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O design de Interface Humana-Máquina (HMI) desempenha um papel crucial na automação industrial, atuando como ponte entre operadores de máquinas e sistemas industriais, permitindo que eles monitorem processos, controlem equipamentos e resolvam problemas de forma eficiente.O design efetivo de HMI representa a diferença crítica entre operações eficientes e seguras de instalações e erros caros que levam a perdas de produção, incidentes de segurança e frustração do operador.A qualidade do design de interface humana impacta diretamente a segurança da planta, eficiência operacional e rentabilidade em todos os setores industriais.

Um HMI intuitivo e bem projetado melhora a produtividade, reduz o erro humano e aumenta a segurança no local de trabalho. Sistemas HMI bem desenhados reduzem a carga cognitiva sobre os operadores, apresentando informações em hierarquias lógicas que combinam modelos mentais de fluxo de processo e relações de equipamentos, com pesquisas demonstrando que operadores que usam interfaces corretamente projetadas tomam decisões 40-60% mais rápidas em situações anormais.

O que é o Design de Interfaces Humanas-Máquinas?

O design de interface humano-máquina (HMI) cria sistemas e telas para os usuários interagirem com máquinas, software de desenvolvimento ou dispositivos, onde uma pessoa usa uma interface visual ou digital para dar um comando ou receber feedback de uma máquina. Uma Interface humano-máquina (HMI) é uma interface digital ou física que permite aos operadores interagir com máquinas, processos de controle e visualização de dados.

Cada interface humano-máquina é finalmente projetado para ajudar as pessoas a ver o que está acontecendo, tomar medidas quando necessário, e manter-se no controle. O valor de uma Interface Humano-Máquina (HMI) é derivado de como ajuda bem o operador de piso de planta para supervisionar o processo de fabricação, por mais automatizado que um processo de fabricação possa ser, ainda há uma necessidade de um operador para monitorá-lo, controlá-lo e, às vezes, intervir para resolver problemas.

A Evolução da Tecnologia HMI

Os primeiros dias de interfaces de controle consistiram em bancos de interruptores físicos, medidores analógicos e gravadores de cartas de papel, seguidos pelo primeiro HMI que eram telas catódicos de tubos de raios (CRT) que mostravam gráficos simples, depois displays de cristais líquidos (LCDs) que introduziam cor na interface. A introdução de telas sensíveis ao toque marcou um grande avanço em tecnologia, facilitando o desenvolvimento de interfaces amigáveis que apresentavam dados em tempo real e forneceu um meio de controle que foi intuitiva e visualmente atraente.

À medida que os HMIs evoluíram, suas capacidades se expandiram significativamente, oferecendo agora uma gama de recursos para melhorar a funcionalidade, como registro de dados, gerenciamento de alarmes, acesso remoto e diagnósticos. Com o advento da computação em nuvem e da Internet das Coisas (IoT), os HMIs tornaram-se ainda mais poderosos, permitindo o monitoramento e controle em tempo real de qualquer lugar do mundo.

Há vinte anos, os trabalhadores industriais usaram HMIs simples com um software até o produto expirar, mas hoje, os smartphones estão definindo novos padrões para a experiência do usuário, e os trabalhadores digitalmente nativos esperam interfaces sofisticadas que espelham a funcionalidade do smartphone como um mínimo, mesmo em ambientes de fábrica.

O quadro normalizado ISA-101

ISA-101 (Human Machine Interfaces for Process Automation Systems) é um padrão internacional publicado pela International Society of Automation (ISA) que define as melhores práticas para o design de HMI em automação industrial, abrangendo a hierarquia de exibição, uso de cores, integração de alarmes, interação de usuários e gerenciamento de ciclo de vida. A série ISA-101 de padrões e relatórios técnicos fornece um roteiro confiável para projetar, implementar, operar e manter Interfaces de Máquinas Humanas (HMIs) em sistemas modernos de automação de processos, com foco na melhoria da segurança, qualidade, produtividade e confiabilidade.

Esses princípios derivam de pesquisas de engenharia de fatores humanos e décadas de experiência em automação industrial em diversos ambientes de processo e fabricação. Todas as recomendações seguem os padrões ISA-101 e as práticas comprovadas da indústria.

Abordagem do ciclo de vida do HMI

Criar e manter uma estratégia eficaz de IHM é um processo multi-passo que pode durar décadas desde conceitos iniciais até o desmantelamento, com ISA-101 adotando uma abordagem de ciclo de vida para uma gestão eficaz de IHM e buscando identificar, definir e atender diferentes necessidades ao longo deste período de tempo. Como um verdadeiro padrão baseado no ciclo de vida, ISA-101 define como melhor usar tecnologias através de todas as fases do ciclo de vida de IHM, desde o projeto até a implementação, operações e manutenção, semelhante ao padrão ISA 18.2/IEC 62682 para gerenciamento de alarmes e as normas ISA 84/IEC 61508 e 61511 para segurança de processos.

As principais etapas do ciclo de vida do HMI são Design, Implementação e Operação, com o HMI Philosophy, Style Guide e Toolkits fornecendo um conjunto de documentação consistente para a gestão do HMI no local ou em toda a empresa, enquanto processos de trabalho contínuos, incluindo MOC, Auditoria e Validação, podem ocorrer ao longo do ciclo de vida.

Documento de Filosofia HMI

O documento de filosofia HMI explica os princípios e objetivos da gestão HMI no local ou em uma empresa maior, e é independente da plataforma de automação, explicando como será implementado o ciclo de vida ISA-101, e os papéis e responsabilidades para os indivíduos envolvidos. A filosofia HMI fornece princípios de orientação independentes ou específicos para o projeto HMI em sua fábrica.

Guia de Estilo HMI

O Guia de Estilo HMI explica aspectos específicos da implementação da filosofia HMI em um ambiente específico de plataforma de sistema de automação, com o entendimento da mecânica da plataforma de sistema de automação sendo usada garantindo que a implementação seja facilmente mantendível e garantindo que as capacidades padrão da plataforma sejam usadas tanto quanto possível. Ao implementar esses princípios em um projeto real, priorize a padronização de modelos de tela antes de construir telas individuais, definindo layout de cabeçalho, paleta de cores, tamanhos de fontes, estilos de botões e colocação de banners de alarme uma vez.

Princípios fundamentais do design eficaz de IHM

Os princípios de design HMI principais estabelecem a base para criar interfaces de operador eficazes, independentemente de indústria, plataforma ou aplicação específicas. As áreas de foco principais incluem design centrado no homem, estruturas de exibição eficazes, interação intuitiva com o usuário e a importância do treinamento do operador.

Hierarquia Visual e Arquitetura de Informação

A hierarquia visual orienta a atenção do operador às informações mais importantes, mantendo a consciência do estado geral do sistema, com implementação de hierarquia adequada usando tamanho, cor, contraste, posição e animação para criar uma clara distinção entre alarmes críticos, variáveis de processo importantes e informações de fundo que os operadores precisam para o contexto, mas não ação imediata.

A arquitetura de informação organiza conteúdo de HMI em estruturas lógicas que combinam com os modelos mentais de operador de equipamentos de processo e estratégias de controle, com organização eficaz seguindo fluxo de processo, agrupamento de equipamentos ou áreas funcionais, em vez de arranjos arbitrários.

Simplificação sem perda de informação

Simplificação não significa remover informações importantes – significa organizar e apresentar informações de forma eficiente sem confusão ou confusão, com telas HMI bem projetadas que transmitem relações complexas de processo claramente através de layout pensativo, abstração adequada e agrupamento lógico, em vez de mostrar todos os possíveis pontos de dados simultaneamente.

Um HMI bem concebido com os componentes de interface adequados deve apresentar apenas informações essenciais num layout limpo e estruturado, aumentando a eficiência e a usabilidade, mostrando apenas dados essenciais para evitar a desordem de ecrã.

Indicação inequívoca e rotulagem clara

A indicação inequívoca garante que os operadores possam determinar o estado do equipamento, as condições de alarme e as variáveis de processo de relance sem interpretar símbolos ambíguos ou ler texto detalhado, com clara diferenciação visual entre o equipamento de execução e parado, condições normais e anormais, e modos de controle automáticos versus manuais, evitando a interpretação incorreta.

A rotulagem significativa usa nomes descritivos que os operadores entendem em vez de abreviaturas enigmáticas, nomes de tags PLC ou terminologia de engenharia. As etiquetas devem corresponder à compreensão dos usuários sobre a máquina ou operações (seu modelo mental), pois os usuários podem não se referir ao tanque por sua etiqueta técnica, mesmo que essa seja a designação técnica, em vez de se referir a ela por um nome mais familiar.

Exibir estrutura de hierarquia e navegação

O ISA-101 fornece um quadro e diretrizes para o projeto e implementação de IHMs em indústrias de processos, enfatizando a criação de interfaces que melhorem a segurança, eficiência e confiabilidade das respostas operacionais.Um dos aspectos mais importantes do ISA-101 é sua abordagem hierárquica para a organização de exibição.

A Hierarquia de Quatro Níveis

Os projetos de displays HMI devem ser baseados em análise de tarefas e ergonomia, e não em P&IDs, com displays que necessitam fornecer para a execução de tarefas detalhadas, bem como uma visão geral do domínio de controle do operador, e uma hierarquia de navegação de exibição desenvolvida permitindo que o operador desempenhe níveis de detalhe maiores, com ISA-101 recomendando não mais de quatro níveis de hierarquia.

Nível 1 - Apresentação geral: A tela de visão geral mostra todo o processo em um nível alto com indicadores de desempenho e status chave para cada seção principal, servindo como a tela inicial e a tela que deve aparecer após qualquer período de inatividade. Os monitores de nível 1 ou nível 2 devem ser baseados no domínio de controle do operador e KPIs (indicadores de desempenho chave), não baseados em P&IDs, e devem fornecer um estado conciso mas informativo do processo.

Nível 2 - Telas de Área:] Telas de área mostram uma tela por seção de processo principal mostrando detalhes do equipamento, parâmetros operacionais e controles locais.

Nível 3 - Ecrãs de detalhe de tarefas: Os operadores podem controlar componentes individuais, como bombas, válvulas ou caldeiras deste nível, equipados com os dados, controles e status operacional detalhados necessários em tempo real, projetados para o engajamento ativo com o processo, onde a maioria das operações de rotina são executadas.

Nível 4 - Configuração e Diagnóstico: As telas de nível 4 são usadas para configurações, atividades de manutenção, diagnósticos do sistema e tarefas de configuração e são frequentemente associadas com controles de faceplate para dispositivos, sequências, parâmetros unitários, etc., com essas interfaces menos acessadas e tipicamente restritas a pessoal especializado, incluindo configurações detalhadas que podem ajustar os parâmetros do processo ou equipamento, e fornecendo dados diagnósticos abrangentes úteis para solução de problemas e manutenção.

Melhores Práticas de Navegação

Os operadores devem poder chegar a qualquer ecrã de qualquer outra tela em dois toques ou cliques. Evite árvores de navegação profundas. Cada nível é projetado para fornecer informações que sejam contextualmente relevantes para necessidades operacionais específicas e papéis do usuário, garantindo que os operadores não sejam sobrecarregados por dados desnecessários, mas também permitindo que eles avaliem rapidamente e com precisão situações operacionais e tomem decisões informadas.

Teoria da Cor e padrões de design visual

Um dos aspectos mais incompreendidos do ISA-101 é a sua abordagem ao uso da cor. Muitos acreditam que o ISA-101 simplesmente defende o uso de gráficos em tons de cinza em Interfaces de Máquinas Humanas (HMIs), que alguns operadores acham visualmente desagradável e pouco inspirador, no entanto, esta percepção perde a intenção mais ampla e mais crucial do padrão: aumentar a usabilidade e promover a tomada de decisão eficaz através de projetos bem organizados de HMI.

O propósito dos fundos cinzentos

O HMI eficaz segue os princípios de alto desempenho ISA-101: fundos cinzentos em vez de gráficos coloridos, hierarquia de informações de visão geral a detalhes, uso limitado de cor. A abordagem de fundo cinza serve para um propósito específico: permite que a cor seja reservada para indicar condições anormais e informações críticas, tornando estes elementos imediatamente visíveis para os operadores.

Use cor, posição, isolamento e tamanho para enfatizar informações importantes. Quando a cor é usada com moderação contra um fundo neutro, ela se torna uma ferramenta poderosa para chamar a atenção para o que mais importa.

Desenho para o prejuízo de cor

O design moderno do HMI deve ser responsável por operadores com vários tipos de deficiências de visão colorida. As melhores práticas incluem usar métodos de codificação redundantes que não dependem apenas da cor para transmitir informações críticas. Isto pode incluir combinar cor com forma, posição, brilho ou rótulos de texto para garantir que todos os operadores possam interpretar com precisão o estado do sistema, independentemente das suas capacidades de percepção de cores.

Sistemas de Gestão e Notificação de Alarmes

Os operadores precisam de sistemas de alarme claros e bem organizados para responder rapidamente a potenciais problemas. Um dos aspectos mais críticos do projeto do HMI é o gerenciamento eficaz de alarmes, impactando diretamente os tempos de resposta do operador e os resultados de segurança.

Priorização e Apresentação do Alarme

Os sistemas de alarme devem distinguir claramente entre diferentes níveis de prioridade, garantindo que alarmes críticos imediatamente capturam a atenção do operador, enquanto notificações de prioridade inferior não criam distração desnecessária.

As capacidades de estante e supressão de alarme devem ser integradas no HMI, mas com níveis de segurança adequados e temporizadores automáticos desmontáveis, sem que nenhum alarme seja permanentemente silenciado sem uma revisão da gestão da mudança.

Prevenção de Inundações de Alarme

Uma das situações mais perigosas na automação industrial ocorre quando os operadores enfrentam inundações de alarmes – dezenas ou centenas de alarmes ativando simultaneamente durante uma situação anormal. O design efetivo do HMI evita inundações de alarmes através de racionalização inteligente de alarmes, agrupamento de alarmes relacionados e implementação de lógica de supressão de alarmes adequada que impede alarmes em cascata de operadores esmagadoras quando eles mais precisam de clareza.

Visualização de dados e Ecrãs Analógicos

Os objetivos mais importantes para se focar na otimização do IHM são transformar os dados em informações úteis e chamar a atenção para as informações que são mais importantes para o operador ver.

Vantagens de Exibe Analog

Os monitores analógicos são mais eficazes do que os monitores digitais para colocar dados em um contexto prático, semelhante a como um relógio analógico é melhor do que um relógio digital para mostrar quanto tempo você tem até sua próxima reunião quando você está com pressa, pois o relógio digital simplesmente tem números que mostram a que horas é, enquanto um relógio analógico exibe o tempo atual e torna fácil ver quanto tempo resta.

A partir desse pequeno exemplo, você pode imaginar o quanto mais fácil monitores analógicos torná-lo para avaliar dezenas de valores de processo em uma tela, com o operador instantaneamente capaz de ver onde as condições atuais estão em comparação com as condições desejadas.

Tendências incorporadas e dados históricos

Use tendências incorporadas que mostram onde os dados estão indo. Permita que as tendências e dados históricos sejam facilmente reutilizados e integrados. Os displays de tendências ajudam os operadores a entender não apenas as condições atuais, mas a direção e a taxa de mudança, permitindo uma intervenção proativa antes que as condições atinjam os limiares críticos.

Consciência Situacional e Eficácia do Operador

Um HMI bem concebido facilita a supervisão humana eficaz, aumenta a consciência situacional e atenua os riscos associados a falhas do sistema ou cenários inesperados.A abordagem em camadas delineada pelo ISA-101 é fundamental para manter a consciência situacional.

Apoio à tomada de decisões sob pressão

Ao transmitir informações importantes de forma eficaz, um HMI de alto desempenho pode auxiliar os operadores na avaliação rápida do que precisa ser feito. Os HMIs, com sua capacidade de apresentar grandes quantidades de informação de forma facilmente digestível, contribuíram para ganhos significativos em eficiência, com dados em tempo real sobre variáveis de processo, status de equipamentos e métricas de produção capacitando os operadores a tomarem decisões informadas rapidamente.

Um HMI bem projetado é a diferença entre um operador que pega um problema em desenvolvimento em segundos e um que olha para uma tela cheia de cores piscando enquanto a produção pára, com telas mal projetadas levando a tempos de resposta mais lentos, taxas de erro mais elevadas e operadores frustrados que recorrem a soluções alternativas que comprometem o sistema.

Redução da carga cognitiva

Carga cognitiva refere-se ao esforço mental necessário para processar informações e tomar decisões.O design efetivo do HMI minimiza a carga cognitiva desnecessária, apresentando informações em formatos intuitivos, utilizando convenções consistentes e eliminando a desordem visual, o que permite que os operadores concentrem seus recursos mentais na compreensão das condições do processo e na tomada de decisões de controle adequadas, em vez de se esforçarem para interpretar a própria interface.

Apresentação de Tipografia e Texto

O texto em telas HMI deve ser claro e fácil de ler, pois é importante para o entendimento dos usuários sobre navegação, usando a fonte Sans Serif para melhorar a legibilidade e um tamanho de fonte consistente para dados, legendas, título e cabeçalhos (tipicamente fonte 10pt).

Os dados primários devem ser maiores e usar uma face de tipo a negrito, usando um tamanho de fonte maior do que as respectivas etiquetas e unidades para fazer os dados se destacarem. Os tamanhos de letra são dependentes do tamanho da tela e como os usuários visualizam o monitor, com um monitor grande montado em uma parede ou teto que é destinado a mostrar dados a uma distância dos usuários que potencialmente precisam de uma fonte maior do que um monitor visto de perto.

Os dados numéricos que estão relacionados e que se destinam a ser comparados devem ser justificados com os pontos decimais alinhados. Este alinhamento facilita aos operadores a verificação e comparação rápidas dos valores.

Resposta e desempenho em tempo real

Um HMI que fica atrás do processo é pior do que nenhum HMI, com taxas de atualização de tela precisando ser rápido o suficiente para que os operadores percebam o display como em tempo real, com uma taxa de atualização de um segundo adequada para a maioria das aplicações de processo, embora aplicações discretas de alta velocidade como sistemas de montagem automatizados possam exigir atualizações de subsegundos em indicadores críticos.

Teste seu desempenho HMI em condições realistas: cargas de alarme completas, telas múltiplas abertas, histórico de registro ativo e a rede que transporta tráfego normal, pois problemas de desempenho que aparecem apenas sob carga são os mais prejudiciais porque ocorrem precisamente quando o operador mais precisa do sistema.

Design e personalização com o usuário

Nem todos os operadores de máquinas têm o mesmo nível de experiência técnica, com a personalização de HMIs para diferentes níveis de usuário melhorando a usabilidade e eficiência. Sistemas modernos HMI devem suportar o acesso e personalização baseados em funções, permitindo que diferentes grupos de usuários acessem as informações e controles relevantes para suas responsabilidades.

Envolver os utilizadores finais no Design

A implementação de um bom projeto de HMI envolve colaboração entre engenheiros, designers e usuários finais. Fornecedores de automação e integradores de sistema que aconselham os usuários ao desenvolver este documento podem aproveitar experiências de trabalho através de implementações de HMI em muitas indústrias. A realização de testes de usuários ajuda a identificar problemas de usabilidade antes da implantação e a coleta de feedback do operador durante a operação permite melhorias contínuas.

Os sistemas HMI devem evoluir com base no feedback do operador real para maximizar a usabilidade. Um HMI nunca deve ser considerado estático, com sistemas necessários para monitoramento periódico, para coleta e avaliação de feedback do usuário, e para fazer revisões para otimizar os monitores HMI ao longo do tempo, com o procedimento incluindo registros de alterações detalhadas.

Modernas Tecnologias e Plataformas HMI

O mercado de automação industrial oferece inúmeras plataformas HMI, cada uma com pontos fortes e capacidades específicas. Compreender recursos específicos de plataforma ajuda designers a aproveitar a funcionalidade integrada em vez de criar soluções personalizadas.

Plataformas populares de IHM

A ignição (Perspective) usa design responsivo integrado para HMIs compatíveis com dispositivos móveis e aproveita a biblioteca de componentes para uma aparência consistente. FactoryTalk View usa objetos globais para componentes reutilizáveis e implementa navegação via macros de exibição. AVEVA InTouch usa gráficos ArchestrA para elementos de exibição escaláveis e reutilizáveis.

Design móvel e responsivo

Ambientes industriais modernos exigem projetos de HMI que suportem operadores experientes e novos funcionários, funcionem de forma confiável em diferentes tamanhos de tela e resoluções, se integrem perfeitamente com dispositivos móveis e forneçam a consciência situacional necessária para um controle eficaz do processo em sistemas de automação cada vez mais complexos.

Painéis rolaveis e layouts adaptativos responsivos estão se tornando padrão, com alguns sistemas automatizando a colocação de elementos para que os usuários não tenham que se preocupar com decisões de design, garantindo que os painéis permaneçam legíveis e funcionais em qualquer dispositivo.

Escalabilidade e manutenção de longo prazo

Sua arquitetura HMI precisa permanecer confiável à medida que a tecnologia evolui e o usuário exige mudanças, com a importância da eficiência a curto prazo, mas o verdadeiro sucesso significa projetar para adaptabilidade a longo prazo.

Arquitetura Baseada em Componentes

Desenvolvedores e designers podem trabalhar melhor juntos para otimizar o desempenho do HMI, tanto a curto prazo quanto a longo prazo, por meio da componente de sua arquitetura e não criar uma solução monolítica. Crie componentes modulares e reutilizáveis para tornar a criação do painel simples e consistente, organize conteúdo com seções para clareza e foco e permita visualização de dados flexível e guiada, incluindo widgets personalizados.

Seja um painel de controle para operar máquinas pesadas ou um aparelho de monitoramento da segurança de uma usina elétrica, os designers da HMI devem ter como objetivo uma arquitetura consistente e escalável, com uma arquitetura consistente proveniente do uso de tecnologia bem estabelecida para todos os seus componentes e módulos HMI e alinhar seu projeto, arquitetura, documentação e código fonte de software HMI.

Benefícios da Padronização

Consistência e escalabilidade são cruciais para garantir confiabilidade de software de longo prazo e funcionalidade avançada, pois permitem que você se adapte às últimas tendências, desde a incorporação de novos modelos de IA até a adaptação a novos hardwares, trabalhar com vários parceiros usando tecnologia bem estabelecida, reduzir os custos de manutenção, alinhando todas as partes-chave da produção de software e ajudando novos desenvolvedores e clientes a reutilizar componentes e módulos de software anteriores.

Controle de Segurança e Acesso

A segurança é fundamental na automação industrial, impedindo alterações não autorizadas nas configurações de máquinas. Os modernos sistemas HMI devem implementar medidas de segurança robustas, incluindo autenticação do usuário, controle de acesso baseado em funções, registro de auditoria e proteção contra ameaças cibernéticas.

Um HMI bem projetado serve como uma proteção crucial contra ameaças cibernéticas, impedindo o acesso não autorizado e garantindo a integridade das operações veiculares em ambientes cada vez mais conectados. Embora esta referência se relacione com aplicações automotivas, o princípio se aplica igualmente à automação industrial, onde sistemas conectados enfrentam desafios de segurança semelhantes.

Protocolos de comunicação e integração

Os HMIs devem suportar vários protocolos de comunicação para garantir uma integração perfeita com uma ampla gama de equipamentos industriais, com alguns dos protocolos mais comuns, incluindo Ethernet/IP, PROFINET e MODBUS TCP/IP para comunicação baseada em Ethernet e PROFIBUS.

A escolha do protocolo afeta a capacidade do HMI de se comunicar com CLPs, sensores e outros dispositivos no sistema de automação. Os CIMs frequentemente precisam interagir com os sistemas Supervisory Control e Data Acquisition (SCADA) para monitoramento e controle de alto nível.

Teste, Validação e Comissionamento

Como parte do modelo de ciclo de vida ISA-101, os monitores HMI novos e revistos devem ser testados antes de serem colocados em funcionamento, com um sistema de simulação capaz de melhorar muito as atividades de teste e treinamento.

Os ensaios completos devem incluir ensaios funcionais para verificar todos os controlos e ecrãs de acordo com o previsto, ensaios de desempenho em condições de carga realistas, ensaios de usabilidade com operadores reais e validação de que o HMI cumpre todos os requisitos e normas especificados.

Formação e Competência do Operador

Mesmo o HMI mais bem projetado requer treinamento adequado do operador para alcançar todo o seu potencial. Programas de treinamento devem abranger não apenas como usar a interface, mas também a lógica de processo subjacente, procedimentos de resposta de alarme e técnicas de solução de problemas.

Os esforços de fase de implementação do ISA-101 incluem requisitos para testes, documentação e treinamento. O treinamento eficaz garante que os operadores compreendam as capacidades do HMI e possam usá-lo de forma eficaz durante operações normais e situações anormais.

Processos de Gestão das Alterações (MOC)

Ajude os usuários finais a estabelecer um processo para gerenciar mudanças na estratégia, displays, gráficos, locais, etc., com o procedimento incluindo testes e requisitos de treinamento. Na fase de operações, o ISA-101 abrange a gestão de mudanças e requisitos para operações de HMI, manutenção e desativação.

Um processo MOC robusto garante que as modificações do HMI sejam devidamente avaliadas, testadas, documentadas e comunicadas antes da implementação, o que evita consequências não intencionais e mantém a integridade do sistema ao longo do tempo.

Considerações específicas da indústria

Embora o ISA-101 forneça princípios gerais aplicáveis em todas as indústrias, setores específicos podem ter requisitos únicos. Indústrias de processos como fabricação química, petróleo e gás e farmacêuticas muitas vezes requerem amplas capacidades de gerenciamento de alarme e controle de lotes.A fabricação discreta pode priorizar atualizações de dados de alta velocidade e visualização de status de máquina.

Este guia abrangente de design HMI foi desenvolvido por engenheiros de automação industrial com 20 anos de experiência em projetar interfaces de operador para processamento químico, fabricação, tratamento de água e instalações de geração de energia.

Erros comuns de projeto de IHM para evitar

Quando um HMI não está em um estado ideal, pode se tornar mais um obstáculo do que uma solução, com um dos problemas mais comuns do HMI é que as telas ficam tão desordenadas com cor e detalhe que é difícil para o operador avaliar rapidamente a situação.

Outros erros comuns incluem:

  • Usando nomes de tags PLC em vez de rótulos compatíveis com o operador
  • Organizar monitores com base na localização do equipamento e não em tarefas operacionais
  • Implementação de padrões de navegação inconsistentes em diferentes telas
  • Excedendo a animação e elementos dinâmicos que distraiem ao invés de informar
  • Não é possível testar o desempenho do HMI em condições de carga realistas
  • Negligenciando para reunir e incorporar feedback do operador
  • Criar hierarquias de navegação profundas que exigem cliques excessivos para alcançar informações críticas

Medindo a eficácia do IHM

As organizações devem estabelecer métricas para avaliar a eficácia do HMI e identificar oportunidades de melhoria.Os principais indicadores de desempenho podem incluir tempo de resposta do operador aos alarmes, frequência de erros do operador, tempo necessário para completar tarefas comuns, escores de satisfação do operador e taxas de incidentes relacionados aos problemas de usabilidade do HMI.

Ao adotar esses padrões, as equipes podem reduzir o erro do operador e melhorar a conscientização situacional. Quantificar essas melhorias ajuda a justificar o investimento em atualizações do HMI e demonstra o valor comercial de seguir padrões de design.

Tendências futuras no design de HMI

O campo de design HMI continua a evoluir com tecnologias emergentes e mudanças de expectativas do operador. Inteligência artificial e aprendizado de máquina estão começando a permitir análises preditivas e filtragem inteligente de alarme. Realidade aumentada oferece novas possibilidades para sobreposição de informações digitais sobre equipamentos físicos. Controle de voz e interfaces baseadas em gestos podem complementar métodos de entrada tradicionais em aplicações apropriadas.

Ao explorar desafios de usabilidade, avanços tecnológicos e a integração de tecnologias em rápida evolução, como IA (Inteligência Artificial), AR (Realidade Aumentada) e controles baseados em gestos, este estudo destaca como os IHMs eficazes minimizam a carga cognitiva mantendo a funcionalidade.

A SPS 2025 reforçou que o grande design do painel é universal e matizado, com painéis agora uma expectativa de base, mas o verdadeiro desafio é torná-los intuitivos, coesos e genuinamente úteis.

Estratégias de Implementação Prática

A norma ISA-101 fornece um quadro formal para o design de HMI, mas você não precisa implementar um documento completo de filosofia HMI para fazer melhorias significativas, com diretrizes práticas elaboradas de décadas de construção e comissionamento de equipamentos de automação em todas as indústrias.

Começando com os sistemas existentes

Organizações com sistemas HMI legados podem implementar melhorias incrementais em vez de exigir reprojetos completos. Foque primeiro nos monitores mais críticos e melhorias de maior impacto. Padronize o uso de cores, melhore a apresentação de alarmes e melhore a navegação antes de abordar reprojetos abrangentes.

Construir Novos Sistemas

Para novos projetos HMI, investir tempo adiantado no desenvolvimento de documentos abrangentes de filosofia e estilo guia. Crie modelos reutilizáveis e bibliotecas de componentes. Envolver operadores no início do processo de design e realizar testes iterativos durante todo o desenvolvimento.

Isso pode ajudá-lo na implementação do ISA 101.01 em sua aplicação, fornecendo diretrizes reutilizáveis que seguem padrões como ponto de partida para seu próprio Guia de Estilo HMI, que pode ser simplificado ainda mais usando bibliotecas reutilizáveis como seu kit de ferramentas HMI para implementação.

Considerações sobre os custos e ROI

O investimento no design HMI adequado é modesto em comparação com o custo do sistema de automação que controla, mas o impacto nas operações diárias é desproporcionalmente grande, com um operador que confia na interface e pode encontrar informações rapidamente sendo um operador que mantém a produção em execução.

Mesmo hoje, com as novas ferramentas e abordagens oferecidas para o HMI, muitos usuários finais gastarão até US$ 10.000 ou mais para desenvolver cada página de gráficos do HMI para suas operações de processo. No entanto, este investimento paga dividendos através de tempo de inatividade reduzido, resolução de problemas mais rápida, menos erros de operador e melhores resultados de segurança.

Recursos para uma aprendizagem mais aprofundada

Os profissionais que procuram aprofundar sua experiência em design HMI têm inúmeros recursos disponíveis. O próprio padrão ISA-101 fornece uma orientação abrangente, enquanto os relatórios técnicos se expandem sobre temas específicos. As conferências industriais oferecem oportunidades para ver implementações do mundo real e aprender com profissionais experientes.

Livros como "O Manual HMI de Alto Desempenho" fornecem orientação prática baseada na experiência de campo. Comunidades on-line e organizações profissionais facilitam o compartilhamento de conhecimento entre designers de HMI e profissionais de automação. Muitos fornecedores de automação oferecem programas de treinamento específicos para suas plataformas.

Para mais informações sobre os padrões de automação industrial e as melhores práticas, visite o site da Sociedade Internacional de Automação . Recursos adicionais sobre engenharia de fatores humanos podem ser encontrados através da Sociedade de Fatores Humanos e Ergonomia[].

Conclusão

O design HMI eficaz representa muito mais do que criar gráficos atraentes ou implementar a mais recente tecnologia. Requer uma abordagem sistemática baseada em engenharia de fatores humanos, padrões da indústria e experiência operacional prática. ISA-101 é mais do que apenas uma orientação para o uso de gráficos em escala de cinza – é uma abordagem abrangente para o projeto HMI que aumenta a eficácia e segurança do operador, com a compreensão e implementação da organização baseada em nível de HMIs, conforme prescrito pela ISA-101, permitindo que as indústrias de processo melhorem significativamente sua clareza operacional e eficácia de resposta.

O design HMI desempenha um papel fundamental na determinação da capacidade de um operador de gerenciar os sistemas de uma instalação industrial de forma eficaz, particularmente ao detectar e resolver uma situação anormal, com a adoção de padrões de design, como os desenvolvidos por grupos como ANSI e ISA, permitindo que as organizações adicionem um contexto valioso aos dados de uma forma consistente, clara e escalável.

Ao seguir princípios estabelecidos, envolvendo usuários finais durante todo o processo de design, implementando uma gestão adequada do ciclo de vida e comprometendo-se a melhorar continuamente, as organizações podem criar sistemas HMI que realmente capacitam os operadores a monitorar e controlar sistemas complexos de automação de forma segura e eficiente.O investimento em design HMI adequado proporciona retornos mensuráveis através de melhoria da segurança, redução de erros, tempo de resposta mais rápido e aumento da produtividade operacional.

À medida que os sistemas de automação continuam crescendo em complexidade e capacidade, a importância de interfaces humanos-máquinas eficazes só aumentará. Organizações que priorizam a excelência de projeto HMI posicionam-se para o sucesso operacional em um cenário industrial cada vez mais competitivo e exigente.