Norma de Design de HMI ISA-101: Um Guia Prático

ISA-101.01 — “Interfaces Homem-Máquina para Sistemas de Automação de Processos” é a norma que pôs fim à era das HMIs cheias de cores e indicadores a piscar. Publicada pela International Society of Automation, codifica aquilo que operadores experientes e investigadores de fatores humanos já sabem há décadas: uma boa HMI é maioritariamente cinzenta, e a cor significa que algo está errado.

Este guia percorre as partes da norma que realmente são precisas num projeto: o modelo de ciclo de vida, a consciência situacional, a hierarquia de ecrãs, o uso de cor e tipografia, e o esquema de prioridades de alarme. Está escrito para engenheiros que desenham ou compram ecrãs de HMI, não para auditores de conformidade.

1. Âmbito da norma

A ISA-101 rege o design, implementação, operação e manutenção de HMIs usadas na automação de processos — consolas DCS, estações de trabalho SCADA e modernos painéis de supervisão baseados na web. É deliberadamente agnóstica quanto à plataforma: as mesmas regras aplicam-se quer o seu operador olhe para uma consola Siemens WinCC, um painel Rockwell FactoryTalk View ME, ou um ecrã Ignition Perspective num tablet.

A norma não define cada pixel de cada símbolo — define o sistema de restrições dentro do qual um designer deve trabalhar. É aí que entram a ISA-5.1 (símbolos de instrumentação) e um conjunto de símbolos de projeto consistente, complementando a ISA-101 com formas concretas e desenháveis. Quer desenhe esse conjunto você mesmo, quer parta do que outros engenheiros publicaram, são as restrições abaixo que o tornam ISA-101.

2. O ciclo de vida da HMI

Uma das vitórias discretas da ISA-101 é obrigar as equipas a pensar na HMI como um produto com um ciclo de vida, e não como uma entrega pontual rabiscada no cronograma de engenharia. A norma define cinco fases:

1. Normas e Guia de estilo — o projeto fixa uma paleta, tipos de letra, biblioteca de símbolos, prioridades de alarme e convenção de nomenclatura antes de se desenhar um único ecrã.
2. Design — define-se a hierarquia de ecrãs (visão geral → unidade → detalhe → diagnóstico), a análise de tarefas identifica o que o operador precisa de ver, e documenta-se o layout da consola.
3. Implementação — os ecrãs são construídos usando o guia de estilo e a biblioteca; SAT/FAT validam-nos.
4. Operação — a HMI está em produção. Recolhe-se o feedback do operador.
5. Manutenção e MoC — as alterações passam pela Gestão da Mudança com revisão documentada.

3. Consciência situacional — a ideia central

O modelo de três níveis de consciência situacional de Endsley é a espinha dorsal da ISA-101: um operador só é eficaz se conseguir percecionar o que está a acontecer, compreender o que significa, e projetar o que vai acontecer a seguir. Cada decisão de design na norma remete para um destes três níveis.

Se dois ecrãs têm a mesma densidade de informação e um ajuda o operador a projetar o estado futuro da instalação enquanto o outro não, o segundo ecrã está a falhar — mesmo que pareça mais bonito.

Na prática, isto significa desenhar tanto para tendências e taxas de variação como para valores instantâneos, e tornar visualmente óbvio quais as malhas que estão prestes a alarmar — e não apenas quais as que já alarmaram.

4. Cor: a regra mais violada

A filosofia de cor da ISA-101 é a parte que as equipas quebram primeiro. A regra, reduzida à sua essência:

• A operação normal deve ser desenhada em cinzento e branco suaves. Linhas de processo, equipamentos, depósitos, rótulos e a maioria dos números mantêm-se neutros.
• A cor é reservada para condições anormais e mudanças de estado por parte do operador. Vermelho, laranja, amarelo, azul — estes sinalizam alarmes ou estado em marcha/parado/desativado, nunca decoração.
• Faça corresponder a cor do alarme à prioridade do alarme, com uma combinação segura para daltónicos de cor + forma + posição, para que um operador com daltonismo vermelho-verde ainda consiga distinguir P1 de P3.

A paleta que a HMI Library aplica em todo o lado — os valores por defeito do Symbol Builder, a biblioteca de ícones genéricos, e a verificação automática ISA-101 pela qual passam os símbolos da comunidade antes de ganharem a marca “conforme com a ISA-101” (Inter para os rótulos, JetBrains Mono para as tags):

5. Prioridades de alarme

A ISA-101 remete a gestão de alarmes propriamente dita para a ISA-18.2, mas herda o mesmo esquema de prioridades que o processo de racionalização de alarmes produz:

Os alarmes suprimidos e arquivados (shelved) têm o seu próprio ícone neutro — não estão ausentes, apenas deliberadamente ocultos.

6. Hierarquia de ecrãs

A ISA-101 prescreve quatro níveis de ecrã, e as boas HMIs tornam instantaneamente óbvio em que nível se está:

1. Nível 1 — Visão geral: toda a instalação ou área de processo num único ecrã. KPIs, contagens de alarmes, indicadores de condições anormais. Concebido para o supervisor ou chefe de turno o consultar de relance do outro lado da sala.
2. Nível 2 — Unidade/Área: uma unidade ou área de processo. O ecrã a partir do qual o operador de painel trabalha na monitorização de rotina.
3. Nível 3 — Detalhe: um equipamento específico (um reator, um trem de compressores, um skid de bombas) com todas as suas malhas, intertravamentos e comandos operacionais. É aqui que o operador atua.
4. Nível 4 — Diagnóstico/manutenção: diagnósticos profundos de instrumentos, curso de válvulas, metadados de manutenção. Frequentemente oculto do perfil de operador de painel.

7. Tipografia

Sem serifa, 14 px ou maior para as leituras principais, tipo de letra monoespaçado para os identificadores de tag e números (para que as colunas de valores numéricos fiquem alinhadas). A HMI Library padroniza com Inter e JetBrains Mono — ambos gratuitos no Google Fonts. O Symbol Builder usa-os por defeito e recorre a Helvetica/Arial como alternativa, para que um símbolo mantenha as suas proporções num runtime de HMI que não consiga incorporar fontes web.

8. Erros comuns

• Cor decorativa. Uma bomba verde porque “o verde fica bem” treina os operadores a ignorar o verde quando este significa mesmo alguma coisa.
• 3D e gradientes. O fotorrealismo abranda a leitura. O 2D plano vence todos os testes de usabilidade.
• Animação de pisca em objetos que não são de alarme. Se metade do ecrã pisca, nenhuma parte dele pisca de facto.
• Símbolos incongruentes entre ecrãs. Uma bomba tem de ter o mesmo aspeto em todos os ecrãs do sistema. Esta é a razão nº 1 para fixar um conjunto de símbolos por projeto e mantê-lo — desenhe uma vez, reutilize em todo o lado.
• Ausência de design do estado “normal”. As equipas desenham primeiro os estados de alarme e esquecem-se de que 99% do tempo o ecrã mostra o estado normal — e que o normal também tem de ser legível.

9. Como a HMI Library o ajuda a aplicá-la

A HMI Library é o conjunto de ferramentas de um técnico de automação mais o que a comunidade publica por cima. Três peças correspondem às regras acima:

• Symbol Builder — um editor gratuito, no navegador, que o inicia na paleta ISA-101 (corpo cinzento, cor apenas para os selos de estado e alarme), o mínimo de 14 px e a convenção de 9 estados para elementos motorizados (ver o guia dos 9 estados). Exporta PNG transparente para o Weintek EasyBuilder Pro e SVG limpo para WinCC Unified, FactoryTalk, Ignition, Citect e AVEVA. Não é necessária conta para desenhar.
• Biblioteca da comunidade — motores, válvulas, bombas, depósitos, transportadores e equipamentos de processo desenhados por outros engenheiros e publicados sob CC BY 4.0. Cada símbolo publicado passa por uma verificação automática ISA-101 (paleta, traço, estrutura); os que passam ostentam uma marca “conforme com a ISA-101”, para que possa filtrá-los. Encontrou um que está quase certo? Abra-o no Builder, ajuste, republique com crédito.
• Biblioteca de ícones genéricos — o pequeno conjunto oficial de que todo o ecrã precisa, independentemente do setor: setas, selos de estado, ícones de prioridade de alarme, indicadores, bolhas de instrumento e linhas de sinal ISA-5.1, pictogramas de perigo (ISO 7010), e ícones de navegação/sistema de HMI. Todos na paleta acima, com tags e rótulos alternáveis para que possa deixá-los desligados quando a HMI faz a marcação através de objetos de texto.

Tanto o catálogo como o Builder permitem alterar a paleta e o tipo de letra ao vivo e ver os ícones a serem renderizados de novo — útil quando um cliente insiste num fundo ligeiramente esbranquiçado ou num tipo de letra de tag diferente. As transferências são contabilizadas por conta (plano Free: 5 por mês; Starter 50; Studio ilimitado); exportar símbolos que publica você mesmo é sempre gratuito.

10. Referências

• ISA-101.01-2015 — “Human Machine Interfaces for Process Automation Systems”
• ISA-18.2-2016 — “Management of Alarm Systems for the Process Industries”
• ISA-5.1-2009 — “Instrumentation Symbols and Identification” (ver o nosso guia complementar)
• Endsley, M. R. (1995). “Toward a theory of situation awareness in dynamic systems”
• Bill Hollifield et al. — “The High Performance HMI Handbook”