Cooperação Homem-Máquina

Um dos obstáculos para adotar um RAS é a versatilidade e flexibilidade do ser humano em comparação com máquinas automáticas em processos de montagem tradicionais. Apesar da ten- dência em introduzir automação no sistema, o desenvolvimento de um RAS não implica eliminar completamente o homem do sistema de montagem. Em vez disso, o sistema deve ser projetado de modo que os operadores humanos sejam capazes de realizar de forma eficiente as tarefas que não podem ser automatizados e vice-versa [21].

Tipicamente, um sistema automático promove uma série de vantagens relativamente a sistemas operados por humanos, tais como operações sem fadiga ou intervalos e elevada taxa de produtivi- dade. Em contrapartida, apesar de possuírem habilidades apuradas para realizar as tarefas a que foram destinados, verifica-se uma limitação no sentido de desempenhar tarefas diferentes ou mais complexas, estando muitas vezes dependentes de elevados esforços de programação, o que afeta de forma significativa a flexibilidade da linha. Os operadores humanos, por sua vez, são capazes de fornecer habilidades sensoriais e motoras incomparavelmente superiores na realização de tare- fas complexas e podem rapidamente adaptar-se a novas sequências de produção, sendo no entanto, mais limitadas em termos de força e precisão. Visto isto, torna-se possível concluir que a conju- gação devida destes dois extremos é essencial para alcançar a máxima flexibilidade. Os requisitos de projeto deste tipo de sistemas foram discutidos por Heilala e Voho (2001).

Em [34], o autor propõe e avalia duas possíveis abordagens para a configuração de sistemas que combinam etapas de montagem automáticas e manuais de modo a otimizar a eficiência do sistema. Os sistemas propostos diferem, essencialmente, no posicionamento das estações que dis- põem das operações manuais: O primeiro pressupõe que estas estejam posicionadas em paralelo e o segundo que estejam organizadas sequencialmente. Para medir a performance dos modelos, compará-las e, por fim, efetuar a seleção do mais vantajoso, Lien desenvolve um modelo teórico que considera, entre outros parâmetros, efeitos e curvas de aprendizagem, volume de produção, número de operações efetuadas e número de variantes do produto. Após aplicação deste modelo,

Lien conclui e evidencia que a configuração paralela apresenta maior potencial em termos de me- lhoramento da eficiência do sistema na medida em que, além de ser mais facilmente configurado, apresenta menos perdas dependentes do sistema. Em concordância com as ideias introduzidas por [34], [10] afirma que a melhor maneira de conjugar as características e capacidades robóticas e humanas é obtida quando as tarefas simples e generalistas são atribuídas a robôs e posicionadas a montante da linha e, as tarefas mais complexas e variáveis, que conferem ao produto as suas características individuais e customizadas, são atribuídas a operadores humanos e posicionadas a jusante da linha. Kuber (2016) [9], desenvolve um método para identificar o modo como linhas de montagem existentes e implementadas podem ser reconfiguradas para comportar mudanças nos requisitos de produção. O autor segue abordagens já existentes baseadas nos paradigmas de mo- dularização de sistemas e sistemas reconfiguráveis. A investigação aplica o conceito de "graus de liberdade", focando-se em investigar e explorar as possibilidades de mudança da ordem dos elementos da linha.

2.4.1.1 Tipos de Cooperação

Como referido anteriormente, a implementação dos conceitos de flexibilidade e a capacidade de responder a mudanças requer cooperação direta entre homens e máquinas. Essa interação é essencial e tem uma implicação direta no aumento da eficiência do sistema. Diferentes tipos de cooperação e interação entre humanos e robôs podem ser aplicados. Kruger (2009) propõe uma divisão dos sistemas híbridos em dois grupos: "Workplace sharing systems"e "Time sharing sys- tems". No primeiro caso, a cooperação entre robôs e humanos está limitada à partilha do espaço de trabalho e, por isso, não se verifica a execução de tarefas em simultâneo. A interação é limi- tada ao mecanismo de "colision avoidance", onde as ações do robô são interrompidas quando a distância entre ele e um ser-humano é inferior à distância de segurança estipulada. Um exemplo de implementação deste sistema é o sistema team@work da Fraunhofer e IPK [8]. Por sua vez, no segundo caso, verifica-se a possibilidade de operadores humanos e robôs operarem em simultâneo, havendo, além da partilha da estação de trabalho, partilha de tempo. Neste cenário, a interação entre o robô e o humano não pode ser limitada ao mecanismo de "collision avoidance", sendo ne- cessário um mecanismo mais sofisticado. O projeto PISA [49] é um exemplo onde a flexibilidade do sistema de montagem é alcançada através da cooperação homem-máquina num sistema do tipo "workplace and time sharing". O foco é conferido a sistemas inteligentes de assistência inovadores e ferramentas de planeamento para a sua integração no sistema, passando ainda pela exploração dos conceitos de reconfigurabilidade e reutilização de equipamentos de montagem. Segundo Kr- ger, o principal objetivo do projeto é manter os operadores humanos no sistema de produção, mas auxiliá-los com poderosas ferramentas para aumentar o seu desempenho.

Segundo Schraft (2005), quatro tipo de cooperação entre homens e robôs podem ser definidos: O primeiro tipo de cooperação é definido como "operação independente". Neste caso, humanos e robôs operam de forma independente em diferentes peças de trabalho. O segundo tipo consiste na "cooperação sincronizada", onde trabalhadores e robôs, ainda separados, operam consecutiva- mente em uma peça de trabalho. O terceiro tipo corresponde à operação em uma peça de trabalho

compartilhada, porém sem contato físico. O último nível corresponde à cooperação direta a partir

da interação física entre operador e robô. A figura2.10ilustra a referida classificação.

Figura 2.10: Diferentes tipos de Cooperação entre humanos e robôs (Fonte: [8])

O projeto ROBO-PARTNER [50]promove uma solução híbrida que envolve os diferentes tipos de cooperação, sugerindo, no entanto, uma classificação em 3 níveis. O primeiro nível envolve a execução de tarefas diferentes por homens e robôs, enquanto partilham o mesmo espaço de trabalho. Neste caso, não são necessárias barreiras ou outros sistemas físicos de segurança uma vez que, através da utilização de uma série de sensores (força, visão, presença), o robô é capaz de se manter sempre ciente da presença humana. No segundo nível, a cooperação é realizada principalmente a nível cognitivo, onde o robô é utilizado para fornecer ao operador as peças de montagem corretas, reduzindo assim o tempo necessário para identificá-las ou ir buscá-las a áreas distantes da zona de produção. O último nível de cooperação corresponde à execução da mesma tarefa de montagem pelo robô e pelo ser humano, verificando-se interação física direta. Esta abordagem permite a combinação de habilidades humanas, tais como perceção e destreza, com características vantajosas dos robôs como robustez, força, precisão e repetibilidade de modo a que a mesma tarefa seja executada da forma mais eficiente possível.