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A transformação digital na Operação
do Sistema Interligado Nacional
7 a 9 de junho de 2021 - CURITIBA - PR
Utilização de Óculos de Realidade Aumentada em Usinas: Unindo o Mundo Real com o
Virtual para melhorar a Operação dos Ativos de Energia
Leonardo Lameira do Nascimento
Rene da Rosa Oliveira
Ronaldo Mauricio Piroli Silva
Engie Brasil Energia
Brasil
SUMÁRIO
A Realidade Aumentada é uma experiência que pode ser obtida através da interação visual de elementos virtuais e o mundo real. Hoje, basta um dispositivo, tal como um celular com um aplicativo instalado para se ter essa experiência. Mas, pode-se ter um ganho sensorial muito maior, como pela utilização de um Óculos próprio para este fim.
Atualmente, a Realidade Aumentada é aplicada em diversas áreas. Se tornou inicialmente conhecida pelo público por meio do entretenimento, mas tem se expandido para outros setores, como educação, marketing, comércio e claro, indústria. Seguindo esta tendência, neste trabalho foi desenvolvido um sistema que utiliza Óculos de Realidade Aumentada, aplicando-a à uma usina de energia.
O projeto foi concebido para uso de operadores e equipes de manutenção, tendo como base a capacidade de compartilhamento do conteúdo capturado de forma remota. O objetivo não é apenas ser utilizado com o recurso de vídeo conferência, mas como assistente na execução das atividades entre o usuário do óculos (operador ou técnico na usina) e um especialista ou operador remoto (de um Centro de Operação, por exemplo).
A inovação, além da utilização do Óculos de Realidade Aumentada por si só, vem de dois recursos adicionais do projeto: no primeiro já implantado, o usuário do óculos realiza o “scan” de QR Codes instalados nos equipamentos e as informações em tempo real são apresentadas na tela do usuário. No segundo recurso o usuário remoto pode desenhar objetos na tela, indicando espacialmente e pontualmente onde, e em que locais o usuário do óculos deve realizar um serviço.
Desta forma, na prática, o sistema “leva” os dados das IHMs (Interface Homem Máquina) das salas de operação para os “olhos” dos técnicos/operadores, independentemente onde eles estejam geograficamente. Tanto para a manutenção quanto para operação, mistura a realidade com dados virtuais, e permite assistência remota com grande nível de imersão. O sistema é claramente ciber-físico e se utiliza da internet tanto para comunicação quanto para troca e recebimento de dados. Portanto, conceitualmente pode ser considerada como um tecnologia da indústria 4.0.
PALAVRAS CHAVE
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1. Introdução
Pode-se pensar que a Realidade Aumentada está para além do nosso tempo. Entretanto, seu uso está presente muitas vezes sem dar-nos conta. Prova disto? Lembre alguns aplicativos de celular: filtros de vídeos de redes sociais ou um jogo onde se pode coletar personagens virtuais em sua cidade.
Uma vez familiarizados com o conceito, vamos apresentar uma aplicação útil na indústria. Neste trabalho foi desenvolvida um software para uso com Óculos de Realidade Aumentada em uma planta de geração de energia. Como se sabe, a utilização de um sistema ciber-físico com capacidade de troca de dados com Internet faz parte do conceito de indústria 4.0. Como este é um tema bastante relevante na atualidade, discutir as vantagens de seu uso acaba sendo também, indiretamente, resultado deste trabalho. A ideia central do projeto é mostrar como as IHM’s (Interface Human Machine) podem ser executadas de forma virtualizada, isto é, transportadas das telas dos computadores para um ambiente fora das salas de controle.
2. O Óculos de Realidade Aumentada
Levar os dados das IHMs (Interface Homem Máquina) das salas de operação diretamente para os “olhos” dos técnicos/operadores, misturando desta forma a realidade com dados virtuais, ou ainda, permitir operação ou manutenção assistida com grande nível de imersão, pode trazer diversas vantagens, o que é possível com o uso do dispositivo e aplicação desenvolvida. Ao realizarem um determinado serviço, o usuário pode ter conhecimento sobre o estado de variáveis dos equipamentos no qual estejam trabalhando e contar com o apoio de um especialista remoto praticamente como se este estivesse presente. Desta forma, o sistema é útil para equipes de operação e manutenção em situações como inspeções, manutenções remotas, comissionamentos, testes, treinamentos entre muitas outras. Apresenta ainda outra vantagem para o usuário: por se tratar de um óculos, esse pode ter suas mãos livres para execução de um dado serviço.
Um dos pontos fundamentais foi a definição de qual hardware utilizar. Algo em comum em grande parte dos dispositivos disponíveis no mercado é o sistema operacional Android, que traz flexibilidade e baixo custo de implantação do software. Requisitos não somente de desempenho, mas conforto e possibilidade de integrar a EPIs (Equipamentos de Proteção Individual) também foram utilizados para a escolha. Na figura 1 é apresentado o óculos de realidade aumentada utilizado, da marca Vuzix, modelo M4001, utilizado no projeto.
Figura 1: Óculos de Realidade Aumentada marca Vuzix, modelo M400, utilizado no projeto.
1 Mais informações sobre o dispositivo podem ser obtidas em https://www.vuzix.com/products/m400-smart-glasses.
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3. A Aplicação
Um dos recursos da aplicação tem o seguinte princípio de funcionamento: QR-Codes foram colocados em alguns equipamentos, que após serem escaneados pela câmera do óculos, possibilita que dados em tempo real sejam mostrados diretamente na tela do usuário. Na figura 2 é apresentado um usuário utilizando o Óculos de Realidade Aumentada realizando um escaneamento de um QR Code inserido em um equipamento.
Figura 2: Usuário escaneando um QR Code em um painel de equipamento.
Nas figuras 3 e 4 são apresentadas as telas do óculos após a leitura do QR Code do equipamento da figura anterior (MGGI – Mancal Guia Inferior) e de um outro equipamento (Mancal Guia da Turbina), à título de exemplificação.
4 Figura 4: Tela do óculos de Realidade Aumentada, apresentando dados em tempo real do MGT.
Outro recurso é a possibilidade de o operador remoto ou especialista desenhar sobre a tela objetos em tempo real. Isso pode ter bastante relevância não somente para operação, mas para manutenção assistida. Na figura 4 é apresentada a tela do operador remoto ou especialista, onde pode observar diversos botões comuns em ferramentas de edição de figuras, além, claro de recursos comuns de vídeo conferência.
Figura 4: Tela do operador remoto ou especialista com recurso de operação ou manutenção assistida.
Se de um lado temos operadores de campo ou técnicos da usina, do outro temos os operadores do centro de operação ou engenheiros especialistas. Sobre este segundo grupo, foi desenvolvida uma interface WEB, onde é possível verificar sobre o status dos óculos (pode haver mais que um por usina), conversar com o usuário, acessar o dispositivo remotamente, além de ter acesso aos recursos dos óculos de Realidade Aumentada. Na figura 5 e 6 são mostradas a interface WEB e de acesso ao óculos, respectivamente.
5 Figura 5: Interface WEB do operador remoto ou engenheiro especialista, com o status dos óculos
disponíveis para acesso.
Figura 6: Tela do operador remoto ou engenheiro especialista, após acesso em tempo real.
4. Testes e Implantação
A usina hidrelétrica de Passo Fundo possui 226MW de potência nominal e está localizada no estado do Rio Grande do Sul. O óculos de Realidade Aumentada está implantado nesta usina desde o final do ano passado e os principais recursos da aplicação foram desenvolvidos pensando na usabilidade a partir de feedbacks de usuários – funcionalidades estas, que não foram encontradas em ferramentas disponíveis no mercado, mas podem ser replicadas por outros agentes do setor caso tenham interesse. Todas as figuras mostradas anteriormente (figuras 2 a 6) foram extraídas de testes ou inspeções realizados na usina.
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5. Conclusão
Com a implantação do Óculos de Realidade Aumentada haverá melhora e maior agilidade no processo de operação e manutenção, uma vez que dados de equipamentos em campo serão disponibilizados na tela/lente do usuário, mesmo que um operador se encontre fora da sala de controle da usina. O compartilhamento destes dados, áudio e vídeo para operadores remotos (em especial operadores do Centro de Operação), permitirá maior envolvimento, estendendo seu contato e experiência, mesmo que de forma virtual.
Mas os ganhos não vêm somente da implantação de uma nova tecnologia por si só. Existem ganhos, inclusive financeiros, ainda que de difícil mensuração. Como exemplo, mitigação de riscos, já que um operador pode identificar possíveis anormalidades antes da execução de uma manobra ou partida de um equipamento, incluindo aqueles essenciais à geração de energia. Nesta situação, somente a receita não obtida de uma hora de indisponibilidade de um gerador já seria suficiente a cobrir todo o custo de implantação do sistema para uma usina. Outro exemplo de mitigação de riscos: por ser uma ferramenta que melhora a observabilidade e a comunicação com demais membros de uma equipe, pode-se evitar que os operadores executem ações em condições “estranhas” ou de anormalidade, o que pode ocasionar riscos, inclusive de acidentes. Estes são somente exemplos para operação. No caso de manutenção assistida, pode-se citar a redução de viagens de engenheiros ou especialistas para as plantas, e principalmente a resolução de problemas de forma muito mais rápida e eficaz – outro ponto para possível redução no tempo de indisponibilidade de um gerador.
Desde a implantação, estamos estudando sobre diversas melhorias e novas funcionalidades. Um destes é a possibilidade de “check points” quando se realiza o escaneamento de um QR Code, para garantir que uma inspeção de operação esteja sendo realizada apropriadamente. Outra funcionalidade, é que a própria execução de uma manobra poderá ser mostrada para o usuário do óculos como em um tutorial, ao invés de se usar uma folha de papel impressa com o passo-a-passo, como é feito atualmente. Isto evitaria possíveis erros de execução, sendo especialmente válido para aquelas que não são feitas com muita frequência. Outro recurso seria ainda capacidade de o óculos reconhecer automaticamente, após escaneamento de um QR Code, se o serviço será executado sobre o equipamento correto, evitando que o operador cause algum prejuízo grave e evitando erros humanos.
Avalia-se também a possiblidade de melhor aproveitar os diversos sensores, câmera e microfone do Óculos. Desejamos adicionar inteligência artificial ao software, no sentido de observar as condições ambientais para alertar o usuário de uma condição anômala. Como exemplo: a câmera do óculos pode capturar um alarme visual em um painel, que passou despercebido para o operador. Outro exemplo, o microfone do óculos poderá “ouvir” um ruído sonoro diferente do convencional indicando que algo estranho possa estar ocorrendo, e da mesma forma, alertar o usuário. Este são alguns exemplos de se adicionar a Inteligência Artificial ao sistema, já que temos certeza de que as possibilidades a partir deste ponto poderão se tornar ainda muito maiores.
