utilização da realidade virtual na área de meio ambiente nas

Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído
GRUPO DE TRABALHO EM DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL
11 ENCONTRO NACIONAL E I ENCONTRO LA TINO
AMERICANO SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES
SUSTENTÁVEIS
Canela, RS, 24 a 27 de abril de 2001
UTILIZAÇÃO
DA REALIDADE
VIRTUAL NA ÁREA DE MEIO AMBIENTE
EMPRESAS
NAS
Jandira Guenka Palma, Doutoranda, Profa. MSc (I)
Ricardo Nagamine Costanzi, Prof. Msc (2)
Arhur José Vieira Porto, Prof. Df. (3)
(I) Núcelo de Manufatura Avançada (NUMA)/EESCIUSP e Dep. de Informática da UEPG-PR
e-mail: [email protected]
(2) Departamento de Engenharia Civil/Área de Recursos Hidricos - UNIOESTE
e-mail: [email protected]
(3)Departamento de Engenharia Mecânica - EESCIUSP
e-mail: [email protected]
RESUMO
A Realidade Virtual (R V) é uma tecnologia que pode auxiliar os técnicos e engenheiros
a terem acesso a ambientes potenciais em relação a possibilidade de ocorrência de
desastres ambientais. Desta forma, pode-se realizar um treinamento junto aos
operadores e responsáveis pela área e também, verificar os procedimentos necessários
para cada tipo de ocorrência de maneira mais próxima da realidade. A RV pode trazer
ainda outras vantagens, tais como fornecer maior segurança ao usuário e ao
equipamento, por se tratar de um objeto virtual. No âmbito da determinação dos
impactos ambientais ocorridos por problemas operacionais, pode-se I através da RV
avaliar os principais problemas ocasionados devido a operações el procedimentos
indevidos dos técnicos e/ou problemas de manutenção. Este artigo tem I a finalidade de
discutir o emprego da RV nas empresas, relatando as possibilidades de uso e
contribuições para o treinamento e avaliação de riscos na área de meio alnbiente.
I
ABSTRACT
The Virtual Reality (RV) is a technology that can aid the technicians Jnd engineers to
have access in potentials environment that has possibility of occurrence of
environmental disasters. The RV can training operators and responsible for the area and
also, to verifY the necessary procedures for each OCCUrrencetype in c10ser way of the
reality. RV can still bring other advantages, such as supplying more safety to the user
and the equipment, for being of a virtual object. In the ambit of determination of the
environmental impacts that happened by operational problems, the RV can evaluate the
main problems caused due to operations and improper procedures of the technicians
andlor maintenance problems. This article intend to discuss the employment of the RV
•
355
•
in the companies, aiming the future use and give contributions for the training and
evaluation of risks in the environment area.
PALAVRAS-CHAVE
realidade
virtual; simulação;
meio ambiente; treinamento.
INTRODUÇÃO
As empresas, dentro de um contexto globalizado, necessitam buscar maiores niveis de
competitividade para enfrentar os novos concorrentes, provocando uma total remodelação dos
sistemas produtivos, desde a substituição de equipamentos obsoletos e de baixa produtividade por
outros mais modernos e produtivos, restruturação dos layouls das fábricas e do fluxo de transporte
existentes no chão de fábrica, o planejamento e controle da produção, até a necessidade de maior
qualificação da mão-de-obra utilizada, de forma a melhorar a qualidade do produto, reduzir o lead
lime de produção e desperdícios com refugos (Lobão & Porto, 1997).
Visando buscar novas formas de obter essa melhoria organizacional das empresas e propiciar uma
modernização do seu sistema produtivo empregando equipamentos mais modernos e mão-de-obra
mais especializada, está sendo proposta a utilização de softwares baseados em realidade virtual para
simulação de equipamentos, treinamento de funcionários, validação de planejamento de produção,
visualização de layouls de fábricas e protótipos de produtos.
No Brasil a RV é uma tecnologia nova para as indústrias, e pouquíssimas estão começando a
utiliza-Ia, empresas que tem um grupo de profissionais atrelado ao assunto, normalmente
encontram-se em fase de implantação e/ou e aquisição de produtos e de conhecimento.
Existem varias definições aceitas para realidade virtual. Isto é devido, em parte, à natureza
interdisciplinar da área e também ao seu processo de evolução. Oe uma maneira simplificada,
podemos dizer que realidade virtual (RV) é a forma mais avançada de interface entre o usuário e o
computador até agora disponível (Hancock, 1995). Trata-se de uma interface homem-computador
que simula um ambiente real e permite aos participantes interagirem com o mesmo (Latta & Oberg,
1994).
Agrupando-se algumas outras definições de realidade virtual (Burdea & Coiffet, 1994; Jacobson,
1991; Krueger, 1991), pode-se dizer que é uma interface, em que o usuário pode realizar imersão,
navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando
canais multi-sensoriais (Figura 1). Uma outra definição propõe que realidade virtual seja a
simulação do espaço-tempo 40, isto é, animação do ponto de observação apresentada em um
contexto interativo em tempo real. (Adams, 1994).
Agrupando-se algumas outras definições de realidade virtual (Burdea & Coiffet, 1994; Jacobson,
1991; Krueger, 1991), pode-se dizer que é uma interface, em que o usuário pode realizar imersão,
navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando
canais multi-sensoriais (Figura 1). Uma outra definição propõe que realidade virtual seja a
simulação do espaço-tempo 40, isto é, animação do ponto de observação apresentada em um
contexto interativo em tempo real. (Adams, 1994).
356
Sinais de
Sensoriais
Sinais de
Controle
Figura I. Realidade virtual (Porto&Palma,2000).
Na prática a realidade virtual permite que o usuário navegue e veja, em tempo real, um mundo de
três dimensões, com seis graus de liberdade (6GDL), que mostra a capacidade do software de
definir e a capacidade do hardware de reconhecer seis tipos de movimentos: para frente/para trás,
acima/abaixo, esquerda/direita, inclinação para cima/para baixo, angulação à esquerda/à direita e
rotação à esquerda/à direita. Na essência, a realidade virtual é um clone da realidade fisica. Na
realidade fisica, o individuo existe em três dimensões, tem a sensação do tempo real e a capacidade
de interagir com o mundo ao seu redor. Os equipamentos de RV simulam essas condições,
chegando ao ponto em que o usuário pode "tocar" os objetos em um mundo virtual e fazer com que
eles mudem de acordo com suas ações (Von Schweber & Von Schweber, 1995).
SIMULAÇÃO
O objetivo principal do estudo da simulação é melhorar a qualidade das decisões administrativas
(Shannon, 1975), e uma característica desejável da simulação é a animação gráfica, especialmente
para modelagem de processos de manufatura (Law & Haider, 1989). A animação permite um
excelente meio de estabelecer a credibilidade para o modelo simulado (Seevers, 1988). De acordo
com Van Norman (Norman, 1992), a realidade virtual é apontada como uma das principais
ferramentas gráficas visuais a serem utilizadas no futuro, para simulação de manufatura.
Seguindo a mesma linha de raciocínio, Lobão & Porto (1996) afirmam em seu artigo que a nova
tendência para simuladores de eventos discretos, aponta para sistemas interativos e inteligentes, nos
quais serão largamente empregadas técnicas de realidade virtual, inteligência, artificial e sistemas
especialistas. A realidade virtual, seria utilizada inicialmente no módulo de animação, que é a parte
do software que mostra ao mesmo tempo, a interação entre os diversos componentes do modelo,
durante a execução de uma corrida de simulação. Dessa forma, permitirá ao usuárío não somente
interagir com os componentes do sistema durante seu "funcionamento virtual", bem como muitas
vezes, imergir no interior do modelo dando mais realismo ao sistema e permitindo uma exploração
mais rica do mesmo.
.
I
357
Na área de simulação de chão de fábrica está havendo um grande esforço de empresas de simulação
e universidades para desenvolver um ambiente para estudos dos vários aspectos de um modelo
imersivo de exibição baseado em técnicas de modelagem de realidade virtual. Os participantes
deste empreendimento estão desenvolvendo um modelo de fábrica de engrenagens baseados em
softwares avançados de RV e plataformas CAVE - Cave Automatic Virlual Environmellt (Banerjee & Mehrotra, 1995). Esta nova tecnologia permitirá que as informações de uma
modelagem em 3D possam também serem exibidas numa interface que suporte apenas exibições em
2D (Exhibitors, 1997). O objetivo é permitir que um engenheiro de produção manipule objetos 3D
em ambientes -3D, proporcionando assim uma análise mais intuitiva de processos complexos
existentes num ambiente de fabricação. As pesquisas incluem o desenvolvimento de modelagem de
movimentos e modelagem da área de imagens da fábrica virtual. Alguns exemplos de empresas que
já empregam a RV podem ser citados: A BMW (Beardsley, 1997) e a Ford (Ressler, 1997).
TREINAMENTO
Na busca por vantagens competitivas, se faz necessário uma modernização do sistema produtivo das
empresas, empregando equipamentos mais modernos e sofisticados, os quais exigem a utilização de
mão-de-obra com maior grau de especialização. Essa maior especialização questiona os métodos
tradicionais de ensino e treinamento, já que há necessidade de transferência de uma quantidade
maior e mais complexa de conhecimento e de uma forma mais eficiente em um intervalo de tempo
menor (Lobão & Porto, 1997).
Algumas empresas já estão utilizando soluções baseadas em realidade virtual, para treinar seu
pessoal em manutenção e serviço para as linhas de produção, e para treinar seus funcionários no
próprio local de trabalho, isto tem permitido as companhias economizar com custos de treinamento
e viagens. O treinamento utilizando sistema virtual tem custos menores e é flexível, isto é, o sistema
simulador pode ser facilmente transportado e/ou modificado e, os operadores treinados por este
sistema desempenham suas funções melhor do que aqueles treinados no sistema real convencional.
(palma&Porto 2000)
Diante deste contexto, é importante salientar que vários autores (Rosenblum, 1995; McCarty et ai.,
1994; Moshell et ai., 1994) relatam o uso da realidade virtual para ensino e treinamento, sendo que
Kozak et ai (1993) e Wittenberg (1995) apresentam estudos realizados onde os resultados obtidos
de treinamento com o uso de realidade virtual são claramente superiores áqueles obtídos utilizandose sistemas reais.
Empresas como a Nabisco Food de alimentos utiliza soluções em realidade virtual para treinar seu
pessoal em manutenção e serviço para as linhas de produção. A Motorola que fabrica chips e outros
componentes eletrônicos tem utilizado a RV desde 1994 para treinar seus trainees no próprio local
de trabalho. Isto tem permitido a companhia economizar milhões de dólares com custos de
treinamento e viagens (Blanchard, 1995).
A companhia de aviação Boeing utiliza o conceito de realidade aumentada, que corresponde a uma
combinação da visão do ambiente real com o ambiente virtual. Este sistema usa luzes para guiar o
trabalhador que monta painéis manualmente, indicando quais as conexões devem ser efetuadas
entre as peças e a ordem em que estas conexões devem ser feitas (Ressler, 1997). A Boeing
Computer Services também tem utilizado interfaces de RV para sistemas CAD 3D, no intuito de
avaliar as facilidades de acesso dos funcionários que fazem manutenção nas cabines das aeronaves
fabricadas pela empresa (Blanchard, 1995).
358
I
APLICAÇÃO
DA RV NO MEIO AMBIENTE
Basicamente, a realidade virtual pode ser aplicada á cinco áreas especificas: jJgos e entretenimento,
comunicação á distância, simulação e treinamento, telepresença e visualização (Grimes, 1991).
Contudo a todo momento surgem novas aplicações nas mais variadas áreas do conhecimento e de
maneira bastante diversificada, em função da demanda e da capacidade criativa das pessoas. Em
muitos casos, a RV vem revolucionando a forma de interação das pessoas com sistemas complexos
tratados com o uso de computadores, propiciando maior desempenho e econoriüzando custos.
Na área ambiental, isso significa que a realidade virtual possui um vasto campo de utilização, por
exemplo, no treinamento de técnicos em Estações de Tratamento de Água (ETAs) ou de Efluentes
(ETEs) pela criação de cenários e eventos com recursos visuais que não fazem mais parte do futuro
(Informática Exame, 1995). Deste modo, poderia ser aplicada para:
I
Laboratório
de Meio Ambiente.
Atualmente, as análises realizadas em laboratórios de meio ambiente s~guem metodologias
descritivas, por exemplo o Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, as
quais desconsideram a habilidade do operador. Desta maneira, são normais a ocorrência de erros
devido a má manipulação, falta de cuidado e mesmo, falta de experiência do 6perador. A RV pode
ser utilizada como uma forma de controle das operações a serem desenvolvidas sem acarretar
desperdício de material e reagentes no treinamento e desenvolvimento das habilidades do operador,
bem como no controle de determinados procedimentos que possam causar contaminação ou perigo
ao operador.
Controle Operacional
dos Reatores.
I
A operação de reatores biológicos e fisico-químicos de tratamento de efluentes é um processo que
deve ocorrer em tempo real para o controle de alguns parâmetros, desta forma, os técnícos
responsáveis devem estar preparados para tomar decisões corretivas ou paliativas rapidamente. A
RV pode ser utilizada visando criar cenários cujos operadores e engenheiros necessitem realizar
respostas de maneira correta para o funcionamento correto e confiável de uma ETE. Isto evitaria o
aparecimento de situações singulares na realidade e que devido a demora na tomada de decisão e a
falta de experiência do técnico pudessem provocar desastres ambientais ou des~rranjos no processo.
Controle dos Impactos Ambientais.
A simulação com RV permite emular de maneira mais clara quais os impactos que uma empresa
causaria no meio devido á derramamentos, vazamentos, erros de operação e explosões, dentre
outros. Os funcionários entenderiam melhor cada ação realizada e as consequências de cada uma
delas. Desta forma, com a RV toma-se mais fácil introduzir a educação ambiental na empresa e
modificar o comportamento individual.
I
359
Gestão Ambiental.
As empresas tem buscado formas de assegurar a produção ou prestação de serviços de maneira a
minimizar os impactos causados no meio. A série ISO 14000 implementa uma estrutura
administrativa que garanta, entre outras coisas, a implementação de programas de redução de
quimicos ou resíduos, a documentação deste processo, o estabelecimento de metas e objetivos,
treinamento apropriado etc. (LAMPRECHT, 1997). A RV pode facilitar a implementação da ISO
14000 em uma empresa no treinamento dos funcionários visando a padronização das ações para
vários tipos de ocorrências e a forma de documentação das mesmas. Segundo TEODOROVICH &
PINTA (1999), as empresas em fase de implementação de sistemas de gestão devem investir em
sistemas de documentação eletrônicos, o que seria um fator facilítador para implementação da RV
nas empreas.
Programas
de Minimização
do Consumo de Água e Reuso de Efluentes.
Em fábricas com circuitos fechados de água, os efluentes são reutilizados diretamente, sem
tratamento, elou indiretamente, com tratamento. Isto significa que alguns elementos não
processados aumentarão com o tempo, deste modo, existe a necessidade de monitorar 011 lille o
processo, sendo utilizado para isto sensores (YANG, 1996). Porém, o uso de sensores e da
automatização das fãbricas não é capaz de ser totalmente independente do homem. A RV pode ser
utilizada para representar, o mais próximo possível da realidade, o sistema que controla o processo
e as informações da fãbrica, possibilitando verificar possíveis falhas do sistema e aumentar as
habilidades dos técnicos e engenheiros.
CONCLUSÃO
A área de meio ambiente, na maioria das empresas, ainda continua sendo relegada a um segundo
plano devido a prevalência da análise custolbeneficio e das extemalidades. Desta forma, a
Realidade Virtual ainda, esta sendo pouco utilizada para o treinamento e simulação de situações que
envolvam a minimização dos impactos ambientais e o maior controle das empresas sobre seus
processos (modelagem). Entretanto, algumas empresas estão percebendo a possibilidade de
diminuir custos através do desenvolvimento de cenários virtuais, os quais permitem a realização de
sessões de treinamento e consequentemente, de um melhor controle sobre todo o processo elou
serviço. Estas empresas se atentaram ao fato de que a tecnnologia é o negócio do negócio, deste
modo estão introduzindo a Realidade Virtual como uma forma de melhorar a qualificação de seus
funcionários, bem como poder melhorar a sua imagem e o seu comportamento perante a sociedade.
O avanço da Realidade Virtual permite uma maior interação dos funcionários com o meio ambiente
pela maior facilidade em entender os impactos de suas ações, o que incide sobre as decisões a serem
tomadas nas operações dentro da empresa.
REFERÊNCIAS
ADAMS,
360
BIBLIOGRÁFICAS
L. Visualização e realidade virtual, Ed. Makron Books, pp. 255-259, São Paulo, 1994.
BANERJEE,A et ai. I'àctory Models using virtual reality: Immersive Di.\play Models of factory
j1oor, pp. 1-2., 1997. (http://zenith2.me.vic.edu/ivri/fmur.htm)
I
BANERJEE,A & MEIlROTRA,S. A prototype architecture for manufacturing system layout design
decision using virtual reality, Proc. NFS Des. & Mamlj Gratees Conference, pp. 235-236, San
Diego, CA, 1995.
.
I
BEARDSLEY,D. BMW enter the world of VR, Sense 8 Universe Joumal, pp. 3, Winter, 1997.
contact: [email protected].
BLANCllARD,D. The reality of virtual manufacturing, Intelligelll Manufacturing, pp. 1-3, June,
1995. (http://lionhrtpub.com/IM6-Reality.html)
I
BURDEA,G. & COlFFET,P. Virtual reality technology, Jonh Wiley & Sons, New York, N.Y., 1994.
GRIMES,J. Virtual reality 91 anticipates future reality, IEEE Computer Graphics & Applications,
pp. 81-82, November, 1991.
HANcOCK, D. Viewpoint: virtual realityin search ofmiddle ground, IEEE Spectrum, 32(1):68, Jan,
1995.
I
JACOBSON,L. Virtual reality: A status report, AI Expert, pp. 26-33, Aug, 1991.
KOSAK,J. J. ETAL. Transfer oftraining !Tom virtual reality, Ergonomics, pp. 777-784, vol. 36, n. 7,
1993.
.
I
KRUEGER,M. W. Artificial reality 11, Addison-Wesley, Reading, MA, 1991.
LAMPRECHT, J. L. ISO J4000:issues & implementation guidelines for responsible environmelllal
management. AMACOM, New York, 1997, p. 43-88.
I
LAW, A. M. & HIDER, S. W. Selecting simulation software for manufacturing applications: praticai
guidelines & software survey, Industrial Engineering, pp. 33-46, May, 1989.
LOBÃO,E.C & PORTO,A. J. V. Evolução das técnicas de simulação em acordo com a técnologia,
Anais do XV! Encontro Nacional de Engenharia de Produção - ENEGEP, Piracicaba, Out, 1996.
LOBÃO,E.C & PORTO,A. J. V. Uso da simulação no ensino de engenharia, Anais do XIV Congresso
Brasileiro de Engenharia Mecânica - COBEM, Bauru, Dez, 1997.
MCCARTY,W. D. ETAL. A virtual cockpit for a distributed interactive simulation, IEEE Computer
Graphics and Application, pp. 49-54, January, 1994.
I
MOSHELL,J. M. ETAL. Dynamic terrain, Simulation, pp. 29-40, vo1.62, n. I, January, 1994.
NORMAN,V. B. Future directions in manufacturing simulation, Industrial Engineering, pp. 36-37,
May, 1992.
I
PALMAJ. G. & PORTO,A. J. V.; Manufatura Virtual. In: Fábrica do Futuro: entenda hoje como sua
indústria vai ser amanhã, ed. Banas, 2000.
RESSLER,S. Virtual reality for manufacturing - case studies, National 1nstitute of Standards and
TechnoIogy, 1997. (http://www.nist.gov/itl/div894/ovrt/projectslmfg/mfgVRcases.html)
ROSENBLUM,L. J. Mission visualization for planning and training, IEEE Computer Graphics and
Application, pp. 12-14, September, 1995.
SEEVERS,C. Simulation before automation, Proceedings of the 4th Intemational Conference on
Simulation in Manufacturing, pp. 217-244, November, 1988.
SHANNON,R. E. System simulation: the art and the science, Englewood Cliffs, New Jersey,
Pretince-Hall, 1975.
TEODOROVICH,M. & PINTA, P. Quality and environmental management system: eletronic
documentation management. TappiJoumal, vol 82, n. 4, april, 1999, p. 170-175.
VALÉRIONETTO A, PALMA,1. G. E PORTOA. J. Y.; (1997). A utilização da realidade virtual na
engenharia mecânica, Anais do XIV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica - COBEM,
I
Bauru, Dez.
VON SCHWEBER,L. & VON SCHWEBER,E. Cover story: realidade virtual, PC Magazine Brasil, pp.
50- 73, v. 5, n.6, junho, 1995.
WITTEMBERG,G. Training with virtual reality, Assembly Automation, pp. 12-14, v.15, n. 3,1995.
YANG, G. B. O. On-line sensors are growing smarter and smarter. Tappi Joi,mal. VoI 79, n. 10,
oct, 1996, p. 63-67.
361
•