JANEIRO DE 2001 – Edição nº 54 – Controle & Instrumentação
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Tendências nas interfaces de
operações de sistemas industriais
Lúcia lidera um grupo que pesquisa a confiabilidade das interfaces homem-computador. “Nossa pesquisa já contemplou interfaces de sistemas de controle de processos industriais e de transporte, bem como plantas de energia e, atualmente, nosso grupo está se dedicando ao estudo das interfaces na área aeronáutica”, comenta. Também é membro fundador do Human Interface Technology Committee, da IEEE Reliability Society, que se dedica ao estudo e à divulgação de assuntos relacionados à Confiabilidade Humana.
Cresce cada vez mais a tensão entre a quantidade de informação e a capacidade humana de processamento. “Se na área de automação industrial este problema já era velho conhecido, tendo sido responsável por inúmeros casos de stress e outras desordens em operadores de sistemas complexos, agora o vemos disseminado em praticamente todos os setores da economia, do campo aos bancos. As novas técnicas de computação, por exemplo, agentes inteligentes, são somente a versão atual da velha resposta de aumentar o grau de automação na relação entre o Homem e o seu ambiente”, adverte a professora.
Para Lúcia, o que se esconde por trás deste panorama não é somente o fato de que vivemos hoje uma verdadeira tirania da informação, em que o poder está associado à capacidade de possuir o conhecimento no momento oportuno. “Nem somente o fato de que a capacidade humana é ainda a mesma dos nossos ancestrais, não existindo ainda nenhum chip de expansão de memória ou do processador humano que permita agir sempre de forma confiável, em qualquer circunstância. O que se esconde por trás deste panorama é que sempre caberá ao homem-operador o ônus de julgar se a informação fornecida pela automação é correta ou não”, pontua. Quer dizer, a relação entre homem e máquina é delicada e precisa ser considerada com grande cuidado, caso a caso. “Um sistema complexo de automação possui uma inteligência, nele embutida por seus projetistas, que têm razões que a razão do operador às vezes desconhece! Esta inteligência foi chamada por Hollnagel de “artificial cognition” e o desajuste destas razões costuma ser a grande causa das falhas de operação. Mas se em sistemas complexos de automação, que são construídos com tanto cuidado, julgar se a informação é correta ou não já é um problema grave, pense na Internet, onde há tanto lixo”, adverte Lúcia.
Não há um remédio totalmente eficiente. A Engenharia de Usabilidade é uma técnica que se propõe a produzir boas interfaces homem-computador através de um processo de desenvolvimento em que o usuário é envolvido desde o início. Embora esta técnica esteja consolidada há quase dez anos, e já exista até normas orientando o processo de construção de interfaces, sua aplicação ainda é tímida, mesmo em suas versões mais econômicas. Mas mesmo assim, é preciso observar que garantir usabilidade não implica em garantir confiabilidade. Para aumentar a confiabilidade da operação, o problema precisa ser atacado de dois lados - pelo lado humano, deve-se desenvolver através de treinamento adequado o conhecimento do operador à respeito do sistema e de sua cognição artificial, de forma suficiente para que o homem possa confiar - e desconfiar - da máquina. Pelo lado do projeto de sistemas, deve-se educar os projetistas para um profundo respeito pelo usuário, de modo que este respeito se traduza em sistemas suficientemente adequados e transparentes à operação.
É mais um daqueles problemas em que se deve pensar globalmente e agir localmente. Algumas empresas brasileiras (poucas, ainda) estão de fato preocupadas com esta relação e vêm conduzindo o problema na forma correta - estudando os conceitos, desenvolvendo metodologias, reconhecendo disfunções, diagnosticando falhas e efetivamente melhorando a relação entre o homem e seus sistemas
Na medida do aumento da versatilidade das aplicações, estas interfaces representariam importantes aliados do homem. Você pode imaginar desde uma sala que reconhece quem entra e se adapta às necessidades daquela pessoa até um dispositivo portátil que faz o papel de um ajudante geral nas suas tarefas cotidianas - agenda seus compromissos sem que você tenha que mandar, somente observando sua conversa ao telefone, procura informações que você não se lembra, etc.
Na outra direção, desenvolvem-se sistemas de simplicidade crescente - sistemas especializados em realizar apenas uma tarefa simples, mas que de forma cooperativa podem colaborar em respostas complexas, como as células de um organismo. Naturalmente, existem muitas outras pesquisas, como as dos wearable computers, da TV interativa, de sistemas de educação à distância e tantas outras.
“Sistemas de informação evoluem no sentido de armazenar cada vez mais dados (todo e qualquer dado - data warehouses) e deles extrair cada vez mais informação (data mining), aumentando o potencial de acesso à informação através da Web e de suas ramificações privadas (intranets e extranets) e da colaboração por meio de objetos distribuídos”, menciona a professora
Conforme observou Lúcia, a interface computacional é especial, comparada à interface com outras máquinas e instrumentos, por duas razões principais: primeiro, porque é ativa, isto é, pode tomar a iniciativa de diálogo e requerer a ação humana quando ela for necessária e, segundo, porque tem o poder de condensar uma série de indicações e de fornecer ao homem não o fato em si, mas a informação associada, pré-julgada - por exemplo, um alarme. “Os problemas estão exatamente onde estão as grandes vantagens: por exemplo, a informação apresentada é visível, isto é, será sempre possível ao homem observar sua ocorrência? A informação é procedente, isto é, ela irá significar ao operador o fato verdadeiramente acontecido? Há consistência entre esta informação e as demais? As demais informações necessárias à formação do julgamento estão dispostas de forma a serem acessíveis em tempo hábil? É possível ao operador associar a ação correta à informação apresentada? Haverá tempo para esta ação?, questiona Lúcia.
Segundo a professora, todas estas questões são indicativas de problemas que podem ocorrer na relação entre homem e computador, não tendo entrado nesta lista nem os problemas decorrentes de falhas no computador nem os de falhas motoras e cognitivas no homem (esquecimento, confusão, inversão, etc.) e muito menos os atribuídos a questões organizacionais de distribuição de tarefas, violação de procedimentos operacionais, introdução de novos sistemas, etc.
Ainda sobre tendências, na opinião de Urbano Barros, gerente de negócios da Advantech Brasil S/A, nos últimos tempos, a automação industrial tem evoluído de tal forma que a qualidade e quantidade de informações geradas pelos sistemas tem exigido interfaces homem máquina (IHM) cada vez mais interativas com o operador, possibilitando visualizar várias operações e manobras ao mesmo tempo, podendo também visualizar a planta da instalação e através deste “sinótico” analisar o desempenho do processo e operá-lo com velocidade e precisão.
“As IHM’s tradicionais são dispositivos ligados normalmente em rede proprietária com displays alfanuméricos. A evolução para interfaces gráficas monocromáticas e posteriormente coloridas ainda não tinha resolvido o problema da falta de intercambiabilidade entre os fabricante de dispositivos. Este problema foi resolvido com a utilização de IHM’s baseadas em plataformas PC”, lembra Urbano.
Ele explica que as IHM’s-PC têm possibilidade de se comunicar com dispositivos de diferentes fabricantes ao mesmo tempo, e podem ser conectadas diretamente na rede Ethernet, proporcionando uma interação direta com os sistemas corporativos. “Uma IHM PC típica tem tela de LCD matriz ativa de 6.4” a 15”, touch screen que pode ser operado até com luvas, em geral 3 a 4 portas seriais, rede Ethernet e possibilidade de agregar cartões de comunicação de fabricantes de dispositivos que não tenham comunicação serial padrão”, exemplifica.
Urbano observa que as vantagens destas IHM’s em comparação com outros modelos de especificações mais “fechadas“ são a possibilidade de em um mesmo equipamento residir informações de todo o processo, sem a necessidade de um “concentrador” de informações. Seu sistema operacional é publico, em geral Windows 2000, porém comportando Windows CE, Windows 95, 98, Linux, ou qualquer outro sistema operacional compatível com o padrão PC.
Ele lembra que outra inovação é a possibilidade de integrar estas IHMs direto à Internet, de forma que o operador possa atuar no processo a qualquer tempo e em qualquer lugar onde houver um acesso à Internet. “Para o futuro – não muito distante – teremos a possibilidade de operar as IHM’s através de sistemas biométricos, como reconhecimento de voz, de forma que, ao efetuar o login da máquina serão carregados os parâmetros de voz do operador e a máquina entenderá somente a seus comandos”, prevê o gerente de negócios da Advantech Brasil.
A tendência constante do mercado na busca de soluções de baixo custo vem permitindo que soluções integradas de IHM e controladores estejam agora disponíveis ao usuário. De acordo com Marcelo Finguerman, diretor técnico da Dakol Instrumentos e Sistemas, nestes casos, normalmente a programação tanto da IHM como do controlador é realizada num único ambiente de programação, facilitando e agilizando este processo.
“Alternativamente as IHMs apresentam um software de configuração das telas e outro que executa a parte responsável pela lógica e acionamentos. Neste segundo caso, utilizam–se ferramentas do tipo “Soft PLC”, menciona Finguerman. Segundo ele, a opção por IHMs que executam Sistemas Operacionais de mercado (ex: Windows 95/98/NT,...), juntamente com softwares de supervisão, vem fazendo com que os fornecedores apresentem também soluções de menor custo e de maior robustez. Nestes casos, IHMs com memória de estado sólido e de pequeno porte (display de 10 e até de 6”) vem ocupando cada vez mais o lugar das antigas IHMs de grande porte.
Neste contexto, observa ele, a IHM se torna um componente indispensável, uma vez que independente de toda a tecnologia usada nos equipamentos de campo e nos controladores, será a IHM o cartão de entrada do sistema, bem como a responsável por toda a aparência do sistema.
Fayad ressalta que as IHM têm evoluído bastante e criado opções para o usuário, como touchscreen, onde sistemas inteiros podem ser desenvolvidos, possibilitando ao operador interagir através de cliques, sem a necessidade de teclados.
Uma outra opção interessante é a apresentação de telas através de um browser ou navegador de Internet, possibilitando que máquinas simples sejam usadas. “Estas máquinas não necessitam de nenhum software especial, apenas contém um software Browser ou Navegador, que acessam um servidor colocado na rede, este sim rodando uma licença da IHM. Esta opção pode ser facilmente estendida para a Internet, possibilitando que as telas ou o próprio sistema seja acessado remotamente por qualquer computador com direitos de acesso ao sistema”, explica.
Fayad observa ainda que as IHMs têm modificado sua área de atuação. Apesar de serem utilizadas principalmente para Operação e Supervisão, as IHMs têm sido cada vez mais aplicadas para manutenção. “As tecnologias de buses, principalmente a Foundation Fieldbus, traz como um de seus benefícios um acréscimo considerável na quantidade de informações de diagnóstico e manutenção que podem ser fornecidas pelos equipamentos de campo diretamente. Estas informações podem ser facilmente acessadas pela IHM e podem assim compor telas criadas especificamente para manutenção e diagnóstico do sistema”, expõe.
Assim, uma falha em um elemento de temperatura não será mais indicada por uma leitura errônea ou a falta da mesma, mas sim por uma informação vinda do transmissor de temperatura, informando a falha do elemento de temperatura, bem como seu modelo, forma de conexão e localização. E todas essas informações são recebidas instantaneamente.
“A IHM pode ficar monitorando valores associados à performance de válvulas, gerando alarmes ou reportando alarmes vindos da própria válvula, indicando diferenças entre o comportamento atual da válvula e o comportamento desejável. Unindo esta característica com a páginas de WEB, podemos ter sistemas IHM criados para manutenção remota ou alarmes remotos, agilizando o processo de manutenção e reparo dos sistemas e seus equipamentos”, acrescenta o gerente de sistema da Smar.
“Já fazem parte da nossa realidade os controladores programáveis destinados à automação que possuem características importantes como tomada de decisão em controle de processos. As interfaces homem-máquina – o “toque final da arte” da automação industrial – representam eficiência e dinamismo em processos onde a ação de um operador se faz necessária.
A indústria de hoje cada vez mais tende a investir e ter como retorno diversos benefícios na automação de seus processos. Ela compartilha com toda a equipe de automação industrial (independente da localização e quantidade de plantas) os conhecimentos de seus engenheiros de aplicação no desenvolvimento destes projetos.
O conhecimento do processo possibilita uma descrição detalhada que sustenta a programação implementada nos CLPs de controle da planta. Pensando nisto, pode-se deixar alguns pontos de referência de desempenho, e eventuais entradas de valores, a fim de identificar deficiências e pontos fortes no processo.
Utilizando estes controles, pode-se chegar a um balanço de esforços para um aprimoramento do processo. Neste ambiente, precisamos ressaltar que a visualização/controle do sistema é extremamente necessária, bem como a interação com os sistemas corporativos de informação.
O que busca-se hoje é uma solução baseada em software, que deve integrar os hardwares envolvidos (sejam eles PLCs, CNCs ou outros equipamentos que executam ações localizadas) e trazer as informações neles contidas para um único ambiente. E mais, compartilhar estas informações com os gerentes envolvidos no processo de alguma forma. Seja o responsável pelo processo, quem irá verificar os pontos que podem ser aperfeiçoados no processo; o responsável pela produção, quem irá verificar a quantidade de insumos utilizado na produção ou a gerência administrativa quem terá os números relativos aos gastos da planta, envolvidos com o processo. Toda esta ferramenta estaria envolvida num só ambiente, como uma interface do processo com o mundo exterior, apresentando o processo de forma clara e objetiva, 24 horas por dia, 7 dias por semana.