Hierarquia de ecrãs de HMI: do Nível 1 ao Nível 4
A maioria dos projetos de HMI falha no mesmo ponto, e não são os símbolos. É o momento em que alguém decide pôr a fábrica inteira num só ecrã porque “o operador quer ver tudo”. Tudo num só ecrã significa que nada é realçado, e um operador sob pressão tem de ler em vez de reconhecer.
A resposta da ISA-101 é uma hierarquia de visualizações: um pequeno número de níveis de ecrã, cada um com uma função definida, ligados por uma navegação que sobrevive a um dia mau. Este guia cobre o que pertence a cada nível, como desenhar a navegação entre eles e como dimensionar tudo para a distância a que o ecrã é realmente visto.
1. Porquê uma hierarquia
Um operador faz três coisas distintas, e precisa de três tipos de ecrã diferentes:
- Monitorizar. A maior parte do turno. A pergunta é “está alguma coisa a derivar?” — respondida por uma vista ampla e de pouco detalhe.
- Comandar. Arrancar uma unidade, alterar um setpoint, responder a um desvio. A pergunta é “o que está esta unidade a fazer e o que posso alterar?”
- Diagnosticar. Alguma coisa está mal. A pergunta é “que sinal, que encravamento, que dispositivo?”
Um único ecrã não consegue servir os três sem ficar sobrecarregado para a primeira tarefa e insuficiente para a terceira. A hierarquia limita-se a dar a cada tarefa a sua própria casa e — o que é decisivo — a tornar óbvio onde estás e como chegar à seguinte.
2. Os quatro níveis
| Nível | Âmbito | Responde a | Quantidade típica |
|---|---|---|---|
| 1 — Visão geral | Toda a fábrica ou área | Há alguma coisa anormal, em qualquer sítio? | 1–3 |
| 2 — Comando de unidade | Uma unidade de processo | O que está esta unidade a fazer? O que altero? | Um por unidade |
| 3 — Detalhe de unidade | Subunidade ou grupo de equipamentos | Porque é que a unidade se está a comportar assim? | Conforme necessário |
| 4 — Diagnóstico / apoio | Um dispositivo, malha ou encravamento | Que sinal ou componente está em falha? | Muitos, raramente usados |
Nível 1 — a visão geral
É o ecrã que vive na parede ou no monitor da esquerda durante todo o turno. É o mais difícil de desenhar e o que mais vezes é saltado.
Uma visualização de Nível 1 não é um P&ID pequeno. Mostra um punhado de indicadores-chave de desempenho e de saúde para toda a área, dispostos de modo a que o “normal” tenha uma forma visual reconhecível. Tendências, barras de desvio e resumos de estado agrupados funcionam bem; válvulas individuais não. O operador deve conseguir olhar de relance do outro lado da sala e saber se vale a pena aproximar-se.
A técnica mais forte aqui é o desvio em relação ao normal e não o valor absoluto: uma pequena barra horizontal com a banda normal de operação marcada e um ponteiro a mostrar onde o processo está dentro dela. Dez dessas, lado a lado, permitem ao operador detetar uma deriva muito antes de esta se tornar um alarme — que é o que “consciência situacional” significa na prática.
Nível 2 — comando de unidade
Um ecrã por unidade de processo, e o cavalo de batalha do sistema. Transporta o esquema de processo dessa unidade, os símbolos de equipamento com os seus estados, os setpoints e os comandos, e os alarmes que pertencem a essa unidade.
O Nível 2 é onde os nove estados de equipamento normalizados justificam a sua existência: o operador tem de conseguir distinguir em marcha de arrancando e de sem feedback sem clicar em nada.
Regra prática: se um ecrã de Nível 2 precisa de scroll ou de zoom, está a cobrir mais do que uma unidade e deve ser dividido.
Nível 3 — detalhe de unidade
Aberto deliberadamente, quando o Nível 2 não chega: o detalhe completo da malha, o esquema da subunidade, as medições secundárias, a matriz de encravamentos. Aqui o detalhe é aceitável — este ecrã lê-se, não se percorre de relance.
Nível 4 — diagnóstico e apoio
Faceplates de dispositivos, valores de E/S em bruto, parâmetros de variadores, dados de manutenção, páginas de ajuda. Usado raramente e normalmente por um técnico e não por um operador. É legítimo que estes ecrãs pareçam mais densos e mais técnicos do que tudo o que está acima.
3. Navegação que um operador consegue usar sob pressão
A navegação é a parte que decide se a hierarquia ajuda ou atrapalha. Quatro regras cobrem quase tudo:
Dois cliques até qualquer sítio que interesse
A partir de qualquer ecrã, o operador deve chegar a qualquer visualização de Nível 2 em duas ações no máximo. As árvores de menus profundas falham exatamente na situação em que mais precisam de funcionar — um menu de cinco níveis é inutilizável quando alguma coisa está a correr mal.
Uma área de navegação fixa, sempre no mesmo sítio
Uma barra permanente (em cima ou em baixo) com o banner de alarmes, os botões de área/unidade e a localização atual. Nunca se move, nunca se reordena e nunca muda de tamanho entre ecrãs. A memória muscular é um objetivo de design legítimo: um operador experiente deve conseguir acertar num botão de unidade sem olhar para ele.
Mostra sempre onde estás
Um trilho de navegação ou um botão realçado. Os operadores que navegam depressa perdem o contexto, e o caminho mais rápido para uma ação errada é alterar um setpoint na unidade que não julgavas estar a ver.
Sem becos sem saída e sem navegação dentro de popups
Todos os ecrãs oferecem uma forma de subir e uma forma de voltar. Os popups servem para uma única interação focada — um faceplate, uma confirmação — e nunca devem tornar-se um sítio a partir do qual se navega. Um popup que tape o banner de alarmes é pior do que um ecrã inteiro.
4. Consistência: a qualidade mais barata que podes comprar
Dois ecrãs que mostram o mesmo tipo de coisa devem ser o mesmo ecrã com dados diferentes. Isso significa:
- O mesmo objeto tem sempre o mesmo aspeto. Um símbolo de motor, um símbolo de válvula, um conjunto de cores de estado — em todas as unidades, em todos os ecrãs e em todos os idiomas do projeto.
- A mesma coisa está sempre no mesmo sítio. Banner de alarmes, navegação, título, indicador de modo, data/hora — posições fixas, tamanhos fixos.
- A mesma interação funciona sempre da mesma maneira. Se um clique simples abre um faceplate num ecrã, abre um faceplate em todo o lado. Nunca mistures clique-simples-atua com clique-simples-seleciona.
- Constrói a partir de templates, não de cópias. Um template de ecrã mais um prefixo de tag é manutenível; doze cópias editadas à mão não são. Todos os fornecedores suportam alguma forma disto — group objects no Weintek, faceplates no WinCC, global objects no FactoryTalk, embedded views com parâmetros no Ignition.
Este é também o argumento a favor de uma biblioteca de símbolos partilhada em vez de desenhos feitos ecrã a ecrã: a consistência deixa de ser uma disciplina que tens de manter e passa a ser uma propriedade dos ficheiros de origem.
5. Dimensionar para a distância a que o ecrã é realmente visto
Os ecrãs são desenhados numa secretária a 60 cm e usados num painel a 2 m. A legibilidade escala com a distância, por isso os números também têm de escalar.
Uma regra prática: a altura do carácter deve ser pelo menos 1/200 da distância de visualização para uma leitura confortável, e mais perto de 1/150 para o que for lido sob stress. Isso dá:
| Distância de visualização | Altura mínima do carácter | Uso típico |
|---|---|---|
| 0,5 m | ~3 mm | HMI de secretária, posto de engenharia |
| 1 m | ~5–7 mm | Terminal de operador montado em painel |
| 2 m | ~10–13 mm | Operador de pé, painel junto à máquina |
| 4 m | ~20–27 mm | Ecrã de parede, visão geral de sala de controlo |
Converte para píxeis usando o passo de píxel real do painel em vez de assumires — um painel de 7" 800×480 e um painel de 15" 1024×768 têm tamanhos físicos de píxel muito diferentes. Na prática, nos painéis de operador típicos isto coloca o mínimo em cerca de 14 px para texto corrente e 18–20 px para o que o operador tenha de ler depressa, razão pela qual as orientações da ISA-101 e as convenções de símbolos deste site se recusam ambas a descer abaixo dos 14 px.
Os alvos táteis seguem a mesma lógica: 10 mm é um mínimo razoável para um dedo com luva, e os comandos que provocam uma ação nunca devem ficar encostados a comandos que provocam uma ação diferente sem um espaço entre eles.
6. Antipadrões
- A fábrica num só ecrã. O P&ID inteiro numa única visualização, a exigir zoom. Nada pode ser realçado porque está tudo presente.
- A visão geral decorativa. Um ecrã de Nível 1 que é uma fotografia ou uma renderização 3D da fábrica. Parece impressionante na reunião de receção e não diz nada ao operador.
- Navegação por P&ID. Clicar em tubagens e vasos para navegar. Só é descobrível por quem o construiu.
- Empilhamento de popups. Três faceplates abertos ao mesmo tempo, a tapar o sinóptico e o banner de alarmes.
- Dialetos por unidade. A Unidade 1 usa verde para em marcha, a Unidade 2 usa verde para disponível. É a inconsistência mais perigosa que existe.
- O Nível 4 disfarçado de Nível 2. E/S em bruto e parâmetros de variadores no ecrã de comando principal “porque os técnicos pediram”. Dá-lhes um ecrã só deles.
7. Uma checklist antes de desenhares seja o que for
- Lista as unidades de processo. Cada uma recebe exatamente um ecrã de Nível 2.
- Decide os indicadores de Nível 1 — não mais do que cerca de uma dúzia, cada um com uma banda normal definida.
- Fixa a área de navegação: posição, tamanho, conteúdo. Não voltará a mudar.
- Fixa o template de ecrã: título, trilho de navegação, banner de alarmes, indicador de modo, data/hora.
- Fixa o conjunto de símbolos e as cores de estado uma vez, para todo o projeto.
- Mede a distância de visualização real e deriva dela os tamanhos mínimos de texto e de alvos.
- Confronta a regra dos dois cliques com o mapa de navegação final.
- Percorre um cenário anormal de ponta a ponta: aparece o alarme → o operador localiza-o → abre a unidade → atua. Conta os cliques.
A consistência começa no conjunto de símbolos. Desenha cada equipamento uma vez no Symbol Builder com a paleta ISA-101 já integrada, exporta os nove estados e reutiliza os mesmos ficheiros em todos os ecrãs e em todas as unidades do projeto.
Abrir o Symbol Builder → Explorar símbolos da comunidade →Perguntas frequentes
Preciso mesmo de quatro níveis numa máquina pequena?
Não. Um único skid com um painel de operador precisa muitas vezes de dois: um ecrã principal e um ecrã de diagnóstico. A hierarquia é uma forma de pensar sobre a função de cada ecrã, não uma quota. O que importa é que cada ecrã tenha uma função e que a navegação seja óbvia.
Onde é que as tendências se encaixam?
No Nível 1 para os poucos indicadores ao nível da fábrica, e no Nível 2 ou 3 para os valores ao nível da unidade. Um ecrã dedicado a tendências é útil como visualização de apoio de Nível 3, mas uma tendência de que o operador precisa durante uma perturbação deve estar embebida onde ele já está, e não a uma navegação de distância.
Quantos ecrãs são ecrãs a mais?
Não há um número fixo, mas se os operadores usarem um pequeno subconjunto e ignorarem o resto, o que está errado é a hierarquia e não a contagem. Instrumenta a HMI se puderes: as estatísticas de visitas a ecrãs são a forma mais rápida de encontrar visualizações de que ninguém precisa.
O Nível 1 deve ser um ecrã de parede ou um ecrã de posto de trabalho?
Tanto faz. O que importa é que esteja visível sem ser preciso navegar até lá. Se os teus operadores tiverem de clicar para ver a visão geral, não vão ver a visão geral.