fundamentos

Diseo Industrial

FUNDAMENTOS MIPO

Mster en Interaccin Persona Ordenador

Pere PonsaAntoni Granollers

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Diseo Industrial. Pere Ponsa, Toni Granollers. Fundamentos

1 Fundamentos 1.1 Objetivos 1.2 Evolucin histrica del concepto de diseo 1.3 Diseo de sistemas interactivos centrados en el usuario 1.4 Interaccin persona-ordenador y automatizacin industrial 1.5 Estndares y guas metodolgicas 1.6 Principios de diseo 1.7 Ejercicio 1.8 Referencias 1.1 Objetivos En este captulo de Fundamentos los objetivos principales son:

introduccin de conceptos bsicos relacin entre disciplinas principios bsicos de diseo

A lo largo del captulo el estudiante aprende como concretar los principios bsicos de diseo en el mbito de la automatizacin industrial 1.2 Evolucin histrica del concepto de diseo Uno de las principales referencias en telerrobtica, automatizacin y control supervisor es Thomas B. Sheridan, quin ha influido en profesionales de las reas de ingeniera de sistemas y factores humanos a lo largo de dos dcadas (Sheridan, 1992). Una de las principales ideas de este autor es que los progresos en robtica dependen no solo de los cambios en la tecnologa, sino tambin en los avances en la comprensin de la relacin entre personas y mquinas. Esta idea introduce un concepto interesante. Si bien es necesario estudiar cada factor por separado, persona (perfil del usuario, aspectos cognitivos, tipo de discapacidad, tipo de dependencia) y la mquina (estructura cinemtica, tipo de pinza prensora, control de la trayectoria), Sheridan enfoca la atencin en la relacin entre ellos, por tanto en la parte de interaccin:

reparto del control de la tarea entre persona y mquina: la tarea la ejecuta la persona con el soporte del robot, la tarea la ejecuta el robot, etc.

interaccin entre persona y mquina: tipo de interfaz fsica adaptada al tipo de discapacidad como joystick, pedal, teclado especial, etc.

A esta idea conviene aadir que el sistema persona-mquina no puede considerarse de forma aislada, hay que valorar que la persona y la mquina se encuentran en un entorno, por ejemplo el mbito domstico o el mbito industrial, y por tanto el sistema pasa a ser la persona, la mquina y el entorno y lo que conviene analizar son las mltiples interacciones entre ellos cuando se lleva a cabo una tarea (Caas, 2004).

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La ergonoma cognitiva ya engloba esta ltima idea dentro del marco conceptual actual denominada sistema cognitivo conjunto, en el que se describe cmo debe arroparse el concepto de diseo centrado en el usuario desde la perspectiva del diseo contextual. 1.3 Diseo de sistemas interactivos centrados en el usuario A mediados de los aos ochenta se observa un cambio en la forma de concebir el diseo, pasando de ser visto como un proceso lineal a la idea actual de ciclo en la que se centra la idea en el carcter iterativo del proceso y en las necesidades y capacidades de los usuarios. Dentro del ciclo de diseo se enmarca el concepto de usabilidad, es decir, a como el usuario puede usar el sistema que est siendo diseado. Para ello es necesario llegar al concepto de evaluacin de la usabilidad:

deben existir unas especificaciones de usabilidad la opinin del usuario debe tenerse en cuenta el diseo debe ser poco costoso

Corresponde a los expertos en ingeniera de la usabilidad definir como se evalan las especificaciones, como recoger la opinin del usuario y tenerla en cuenta dentro del ciclo de diseo, y finalmente como concretar el nmero mnimo de prototipos a partir del cual, la iteracin del ciclo se considera ya suficiente para dar por finalizado el diseo. Como ejemplo de marco metodolgico se dispone del Modelo de Proceso de la Ingeniera de la Usabilidad y la Accesibilidad MPIu+a desarrollado por Toni Granollers que recoge cada una de las fases del ciclo (poner aqu el nombre) (Granollers et.al., 2005). Y para la medida de la usabilidad es necesario contar con la aportacin de los estudios experimentales llevados a cabo en los laboratorios de usabilidad. 1.4 Interaccin persona-ordenador y automatizacin industrial A continuacin se exponen dos ejemplos ubicados en la docencia universitaria, en la que se pone de manifiesto la integracin de la interaccin persona-ordenador dentro del mbito de la automatizacin industrial. El objetivo es que el futuro ingeniero/a tenga en cuenta aspectos de diseo interactivo en el desarrollo de proyectos industriales. En la Universitat Politcnica de Catalunya se han puesto en marcha en el curso 2006/2007 dos nuevas asignaturas. La primera es Sistemas de Teleoperacin (seis crditos, optativa) en el Plan de Estudios de la titulacin Ingeniera Tcnica Industrial especialidad electrnica industrial. El programa est formado por los siguientes temas: Fundamentos, Telerrobtica, Interaccin, Interfaces persona-mquina, Control remoto de procesos. El tema Fundamentos presenta las definiciones de los principales conceptos. El tema Telerrobtica comenta la evolucin histrica de los sistemas bilaterales basados en robots manipuladores. El tema Interaccin comenta los principales paradigmas de interaccin (realidad virtual, realidad aumentada y computacin ubicua) siguiendo las directrices de la Asociacin AIPO. El tema 4 muestra el diseo de interfaces persona-mquina y dispone de un apartado para el diseo de interfaces para personas con

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necesidades especiales. El tema Control remoto de procesos muestra diversos ejemplos de monitorizacin remota de procesos. La asignatura se desarrolla mediante la metodologa docente denominada aprendizaje colaborativo. A parte de las clases magistrales, y de un primer portafolio, los estudiantes se dividen en grupos e inician la bsqueda de informacin relativa a los diversos temas. Despus de algunas semanas de feedback con el profesor, el mtodo se ha mejorado de forma que los grupos aprenden a encontrar la informacin relevante. A mitad de curso, los grupos defienden ante el resto de compaeros, el tipo de trabajo que estn realizando (objetivos, desarrollos, problemas a resolver). El intercambio de opiniones entre grupos favorece la mejora de los trabajos. A lo largo de las semanas se observa una evolucin en el trabajo que confluye en la presentacin oral final, siguiendo las pautas de defensa de un proyecto final de carrera. En la presente edicin se dispone de grupos reducidos, y uso de las tecnologas de la informacin y comunicacin en el mbito de un laboratorio de sistemas de produccin equipado con sensores, actuadotes, robot industrial, sistema de fabricacin acadmico, panel de mando para intervencin del usuario, programa comercial SCADA (Supervisory control and data acquisition), entre otros. Los estudiantes han llevado a cabo interesantes aportaciones en los siguientes aspectos:

Bsqueda de componentes para condicionar el uso de un robot manipulador en el mbito de la telerrobtica asistencial

Anlisis de la interaccin de personas ciegas con teclados adaptados y programas lectores de pantalla

Diseo de pantalla grfica para aplicaciones domticas Valoracin de funcionalidad del programa Ratn Facial sobre webcam

La segunda asignatura es Teleoperacin e interfaces persona-mquina (cuatro crditos y medio) en el Plan de Estudios del Master de Automtica y Robtica (investigacin) de reciente creacin y dirigido por el departamento de Ingeniera de Sistemas, Automtica e Informtica Industrial de la Universitat Politcnica de Catalunya. El programa est formado por los siguientes temas: Fundamentos, Diseo de interfaz de supervisin, Interaccin e interfaces persona-mquina y Telerrobtica.

La asignatura se desarrolla de forma no presencial, y bajo la metodologa denominada aprendizaje por descubrimiento. Los estudiantes proceden en su mayor parte de Latinoamrica, en concreto de pases como Mxico, Chile, Per o Colombia. El intercambio de opiniones a travs de la plataforma digital mediadora en forma de campus virtual permite valorar los diversos matices que tienen los conceptos de automatizacin e interaccin en funcin de los aspectos culturales. Los estudiantes trabajan de forma individual. En el campus digital se dispone de documentacin de soporte sobre cada uno de los temas. A partir de la reflexin con el profesor, el estudiante escoge un rea de investigacin y empieza a elaborar tres bocetos sucesivos de trabajos de investigacin. Los bocetos son comentados por el profesor a lo largo del curso, de forma que el feedback sirve para que el estudiante prepare un trabajo final extenso que sirva de base para la continuacin de la investigacin fuera de la asignatura en el marco de la obtencin de la tesis doctoral. Las reas que han tenido aceptacin en esta edicin de la asignatura han sido:

telerrobtica asistencial en el mbito domstico para personas con dependencia tecnologas al alcance de las personas con discapacidad

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metodologas de diseo centrado en el usuario en el mbito de la telerrobtica

aplicada a la medicina Los trabajos han intentado acercar disciplinas cientficas afines con el fin de proponer una visin compartida de los problemas a tratar. Para la siguiente edicin de la asignatura, se prev introducir algunos aspectos en el programa que hagan hincapi en los problemas cuotidianos de personas con algn tipo de discapacidad, de manera que los estudiantes puedan planificar un proyecto de ayuda robtica orientado a la tarea a realizar por la persona.

1.5 Estndares y guas metodolgicas

Durante aos se han elaborado procedimientos para garantizar la seguridad de los sistemas persona-mquina en diversos mbitos. En esta seccin destacamos aquellas guas que tratan la problemtica de la interaccin compleja entre personas y mquinas y que pueden aportar rasgos a considerar en la supervisin humana industrial.

1.5.1 ISO 11064

El estndar ISO 11064 establece unos principios, recomendaciones y requerimientos para ser aplicados en el diseo de centros de control. El estndar ISO 11064 propone aspectos de propsito general y en el caso particular de aplicacin en sala de control industrial, la ergonoma aparece prioritariamente en forma de ergonoma fsica (ISO, 2004).

1.5.2 Human Factors Design Standards (HFDS)

La HFDS es una gua de requisitos sobre factores humanos aplicable a los sistemas adquiridos y/o desarrollados para la Administracin Federal de Aviacin FAA de los EE.UU. Se hace hincapi en la relevancia del rol del operario y en la aplicacin de la automatizacin centrada en el humano (human centered automation), (FAA 1996).

1.5.3 Human Interface Design Review Guidelines (NUREG 0700)

El estndar NUREG 0700 desarrollado por la Comisin de Regulacin Nuclear de los EE.UU. para revisar el diseo desde el punto de vista de factores humanos de las interfaces persona-sistema (Human System Interfaces, HSI) en general. La gua NUREG establece unos requisitos de diseo para todos los tipos de interfaz persona-sistema de una sala de control de planta nuclear (NUREG 2002).

1.5.4 Safety Automation System NORSOK

El estndar SAS (Safety Automation System) forma parte de los estndares NORSOK I-002 desarrollados por la industria petrolfera de Noruega para asegurar una adecuada seguridad, valor aadido y un coste efectivo para todas las partes implicadas en el desarrollo de sistemas petrolferos El estndar define requerimientos sobre diversas reas cubriendo los requerimientos funcionales y tcnicos y estableciendo una base para

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la ingeniera de sistemas relacionados con la seguridad y automatizacin de sistemas en plataformas petrolferas en Noruega (Norsok 2006).

1.5.5 Man System Integration Standard (NASA-STD-3000)

Este documento generado por la agencia NASA proporciona informacin especfica para asegurar la integracin apropiada de los requerimientos de interfaces persona-mquina con los de otras disciplinas aeroespaciales. Estos requerimientos se aplican a los programas espaciales tripulados de los EE.UU. (lanzamiento, entrada, en rbita, y extraterrestres), (NASA, 1995).

1.5.6 GEDIS

La gua ergonmica de diseo de interfaz de supervisin GEDIS ofrece un mtodo de diseo especializado en sistemas de control supervisor industrial basado en niveles donde se van concretando los diseos de los distintos tipos de pantalla y contenidos. La gua GEDIS puede convertirse en complemento para aquellos ingenieros tcnicos que desarrollan interfaces de supervisin mediante los sistemas comerciales denominados de adquisicin de datos y control supervisor SCADA. 1.6 Principios de diseo En esta seccin se describen algunos principios de diseo universal tiles para el diseo industrial (Lidwell et. al., 2005). Los principios recogidos son:

Jerarqua de necesidades de Maslow La ley de Hick Equilibrio entre flexibilidad y eficacia La limitacin Error humano Control supervisado

1.6.1 Jerarqua de necesidades. (ej: diseo de un programa V+ para robot RX-90 de Stubli) Este concepto proviene de la jerarqua de necesidades de Maslow (Maslow, 1991). Maslow aplica esta jerarqua en aspectos de motivacin y personalidad. La propuesta original puede aplicarse al diseo, modificando ligeramente algunas de las ideas que intervienen inicialmente. El principio de la jerarqua de las necesidades especifica que un diseo debe satisfacer un conjunto de necesidades de forma ordenada. La jerarqua de necesidades se expresa en forma de pirmide de 5 niveles. La idea elemental es que un diseo debe satisfacer las necesidades bsicas (niveles inferiores) antes de intentar conseguir necesidades ms elevadas (niveles superiores). A continuacin se detalla cada nivel tomando como ejemplo de diseo la creacin de un programa de control de los movimientos y tareas de un robot industrial.

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Funcionalidad. El diseo creado debe permitir que la mquina o el artefacto funcione. Cuando se programa un robot industrial, dicha mquina debe funcionar en el sentido de realizar tareas bsicas. En el ejemplo del robot: posicionarse en el espacio, coger una pieza, desplazarse en el espacio, y dejar la pieza. Tareas que vienen dadas por la propia definicin de lo que es un robot industrial. Fiabilidad. El aspecto se refiere a la obtencin de resultados estables y consistentes. En el ejemplo del robot, se trata de que el robot coja eficazmente la pieza, sin problemas de adherencia, y no pierda la pieza a lo largo del desplazamiento. El agarre debe efectuarse sin daar la pieza. Si no se pueden garantizar estos aspectos, el robot no puede aplicarse en el entorno industrial con xito. Utilidad. El concepto se refiere a la facilidad en el uso de un diseo. En el ejemplo del robot, se trata de que el programa creado sea flexible para permitir cambios y aceptar nuevas instrucciones que mejoren el programa bsico a medida que se requieran: incluir instrucciones sobre la precisin de los movimientos, la velocidad del movimiento, el tipo de trayectoria a seguir en el espacio. Competencia. Se trata de otorgar a los usuarios la posibilidad de hacer las cosas mejor. Un experto en ingeniera robtica, puede obtener el programa de robot generado por el diseador e introducir mejoras. Este detalles es til cuando el robot se programa en un entorno industrial repleto de otras mquinas, y cuando hay que prever la interaccin entre las tareas del robot y del operario. Dichos cambios se realizan a lo largo de diversas fases en la puesta en marcha del robot, por lo que es necesario dicha necesidad. Creatividad. Una vez satisfechas todas las necesidades anteriores, los usuarios pueden interactuar con el diseo de un modo innovador. En el ejemplo del robot, el experto en ingeniera robtica puede mejorar los tiempos de ciclo para mejorar la productividad del robot en su tarea industrial, y contribuir as a la mejora del rendimiento del sistema productivo.

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.PROGRAM moure.parts() ;DESCRIPCION: Este programa permite que el robot coga ;piezas en la localizacin "pick" ; i las deja en "place" parts = 100 ; n de piezas a procesar height1 = 25.4 ; altura de "approach/depart" en "pick" height2 = 50.8 ; altura de "approach/depart" en "place" parameter HAND.TIME = 0.16 ; configuracin para movimiento ;lento del brazo mecnico OPEN ; apertura de la pinza RIGHTY ; seleccionamos configuracin de brazo derecho MOVE start ; movimiento del robot a la localizacin segura de ;inicio FOR i = 1 TO parts ; procesar las piezas APPRO pick, height1 ; ir a "pick-up" MOVES pick ; mover a la pieza CLOSEI ; cerrar la pinza DEPARTS height1 ; volver a la posicin anterior APPRO place, height2 ; ir a "put-down" MOVES place ; mover a la localizacin de destino OPENI ; abrir la pinza DEPARTS height2 ; volver a la posicin anterior END TYPE "Fin de la tarea. ", /IO, parts, " piezas procesadas." RETURN ; fin del programa .END

La jerarqua de necesidades es claramente til en la formacin de futuros ingenieros. En la automatizacin de procesos industriales, el ingeniero debe programar de forma eficaz para que la mquina/proceso funcione y lo haga de una forma fiable, evitando en todo lo

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posible los paros de la mquina por situaciones derivadas de una mala programacin. A nivel industrial no se puede asegurar una fiabilidad del 100% ya que todo proceso automatizado requiere de un mantenimiento preventivo y debido al hecho de la presencia de situaciones imprevistas que pueden afectar al rendimiento y a la seguridad. Suponiendo que la fiabilidad est en unos mrgenes aceptables, es el momento de intentar depurar las necesidades ms elevadas. El cumplimiento de las necesidades elevadas muestra, en el ejemplo del robot industrial, que el sistema productivo mejora su rendimiento y eficacia. 1.6.2 La ley de Hick La ley de Hick expresa que el tiempo necesario para tomar una decisin es una funcin del nmero de opciones disponibles (Hick 1952), (Hyman 1953). La ley permite calcular el tiempo que se tarda en tomar una decisin cuando se presentan varias posibilidades. As por ejemplo, cuando un piloto dispone de un conjunto de botones y debe accionar uno ante un imprevisto anunciado por una alarma, la ley de Hick indica que cuanto mayor sea el nmero de botones, ms se tardar en tomar la decisin. La ley de Hick se enmarca en la solucin de problemas. En esta metodologa se describen cuatro pasos: identificar el problema, valorar las opciones disponibles, elegir una de las opciones, y realizar la opcin escogida. La ley de Hick se aplica al tercer paso. Hay que indicar que la ley de Hick se aplica en la toma de decisiones sencilla (habitualmente se asocia un evento con una posible accin correctiva). La ley de Hick se expresa nbaRT 2log* Siendo:

- RT: tiempo de respuesta - a: tiempo total que no est implicado en la toma de decisin - b: constante emprica basada en el tiempo de procesado cognitivo para cada

opcin (0,155 s para los seres humanos) - n: nmero de alternativas posibles

Por ejemplo, imaginemos que un operario tarda 2 s en detectar una alarma y reconocer su significado. Imaginemos tambin que al pulsar uno de los 5 botones se solucionar el problema. El tiempo en responder segn la ley de Hick indica un cierto retardo, con lo que RT tiene un valor de 2,36 s. sRT 36,25log*)155,0(2 2 Como aplicar la ley de Hick en el diseo de sistemas? La ley de Hick puede aplicarse en el diseo de sistemas que impliquen decisiones basadas en diversas opciones. Si se disean tareas en las que el tiempo de respuesta ante eventos es decisivo, se recomienda minimizar el nmero de opciones implicadas. Cuando el diseo requiere interacciones complejas, la ley de Hick no puede aplicarse y es conveniente realizar estudios etnogrficos con usuarios y situaciones reales. Sera el caso, por ejemplo, de la tarea de un controlador areo en el seguimiento de aviones, el cual ante una situacin de alarma

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debe realizar tareas ms elaboradas como la discusin del caso con los compaeros de la sala de control, y la consulta de los procedimientos a seguir en caso de emergencia (en forma de men de ayuda en pantalla, o bien mediante manual de consulta). Un detalle que conviene resaltar es la presencia de presin temporal en la decisin. Si a ello se aade que el operario maneja un sistema complejo, la presencia de error humano ante un gran nmero de alternativas a escoger puede ser elevada, de ah que la reduccin del nmero de opciones por parte del diseador es una idea a considerar. 1.6.3 Equilibrio entre flexibilidad y eficacia Dos conceptos contradictorios que conviene manejar con habilidad para encontrar un equilibrio adecuado. La idea parte de los trabajos de (Norman, 2000) y en los que se comenta que los diseos flexibles pueden desempear ms funciones que los diseos especializados pero lo hacen de una forma menos eficaz. Debe conseguirse el equilibrio entre flexibilidad y eficacia ya que no se puede prescindir de ninguno de los dos conceptos; la incorporacin de la flexibilidad permite satisfacer un mayor nmero de exigencias de diseo, pero ello repercute en un aumento de la complejidad. El equilibrio entre flexibilidad y utilidad presenta implicaciones a la hora de sopesar la importancia relativa de la flexibilidad frente a la eficacia en un diseo. Siempre que los usuarios conozcan bien sus necesidades, se recomienda diseos especializados que atiendan a esas necesidades de la manera ms eficaz posible. En el caso de usuarios que no conozcan bien sus necesidades, se recomienda diseos flexibles con el fin de posibilitar el mayor nmero posible de futuras aplicaciones. Cuando se disea generaciones mltiples de productos, hay que tener en cuenta el cambio general hacia la especializacin a medida que las necesidades de los usuarios se definan. El equilibrio entre flexibilidad y eficacia se aprecia en el diseo de panel de mando a modo de interfaz entre un operario y un artefacto (controlador lgico programable, mquina) (Ponsa y Vilanova, 2005). El panel ms sencillo es el ms fcil de utilizar, pero no resulta flexible y es necesario aadir funcionalidades bien definidas (dispositivos de informacin visual, selector de servicio). El segundo panel muestra las mejoras aadidas; se puede observar que los dispositivos de informacin visual (indicadores luminosos) y los elementos controladores (selectores, pulsadores) se han agrupado por su funcin (Servicio, Marcha/Paro de la mquina, Seguridad). El tercer panel es muy flexible ya que incorpora todas las funcionalidades anteriores, y adems aade la posibilidad de que el operario realice tareas de verificacin manual, ello repercute en que se trata de un panel mucho ms complejo, y su manejo requiere entrenamiento del operario. Es habitual encontrar paneles de mando muy sencillos en entornos industriales, construidos con un mnimo de pulsadores para permitir que el operario realice la tarea bsica de marcha y paro de una mquina. El segundo panel se ha diseado para aquellos operarios que deseen introducir la gua GEMMA en el algoritmo del controlador lgico (PLC) que gobierna la mquina. Finalmente, el tercer panel muestra que el segundo panel puede ampliarse para tener en cuenta el accionamiento de algunos actuadores de la mquina. En el caso de una mquina compleja, el nmero de dispositivos y

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controladores puede aumentar tanto que puede hacer inviable el diseo de un panel fcilmente utilizable por el operario.

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1.6.4 La limitacin. El concepto de limitacin procede de los estudios de Norman (Norman, 1998). Las limitaciones permiten reducir las acciones que se pueden realizar sobre un sistema. Un ejemplo de limitacin es la ocultacin de opciones, por ejemplo, que se produce al desplegar la barra de men principal en un editor de texto, aparecen en primer trmino las opciones ms utilizadas en lugar del conjunto de ellas, mucho ms extenso. La aplicacin de las limitaciones facilita la utilizacin de los diseos. Existen dos tipos de limitaciones, fsicas y psicolgicas. Las limitaciones fsicas reducen las acciones a condicionar el movimiento segn trayecto, eje o barrera. Un ejemplo de limitacin de tipo Trayecto es el elemento slider. Se observa como mediante el ratn convencional, el usuario puede deslizar el cursor a lo largo de una trayectoria vertical en este ejemplo, en una escala de 0 a 100.

Un ejemplo de limitacin de tipo Eje se aprecia en el uso de un dispositivo controlador. La fuerza que ejerce un usuario sobre el selector, se traduce en un movimiento de rotacin sobre el controlador que permite activar o desactivar el dispositivo.

Las limitaciones de tipo Barrera ejercen como detencin o ralentizacin. El ejemplo ms comn es al mover el ratn convencional y encontrar los lmites de la pantalla del ordenador. En el caso de un joystick con realimentacin de fuerzas que se utiliza en videojuegos, cuando el usuario ejerce una accin lmite sobre el dispositivo, se percibe de forma tctil la realimentacin que actua como freno o barrera.

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Las limitaciones psicolgicas se refieren a aspectos de percepcin de la informacin y a los modelos mentales del mundo. Las limitaciones psicolgicas se clasifican en smbolo, convencin y direccin. Los smbolos influyen en el comportamiento al comunicar un significado a travs del lenguaje, como el texto y el icono en una seal de advertencia.

Las convenciones influyen en el comportamiento y se basan en las tradiciones y prcticas adquiridas. As por ejemplo, el color rojo est asociado con la detencin en un semforo, mientras que el verde est asociado con seguir adelante. Otros claros ejemplos son los smbolos grficos que se utilizan para las funciones de reproduccin de un equipo de audio o video (play, rew, stop, record).

Las direcciones influyen en el comportamiento al basarse en las relaciones percibidas entre elementos. Por ejemplo, al considerar la disposicin fsica de interruptores en los diversos espacios habitables de una vivienda: el interruptor de luz que se encuentra en un recibidor se percibe relacionado con la iluminacin de ese espacio, en otros interruptores ms alejados fsicamente no se percibe esta relacin. Las limitaciones en el diseo permiten simplificar la utilizacin de los dispositivos controladores. Las limitaciones fsicas se emplean para reducir la sensibilidad de los controladores, al minimizar las entradas involuntarias (fuerzas bruscas ejercidas por el usuario) y evitar o ralentizar las acciones peligrosas. Las limitaciones psicolgicas se emplean para mejorar la claridad de un diseo y facilitar el reconocimiento de la situacin por parte del usuario, as como facilitar la entrada de acciones. 1.6.5 Error Humano Una de las causas ms frecuentes de los accidentes se debe al error humano. Es frecuente tambin, encontrar explicaciones detalladas que relacionan el error humano producido junto a problemas del diseo de los sistemas (procesamiento de la informacin inadecuada debido a la dificultad en el reconocimiento de la situacin).

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Como primera aproximacin los errores pueden clasificarse en errores de ejecucin y en errores de planificacin (Norman, 1981), (Reason, 1990). Los errores de ejecucin, o errores de accin, se corresponden con equivocaciones por parte del usuario que tienen lugar en el inconsciente. El usuario tena intencin de apretar un botn, y debido a la equivocacin, ha acabado presionando un botn no deseado, por ejemplo. Cmo minimizar estas equivocaciones? En primer lugar hay que ofrecer informacin previa clara sobre las acciones. Los mensajes de error deben anunciarse con claridad, siendo necesario incluir las consecuencias del error y acciones correctivas que permitan deshacer la accin. Los dispositivos controladores deben situarse de forma que se evite su activacin accidental, y si ello no es posible, es necesario utilizar confirmaciones para verificar la accin.

En el ejemplo del diseo de un panel de control sencillo se observa como por accidente, el operario podra poner la mquina en un estado de funcionamiento automtico (AUT) al dar un golpe involuntario sobre el selector. Aadiendo, un pulsador para validar la accin, tan solo se produce ese modo de funcionamiento de forma voluntaria, evitando as una posible equivocacin que podra derivar en accidente. Los errores de planificacin se producen cuando la tarea de toma de decisiones y solucin de problemas resulta inadecuada para corregir el mal funcionamiento de un proceso o una mquina. En sistemas complejos, como la toma de decisiones en sala de control de planta nuclear, la interpretacin inadecuada de la presencia de una alarma y el reconocimiento de la situacin, puede conducir a un error de planificacin que afecta gravemente al funcionamiento de la planta (como en el accidente ocurrido en Three Mile Island en 1979). Los diseos deben ayudar a las personas a evitar errores y, en caso de producirse, a minimizar las consecuencias negativas (Lidwell et. al. 2005). En este sentido se define el diseo indulgente que incluye:

- Adecuacines: carctersticas fsicas del diseo que influyen en su correcta utilizacin (por ejemplo, la forma fsica de conexin entre el ordenador y los equipos perifricos)

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- Acciones reversibles: acciones que pueden deshacerse si se produce un error o si

la persona cambia de intencin (tpico de editores de texto convencionales, en los que aparece la funcin de deshacer escritura)

- Redes de seguridad: instrumento o proceso que minimiza las consecuencias negativas de un error catastrfico (por ejemplo, intentar abrir la salida de emergencia de un avin en pleno vuelo, sin necesidad)

- Confirmacin: verificacin de las intenciones antes de realizar acciones arriesgadas (por ejemplo, la necesidad de conectar mediante llave, antes de activar un sistema)

- Advertencias: seales, mensajes o alarmas empleadas para avisar de un peligro inminente

- Ayuda: informacin de soporte al operario en operaciones bsicas o conflictivas para la superacin de la situacin.

Si en el diseo se tienen en cuenta las adecuaciones, acciones reversibles y las redes de seguridad, entonces la confirmacin, la advertencia y la ayuda no son tan necesarios. Cuando se utilizan confirmaciones, advertencias o ayudas, deben evitarse los mensajes crpticos. El exceso de confirmaciones o advertencias dificulta la interaccin y aumenta las probabilidades de que la confirmacin o las advertencias sean ignoradas. 1.6.6 Control supervisado. El operario interacta con el proceso controlado y puede ejercer tareas rutinarias de vigilancia sin intervencin, tareas de inicio o paro del ciclo, o interrupciones para modificar los parmetros del algoritmo de control, por citar algunas actividades, de manera que si se considera el operario como parte integrante del sistema se obtiene una cooperacin entre operario y proceso regulado por el controlador. No se trata, pues, de una arquitectura totalmente automatizada; ms bien es una arquitectura hbrida de interaccin entre el operario humano, la interfaz y el controlador. En el manejo del ordenador en el control de procesos, la interaccin entre operario y ordenador se ampla enormemente al poder manejar bases de datos, entornos de programacin de alto nivel y conectividad con otros ordenadores en un entorno de control distribuido. Resulta singular destacar que desde el ordenador no slo se pueden modificar los parmetros del algoritmo de control, sino que se pueden disear simulaciones del proceso con mayor o menor realismo respecto al proceso industrial. As pues, desde el ordenador el operario tiene una mejor comprensin del proceso controlado mediante herramientas de programacin orientadas a los procesos industriales, mediante los cuales se pueden generar aplicaciones a medida del proceso a estudio. Una vez establecidos de forma clara el rol de la automatizacin y el tipo de interaccin entre el elemento de control y el operario, conviene definir el concepto de supervisin. Una posible definicin de supervisin de un proceso indica el conjunto de acciones desempeadas con el propsito de asegurar el funcionamiento correcto del proceso incluso en situaciones anmalas. Cuando en este contexto se habla de funcionamiento correcto frente a anmalo se entiende que el funcionamiento correcto es el que se produce mediante un algoritmo de control testeado por un operario experto y verificado de forma peridica/cclica hasta

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obtener los resultados deseados de calidad del producto y satisfaccin del control efectuado. En el entorno industrial, y ante la presencia de perturbaciones, el proceso controlado puede desviarse de la consigna fijada a priori, de forma que se produce un deterioramiento del funcionamiento correcto. De forma rpida, observamos, pues, que la supervisin engloba la automatizacin, el seguimiento y la vigilancia del proceso controlado. En el contexto que presentamos en estas lneas, entendemos que la automatizacin y la supervisin son fases consecutivas a aplicar sobre el proceso. De forma bsica, el sistema de supervisin es el encargado de llevar a cabo las actividades siguientes:

- Adquisicin y almacenamiento de datos - Monitorizacin o vigilancia (surveillance) de las variables del proceso - Control supervisor (supervisory control) sobre autmatas y reguladores

industriales - Deteccin de fallos - Diagnstico de fallos - Reconfiguracin

Algunas de estas actividades se realizan mediante sensores, actuadotes, controladores, y redes de comunicaciones. Es relevante destacar las tareas que debe llevar a cabo el operario al disponer de capacidades de toma de decisiones por encima del nivel de automatizacin (Barrientos et. al. 2007). Las principales tareas del operario son:

- Planificacin de la tarea a realizar y cmo realizarla. Debe definirse un objetivo alcanzable y formular una estratgica que de forma efectiva conduzca al objetivo

- Automatizar las tareas sobre ordenador para que puedan ejecutarse de forma automtica

- Monitorizar la ejecucin automtica. En este sentido el operario vigila el proceso controlado y por tanto analiza la posibilidad de tomar medidas correctivas.

- Intervencin humana. En el caso de complementar el control automtico, o tomando de forma entera el control en forma manual, o en caso de emergencia, el operario interviene de forma activa.

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Tal como se ha comentado al principio de este tema, una de las principales referencias en telerrobtica, automatizacin y control supervisor es Thomas B. Sheridan, quin ha influido en profesionales de las reas de ingeniera de sistemas y factores humanos a lo largo de dos dcadas (Sheridan, 1992). Sheridan contempla todos los modos de operacin que pasan por un control cien por cien humano, a un control cien por cien automatizado, y en medio las divesas combinaciones de control entre el operario y el automatismo. Es necesario definir un esquema en el que el concepto de control supervisado se aprecie de forma ntida en el marco de la interaccin persona-ordenador. Mediante la interfaz (monitor de ordenador, panel de mano con indicadores informativos) o bin por visualizacin directa del proceso, el operario vigila el proceso controlado por el automatismo, y vigila tambin el funcionamiento adecuado del algoritmo programado en el interior del automatismo. En este esquema, proceso indica un proceso continuo o proceso discontinuo industrial; en casos concretos se puede sustituir proceso por mquina, manteniendo la forma del resto de elementos del esquema.

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La intervencin del operario se produce a travs de rdenes sobre el automatismo, ordenes sobre la interfaz, o bien de forma directa sobre los actuadores presentes en el proceso (human in the loop). La realimentacin est proporcionada por un conjunto de sensores e indicadores que visualizan situaciones de funcionamiento del proceso/mquina. El control supervisado, aunque presenta una gran complejidad, es especialmente til en el manejo de sistemas persona-mquina complejos, tanto en el mbito industrial, como en el mbito de los sistemas de teleoperacin (espacio, mar, medicina). Combina las ventajas de fiabilidad del automatismo junto a las capacidades de solucin de problemas y toma de decisiones de las personas. Y en este sentido, las limitaciones senso-motrices del ser humano no suponen un inconveniente en la aplicacin del control supervisado. Y a modo de posibles inconvenientes, hay que destacar la presencia de incertidumbre y el error humano. Es clara la dificultad de obtener un control supervisado robusto cuando el proceso presenta incertidumbre. Es decir, al realizar un modelo fsico-matemtico del funcionamiento del proceso, cuanto mejor sea este modelo menor ser la incertidumbre, pero no se puede conseguir una fiabilidad perfecta en el uso del modelo. En el caso de la aplicacin del control supervisado en entornos no estructurados como en la teleoperacin espacial, la incertidumbre en el conocimiento del entorno conduce a una obtencin de informacin incompleta que dificulta las tareas de supervisin del operario. Otra gran dificultad, es que pese a la presencia de niveles de automatizacin entre el operario y el proceso, se debe tener en cuenta la carga de trabajo, tanto fsica como mental, del operario, de forma que se reduzca con la finalidad de evitar el error humano en las tareas de supervisin. 1.7 Ejercicio Cmo definir las tareas de un diseador? En el enlace web de Alberto La Calle sobre Diseo de procesos, operaciones de negocio, pueden observarse algunas reflexiones sobre el concepto de diseo y las tareas a desarrollar por un diseador. Los artculos all presentados pueden servir como debate. http://albertolacalle.com/diseno-procesos.htm Y, por la calidad de las reflexiones sobre el diseo de objetos cotidianos, es imprescindible citar la pgina web de Don Norman, que refleja todo un compendio de ensayos, ejemplos y debate sobre diseo. http://www.jnd.org/ Si el lector est interesado en la formacin universitaria en Ingeniera del Diseo y desarrollo del producto, es fcil encontrar diversos centros estatales, como por ejemplo la ingeniera impartida por la Universidad de Nebrija. http://www.nebrija.com/carreras-universitarias/ingenieria-diseno-industrial/index.htm


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1.8 Referencias Barrientos, A., Pein, L.F., Balaguer, C. y Aracil, R. Fundamentos de Robtica. Editorial McGrawHill, Segunda Edicin, Madrid, 2007 Caas, J.J. Personas y mquinas. Ediciones Pirmide, Coleccin Psicologa, 2004 Federal Aviation Administration: Human factors design guide for acquisition of commercial-off-the-shelf subsystems, non-developmental items, and developmental systems (DOT/FAA/CT-96/01). Atlantic City International Airport, DOT/FAA Technical Center, 1996 Granollers, T., Lors, J. y Caas, J.J. Diseo de sistemas interactivos centrados en el usuario. Editorial UOC, Coleccin Informtica, 2005 Hick, W.E. On the rate of gain of information. Quarterly Journal of Experimental Psychology, Vol 4, pp. 11-26, 1952 Hyman, R. Stimulus information as a determinant of reaction time. Journal of Experimental Psychology, Vol 45, pp. 188-196, 1953 ISO International Organization for Standarization: Ergonomic design of control centres, parts I, II, III, IV. En URL: http://www.iso.org, 2004 Lidwell, W., Holden, K y Butler, J. Principios universales de diseo. Editorial Blume, 2005 Maslow, A. Motivacin y personalidad. Ediciones Daz de Santos, 2001 NASA. Man system integration standards, NASA-STD-3000. En URL: http://msis.jsc.nasa.gov/, 1995 Norman, D.A. Categorization of action slips Psychological Review, Vol 88, pp. 1-15, 1981. Norman, D.A. La psicologa de los objetos cotidianos. Editorial Nerea, San Sebastin, 1998 Norman, D.A. El ordenador invisible. Editorial Paids, Barcelona, 2000 Norwegian Technology Centre. Norsok Standard: I-002 Safety automation system. Norwegian Technology Centre Oscarsgt. 20, Postbox 7072 Majorstua N-0306 Oslo. En URL: http://www.olf.no y http://trends.risoe.dk/detail-organisation.php?id=52#corpus , 2006 Ponsa, P. y Vilanova, R. Automatizacin de procesos mediante la gua GEMMA. Edicions UPC, Aula Politcnica/Computacin y Control, n 102, Barcelona, 2005. Reason, J. Human error. Cambrigde University Press, 1990 Sheridan, T. Telerobotics, automation and human supervisory control. MIT Press, 1992 U.S. Nuclear Rgulatory Commission: NUREG-0700, Human-system interface design review guidelines. Office of Nuclear Regulatory Research, Washington DC 20555-0001. En URL: http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/nuregs/staff/sr0700/nureg700.pdf, 2002 Wickens, C.D., Gordon, S.E. y Liu Y. An introduction to human factors engineering. Addison Wesley Longman, 1997

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