Produtividade de escavadeiras: case Master Black Belt em mineração

Uma escavadeira de grande porte parada numa mina a céu aberto não é só uma máquina ociosa. É a frota de caminhões esperando, o britador sem alimentação e o plano de lavra do ano escorregando. Por isso a produtividade de escavadeiras é um dos indicadores mais vigiados da mineração.

Na Mineradora Voitto, duas frotas de escavadeiras rodavam abaixo do orçamento desde janeiro. A utilização física estava em 60,33% contra 68,78% orçados. A produtividade, em 1.952,80 t/h, abaixo do nível que a própria operação atingia nos seus melhores dias.

Este artigo conta como um projeto Seis Sigma levou a utilização a 81,40% e a produtividade a 2.333 t/h, com ganho de R$ 7.997.403,68 validado pela controladoria. O relato segue o DMAIC, do charter à capabilidade final.

No caminho aparecem o fluxograma do ciclo da escavadeira, um SIPOC de sete etapas, a pontuação de 26 causas contra dois indicadores e o quadro de esforço e impacto que escolheu oito delas. Depois vêm as ações de troca de turno e refeição, a carta I-MR por períodos e a ANOVA que confirmou a mudança.

Sobre a procedência: este é um projeto real de aluno da formação Master Black Belt da Voitto, descaracterizado para proteger o cliente, com empresa, equipamentos e pessoas renomeados ou omitidos. Os números vêm da apresentação original. O que foi acrescentado para explicar, como contexto do processo e exemplos de cálculo, está identificado como ilustrativo.

A cava, as duas frotas de escavadeiras e o plano de lavra que não fechava

Numa mina a céu aberto, a escavadeira é o primeiro elo da produção. Ela arranca o minério da frente de lavra e carrega os caminhões que levam o material para o britador ou para a pilha. Se ela para, a frota de transporte inteira espera.

Na Mineradora Voitto, duas frotas de escavadeiras de grande porte, aqui chamadas de frota A e frota B, operavam abaixo do orçamento desde janeiro. O plano de lavra do ano dependia delas. Cada hora perdida virava tonelada que não saía e custo fixo diluído em menos produção.

O projeto foi conduzido como trabalho da formação Master Black Belt, pelo método DMAIC. O quadro abaixo resume o que a apresentação registra.

Utilização física e toneladas por hora: o que cada Y mede

A produção de uma escavadeira num dia é a multiplicação de três fatores. Horas do calendário vezes a fração em que ela está disponível, vezes a fração dessas horas em que ela de fato trabalha, vezes as toneladas que move por hora trabalhada.

A disponibilidade física é assunto da manutenção. A utilização física (UF) mede outra coisa: das horas em que a máquina está pronta, quantas ela passa escavando. Troca de turno, refeição, espera de caminhão e deslocamento comem UF sem nenhuma quebra mecânica.

A produtividade mede o ritmo dentro da hora trabalhada. Depende do tempo de ciclo, do enchimento da caçamba, do tempo de manobra do caminhão e da técnica do operador. Uma escavadeira pode ter UF alta e produtividade baixa, ou o contrário.

Um exemplo ilustrativo mostra por que o projeto atacou as duas ao mesmo tempo. Com disponibilidade de 90%, a máquina tem 21,6 horas prontas por dia.

• com UF de 60,33% e 1.952,80 t/h, ela trabalha 13,03 horas e move cerca de 25.447 toneladas;
• com UF de 81,40% e 2.333 t/h, trabalha 17,58 horas e move cerca de 41.020 toneladas;
• a diferença é de 61%, porque os dois ganhos se multiplicam.

A conta lembra o raciocínio do OEE, em que perdas de tempo e de ritmo são separadas para não se esconderem uma atrás da outra.

A linha de base em números: 38 dias de UF e 60 de produtividade

O charter fixou um período de linha de base no começo do ano. Para a UF, 38 dias com média de 60,33% e desvio padrão de 18,28 pontos. Para a produtividade, 60 dias com média de 1.969,4 t/h e desvio de 260,5 t/h.

A primeira leitura é a amplitude. A UF foi de 18% a 90% no mesmo mês. Um processo que entrega 18% num dia e 90% em outro não tem um problema de nível, tem um problema de regularidade.

A segunda é o teste de normalidade. Com p-valor acima de 0,05 nos dois indicadores, não há evidência contra a distribuição normal. Isso autoriza o cálculo de capabilidade pelo modelo normal na etapa seguinte.

Há um detalhe de recorte. O texto do charter cita produtividade de 1.952,80 t/h, e o resumo estatístico mostra 1.969,4 t/h. A diferença vem do período usado em cada peça e não altera a conclusão.

Uma meta tirada do orçamento e outra tirada do terceiro quartil

As duas metas nasceram de lógicas diferentes, e a apresentação explica as duas. Na UF, a meta é o valor orçado, 68,78%. É o número que o plano de lavra pressupõe para fechar o ano.

Na produtividade, a meta veio do método dos quartis: o terceiro quartil da linha de base, 2.153,2 t/h. Em linguagem simples, é o nível que a própria operação já atingia nos seus 25% melhores dias.

A vantagem do terceiro quartil é a defensabilidade. Ninguém pode dizer que a meta é impossível, porque um em cada quatro dias já chegava lá. O que o projeto precisa provar é que esse desempenho pode virar rotina, e não exceção.

A desvantagem é que a meta não conversa com o orçamento. Se o plano de lavra precisasse de 2.400 t/h, o quartil não diria isso. Neste case a escolha funcionou porque a UF carregava a amarração com o orçamento.

A escrita da meta segue o que se espera de um bom project charter: indicador, valor de partida, valor de chegada, critério de cálculo e prazo, que aqui foi o fim do ano.

Ppk negativo: a linha de base com 63,84% e 75,98% de dias fora da meta

Com a meta como limite inferior de especificação, o projeto mediu a capabilidade da linha de base. Aqui o defeito é o dia em que o indicador fica abaixo da meta.

Ppk negativo significa que a média está do lado errado do limite. Na UF, (63,31 menos 68,78) dividido por três vezes 15,43 dá -0,12. Na produtividade, (1.969,38 menos 2.153,2) dividido por três vezes 260,50 dá -0,24.

O percentual de defeito confirma a leitura. Pelo modelo normal, 63,84% dos dias de UF e 75,98% dos dias de produtividade ficariam abaixo da meta. O observado foi 60,00% e 75,00%, bem próximo.

O 75% da produtividade não é coincidência. Se a meta é o terceiro quartil, três quartos dos dias ficam abaixo dela por definição. A métrica serve de linha de partida, e o detalhe do cálculo está em capabilidade do processo.

Preservação de valor de R$ 7,99 milhões e as premissas que a sustentam

O ganho registrado no charter é de R$ 7.997.403,68, classificado como preservação de valor e aprovado pela controladoria. A classificação importa. Não é redução de despesa que aparece no balanço, é produção que o orçamento já previa e que estava sendo perdida.

As premissas foram escritas antes do cálculo:

• disponibilidade física e custo orçado mantidos iguais aos da linha de base, para isolar o efeito de UF e produtividade sobre o custo específico de escavação;
• linha de base de um mês e uma semana para UF e de dois meses e quatro dias para produtividade;
• ganho contado de março a dezembro, dez meses.

Fixar a disponibilidade é a decisão mais relevante. Sem ela, uma melhora da manutenção no mesmo período poderia ser atribuída ao projeto. Em média, o valor equivale a cerca de R$ 800 mil por mês do período considerado.

A lógica de separar o que é do projeto do que é do ambiente está em como calcular o retorno financeiro de um projeto Seis Sigma. As contribuições declaradas foram três: mais utilização, mais produtividade e menor custo específico total de escavação.

Do check list ao caminhão liberado: o fluxograma do ciclo da escavadeira

A fase de medição começou pelo desenho do processo. O mapa parte da troca de turno e segue por check list, verificação da máquina, preparação da frente de trabalho, primeira escavação, espera da manobra do caminhão, descarga e carga completa.

O fluxograma tem três laços de retorno que explicam onde a UF some:

1. máquina reprovada no check list vai para a manutenção antes de começar;
2. frente de trabalho fora de condição exige preparação, com a escavadeira parada;
3. a cada caminhão liberado, a operação pergunta se é hora de troca de turno, abastecimento, deslocamento ou refeição.

O terceiro laço é o mais revelador. Todo evento que tira a escavadeira do ciclo de carga passa por ali, e nenhum deles é falha mecânica. São decisões de organização do trabalho.

O mapa também separa os dois Y. O ciclo interno, entre escavar, descarregar e conferir a carga, governa a produtividade. Tudo o que fica fora dele governa a UF. Essa divisão orientou a matriz de priorização que veio depois.

Sete etapas no SIPOC, da chegada do ônibus ao deslocamento da máquina

O SIPOC listou, para cada etapa, quem fornece, o que entra, o que sai e quem recebe. O cliente das sete etapas é o mesmo: a operação de mina. As entradas dessa tabela viraram os X do projeto.

O dado mais útil do SIPOC é a coluna de fornecedores. A gerência administrativa aparece em duas etapas. Ônibus, horário e refeitório não pertencem à operação de mina, mas decidem quantas horas a escavadeira trabalha.

Para montar um quadro desses, o roteiro está em como fazer um SIPOC.

Vinte e seis X pontuados contra utilização e produtividade

Com as entradas listadas, a equipe montou uma matriz de importância. Cada um dos 26 X recebeu nota de 0 a 9 para o efeito na UF e na produtividade. Os dois Y tinham peso 10. O total é a soma ponderada.

A tabela mostra os X que pesaram na decisão. Ao todo, 16 X tiveram 90 pontos ou mais, seis tiveram 60 e quatro ficaram em 30 ou menos.

O X5 lidera com 150 porque é o único com nota 9 em UF. A leitura é direta: a equipe julgava a troca de turno a maior fonte de hora parada. Repare que nenhum X de manutenção aparece no topo, coerente com a premissa de disponibilidade fixa.

O quadrante de baixo esforço: oito X escolhidos e um deixado de fora

A matriz de importância diz o que pesa. Não diz o que custa mexer. Por isso a equipe acrescentou uma coluna de esforço, alto ou baixo, e cruzou as duas dimensões num quadro de esforço contra impacto.

O corte de impacto ficou em 90 pontos. Oito X caíram no quadrante prioritário. Quatro tratam da UF (troca de turno, locais, rota e refeição), e quatro tratam da produtividade (manobra, passe, método e ciclo).

O caso do X16, massa por passe, ensina. Ele aparece destacado na tabela de importância, com 90 pontos, mas tem esforço alto. Mudar a massa por passe pede mexer em caçamba ou em material, decisão de engenharia e de investimento. Ficou fora.

O X1, chegada do ônibus, também ficou fora, apesar dos 120 pontos. Mesmo assim a primeira ação do plano antecipou a saída dos ônibus. O esforço de um X depende de qual alavanca se escolhe para movê-lo.

A fase de análise que a apresentação não mostra, e o que a sustentaria

A apresentação passa da matriz de priorização direto para o plano de ações. Não há slide de análise com causa raiz comprovada. A matriz é opinião estruturada da equipe, e não prova estatística.

Isso não invalida o projeto, porque o resultado foi medido depois. Mas deixa uma pergunta em aberto: quanto do ganho veio de cada ação. Sem a análise, a resposta é desconhecida.

Três verificações, aqui apenas ilustrativas, teriam fechado essa lacuna:

1. cronometrar trocas de turno por local e por rota, e comparar os tempos com um teste de hipótese antes de construir os três pontos de troca;
2. estratificar a UF por turno e por horário, para ver se as quedas se concentravam nas janelas de troca e de refeição;
3. cruzar tempo de manobra com produtividade horária num gráfico de dispersão, para medir o peso da manobra no ritmo da máquina.

Um diagrama de Ishikawa sobre a hora parada também ajudaria a separar causas de método, de pessoas e de infraestrutura. Em projeto Master Black Belt, a banca costuma cobrar exatamente esse elo entre priorização e evidência.

Troca de turno: ônibus antecipado, três pontos de troca e rotas de caminhonete

O X5 tinha a maior nota, e as três primeiras ações miraram nele e nos X vizinhos. A lógica é simples: a escavadeira só volta a trabalhar quando o próximo operador senta na cabine.

As três ações atacam pontos diferentes do mesmo tempo morto. O ônibus antecipado remove o atraso na origem. Os três locais encurtam a distância entre o operador e a máquina. As rotas com caminhonete evitam que um único ônibus percorra a cava inteira.

Um cálculo ilustrativo dá a escala. Com 21,6 horas disponíveis por dia, recuperar 20 minutos diários na troca de turno soma 1,54 ponto de UF. Parece pouco, mas multiplica todas as escavadeiras da frota todos os dias.

A lógica lembra a do SMED: tratar a troca como setup, preparar o que dá antes de a máquina parar e encurtar o que só pode ser feito com ela parada.

Refeição em quatro tempos e operadores que conduzem mais de um equipamento

O X22, revezamento de refeição, recebeu quatro ações, mais que qualquer outro X. Quando todos os operadores param para comer na mesma janela, as escavadeiras param junto, e a mina perde uma hora inteira de produção por turno.

As quatro ações formam uma cadeia. O revezamento em quatro tempos só funciona se o refeitório fica aberto por mais tempo. E só mantém a escavadeira rodando se houver alguém para assumir a cabine enquanto o titular come.

Daí a polivalência e as contratações. Um operador treinado em escavadeira e em outro equipamento pode cobrir a pausa de um colega sem que a máquina pare.

A ação 24 foi a mais cara e a mais tardia, concluída em novembro. É um bom exemplo de X classificado como baixo esforço cuja solução completa exigiu orçamento de pessoal.

Manobra, passe e ciclo: as ações do lado da produtividade

Os quatro X de produtividade (X12, X13, X14 e X18) receberam três ações. Elas tratam do que acontece dentro do ciclo de carga, entre a caçamba descer na frente e o caminhão sair cheio.

A antecipação da manobra ataca uma espera clássica. Se o caminhão só começa a se posicionar quando o anterior sai, a escavadeira fica com a caçamba cheia esperando. Quando a manobra começa antes, o primeiro passe sai assim que o caminhão para.

As ações 19 e 20 ficaram como treinamento contínuo. É a resposta comum para tempo de passe e de ciclo, que dependem da habilidade de cada operador. O risco é que treinamento sem padrão escrito se dilui com a rotatividade.

Nenhuma ação tratou diretamente o X14, método de escavação. Ele ficou implícito no treinamento. Um padrão de método, com foto e sequência de passes, teria deixado essa entrada sob controle explícito.

A carta I-MR em quatro períodos e o que mudou em cada degrau

Para acompanhar a evolução, a equipe usou cartas de indivíduos e amplitude móvel, com o ano dividido em períodos. A UF tem quatro, a produtividade tem três. Cada período tem seus próprios limites de controle.

A leitura correta é por degrau. No período 2 a UF quase não mudou de média, mas a dispersão caiu. O salto veio no período 3, depois das ações de troca de turno e de refeição. No período 4, os limites ficaram em 67,27% e 95,53% em torno de 81,40%.

O limite inferior do último período, 67,27%, está quase colado na meta de 68,78%. Isso diz que a UF passou a rodar com folga sobre a meta em praticamente todo dia previsível.

Os pontos vermelhos marcados nos períodos 2 e 3 são dias fora dos limites. Mais sobre leitura de limites está em carta de controle.

ANOVA, Bartlett e Levene: a prova de que os degraus não foram acaso

Uma carta mostrando subida não basta. A apresentação testou se as médias e as variâncias dos períodos eram de fato diferentes.

A ANOVA compara a variação entre períodos com a variação dentro deles. Na UF, 13.595 dividido por 3 graus de liberdade dá 4.532. O erro, 26.879 sobre 249, dá 108. A razão é 41,98, longe do acaso.

Na produtividade, a mesma conta com a tabela publicada dá F de 76,02, e não 76,82. A diferença parece erro de digitação e não muda nada: o p-valor continua abaixo de 0,001.

Bartlett e Levene testam a variância. Os dois rejeitam a igualdade. Na UF, o desvio caiu de 15,43 para 4,23, uma redução de 73%. Na produtividade, de 260,5 para 190,1, queda de 27%.

O R² de 34% e 38% lembra que o período explica parte da variação, não toda. O resto é variação diária que continua lá.

Capabilidade no fim do ano: 0,14% na UF e 17,22% na produtividade

O fechamento repetiu a análise de capabilidade da linha de base, agora com os dados do último período de cada indicador.

A UF subiu 21,07 pontos sobre a média do charter, alta de 35%. O Ppk passou de -0,12 para 1,00: (81,40 menos 68,78) dividido por três vezes 4,23. Nenhum dos 38 dias do último período ficou abaixo da meta.

A produtividade de escavadeiras subiu 380,2 t/h, alta de 19,5%. Mas o Ppk de 0,32 mostra que a média passou da meta com pouca folga. Ainda se espera 17,22% de dias abaixo de 2.153,2 t/h, e o observado foi 18,81%.

A conclusão honesta é assimétrica. A UF virou processo capaz. A produtividade melhorou de nível, mas segue instável dia a dia, coerente com as ações de treinamento que ainda estavam em andamento.

O que o case ensina a quem vai conduzir um projeto Master Black Belt na mina

O primeiro ensinamento é separar os dois Y. Utilização e produtividade de escavadeiras têm causas diferentes, donos diferentes e ritmos diferentes de resposta. Um indicador único de toneladas por dia esconderia isso.

O segundo é olhar para fora da operação. O SIPOC mostrou que ônibus, refeitório e contratação, decisões administrativas, pesavam mais na UF que qualquer técnica de escavação. Em mineração, muita hora parada nasce longe da cava.

O terceiro é não pular a análise. A matriz de esforço e impacto escolheu bem, e o resultado provou isso. Mas sem comprovar causa, o projeto não sabe qual ação gerou o ganho nem qual pode ser cortada sem perda.

O quarto é escrever o controle. A apresentação mostra o resultado, mas não registra plano de controle nem dono da carta. Para a produtividade, com Ppk de 0,32 e treinamento contínuo, é aí que o ganho corre mais risco.

Para quem se prepara para conduzir e orientar projetos desse porte, a formação está descrita em Master Black Belt.