COMPARAÇÃO ENTRE SISTEMAS CONSTRUÍDOS COM TECNOLOGIAS COTS E PROPRIETÁRIA (MIL-SPEC) : O CASO DAS DOTAÇÕES DE SOBRESSALENTES DAS FRAGATAS CLASSE “NITERÓI”

 

 

Eduardo Siqueira Brick (PhD)

Email: brick@holosys.com.br

Universidade Federal Fluminense (UFF) - Departamento de Engenharia de Produção (TEP)

Núcleo de Logística Integrada e Sistemas (LOGIS)

 Rua Passo da Pátria 156 sala 440, Prédio Velho da Engenharia - Niterói, RJ.

 

Antonio José da Rosa

Email: darosa@nitnet.com.br

Universidade Federal Fluminense (UFF) - Departamento de Engenharia de Produção (TEP)

Núcleo de Logística Integrada e Sistemas (LOGIS)

 Rua Passo da Pátria 156 sala 440, Prédio Velho da Engenharia - Niterói, RJ.

 

 

RESUMO

 

            O presente trabalho procura discutir o uso de componentes COTS (Commercial Off The Shelf) e o seu impacto no Apoio Logístico Integrado (ALI) de Sistemas Digitais Operativos (SDO). Este impacto foi avaliado através de um estudo de caso e se limitou à estimação do custo de um estoque de sobressalentes reparáveis, de bordo e de base, a serem usados como um POOL para garantir um determinado nível de disponibilidade para o sistema

 

PALAVRAS-CHAVE: COTS, Apoio Logístico Integrado, Disponibilidade.

 

 

 ABSTRACT

 

This paper intends to discuss the use of COTS (Commercial Off-the-Shelf) components and its effect on the Integrated Logistic Support (ILS) of Operational Digital Systems (ODS). This impact was evaluated through a case study and is limited to the estimation of the cost of a stock of repairable items used as a POOL to guarantee a predefined level of system availability

 

KEY WORDS: COTS, Integrated Logistic Support (ILS), Availability

 

 

1 – INTRODUÇÃO

 

Por muito tempo as soluções proprietárias, específicas de um padrão militar, normalmente conhecidas como MIL-SPEC (Military Specification), foram a linha mestre para o desenvolvimento dos sistemas voltados para aplicações militares.

Atualmente, entretanto, sob o contexto de uma nova ordem mundial pós-guerra fria, caracterizada principalmente por conflitos localizados e redução dos orçamentos para defesa, a situação mudou. Tem sido observada uma tendência crescente para a aplicação, em sistemas militares, de componentes comerciais de prateleira, freqüentemente denominados COTS (Commercial Off-The-Shelf), objetivando a redução radical do custo e do tempo de desenvolvimento. Esta tendência tem sido observada mesmo nas Forças Armadas dos EEUU, que são grandes compradores de SDO.

No contexto deste trabalho, define-se como “componentes comerciais de prateleira” os módulos e cartões eletrônicos e programas modulares padronizados, de uso geral, disponíveis para aquisição no mercado e que podem ser utilizados como componentes de um sistema, sem necessidade de grandes adaptações

Fruto do aumento do desenvolvimento tecnológico, que tem tornado as soluções comerciais cada vez mais confiáveis e flexíveis, os desenvolvedores/integradores passaram a utilizar esta nova filosofia na produção dos sistemas de informação, não mais sendo necessário desenvolver suas próprias soluções de componentes de “hardware” e “software”, mas sim as comprando de diversos fornecedores, já desenvolvidas e testadas.

Este novo conceito promete menor custo e tempo para o desenvolvimento dos sistemas militares utilizados em missão crítica, rápida colocação dos meios no local de operação e possibilidade de utilização do estado da arte em tecnologia. Assume que itens COTS, ou seus substitutos, podem facilmente ser adquiridos no mercado civil, a qualquer tempo e, em função disso, a estrutura de apoio a ser montada pelo usuário pode ser muito simplificada, reduzindo ainda mais o custo inicial do projeto.

Não obstante todas estas vantagens, um dos pontos críticos na utilização da referida tecnologia COTS em Sistemas Digitais consiste em como lidar com a obsolescência precoce destes componentes comerciais e adequar a sua alta freqüência de atualização, que normalmente gira em torno de 2 a 5 anos, com o ciclo de vida de sistemas militares, os quais normalmente duram no mínimo 15 anos. Um dos questionamentos é se o custo dessas atualizações não irá comprometer a redução no custo de aquisição. E ainda, como estruturar um apoio logístico eficaz, que seja flexível o suficiente para lidar com as freqüentes atualizações, onde um novo componente, embora do mesmo fabricante, nem sempre é compatível com a versão anterior. A dúvida aqui é com relação à possibilidade de garantir os níveis de disponibilidade requeridos.

O fator gerador deste trabalho foi a utilização desta nova tecnologia nos atuais projetos de modernização dos sistemas digitais utilizados na Marinha do Brasil (MB). 

O objetivo principal deste trabalho foi o de analisar, através de um estudo de caso, os impactos desta nova filosofia de desenvolvimento de sistemas para aplicações militares, sob a ótica da eficácia e eficiência destes sistemas, considerando como referência para comparação, a filosofia anteriormente reinante, baseada em componentes proprietários.

 

 

2 – ESTUDO DE CASO

 

O caso escolhido refere-se à experiência que está sendo vivida pela MB (Marinha do Brasil) no programa de modernização das Fragatas classe “Niterói” (FCN). Elas foram incorporadas à Esquadra Brasileira no decorrer da década de 70, tendo a primeira das 6 (seis) hoje existentes dado o seu nome à classe. Hoje passam por um processo de modernização para se adequarem às necessidades da Marinha, no que tange a aplicação destes meios em um contexto de novas tecnologias e alterações das táticas e estratégias navais.

O trabalho consistiu em realizar comparação entre um sistema desenvolvido a partir da filosofia essencialmente MIL-SPEC (Fragatas Classe “Niterói” (FCN) – não modernizadas) com outro baseado totalmente na utilização de componentes COTS (Projeto de Modernização das FCN - ModFrag), com ambos realizando a mesma função (controle tático e de armas) e utilizados sob as mesmas condições ambientais e de funcionamento.

A diferença básica entre as duas filosofias de arquitetura é que, na configuração antiga, o processamento é realizado em computadores centrais (FBA – controle tático e FBB e FBC – controle de armas), ficando os consoles como terminais “burros”, dependentes do processamento nos computadores. Na nova configuração adota-se o processamento distribuído, isto é, os consoles tem capacidade de processamento própria e se interligam através de rede ethernet.

            A figura a seguir mostra a configuração geral do sistema implementado com tecnologia COTS.

  

 


 

 


No estudo em lide, foi utilizada como unidade de análise apenas uma pequena parte do subsistema de armas acima d’água de cada um dos sistemas: o FBB (computador que realiza o controle do canhão de 4.5 polegadas das FCN não modernizadas) e o Console de Controle de Armas Acima D’Água (CCA que realiza o controle do canhão de 4.5 polegadas das FCN modernizadas).

O FBB, como todo o sistema, foi desenvolvido pela firma inglesa Ferranti, segundo um paradigma de solução proprietária e padrões MIL-SPEC, já o CCA é totalmente constituído por componentes COTS, de diversos fabricantes.

            A estrutura de apoio existente na MB para manter esses sistemas é a mesma. Entretanto, existe uma diferença muito importante quando se trata do nível de manutenção que pode ser efetuado em cada tipo de componente.

            Para componentes COTS, a manutenção é feita exclusivamente pelos fabricantes. Já para componentes proprietários, a MB montou uma estrutura industrial própria e executa a manutenção localmente, tendo se tornado praticamente independente dos fornecedores.

            Em ambas as implementações do sistema, a manutenção é feita pela substituição de cartões eletrônicos reparáveis, que são substituídos por outros mantidos em estoque, tanto a bordo dos navios, quanto no Centro de Eletrônica da Marinha (CETM). Esses itens reparáveis estocados constituem um POOL de sobressalentes, dimensionado para garantir uma dada disponibilidade operacional para o sistema como um todo.

            O funcionamento dessa estrutura de apoio é a seguinte:

a)      Para o sistema com paradigma COTS: itens defeituosos são trocados a bordo e enviados para o CETM que retorna, para o navio, um item igual do seu estoque próprio. Após confirmar que o item está com defeito, o CETM o envia para o fabricante, que o retorna para o CETM, depois de reparado, a fim de repor o estoque.

b)      Para o sistema com paradigma MIL-SPEC: itens defeituosos são trocados a bordo e enviados para reparo no CETM que retorna, para o navio, um item do seu estoque próprio. O CETM efetua o reparo do item e o coloca de volta no estoque próprio. Em casos excepcionais, quando o CETM não é capaz de resolver o problema, o item é enviado para reparo no fabricante, como no caso do paradigma COTS. Este tipo de reparo, entretanto, é muito raro.

 

Em ambas as estruturas o CETM e/ou as unidades operativas (navios) armazenariam itens sobressalentes (“POOL” ) para substituir os itens avariados, enquanto estes se encontram em reparo. O Depósito de Sobressalentes da Marinha teria o papel de acondicionar os sobressalentes que não podem ficar no “POOL” por limitações de espaço ou por demandarem condições especiais de estoque.

            Os componentes que tiverem de ser descartados, por não apresentarem condições de serem reparados, são repostos no estoque através de novas aquisições nos fabricantes.

 

 

3- COLETA DE DADOS

 

A partir do desmembramento da unidade de análise em uma estrutura em árvore, para cada um dos paradigmas, foi feito um levantamento dos dados relevantes para realização da análise.

No paradigma COTS, a unidade de análise foi implementada com a utilização de 9 componentes eletrônicos de alta densidade (que são cartões desenvolvidos com tecnologia da década de 90). A soma dos custos dos componentes da versão COTS é de US$49.620,00.

As fontes primárias para a coleta de dados referentes aos componentes COTS foram os respectivos fabricantes.

No caso MIL-SPEC, foram utilizados 56 PEC (Panel Extended Card, que são cartões eletrônicos desenvolvidos com tecnologia da década de 70). A soma dos custos dos componentes dessa versão é de US$85.999,22.

Para a versão MIL-SPEC, o levantamento foi feito por PEC, tendo como fonte para estimar as taxas de falha o Livro de Registro de Avarias de 3 das 6 Fragatas.

Outras fontes para os dados das outras variáveis consideradas relevantes para o estudo, foram documentações e registros em arquivos existentes no âmbito da MB, assim como entrevistas nos órgãos de apoio e observação direta do projeto de modernização. Alguns desses dados estão descritos a seguir.

MTBF (Mean Time Between Failure) - Para o cálculo do MTBF, após a constatação de que os tempos entre falhas obedecem a uma distribuição exponencial, utilizou-se a seguinte equação :

MTBF = S total de operação em horas / S número de falhas

Preço Unitário

Custo para obtenção – Custo inicial para obtenção do nível de estoque que garanta determinada disponibilidade;

PLT (Procurement Lead Time) – Tempo de espera para obtenção de um sobressalente junto ao fornecedor;

NRTS (Non Repairable This Station ) – Probabilidade de um sobressalente não ser  reparado em determinado local de operação ou apoio;

RCT (Repair Cycle Time) – Tempo de um ciclo de reparo nos órgãos de apoio, considerando o ciclo desde o momento do envio até o retorno do componente reparado;

OST (Order and Shipping Time) – Tempo para obtenção de um sobressalente a partir de um órgão de apoio, caso ele tenha o item em estoque; e

Taxa de condenação – Representa a percentagem do total dos componentes enviados para reparo, que são condenados (não tem possibilidade de reparo).

 

Paradigma

RCT (dias)

PLT (dias)

OST (dias)

NRTS (CETM)

Taxa de condenação

MIL-SPEC

55

360

5

1%

5%

COTS

540

360

5

100%

50%

Tabela 1 – Dados consolidados das variáveis relevantes para o estudo

 

No que tange à obsolescência, a unidade de análise desenvolvida a partir da filosofia MIL-SPEC sofreu apenas a atualização da memória RAM (“Random Access Memory”) durante todo o seu ciclo de vida (março de1990). Porém, dentro do contexto COTS, a CPU da unidade de análise já está na terceira versão (94, 96, 98) e a última versão já se encontra descontinuada (2001). Ressalta-se que o referido sistema ainda se encontra em fase de projeto, sem ainda ter sido entregue ao setor operativo.

 

4 – ANÁLISE

 

            Para realização da análise dos dados obtidos foi utilizada uma ferramenta (“software”) comercial para apoio a decisão, empregada e aceita por diversas instituições internacionais privadas e governamentais, o VMetric-XL[1].

O VMetric-XL, implementa o modelo Varimetric de Sherbrooke [2] e destina-se, em linhas gerais, à determinação de níveis de estoque ótimos, considerando-se que a organização opera vários sistemas em locais geográficos distintos e apoiados por uma estrutura de manutenção de “n” escalões, também distribuídos geograficamente. Dentre outras possibilidades, a ferramenta permite:

·         para um determinado orçamento, indicar os níveis ótimos de estoque para cada item a ser mantido nas diferentes localidades;

·         indicar a distribuição destes estoques entre as várias localidades, necessária para se atingir uma determinada disponibilidade do sistema; e

·         uma combinação dos fatores acima.

·           disponibilidade do sistema

O modelo Varimetric consiste na aplicação da análise marginal ao problema de otimização de estoques, com a particularidade de que a função objetivo que se deseja minimizar é o valor esperado das demandas não atendidas (EBO - Expected Back Orders). Sherbrook mostrou que o EBO é convexo, para qualquer distribuição de probabilidade e que, portanto, a análise marginal encontrará valores ótimos. Ele provou, também, que a minimização do EBO é equivalente á maximização da parcela da disponibilidade que é devida à eficácia do sistema de abastecimento de sobressalentes (níveis de estoque e tempos de reposição de estoques de sobressalentes reparáveis). O modelo, portanto, é capaz de construir curvas de disponibilidade versus custo do estoque, em que cada ponto é um ótimo para o custo correspondente.

O método Varimetric, que é uma abordagem sistêmica, mostrou ser muito mais eficiente que a abordagem individual para cada item que compõe o sistema, método este que é ainda empregado pela maioria das organizações. Nesta abordagem, a função objetivo é a probabilidade de fornecimento de um item demandado (fill rate). Cada item é considerado isoladamente, atribuindo-se margens de segurança ao nível de estoque para garantir que a probabilidade pretendida seja atendida. Ao contrário da análise marginal, onde o custo de cada item tem um peso importante, essa abordagem não é capaz de gerar ótimos quando existem limitações financeiras para investimentos em estoques.

Experiências realizadas pela Força Aérea americana [2] mostraram que a aplicação do método Varimetric pode proporcionar economias de mais de 30 % nas despesas com estoques, quando comparado com o método tradicional.

 

 

4.1 – Custo inicial de “POOL” de sobressalentes para uma determinada disponibilidade operacional

 

            A análise feita buscou verificar, com a utilização do VMetric-XL, o custo inicial para constituição de um estoque de sobressalentes (POOL), a partir da definição de uma disponibilidade operacional a ser alcançada.

            O RCT (Repair Cicle Time) foi escolhido como parâmetro para uma análise de sensibilidade, por se entender que, dentro do novo paradigma COTS, um dos aspectos que mais pode afetar a disponibilidade é o tempo necessário para se realizar um ciclo de reparo. Como os componentes COTS são reparados ao nível de 4o escalão de manutenção (reparo pelo fabricante), o tempo médio de reparo pode sofrer grandes acréscimos, devido às filas para atendimento nos fabricantes.

Além do mais, reparos feitos no exterior (a maioria dos fornecedores COTS são externos, no caso brasileiro) são normalmente muito demorados, agravando esta situação.

            Foi estudada a evolução do custo inicial para obtenção dos sobressalentes, dentro de cada uma das filosofias, em relação ao RCT.

Nesta situação foram obtidos os seguintes resultados, que correspondem ao custo de um POOL para manter uma disponibilidade operacional de 90% :

 

 

Paradigma

RCT (Dias

55

90

180

270

360

540

COTS

15.750

34.700

81.450

130.630

178.530

265.930

MIL-SPEC

51.781

125.660

243.916

313.671

399.617

546.890

Tabela 2 – Custo de Dotação de Sobressalentes – POOL- (em US$) versus RCT (em dias).

 

Do ponto de vista quantitativo esta abordagem específica mostrou que o uso de componentes COTS, para uma mesma disponibilidade e mesmo RCT, em relação aos MIL-SPEC, demanda menores recursos para o estabelecimento do estoque inicial.

Este resultado é justificado pelo fato do sistema implementado com tecnologia COTS possuir menos componentes e estes serem mais confiáveis e com custo menor, quando comparados com os usados na alternativa MIL-SPEC.

Porém, quando se faz a comparação com os RCT aplicáveis a cada paradigma (55 dias para MIL-SPEC e 540 dias para COTS), a situação é diferente.

Pelo fato de os componentes COTS terem que ser reparados pelos próprios fabricantes, todos localizados no exterior, os tempos de reparo desses itens são muito maiores que os alcançados pela estrutura própria da MB.

Foi constatada, então, uma grande diferença a maior (US$ 215.751,00) no custo inicial necessário para aquisição do POOL para componentes COTS em relação ao POOL para MIL-SPEC, visando uma mesma disponibilidade.

O tempo de reparo tem um grande impacto no nível de estoques necessário para garantir um dado nível de disponibilidade, daí a grande discrepância entre os níveis de estoque requeridos em cada caso.

 

 

Paradigma

RCT (Dias)

Custo de Dotação (POOL) (US$)

COTS

540

265.930

MIL-SPEC

55

50.179

Tabela 3 – Comparação entre o custo das dotações de sobressalentes para as tecnologias COTS e MIL-SPEC.

 

            Um aspecto importante a considerar é que, na comparação acima, não foi levado em consideração o custo da aquisição e manutenção das instalações necessárias para efetuar a manutenção de 3o escalão pela própria MB, nem os custos para efetuar a manutenção no fabricante. Apenas o custo do estoque foi considerado. Este tipo de abordagem demandaria uma análise de custo de vida útil, em que todos os fatores importantes fossem incluídos.

Um outro aspecto importante a considerar é o fato de os dois sistemas comparados pertencerem a épocas muito distintas. É possível que não seja mais exeqüível montar uma estrutura própria para efetuar manutenção de componentes COTS, principalmente se as quantidades aplicadas forem muito pequenas. O custo desta alternativa seria desproporcional e só seria justificável por razões de segurança e estratégicas.

Com relação à obsolescência, os componentes COTS apresentam uma desvantagem adicional, pois os riscos de perda dos investimentos em estoque, são muito grandes. Isto é devido ao curto período de tempo em que são apoiados pelos fornecedores, os quais procurarão sempre, por razões econômicas, desativar as estruturas que montaram para apoiar as versões antigas de seus produtos. Assim, depois de um curto período de tempo, os itens avariados não teriam mais possibilidade de reparo, devendo ser descartados, forçando uma atualização prematura do sistema. Isto significaria aquisição de novos componentes para estoque, além do custo forçado de atualização. Novamente, somente uma análise mais abrangente, de custo de vida útil, que possa levar em consideração todas essas questões, poderá dar uma resposta definitiva a este problema.

 

 

5-  CONCLUSÕES

 

Esse trabalho mostrou que uma das maneiras objetivas para comparar as implicações do uso de componentes COTS no desenvolvimento de SDO em relação a soluções proprietárias é a determinação dos custos inerentes a cada solução. Entre estes se destaca o custo de vida útil (não considerado diretamente neste estudo) e, também, alguns custos específicos de grande importância, como o custo de dotações de sobressalentes inicial.

            A experiência da MB com a utilização de COTS vem comprovando algumas de suas promessas, principalmente aquelas relacionadas à facilidade e velocidade no desenvolvimento de sistemas complexos, com custos menores.

            Essa estratégia de desenvolvimento de sistemas promete a vantagem de se usufruir o que existe de mais moderno em termos tecnológicos, com redução de tempo e custo de aquisição/desenvolvimento, assim como curtos períodos para se realizar atualizações visando alcançar o estado da arte.

            Por outro lado, vem confirmando alguns óbices, principalmente no que tange à obsolescência precoce destes componentes, trazendo a reboque diversos problemas de integração e logísticos de curto prazo (aquisição de dotações iniciais).

            Implicações sobre a logística de longo prazo não puderam ainda ser verificadas em função do estágio inicial de desenvolvimento do sistema, mas os indícios existentes apontam para dificuldades nesta área.

O ciclo de vida de um sistema tem o seu perfil alterado em função da natureza dinâmica do mercado e das rápidas mudanças de tecnologia, nos aspectos de “hardware” e “software” que, apesar do custo de vida útil menor, pode conduzir a uma administração complexa do ciclo de vida e redução da disponibilidade operacional, principalmente em função do aumento do RCT.

            Negligenciar os aspectos logísticos de sistemas que utilizam componentes COTS, assumindo pressupostos de auto-suficiência do mercado, poderá conduzir à perda das capacidades essenciais do sistema e a uma complexa e onerosa administração de seu ciclo de vida.

De todo o exposto, deve-se ressaltar que, por ser a utilização de COTS relativamente recente e se encontrar ainda em um processo de franca evolução, serão necessárias ainda muitas evidências empíricas para que se possa concluir sobre a superioridade da solução COTS para a eficácia e eficiência dos sistemas produtivos. Este é, portanto, um campo aberto para muita investigação.

 

 

Referências Bibliográficas

 

             1.      Tools for Decision – Vmetric XL, version 3.1, build 62 – Systems Exchange, Inc.

             2.      SHERBROOKE, Craig C. Optimal Inventory Modeling of Systems – Multi-Echelon Techniques, John  Wiley & Sons, Inc. New York, 1992. 

 

 

Bibliografia

 

             1.      AFONSO, Francisco Carlos. DSASTUD Nº 06-004, Aspectos técnicos e logísticos relativos à aplicação de itens COTS no SICONTA MK II. jun.2000.

             2.      BLANCHARD, Benjamin S. Logistics Engineering and Management – 5th ed., Prentice Hall, Inc.  Upper  Saddle River, N.J., 1998.

            3.      BURKE, Arleigh. Built to Fight with Commercial-off-the-shelf Components. Disponível na Internet. http://cots.crane.navy.mil/newsletter.htm. jun. 1998.

             4.      COMMAND, Naval Sea. System NAVSEA Handbook for the Employment of Commercial-off-the-Shelf and Non-Developmental Items (Draft). Disponível na Internet. http://cots.NAVSEA.navy.mil/guidance.htm. jun. 2000.

             5.      LANGFORD, John W. Logistic Principles and Applications. Logistics Series. McGraw-Hill, Inc.1995.

             6.      LONGO, Airton Ronaldo. DSAMARINST Nº 20-06 B, Manutenção de Material da Jurisdição da DSAM. mar.1998.