Espacios. Vol. 36 (Nº 10) Año 2015. Pág. 7

Proposta de um método de localização para expansão de um terminal portuário por meio do Analytic Hierarchy Process (AHP)

Proposal for a location method for expansion of a seaport terminal in the middle of Analytic Hierarchy Process (AHP)

Juliano Feliciano LOUREIRO 1; Rodrigo Randow de FREITAS 1; Wellington GONÇALVES 2

Recibido: 30/01/15 • Aprobado: 21/02/2015

Contenido

1. Introdução

2 Modelos, métodos e técnicas de resolução de problemas de localização

3 Métodos e técnicas de pesquisa

4 Método de localização por meio do AHP para expansão de um terminal portuário

5 Aplicação e apresentação de resultados

6 Considerações finais

Referências

1. Introdução

O setor portuário brasileiro movimentou 904 milhões de toneladas em 2012, aumentando para 931 milhões em 2013, esse contexto, representou um aumento de 2,9% ou 26,6 milhões de toneladas (ANTAQ, 2013). Entretanto, estes números não indicam o Brasil como uma referência, mas como um país que necessita de planejamentos e ações de curto e médio prazo, que possam alavancar melhores desempenhos (RODRIGUE; COMTOIS; SLACK, 2013).

Diante deste cenário, a industrialização do Estado do Espírito Santo e sua inserção na economia nacional e internacional, começa a se destacar a partir da instalação de projetos industriais centrados na exportação, tendo como foco os setores siderúrgico e celulose, demandando uma maior utilização dos portos locais (CAÇADOR; GRASSI, 2009; MENDES, 2013).

Contudo, devido ao aumento das movimentações portuárias entre países, se faz necessário um estudo e acompanhamento das hinterlands (linhas ou áreas de influências) portuárias, e consequentemente, um planejamento das possíveis áreas de expansão dos terminais portuários (RODRIGUE; COMTOIS; SLACK, 2013).

Nesse sentido, toda cadeia logística portuária é influenciada pelas atividades e desempenho de um terminal (LI; NOTTEBOOM; JACOBS, 2014), com isso, uma reorientação estratégica para além dos tradicionais domínios geográficos, tanto para captação de novas demandas, quanto a melhora dos níveis de serviço ofertados é necessária (VAN DER LUGT; RODRIGUES; VAN DEN BERG, 2014).

Por exemplo, Wang et al. (2012), relatam que é preciso realizar uma análise hierárquica dos fatores que influenciam diretamente a localização de um terminal, de maneira que possa ser capaz de suprir o mercado consumidor a partir do polo produtivo, atendendo ao nível de serviço solicitado pelos consumidores, e ao menor custo possível.

Por outro lado, devido ao problema de distinção da melhor localização para expansão de um terminal portuário, considerar os potenciais das localidades e também os atributos específicos para tomada de decisão, sob a ótica de especialistas, pode ser considerada uma abordagem de restrição, e que neste caso pode ser tratada como uma decisão por análise multicritério.

Desta forma, este artigo apresenta uma proposta de um método de localização para expansão de um terminal portuário no Estado do Espírito Santo, por meio do Analytic Hierarchy Process (AHP).

O presente trabalho está organizado em 6 seções. Na sequência, a seção 2 apresenta uma revisão da literatura sobre modelos, métodos e técnicas de resolução de problemas de localização. Os métodos e técnicas de pesquisa são apontados na seção 3. Em seguida, a seção 4 apresenta a formulação da proposta de um método de localização por meio do AHP para expansão de um terminal portuário. A aplicação do método proposto e a discussão dos resultados, são realizadas na seção 5, as considerações finais são indicadas na seção 6, e por fim, as referências utilizadas na pesquisa.

2. Modelos, métodos e técnicas de resolução de problemas de localização

Devido a interação de muitas variáveis, problemas de localização de instalações são, em geral, complexos e requerem uma análise criteriosa sobre os aspectos intervenientes a serem abordados (MAPA; LIMA, 2012). Nesse caso, de acordo com a composição do problema pesquisado, é necessário compreender tais necessidades de forma associada, por meio de modelos, métodos e técnicas (Hamedani; Jabalameli; Amiri, 2013).

Neste contexto, e de acordo com a evolução da literatura, Hansen; Jaumard; Krau, 1995; Badri, 1999; Lamarliére, 2002; Cheng; Li, 2004; Simonelli et al., 2012; Fujita, 2012; Brimberg et al., 2014, os estudos sobre localização podem ser alocados em seis classes: 1ª - Teorias de Weber, Von Thünen e Lösch, 2ª – Enfoque Matricial, 3ª - Enfoque Contínuo, 4ª - Método Quantitativos, 5ª - Geographic Information Systems (GIS), e 6ª - Analytic Hierarchy Process (AHP).

De tal modo, a localização para expansão de um terminal portuário representa uma situação típica em que um método de auxílio à decisão por múltiplos critérios(MDCM – Multiple-Criteria Decision Method) pode ser utilizado. Nesse sentido, torna-se possível estabelecer uma ordenação das alternativas e uma provável decisão pela qual escolher como a mais adequada (SAATY, 2008), tendo como base alguns dos MDCM existentes.

Como exposto, existem muitas variações de MDCM conhecidos e aplicados em problemas de engenharia, onde os mais conhecidos são: AHP (SAATY, 1977), Método de Análise em Redes (ANP – Analytic Network Process), também desenvolvido por SAATY (1996), Abordagem de Decisão Fuzzy (FDA – Fuzzy Decision Approach) baseada em conjuntos Fuzzy,e proposta por LIANG e WANG (1991), MACBETH (Measuring Attractiveness by a Categorical Based Evaluation Technique) proposto por Costa e Vansnick (1994), TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution), cujo desenvolvimento se deve a Hwang e Yoon (1981).

O método multiatributo AHP também conhecido na literatura por Hierarchical Analysis Method (HAM) ou Método de Análise Hierárquica (MAH), foi selecionado por apresentar características quantitativas e qualitativas do problema analisado, além de poder levar a um consenso de preferência aos tomadores de decisão, congregando o conhecimento e as prioridades dos especialistas (SAATY, 1991; SAATY; VARGAS, 2001).

Este método foi desenvolvido na década de 70 por Thomas Lorie Saaty, e tem sido aplicado na tomada de decisão em vários cenários complexos, em que as percepções humanas, julgamentos e consequências possuem repercussão de longo prazo (BHUSHAN; RAI, 2004).

O AHP é composto por três fases distintas: (i) decomposição dos elementos de um problema como uma hierarquia formadas por fatores, subfatores, atributos e alternativas, segundo a opinião dos especialistas envolvidos; (ii) comparação par a par dos julgamentos dos fatores, subfatores, atributos e alternativas nos níveis da hierarquia; e (iii) o cálculo dos pesos e análise da consistência lógica (SAATY, 1980). A exposição do problema deve ser clara, assertiva e estruturada em formato hierárquico, disposta em forma de árvore (GONÇALVES; ASSUMPÇÃO, 2014), como mostrado na Figura 1.

Figura 1. Estrutura Hierárquica básica do AHP.
Fonte: Adaptado de Saaty (2008).

A avaliação de cada um dos elementos da estrutura hierárquica passa ser possível devido a transformação das comparações empíricas em valores numéricos que são processados e comparados, porém, vale destacar que a capacidade de conversão de dados práticos em valores numéricos, pode ser apontada como o principal destaque do AHP em comparação com outras técnicas (SAATY, 1980).

Também, a comparação entre dois elementos utilizando o AHP, pode ser realizada de diferentes formas (TRIANTAPHYLLOU; MANN, 1995), sendo a escala de importância relativa entre duas alternativas proposta por Saaty a mais utilizada (LIU; HAI, 2005). Todavia, atribuindo valores que variam de 1 a 9 (Tabela 1), a escala determina a importância relativa de uma alternativa i com relação à alternativa j expressa por , sendo o inverso a comparação da alternativa j em relação à alternativa i expresso por.

Tabela 1. Escala de importância relativa de Saaty.

A utilização da escala de importância relativa na avaliação dos fatores, subfatores, atributos e alternativas gera uma matriz de resultados com valores numéricos (Tabela 2), que é utilizada para a comparação par a par dos elementos da estrutura hierárquica.

Tabela 2. Exemplo de matriz de avaliação dos critérios ou atributos.

Fonte: Adaptado de Saaty (2005).

Consequentemente, estas avaliações, com as respectivas atribuições de pesos, devem ser feitas por cada uma dos K especialistas respondentes. A partir destas ações, serão geradas matrizes de avaliaçãocom as respostas obtidas, no entanto, é necessário estabelecer um único conjunto de matrizes (atributos e alternativaspor atributos) que represente todo o processo de avaliação (SAATY, 1980).

Por exemplo, segundo estudos de Aczél e Saaty (1983), deve-se utilizar a média geométrica dos valores, com o objetivo de manter as características dos pesos e seus recíprocos. Em termos numéricos, cada elemento  das matrizes consolidadas pode ser determinado por meio da Equação 1.

Na sequência, após a obtenção das matrizes consolidadas, os valores devem ser padronizados com relação a cada um elemento obtido, como apresentado na tabela 3.

Tabela 3. Exemplo de matriz com atributos padronizados.

Fonte: Adaptado de Saaty (2005).

Em que cada elemento da matriz é determinado pela Equação 2.

A partir da matriz dos atributos consolidada e padronizada, pode-se calcular os pesos relativos entre os fatores e subfatores, que podem ser determinados pelo cálculo da média aritmética dos elementos das linhas correspondentes a cada um deles (Equação 3).

Após a determinação dos pesos de cada fator, subfator e atributo é possível estabelecer a hierarquia entre os mesmos, nesse caso, é obtido o grau de importância que os especialistas atribuíram a cada julgamento.

Consequentemente, o mesmo processo matemático deve ser realizado para cada uma das alternativas sob a ótica de cada atributo, os valores dos pesos (p) indicam a classificação hierárquica das alternativas.

Com isso, para que se possa obter o resultado final da análise, determina-se o peso global de cada alternativa, calculando-se a média ponderada dos pesos (Equação 4).

O método AHP foi idealizado para minimizar as inconsistências pessoais dos formadores de decisão (SAATY, 1991), neste sentido, ao serem alcançadas as matrizes de julgamentos, devem ser verificadas suas consistências lógicas.

Desse modo, o método propõe que seja calculada a Razão de Consistência (RC), obtida por meio da Equação 5:

Em que:

IC é o índice de consistência randômica elaborado por uma matriz recíproca de ordem n, gerada randomicamente com elementos não negativos. A RC indica a confiabilidade do julgamento dos especialistas, além isso, deve haver o atendimento a condição RC ≤ 0,10, para não causar necessidades de aprimoramento com a operação real e seus julgamentos (SAATY, 1991).

O índice de Consistência (IC) é dado pela equação 6:

Em que:

O IC indica a coerência dos julgamentos, sendo quanto mais próximo estiver de zero, maior será a consistência global da matriz de comparação (SAATY, 1980).

Entretanto, se estas condições fixadas no AHP não forem atendidas, será necessário refazer todos os julgamentos, ou até descartar a avaliação (SAATY; VARGAS, 2001).

Desta forma, ao serem conhecidos os pesos globais, passa a ser possível hierarquizar as alternativas, e dentro do planejamento desejado e prioridades de execução, selecionar a opção mais adequada ao momento decisório, o que não significa que a solução com maior valor atribuído seja utilizada (GONÇALVES; ASSUMPÇÃO, 2014).

3. Métodos e técnicas de pesquisa

Este trabalho reflete uma pesquisa que teve como base uma revisão da literatura, com a finalidade de obter informações que permitam apresentar o conhecimento disposto sobre o AHP, o qual tem como escopo o alinhamento decisório por meio de estruturas hierárquicas.

No entanto, com relação ao nível de aprofundamento, a pesquisa enquadra-se como um estudo de caso, por fornecer informações-chave, que podem servir de base para o estabelecimento das questões de avaliação e dos métodos de investigação (McCUTCHEON; MEREDITH, 1993; JAYANTI; SINHA, 1998; Miguel et al., 2012).

Ainda nesse contexto, a pesquisa possui enfoque combinado, devido a utilização de dados de natureza qualitativa, com objetivo de responder ou aperfeiçoar questões de investigação, assim como, preocupa-se, com aspectos da realidade, centrando-se na compreensão e explicação da dinâmica das relações sociais baseando-se em dados qualitativos (Gerhardt; Silveira, 2009; GIL, 2010).

Quanto à natureza pode ser classificada como aplicada, devido ao seu escopo gerar conhecimentos para aplicação prática, dirigidos à solução de problemas específicos, além de envolver verdades e interesses locais (Gerhardt; Silveira, 2009; LAKATOS; MARCONI, 2011).

Quanto ao espaço amostral, devido aos investimentos realizados pelos governos federal e estadual na área portuária do Estado do Espírito Santo, foram selecionados dois terminais pelos critérios da produtividade, representatividade econômica e conveniência de pesquisa, tendo como objetivo a verificação da melhor alternativa para expansão de um terminal.

Nesse sentido, o estudo de caso realizado tratou da distinção da melhor opção, entre os terminais portuários localizados nos municípios de Aracruz e Anchieta, que apresentam necessidades e intenções imediatas de expansão, segundo informações das diretorias e especialistas consultados.

Os terminais pesquisados podem ser apontados como possíveis alternativas para o sistema logístico regional e nacional, por apresentarem uma localização geográfica privilegiada, além de terem um acesso multimodal adequado ao escoamento de cargas das regiões centrais do país, aliado ao fato de diversas regiões circunvizinhas que são potenciais exportadoras, não disporem de litoral, (Figura 2).

Figura 2. Localização das possíveis alternativas.
 Fonte: Google (2014)

Para coleta de dados foi empregada uma entrevista semiestruturada, utilizando-se de argumentos previamente elaborados, contidos num protocolo de pesquisa, foram convidados 45 (quarenta e cinco) especialistas a participarem, contudo, 15 (quinze) especialistas de terminais instalados no Estado do Espírito Santo, responderam ao questionário, por meio de uma pesquisa survey, que teve como objetivo levantar opiniões reais sobre o caso estudado (BABBIE, 1999).

A observação direta também foi utilizada como fonte de evidência, por meio de visitas in loco aos terminais contatados, e as prováveis localidades objeto de estudo, com duração aproximada de duas horas cada, o que permitiu uma maior amplitude da observação.

Este trabalho é uma variação do trabalho realizado por Gonçalves e Assumpção (2014), que propõe um método para localização de Centros de Distribuição em zona secundária por meio da aplicação do AHP, que teve como escopo o escoamento da produção de pimenta do reino.

Para atender a operacionalização e uso do AHP, foi utilizado o software Expert Choice Demo, como meio de colaboração na aplicação do método, auxiliando no processo de análise das matrizes de julgamentos.

A partir dessa premissa, foi elaborada a proposta de método de localização para expansão de um terminal portuário situado no Estado do Espírito Santo por meio do AHP, tendo por base os dados coletados nas visitas in loco e na survey aplicada, considerando ainda as fontes de evidências mencionadas anteriormente.

4. Método de localização por meio do AHP para expansão de um terminal portuário

A partir da visualização das necessidades de um planejamento baseado no know-how e expectativas dos especialistas, além das perspectivas econômicas, técnicas e financeiras dos terminais, surgiu a necessidade de um método que colaborasse na distinção de localidades para expansão das instalações portuárias e retroáreas, fundamentada em uma abordagem sistêmica.

Com esta visão, a seção tem por objetivo apresentar a proposta desenvolvida, que considerou a necessidade de envolver os especialistas, e suas expertises dentro de um macro ambiente de multicritérios para tomada de decisão, foi elaborada a proposta por meio de cinco etapas (Figura 3).

Figura 3. Síntese da proposta por meio do AHP.

Na primeira etapa do método proposto deve ser realizado um levantamento e caracterização dos potenciais locais à localização da expansão do terminal, que serão selecionados por atenderem as conveniências, expectativas, necessidades e ansiedades dos especialistas e terminais.

A composição inicial dos fatores, subfatores e atributos será realizada por meio de levantamento juntos aos especialistas, e a partir do alinhamento dos dados obtidos e do escopo geral do trabalho (segunda etapa).

A terceira etapa foi caracterizada pela assinalação de outros elementos locacionais não observados anteriormente pelos especialistas, tendo como objetivo o refinamento e confirmação das possíveis localidades que poderão servir como alternativas, e consequentes parâmetros de análise para a expansão do terminal portuário, por meio da pesquisa survey.

Os elementos da estrutura hierárquica serão compostos, tendo como parâmetros o objetivo a ser atingido, além dos fatores, subfatores, atributos e alternativas levantados junto aos especialistas (quarta etapa).

Nesse sentido, a quinta etapa utilizará o software Expert Choice Demo para calcular os pesos relativos de cada elemento estabelecido obtidos na terceira e quarta etapa, contribuindo para a formação e cálculo das árvores ou estruturas hierárquicas de decisão.

5. Aplicação e apresentação de resultados

Os terminais analisados neste estudo estão localizados em diferentes regiões do estado, entretanto, devido à escassez de atendimento às expectativas, necessidades e ansiedades atuais e futuras dos especialistas, terminais e da demanda, os mesmos podem ser indicados como possíveis soluções ao corredor logístico do Estado do Espírito Santo, da região e do país.

Dentro deste contexto, e observando ainda as premissas anteriores, as alternativas foram identificadas como Terminal Portuário 1 para a solução designada ao terminal localizado no município de Anchieta, e Terminal Portuário 2 para o município de Aracruz (primeira etapa).

Ao realizar a pesquisa survey juntos aos especialistas foi possível realizar a composição inicial dos fatores, subfatores e atributos (Tabela 4), considerando ainda as demais exposições anteriormente estabelecidas neste trabalho (segunda etapa).

Tabela 4. Elementos que compõem da estrutura hierárquica.

Nesse contexto, a terceira etapa realizou uma análise dos dados obtidos anteriormente tendo por objetivo a assinalação de outros elementos locacionais não observados pelos especialistas. Contudo, não foram evidenciadas mudanças necessárias, assim, foram configurados os elementos indicados pela pesquisa survey.

Deste modo, na quarta etapa foi possível elaborar a estrutura hierárquica do AHP a partir dos fatores, subfatores, atributos e alternativas tendo por base a segunda e terceira etapa levantadas junto aos especialistas.

A quinta etapa é caracterizada pela aplicação e simulação do AHP no software Expert Choice Demo, o qual viabilizou o cálculo dos pesos relativos de cada elemento estabelecido na estrutura (Figura 4).

Figura 4. Julgamentos globais.

Os valores das médias obtidas da matriz inicial normalizada relacionados aos fatores, subfatores e atributos avaliados pelos respondentes, indicaram o fator possibilidade de expansão com 53,6%, sendo o mais importante, tendo os impactos com 32,1% ocupando a segunda posição, acessibilidade ficou na terceira posição com 10,7%, e a facilidade de instalação na quarta posição com 3,6%, compõem os fatores analisados.

As indicações dos especialistas denotam um conhecimento sobre as tendências e ansiedades de suas hinterlands, em outras palavras, as movimentações de cargas e mercadorias no Estado do Espírito Santo e região tendem aumentar, e com isso, passa a ser necessária uma ampliação da estrutura atual. A matriz ainda apresentou um IC e RC iguais a 0,00, que segundo Saaty (1980) indica uma consistência global adequada (Figura 5).

Figura 5. Hierarquização das alternativas.

A sensibilidade dinâmica representa o peso médio de cada fator avaliado, tendo por base os julgamentos dos especialistas mediante comparação par a par, podendo ser melhor visualizada por meio da Figura 6.

Figura 6. Gráfico de sensibilidade dinâmica.

Com a combinação dos dados, observa-se a um distanciamento dos pesos obtidos, em que a possibilidade de expansão (1º) se destaca com 53,6%, seguida pelos impactos (2º) com 32,1%, acessibilidade (3º) com 10,7%, e facilidade de instalação (4º) com 3,6%, respectivamente. Deste modo, pode-se visualizar a preocupação dos especialistas com a capacidade suportada a médio e longo prazo, além da necessidade de manterem uma fluidez nas operações quanto ao nível de serviço ofertado que atenda aos anseios da demanda.

Neste sentido, a alternativa 2 representando o terminal portuário situado em Aracruz, apresentou melhores resultados individuais, assim como, na sensibilidade dos fatores por alternativa (Figura 7). De modo geral, pode-se observar o comportamento do ranking das alternativas decorrente da modificação dos dados de entrada, ou seja, passa haver a possibilidade de uma análise mais ampliada das opiniões dos especialistas do AHP.

Figura 7. Sensibilidade dos fatores por alternativa.

Os dados de análise de performance facilitam a identificação dos elementos avaliados que apresentam pesos abaixo da média estimada pelos especialistas, o que pode representar pontos de vulnerabilidade. A partir dessa premissa, a Figura 8 apresenta uma análise da performance de cada fator, relacionada aos subfatores, atributos e alternativas que compõem a estrutura hierárquica.

Figura 8. Performance dos fatores a partir das preferências dos especialistas.

Dessa forma, o fator possibilidade de expansão apresenta maior relevância em comparação aos demais, este como responsável pela ampliação dos horizontes atuais do terminal. Todavia, é importante lembrar que os planejamentos políticos e sociais devem fazer parte deste escopo, por envolverem diretamente os interesses regionais.

6. Considerações finais

Os terminais portuários podem contribuir com a cadeia logística portuária, por meio de uma localização que permita a previsão de expansões que combinem fatores, subfatores e atributos que traduzem os anseios do mercado. Nesse contexto, o método proposto buscou auxiliar a minimização de desperdícios gerados por uma localização sem o consenso de especialistas.

Os resultados indicaram uma solução favorável as ansiedades e expectativas dos especialistas, o que pode tornar os terminais do Estado do Espírito Santo mais competitivos, devido a um alinhamento preliminar de localização, aliado aos objetivos dos locais potenciais.

Nesse caso, argumenta-se que a abordagem estabelecida conseguiu cumprir o objetivo de apresentar uma proposta de um método de localização para expansão de um terminal portuário no

Estado do Espírito Santo, por meio do Analytic Hierarchy Process (AHP).

Como limitações da pesquisa, apontam-se alguns aspectos, como: (i) embora o método proposto  possua  legitimidade para os especialistas, seu emprego em outras situações, realidade e abordagens necessitam de adequações; (ii) o método estabelecido leva em consideração as particularidades percebidas pelos especialistas dentro de suas realidades, portanto, o método necessita ser ampliado a um horizonte mais heterogêneo; (iii) as estruturas hierárquicas elaboradas na aplicação do método e discussão dos resultados foram simulações de cenários atuais e futuros dimensionados conforme a demanda atual, cujos resultados reais ainda não foram acompanhados, com isso, tem-se a oportunidade de aplicar técnicas e modelos de previsão de demanda para auxiliar a construção de cenários; e, (iv) as simulações para localização da expansão de terminais foram feitas para os fatores, subfatores e atributos indicados pelos especialistas, não contemplando outras fontes de informação, como por exemplo, decisores e usuários do terminal.

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