movimentação. No que se refere à

natureza, as cargas podem ser classificadas em:

(i) Perecíveis.

As cargas perecíveis consistem nas mercadorias que têm características tais

como sabor, odor ou cor alteradas drasticamente quando manuseadas e transportadas

sem condições especiais. As cargas perecíveis são, usualmente, produtos alimentícios,

como, por exemplo, frutas, legumes, carnes, laticínios e flores.

(ii) Frágeis

As cargas frágeis consistem nas mercadorias que têm sua integridade física

comprometida ao serem manuseadas e transportadas sem a devida proteção a choques

mecânicos e a vibrações. Como exemplos de produtos frágeis, pode-se citar produtos

eletrônicos, flores e instrumentos de precisão.

(iii)Perigosas

As cargas perigosas consistem nas mercadorias que, devido a serem explosivas,

combustíveis, oxidantes, venenosas, radioativas ou corrosivas, põem em risco, quando

são manuseadas e transportadas, a integridade de seres vivos ou de outras cargas,

necessitando de cuidas especiais nessas operações. Como exemplos dessas cargas pode-

se citar os fogos de artifício e o óleo diesel.

(iv) Volumosas

As cargas volumosas consistem nas mercadorias que, devido a apresentarem

dimensões especiais ou elevado fator de estiva, necessitam de condições especiais para

sua movimentação e transporte.

(v) Pesadas

As cargas pesadas consistem nas mercadorias que, devido a apresentarem pesos

elevados, ou baixo fator de estiva, necessitam de condições especiais para sua

movimentação e transporte.

17

2.3.2 Embalagem e marcação

Conforme Handabaka (1994), as cargas, estejam elas armazenadas ou em

trânsito, podem encontrar-se sujeitas aos seguintes inconvenientes:

(i) Efeitos mecânicos do movimento dinâmico (impactos, quedas, choques, oscilações e

vibrações);

(ii) Tensão estática por meio da pressão (empilhamento);

(iii)Fatores climáticos (calor, frio, umidade);

(iv) Incêndio e água;

(v) Furto; e

(vi) Contaminação (roedores, odores, poluição de diferentes tipos).

Pode-se perceber que manusear e transportar produtos sem qualquer tipo de

proteção específica seria uma prática que prejudicaria a qualidade e a serventia dos bens

de consumo, não atendendo às exigências do consumidor final. Como proteger as

características da carga e preservar a qualidade das mercadorias nela contidas?

A embalagem é a resposta para tal indagação. Por embalagem, entende-se o

conjunto de elementos destinados a proteger a carga durante as atividades de manuseio,

transporte e armazenagem, de modo a permitir que as mercadorias mantenham suas

características iniciais a um nível satisfatório para o usuário. As embalagens, deste

modo, caracterizam-se como elementos primordiais nas atividades logísticas.

A marcação constitui a identificação de cada unidade de carga, visando fornecer,

aos operadores logísticos, informações relacionadas ao conteúdo, ao peso, à origem, ao

destino, à forma adequada de armazenagem, à forma adequada de manuseio e aos

cuidados especiais requeridos pela carga marcada.

Dentre os principais tipos de marca, pode-se ressaltar a marca de embarque

padrão, a marca de informação e os símbolos pictóricos. Com a modernização das

tecnologias de informação, os códigos de barras tornaram-se marcações de suma

relevância para a agilidade das atividades logísticas.

18

2.3.3 Unitização

O manuseio de carga geral possui a inconveniência de demandar muito tempo e

mão-de-obra para sua realização, além de, em determinadas circunstâncias, não prover a

carga de proteção adequada a intempéries, vibrações e choques mecânicos. O advento

da unitização, no início do século XX, foi um marco na tecnologia dos transportes,

permitindo a movimentação e o transporte de cargas de uma forma mais ágil e segura.

Segundo Martins e Silva (2001), a unitização é o acondicionamento da carga

geral em algum tipo de estrutura, de forma a permitir a movimentação das unidades de

carga acopladas a equipamentos rodoviários, ferroviários ou hidroviários, podendo ser

içadas a bordo sem as carretas, sendo empilhadas umas sobre as outras em células no

navio, permitindo e facilitando a estivagem.

No que se refere ao transporte marítimo, existem diversos tipos de unitização,

dentre os quais podem ser destacados os pallets e os contêineres, abaixo descritos.

2.3.3.1 Pallets

Conforme Martins e Silva (2001), o pallet é um estrado plano, construído

principalmente de madeira, podendo ser também de alumínio, aço, plástico, fibra,

polipropileno ou papelão, com características adequadas a facilitar a unitização,

armazenagem e o transporte de pequenos volumes. Podem ser descartáveis, utilizados

em apenas uma viagem (one way), ou para uso constante. A adoção de cada tipo

depende da logística escolhida, que envolve um estudo sobre custos e o seu retorno.

A altura dos pallets deve permitir a entrada de garfo de empilhadeira, mas não

deve ser excessiva para não roubar espaço nos compartimentos de carga. A seguir, na

Figura 2.2, são ilustrados dois tipos de pallets.

Figura 2.2: Ilustração de tipos de pallets.

Fonte: Martins e Silva (2001)

19

O pallet permite uma grande flexibilidade, no que se refere ao transporte porta a

porta, sem a necessidade de desconsolidação da carga. É comum nos grandes

supermercados a disposição de mercadorias diretamente sobre pallets.

2.3.3.2 Contêineres

A primeira notícia que se tem de utilização de um tipo de contêiner em

transporte de carga vem da revista National Geographic, no ano de 1911, através de uma

foto de seu içamento para bordo.

Os contêineres são modulados, sendo mais usados os cofres de 20’ x 8’ x 8’, que

tem suas dimensões utilizadas como o módulo padrão adotado internacionalmente, o

chamado Twenty Feet Equivalent Unit (TEU), ou Unidade Equivalente a 20 pés. Os

contêineres de dimensões diferentes destas podem ser referidos a este módulo padrão,

utilizando-se suas unidades em TEU.

Outro módulo padrão bastante utilizado é o Forty Feet Equivalent Unit (FEU),

ou Unidade Equivalente a 40 pés, célula com dimensões 40’ x 8’ x 8’. Na Tabela 2.2

são apresentadas dimensões típicas de contêineres, padronizadas pela ISO.

Tabela 2.2: Dimensões de alguns tipos de contêineres

Comprimento Largura Altura Série do contêiner Pés Metros Pés Metros Pés Metros

1A 40 12,19 8 2,44 8 2,44 1AA 40 12,19 8 2,44 8,5 2,59 1C 20 6,05 8 2,44 8 2,44 1CC 20 6,05 8 2,44 8,5 2,59 Fonte: Goebel, (1996).

Os contêineres são identificados através de marcas, números, definição de

espaço e peso que podem comportar, proprietário e informações do conteúdo da carga.

Estas características de identificação dão aos contêineres vantagens como segurança,

controle, inviolabilidade, rapidez e redução de custos no transporte.

O advento das tecnologias de informação, como, por exemplo, scanner, código

de barras e identificação por rádio freqüência, realçou ainda mais os benefícios do

transporte de cargas via contêineres, permitindo um maior controle das operações

logísticas de manuseio, transporte e armazenagem das células unitizadas.

20

No que se refere à utilização de sua capacidade, o contêiner pode ser classificado

em: (i) Full container load (FCL): contêiner carregado com toda sua capacidade; e (ii)

Less than container load (LCL): contêiner carregado com parte da sua capacidade.

Muitos são os tipos de contêineres utilizados no transporte de cargas. A seguir,

na Tabela 2.3, é apresentada uma síntese dos principais tipos de contêineres empregados

na atualidade, bem como suas características.

Tabela 2.3: Tipos de contêineres e descrições. Tipo Descrição

dry box

Totalmente fechado, com portas nos fundos, sendo o mais utilizado e adequado para o transporte da maioria das cargas gerais secas existentes. Pode ter 20’ ou 40’.

ventilated

Semelhante ao dry box, porém com pequenas aberturas no alto das paredes laterais, podendo também tê-las na parte inferior das paredes, para permitir a entrada de ar, para transporte de cargas que requerem ventilação, como café e cacau.

reefer

Também semelhante ao dry box, é totalmente fechado, com portas nos fundos, apropriado para embarque de cargas perecíveis congeladas ou refrigeradas, que precisam ter a sua temperatura controlada, como carnes, sorvetes, frutas e verduras. Pode ser integrado com motor próprio para refrigeração, cuja única desvantagem é a perda de espaço ocupado pelo motor. Também pode ser isolado (insulated), sem motor próprio, tendo na parede da frente duas aberturas (válvulas) para entrada e saída de ar, que é injetado por meio externo. O contêiner reefer tem para controle de temperatura um gráfico de registro (Partlow Chart) e pode atingir até -25º C.

bulk conteiner

Similar ao dry box, totalmente fechado, tendo aberturas no teto (escotilhas) para o seu carregamento e uma escotilha na parede do fundo e na parte inferior para o descarregamento, sendo apropriado para transporte de granéis sólidos, como produtos agrícolas

open top

Contêiner sem teto, que é fechado com lonas para transporte de cargas que apresentam dificuldades para embarque pela porta dos fundos e necessitam de um acesso especial, embora também possua a porta normal nos fundos. Próprio para mercadorias que excedam a altura do contêiner, cujas cargas não poderiam ser estufadas num contêiner dry box tradicional.

half height

Contêiner open top, sem teto, porém de meia altura – 4’ ou 4’3”, fechado com lonas e cabeceira basculante, adequado para embarque de minérios, cuja carga é extremamente densa e se embarcada em um open top, este não poderia ser utilizado integralmente em seu volume, representando uma ocupação de espaço indevida no navio.

open side

Com apenas três paredes, sem uma parede lateral, este contêiner é apropriado para mercadorias que apresentam dificuldades de embarque pela porta dos fundos, ou que excedam um pouco a largura do equipamento ou ainda para agilização de sua estufagem.

flat rack

Contêiner plataforma, sendo uma combinação do open top e do open side, sem as paredes laterais e sem teto, com cabeceiras fixas, ou dobráveis, adequado para cargas pesadas e grandes, que excedam um pouco as suas dimensões.

plataform

Contêiner plataforma sem paredes e sem teto, tendo apenas o piso apropriado para cargas de grandes dimensões ou muito pesadas.

tank Contêiner tanque próprio para transporte de líquidos em geral, perigosos ou não.

Fonte: Martins e Silva (2001).

21

Para fins de dimensionamento de equipamentos, considera-se que a capacidade

de carga de um TEU seja de 16 a 20 toneladas e, de um FEU, de 25 a 28 toneladas. Um

FEU não possui o dobro da capacidade de um TEU, pois os materiais empregados

atualmente na composição dos contêineres não conseguem resistir aos momentos

fletores oriundos de grandes carregamentos.

2.3.3.3 Outros tipos de unitização

Conforme Goebel (1996), existem dois outros tipos de unitização significativos

no transporte marítimo: as marino-slings e os big-bags.

As marino-slings são cintas de material sintético, que formam uma rede, com

dimensões padronizadas, geralmente utilizadas para sacaria. Podem transportar até

1500kg de mercadoria e, dependendo do embarque, seguem com a carga até o destino

ou apenas até o porão do navio, quando são retiradas.

Os big-bags são sacos de material sintético dotados de fundo circular ou

quadrado, geralmente utilizados, em substituição da sacaria, para o manuseio de

produtos industrializados em grãos e pós. Permitem o reaproveitamento e a sua

capacidade geralmente é superior à dos marino-slings, entretanto seu custo é superior ao

destes e, por isso, em operações de comércio exterior, geralmente, não embarcam

juntamente com a carga.

2.4 A OPERAÇÃO DE TERMINAIS PORTUÁRIOS DE CARGAS

UNITIZADAS

2.4.1 Lógica da operação

Conforme o exposto por Yun e Choi (1999), um Sistema Terminal de

Contêineres (STC) é composto de três subsistemas: entradas, pátios de contêineres e

berços. Os equipamentos de movimentação neste sistema são basicamente portêineres,

transtêineres, tratores de terminal, empilhadeiras e carretas.

As tarefas básicas na operação de um STC consistem no recebimento, entrega,

carregamento e descarregamento de contêineres. Estas operações ocorrem

simultaneamente e interativamente (Yun e Choi, 1999):

22

(i) Operação de recebimento: transportar contêineres para exportação, trazidos por

caminhões vindos de fora do porto, até os equipamentos de movimentação vertical;

(ii) Operação de entrega: erguer contêineres para importação através de equipamentos

de movimentação vertical, colocando-os em caminhões ou trens estacionados no

pátio de contêineres que levarão as cargas para fora do porto;

(iii)Operação de carregamento: erguer contêineres para exportação através de

equipamentos de movimentação vertical, colocando-os em tratores de terminal

localizados no pátio de contêineres e transportando-os até o berço, onde serão

embarcados através de equipamentos de embarque e desembarque;

(iv) Operação de descarregamento: descer contêineres para importação do navio através

de equipamentos de embarque e desembarque, colocando-os em tratores de terminal

com a finalidade de transportar as cargas até o pátio de contêineres.

2.4.2 Equipamentos

A estrutura operacional de um típico STC é ilustrada na Figura 2.3:

1 2 3 B E R Ç O

PÁ T I O

Figura 2.3: Estrutura operacional de um típico terminal de contêineres.

Conforme o apresentado na figura acima, existem três tipos de equipamentos

empregados na movimentação de cargas entre o berço e o pátio ou armazém. São eles:

23

1. Equipamentos de Embarque e desembarque:

Para retirada e colocação de cargas unitizadas nos navios, são necessários

equipamentos de grande porte, como, por exemplo, portêineres, guindastes móveis

sobre pneus, guindastes de bordo, dentre outros. Na Figura 2.4 é ilustrado um

equipamento de embarque e desembarque.

Figura 2.4: Portêiner em operação.

Fonte: Magalhães (2003)

2. Equipamentos de manuseio:

Os equipamentos de embarque e desembarque colocam as cargas unitizadas em

veículos que as transportarão para o pátio. Estes veículos podem ser caminhões ou

tratores de terminal. Na Figura 2.5 é ilustrado um equipamento de manuseio.

Figura 2.5: Trator de terminal (TT).

Fonte: Magalhães (2003) 3. Equipamentos de movimentação vertical:

Os caminhões ou tratores de terminal transportam as células até o pátio, onde

estes serão armazenados na forma de pilhas. Para realizar tal organização, são

requeridos equipamentos de movimentação vertical ou empilhamento, dentre os quais

podemos citar os transtêineres, as empilhadeiras e os reach stackers. Na Figura 2.6 é

ilustrada a operação de uma empilhadeira.

24

Figura 2.6: Empilhadeira içando contêiner vazio.

Fonte: Magalhães (2003)

2.4.3 Multimodalidade e intermodalidade

Na operação de terminais portuários, dois conceitos são requeridos para a

consecução de agilidade e flexibilidade nas atividades de manuseio e transporte:

multimodalidade e intermodalidade. Por multimodalidade entende-se o emprego de

múltiplos modos de transporte e o verbete intermodalidade remete à idéia de interseção

de dois ou mais modos de transporte. Estes dois conceitos são comentados a seguir.

No século XIX, predominava a filosofia da necessidade de competição entre os

modos de transporte. Contudo, na atual conjuntura, é de notório conhecimento que a

multimodalidade é condição indispensável para redução dos custos de transporte. Os

modais não devem competir entre si, mas sim fazer uso da multimodalidade, isto é,

combinar vantagens específicas em termos operacionais de modo a otimizar o transporte

de mercadorias.

De acordo com o Parlamento Europeu (2000), por intermodalidade entende-se

um sistema de transportes com base no qual seja possível integrar pelo menos dois

meios diferentes numa cadeia de transporte porta a porta (ferroviário-rodoviário-naval-

aéreo-dutoviário) de forma a garantir uma utilização mais racional das capacidades de

transporte disponíveis e aumentar a qualidade e a eficiência dos serviços conexos.

Dentre os principais tipos de interseções entre modos de transporte, podem ser

destacados:

25

(i) RO/RO (Roll-on/Roll-off) ou autrotransbordo: tipo de transbordo no qual veículos

do modal rodoviário são embarcados em navios, possibilitando maior flexibilidade

nas operações de embarque e desembarque;

(ii) RA/RA (Rail-on/Rail-off) ou ferrotransbordo: tipo de transbordo no qual vagões

ferroviários são embarcados em navios, possibilitando maior flexibilidade nas

operações de embarque e desembarque;

(iii)RA/RO (Rail-Road) ou transbordo ferro-rodoviário: tipo de transbordo no qual

veículos do modal rodoviário são embarcados em vagões ferroviários, possibilitando

maior flexibilidade nas operações de embarque e desembarque;

(iv) FLO/FLO (Float-on/Float-off), transbordo por flutuação ou transflutuação:

transbordo característico do transporte marítimo no qual balsas são carregadas e

descarregadas por embarcações de maior porte;

(v) LO/LO (Lift-on/Lift-off) ou transbordo por suspensão: transbordo característico do

transporte marítimo no qual veículos de outros modais de transportes são içados e

carregados ou descarregados em embarcações.

2.4.4 Mão-de-obra portuária

Apesar da drástica redução de mão-de-obra oriunda do intenso processo de

mecanização ao qual o transporte marítimo foi submetido no século XX, os operários

continuam sendo fator imprescindível na operação de um porto. A mão-de-obra bruta,

constituída essencialmente por estivadores e práticos, está sendo gradativamente

substituída por trabalhadores mais especializados, capazes de operar os equipamentos

portuários e sistemas de informação.

De nada adianta que um porto possua modernos equipamentos, se os seus

operadores não souberem operar os equipamentos ou se não se sentirem estimulados a

operá-los da maneira ideal. Não deve haver uma valorização excessiva da máquina e,

por conseguinte, uma desvalorização do indivíduo, mas sim a busca contínua da

consonância entre homem e máquina.

26

A modernização do processo de gestão portuária; característica das últimas

décadas do século XX, demanda um corpo técnico cada vez mais especializado

acompanhando as atividades portuárias. As atividades humanas em um porto, que

outrora eram essencialmente físicas, estão sendo cada vez mais substituídas por

atividades intelectuais.

2.5 A AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE TERMINAIS PORTUÁRIOS DE

CARGAS UNITIZADAS

2.5.1 Indicadores de desempenho operacional

Dado à acirrada competição oriunda da globalização da economia, a operação

ineficiente e ineficaz de sistemas logísticos, tais como os terminais portuários de cargas

unitizadas, não pode mais ser admitida.

É necessário, portanto, que existam informações disponíveis acerca da operação

do sistema portuário, permitindo a avaliação do seu desempenho e, conseqüentemente, o

subsídio da tomada de decisão na gestão do terminal. As informações que permitem a

avaliação operacional de sistemas logísticos são denominadas indicadores de

desempenho ou indicadores operacionais.

Conforme Bogossian (1983), é imprescindível conhecer os indicadores

operacionais que permitam avaliar o nível de serviço prestado por um porto. Os

indicadores operacionais se constituem no mais importante instrumento de avaliação

dos serviços portuários, principalmente quando respaldados nas estruturas de custos de

cada modalidade. Estes indicadores são gerados a partir de parâmetros de natureza:

(i) Quantitativa: através do estabelecimento da produção a ser alcançada em

determinado período de tempo;

(ii) Qualitativa: através de acompanhamento e observação sistemática da eficiência

operacional em face dos recursos utilizados;

(iii)Econômica: através da determinação dos custos totais de transporte para cada

conjunto de alternativas operacionais.

27

De acordo com Bogossian (1983), os indicadores podem ser classificados

segundo o nível de abrangência, considerando as seguintes características:

(i) Nível 1 – indicadores econômicos.

São parâmetros estabelecidos em função da economia nacional, para a avaliação

do seu desempenho, como, por exemplo, produção esperada e demanda futura. São

importantes considerações devido aos seus possíveis impactos nas condições de

operacionalidade do porto.

(ii) Nível 2 – indicadores dos sistemas globais de transportes.

São aqueles que abrangem o sistema de transportes como um todo, restringindo-

se apenas aos resultados finais, sem considerações a respeito dos meios de transporte

envolvidos, como, por exemplo, custo de distribuição do produto e tempo total de

viagem (intermodal).

(iii)Nível 3 – indicadores parciais dos sistemas de transportes.

São aqueles que permitem a avaliação do desempenho de cada uma das

modalidades de transporte que compõem o sistema, como, por exemplo, taxa de

utilização do navio, tonelada-milha transportada por ano e taxa de ocupação do berço.

(iv) Nível 4 – indicadores específicos dos componentes de cada modalidade.

São aqueles que permitem avaliar o comportamento de cada elemento

componente de determinada modalidade de transporte, como, por exemplo, número de

ciclos de guindaste por hora e tempo de estadia de uma embarcação.

É pertinente destacar que, no presente trabalho, a abrangência do modelo de

avaliação proposto enquadra-se no Nível 4.

Dentre as principais características dos indicadores de desempenho dos portos,

podem ser destacadas (ANTAQ, 2003):

(i) Estão expressos em unidades de medida significativas para aqueles que vão utilizá-

los, servindo para fins de avaliação de resultados ou para subsidiar a tomada de

decisão;

28

(ii) São compostos de um número ou percentual para indicar a magnitude (quanto) e de

uma unidade de medida que dá um significado ao número ou percentual (o quê);

(iii)Servem para detectar causas e efeitos de ações operacionais e administrativas;

(iv) Permitem qualificar os serviços em cada porto, fazer comparações evolutivas de

desempenho de cada terminal ou conjunto de berços, a comparação entre terminais e

conjuntos de berços de um mesmo porto, ou entre portos distintos, possibilitando

monitorar a evolução do processo, com o estabelecimento de benchmarking.

ANTAQ (2003) propõe e apresenta uma cartilha que orienta os gestores

portuários a acompanhar o desempenho dos serviços dos portos brasileiros.

Infelizmente, grande parte dos portos do Brasil não segue às recomendações da

ANTAQ e tampouco fazem uso de outras metodologias de avaliação de desempenho.

No que se refere às limitações dos indicadores de desempenho correntes, pode-

se destacar:

(i) Apesar de propiciarem uma visão geral do desempenho do porto, os indicadores

operacionais não permitem uma compreensão da dinâmica operacional do sistema;

(ii) Os indicadores operacionais apenas orientam os gestores do porto no que se refere à

caracterização do serviço ofertado pelo terminal, não fornecendo sugestões para a

melhoria do processo;

(iii)Os indicadores operacionais não permitem que sejam idealizadas conjecturas

formais (cenários) acerca do que pode vir a ocorrer em determinadas circunstâncias

futuras.

Deste modo, justifica-se a busca de outras metodologias que permitam a

avaliação de desempenho de terminais portuários, visando uma complementaridade com

os indicadores operacionais preconizados pela literatura.

29

2.5.2 Modelagem matemática e desempenho operacional

Conforme reportam Paixão e Marlow (2003) e Marlow e Paixão Casaca (2003),

os órgãos de administração portuária e as universidades de todo o mundo fazem uso de

diversas metodologias para planejar e gerir as operações de um porto, dentre as quais

podem ser salientadas: filosofia just-in-time, produção enxuta, gestão da qualidade total,

programação matemática e simulação.

Psaraftis (1998) apud Rios e Maçada (2000) enfatiza a importância do

desenvolvimento de estudos com aplicação de técnicas de Pesquisa Operacional em

problemas de movimentação de contêineres em pátios portuários. O uso de técnicas de

simulação tem sido freqüentemente aplicado para planejar e gerenciar o sistema

portuário e auxiliar os executivos no processo de tomada de decisão.

Rios e Maçada (2000) apontam que vários estudos já foram realizados visando a

elaboração e a validação de modelos que possam diminuir tempo de operação de

equipamentos e, conseqüentemente, o custo operacional de um terminal portuário.

Dentre eles, as técnicas de modelagem matemática mostram-se de grande valia para

auxiliar a tomada de decisão na gestão de um porto.

Um porto é um sistema complexo que muda de estados ao longo do tempo, ou

seja, trata-se de um sistema dinâmico. Os estados dos subsistemas do porto são discretos

e variam ao longo do tempo, condição que dificulta o estabelecimento de equações

analíticas que possam representar o comportamento do porto em operação.

Conforme Degano e Di Febbraro (2001), devido às suas características, um

terminal intermodal de contêineres pode ser representado como um Sistema a Eventos

Discretos (SED), o que permite o projeto e a implementação de estratégias de controle

embutidas no próprio sistema.

Os trabalhos de Yun e Choi (1999), Legato e Mazza (2001) e Fernandes (2001)

apresentam modelos bastante atualizados de simulação em terminais portuários de

contêineres. Estes modelos, além de considerarem a aleatoriedade da operação do

30

sistema portuário, fornecem parâmetros importantes para o gerenciamento do terminal,

tais como as taxas de ocupação dos berços e dos equipamentos.

Uma crítica a estes modelos é que eles, apesar de utilizarem programas de

computador que permitem a visualização da simulação da operação do porto, não

propiciam ao analista do sistema uma visão da estrutura operacional do terminal, bem

como dos seus possíveis gargalos.

Degano e Di Febbraro (2001) utilizam um modelo baseado em redes de Petri

para diagnosticar falhas nas atividades de um terminal intermodal de contêineres,

apresentando a técnica supracitada como uma metodologia bastante promissora para

modelar a operação de terminais portuários.

Segundo Palomino (1995), as redes de Petri são um modelo do tipo estado-

evento, onde cada evento possui pré-condições que vão permitir sua ocorrência e pós-

condições, as quais são, por sua vez, pré-condições de outros eventos posteriores. As

redes de Petri coloridas são uma evolução deste conceito, facilitando a adição de

informações ao processo de modelagem.

Costa (2002) apresenta as redes de Petri como uma metodologia para avaliação

de desempenho de sistemas logísticos, destacando, inclusive, a potencialidade da

metodologia supracitada na avaliação de desempenho de terminais portuários.

Conforme Prata et al (2005), o emprego das redes de Petri coloridas permite uma

modelagem mais compacta e abrangente das operações portuárias.

31

CAPÍTULO 3

REDES DE PETRI COLORIDAS

No ano de 1962, Carl Adam Petri defendeu na Alemanha, na Faculdade de

Matemática e Física da Technical University of Darmstaldt, sua tese de doutorado,

sendo esta intitulada de Kommunikation mit Automaten (ou, em português,

Comunicação com Autômatos).

Anos depois, em um período situado entre o término da década de sessenta e

início da década de setenta, Anatol W. Holt, fascinado pela originalidade do trabalho

proposto por Petri, reuniu-se com um grupo de pesquisadores do renomado

Massachussetts Institute of Tecnology – MIT, situado nos Estados Unidos da América.

O resultado desta parceria foi a idealização das bases da teoria das redes de Petri como a

conhecemos hoje.

Desde então, a teoria das Redes de Petri não tem parado de se expandir.

Pesquisadores do mundo todo têm trabalhado tanto com o desenvolvimento e

aprimoramento desta técnica, como com sua vasta gama de aplicações. Modelos

baseados nas redes de Petri são amplamente empregados em diversos campos de

conhecimento, dentre os quais podemos destacar as telecomunicações, os sistemas de

manufatura e os sistemas de transportes.

Com a ampliação do desenvolvimento e da aplicação das redes de Petri na

modelagem de sistemas, muitos foram os estudos realizados objetivando mitigar as

limitações da metodologia supramencionada. A concepção das redes de Petri de alto

nível, dentre as quais se podem destacar as redes de Petri coloridas (RPC), ilustra o

grande progresso teórico nesta direção.

As redes de Petri coloridas foram idealizadas por Kurt Jensen, pesquisador da

Universidade de Aarhus, na Dinamarca. Seu artigo, datado do ano de 1981, intitulado

Coloured Petri Nets and the Invariant Method foi um trabalho promissor, que induziu

uma série de estudos sobre coloração das fichas.

32

Este capítulo destina-se a fazer uma breve introdução sobre as redes de Petri

coloridas, buscando enfatizar a aplicabilidade dos conceitos explicitados. A estrutura do

capítulo será dividida em cinco seções, explicitadas a seguir.

Na primeira seção são apresentados conceitos básicos para compreensão das

redes de Petri coloridas, tais como a teoria de sistemas a eventos discretos e as redes de

Petri ordinárias. Na segunda seção, as redes de Petri coloridas são apresentadas

informalmente e, na terceira seção, elas são apresentadas formalmente. A quarta seção,

por fim, introduz o conceito de multi-conjunto.

3.1 CONCEITOS BÁSICOS

3.1.1 Sistemas a eventos discretos

Um sistema é um conjunto de partes, que interagem entre si, visando a

consecução de um objetivo comum. De certo modo, este é um conceito bastante

relativo, pois a delimitação de um sistema é uma atividade subjetiva e depende sempre

de algum referencial. Por mais que se esforce em delinear um sistema, sempre existirão

sistemas que o englobam e sistemas englobados por ele.

De acordo com Palomino (1995), todo sistema apresenta os seguintes

componentes listados a seguir.

(i) Fronteiras: São os limites do sistema, que podem ter existência física ou apenas

uma delimitação imaginaria para efeito de estudo.

(ii) Subsistemas: São os elementos que compõem o sistema.

(iii) Entradas (inputs): Representam os insumos ou variáveis independentes do sistema.

(iv) Saídas (outputs): Representam os produtos ou variáveis dependentes do sistema.

(v) Processamento: Engloba as atividades desenvolvidas pelos subsistemas que

interagem entre si para converter as entradas em saídas.

(vi) Retroação (feedback): É a influência que as saídas do sistema exercem sobre as

suas entradas no sentido de ajustá-las ou regulá-las ao funcionamento do sistema.

33

Dada a complexidade de qualquer sistema, por menor que seja a delimitação

dada a este por aquele que o analisa, o número de variáveis envolvidas no seu

funcionamento é tão grande que realizar uma análise completa de tal conjunto de partes

pode ser uma tarefa impossível. Sendo assim, cabe ao analista, após a delimitação e

concepção do sistema, ponderar sobre quais variáveis são mais representativas do

fenômeno que se pretende estudar. Tal conduta remete ao conceito de modelo, ou seja, o

modelo é uma representação simplificada do sistema.

Em engenharia, existe uma ampla gama de sistemas nos quais se pode

estabelecer uma relação entre as taxas de variação das suas variáveis de estado,

permitindo que tais sistemas sejam modelados por equações diferenciais. Entretanto,

existem categorias de sistemas cuja complexidade limita ou impossibilita sua

representação analítica.

Conforme Ramadge e Wonham (1989) apud Deifan (1999), os Sistemas a

Eventos Discretos (SED) são sistemas concebidos pelo homem (man made systems) e

cuja dinâmica é dirigida pela concorrência de eventos discretos a intervalos irregulares e

desconhecidos.

Segundo Cardoso e Valette (1997), “sistemas a eventos discretos são sistemas

modelados de tal sorte que as variáveis de estado variam bruscamente em instantes

determinados e que os valores das variáveis nos estados seguintes podem ser calculados

diretamente a partir dos valores precedentes sem ter que considerar o tempo entre estes

dois instantes”. Neste caso, as equações diferenciais se mostram ineficientes para

representar o comportamento do sistema, sendo requeridos outros métodos de análise.

Exemplos de SED são sistemas de manufatura, redes de computadores, sistemas

de telecomunicações e sistemas de transportes. Dentre as técnicas de modelagem de

SED, podem ser destacadas as redes de Petri, os autômatos, a teoria das filas e as

cadeias de Markov. Para um aprofundamento na teoria de Sistemas a Eventos Discretos,

vide Cassandras e Lafortune (1999).

34

3.1.2 Apresentação das redes de Petri

Segundo Palomino (1995), as redes de Petri (RdP) são um modelo do tipo

estado-evento, onde cada evento possui pré-condições, que vão permitir sua ocorrência,

e pós-condições, as quais são, por sua vez, pré-condições de outros eventos posteriores.

A técnica em questão pode ser vista como uma evolução do conceito da Teoria

dos Grafos, pois nas RdP existem dois tipos de nós, denominados respectivamente de

Lugar – P, e Transição – T, e dois tipos de arcos (Pre e Post). Deve-se salientar que

uma rede de Petri é um grafo bipartido, ou seja, só existem arcos ligando nós do tipo P a

nós do tipo T e vice-versa.

Formalmente, uma rede de Petri é uma quádrupla (Cardoso e Valette,1997):

R = <P,T,Pre,Post> 3.1

em que:

- P é um conjunto finito de lugares de dimensão n;

- T é um conjunto finito de transições de dimensão m;

- Pre: P x T → N é a aplicação de entrada (lugares precedentes ou incidência

anterior), com N sendo o conjunto dos números naturais;

- Post: P x T → N é a aplicação de saída (lugares seguintes ou incidência

posterior).

É importante ressaltar que, na literatura, a nomenclatura da rede de Petri

apresentada na equação 3.1 pode ser explicitada por rede de Petri ordinária ou rede de

Petri lugar-transição (RLT). Caso a RdP modele um sistema real, ou seja, possua um

significado físico, a rede pode ser denotada rede de Petri interpretada e, caso contrário,

pode ser chamada de rede de Petri não interpretada. Como este é um trabalho voltado

para uma aplicação prática da metodologia em questão na operação de sistemas de

transportes, assume-se, nesse momento, que todos os modelos constantes no texto se

referem a redes interpretadas.

Uma Rede de Petri marcada é uma dupla:

N = <R,M> 3.2

35

em que:

- R é uma rede de Petri;

- M é uma marcação dada pela aplicação M : P → N.

A marcação é um número inteiro não-negativo associado a cada lugar, sendo

representada por um vetor n-dimensional:

M = (m1, m2, ... mj)T 3.3

em que:

mj = é o número de fichas do lugar pj.

A rigor, a marcação é um vetor coluna, sendo o vetor transposto ao vetor linha

apresentado na equação (3.3). Na prática, é usual ser omitida a denotação de vetor

transposto.

De acordo com Palomino (1995), a marcação num determinado instante

representa o estado da rede de Petri ou, mais precisamente, o estado do sistema descrito

pela RdP; assim, a evolução do estado do sistema corresponde a uma evolução da

marcação, a qual é causada pelo disparo de transições como veremos posteriormente.

Um exemplo de representação gráfica de uma rede de Petri é apresentado na Figura 3.1.

(a) (b) Figura 3.1: Exemplo do disparo de uma transição

Fonte: YAMADA et al, 2001.

Os círculos representam os lugares, o retângulo representa a transição, as setas

que saem dos lugares e chegam na transição representam Pre, as setas que saem da

transição e chegam nos lugares representam Post e os discos negros representam as

marcações. A estas marcações damos o nome de fichas.

36

Yamada et al (2001) afirmam que um lugar pode ser utilizado como indicação

de um estado do sistema (conjunto dos valores atuais dos parâmetros que definem um

dado sistema, num dado instante) a ser modelado. Um lugar possui os seguintes

atributos: identificação, marcação e capacidade. A identificação diferencia um lugar dos

demais, a marcação equivale ao número de fichas contidas em um lugar e capacidade é

o número máximo de fichas que um lugar pode armazenar por um determinado tempo,

não sendo denotada para lugares de capacidade infinita. As fichas simplesmente

indicam que as condições associadas aos lugares são verdadeiras.

As transições podem representar operações ou ações realizadas pelo sistema,

possuindo os seguintes atributos: identificação e, para as redes de Petri com restrições

de tempo, o tempo, que indica o tempo associado ao seu disparo. Um arco que sai de

um lugar e chega a uma transição indica, juntamente com as fichas, as condições para

que uma ação seja realizada.

Um arco originado em uma transição que se destina a um lugar, representa as

funções que geram os estados após a execução da ação. Um arco com peso k, em que k é

um número inteiro positivo, pode ser interpretado como um conjunto k de arcos

paralelos. Os arcos com peso um usualmente têm seu peso omitido na representação

gráfica.

Uma transição é considerada apta a disparar quando o número de fichas contidas

em cada um de seus lugares de entrada é maior ou igual ao peso dos arcos de

precedência. Quando isto ocorre, a transição ti é dita habilitada, estando pronta para o

disparo. Como podemos verificar pela RdP apresentada na Figura 1, ao disparar t1, uma

ficha é retirada do lugar p1, duas fichas são retiradas do lugar p2, uma ficha é adicionada

ao lugar p3 e três fichas são adicionadas ao lugar p4.

É comum encontrar na literatura a palavra “ferramenta” associada às redes de

Petri, sendo que tal conexão, na opinião do autor, é equivocada. O verbete ferramenta

remete à idéia de um utensílio, ou seja, de um objeto limitado, de recursos pré-

determinados e de uso repetitivo. As redes de Petri não se enquadram em tal adjetivo,

37

pois permitem a modelagem, a análise e a simulação de uma vasta gama de sistemas,

propiciando uma maior compreensão da realidade modelada por parte do analista.

Um modelo idealizado pelas redes de Petri pode ser considerado uma

ferramenta, mas a teoria por trás do modelo não pode ser considerada como tal. Para o

autor, as redes de Petri são uma técnica capaz de suportar a geração de modelos e/ou

ferramentas computacionais, não se caracterizando meramente como um utensílio.

3.1.3 Redes de Petri com restrições de tempo

Como apontam Berthomieu e Diaz (1991), existem sistemas que se comportam

baseados em parâmetros temporais explícitos. Utilizar e ampliar o conceito das redes de

Petri clássicas, ou seja, adicionar características de tempo às transições, possibilita a

aplicação desta técnica na modelagem de sistemas inerentes a diversos campos do

conhecimento.

A rede de Petri temporal (RPT) é obtida associando-se a cada transição um

intervalo (θmín, θmáx), ou seja, a duração de sensibilização da transição deve ser maior do

que θmín e menor do que θmáx.

Segundo Cardoso e Valette (1997), pode-se associar um intervalo [a,a] a uma

transição para representar uma duração a. Se a transição estiver sensibilizada no tempo

τ, ela irá disparar no tempo τ + a, caso continue, nesta data, sensibilizada pela

marcação.

Formalmente, uma rede de Petri temporal é um par:

NtI= <N,I> 3.4em que:

- N é uma rede Petri <P,T,Pre,Post> com uma marcação inicial M0;

- I = θ (t)= [θmín(t), θmáx(t)] é uma função que, a cada transição t, associa um

intervalo racional que descreve uma duração de sensibilização.

As RPT’s são de grande valia para a avaliação de desempenho operacional de

sistemas dinâmicos. A determinação dos tempos de ciclo da operação de um sistema,

38

variando-se os seus insumos e recursos de infra-estrutura através da simulação de

cenários, pode subsidiar a tomada de decisão na gestão do sistema modelado.

3.2 Apresentação informal às redes de Petri coloridas

Uma grande limitação das redes de Petri ordinárias é o fato de que esta demanda

uma grande quantidade de lugares e de transições para representar sistemas complexos

(também chamados pela literatura como sistemas reais). Na medida em que a rede se

expande, a visão geral do sistema modelado, por parte do analista, começa a ser

comprometida e a análise do sistema modelado, por parte do computador, começa a ser

dificultada.

Os sistemas reais, muitas vezes, apresentam processos semelhantes que ocorrem

paralelamente ou concorrentemente, diferindo entre si apenas pelos seus insumos e

produtos. As fichas, por expressarem basicamente se as condições associadas a um lugar

são verdadeiras ou falsas, requerem uma grande quantidade de lugares e,

conseqüentemente, de transições, para representar tais sistemas com processos

similares.

E se ao invés de aumentarmos a quantidade de lugares, diferenciarmos os

processos, insumos ou produtos através das fichas? Se as fichas, ao invés de portarem

uma função binária, portarem um vetor de informações, a quantidade de lugares e

transições de uma rede que modela um sistema real pode ser sensivelmente reduzida.

Esta é a filosofia das redes de Petri coloridas, conceito alvo do presente capítulo.

A seguir, será realizada uma abordagem informal do tema em questão, evidenciando

seus benefícios e desvantagens frente às redes de Petri lugar-transição. A seguir, será

apresentado um exemplo, retirado de Jensen (1992), que ilustra bem a evolução do

conceito das redes ordinárias para o conceito das RPC.

Será assumido que existem dois tipos de processos em um sistema qualquer,

denominados processos-p e processos-q, que compartilham três tipos de recursos,

denotados por recursos-r, recursos-s e recursos-t. Tais processos ocorrem paralelamente

e demandam os insumos supracitados simultaneamente.

39

Os processos-p podem ser divididos em quatro principais estados. O primeiro

estado indica a quantidade de processos-p a serem operados. O segundo estado necessita

da utilização de dois recursos-s para a operação do sistema. O terceiro estado requer a

utilização de dois recursos-s e um recurso-t para a operação do sistema. Por fim, o

quarto estado demanda a utilização de dois recursos-s e um recurso-t para a operação do

sistema.

No que tange às ações mais significativas dos processos-p, pode-se destacar a

primeira ação, que utiliza dois recursos-s para que o sistema passe do estado inicial para

o segundo estado, a segunda e a terceira ação, que buscam um recurso-t para o sistema

avance do segundo para o terceiro estado e do terceiro para o quarto estado e, por fim, a

quarta ação, que reinicia o processo-p.

Os processos-q podem ser divididos em cinco principais estados. O primeiro

estado indica a quantidade de processos-q a serem operados. O segundo estado necessita

da utilização de um recurso-r e de um recurso-s para a operação do sistema. O terceiro

estado requer a utilização de um recurso-r e de dois recursos-s para a operação do

sistema. O quarto estado necessita da utilização de dois recursos-s para a operação do

sistema. Por fim, o quinto estado demanda a utilização de dois recursos-s e um recurso-t

para a operação do sistema.

No que diz respeito às ações mais significativas dos processos-q, pode-se

destacar a primeira ação, que utiliza um recurso-r e um recurso-s para que o sistema

passe do estado inicial para o segundo estado, a segunda ação, que utiliza um recurso-s

para o sistema avance do segundo para o terceiro estado, a terceira ação, que libera um

recurso-r para que o sistema passe do terceiro para o quarto estado, a quarta ação,

demanda um recurso-t para que o sistema passe do quarto para o quinto estado e, por

fim, a quinta ação, que reinicia o processo-q.

Na Figura 3.2 é apresentada a modelagem do sistema descrito acima. Os lugares

Bp. Cp, Dp e Ep correspondem respectivamente aos estados 1, 2, 3 e 4 dos processos-p.

As transições T2p, T3p, T4p e T5p correspondem respectivamente aos eventos 1, 2, 3 e

4 dos processos-p. Raciocínio análogo pode ser aplicado aos lugares e transições do

40

lado direito da rede ilustrada, que representam, correspondentemente, os estados e ações

dos processos-q descritos anteriormente. Os lugares R, S e T correspondem aos

recursos-r, recursos-s e recursos-t, respectivamente.

Na RdP apresentada na Figura 3.2, foi necessário representar os dois tipos de

processos por duas sub-redes separadas, ainda que os dois processos distintos

compartilhassem os mesmos recursos, utilizando-os de uma forma semelhante.

Bp

Cp

Dp

Ep

T2p

T3p

T4p

T5p

Eq

T5q

T2q

Dq

Cq

T4q

T3q

Bq

T1q

Aq

R

S

T

2

2 2

2

Figura 3.2: RdP descrevendo a alocação de recursos do sistema (marcação inicial M0).

Fonte: Jensen, 1992.

No que diz respeito à visão do analista sobre o sistema modelado, a rede

supramencionada propicia uma maior sensibilidade dos gargalos operacionais. Tal

benefício, entretanto, diminui na medida que o sistema modelado se torna mais

complexo.

No que se refere à implementação do modelo, a utilização de sub-redes similares

acarreta em ineficiência computacional, refletida pela entrada e pelo processamento dos

41

dados. Tal deficiência é aceitável para um sistema simples, como o representado na

Figura 3.2. Contudo, para sistemas maiores, redundâncias desta natureza podem

implicar em um custo computacional elevado.

Sistemas de manufatura ou sistemas de telecomunicações, usualmente,

apresentam diversos processos a serem efetuados paralelamente ou concorrentemente,

compartilhando inúmeros recursos. Imagine que o sistema a ser modelado, ao invés de

contar com dois tipos de processos e três insumos distintos, apresentasse dezenas de

processos e recursos. A representação gráfica do sistema seria muito pouco inteligível e

a implementação computacional do modelo, assim como sua análise, seria

extremamente complexa.

Uma estratégia para mitigar esse tipo de problema é aplicar o conceito das redes

de Petri hierárquicas. Neste tipo de rede, considera-se a existência de sub-redes que se

comportam como lugares ou como transições e, deste modo, uma RdP passa a incluir

mais dois conjuntos de elementos: os macro-lugares, que representam uma sub-rede por

um lugar, e as macro-transições, que representam uma sub-rede por uma transição.

Embora teoricamente interessantes e potencialmente úteis, as redes de Petri

hierárquicas não resolvem eficientemente o problema do crescimento excessivo do

número de nós da rede, quando se pretende modelar um sistema não trivial (Barros,

2001). Essa é, portanto, uma das grandes limitações das redes de Petri lugar-transição na

modelagem e análise de sistemas reais.

Conforme Kernigham et al. (1988) apud Barros (2001), o salto que se dá ao

passar das redes de Petri ordinárias para as redes de Petri coloridas é, mais do que em

qualquer outro tipo de rede Petri de alto nível, extremamente semelhante ao salto que se

dá ao passar da programação em linguagem Assembly para linguagens de alto-nível

como PASCAL ou C.

Comparando-se as redes de Petri com as linguagens de programação, conforme é

ilustrado na Tabela 3.1, pode-se perceber que as redes de Petri ordinárias são análogas a

uma linguagem de baixo nível.

42

Tabela 3.1: Analogia entre redes de Petri e linguagens de programação. Redes de Petri Linguagens de Programação

RdP Ordinárias Linguagem Assembly RdP hierárquicas Linguagem Assembly com macros RdP de alto nível Linguagem de alto nível Fonte: Barros (2001).

As redes de Petri de alto nível (RPAN), dentre as quais se pode ressaltar as redes

de Petri coloridas, redes de Petri predicado - transição e redes de Petri a objetos, são

modelos que foram desenvolvidos para facilitar a representação e análise de sistemas

complexos. Neste trabalho, apenas as redes de Petri coloridas serão enfocadas. Para

mais detalhes sobre as RPAN, consultar Cardoso e Valette (1997).

De acordo com Jensen (1992), uma representação mais compacta de uma rede de

Petri é obtida através da associação, a cada ficha, de um conjunto de dados,

denominados cores da ficha. O conceito de cor é análogo ao conceito de tipo, comum

nas linguagens de programação.

Na Figura 3.3 é ilustrado o sistema apresentado na Figura 3.2, modelado por

intermédio das redes de Petri coloridas.

T5

T2

T4

T3

T1

A

R

S

T

color U = with p | q;color I = int;color P = product U* i;color E = with e;var x : U;var i : I;

B

C

D

E

if x=qthen 1' (q,i+1)else empty

if x=pthen 1' (p,i+1)else empty

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

(x,i)

3'(q,0)3

2'(p,0)2

1'e1

3'e3

2'e2

e

ecase x of p => 2'e| q => 1'e

if x=q then 1'eelse empty

if x=p then 1'eelse empty

e

2'e

case x of p => 2'e| q => 1'e

E

E

E

P

P

P

P

P

[x=q]

Figura 3.3: RPC descrevendo a alocação de recursos do sistema (marcação inicial M0).

Fonte: Jensen, 1992.

43

Para um determinado lugar, as fichas nele contidas devem possuir cores que

correspondam a um determinado tipo. Este tipo é denotado conjunto de cores do lugar.

Analisando a rede constante na Figura 3.3, no lugar R, todas as fichas nele contidas

serão do tipo E. Deste modo pode-se perceber que o conceito de cores está para as redes

de Petri coloridas assim como o conceito de tipo está para as linguagens de

programação.

Aos arcos são associadas variáveis, funções matemáticas ou expressões de uma

linguagem de programação. Para que ocorra o disparo de uma transição, as estruturas de

dados contidas nas fichas devem satisfazer as condições contidas nos arcos de uma rede

de Petri colorida, assim como interagiam as fichas e os pesos dos arcos em uma rede de

Petri ordinária.

No canto superior esquerdo da Figura 3.3, pode-se perceber a existência de um

retângulo composto por linhas tracejadas, contendo declarações de uma linguagem de

programação. Qualquer linguagem pode ser utilizada em modelos de RPC, contudo, na

atual conjuntura, é quase que uma regra empregar-se o padrão ML, que possui uma

sintaxe similar à da linguagem C.

Jensen, o criador das redes de Petri coloridas, alavancou pesquisas acerca desta

técnica de modelagem. O Departamento de Ciência da Computação da Universidade de

Aarhus tornou-se o maior expoente mundial no tema em questão e desenvolveu a

ferramenta computacional mais robusta já desenvolvida, até o momento, para a edição e

análise de RPC: o CPN Tools. O CPN Tools utiliza uma linguagem similar ao padrão

ML, denotada CPN ML.

A Expressão [x=q], associada à transição T1 da rede constante na Figura 3.3, é

classificada como uma guarda. Uma guarda é uma regra que restringe o disparo de uma

transição apenas a uma variável de um tipo especificado. No exemplo em questão, a

guarda [x=q] especifica que a transição T1 só está habilitada para processos-q, não

efetuando disparos para processos-p.

44

A seguir, será apresentado um dos problemas clássicos que traçam um paralelo

entre as redes de Petri lugar-transição e as redes de Petri coloridas. O jantar dos

filósofos é um exemplo introdutório do avanço da modelagem advinda da coloração das

fichas.

Cinco filósofos chineses estão sentados ao redor de uma mesa circular, na qual,

em seu centro, existe uma deliciosa travessa com arroz e, entre cada par de filósofos,

existe um garfo. Cada filósofo pode optar por duas ações: pensar ou comer. Para comer,

um filósofo necessita de dois garfos, e ele só pode utilizar aqueles que estão na sua

proximidade, ou seja, o garfo ao seu lado direito e o garfo ao seu lado esquerdo. O

compartilhamento dos garfos impede que dois filósofos vizinhos comam

simultaneamente. Na Figura 3.4 é apresentada uma visão esquemática do clássico

problema do jantar dos filósofos.

Figura 3.4: Visão esquemática do jantar dos filósofos.

Fonte: Jensen (s/d).

O leitor se habilita a tentar modelar esse sistema por intermédio de equações

analíticas? Como se trata de um sistema a eventos discretos, modelar esse sistema por

intermédio das redes de Petri, torna a tarefa bem mais simples. Na Figura 3.5 é ilustrado

um modelo do jantar dos filósofos, baseado nas redes de Petri lugar-transição.

45

Figura 3.5: Modelo, do jantar dos filósofos, baseado em redes de Petri ordinárias.

Fonte: Barros (2001).

Os lugares de cor branca representam os estados “filósofo pensando”, os lugares

de cor cinza escuro representam os estados “filósofo comendo”, e, por fim, os lugares

de tonalidade cinza claro representam os garfos.

É importante salientar que, na modelagem de redes de Petri coloridas, o sentido

da palavra cores não está relacionado à idéia de pigmento ou tonalidade, mas sim à idéia

de associação de estruturas complexas de dados às fichas, ao invés das estruturas

binárias utilizadas na modelagem clássica. Este procedimento, dependendo do sistema

modelado, pode reduzir sensivelmente a quantidade de lugares e transições de uma rede.

Na Figura 3.6, é apresentado o problema do jantar dos filósofos modelado por

intermédio de redes de Petri coloridas.

Figura 3.6: Modelo, do jantar dos filósofos, baseado em redes de Petri coloridas.

Fonte: Jensen (s/d).

46

3.3 Apresentação formal às redes de Petri coloridas

Para a modelagem de um sistema, a compreensão, por parte do analista, da

lógica matemática que rege uma RPC não é uma condição indispensável para a

utilização da técnica em foco. Conforme Jensen (1992), qualquer rede poderá ser

especificada apenas em termos da sua representação gráfica.

A definição formal, contudo, propicia ao analista uma maior compreensão da

técnica utilizada, bem como permite analisar propriedades do modelo. Para aqueles que

desejam se aprofundar nos estudos acerca das redes de Petri coloridas, a compreensão

da sua definição formal é tarefa imprescindível.

Conforme Desrochers e Al-Jaar (1995), uma rede de Petri colorida é um grafo

bipartido dirigido representado por uma quíntupla:

CPN = <P,T,C,I,O> 3.5

em que:

- P é um conjunto finito de lugares de dimensão n;

- T é um conjunto finito de transições de dimensão m;

- C são os conjuntos de cores associados com os lugares e com as transições de

modo que:

C(pi)= {ai1,..., aiui}, ui = | C(pi) |, i = 1, ..., n.

C(tj) = {bj1,..., bjvj}, vi = | C(tj) | , j = 1, ..., m.

Os símbolos a’s e b’s representam as cores associadas.

- I é uma aplicação de entrada C(p) x C(t) → N (inteiros não-negativos)

correspondendo ao conjunto de cores direcionadas dos arcos de P para T.

- O é uma aplicação de saída C(t) x C(p) → N (inteiros não-negativos)

correspondendo ao conjunto de cores direcionadas dos arcos de T para P.

Note que O(p,t) = OT(t,p).

A associação de dados às fichas torna o modelo mais compacto, mas, em

contrapartida, paga-se um preço: a complexidade das funções de precedência. Nas RdP,

são associados aos arcos Pre e Post valores inteiros, enquanto que, nas RPC, são

associadas aos arcos funções complexas.

47

3.4 Multi-conjuntos

Numa rede de Petri ordinária, a adição ou remoção de fichas de um determinado

lugar implica na operação de soma ou subtração, pois as fichas não portam estruturas de

dados. Nas redes de Petri coloridas, o jogo de fichas não é uma operação tão trivial.

A marcação de cada lugar de uma RPC é um multi-conjunto do conjunto de

cores associado ao lugar. A utilização de multi-conjuntos é necessária para que um lugar

possa armazenar duas ou mais fichas da mesma cor.

Os multi-conjuntos, também denominados bolsas, são um tipo de conjunto no

qual podem ocorrer múltiplas ocorrências de um mesmo elemento. Admitindo um

conjunto X com três elementos, tal que X = {x1,x2,x3}, ao adicionarmos ao conjunto X o

elemento x2, o conjunto continua sendo X = {x1,x2,x3}. Em um multi-conjunto, a adição

do elemento x2 implica no multi-conjunto X’ = {x1,x2,x2,x3}. A repetição do elemento

x2 diferencia o conjunto X do multi-conjunto X’.

O aprofundamento sobre o conceito de multi-conjuntos foge ao escopo deste

texto, sendo cabível neste trabalho apenas uma sucinta introdução sobre o tema. Para

uma discussão mais detalhada sobre tal questão, o leitor pode consultar Jensen (1992).

48

CAPÍTULO 4

MODELO DE AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

OPERACIONAL DE TERMINAIS PORTUÁRIOS DE

CARGA UNITIZADA

A avaliação de desempenho é uma atividade de suma importância para a

manutenção da eficiência da operação de um sistema. Lima (2001) apud Costa (2002)

identifica três objetivos distintos para a criação de uma sistemática de avaliação de

desempenho: (a) a monitoração de variáveis e a antecipação de ações dentro de uma

postura preventiva; (b) a resolução de problemas visando à eliminação de causas de

insatisfações ou elevação do nível de satisfação, buscando um processo de melhoria

contínua; e (c) a dissolução do sistema pela obsolescência de sua finalidade.

Os ganhos oriundos da eliminação de deficiências operacionais em terminais

portuários são substanciais devido às economias de escala, pois reduções nos tempos de

movimentação de um contêiner resultam em uma grande redução de tempo, tendo em

vista a quantidade total de cargas movimentadas por um porto em um dado intervalo de

tempo como, por exemplo, meses ou anos.

Este capítulo destina-se a apresentar o modelo proposto, baseado nas redes de

Petri coloridas, para avaliação de desempenho operacional de terminais portuários de

carga unitizada. São citadas, a seguir, as seções que compõem o presente capítulo.

Na primeira seção são apresentadas as condições para a idealização de um

modelo geral da avaliação de desempenho operacional de terminais de carga unitizada.

Na segunda seção, é realizada uma descrição da área de estudo. A terceira seção

destina-se a apresentar o modelo da operação do Terminal Portuário do Pecém. A quarta

seção aborda a validação do modelo proposto. Por fim, a quinta seção tem como

objetivo expor os resultados obtidos através das simulações do modelo, seguidos das

devidas discussões.

49

4.1 CONCEPÇÃO DO MODELO

A concepção geral do modelo de redes de Petri coloridas, a ser aplicada em

qualquer terminal portuário de cargas unitizadas, consiste na definição dos estados, a

serem representados por lugares, dos eventos, a serem representados por transições, e

das informações adicionais do modelo, a serem representadas por cores (tipos de dados).

Após a concepção e a validação do modelo, apresentam-se as recomendações

propostas. É pertinente destacar que todo terminal possui suas peculiaridades, sendo

necessária a adequação do modelo a cada caso analisado. No caso das operações

portuárias, tem-se:

(i) Lugares

Os lugares de uma rede Petri colorida devem representar estados tais como: (a)

contêineres armazenados no pátio; (b) equipamentos livres para uso, como

empilhadeiras, reach satckers, stradle carriers, trantêineres, guindastes ou portêineres;

(c) contêineres sendo movimentados por equipamentos; e (d) contêineres dispostos nas

embarcações.

(ii) Transições

As transições de uma rede Petri colorida deverão representar eventos tais como:

(a) ações de movimentação, remoção e transporte de contêineres; e (b) retorno dos

equipamentos após cada operação.

(iii)Cores

As cores adicionadas às fichas deverão armazenar informações tais como: (a)

identificação dos contêineres; e (b) localização dos contêineres no pátio e nas pilhas de

células unitizadas.

4.2 DESCRIÇÃO DO TERMINAL PORTUÁRIO DO PECÉM

4.2.1 Considerações gerais

O Estado do Ceará possuía, até a década de 90, apenas um grande porto para a

movimentação de suas cargas: o Porto de Fortaleza, também denotado por Porto do

50

Mucuripe. Este terminal se constitui como um porto de 1ª. geração, estando incrustado

no tecido urbano do município de Fortaleza.

O aumento da movimentação de cargas no Porto de Fortaleza tem gerado

grandes problemas para o terminal, pois: (i) o porto em questão não estava apto a

receber grandes embarcações devido às restrições de equipamentos, de instalações e de

calado; e (ii) o fluxo intenso de veículos rodoviários nas operações de entrada e saída do

terminal causava grandes impactos na malha viária do seu entorno.

Deve-se ressaltar, também, que se tornava praticamente impraticável a instalação

de pólos industriais, tais como indústrias petroquímicas, siderúrgicas ou metal-

mecânicas, no entorno do Porto de Fortaleza. A implantação de equipamentos

industriais de grande monta nas vizinhanças do porto em questão traria uma série de

problemas, não apenas para a capital cearense, mas para o próprio funcionamento das

indústrias.

Tendo em vista a necessidade de expandir a capacidade das modalidades

marítima e de cabotagem no Estado do Ceará, o Governo do Estado decidiu pela

construção de um terminal portuário de grande porte, localizado numa posição

estratégica, que não estivesse contido na cidade de Fortaleza nem demasiadamente

afastado dela. O local escolhido foi Pecém, distrito do município de São Gonçalo do

Amarante, distante cerca 56 km da capital do Estado.

4.2.2 Descrição da infra-estrutura

No que se refere ao acesso marítimo, o Porto do Pecém trata-se de um Terminal

off shore, pois o acesso marítimo às instalações se dá de forma direta não havendo canal

de acesso nem bacia de evolução. A Companhia de Integração Portuária do Ceará -

CEARÁPORTOS, empresa responsável pela administração do terminal, possui sede na

área do porto, instalando-se em uma edificação de cerca de 1.300 m² de área construída.

Existem diversos órgãos públicos, pertencentes às esferas federal e estadual,

instalados junto ao porto em questão. No que tange aos órgãos da Administração

Pública Federal alojados no Terminal Portuário do Pecém, pode-se citar a Secretaria da

51

Receita Federal; o Ministério da Agricultura; o Ministério da Justiça, representado pela

Polícia Federal; o Ministério do Meio-Ambiente, representado pelo Ibama; o Ministério

da Saúde, representado pela Vigilância Sanitária e o Ministério da Marinha,

representado pela Capitania dos Portos. No que diz respeito aos órgãos da

Administração Pública Estadual pode-se relevar a Secretaria da Fazenda e a Secretaria

da Agricultura.

Conforme CEARÁPORTOS (2004), a concepção do terminal, de buscar águas

profundas, bem como preservação das condições ambientais, faz com que as instalações

para atracação de navios se localizem a certa distância da costa. Portanto, tornou-se

necessária a construção de uma ponte de interligação entre os píeres de atracação e as

instalações em terra, cujas características constam na Tabela 4.1.

Tabela 4.1: Ponte de acesso aos píeres. Comprimento até o Píer 1 1.789,33 m. Comprimento até o Píer 2 2.142,61 m. Largura da faixa de rolamento 7,20 m. Passeio para pedestre 1,30 m. Suporte para tubulação 6,75 m. Suporte para correia transportadora 6,20 m. Canaleta de serviço para cabos elétricos e cabos óticos de comunicação, sob o passeio para pedestre. 1,10 m x 0,27 m

Fonte: CEARÁPORTOS (2004).

O Píer 1 foi projetado para operar com carga geral, carga unitizada, assim como

produtos siderúrgicos. O Píer 2 foi projetado para operar com granéis líquidos e gases

liquefeitos, devendo atender prioritariamente aos produtos derivados de petróleo, álcool

anidro e hidratado e o óleo. Nas Tabelas 4.2 e 4.3 são apresentadas as características dos

píeres 1 e 2, respectivamente.

Tabela 4.2: Píer 1 – píer de produtos siderúrgicos e carga geral. Comprimento 350 m. Largura 45 m. Berços de atracação 02 (dois). Carga máxima admissível 10tf / m². Berço Interno 16 cabeços de 100 tf. Berço Externo 16 cabeços de 150 tf. Profundidade junto aos berços 15,5 m. Profundidade no canal de acesso Variando de 15m a 18m. Profundidade na bacia de evolução Variando de 15 a 16m.


52

Tabela 4.3: Píer 2 – píer de granéis líquidos e gases liquefeitos. Comprimento 336,56 m. Plataforma de atracação 45m x 32m. Berços de atracação 02 (dois). Ponte de acesso à plataforma 145,96 m Suporte para tubulação 6,20 m. Profundidade junto aos berços Variando de 16m a 17m. Profundidade do canal de acesso Variando de 16m a 20m. Profundidade da bacia de evolução Variando de 16m a 18m 04 (quatro) dolfins de amarração 08 (oito) dolfins de atracação


Junto à ponte de acesso do píer 2, foi construído um píer para os rebocadores

que deverão auxiliar os navios nas manobras de atracação, nos píeres 1 e 2. Na Tabela

4.4, são apresentadas as características do píer para rebocadores.

Tabela 4.4: Píer de rebocadores. Comprimento 76,55 m Plataforma de operação 60,0 m x 12,5 m. Berços de atracação 02 ( dois ) Capacidade dos rebocadores até 50 tf de bollard pull Fonte: CEARÁPORTOS (2004).

Como o porto do Pecém foi projetado para ser um terminal marítimo off shore

artificialmente abrigado, foi construído um quebra-mar do tipo berma (rubble mound

breakwater), em forma de "L", com comprimento total de 1.768 m. O quebra-mar

possui uma forma trapezoidal, com uma parte central construída de argila e pedras

fragmentadas de tamanhos variados, e nas laterais inclinadas, pedras de grandes

dimensões, com o objetivo de absorver a energia das ondas.

O pátio, cuja área é de 380.000 m², foi construído para armazenar bobinas e

chapas planas para a usina siderúrgica. O leiaute do pátio permite a armazenagem de

contêineres, sendo reservadas áreas especiais para contêineres refrigerados e contêineres

vazios. Seu pavimento foi construído com Concreto de Alto Desempenho (CAD), de

modo à estrutura resistir às solicitações das cargas gerais e unitizadas.

O porto do Pecém possui dois armazéns: um com área coberta do armazém

6.250 m² e outro com área coberta do armazém 10.000 m². Tais instalações foram

construídas para atender à movimentação de outras cargas soltas que não podem ficar

53

abrigadas a céu aberto, bem como para serem utilizados nas operações de ova e desova

de contêineres.

4.2.3 Descrição dos equipamentos

O porto do Pecém possui um conjunto de equipamentos que obedece à lógica

apresentada no capítulo 2: equipamentos de embarque e desembarque (guindastes),

equipamentos de manuseio (caminhões) e equipamentos de movimentação vertical

(empilhadeiras e reach stackers). Na Tabela 4.5, são descritos os equipamentos de carga

e descarga, bem como os equipamentos de movimentação vertical, pertencentes ao

terminal analisado.

Tabela 4.5: Equipamentos utilizados no Terminal Portuário do Pecém. Equipamentos PSO - CTO

Tipo de equipamento Quantidade capacidade Vida útil Ano fabricação RS - 01 reach stacker Ferrari 269 1 70 ton 10 anos 2001 RS - 02 reach stacker Ferrari 269 1 70 ton 10 anos 2001 RS - 05 reach stacker Ferrari 269 1 70 ton 10 anos 2003 RS - 06 reach stacker Ferrari 269 1 70ton 10 anos 2003 Empilhadeira Hyster - h-50xm -gás 1 2,5 ton 10 anos 2003 Yale mod. gtp 050r gás 1 2,5 ton 10 anos 2003 Empilhadeira Hyster - h-50xm gás 1 2,5 ton 10 anos 2003 Guindaste Gottvald. mod. hmk 300e 2 100 ton 10 anos 2002

Equipamentos PSO - TERMACO Empilhadeira Milan 1 33 ton 10 anos 1987 Empilhadeira Milan 1 39 ton 10 anos 1987 Empilhadeira Milan 1 12 ton 10 anos 2002 Empilhadeira Milan 1 15 ton 10 anos 2002 Empilhadeira Hyster - mod. h55xm gás 1 2,5 ton 10 anos 1992 Empilhadeira Hyster - nº 03 1 2,5 ton 10 anos 1997 Empilhadeira Hyster - nº 03 1 4,0 ton 10 anos 1997 Empilhadeira Hyster - nº 04 1 4,0 ton 10 anos 1997 Empilhadeira Hyster - nº 05 1 4,0 ton 10 anos 1996 Empilhadeira Hyster - nº 06 1 4,0 ton 10 anos 1991

Equipamentos PSO - CTIL Empilhadeira Top Lander- Hyster ep 33 h-diesel 1 33 ton 10 anos 1988

Empilhadeira mod. lind nº 01-gás 1 2,5 ton 10 anos 2001 Empilhadeira mod. lind nº 02-gás 1 2,5 ton 10 anos 2001 Empilhadeira Hyster- gás - nº 01 1 2,5 ton 10 anos 1993 Empilhadeira Hyster- gás - nº 02 1 2,5 ton 10 anos 1993

Equipamentos CEARÁPORTOS Guindaste Zpmc mod. mpc 1 35 ton 10 anos 2000 Guindaste Zpmc gsu (descarregador de minério) 1 30 ton 10 anos 2000

54

No que tange à eficiência operacional de seus equipamentos, o porto do Pecém

possui aquilo que há de mais simples na atualidade em movimentação de carga em

terminais portuários. Contudo, seu maquinário atende às suas necessidades, pois o

volume de cargas movimentado pelo porto ainda é modesto, se comparado a outros

terminais de grande porte.

4.2.4 Lógica operacional

Com base em visitas de reconhecimento, pôde-se caracterizar a lógica

operacional do sistema a ser modelado, que consiste no conjunto de procedimentos a

serem realizados para as operações de manuseio. A lógica operacional do porto do

Pecém, no que se refere às operações de embarque e desembarque de contêineres, será

delineada a seguir.

(i) Contêiner no pátio

O pátio do terminal portuário do Pecém possui uma capacidade de 15.600

TEU’s, sendo que estes podem ser dispostos da seguinte forma: (a) contêineres cheios:

pilha de quatro células; (b) contêineres refrigerados: pilha de duas células; e (c)

contêineres vazios: pilhas de seis células.

(ii) Colocação do contêiner no caminhão

O equipamento do tipo reach stacker retira o contêiner da pilha e o coloca em

um caminhão. Caso o contêiner a ser retirado não esteja no topo da pilha, deve haver a

remoção das células acima da unidade escolhida, e, em seguida, recolocação dos

contêineres na pilha.

(iii)Contêiner em trânsito

O contêiner colocado no caminhão é transportado do pátio, passando pela ponte

e chegando ao píer, esperando pelo momento de embarque.

(iv) Contêiner sendo embarcado

O contêiner é retirado do caminhão pelo guindaste, sendo embarcado no navio.

55

(v) Contêiner sendo desembarcado

Na operação de desembarque, a lógica é análoga à da operação de embarque,

ocorrendo na ordem inversa. O guindaste remove uma célula unitizada do navio e a

coloca no caminhão.

(vi) Remoção

A tarefa de remoção consiste na movimentação de contêineres na própria

embarcação, ou, em outras palavras, trata-se da redisposição das células unitizadas no

navio. Embarcações que farão escalas em terminais à jusante do porto do Pecém podem

fazer uma readequação dos contêineres na embarcação, sendo estas movimentações

computadas nas estatísticas do terminal.

(vii) Contêiner em trânsito

O contêiner desembarcado no píer é transportado pelo caminhão, passando pela

ponte e chegando ao pátio.

(viii) Retirada do contêiner do caminhão

Um reach stacker retira o contêiner do caminhão e o coloca em uma pilha do

pátio.

(ix) Contêiner no pátio

Por fim, o contêiner está armazenado no pátio, à espera de ser transportado, via

modal rodoviário, para fora do terminal.

4.2.5 Descrição da operação

A seguir, será descrita a operação corrente do Terminal do Pecém, no que se

refere à movimentação de contêineres.

As embarcações chegam ao terminal e, se o berço estiver livre, um prático efetua

as manobras de atracação. Existe uma inspeção no navio, cuja duração é de cerca de

uma hora, que objetiva verificar, essencialmente, as condições sanitárias da embarcação,

a existência de cadáveres ou de tripulantes portadores de doenças contagiosas, assim

como o porte de armas ou entorpecentes.

56

Após as inspeções, inicia-se a operação propriamente dita. Prioriza-se a

operação de desembarque de contêineres, e, após sua conclusão, inicia-se a operação de

embarque.

Caminhões com características específicas para o recebimento de contêineres

ficam em fila ao lado do guindaste do tipo MHC (Mobile Harbor Crane). O guindaste

retira o contêiner da embarcação e, em seguida, o coloca no caminhão, que parte para o

pátio para a operação de descarga.

É pertinente ressaltar que a atividade de retirada do contêiner do navio é mais

demorada do que a da sua colocação no caminhão. A disposição de contêineres em

locais de difícil acesso (como, por exemplos, os porões da embarcação), e a trepidação

do navio, advinda do movimento ondulatório do mar (efeito conhecido como swell),

contribuem para esta diferença dos tempos.

No pátio, os caminhões são descarregados pelo reach stacker, existindo uma

variabilidade nos tempos desta operação. O tempo de descarregar o primeiro contêiner

diretamente no pavimento do pátio é menor, pois o equipamento praticamente lança a

célula unitizada a uma altura de trinta a quarenta centímetros do piso. Descarregar um

contêiner em cima de outro exige maior cautela por parte do operador, pois choques

mecânicos entre duas células podem danificar a integridade dos contêineres.

No que se refere à operação de carregamentos de caminhões no pátio, os

contêineres que estão no topo da pilha requerem um menor tempo de movimentação.

Por exemplo, caso o contêiner que está na base da pilha tenha que ser embarcado, serão

necessárias as remoções dos contêineres acima deste para que a célula possa ser

colocada no caminhão. Os contêineres removidos, após o carregamento do caminhão,

devem ser recolocados em suas posições iniciais do pátio.

Os caminhões carregados ficam em fila para serem descarregados pelo

guindaste, que retira o contêiner da carreta, colocando-o, em seguida, na embarcação. O

tempo de descarga do caminhão é inferior ao tempo de carregamento do navio, pelos

motivos já explicitados na operação de desembarque. É importante ressalvar que os

57

tempos de remoção do contêiner do navio para o caminhão e os tempos de remoção do

contêiner do caminhão para a embarcação tendem para um mesmo valor, que é de,

aproximadamente, três minutos e meio.

Existem atividades que não consistem na movimentação de contêineres

propriamente dita e que implicam em atrasos na operação. São elas: (a) remoção e

recolocação das tampas dos porões da embarcação; e (b) movimentação do guindaste.

4.3 SISTEMA MODELADO

Tendo em vista as recomendações constantes no item 4.1, assim como a

descrição do funcionamento do terminal realizada no tópico 4.2, desenvolveu-se um

modelo matemático, baseado em redes de Petri coloridas.

Figura 4.1: Operação de contêineres do Terminal Portuário do Pecém modelada por uma rede de Petri

colorida.

58

Nas Tabelas 4.6, 4.7, 4.8 e 4.9 são descritos, respectivamente, os lugares, as

transições, as cores e as variáveis do modelo proposto. O código fonte utilizado na

concepção do modelo, implementado na linguagem CPNML, consta no Anexo I.

Tabela 4.6: Legenda dos lugares da rede apresentada na Figura 4.1.

Lugar Descrição P1 Contêineres, no pátio, a serem embarcados. P2 Reach stacker disponível para manuseio de contêineres. P3 Contêineres, no pátio, a serem desembarcados. P4 Caminhão, no pátio, disponível para transporte de contêineres. P5 Contêiner a ser embarcado, em trânsito, no reach stacker. P6 Contêiner a ser desembarcado, em trânsito, no reach stacker. P7 Caminhão, no pátio, pronto para retornar ao píer. P8 Contêiner a ser embarcado, em trânsito, no caminhão. P9 Reach stacker pronto para manobra. P10 Contêiner a ser desembarcado, em trânsito, no caminhão. P11 Contêiner embarcado no navio. P12 Contêiner, no navio, a ser desembarcado. P13 Caminhão, no píer, carregando contêiner para embarque. P14 Guindaste disponível. P15 Caminhão, no píer, carregando contêiner para desembarque. P16 Caminhão, no píer, pronto para retornar ao pátio. P17 Guindaste, após carga ou descarga, pronto para manobra. P18 Caminhão, no píer, pronto para receber contêiner. P19 Contêiner, no navio, a ser removido. P20 Contêiner removido.

Tabela 4.7: Legenda das transições da rede apresentada na Figura 4.1.

Transição Descrição TA (s) TB (s) T1 Reach stacker erguendo contêiner. 10 36 T2 Reach stacker colocando contêiner no pátio. 27 92 T3 Reach stacker retornando à posição de manuseio de contêineres. 8 57 T4 Reach stacker colocando contêiner no caminhão. 27 92 T5 Reach stacker retirando contêiner do caminhão. 27 92 T6 Caminhão descarregando transitando do píer para o pátio. 153 181 T7 Caminhão transportando contêiner do pátio para o píer. 143 176 T8 Caminhão transportando contêiner do píer para o pátio. 153 181 T9 Caminhão descarregando transitando do pátio para o píer. 143 176 T10 Guindaste retirando contêiner do caminhão e colocando-o no navio. 179 260 T11 Guindaste retornando à posição de manuseio de contêineres. 0 0 T12 Guindaste retirando contêiner do navio e colocando-o no caminhão. 107 356 T13 Remoção de contêineres. 183 370

Em que: TA – tempo mínimo de disparo da transição; e TB – tempo máximo de disparo da transição.

59

Tabela 4.8: Descrição das cores da rede apresentada na Figura 4.1. Cor Descrição C1 Conjunto de cores relacionado ao contêiner. C2 Conjunto de cores relacionado ao reach stacker. C3 Conjunto de cores relacionado ao contêiner em trânsito no reach stacker. C4 Conjunto de cores relacionado ao caminhão. C5 Conjunto de cores relacionado contêiner em trânsito no caminhão. C6 Conjunto de cores relacionado ao guindaste.

Tabela 4.9: Descrição das variáveis da rede apresentada na Figura 4.1.

Variável Tipo Descrição c Inteiro Identificação do contêiner. l Inteiro Localização do container no pátio ou no navio. p Inteiro Posição do container na pilha do pátio ou do navio. rs Inteiro Identificação do reach stacker. ca Inteiro Identificação do caminhão. g Inteiro Identificação do guindaste.

O modelo desenvolvido objetiva representar a dinâmica operacional da

movimentação de contêineres no terminal portuário do Pecém. A adição de cores busca

incrementar a verossimilhança do modelo como instrumento refletor da realidade

portuária, pois facilita a diferenciação das cargas e dos equipamentos do terminal

supracitado.

Como se admitiu a dinâmica da operação do porto como condizente com a teoria

dos Sistemas a Eventos Discretos (SED), os lugares representam os estados do sistema e

as transições os eventos que implicam na mudança de estados.

Os conjuntos de cores associados aos lugares especificam as variáveis que

podem ser associadas a cada lugar. Por exemplo, no lugar P12, só podem ser

armazenadas as variáveis “c”, “l” e “p”.

A variável “c” caracteriza o contêiner. O número associado a essa variável pode

ser relacionado com um banco de dados que descreva minuciosamente as peculiaridades

mais significativas da célula unitizada como, por exemplo, tipo de carga, dono da carga,

data de entrada do contêiner no terminal, data prevista de saída da carga do terminal.

A variável “l” caracteriza a localização do contêiner no pátio. A carga a ser

embarcada encontra-se numa quadra do pátio, assim como a carga a ser desembarcada

60

destina-se a uma determinada quadra do pátio. Pode-se associar cada quadra do pátio a

um valor inteiro.

A variável “p” caracteriza a posição do contêiner na pilha de armazenagem do

pátio. Por exemplo, se p=1, o contêiner é o primeiro da pilha.

A variável “rs” caracteriza cada reach stacker. O número associado a essa

variável pode ser relacionado com um banco de dados que descreva minuciosamente as

peculiaridades mais significativas do equipamento como, por exemplo, características,

dono e operador do equipamento.

A variável “ca” caracteriza cada caminhão e a variável “g” caracteriza o

guindaste. Deve-se proceder analogamente ao que foi proposto para a variável “rs”.

Essa diferenciação dos componentes do sistema traz os seguintes benefícios: (a)

pode-se avaliar, individualmente, a eficiência de cada equipamento empregado na

operação do terminal; e (b) pode-se mensurar o tempo em que cada contêiner foi

manuseado.

4.4 VALIDAÇÃO DO MODELO

4.4.1 Discussão conceitual

A fase de validação é uma das etapas mais relevantes no processo de modelagem

de sistemas, pois ela qualifica um modelo como apto a ser implementado como

instrumento de auxílio à tomada de decisões na realidade analisada. A validação é,

também, um tema bastante polêmico no meio acadêmico, existindo diversas

controvérsias e divergências entre as diversas correntes de pensamento. Deste modo, é

oportuna uma discussão mais aprofundada sobre o tema.

Shannon (1975) destaca os três principais paradigmas relacionados à validação

de modelos: o paradigma racionalista, o paradigma empirista e o pragmatismo absoluto.

O pensamento racionalista está estritamente relacionado com a matemática e a

lógica. Os racionalistas, usualmente, buscam desenvolver uma hipótese expressa

61

matematicamente, ajustando os fatos observados através de aplicação regras de lógica

formal, com o intuito de deduzir diversas conseqüências. Para os racionalistas, o modelo

é válido quando se estabelecem equações ou formalismos que demonstram sua validade.

O pensamento empirista está na outra extremidade do espectro filosófico. Os

empiristas recusam-se a admitir que exista qualquer premissa ou consideração que não

possa ser verificada a partir de experimentos ou da análise de dados empíricos. Para os

empiristas, o modelo é validado através de comparação experimental entre os resultados

do modelo e a realidade.

O pragmatismo absoluto é uma corrente de pensamento mais radical. Se o

modelo desenvolvido para um determinado objetivo ou uso atende à sua finalidade,

então o modelo é válido. Os pragmáticos absolutos não se preocupam com o

comportamento interno do modelo, eles vêem apenas as relações entre os dados de

entrada e de saída do modelo.

Neste trabalho, buscou-se mesclar essas três correntes de pensamento. O

formalismo das redes de Petri permitiu a validação lógica do sistema; o resultado das

simulações foi contrastado com a realidade através de experimentação; e, por fim, o

modelo foi considerado válido por se constituir num instrumento de auxílio à tomada de

decisão na gestão do porto do Pecém.

Modelos de simulação têm como função ampliar o entendimento do analista

sobre o atual funcionamento do sistema modelado e sobre como este se comportaria

após intervenções em sua estrutura operacional. Essa compreensão pode ser obtida

através da projeção de cenários e da análise de sensibilidade.

Fishman e Kiviat (1967) apud Shannon (1975) dividem a avaliação de

simulações em três categorias: (a) verificação: assegura que o modelo se comporta de

acordo com o intuito do analista do sistema modelado; (b) validação: testa a

concordância entre o comportamento do modelo e do sistema real; e (c) análise do

problema: concebe inferências estatisticamente significativas geradas a partir de

simulações.

62

De acordo com Moldt e Kordon (2003), o termo verificação é freqüentemente

confundido com validação. De modo geral, a verificação é a tarefa de checagem do

atendimento de um modelo a uma dada especificação. Um modelo é correto se ele

preenche todas as propriedades contidas na especificação. A validação é a tarefa de

checagem de que um modelo ou sistema satisfaz as expectativas do usuário ou cliente.

Outro termo freqüentemente confundindo com validação é a palavra calibração.

A calibração consiste no ajuste dos parâmetros de um modelo de modo que este se torne

mais representativo da realidade analisada. A calibração é, na verdade, uma fase do

processo de validação.

Conforme Goldbarg e Luna (2000), a fase de validação do modelo destina-se a

comparar seu comportamento com a realidade e, se necessário, atuar sobre seus

componentes de modo a aproximar ao máximo o desempenho do modelo ao

funcionamento do sistema real.

De acordo com Shannon (1975), a validação é o processo de avaliação, para um

nível aceitável de confiança do usuário, se qualquer inferência sobre o sistema, derivada

de uma simulação, é correta.

A relação entre a utilidade de um modelo e o seu grau de validade é ilustrada na

Figura 4.2. Pode-se afirmar que a validade de um modelo varia em uma escala de 0 a 1.

Na medida que se pretende incrementar a representatividade de um modelo, aumenta-se

também o custo da modelagem.

Figura 4.2: Relação utilidade versus validade de um modelo.

Fonte: Shannon (1975).

63

Um modelo com validade igual a 1 seria uma abstração completamente válida da

realidade; contudo, os custos para concepção de um modelo desta natureza, usualmente,

não justificariam os benefícios obtidos. Logo, não é a maximização da validade do

modelo que deve ser buscada, mas sim a maximização de sua razão benefício/custo.

Dependendo da finalidade da modelagem e da natureza do sistema modelado,

deve-se buscar um maior grau de validade. Por exemplo, o modelo do protótipo de um

satélite deve ser altamente válido, já o modelo do atendimento de um supermercado não

necessita ser tão preciso.

Como especificações ou modelos podem ser validados? Segundo Moldt e

Kordon (2003), existem diferentes soluções quando se usam redes de Petri: (a)

observação e inspeção das propriedades estáticas da rede, no caso de redes não

executadas; (b) simulação e observação, inspeção de cobertura, avaliação de

desempenho, julgamento, teste, correção e diagnóstico; (c) animação; e (d) geração e

execução de código.

Sendo assim, pode-se ressaltar a potencialidade das redes de Petri como técnica

de análise de sistemas, principalmente no que se refere à validação de modelos.

4.4.2 Avaliação do modelo

O modelo constante no item 4.3 foi concebido gradualmente, passando por

diversos ajustes até chegar à sua versão final. As visitas de reconhecimento ao porto do

Pecém foram imprescindíveis para esse processo, principalmente no que se refere à

adição e remoção de lugares na rede.

Os tempos aferidos in loco trouxeram uma maior compreensão do processo de

passagem de estados do sistema, isto é, das ocorrências de eventos.

Ao longo dos estágios da modelagem, foram realizadas diversas simulações, sob

a forma de animação, com o intuito de observar o funcionamento do modelo. Essas

simulações possibilitaram a detecção de falhas e incoerências no modelo.

64

No item 4.5, onde são apresentados e analisados os resultados obtidos nas

simulações, as saídas do modelo são avaliadas e comparadas com o sistema real.

4.4.3 Análise das propriedades comportamentais da rede

A seguir, são analisadas as propriedades comportamentais da rede modelada.

(i) Reiniciabilidade

A rede não é reiniciável, pois não existe nenhuma marcação a ser alcançada que

permita o retorno à marcação inicial.

A não verificação desta propriedade corrobora com os princípios empregados na

modelagem proposta. As fichas representam, em essência, equipamentos e contêineres.

Se os contêineres vão sendo removidos da embarcação para o pátio ou vice-versa, não é

desejável que o sistema volte ao seu estado inicial. Se isso ocorresse, todos os

contêineres retornariam para seus lugares de origem (navio ou pátio), o que seria um

absurdo.

(ii) Vivacidade

A rede não é viva, pois no término da operação de embarque e desembarque, o

sistema entra em bloqueio.

Como se partiu da premissa de que, a partir do momento que toda carga fosse

manuseada, o sistema pararia de operar, a ausência da vivacidade é coerente com os

princípios empregados no processo de modelagem.

(iii)Limitação

A limitação depende da marcação da rede. A verificação da limitação é de suma

importância para a constatação da coerência do modelo, pois a partir da análise dessa

propriedade pode-se avaliar se existe algum erro na rede que está produzindo ou

excluindo fichas de modo não condizente com o modelo idealizado.

65

Verificou-se a limitabilidade na rede modelada no software CPNtools e viu-se

que ela era coerente com as marcações utilizadas.

4.5 SIMULAÇÃO DE CENÁRIOS, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS

RESULTADOS OBTIDOS

Com base nos dados da operação do navio Urca, que foi atendido no porto do

Pecém no dia 12 de janeiro de 2006, foi realizada uma simulação computacional,

denominada cenário 1, com o intuito de avaliar o desempenho do sistema.

Foram considerados como dados de entrada do cenário inicial: (a) 47 contêineres

a serem desembarcados; (b) 31 contêineres a serem embarcados; (c) 2 reach stackers; e

(d) 10 caminhões.

A operação do Porto do Pecém é de responsabilidade de empresas privadas, não

tendo sido possível a obtenção de dados relativos aos planos de embarque e

desembarque de contêineres. Deste modo, foram atribuídos valores unitários às

variáveis “c”, “l” e “p”, já que estas não afetam na simulação propriamente dita.

Admitiu-se que o tempo de ocorrência dos eventos fosse equivalente à média

entre o tempo mínimo e o tempo máximo de disparo das transições. É oportuno

relembrar que estes tempos estão ilustrados na Tabela 4.7.

O sistema real movimentou, em média, treze contêineres por hora, enquanto, no

modelo, o porto movimentou, em média, 15,2 contêineres por hora.

O tempo de operação do Urca, na data supracitada, foi de 6 horas, e, em

contrapartida, o tempo de operação obtido pelo modelo foi de 5,11 horas. Essa

discrepância de 14,8%, entre o tempo real e o tempo simulado, pode ser justificada

pelos seguintes fatores: (a) não foram consideradas as operações de retirada e

recolocação das tampas dos porões da embarcação; (b) não foi modelada a atividade de

movimentação do guindaste; não foram considerados outros tipos de paralisações.

Os tempos de retirada e de recolocação da tampa de um porão do navio,

somados, tendem ao valor de três minutos; já o tempo de movimentação do Mobile

66

Harbor Crane aproxima-se de oito minutos. Pode-se perceber que as interrupções

consomem parcelas significativas do tempo de operação.

O modelo representa uma operação ideal, em que não ocorrem interrupções. A

movimentação de contêineres no terminal portuário do Pecém não é contínua, devido à

ocorrência de paralisações. O modelo, portanto, não representa fielmente a realidade;

contudo, a modelagem é válida no sentido de avaliar o desempenho do porto no que se

refere à quantidade de contêineres a serem movimentados e às frotas de equipamentos

alocadas.

A seguir, apresenta-se um exemplo de como aplicar o modelo proposto na

análise de eficiência do terminal, assim como no dimensionamento de frotas.

Por taxa de utilização entende-se a razão entre o tempo em que um recurso passa

sendo efetivamente usado e o tempo total de operação do sistema. Na Tabela 4.10, são

ilustradas as taxas de utilização dos equipamentos no cenário 1.

Tabela 4.10: Taxas de utilização dos equipamentos empregados para o cenário 1.

Equipamento Tempo de operação (h) Taxa de utilização (%) Reach satcker 1 4,79 88,3 Reach satcker 2 4,78 85,8

Caminhão 1 3,58 61,4 Caminhão 2 4,50 79,1 Caminhão 3 4,70 89,1 Caminhão 4 5,00 82,9 Caminhão 5 4,69 88,7 Caminhão 6 4,89 88,0 Caminhão 7 5,13 95,1 Caminhão 8 5,08 94,7 Caminhão 9 4,84 96,4

Caminhão 10 4,63 79,3 Guindaste 1 5,30 97,0

Com base nas taxas de utilização apresentadas na Tabela 4.10, pode-se ressaltar

que o guindaste é o equipamento que governa a operação do terminal. Esse resultado

corrobora com o modelo proposto, pois condiz com a realidade observada nas visitas de

reconhecimento.

67

Os caminhões, apesar de apresentarem altas taxas de utilização, possuem, neste

cenário, ociosidade acentuada. Na animação do modelo, pode-se perceber que os

caminhões passam a maior parte do tempo à espera de atendimento de outros

equipamentos do que efetivamente em operação. Essa característica do modelo também

condiz com a realidade observada nas visitas de campo.

A frota de dez caminhões foi bastante elevada para a operação do Urca,

implicando numa operação extremamente ineficiente. Cenários foram simulados

reduzindo-se, paulatinamente, o número de caminhões alocados. Na Tabela 4.11 são

ilustrados os resultados destas simulações.

Tabela 4.11: Análise de sensibilidade da variável quantidade de caminhões no desempenho do sistema.

Frota de caminhões Tempo de operação (h) Variação no tempo de total de operação (%)

10 5,14 0 8 5,14 0 6 5,14 0 4 5,14 0 2 6,83 32,8

Com base nos resultados obtidos pelo modelo, pode-se constatar que uma frota

composta por apenas quatro caminhões seria suficiente para a operação analisada. É

pertinente ressaltar que o tempo total de operação do sistema não varia utilizando-se dos

quatro, seis oito ou dez caminhões.

68

CAPÍTULO 5

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

5.1 INTRODUÇÃO

A presente monografia derivou de uma pesquisa cuja finalidade era o

desenvolvimento de um modelo de avaliação de desempenho operacional de terminais

portuários de carga unitizada, enfocando as operações de embarque e desembarque de

contêineres em navios.

Tendo em vista que um porto pode ser considerado com um Sistema a Eventos

Discretos, o modelo desenvolvido foi baseado em redes de Petri coloridas, sendo

aplicado ao caso do Terminal Portuário do Pecém, situado no Estado do Ceará.

Este capítulo tem por objetivo destacar a relevância e a originalidade do modelo

proposto, assim como os benefícios obtidos com sua aplicação. O capítulo em questão

também explicita as limitações da modelagem apresentada, tecendo recomendações para

o aprimoramento do modelo.

5.2 RELEVÂNCIA, ORIGINALIDADE E RESULTADOS DO MODELO

5.2.1 Importância do modelo desenvolvido

A metodologia, apresentada neste trabalho, para avaliação de desempenho

operacional de terminais portuários de carga unitizada, mostrou-se de grande valia para

a gestão de portos. Os sistemas portuários são, além de complexos, onerosos em sua

operação. As economias de escala resultantes de um planejamento rígido das atividades

portuárias justificam os esforços direcionados para uma maior compreensão e controle

da dinâmica dos sistemas portuários.

É oportuno destacar que a avaliação de desempenho deve ocorrer nos diversos

níveis do planejamento portuário. Pouco adianta avaliar as operações de embarque e

desembarque de contêineres sem, por exemplo, avaliar a eficiência de um terminal em

sua totalidade. Deste modo, as avaliações de desempenho nos níveis operacional, tático

e estratégico, não são concorrentes, mas sim complementares.

69

5.2.2 Originalidade da modelagem apresentada

É imprescindível ressaltar que, na revisão bibliográfica que deu suporte a este

trabalho, assim como em buscas feitas na internet, não foi encontrado nenhum trabalho

que utilizasse as redes de Petri coloridas para a modelagem de terminais portuários.

Sendo assim, pode-se constatar que o presente trabalho é original, constituindo-se como

uma pequena contribuição científica para a área de Planejamento e Operação de

Sistemas de Transportes.

Enquanto as modelagens correntes de simulação consideram as variáveis do

sistema de uma forma agregada, o emprego das redes de Petri coloridas permite o

acompanhamento de diversas variáveis, tais como localização dos contêineres, tempo de

movimentação de cada célula unitizada e diferenciação dos equipamentos, de uma

forma concisa.

O formalismo matemático característico à técnica supracitada, também é um

diferencial no modelo desenvolvido neste trabalho, no tocante à utilização de outras

metodologias de simulação. A análise de propriedades estruturais e comportamentais

pode propiciar ao analista uma maior compreensão da realidade modelada.

5.2.3 Resultados obtidos pelo modelo

A modelagem proposta apresenta diversos aspectos relevantes, dentre os quais

podem ser destacados:

(i) Através da modelagem efetuada obteve-se uma maior compreensão da dinâmica

da operação de um terminal portuário de carga unitizada, em que a operação do

sistema portuário pôde ser acompanhada a cada instante, ao contrário do que

ocorre com outros modelos de simulação;

(ii) A aplicação ao caso do Terminal Portuário do Pecém mostra que o modelo

proposto pode ser empregado no dimensionamento e caracterização de frotas de

equipamentos de movimentação e transporte, trazendo ganhos à produtividade

portuária;

70

(iii) O modelo proposto não se restringe à operação de contêineres, podendo também

ser empregado na simulação operacional do manuseio de outros tipos de carga

unitizada; e

(iv) A modelagem pode ser aplicada, após ajustes, a qualquer terminal portuário de

carga unitizada.

No que diz respeito à aplicabilidade do modelo proposto, podem ser feitos os

seguintes comentários. Apesar da teoria das redes de Petri coloridas estar calcada em

um arcabouço matemático complexo, exigindo um elevado grau de conhecimento do

assunto, por parte do analista, para a tarefa de modelagem, manusear um modelo já

estabelecido não se caracteriza como uma atividade difícil.

O software CPNTools, editor de redes de Petri coloridas utilizado nesta

monografia, possui uma interface orientada a objetos bastante amigável e de manuseio

simples para usuários correntes de microcomputadores. Tal fato torna plenamente

plausível o emprego do modelo proposto no planejamento da operação de terminais

portuários. Para que tal utilização se concretize, basta a realização de um treinamento do

corpo técnico do terminal para que este possa realizar, com autonomia, simulações de

modo a subsidiar a tomada de decisão na gestão do porto.

5.3 LIMITAÇÕES DO MODELO PROPOSTO

O modelo apresenta algumas limitações intrínsecas ou que decorreram de

simplificações no escopo da pesquisa, dentre as quais pode-se ressaltar:

(i) Não foram consideradas, no modelo, as atividades de manuseio das tampas dos

porões das embarcações, as atividades de preparação dos guindastes, tampouco

outros tipos de paralisações;

(ii) O modelo proposto restringiu-se a modelar as operações entre o pátio e o píer,

relativas ao embarque e desembarque de contêineres. Outros segmentos da

atividade portuária, tais como entrada e saída de cargas no terminal via ramais

rodoviários e ferroviários, inspeções alfandegárias, armazenagem de cargas em

depósitos e movimentação de granéis sólidos e líquidos, não foram contemplados;

71

(iii) Não foi feita uma avaliação econômica dos cenários de operação, fator

extremamente limitante para a escolha do melhor cenário operacional; e

(iv) O modelo é determinístico, em que as incertezas não são consideradas.

5.4 PROPOSIÇÕES PARA FUTUROS ESTUDOS

Tendo em vista os promissores resultados que podem advir da aplicação das

redes de Petri em portos, sugere-se a aplicação desta técnica na modelagem de outros

tipos de terminais de transportes, tanto de carga como de passageiros.

Uma pesquisa complementar a esta monografia seria uma modelagem do

Terminal Portuário do Pecém baseada nas redes de Petri estocásticas. O ajuste de

funções de densidade de probabilidade às transições poderia ser um incremento

substancial de verossimilhança da realidade representada. Um maior volume de dados é

requerido para uma melhor compreensão da natureza probabilística das operações de

um porto.

O conhecimento acerca do processo de chegada de navios ao píer do porto é de

suma relevância para o cálculo da taxa de ocupação; portanto, sugere-se agregar essa

atividade ao modelo desenvolvido nesse trabalho.

Devem ser adicionadas, ao modelo, as atividades de retirada e recolocação das

tampas dos porões das embarcações e de movimentação dos guindastes, assim como de

outros tipos de interrupções das atividades de manuseio de contêineres.

Uma definição das composições de custos de operação dos equipamentos do

Porto do Pecém é de suma importância para a aplicação de estudos de simulação

voltados para a gestão contínua do terminal. Sendo assim, propõe-se um estudo que

objetive a quantificação das composições de custos operacionais do terminal

supramencionado.

Partindo-se da premissa de que o comportamento do Porto do Pecém não é

satisfatório, ele pode ser modificado através de controle. A modificação do

comportamento de um sistema pode ser realizada pela restrição do seu funcionamento a

72

um subconjunto do conjunto de eventos passíveis de ocorrência no sistema não

controlado.

Os conceitos da Teoria do Controle Supervisório (TCS) podem ser aplicados no

planejamento e no controle das atividades portuárias, evitando a ocorrência de situações

indesejáveis como, por exemplo, acidentes, congestionamentos e elevados tempos de

espera. Sugere-se, portanto, o emprego da TCS no âmbito do Terminal Portuário do

Pecém.

73

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77

ANEXOS

78

ANEXO I

CÓDIGO FONTE DO MODELO DESENVOLVIDO Standard declarations colset INT = int; var c,l,p,rs,ca,g:INT; colset C1 = product INT*INT*INT timed; colset C2 = INT timed; colset C3 = product INT*INT*INT*INT timed; colset C4 = INT timed; colset C5 = product INT*INT*INT*INT timed; colset C6 = INT timed; colset C7 = INT;

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