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APLICAÇÕES DA TECNOLOGIA DE

SIMULAÇÃO HUMANA EM PROJETOS DE SITUAÇÕES PRODUTIVAS

Daniel Braatz (UFSCar) [email protected]

Luiz Antonio Tonin (UFSCar) [email protected]

João Alber to Camarotto (UFSCar) [email protected]

Nilton Luiz Menegon (UFSCar) [email protected]

Miguel Antonio Bueno da Costa (UFSCar) [email protected] Isaías Torres (UFSCar)

[email protected]

Este artigo apresenta através de diversas aplicações, desenvolvidas nos últimos nove anos, as possibilidades e limitações da tecnologia computacional de modelagem e simulação humana no processo de projeto de situações produtivas. Os referennciais teóricos são baseados na ergonomia e no design de engenharia, os quais devem determinar e orientar o contexto global para aplicação correta e eficaz da simulação humana. O software utilizado é o Jack (Tecnomatix) da UGS e os desenvolvimentos realizados ocorreram em diferentes projetos em organizações públicas e privadas. Palavras-chaves: Simulação Humana, Ergonomia, Projeto de Situações Produtivas

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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007

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1. Introdução

O uso crescente de tecnologias computacionais em projetos de ambientes produtivos pode ser explicado pela necessidade de dinamiza-los, diminuindo o tempo do processo de projeto e conseqüentemente o custo associado ao mesmo. Outro benefício é a possibilidade de minimizar erros ou falhas, isto ocorre, pois uma das principais vantagens da utilização de ferramentas computacionais é a diversidade de fatores (informações, em um alto nível de detalhe) que as mesmas consideram.

Este trabalho mostra o uso do software Jack, pertencente à família Tecnomatix da UGS. Sendo categorizado como um software de modelagem e simulação humana, ele permite integrar projetos construídos em CAD e dispositivos de imersão e captura de movimentos, características estas que o aproximam da tecnologia de realidade virtual. A finalidade principal deste software é a consideração dos fatores humanos (ergonomia) no projeto de produtos orientados aos seres humanos, projeto e avaliação por manufatura virtual e planejamento de tarefas especiais (por exemplo: manutenção, locais de difícil acesso e visibilidade).

Os desenvolvimentos apresentados neste artigo são integrantes de projetos realizados pelos grupos de pesquisa SimuCAD e Ergo&Ação do Departamento de Engenharia de Produção da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

2. Metodologia e Referencial Teór ico

A aplicação de um software de projeto deve estar inserida em um contexto global, que contemple desde a etapa de análise da situação a ser projetada até a implementação final e difusão das soluções.

A metodologia utilizada pelo grupo de pesquisa Ergo&Ação nos projetos de sistemas produtivos é a Análise Ergonômica do Trabalho, que, segundo Menegon et al. (2004), pode ser caracterizada por uma seqüência de etapas fundamentais para análise de situações produtivas e desenvolvimento de soluções.

A etapa de aplicação da ferramenta computacional Jack dentro deste contexto é apresentada em Braatz et al. (2006) na figura 1.

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Simulação Humana

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Figura 1 – Contextualização da Simulação Humana em um processo de estudo ergonômico

3. Desenvolvimento

As aplicações das técnicas de simulação humana utilizando o software Jack para o projeto de situações produtivas estão, na maioria das vezes, relacionadas a projetos de extensão em empresas públicas e privadas. O software é utilizado na UFSCar desde 1998 e é utilizado em disciplinas de Engenharia do Trabalho, Projeto de Instalações Industriais, Projeto do Produto, Ergonomia, entre outras.

Neste período, os grupos SimuCAD e Ergo&Ação utilizaram o software como suporte à decisão e projeto de situações produtivas, conforme mostrado na tabela 1.

Ano Empresa/Local Objetivo 1998 Empresa pública de serviços postais. Área

Operacional – Unidades de Tratamento e Distribuição.

Projeto conceitual de um posto de trabalho informatizado.

2001 Empresa do setor aeronáutico. Departamento de Produção.

Atualização e melhorias das normas para Projetistas de Gabarito.

2002 Empresa do setor aeronáutico. Departamento de Produção.

Desenvolvimento de projeto acadêmico visando a melhoria do ensino de engenharia (REENGE III).

2003 Empresa do setor de linha branca. Linha de Montagem das Tampas de Máquinas de Lavar.

Avaliar projeto conceitual de posto de trabalho da Linha de montagem.

2004 UFSCar . Equipe Mini-Baja. Avaliar as posturas dos pilotos em diferentes cockpits (atual com relação ao modelo do ano anterior).

2003/2004 Empresa pública de serviços postais. Área de Atendimento.

Desenvolvimento de Agência Conceitual.

2003/2004 Empresa pública de serviços postais. Área de Atendimento.

Desenvolvimento de um Balcão Protótipo para unidades de atendimento.

2004 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e médico-hospitalares. Linha de produção de absorventes íntimos.

Apresentar à referida empresa os benefícios e limitações do uso da tecnologia de simulação humana.

2004 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e médico-hospitalares. Embalamento de absorventes íntimos.

Desenvolver dispositivos para melhoria do posto de trabalho.

2004/2005 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e cirúrgico-hospitalares. Linha de produção de agulhas cirúrgicas.

Desenvolver, avaliar e validar projeto conceitual de um posto de trabalho.

2006 UFSCar . Departamento de Engenharia de Produção. Laboratório de Trabalho em Grupos - LATG.

Avaliar projeto conceitual de um laboratório acadêmico.

2006 Empresa fabr icante de mater ial escolar e de escr itór io. Setor de embalamento manual.

Desenvolver e avaliar projeto conceitual de uma mesa de embalamento manual e de seu respectivo setor.

2007 Empresa pública de extração, refino e distr ibuição de petróleo e der ivados. Abastecimento – unidade de refino.

Avaliar projeto conceitual de um posto de trabalho.

Tabela 1 – Projetos desenvolvidos com aplicações do software Jack

3.1 Projetos desenvolvidos

3.1.1 Empresa pública de serviços postais (1998) As propostas desenvolvidas em CAD foram exportadas para o Jack e avaliadas em ambiente virtual (ver figura 2). Pôde-se prever alturas adequadas para os diferentes percentis da população na realização do trabalho nas posturas sentada e em pé. O obetivo foi subsidiar a aquisição de equipamentos para processamento de dados de obejtos postais.


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Figura 2 - Modelo Digital Humano (MDH) interagindo com posto de trabalho informatizado sob estudo

3.1.2 Empresa do setor aeronáutico (2001) A partir de uma pesquisa antropométrica da população de trabalhadores (MENEGON, 2002) obteve-se seus reais percentis e, após o desenvolvimento de manequins digitais humanos com tais variáveis, foi possível modelar e simular as principais tarefas que utilizam gabaritos para montagem estrutural de aeronaves (ver figura 3). Considerando a antropometria correta dos trabalhadores foi possível construir normas para projetistas com as dimensões adequadas.

Figura 3 – Determinação de região preferencial de trabalho através de modelagem e simulação humana

3.1.3 Empresa do setor aeronáutico (2002) Atendendo aos objetivos de um projeto acadêmico para melhoria do ensino de engenharia, buscou-se avaliar a utilização de softwares de simulação humana no ensino de graduação em engenharia. A aplicação desenvolvida foi baseada na operação de uma lixadeira pneumática utilizada na indústria aeronáutica. Foi confeccionada a avaliação biomecânica da operação da lixadeira em superfícies horizontais e verticais (ver figura 4). A partir desta foi possível confrontar as análises realizadas automaticamente pelo software com análises tradicionais da biomecânica.

Figura 4 – Realização de análise biomecânica com modelo de simualação humana


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3.1.4 Empresa do setor de linha branca (2003) O ambiente foi exportado para o Jack e avaliado em simulações das operações realizadas pelos trabalhadores (ver figura 5). Através das simulações foi possível observar as diferentes posturas que o posto de trabalho e a tarefa exigem por parte do operador. Outros importantes aspectos avaliados foram: o campo de visão e envelopes de alcance dos operadores durante a execução do processo, principalmente para o manequim masculino percentil 95.

Figura 5 – MDH interagindo com projeto conceitual de posto de trabalho

3.1.5 UFSCar – Mini-baja (2004) O trabalho partiu da necessidade de validar a adequação que o cockpit sofreu com relação à postura do piloto. Foram avaliados através da ferramenta dois modelos de cockpit (ver figura 6). Aplicando-se os módulos de análise disponíveis no software foi possível desenvolver um relatório técnico apresentando as melhorias efetuadas no veículo.

Figura 6 – MDH interagindo em dois diferentes modelos de cockpit

3.1.6 Empresa pública de serviços postais – Agência Conceitual (2004) A partir das análises realizadas em diversas unidades no país foi projetada uma agência modelo. Esta agência foi prototipada virtualmente a fim de facilitar o processo de comunicação entre os diferentes agentes envolvidos no Programa de Ergonomia (ver figura 7). Através da prototipagem foi possível observar o fluxo de pessoas e materiais no interior da agência. Outro item avaliado foi o campo de visão tanto do atendente quanto do cliente durante um atendimento.


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Figura 7 - Modelagem de agência conceitual em ambiente de simulação humana

3.1.7 Empresa pública de serviços postais – Balcão Protótipo (2004) Após as análises da demanda, tarefa e atividade de um atendente postal foi iniciado um processo de projeto para um novo balcão. O projeto apresentou uma série de versões, sendo todas avaliadas em ambiente virtual, para que, após a evolução dos conceitos, pudesse ocorrer a prototipagem física. O desenvolvimento integral do balcão é apresentado por Fontes et al. (2006) sendo os principais resultados obtidos pelo uso da simulação as avaliações da plataforma dos pés, do uso de equipamentos e máquinas, do campo de visão e dos envelopes de alcance do cliente e do atendente (ver figura 8). Outro fator no qual o uso do software apresentou-se eficaz foi durante os processos de design review, ao falicitar a compreensão e a comunicação entre os diferentes atores envolvidos no processo de projeto.

Figura 8 – Protótipo virtual para avaliação das interações dos manequins com o balcão de atendimento

3.1.8 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e médico-hospitalares – L inha de produção de absorventes (2004) O objetivo deste trabalho foi apresentar à empresa o uso da tecnologia de simulação humana. Simulou-se um posto de trabalho em suas condições atuais e, em seguida, desenvolveu-se e avaliou-se uma proposta de melhoria para o posto (ver figura 9). A simulação humana apresentou-se como uma ótima ferramenta de projeto por possibilitar o desenvolvimento de projetos conceituais e de avaliações destes conceitos em um curto intervalo de tempo.


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Figura 9 – MDH atuando sobre o modelo da situação real.

3.1.9 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e médico-hospitalares – Mesa de embalamento (2004) Após análises no referido posto de trabalho foi desenvolvida e avaliada uma proposta em ambiente virtual (ver figura 10). Através das simulações foi possível desenvolver uma solução conceitual que minimizasse os fatores de risco presentes no processo produtivo, tais como movimentos extremos e repetitivos.

Figura 10 – Simulação da proposta de posto de trabalho

3.1.10 Empresa fabr icante de produtos cosméticos, de higiene pessoal, farmacêuticos e médico-hospitalares – Estação de abastecimento de agulhas (2005) Para análise e projeto de uma estação de trabalho o projeto conceitual foi dividido nos seguintes sub-sistemas: “Mesa”, “Canal e Esteira” , “Pinça e Pente” , “Carro de Movimentação”, “Suporte para os Pentes” e, por fim “Descarte de Agulhas” . Após a confecção de um protótipo físico a fim de validar o sub-sistema “Mesa”, iniciou-se a etapa de modelagem e simulação do sistema global (ver figura 11). A etapa de prototipagem virtual, através das simulações, permitiu que o projeto conceitual fosse desenvolvido e validado em um pequeno intervalo de tempo. A aplicação do software contribuiu ao apontar as características construtivas que contemplassem os requisitos desejados, em concordância com os indicadores da análise ergonômica e indicadores de produção.

Figura 11 – MDH interagindo com protótipo virtual, no detalhe, campo de visão do operador

3.1.11 UFSCar – Depar tamento de Engenhar ia de Produção (2006) Utilizou-se a ferramenta para avaliar a interação de alunos e docentes em um modelo virtual de um laboratório didático. A simulação de trabalho em grupo por alunos utilizando as instalações projetadas para o laboratório serviu para dar suporte aos relatórios técnicos de solicitação de recursos financeiros para reforma e ampliação do prédio (ver figura 12).


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Figura 12 – Simulação da interatividade em um modelo virtual de um laboratório

3.1.12 Empresa fabr icante de mater ial escolar e de escr itór io (2006) Dentro de um contexto de projeto de uma nova instalação industrial, desenvolveu-se uma nova concepção para o setor de embalamento. Esta concepção possuiu as abordagens micro (do posto de trabalho) e macro (disposição das mesas, fluxo de materiais e adequação ao ritmo de trabalho e aumento do espaço de regulação). De forma geral pode-se citar como resultado obtido pela utilização da simulação humana o auxílio na comunicação entre as diferentes pessoas envolvidas no processo de projeto, diminuição do tempo de projeto e validação, e, principalmente, a consideração de fatores ergonômicos de forma antecipada no processo.

Figura 13 – Ambiente virtual da proposta desenvolvida para uma central de embalamento

3.1.13 Empresa pública de extração, refino e distr ibuição de petróleo e der ivados (2007) O objetivo do estudo foi desenvolver uma solução para dosagem de pó em uma estação de tratamento. Foi desenvolvida e avaliada uma proposta conceitual de melhoria para o posto (ver figura 14).

Figura 14 – Proposta conceitual para operação de dosagem de pó em uma estação de tratamento

4. Avaliação dos Resultados

Os resultados obtidos pelas aplicações desenvolvidas nos últimos nove anos apontam para a


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eficácia do uso desta tecnologia. Os ganhos apresentados superam as dificuldades inerentes ao uso da ferramenta computacional, porém é certo que as limitações desta não podem ser negligenciadas.

As categorias nas quais os resultados podem ser classificados são:

− Determinação de altura de planos de trabalho; − Confecção de normas a partir de variáveis antropométricas da população local; − Confecção e confrontação das análises biomecânicas e cinésiológicas presentes nos

módulos do software; − Observar e avaliar as diferentes posturas que as tarefas e os postos de trabalho exigem por

parte dos trabalhadores; − Simular movimentos humanos e fluxos de materiais de um processo produtivo; − Observar e avaliar campos de visão, envelopes de alcance e regiões de possível conflito; − Auxiliar a comunicação entre as diferentes pessoas envolvidas pela facilitação da

compreensão dos conceitos desenvolvidos – etapa de design review; − Diminuição do tempo de projeto, e conseqüentemente, dos custos do processo; − Consideração das lógicas da produção e produtividade durante o processo de projeto; − Antecipação das considerações da ergonomia no processo de projeto.

5. Conclusões

A utilização de modelos digitais humanos em ambientes de realidade virtual e de manufatura virtual é crescente nos processos de projeto da indústria automotiva, aeronáutica e aeroespacial. A utilização de software de simulação humana associa-se particularmente às avaliações das exigências biomecânicas associadas às tarefas futuras, validações de zonas e envelopes de alcance e acessibilidade.

Não menos importante é a utilização de simulações como elemento dinamizador das comunicações em processos de design review.

O uso desse tipo de ferramenta aporta os benefícios da realidade virtual e da computação gráfica a aplicações nas áreas de projeto de instalações industriais e na concepção, avaliação e implantação de sistemas de produção.

Concluímos afirmando que é inconcebível que o projeto e avaliação dos modernos sistemas produtivos não considerem o elemento humano como essencial ao seu sucesso.

Referências

BRAATZ, D.; MENEGON, N.L. & CAMAROTTO, J.A.; FONTES, A.R.M.; SANTOS, L.M.; TONIN, L.A. Avaliação da Aplicação de Modelagem e Simulação Humana em Projetos de Postos de Trabalho em Estudo Ergonômicos. In: ABERGO 2006 - 14º CONGRESSO BRASILEIRO DE ERGONOMIA, o 4º. FÓRUM BRASILEIRO DE ERGONOMIA e o 2º. CONGRESSO BRASILEIRO DE INICIAÇÃO EM ERGONOMIA, 2006, Curitiba. Anais da ABERGO 2006 - 14º CONGRESSO BRASILEIRO DE ERGONOMIA, o 4º. FÓRUM BRASILEIRO DE ERGONOMIA e o 2º. CONGRESSO BRASILEIRO DE INICIAÇÃO EM ERGONOMIA, 2006.

FONTES, A.R.M.; BRAATZ, D.; BERTONCELLO, D.; SANTOS, L.M. & MENEGON, N.L. Projeto de Guichê de Atendimento Contextualizado pela Análise Ergonômica do Trabalho. GEPROS - Gestão da Produção, Operações e Sistemas, v. 2, p. 111-124, 2006.


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MENEGON, N.L.; BRAATZ, D.; SECCHIN, V.M.S.; SALVIA, A.B.N.; LADEWIG, L.A.; REGAZZINI , M.L.L.; MANACORDA, T.P. & GONÇALVES, R. Ações Ergonômicas em 10 Passos - Programa de adequação ergonômica dos postos de trabalho nas unidades industriais da Embraer. In: XIII CONGRESSO BRASILEIRO DE ERGONOMIA, II FÓRUM BRASILEIRO DE ERGONOMIA, I CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DE ERGONOMIA - ABERGO JOVEM, 2004, Fortaleza-CE. ANAIS DA ABERGO 2004, 2004.

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