Um sistema automatizado híbrido (HAS) visa integrar as capacidades de máquinas artificialmente inteligentes (baseadas em tecnologia de computador) com as capacidades das pessoas que interagem com essas máquinas no curso de suas atividades de trabalho. As principais preocupações da utilização do HAS estão relacionadas a como os subsistemas humano e de máquina devem ser projetados para fazer o melhor uso do conhecimento e habilidades de ambas as partes do sistema híbrido, e como os operadores humanos e os componentes da máquina devem interagir uns com os outros. para garantir que suas funções se complementem. Muitos sistemas automatizados híbridos evoluíram como produtos de aplicações de metodologias modernas baseadas em informações e controle para automatizar e integrar diferentes funções de sistemas tecnológicos frequentemente complexos. O HAS foi originalmente identificado com a introdução de sistemas baseados em computador usados ​​no projeto e operação de sistemas de controle em tempo real para reatores de energia nuclear, para plantas de processamento químico e para tecnologia de fabricação de peças discretas. HAS agora também pode ser encontrado em muitas indústrias de serviços, como controle de tráfego aéreo e procedimentos de navegação de aeronaves na área de aviação civil, e no projeto e uso de veículos inteligentes e sistemas de navegação rodoviária no transporte rodoviário.

Com o progresso contínuo na automação baseada em computador, a natureza das tarefas humanas em sistemas tecnológicos modernos muda daquelas que requerem habilidades motoras perceptuais para aquelas que exigem atividades cognitivas, que são necessárias para a resolução de problemas, para a tomada de decisões no monitoramento do sistema e para tarefas de controle de supervisão. Por exemplo, os operadores humanos em sistemas de manufatura integrados por computador atuam principalmente como monitores de sistema, solucionadores de problemas e tomadores de decisão. As atividades cognitivas do supervisor humano em qualquer ambiente HAS são (1) planejar o que deve ser feito em um determinado período de tempo, (2) elaborar procedimentos (ou etapas) para atingir o conjunto de metas planejadas, (3) monitorar o progresso de processos (tecnológicos), (4) “ensinar” o sistema através de um computador humano-interativo, (5) intervir se o sistema se comportar de forma anormal ou se as prioridades de controle mudarem e (6) aprender através do feedback do sistema sobre o impacto de ações de supervisão (Sheridan 1987).

Projeto de sistema híbrido

As interações homem-máquina em um HAS envolvem a utilização de loops de comunicação dinâmica entre os operadores humanos e as máquinas inteligentes - um processo que inclui detecção e processamento de informações e iniciação e execução de tarefas de controle e tomada de decisão - dentro de uma determinada estrutura de alocação de funções entre humanos e máquinas. No mínimo, as interações entre as pessoas e a automação devem refletir a alta complexidade dos sistemas automatizados híbridos, bem como as características relevantes dos operadores humanos e os requisitos da tarefa. Portanto, o sistema automatizado híbrido pode ser formalmente definido como um quíntuplo na seguinte fórmula:

TEM = (T, U, C, E, I)

onde T = requisitos da tarefa (físicos e cognitivos); U = características do usuário (físicas e cognitivas); C = as características de automação (hardware e software, incluindo interfaces de computador); E = ambiente do sistema; I = um conjunto de interações entre os elementos acima.

O conjunto de interações I incorpora todas as interações possíveis entre T, U e C in E independentemente de sua natureza ou força de associação. Por exemplo, uma das interações possíveis pode envolver a relação dos dados armazenados na memória do computador com o conhecimento correspondente, se houver, do operador humano. As interações I pode ser elementar (ou seja, limitado a uma associação de um para um) ou complexo, como envolveria interações entre o operador humano, o software específico usado para realizar a tarefa desejada e a interface física disponível com o computador.

Os projetistas de muitos sistemas automatizados híbridos concentram-se principalmente na integração assistida por computador de máquinas sofisticadas e outros equipamentos como partes da tecnologia baseada em computador, raramente prestando muita atenção à necessidade primordial de integração humana efetiva dentro de tais sistemas. Portanto, atualmente, muitos dos sistemas integrados por computador (tecnológicos) não são totalmente compatíveis com as capacidades inerentes dos operadores humanos, expressas pelas habilidades e conhecimentos necessários para o controle e monitoramento eficazes desses sistemas. Tal incompatibilidade surge em todos os níveis de funcionamento humano, máquina e homem-máquina, e pode ser definida dentro de uma estrutura do indivíduo e de toda a organização ou instalação. Por exemplo, os problemas de integração de pessoas e tecnologia em empresas de manufatura avançada ocorrem no início do estágio de projeto do HAS. Esses problemas podem ser conceituados usando o seguinte modelo de integração de sistemas da complexidade das interações, I, entre os projetistas do sistema, D, operadores humanos, H, ou potenciais usuários do sistema e tecnologia, T:

Eu (H,T) = F [I (H, D), I (D, T)]

onde I representa interações relevantes que ocorrem em uma determinada estrutura do HAS, enquanto F indica relações funcionais entre designers, operadores humanos e tecnologia.

O modelo de integração do sistema acima destaca o fato de que as interações entre os usuários e a tecnologia são determinadas pelo resultado da integração das duas interações anteriores, ou seja, (1) aquelas entre designers HAS e usuários em potencial e (2) aquelas entre os designers e a tecnologia HAS (ao nível das máquinas e sua integração). Deve-se notar que, embora normalmente existam fortes interações entre os designers e a tecnologia, apenas alguns poucos exemplos de inter-relações igualmente fortes entre designers e operadores humanos podem ser encontrados.

Pode-se argumentar que, mesmo nos sistemas mais automatizados, a função humana permanece crítica para o desempenho bem-sucedido do sistema no nível operacional. Bainbridge (1983) identificou um conjunto de problemas relevantes para o funcionamento do HAS que se devem à própria natureza da automação, como se segue:

1. Operadores “fora do circuito de controle”. Os operadores humanos estão presentes no sistema para exercer o controle quando necessário, mas por estarem “fora do circuito de controle” eles falham em manter as habilidades manuais e o conhecimento do sistema de longo prazo que geralmente são necessários em caso de emergência.
2. “Imagem mental” desatualizada. Os operadores humanos podem não ser capazes de responder rapidamente às mudanças no comportamento do sistema se não estiverem acompanhando de perto os eventos de sua operação. Além disso, o conhecimento ou imagem mental dos operadores sobre o funcionamento do sistema pode ser inadequado para iniciar ou exercer as respostas necessárias.
3. Desaparecendo gerações de habilidades. Os novos operadores podem não conseguir adquirir conhecimentos suficientes sobre o sistema informatizado adquiridos com a experiência e, portanto, não poderão exercer um controle efetivo quando necessário.
4. Autoridade de automação. Se o sistema computadorizado foi implementado porque pode executar as tarefas necessárias melhor do que o operador humano, surge a pergunta: “Com base em que o operador deve decidir se as decisões corretas ou incorretas estão sendo tomadas pelos sistemas automatizados?”
5. Surgimento dos novos tipos de “erros humanos” devido à automação. Os sistemas automatizados conduzem a novos tipos de erros e, consequentemente, a acidentes que não podem ser analisados ​​no âmbito das técnicas tradicionais de análise.

Alocação de tarefas

Uma das questões importantes para o projeto HAS é determinar quantas e quais funções ou responsabilidades devem ser alocadas para os operadores humanos, e quais e quantas para os computadores. Geralmente, existem três classes básicas de problemas de alocação de tarefas que devem ser consideradas: (1) a alocação de tarefas supervisor-computador humano, (2) a alocação de tarefas humano-humano e (3) a alocação de tarefas computador-computador de supervisão. Idealmente, as decisões de alocação devem ser feitas por meio de algum procedimento de alocação estruturado antes que o projeto básico do sistema seja iniciado. Infelizmente, esse processo sistemático raramente é possível, pois as funções a serem alocadas podem precisar de um exame mais aprofundado ou devem ser executadas interativamente entre os componentes do sistema humano e da máquina - isto é, por meio da aplicação do paradigma de controle supervisório. A alocação de tarefas em sistemas automatizados híbridos deve se concentrar na extensão das responsabilidades de supervisão humana e do computador e deve considerar a natureza das interações entre o operador humano e os sistemas computadorizados de suporte à decisão. Os meios de transferência de informações entre as máquinas e as interfaces de entrada-saída humanas e a compatibilidade do software com as habilidades cognitivas de resolução de problemas humanos também devem ser considerados.

Nas abordagens tradicionais para o projeto e gerenciamento de sistemas automatizados híbridos, os trabalhadores eram considerados como sistemas de entrada e saída determinísticos, e havia uma tendência a desconsiderar a natureza teleológica do comportamento humano – isto é, o comportamento orientado a objetivos que depende da aquisição de conhecimento. informações relevantes e a seleção de objetivos (Goodstein et al. 1988). Para ser bem-sucedido, o projeto e o gerenciamento de sistemas automatizados híbridos avançados devem ser baseados na descrição das funções mentais humanas necessárias para uma tarefa específica. A abordagem da “engenharia cognitiva” (descrita mais abaixo) propõe que os sistemas homem-máquina (híbridos) precisam ser concebidos, projetados, analisados ​​e avaliados em termos de processos mentais humanos (ou seja, o modelo mental do operador dos sistemas adaptativos é levado em consideração conta). A seguir estão os requisitos da abordagem centrada no ser humano para o projeto e operação do HAS, conforme formulado por Corbett (1988):

1. Compatibilidade. A operação do sistema não deve exigir habilidades não relacionadas às habilidades existentes, mas deve permitir que as habilidades existentes evoluam. O operador humano deve inserir e receber informações que sejam compatíveis com a prática convencional para que a interface esteja de acordo com o conhecimento e habilidade prévios do usuário.
2. Transparência. Não se pode controlar um sistema sem entendê-lo. Portanto, o operador humano deve ser capaz de “ver” os processos internos do software de controle do sistema para facilitar o aprendizado. Um sistema transparente torna mais fácil para os usuários construir um modelo interno das funções de tomada de decisão e controle que o sistema pode executar.
3. Choque mínimo. O sistema não deve fazer nada que os operadores considerem inesperado à luz das informações disponíveis para eles, detalhando o estado atual do sistema.
4. controle de perturbação. Tarefas incertas (conforme definidas pela análise da estrutura de escolha) devem estar sob controle do operador humano com suporte de tomada de decisão por computador.
5. Falibilidade. As habilidades e conhecimentos implícitos dos operadores humanos não devem ser projetados fora do sistema. Os operadores nunca devem ser colocados em uma posição em que assistam impotentes ao software direcionar uma operação incorreta.
6. Reversibilidade do erro. O software deve fornecer informações suficientes para informar o operador humano sobre as prováveis ​​consequências de uma determinada operação ou estratégia.
7. Flexibilidade operacional. O sistema deve oferecer aos operadores humanos a liberdade de negociar requisitos e limites de recursos, mudando as estratégias operacionais sem perder o suporte do software de controle.

Engenharia Cognitiva de Fatores Humanos

A engenharia cognitiva de fatores humanos se concentra em como os operadores humanos tomam decisões no local de trabalho, resolvem problemas, formulam planos e aprendem novas habilidades (Hollnagel e Woods, 1983). Os papéis dos operadores humanos que funcionam em qualquer HAS podem ser classificados usando o esquema de Rasmussen (1983) em três categorias principais:

1. Comportamento baseado em habilidade é o desempenho sensório-motor executado durante atos ou atividades que ocorrem sem controle consciente como padrões de comportamento suaves, automatizados e altamente integrados. As atividades humanas que se enquadram nessa categoria são consideradas uma sequência de atos habilidosos compostos para uma determinada situação. O comportamento baseado em habilidades é, portanto, a expressão de padrões de comportamento mais ou menos armazenados ou instruções pré-programadas em um domínio de espaço-tempo.
2. Comportamento baseado em regras é uma categoria de desempenho orientada para um objetivo, estruturada pelo controle de feedforward por meio de uma regra ou procedimento armazenado - isto é, um desempenho ordenado que permite a composição de uma sequência de sub-rotinas em uma situação de trabalho familiar. A regra é normalmente selecionada a partir de experiências anteriores e reflete as propriedades funcionais que restringem o comportamento do ambiente. O desempenho baseado em regras é baseado em know-how explícito no que diz respeito ao emprego das regras relevantes. O conjunto de dados de decisão consiste em referências para reconhecimento e identificação de estados, eventos ou situações.
3. Comportamento baseado em conhecimento é uma categoria de desempenho controlado por metas, na qual a meta é explicitamente formulada com base no conhecimento do ambiente e nos objetivos da pessoa. A estrutura interna do sistema é representada por um “modelo mental”. Esse tipo de comportamento permite o desenvolvimento e teste de diferentes planos sob condições de controle desconhecidas e, portanto, incertas, e é necessário quando habilidades ou regras não estão disponíveis ou são inadequadas, de modo que a solução de problemas e o planejamento devem ser chamados.

Na concepção e gestão de um SHA, devem-se considerar as características cognitivas dos trabalhadores de forma a assegurar a compatibilidade do funcionamento do sistema com o modelo interno do trabalhador que descreve as suas funções. Consequentemente, o nível de descrição do sistema deve ser deslocado dos aspectos baseados em habilidades para os aspectos baseados em regras e conhecimento do funcionamento humano, e métodos apropriados de análise de tarefas cognitivas devem ser usados ​​para identificar o modelo do operador de um sistema. Uma questão relacionada ao desenvolvimento de um HAS é o projeto de meios de transmissão de informações entre o operador humano e os componentes do sistema automatizado, tanto no nível físico quanto no cognitivo. Tal transferência de informação deve ser compatível com os modos de informação utilizados em diferentes níveis de operação do sistema – isto é, visual, verbal, tátil ou híbrido. Essa compatibilidade informacional garante que diferentes formas de transferência de informações exigirão uma incompatibilidade mínima entre o meio e a natureza da informação. Por exemplo, uma exibição visual é melhor para transmissão de informações espaciais, enquanto a entrada auditiva pode ser usada para transmitir informações textuais.

Muitas vezes, o operador humano desenvolve um modelo interno que descreve a operação e a função do sistema de acordo com sua experiência, treinamento e instruções em conexão com o tipo de interface homem-máquina fornecido. À luz desta realidade, os projetistas de um HAS devem tentar construir nas máquinas (ou outros sistemas artificiais) um modelo das características físicas e cognitivas do operador humano – ou seja, a imagem do sistema do operador (Hollnagel e Woods 1983). . Os projetistas de um HAS também devem levar em consideração o nível de abstração na descrição do sistema, bem como várias categorias relevantes do comportamento do operador humano. Esses níveis de abstração para modelar o funcionamento humano no ambiente de trabalho são os seguintes (Rasmussen 1983): (1) forma física (estrutura anatômica), (2) funções físicas (funções fisiológicas), (3) funções generalizadas (mecanismos psicológicos e funções cognitivas). e processos afetivos), (4) funções abstratas (processamento de informações) e (5) propósito funcional (estruturas de valor, mitos, religiões, interações humanas). Esses cinco níveis devem ser considerados simultaneamente pelos projetistas para garantir o desempenho efetivo do HAS.

Projeto de software do sistema

Como o software de computador é um componente primário de qualquer ambiente HAS, o desenvolvimento de software, incluindo design, teste, operação e modificação, e questões de confiabilidade de software também devem ser considerados nos estágios iniciais do desenvolvimento HAS. Por este meio, deve-se ser capaz de reduzir o custo de detecção e eliminação de erros de software. É difícil, no entanto, estimar a confiabilidade dos componentes humanos de um HAS, devido às limitações em nossa capacidade de modelar o desempenho de tarefas humanas, a carga de trabalho relacionada e os erros potenciais. A carga mental excessiva ou insuficiente pode levar à sobrecarga de informações e ao tédio, respectivamente, e pode resultar na degradação do desempenho humano, levando a erros e ao aumento da probabilidade de acidentes. Os projetistas de um HAS devem empregar interfaces adaptativas, que utilizam técnicas de inteligência artificial, para resolver esses problemas. Além da compatibilidade homem-máquina, a questão da adaptabilidade homem-máquina entre si deve ser considerada para reduzir os níveis de estresse que surgem quando as capacidades humanas podem ser excedidas.

Devido ao alto nível de complexidade de muitos sistemas automatizados híbridos, a identificação de quaisquer riscos potenciais relacionados ao hardware, software, procedimentos operacionais e interações homem-máquina desses sistemas torna-se fundamental para o sucesso dos esforços voltados para a redução de lesões e danos aos equipamentos . Os riscos de segurança e saúde associados a sistemas automatizados híbridos complexos, como a tecnologia de fabricação integrada por computador (CIM), são claramente um dos aspectos mais críticos do projeto e operação do sistema.

Problemas de segurança do sistema

Ambientes automatizados híbridos, com seu potencial significativo para comportamento errático do software de controle sob condições de perturbação do sistema, criam uma nova geração de riscos de acidentes. À medida que os sistemas automatizados híbridos se tornam mais versáteis e complexos, os distúrbios do sistema, incluindo problemas de inicialização e desligamento e desvios no controle do sistema, podem aumentar significativamente a possibilidade de sérios perigos para os operadores humanos. Ironicamente, em muitas situações anormais, os operadores geralmente confiam no bom funcionamento dos subsistemas de segurança automatizados, uma prática que pode aumentar o risco de ferimentos graves. Por exemplo, um estudo de acidentes relacionados a mau funcionamento de sistemas de controle técnico mostrou que cerca de um terço das sequências de acidentes incluíram intervenção humana no circuito de controle do sistema perturbado.

Como as medidas de segurança tradicionais não podem ser facilmente adaptadas às necessidades dos ambientes HAS, as estratégias de controle de lesões e prevenção de acidentes precisam ser reconsideradas em vista das características inerentes a esses sistemas. Por exemplo, na área de tecnologia de fabricação avançada, muitos processos são caracterizados pela existência de quantidades substanciais de fluxos de energia que não podem ser facilmente antecipados pelos operadores humanos. Além disso, os problemas de segurança geralmente surgem nas interfaces entre os subsistemas ou quando as perturbações do sistema progridem de um subsistema para outro. De acordo com a International Organization for Standardization (ISO 1991), os riscos associados aos perigos devidos à automação industrial variam com os tipos de máquinas industriais incorporadas ao sistema de fabricação específico e com as formas como o sistema é instalado, programado, operado, mantido e reparado. Por exemplo, uma comparação de acidentes relacionados a robôs na Suécia com outros tipos de acidentes mostrou que os robôs podem ser as máquinas industriais mais perigosas usadas na indústria de manufatura avançada. A taxa estimada de acidentes para robôs industriais foi de um acidente grave por 45 robôs-ano, uma taxa mais alta do que para prensas industriais, que foi relatada como um acidente por 50 máquinas-ano. Deve-se notar aqui que as prensas industriais nos Estados Unidos foram responsáveis ​​por cerca de 23% de todas as fatalidades relacionadas a máquinas de usinagem no período de 1980 a 1985, com as prensas mecânicas classificadas em primeiro lugar em relação ao produto de frequência de gravidade para lesões não fatais.

No domínio da tecnologia de fabricação avançada, existem muitas peças móveis que são perigosas para os trabalhadores, pois mudam de posição de maneira complexa fora do campo visual dos operadores humanos. Os rápidos desenvolvimentos tecnológicos na manufatura integrada por computador criaram uma necessidade crítica de estudar os efeitos da tecnologia de manufatura avançada sobre os trabalhadores. A fim de identificar os perigos causados ​​por vários componentes de tal ambiente HAS, os acidentes anteriores precisam ser cuidadosamente analisados. Infelizmente, acidentes envolvendo o uso de robôs são difíceis de isolar de relatórios de acidentes relacionados a máquinas operadas por humanos e, portanto, pode haver uma alta porcentagem de acidentes não registrados. As regras de saúde e segurança ocupacional do Japão afirmam que “os robôs industriais não possuem atualmente meios confiáveis ​​de segurança e os trabalhadores não podem ser protegidos deles, a menos que seu uso seja regulamentado”. Por exemplo, os resultados da pesquisa realizada pelo Ministério do Trabalho do Japão (Sugimoto 1987) de acidentes relacionados a robôs industriais nas 190 fábricas pesquisadas (com 4,341 robôs em funcionamento) mostraram que houve 300 distúrbios relacionados a robôs, dos quais 37 casos de atos inseguros resultaram em alguns quase-acidentes, 9 foram acidentes que produziram lesões e 2 foram acidentes fatais. Os resultados de outros estudos indicam que a automação baseada em computador não aumenta necessariamente o nível geral de segurança, pois o hardware do sistema não pode ser protegido contra falhas apenas por funções de segurança no software do computador, e os controladores do sistema nem sempre são altamente confiáveis. Além disso, em um HAS complexo, não se pode depender exclusivamente de dispositivos de detecção de segurança para detectar condições perigosas e adotar estratégias adequadas de prevenção de perigos.

Efeitos da Automação na Saúde Humana

Conforme discutido acima, as atividades do trabalhador em muitos ambientes HAS são basicamente aquelas de controle de supervisão, monitoramento, suporte e manutenção do sistema. Essas atividades também podem ser classificadas em quatro grupos básicos, como segue: (1) tarefas de programação, ou seja, codificação das informações que guiam e dirigem a operação do maquinário, (2) monitoramento da produção HAS e componentes de controle, (3) manutenção dos componentes HAS para evitar ou aliviar o mau funcionamento do maquinário e (4) executar uma variedade de tarefas de suporte, etc. Muitas revisões recentes do impacto do HAS no bem-estar do trabalhador concluíram que, embora a utilização de um HAS na área de fabricação possa eliminar tarefas pesadas e perigosas , trabalhar em ambiente de HAS pode ser insatisfatório e estressante para os trabalhadores. As fontes de estresse incluíam o monitoramento constante exigido em muitas aplicações HAS, o escopo limitado das atividades alocadas, o baixo nível de interação do trabalhador permitido pelo projeto do sistema e os riscos de segurança associados à natureza imprevisível e incontrolável do equipamento. Ainda que alguns trabalhadores envolvidos em atividades de programação e manutenção sintam os elementos de desafio, que podem ter efeitos positivos no seu bem-estar, estes efeitos são muitas vezes compensados ​​pela natureza complexa e exigente destas atividades, bem como pela pressão exercida pela administração para concluir essas atividades rapidamente.

Embora em alguns ambientes HAS os operadores humanos sejam afastados das fontes tradicionais de energia (fluxo de trabalho e movimentação da máquina) durante as condições normais de operação, muitas tarefas em sistemas automatizados ainda precisam ser realizadas em contato direto com outras fontes de energia. Uma vez que o número de diferentes componentes do HAS está aumentando continuamente, deve-se dar ênfase especial ao conforto e segurança dos trabalhadores e ao desenvolvimento de dispositivos eficazes de controle de lesões, especialmente em vista do fato de que os trabalhadores não são mais capazes de acompanhar as sofisticação e complexidade de tais sistemas.

A fim de atender às necessidades atuais de controle de lesões e segurança do trabalhador em sistemas de manufatura integrados por computador, o Comitê ISO de Sistemas de Automação Industrial propôs um novo padrão de segurança intitulado “Segurança de Sistemas Integrados de Manufatura” (1991). Esta nova norma internacional, que foi desenvolvida em reconhecimento aos perigos específicos que existem em sistemas integrados de fabricação que incorporam máquinas industriais e equipamentos associados, visa minimizar as possibilidades de ferimentos ao pessoal durante o trabalho ou adjacente a um sistema integrado de fabricação. As principais fontes de perigos potenciais para os operadores humanos em CIM identificados por esta norma são mostrados na figura 1.

Figura 1. Principal fonte de perigos na manufatura integrada por computador (CIM) (depois da ISO 1991)

Erros humanos e do sistema

Em geral, os perigos em um HAS podem surgir do próprio sistema, de sua associação com outros equipamentos presentes no ambiente físico ou de interações do pessoal humano com o sistema. Um acidente é apenas um dos vários resultados das interações homem-máquina que podem surgir em condições perigosas; quase acidentes e incidentes de danos são muito mais comuns (Zimolong e Duda 1992). A ocorrência de um erro pode levar a uma destas consequências: (1) o erro passa despercebido, (2) o sistema pode compensar o erro, (3) o erro leva a uma avaria da máquina e/ou paragem do sistema ou (4 ) o erro leva a um acidente.

Uma vez que nem todo erro humano que resulta em um incidente crítico causará um acidente real, é apropriado distinguir ainda mais entre as categorias de resultados da seguinte forma: (1) um incidente inseguro (ou seja, qualquer ocorrência não intencional, independentemente de resultar em ferimentos, danos ou perda), (2) um acidente (ou seja, um evento inseguro que resulta em lesão, dano ou perda), (3) um incidente de dano (ou seja, um evento inseguro que resulta apenas em algum tipo de dano material), (4) um quase acidente ou “quase acidente” (ou seja, um evento inseguro no qual ferimentos, danos ou perdas foram fortuitamente evitados por uma margem estreita) e (5) a existência de potencial acidente (ou seja, eventos inseguros que poderiam ter resultado em ferimentos, danos , ou perda, mas, devido às circunstâncias, não resultou nem mesmo em um quase acidente).

Pode-se distinguir três tipos básicos de erro humano em um HAS:

1. deslizes e lapsos baseados em habilidades
2. erros baseados em regras
3. erros baseados no conhecimento.

Esta taxonomia, desenvolvida por Reason (1990), é baseada em uma modificação da classificação habilidade-regra-conhecimento de Rasmussen do desempenho humano conforme descrito acima. No nível baseado em habilidades, o desempenho humano é governado por padrões armazenados de instruções pré-programadas representadas como estruturas analógicas em um domínio de espaço-tempo. O nível baseado em regras é aplicável ao tratamento de problemas familiares nos quais as soluções são regidas por regras armazenadas (chamadas “produções”, uma vez que são acessadas ou produzidas conforme a necessidade). Essas regras exigem que certos diagnósticos (ou julgamentos) sejam feitos, ou certas ações corretivas sejam tomadas, uma vez que surgiram certas condições que exigem uma resposta adequada. A este nível, os erros humanos estão normalmente associados à classificação errada de situações, levando à aplicação da regra errada ou à recordação incorreta de julgamentos ou procedimentos consequentes. Erros baseados em conhecimento ocorrem em situações novas para as quais as ações devem ser planejadas “on-line” (em um determinado momento), usando processos analíticos conscientes e conhecimento armazenado. Erros neste nível surgem de limitações de recursos e conhecimento incompleto ou incorreto.

Os sistemas genéricos de modelagem de erros (GEMS) propostos por Reason (1990), que tentam localizar as origens dos tipos básicos de erros humanos, podem ser usados ​​para derivar a taxonomia geral do comportamento humano em um HAS. O GEMS busca integrar duas áreas distintas de pesquisa de erros: (1) deslizes e lapsos, nos quais as ações se desviam da intenção atual devido a falhas de execução e/ou falhas de armazenamento e (2) erros, nos quais as ações podem ocorrer de acordo com o planejado, mas o plano é inadequado para alcançar o resultado desejado.

Avaliação e Prevenção de Riscos em CIM

De acordo com a ISO (1991), a avaliação de risco em CIM deve ser realizada de forma a minimizar todos os riscos e servir como base para determinar objetivos e medidas de segurança no desenvolvimento de programas ou planos, tanto para criar um ambiente de trabalho seguro quanto para garantir também a segurança e a saúde do pessoal. Por exemplo, os riscos de trabalho em ambientes HAS baseados em manufatura podem ser caracterizados da seguinte forma: (1) o operador humano pode precisar entrar na zona de perigo durante a recuperação de distúrbios, serviços e tarefas de manutenção, (2) a zona de perigo é difícil de determinar, perceber e controlar, (3) o trabalho pode ser monótono e (4) os acidentes que ocorrem em sistemas de manufatura integrados por computador são frequentemente graves. Cada perigo identificado deve ser avaliado quanto ao seu risco, e medidas de segurança apropriadas devem ser determinadas e implementadas para minimizar esse risco. Os perigos também devem ser verificados em relação a todos os seguintes aspectos de qualquer processo: a própria unidade; a interação entre unidades individuais; as seções operacionais do sistema; e a operação do sistema completo para todos os modos e condições operacionais pretendidos, incluindo condições sob as quais os meios normais de proteção são suspensos para operações como programação, verificação, solução de problemas, manutenção ou reparo.

A fase de projeto da estratégia de segurança ISO (1991) para CIM inclui:

• especificação dos limites dos parâmetros do sistema
• aplicação de uma estratégia de segurança
• identificação de perigos
• avaliação dos riscos associados
• remoção dos perigos ou diminuição dos riscos tanto quanto praticável.

A especificação de segurança do sistema deve incluir:

• uma descrição das funções do sistema
• um layout de sistema e/ou modelo
• os resultados de uma pesquisa realizada para investigar a interação de diferentes processos de trabalho e atividades manuais
• uma análise das sequências do processo, incluindo a interação manual
• uma descrição das interfaces com transportadores ou linhas de transporte
• fluxogramas de processo
• planos de fundação
• planos para dispositivos de abastecimento e eliminação
• determinação do espaço necessário para abastecimento e descarte de material
• registros de acidentes disponíveis.

De acordo com a ISO (1991), todos os requisitos necessários para garantir uma operação segura do sistema CIM precisam ser considerados no projeto de procedimentos sistemáticos de planejamento de segurança. Isso inclui todas as medidas de proteção para reduzir efetivamente os perigos e requer:

• integração da interface homem-máquina
• definição precoce da posição de quem trabalha no sistema (no tempo e no espaço)
• consideração precoce de formas de reduzir o trabalho isolado
• consideração dos aspectos ambientais.

O procedimento de planejamento de segurança deve abordar, entre outros, as seguintes questões de segurança do CIM:

• Seleção dos modos de operação do sistema. O equipamento de controle deve ter provisões para pelo menos os seguintes modos de operação: (1) modo normal ou de produção (isto é, com todas as proteções normais conectadas e operando), (2) operação com algumas das proteções normais suspensas e (3) operação em qual sistema ou inicialização manual remota de situações perigosas é evitada (por exemplo, no caso de operação local ou de isolamento de energia ou bloqueio mecânico de condições perigosas).
• Treinamento, instalação, comissionamento e testes funcionais. Quando for necessário que o pessoal esteja na zona de perigo, as seguintes medidas de segurança devem ser fornecidas no sistema de controle: (1) manter para funcionar, (2) dispositivo de habilitação, (3) velocidade reduzida, (4) potência reduzida e (5 ) parada de emergência móvel.
• Segurança na programação, manutenção e reparo do sistema. Durante a programação, apenas o programador deve ser permitido no espaço protegido. O sistema deve ter procedimentos de inspeção e manutenção para garantir a operação pretendida contínua do sistema. O programa de inspeção e manutenção deve levar em consideração as recomendações do fornecedor do sistema e dos fornecedores de vários elementos dos sistemas. Desnecessário mencionar que o pessoal que realiza manutenção ou reparos no sistema deve ser treinado nos procedimentos necessários para executar as tarefas exigidas.
• eliminação de falhas. Quando a eliminação da falha for necessária dentro do espaço protegido, ela deve ser realizada após a desconexão segura (ou, se possível, após o acionamento de um mecanismo de bloqueio). Medidas adicionais contra iniciação errônea de situações perigosas devem ser tomadas. Onde possam ocorrer perigos durante a eliminação de falhas em seções do sistema ou nas máquinas de sistemas ou máquinas adjacentes, estas também devem ser retiradas de operação e protegidas contra partidas inesperadas. Por meio de instruções e sinais de advertência, deve-se chamar a atenção para a eliminação de falhas em componentes do sistema que não podem ser observados completamente.

Controle de Perturbação do Sistema

Em muitas instalações HAS utilizadas na área de fabricação integrada por computador, normalmente são necessários operadores humanos para fins de controle, programação, manutenção, pré-configuração, manutenção ou tarefas de solução de problemas. Distúrbios no sistema levam a situações que obrigam a entrada de trabalhadores nas áreas perigosas. A este respeito, pode-se supor que as perturbações continuam sendo a razão mais importante para a interferência humana no CIM, porque os sistemas serão frequentemente programados de fora das áreas restritas. Uma das questões mais importantes para a segurança do CIM é evitar distúrbios, pois a maioria dos riscos ocorre na fase de solução de problemas do sistema. A prevenção de perturbações é o objetivo comum no que diz respeito à segurança e à relação custo-eficácia.

Uma perturbação em um sistema CIM é um estado ou função de um sistema que se desvia do estado planejado ou desejado. Além da produtividade, as perturbações durante a operação de um CIM afetam diretamente a segurança das pessoas envolvidas na operação do sistema. Um estudo finlandês (Kuivanen 1990) mostrou que cerca de metade das perturbações na manufatura automatizada diminuem a segurança dos trabalhadores. As principais causas de distúrbios foram erros no projeto do sistema (34%), falhas de componentes do sistema (31%), erro humano (20%) e fatores externos (15%). A maioria das falhas das máquinas foi causada pelo sistema de controle, sendo que, no sistema de controle, a maioria das falhas ocorreu nos sensores. Uma forma eficaz de aumentar o nível de segurança das instalações CIM é reduzir o número de perturbações. Embora as ações humanas em sistemas perturbados impeçam a ocorrência de acidentes no ambiente de HAS, também contribuem para que ocorram. Por exemplo, um estudo de acidentes relacionados a mau funcionamento de sistemas de controle técnico mostrou que cerca de um terço das sequências de acidentes incluíram intervenção humana no circuito de controle do sistema perturbado.

As principais questões de pesquisa na prevenção de perturbações CIM dizem respeito a (1) principais causas de perturbações, (2) componentes e funções não confiáveis, (3) o impacto das perturbações na segurança, (4) o impacto das perturbações na função do sistema, ( 5) danos materiais e (6) reparos. A segurança do HAS deve ser planejada no início do estágio de projeto do sistema, com a devida consideração de tecnologia, pessoas e organização, e ser parte integrante do processo geral de planejamento técnico do HAS.

HAS Design: Desafios Futuros

Para garantir o máximo benefício dos sistemas automatizados híbridos, conforme discutido acima, é necessária uma visão muito mais ampla do desenvolvimento do sistema, baseada na integração de pessoas, organização e tecnologia. Três tipos principais de integração do sistema devem ser aplicados aqui:

1. integração de pessoas, garantindo uma comunicação eficaz entre eles
2. integração humano-computador, projetando interfaces adequadas e interação entre pessoas e computadores
3. integração tecnológica, garantindo interfaces e interações eficazes entre as máquinas.

Os requisitos mínimos de projeto para sistemas automatizados híbridos devem incluir o seguinte: (1) flexibilidade, (2) adaptação dinâmica, (3) capacidade de resposta aprimorada e (4) a necessidade de motivar as pessoas e fazer melhor uso de suas habilidades, julgamento e experiência . O acima também exige que as estruturas organizacionais, práticas de trabalho e tecnologias do HAS sejam desenvolvidas para permitir que pessoas em todos os níveis do sistema adaptem suas estratégias de trabalho à variedade de situações de controle de sistemas. Portanto, as organizações, práticas de trabalho e tecnologias de HAS terão que ser projetadas e desenvolvidas como sistemas abertos (Kidd 1994).

Um sistema automatizado híbrido aberto (OHAS) é um sistema que recebe entradas e envia saídas para seu ambiente. A ideia de sistema aberto pode ser aplicada não apenas a arquiteturas de sistemas e estruturas organizacionais, mas também a práticas de trabalho, interfaces humano-computador e relacionamento entre pessoas e tecnologias: pode-se citar, por exemplo, sistemas de agendamento, sistemas de controle e Sistemas de Suporte à Decisão. Um sistema aberto também é adaptativo quando permite às pessoas um grande grau de liberdade para definir o modo de operação do sistema. Por exemplo, na área de manufatura avançada, os requisitos de um sistema automatizado híbrido aberto podem ser atendidos por meio do conceito de Manufatura Humana e Integrada por Computador (HCIM). Nessa visão, o design da tecnologia deve abordar a arquitetura geral do sistema HCIM, incluindo o seguinte: (1) considerações da rede de grupos, (2) a estrutura de cada grupo, (3) a interação entre os grupos, (4) a natureza do software de suporte e (5) comunicação técnica e necessidades de integração entre os módulos de software de suporte.

O sistema automatizado híbrido adaptativo, ao contrário do sistema fechado, não restringe o que os operadores humanos podem fazer. O papel do designer de um HAS é criar um sistema que satisfaça as preferências pessoais do usuário e permita que seus usuários trabalhem da maneira que acharem mais apropriada. Um pré-requisito para permitir a entrada do usuário é o desenvolvimento de uma metodologia de design adaptável, ou seja, um OHAS que permita a tecnologia assistida por computador para sua implementação no processo de design. A necessidade de desenvolver uma metodologia para design adaptativo é um dos requisitos imediatos para concretizar o conceito OHAS na prática. Um novo nível de tecnologia adaptativa de controle de supervisão humana também precisa ser desenvolvido. Essa tecnologia deve permitir que o operador humano “veja através” do sistema de controle invisível do funcionamento do HAS – por exemplo, pela aplicação de um sistema de vídeo interativo de alta velocidade em cada ponto de controle e operação do sistema. Finalmente, uma metodologia para o desenvolvimento de um suporte baseado em computador inteligente e altamente adaptável de papéis humanos e funcionamento humano nos sistemas automatizados híbridos também é muito necessária.

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