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PROGRAMA DE PESQUISA EM ERGONOMIA E FATORESHUMANOS DA COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA

NUCLEAR

Paulo Victor R. de CarvalhoSupervisão de Desenvolvimento e Projetos

Coordenação de Instrumentação/ Instituto de Engenharia NuclearCidade Universitária, Ilha do Fundão CEP 21945-970, tel.: 5604113/2214

E-Mail: paulo_vi@cnen.gov.br

Mario Cesar R. VidalGENTE/COPPE

Cidade Universitária, Ilha do Fundão CEP, tel.: 2705490E-Mail: mvidal@pep.ufrj.br

José Orlando GomesGENTE/COPPE

Cidade Universitária, Ilha do Fundão CEP, tel.: 2705490E-Mail: jgomes.pep.ufrj.br

Abstract

This work describes the new research program in Human Factors andErgonomics developed by the Brazilian Nuclear Energy Commission inorder to accomplish the recent requirements delivered by the internationalregulators bodies and to improve the safety and operation of the BrazilianNuclear Power Plants.

KeywordsErgonomia, Fatores Humanos, Interfaces, Interação Homem-Computador, SistemaHomem-Máquina, Automação, Centrais Nucleares.

1 Introdução

A pesquisa de aspectos de ergonomia e fatores humanos no projeto e modernização desalas de controle avançadas tem o objetivo de aumentar o conhecimento a respeito dascaracterísticas do desempenho de seres humanos em ambientes relacionados aocontrole de processos industriais, e demonstrar como este conhecimento pode serusado nas especificações, nos projetos e na busca de soluções para problemasespecíficos ligados a este ambiente.

Equipamentos analógicos estão sendo substituídos por digitais (computadorizados)nas novas plantas, por exemplo em ANGRA 3, cuja sala de controle já seráinteiramente computadorizada, e nos processos de modernização e aumento da vidaútil das plantas existentes, como ocorre em ANGRA 1. Deste modo, há umanecessidade premente de desenvolver métodos que viabilizem a implementação,

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avaliação, verificação, validação e otimização de aspectos de ergonomia e fatoreshumanos no projeto das interfaces homem/sistema associadas às novas salas decontrole - totalmente digitais - e às salas de controle híbridas, onde sistemascomputadorizados convivem com os antigos sistemas analógicos.

O uso de sistemas computadorizados para auxílio ao desempenho de operadores étambém uma área que tem evoluído rapidamente. A implementação destes sistemasdeve ser baseada na capacidade real dos operadores em utilizá-los e a possibilidade desua avaliação em simuladores antes da instalação nas plantas precisa ser considerada.Para dar suporte às pesquisas, tanto em relação a obtenção de dados relacionados aodesempenho de operadores, como para avaliação e validação de sistemas de ajuda aoperadores, está sendo implantado na CINT Laboratório Interfaces Homem/Sistema -LABIHS, cujo papel no âmbito do programa de pesquisa é apresentado na figura 1.

Figura 1 - Papel do LABIHS no programa de pesquisa em ergonomia e fatoreshumanos

2 Linhas de pesquisa

O programa de pesquisa da CNEN/IEN na áreas de ergonomia e fatores humanospretende seguir as linhas de pesquisa apresentadas abaixo:• Projeto/modernização de salas de controle;• Desenvolvimento/projeto de interfaces homem/sistema;• Automação centrada no operador;• Confiabilidade humana;• Métodos de medida e análise de dados relacionados ao desempenho de

operadores.

Processo e Operação

Sala de Controle

Condução do Experimento

Galeria de Experimentos

Avaliação do Experimento

Simulador 1

Simulador 2

Simulador 3

SCADA

DB

- Telas do processo- Sistemas de suporte- Operadores

Objetivos do Teste

- Configuração- Cenários- Observação- Controle

Experimentos

Medidas doDesempenhoHumano

Base de Dados- Eventos- Audio/Vídeo- Eyetrack- Log

ResultadosExperimentais

Ferramentas deAnálise

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2.1 Projeto/modernização de salas de controle

2.1.1 Motivação

Atualmente na área nuclear, fornecedores de equipamentos, operadoras de centrais eaté mesmo os órgãos reguladores, têm se deparado com importantes e difíceistomadas de decisão com relação com relação ao modo e a forma de implementaçãodas novas tecnologias no projeto de salas de controle. No caso das novas plantas salasinteiramente computadorizadas são impostas pelos fornecedores, advindo daí muitasquestões com relação ao desempenho dos operadores neste novo ambiente.

Outra decisão fundamental é com relação ao processo para transformação das salasanalógicas em computadorizadas, se imediato ou gradual. Esta transformaçãonormalmente tem ocorrido de modo gradual, com novos sistemas digitais sendoagregados à interface analógica existente, resultando nas chamadas salas de controlehíbridas.

Em ambos os casos está sendo exigido pelos órgãos reguladores a implementação,verificação e validação dos aspectos de fatores humanos envolvidos nos projetos.

2.1.2 Objetivos

• Desenvolver metodologias e abordagens de projeto para facilitar a implementação,verificação e validação de aspectos de ergonomia e fatores humanos nos projetosde novas salas e nos processos de modernização das salas de controle existentes;

• Investigar novos “lay-outs” para as salas de controle avançadas, de modo otimizara percepção do sistema e a comunicação, visando um melhor desempenho daequipe de operação durante a operação normal e em condições de acidentes.

2.1.3 Resultados esperados

Obtenção de dados relacionados ao desempenho de operadores e equipes de operaçãoem salas de controle híbridas e avançadas em operação normal e em condições deacidentes.

Elaborar um conjunto integrado de guias para projeto, verificação e validação deaspectos de fatores humanos em salas de controle.

2.2 Projeto de interfaces homem/sistema

2.2.1 Motivação

O rápido desenvolvimento da tecnologia tem permitido estender os modos decomunicação e a percepção que os operadores têm dos processos industriais,modificando inteiramente as formas de interação entre os seres humanos os sistemastecnológicos. O sucesso de um projeto envolvendo esta tecnologia requer uma

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compreensão detalhada dos aspectos cognitivos dos operadores e sua incorporação demodo sistemático ao projeto destas interfaces.

2.2.2 Objetivos

• Investigar e implementar métodos para projeto de interfaces baseados nascaracterísticas cognitivas dos seres humanos.

• Investigar metodologias de projeto de displays mímicos (manipulação direta,interfaces ecológicas, direcionamento da atenção) dos ponto de vista teórico eprático. Benefícios e limitações de displays mímicos convencionais e das novasformas de apresentação de informação e navegação em espaços computadorizadosdevem ser explorados num processo de pesquisa, projeto e avaliação.

• Investigar e documentar a interação homem/sistema considerando os seguintesaspectos:

1. Os modos de interação, desde os convencionais - visual-tático/ baseado emaspectos motores - até inovadores como baseados em som, painéis detoque etc.;

2. Os equipamentos usados para interação em si mesmo (telas, teclados,mouses etc.), seus benefícios e limitações;

3. Aspectos mais amplos de projeto como navegação em sistemas deinformação computadorizados, formas de representação da complexidade,carga de trabalho etc.

2.2.3 Resultados esperados

Projeto de interfaces homem/sistema para sala de controle avançadas que permitam aredução de erros humanos, a melhoria do desempenho dos operadores e,consequentemente, da segurança e do resultado econômico das plantas.

Dados relacionados ao desempenho de operadores utilizando interfacescomputadorizadas em salas de controle avançadas considerando os novos métodos deinteração homem/sistema.

Guias para o projeto de uma ampla gama de aspectos da interação homem/sistemarelacionados ao projeto de interfaces como alocação de funções, navegação, sistemasde alarme, equipamentos para interação etc.

2.3 Automação centrada no operador

2.3.1 Motivação

Como resultado do desenvolvimento tecnológico - sistemas de auxílio ao operadorcomputadorizados e o aumento do nível de automação dos sistemas de controle deprocessos industriais - a função das equipes de operação está sendo profundamentemodificada. Deste modo é necessário que sejam realizados estudos para verificar osefeitos destas mudanças no processo de alocação de funções entre as pessoas e osistema e sua interação.

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Os projetos de automação, normalmente, levam em conta apenas os aspectos deengenharia em detrimento dos aspectos de fatores humanos relacionados aodesempenho dos operadores. São necessários estudos para desenvolvimento demétodos de projeto de automação baseados nas necessidades e característicascognitivas dos operadores. Deste modo, o projeto da automação não pode ser baseadona simples comparação entre as características de seres humanos e computadores, massim baseado no princípio da complementaridade, onde ao invés de imaginarmos quaistarefas seriam realizadas por homens e quais pelos sistemas automáticos, devemosimaginar como as funções seriam realizadas por homens e sistemas em conjunto.

2.3.2 Objetivos

• Investigar o papel da automação, sua relação e efeito sobre operadores e equipesde operação.

• Desenvolver modelos e ferramentas para auxílio ao projeto de sistemasautomáticos baseados nas características e atividades dos operadores.

• Realizar estudos básicos na área de alocação de funções, procurando levar emconsideração o princípio da complementaridade.

• Analisar e avaliar sistemas automáticos com relação a modos de interação eformas de apresentação de informações aos operadores. A partir de umdeterminado nível de automação, diferentes estratégias de interação e tipos deinterfaces podem ser testadas e avaliadas ainda nas fases iniciais do projeto.

2.3.3 Resultados esperados

Métodos e guias para projeto de interfaces homem/sistema baseadas no princípio dacomplementaridade.

Dados sobre a análise de modos de interação e apresentação das informaçõesrelacionadas à diferentes tipos e níveis de automação em plantas industriais.

Desenvolver o conceito de automação baseada no operador, um meio para umaclassificação prática de diferentes tipos de sistemas automáticos e um modeloexplicativo identificando importantes aspectos a serem considerados no projeto desistemas automáticos.

2.4 Confiabilidade humana

2.4.1 Motivação

As técnicas de PSA – Probalistic Safety Assesment tem sido cada vez maisempregadas em centrais nucleares. A exportação das técnicas de análise dos sistemasde PSA para análise da confiabilidade humana resultou em diversos métodos paraanálise da confiabilidade humana, HRA – Human Reliability Assesment, queganharam impulso principalmente após o incidente de TMI. O estudo dos métodos

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existentes para determinação da HRA e a verificação e validação dos resultadosobtidos é hoje um importante desafio para a comunidade nuclear.

Além dos aspectos de confiabilidade existe uma grande necessidade de investigaçãorelacionada ao trabalho coletivo das equipes de operação/manutenção das plantasindustrias. Este fato requer o desenvolvimento de conceitos e modelos que descrevamo trabalho individual e em grupo além do gerenciamento deste sistema.

Existe um maior risco e piora no desempenho de operadores durante os turnosnoturnos devido aos ritmo cicardiano e seus efeitos nas funções físicas e mentais,além do “deficit” de repouso que normalmente ocorre em função dos turnos noturnos.Embora relações causais diretas sejam difíceis de estabelecer, muitos acidentesindustriais ocorrem durante os turnos noturnos, ou em consequência destes.

2.4.2 Objetivos

• Aspectos emergentes na área de HRA, como os erros de comissão (a execução detarefas de modo não adequado), o tratamento dos erros de diagnóstico ou natomada de decisões e sua influência nos métodos de HRA precisam serinvestigados e quantificados.

• Auxiliar na melhora dos métodos de HRA, sua utilização em casos reais eintrodução no PSA das plantas.

• Realizar pesquisas e estudos relacionados a erros e desempenho humanoincluindo: (1) aspectos negativos e positivos de desempenho, isto é, qualidade dodesempenho em geral, com a distinção que deve ser feita entre desempenhoeficiente e desempenho confiável; (2) desempenho fora da sala de controleprincipal e em atividades de manutenção; (3) estender o foco da investigação doindivíduo para o desempenho das equipes operação (trabalho colaborativo) eorganização do trabalho.

• Investigar o desempenho de operadores em turnos noturnos de modo a verificar oefeito dos ciclos cicardianos nas funções cognitivas de alto nível, comodiagnóstico e solução de problemas complexos.

2.4.3 Resultados esperados

Este trabalho contribuíra para a área de HRA em termos de seu desenvolvimentoconceitual e teórico, e na avaliação a respeito de como as técnicas correntes podem serutilizadas na prática.

A investigação relacionada a erros humanos irá aumentar a compreensão com relaçãoao desempenho de operadores, tanto nas salas de controle principal, quanto ematividades relacionadas, como manutenção. Diretivas para melhoria do desempenhode operadores serão uma importante contribuição deste trabalho juntamente com guiaspráticos relacionados ao desempenho das equipes de operação.

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2.5 Medidas de desempenho humano e métodos para análise de dados

2.5.1 Motivação

As medidas de desempenho humano que ocorrem em ambientes operacionaisdinâmicos simulados, como por exemplo o LABIHS, necessitam de metodologiaspróprias e avançadas para a coleta e análise dos dados obtidos.Esforços devem ser realizados para que os experimentos realizados no LABIHSpossam ser controlados sem sacrificar o realismo e a possibilidade de generalizaçãodos resultados.

2.5.2 Objetivos

• Desenvolvimento de métodos para a organização de experimentos, coleta e análisede dados.

• Investigar os métodos existentes para medição da Consciência da Situação, Cargade Trabalho Cognitiva etc.

• Utilizar estes métodos nos experimentos a serem realizados no LABIHS.

2.5.3 Resultados esperados

Estas atividades levarão a um melhor entendimento dos diversos métodos de medidado desempenho humano permitindo que os experimentos realizados no LABIHSpossam efetivamente contribuir para a melhoria no desempenho de operadores eequipes de operação de salas de controle de reatores nucleares e demais instalaçõesindustriais.

3 ConclusõesUma planta geradora de energia elétrica, seja ela movida pela energia nuclear,combustíveis fósseis, ou mesmo uma central hidroelétrica, constitui-se de um sistemahomem/máquina complexo que controla processos termodinâmicos visando àprodução de energia elétrica através de uma combinação de agentes humanos ediversos tipos de equipamentos, componentes e sistemas. O lado máquina do sistemaé um conjunto sofisticado de equipamentos, componentes e sistema automáticos,constituídos por hardware e software, altamente confiáveis, redundantes e com umelevado grau de interconexões. O lado humano do sistema é, na realidade, uma grandeorganização socio-técnica que inclui aspectos de gerenciamento, engenharia,manutenção, operação e treinamento. Recai sobre o pessoal de operação a difíciltarefa de realizar o acoplamento entre as duas metades deste sistema, mantendo aplanta operando em condições aceitáveis de segurança e eficiência, por meio de umagrande variedade de controles, comandos, painéis e displays existentes na sala decontrole principal, nos diversos pontos remotos de monitoração e nas demais estaçõesde controle da planta. Suas ações são normalmente baseadas em procedimentosoperacionais, previamente definidos, auxiliadas por diversos tipos de interfaceshomem/sistema como sistemas de informação computadorizados, painéis mímicos,sistemas de alarme, sistemas de suporte ao operador, de ajuda ao diagnóstico defalhas, de comunicação etc. A segurança deste sistema tem sido baseada em aspectosde engenharia, como defesa em profundidade, sistemas intertravamento, barreiras de

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proteção, extensiva análise de modos de falha e elaboração de procedimentos paramitigação das falhas analisadas.

Todo este esforço de engenharia, entretanto, não foi suficiente para impedir queacidentes como os de TMI ou Chernobil ocorressem. A análise dos acidentes revelouque diversos fatores, tanto na parte humana – procedimentos inadequados, falta decultura de segurança, projeto deficiente das interfaces, quanto na parte máquina –falhas múltiplas de equipamentos, contribuíram para a existência de um cenário ondeas plantas operavam em condições limites de segurança e eficiência, propício,portanto, para que ocorresse o desacoplamento entre as partes humana e máquina dosistema, manifestado pela incompreensão por parte dos operadores do real estado dosprocessos termodinâmicos em curso, levando à perda do controle da instalação. Destemodo, a partir de TMI, verificou-se a necessidade da inclusão de aspectos de fatoreshumanos no projeto, operação, manutenção e até no gerenciamento das centraisnucleares, provocando reações em diversos países, que vão desde a elaboração denormas e regulamentos específicos (NUREG 711) até a proliferação de laboratóriospara estudos de ergonomia e fatores humanos em países como a França, Japão,Coreia, Canadá e, até mesmo, em países não nucleares como Noruega e Dinamarca.

No Brasil, a CNEN, sintonizada ao contexto mundial e preocupada com a melhoria dasegurança das centrais nucleares brasileiras em decorrência de suas atribuições legais,está iniciando no âmbito da Coordenação de Instrumentação do IEN, este programa depesquisa na área de ergonomia e fatores humanos focalizado em aspectos de interaçãoe comunicação entre seres humanos e sistemas computadorizados. A modernizaçãodas salas de controle de reatores nucleares no país (ANGRA I, II e reatores depesquisa), e na introdução de novas plantas com salas de controle inteiramentecomputadorizadas (ANGRA III ) justificam plenamente o esforço que vem sendodesenvolvido.

A materialização deste programa se dará com a construção, implantação edesenvolvimento do LABIHS no IEN. Este laboratório se apresenta como a principalferramenta do programa, tanto para realização de estudos ligados às funções dosoperadores, quanto para dar suporte as análises teóricas relacionadas a este ambientecomplexo, além de desenvolver métodos e critérios para projeto e avaliação dasinterfaces homem/sistema e sistemas de suporte ao operador. O LABIHS seráorganizado em torno de uma sala de controle computadorizada onde serão simuladosos processos da planta e apresentadas às equipes de operação as informaçõesreferentes a estes processos, por meio de uma interface homem/sistemacomputadorizada. Este ambiente deve ser concebido com a flexibilidade necessáriavisando à realização de diversos tipos de pesquisas e estudos nas áreas de ergonomia efatores humanos, cujo resultado deverá contribuir efetivamente para a melhoria dodesempenho das equipes de operação e, consequentemente, na segurança das centraisnucleares, ambicionando ao cumprimento da seguinte missão:

Fornecer à indústria de processos, especialmente ao segmento eletronuclear eestendendo-se à situações tecnologicamente análogas nos setores aeroespacial, detransportes e vigilância, bases avançadas para projeto de sistemas de supervisãoe controle, mediante os aportes contemporâneos da Ergonomia em seus critériosde segurança, eficiência, confiabilidade e usabilidade.