Sistemas HMI de realidade aumentada melhoram a gestão de unidades de produção

Após várias décadas de melhorias operacionais impulsionadas pela automatização do fabrico, os ganhos incrementais diminuíram. Para impulsionar uma maior produtividade, eficácia e segurança, os diretores das unidades de produção devem agora tentar capacitar digitalmente a sua força laboral e equipá-la com as ferramentas necessárias para otimizar as operações standard, reduzir a complexidade, permitir uma melhor tomada de decisões, facilitar um acesso mais rápido ao conhecimento e à experiência e garantir o acesso à informação e à experiência quando tal for solicitado, independentemente da localização.

Embora muitos destes elementos impulsores não sejam novos, o aparecimento de redes sem fios de unidades de produção e tecnologias de IIoT que sustentam a transformação digital das operações está a ajudar a gerar melhorias significativas. Uma parte fundamental desta mudança consiste em permitir uma maior mobilidade dos trabalhadores com acesso a dados processáveis, o que gera uma maior produtividade, uma melhor tomada de decisões e uma resolução mais rápida dos problemas, contribuindo para o a aumento da eficiência operacional global.

Tradicionalmente, a monitorização e o controlo das informações da unidade de produção, dos equipamentos e dos processos têm-se realizado através de operadores que trabalham com interfaces homem-máquina (HMI), baseadas em PC fixos, instalados dentro de salas de controlo. Muitas vezes, estes ecrãs são complementados com ecrãs HMI no terreno, perto de uma máquina ou equipamento específico, oferecendo uma funcionalidade limitada. Uma abordagem mais moderna consiste em permitir que os funcionários tenham uma maior mobilidade por meio de tecnologias HMI duradouras, de alto desempenho, portáteis e móveis.

Os dispositivos móveis capacitam os trabalhadores, evitando que fiquem presos à sala de controlo e permitindo que os operadores efetuem a gestão das operações e resolvam os problemas no terreno ou na unidade de produção. Para algumas aplicações, é possível que ainda seja necessário contar uma HMI fixa, mas grande parte delas pode tirar proveito da introdução de HMI móveis. Um exemplo seria ajustar um setpoint e observar o efeito do mesmo. Se o operador necessita de assistência do pessoal de manutenção, pode entrar em contacto com o mesmo através da HMI móvel e, assim, ocorrer a colaboração entre todos para solucionar o problema.

À medida que a tecnologia evolui, o conceito de HMI também evolui, pelo que a integração da realidade aumentada (AR, na sigla em inglês) está a redefinir a interface homem-máquina. A tecnologia AR é introduzida para melhorar o ambiente físico do utilizador com conteúdo gerado por computador. Utilizando AR, é possível adicionar informações em tempo real ao ambiente circundante, o que é extremamente útil para avaliar as circunstâncias atuais, a fim de melhorar a tomada de decisões. Estas informações audiovisuais complementares são disponibilizadas através de dispositivos eletrónicos ou informáticos.

A AR é adequada tanto para as indústrias de fabrico como para as de processos e permite que os operadores utilizem tecnologia integrada com ferramentas de visualização HMI standard para executar as ações necessárias nas diferentes etapas do processo, melhorando a eficiência da produção, reduzindo o risco de erros e minimizando o tempo de inatividade da produção ou de manutenção. A AR permite informar imediatamente os operadores sobre qualquer problema ou necessidade da unidade de produção. Eles podem aceder à unidade de produção, receber a respetiva informação em tempo real e realizar operações e configurações guiadas passo a passo diretamente no local.

Inicialmente, as aplicações de AR eram usadas principalmente com smartphones ou tablets, onde as imagens captadas através da câmara web integrada podiam ser reforçadas com informação eletrónica de acordo com as necessidades específicas e a localização geográfica. A introdução de dispositivos denominados ‘wearables’ e de realidade mista ampliou a gama de aplicações e criou novas possibilidades operacionais. Ter a opção de levar consigo dispositivos HMI enquanto se trabalha no terreno ou na unidade de produção deixa os operadores livres para executar tarefas como manutenção manual, para manter os processos constantemente sob controlo e para agir de forma imediata e precisa, em função das circunstâncias do processo de produção.

O dispositivo AR é ligado através de Wi-Fi ao PC que gere o sistema de supervisão ao qual estão ligados os dispositivos no terreno. Normalmente, os dispositivos assumem a forma de kit, que inclui óculos ou capacetes equipados com ecrãs, câmaras, equipamentos de áudio, conetividade Wi-Fi e baterias que maximizam a flexibilidade. No ecrã do dispositivo ‘wearable’, estes sistemas podem apresentar informações dinâmicas em tempo real relevantes para a tarefa, bem como dados de processos, estado dos sistemas, informações relacionadas com alertas, ações necessárias e outras informações úteis. Em função dos alertas, os operadores podem interpretar os comandos necessários, como arranque, paragem, modificação do valor de referência e instruções baseadas em alertas.

Nas atividades de manutenção, os sistemas de AR permitem visualizar a documentação no ecrã, como manuais da peça objeto de manutenção, e também a comunicação mãos-livres com a sala de controlo, através de uma ligação sem fios. Consequentemente, a visibilidade instantânea dos dados relevantes reduz significativamente o risco de erro humano ao ser realizado um procedimento. Um cenário em que o operador fala com uma máquina, solicita informações, executa comandos ou interage diretamente com o sistema através de movimentos manuais para iniciar ou ajustar um processo já não é ficção científica. Além disso, existe a possibilidade de a máquina solicitar ao operador a execução de comandos necessários ou operações manuais, em função das circunstâncias, orientando o operador na sua atividade e evitando qualquer imprecisão ou ineficiência.

Embora os sistemas de AR tendam a ser soluções complementares, em vez de substituir completamente as estações de trabalho que apoiam os processos de trabalho tradicionais, a natureza mãos-livres destes dispositivos permite muito mais flexibilidade e velocidade durante as fases operacionais do que é possível conseguir com os sistemas de interface homem-máquina standard. Os sistemas de AR ‘wearables’ e de realidade mista apoiam e simplificam as atividades operacionais, proporcionando uma solução que se integra perfeitamente com as tecnologias de supervisão e HMI normalmente utilizadas para gerir os sistemas de automatização e as atividades de manutenção.

Principais características das HMI AR ‘wearables’

• Informações instantâneas das operações a realizar de acordo com a situação
• Informações visíveis em tempo real relacionadas com o sistema de automatização
• Receção de alertas e instruções relevantes
• Acesso a manutenção guiada
• Leitura de códigos de barras ou códigos QR com informações contextualizadas em tempo real
• Conetividade e interação com outros operadores em centros de operações remotos
• Vistas em 3D interativas e/ou holográficas dos sistemas de automatização
• Acesso a informações através da Web
• Interatividade HMI com comandos de operação ativados por voz e gestos
• Reconhecimento de componentes da máquinas e acesso instantâneo a respetivas informações
• Informações processáveis.

Adotar sistemas de AR e institucionalizar as melhores práticas permite que os trabalhadores agreguem mais valor do que nunca ao desempenho operacional e comercial. Por exemplo, utilizar dispositivos de AR otimizará as operações no terreno, permitindo que os operadores interajam imediatamente com o sistema de controlo sem ter de ir a outro lugar para utilizar um terminal de supervisão ou HMI. Isto permite que o operador seja mais eficiente, reaja adequadamente às situações que ocorrem e tome melhores decisões.

Os operários de manutenção podem intervir mais rapidamente e realizar a manutenção no local, utilizando orientação “in situ” e soluções que, em última instância, reduzirão o tempo de inatividade do equipamento. Outro benefício é a redução do tempo de aprendizagem. Ao fornecer aos trabalhadores menos qualificados ou menos experientes acesso a informações úteis e a capacidade de colaborar com especialistas qualificados, as empresas não ficam sujeitas a limitações devido à escassez de trabalhadores qualificados ou a restrições de deslocamento.

A Emerson é uma das primeiras empresas a disponibilizar soluções de AR para SCADA/HMI, proporcionando aos trabalhadores o acesso imediato a uma grande abundância de dados. Utilizando dispositivos de AR ‘wearables’ e de realidade mista, os operadores beneficiam de uma gestão de processos simplificada e de informações em tempo real relacionadas com o equipamento ou com o processo em que estão a trabalhar. A AR está integrada na plataforma Scada/HMI Movicon.NExT da Emerson, o que se traduz numa implementação mais simples e menos dispendiosa, e num retorno mais rápido do investimento.

Incluem-se aplicações compatíveis com dispositivos de óculos inteligentes Android e com HoloLens baseados no Windows 10. Estes dispositivos podem exibir qualquer tipo de informações ou dados, tanto históricos como em tempo real, nomeadamente de configuração, manutenção, diretrizes, código de barras e outras funções. Além disso, os operadores podem agora dialogar verbalmente com uma máquina, solicitar informações e dar comandos, bem como interagir diretamente com o sistema, fazendo gestos com as mãos para controlar e configurar processos. Além do mais, a máquina pode pedir ao operador que execute os comandos necessários e dar-lhe instruções passo a passo para que execute operações manuais no local, conforme necessário, a fim de poupar tempo e evitar erros.

A tecnologia HMI de AR também utiliza uma câmara de vídeo e inteligência artificial para reconhecer equipamentos ou peças da unidade de produção. A tecnologia funciona com qualquer dispositivo móvel com câmara de vídeo e browser compatível com HTML5, e apresenta automaticamente janelas HMI que contêm as informações relevantes correspondentes. Isto permite que o operador obtenha instantaneamente todas as informações relevantes de que necessita, o que facilita em grande medida a gestão de unidades de produção complexas.

A integração da AR nas plataformas Scada/HMI e a posterior disponibilidade de informações processáveis através de dispositivos ‘wearable’ e de realidade mista abre a possibilidade de novas melhorias de eficiência. A possibilidade de utilizar uma HMI enquanto trabalham na unidade de produção industrial proporciona aos operadores um maior controlo da situação atual, permite-lhes intervir rapidamente quando e onde o processo o exija, ao mesmo tempo que os ajuda a executar tarefas mais rapidamente e a tomar melhores decisões. A HMI com AR tem a capacidade de revolucionar a forma como os operadores gerem os processos, assim como de otimizar a produtividade e reduzir o tempo de inatividade.