DISEÑO DE SALA DE CONTROL - Campus de la UPC a Vilanova i la

Diseño Industrial
DISEÑO DE SALA
DE CONTROL
MIPO
Máster en Interacción Persona Ordenador
Pere Ponsa
Antoni Granollers

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Diseño Industrial. Pere Ponsa, Toni Granollers
Diseño de sala de control
3 Diseño de sala de control
3.1 Objetivos
3.2 Sala de control industrial
3.3 Ingeniería de la usabilidad aplicada al diseño de sala de control
3.4 Ergonomía aplicada al diseño de sala de control
3.5 Supervisión industrial
3.6 Guía para diseño de pantalla en supervisión
3.7 Aplicación en planta azucarera
3.8 Aplicación en campus universitario
3.9 Referencias
3.1 Objetivos
En este capítulo se detallan los conceptos básicos asociados a una sala de control
(control room) en la que se realizan tareas de supervisión. El capítulo está concebido
para que el estudiante conozca el entorno de trabajo en el que se desarrolla de forma
industrial y social la tarea de supervisión.
3.2 Consideraciones previas
En los actuales ejemplos de sistemas de control distribuido conviene identificar el rol
del operario a pie de máquina o línea productiva respecto el rol del operario en la sala
de control. El operario en la sala de control se integra dentro de un grupo de trabajo
especializado en la tarea de supervisión y podemos encontrar un gran número de
ejemplos en el control de tráfico aéreo, el control de transporte metropolitano o
ferroviario, el control de plantas nucleares o el control de plantas industriales.
Asistiendo al detalle de que desde el nivel de máquina o proceso hasta la sala de control
coexisten subsistemas muchos de ellos automatizados, hay que destacar la relación entre
el operario de sala de control y la automatización. En muchos casos, la responsabilidad
de la toma de decisiones del funcionamiento de la planta recae en las personas. Y en
aquellos casos de sistemas altamente automatizados, cuando se produce una situación de
riesgo, la persona debe intervenir. Así, en ambos casos, es importante la respuesta a
situaciones de riesgo y evaluar el posible error humano. Con ello queremos indicar que
si bien se debe prestar una especial atención al mantenimiento y seguridad de los
equipos electromecánicos que configuran los equipos de control, no debe olvidarse
considerar el factor humano y el diseño ergonómico de la sala de control.
La norma ISO 11064-1 contempla el diseño ergonómico de centros de control en forma
de una metodología top-down. La propuesta se divide en 5 fases.
Fase A Clarificación. Se detalla la gestión del sistema, la escala temporal del proyecto a
realizar, las restricciones de los equipos y el presupuesto del proyecto. La ergonomía
debe estar presente ya desde las primeras etapas, de ahí la importancia de considerarla
también en esta fase.

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Diseño de sala de control
Fase B Análisis y Definición. Se especifican las funciones de la sala de control y los
requerimientos de rendimiento. Se detalla el reparto de tareas de trabajo entre ordenador
y operario.
Fase C Diseño conceptual. Se concreta la distribución de la sala (layout), diseño de
mobiliario, preparativos de los dispositivos de control y visualización.
Fase D Diseño detallado. Se incluyen en esta fase las especificaciones ergonómicas en
los equipos de control y visualización, así como en el mobiliario.
Fase E Feedback operacional. Se revisa el proceso para garantizar el éxito de la
metodología y aprovecharla en el desarrollo de proyectos futuros.
Fase A
Fase B
Fases C
y D
Fase E
Condicionamiento
de la habitación
Distribución de la
sala de control
Objetivos y Requerimientos
Definición del Rendimiento del Sistema
Asignación de funciones a personas y/o máquinas
Diseño de la Organización del trabajo
Distribución de
las Estaciones de
trabajo
Diseño de
Equipos de
control y
visualización
Validación de las propuestas de diseño
Recogida de experiencias operacionales
Diseño Ambiental
Diseño de
procesos
En la aplicación de la norma ISO 11064 a sistemas complejos dicha norma se divide en
8 partes:
- Parte 1: Principios de diseño de centros de control
- Parte 2: Principios para el acondicionamiento de la habitación de control
- Parte 3: Distribución de la sala de control
- Parte 4: Distribución de las estaciones de trabajo
- Parte 5: Equipos de control y visualización
- Parte 6: Requerimientos ambientales en sala de control
- Parte 7: Principios para la evaluación de centros de control
- Parte 8: Requerimientos ergonómicos para aplicaciones específicas

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La Parte 1 indica nueve principios para el diseño ergonómico de centros de control:
- Principio 1: Para considerar la presencia de la disciplina factores humanos en la
metodología propuesta en la Figura anterior, es necesario adoptar el punto de vista del
diseño centrado en la persona (Human Centred Design HCD)
- Principio 2: La integración de la ergonomía en la práctica de la ingeniería de
sistemas permite abordar las necesidades ergonómicas en la gestión global del
proyecto.
- Principio 3: La mejora del diseño a través de la iteración. Los proyectos en sala de
control son dinámicos y varían desde su concepción hasta su puesta en marcha, por lo
que un punto de vista en forma de ciclo de diseño iterativo facilita la mejora de la
calidad y la eficiencia
- Principio 4: Seguimiento del comportamiento del sistema en base a un análisis
situacional (Situational Analysis) focalizado en el entorno del trabajo.
- Principio 5: Seguimiento del comportamiento del sistema en base a un análisis de la
tarea (Task Analysis) focalizado en las actividades del operario
- Principio 6: Diseño de sistemas tolerantes a fallos, principio que considera la premisa
de que el error humano no puede ser eliminado totalmente.
- Principio 7: Asegurarse de la participación del usuario en el diseño de los procesos,
ya que su intervención debe ser adecuadamente estrucurada.
- Principio 8: Formación de un equipo interdisciplinar.
La Parte 2, centrada en el condicionamiento de aquellas habitaciones que complementan
a la tarea de supervisión que se realiza en la sala de control, y que por su relevancia
deben ser mencionadas como por ejemplo la tarea de mantenimiento, las condiciones
ambientales, la seguridad de la sala de control en relación a la seguridad de toda la
planta, así como la estructura de servidores informáticos que dan cobertura a la tarea de
supervisión.
La Parte 3 está focalizada en la distribución de la sala, atendiendo al espacio
recomendado, por ejemplo 15m2 de largo por 9 m2 de ancho y 2 m de altura. Se tienen
en cuenta detalles como la distancia entre operarios.
La Parte 4 establece el diseño de las estaciones de trabajo y tiene en cuenta la
adecuación de la persona, por ejemplo en el caso de estudiar diversas posturas del
operario cuando está sentado realizando la tarea de supervisión.
La distancia entre el operario y el monitor es mayor que en el caso del diseño de
estaciones de trabajo en una oficina, normalmente la distancia estará en el intervalo
entre 750-1000 mm respecto los 500-600 mm en una oficina convencional, debido a que
el operario debe poder visualizar monitores anexos gobernados por otros operarios.
La Parte 5 indica las especificaciones sobre los equipos de control y visualización. Un
aspecto muy importante en esta parte es el denominado display design , es decir el
diseño de pantallas, que en este texto también denominamos diseño de interfaz gráfica.
Las especificaciones ergonómics se recogen en la norma ISO 9241, que además tienen
en cuenta el uso de la interfaz gráfica, y por tanto quedan reflejados en ISO 9241-11
aspectos de la usabilidad en términos de medida del rendimiento del operario y del
grado resatisfacción.

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Diseño de sala de control
La Parte 6 recoge los requerimientos ambientales de la sala de control como el nivel de
ruido, la luz y la temperatura, variables muy importantes en el desarrollo de la tarea por
parte de operarios que se relevan a lo largo de turnos consecutivos de mañana, tarde y
noche.
La Parte 7 recoge los principios para la evaluación de centros de control, y se detalla en
la norma ISO 11064-7 de 2006.
3.2 Sala de control industrial
A continuación se detalla el caso concreto de una sala de control industrial, extraída de
una empresa de gas natural. La sala de control de la planta de regasificación cuenta con
varios elementos especificados a continuación:
- 5 ordenadores, 4 de ellos destinados a los operarios de sala de control y uno para el
personal de mantenimiento, a través de los cuales se controla el proceso de la planta.
- 1 ordenador para el control de generadores de emergencia
- 1 ordenador de control de niveles de tanques
- 2 ordenadores con un sistema de seguridad activa.
- 6 monitores a través de los cuales se puede visualizar diferentes partes de la planta.
- Sistema de megafonía
- Botonera para la activación en caso de emergencia de:
- Parada de descarga de buques
- Desconexión de emergencia
- Paro total de planta
- 7 teléfonos
- Emisora para la comunicación a través de walkie-talkies
- Control del consumo eléctrico
La Figura 3.1 muestra un esquema de la sala de control.

Fig.3.1 Plano de la sala de control
Fig.3.2 Fotografía de la sala de control
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La Figura 3.2 muestra la zona de trabajo de los operadores en la sala de control. La
arquitectura de los ordenadores de sala de control queda detallada en el siguiente
esquema:

Fig.3.3 Arquitectura de ordenadores
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A continuación se detallan los elementos más importantes que se ven en la Figura 1.3.
DPU:
Las DPU son las encargadas de capturar las señales de campo, y transmitirlas mediante
un rack de tarjetas I/O. Las DPU realizan además todos los lazos de control del sistema,
es decir, son las encargadas de realizar todo el sistema de control.
El hardware de las DPU, es básicamente como el de un PC convencional. Se puede
dividir de la siguiente forma:

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- Fuente de alimentación: encargada de suministrar las distintas corrientes que necesitan
los circuitos electrónicos de la DPU para poder funcionar.
- Microprocesador junto con los diferentes dispositivos para que éste realice su función:
tarjetas de memoria, reloj, etc.
- Ventiladores: encargados de proporcionar ventilación y refrigerar los elementos que
componen la DPU.
ELECTRICAL BACK-UP LINK:
Las DPU van emparejadas mediante este cable, creando de este modo una redundancia,
es decir, si una DPU de la pareja fallara, la otra toma el control de forma inmediata e los
lazos de control que tengan asignados.
HIGHWAY ELECTRICO:
Es el cable eléctrico de comunicación RS 232, también redundante que sirve para
establecer la comunicación entre las DPU.
También sirve para comunicar el Bus de comunicaciones o Highway Óptico con los
DBM existentes.
OEI:
Son convertidores de cable eléctrico a fibra óptica.
BUS DE COMUNICACIONES O HIGHWAY OPTICO:
Es el lazo de comunicación donde transmiten y reciben datos todas las DPU. Es el lugar
donde los DBM se abastecen de la información necesaria para realizar su función de
servidores de información.
DBM:
Los DBM son los servidores de información. Estos son redundantes y trabajan en
paralelo. Se sitúan por encima del nivel de sistema de control, de forma que se genera
un nivel de gestión y supervisión de la planta.
SWITCH ETHERNET:
Lugar donde se conectan los diferentes puestos de operador.
OPS:
Son los monitores desde donde los operadores de sala de control realizan la tarea de
supervisión del proceso al monitorizar las pantallas creadas por un sistema gráfico
SCADA. Los OPS se comunican con los DBM a través de la red Ethernet.
El sistema de control distribuido representado en la Figura 3.3, esta basado en el modelo
MAX1, que se inició en el año 1985. Este sistema consiste en la comunicación de las
DPU o controladores con el resto. La red formada es de tipo determinista, es decir, sólo
pueden transmitir de una en una. El ciclo de comunicación es de 2 veces por segundo.
Las DPUs son las encargadas de recoger toda la información que después será
transmitida al bus de comunicaciones o Highway óptico.

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Para que todos los controladores puedan hablar y escucharse, se creó un anillo de
comunicación doble redundante y de sentido contrario.
Al derecho de hablar se le llama Token. El Token es una trama de datos que se pasa de
controlador. Si un controlador desea mandar información debe esperar a que le llegue
un Token vacío. Una vez que tiene este Token, tiene el derecho exclusivo del bus para
poder transmitir o recibir datos en un tiempo determinado. Una vez pasado este tiempo,
el Token pasa a la otra estación.
Las estaciones no pueden transmitir nada si no tiene el Token, tan sólo pueden escuchar
y esperar su turno.
Como podemos ver en la Figura 3.3, la comunicación de las diferentes DPU, está
realizada mediante cable eléctrico denominado Highway Eléctrico. Este cable va
conectado a un puerto de comunicación RS 232. Respecto las conexiones de las DPU
podemos ver que estas van unidas por parejas mediante el cable Electrical Back-up
Link. De este modo son redundantes entre sí, es decir, si una de las DPU de la pareja
fallase, la otra inmediatamente tomaría el control sin que el sistema perciba ninguna
variación.
Las señales recogidas por las DPU son transmitidas por el cable RS 232, conectándose
posteriormente en lo que se denomina EOI.
Los EOI son convertidores de cable eléctrico de fibra óptica. Todo el bus de
comunicaciones o Highway óptico es una red de fibra óptica, cuya longitud puede
alcanzar los 3 Km. Este se comunica con los DBM del sistema que los son los
servidores de información.
Los DBM igual que las DPUs están doblados y trabajan en paralelo. Un DBM es capaz
de gestionar todo el sistema de información. Estos necesitan preguntar a las DPU el
estado de las señales. Los DBM son los encargados de transmitir mediante red Ethernet,
mediante un Switch de comunicación, a los diferentes puestos de operador.
Entendemos como puestos de operador los monitores que utilizan los operadores para
realizar la tarea de supervisión. Los puestos de operador pueden preguntar por un DBM
y recibir contestación indistintamente. De esta manera se consigue agilizar la
comunicación. Cuando un operador solicita información a los DBM, está solicitando
sólo y exclusivamente las señales que están en pantalla en ese preciso momento. Con
esto se consigue una fluidez en la comunicación entre los OPS y los DBM. De esta
forma el operario puede estar interesado en vigilar una parte del proceso, sin que tenga
necesidad de disponer en su pantalla del volumen global de información en todo
momento.
Los DBM son servidores de Ethernet con topografía Cliente-Servidor. Esto describe un
sistema en el que una máquina cliente, como podría ser en nuestro caso el puesto de
operador, solicita a una segunda llamada servidor, como podría ser los DBM que
ejecute una tarea específica.

3.1.2 Sala de control de transporte público
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A continuación se presenta el diseño de una sala de control de un centro de información
del transporte público (CITP) en el que, como podrá observarse, pueden aplicarse de
manera directa los estudios sobre funciones que debe disponer un control supervisor y
las consideraciones de diseño ergonómico de la representación de la información.
El centro de control del CITP centralizará toda la información que suministren los
diferentes operadores de transporte 1 , el centro de información de tráfico y el centro de
información meteorológica. Toda esta información será procesada en el CITP con la
finalidad de informar a los usuarios de transporte público en su decisión previa a la
toma del transporte público, durante el uso del transporte y posteriormente a su uso.
La información puede presentarse al viajero a través de Internet, a través de los
monitores electrónicos de las paradas de los autobuses o estaciones de trenes, en el
interior del transporte, etc.
Cabe recordar que el CITP realizará la función de supervisión y que la gestión de las
diferentes flotas las realizará cada operador en su explotación.
El CITP dispondrá de una serie de puestos de operación y de una serie de puestos de
supervisión, alguno de estos puestos serán redundantes para poder ser utilizados en caso
de fallo de alguno de los puestos de uso habitual. Además se dispondrá de un videowal 2 l
en el que los operadores y los supervisores podrán enviar información a ser presentada o
que podrá ser recuperada en un puesto de trabajo (por ejemplo por el jefe de la sala).
A continuación se presenta un esquema de la arquitectura de la sala de control.
Internet
Señales
vídeo
Router
Multiplexor vídeo
Servidor
comunicaciones
y difusión
Operadores y usuarios
Controlador
videowalls
Servidor
aplicaciones
Figura 3.4 Arquitectura de la sala de control
Videowalls
1 Los operarios de sala de control de la planta de gas realizan sus tareas en el interior de la sala, si bien
periódicamente bajan a la planta. En otro tipo de sala, como en el caso de sala de control de tráfico, los
operadores de transporte realizan su tarea totalmente en la sala.
2 Los antiguos sistemas de control analógico cubrían todas las paredes de la sala de control centralizada
mediante todo tipo de indicadores y reguladores. Hoy en día, se ha actualizado esta idea y existe la
tendencia de reflejar en la pared toda la información, de forma que la monitorización desde ordenador no
sería el elemento principal de la vigilancia del proceso

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En la Figura 3.5 se muestra la arquitectura de los puestos de trabajo de los operadores
que estarán formados por tres monitores de gran formato controlados por dos estaciones
de trabajo, una en la que se ejecutarán las aplicaciones de gestión y control de los datos
y, en la otra estación se gestionarán las diferentes señales de vídeo.
Funcionalidades vídeo y
Funcionalidades gestión
audio de estaciones,
del sistema
marquesinas y autobuses
Figura 3.5 Puesto de trabajo del operador
Los puestos de trabajo de supervisión y control constaran de dos monitores y por un
ordenador.
En los monitores el operario tendrá acceso a las imágenes de cualquiera de las cámaras
de seguridad (instaladas en las estaciones y paradas y, posiblemente, en los vehículos) y
a las funciones de seguimiento que tenga accesibles.
El ordenador estará dedicado a funcionalidades de soporte y gestión de los elementos
instalados en las estaciones y marquesinas, es decir, a la visualización de les imágenes
de vídeo de las cámaras, a la atención de los intercomunicadores y al intercambio de
datos entre los elementos de visualización (paneles o quioscos de información).
El operario estará equipado con un sistema de auriculares para comunicarse con
cualquiera de los interfonos de la red, o con la policía y servicios de seguridad de las
estaciones.
En cualquier momento, el operario podrá transferir la conversación, o el sonido
recibido, al sistema de sonido general de la sala.
En este punto es importante analizar las similitudes entre los entornos industriales y el
caso del ejemplo de la sala de control del transporte público.
3.1.3 Sala de control de operaciones espaciales
Las salas de control descritas pueden tener una relación con las salas de centros de
operaciones espaciales. En estos centros se coordinan las operaciones tanto de
lanzamiento como las operacionales una vez la misión está en marcha. El Centro de
Operaciones Espaciales Europeo (ESOC) es un centro que puede considerarse como una

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Figura 3.6 Centro de operaciones espaciales europeo ESOC
generalización del concepto de sala de control, al integrar diversos subequipos
realizando tareas coordinadas de control, supervisión, mantenimiento, seguridad,
planificación, toma de decisiones, etc.
3.2 Ingeniería de la usabilidad aplicada al diseño de sala de control
En este apartado se realiza una revisión del modelo de proceso de la ingeniería de la
usabilidad y accesibilidad (Granollers, et. al., 2004) aplicado al diseño de salas de
control. En principio este modelo de proceso puede aplicarse a cualquier sistema
interactivo en el ámbito de la informática y en concreto en la ingeniería del software y
en la interacción persona-ordenador, si bien aquí se pretende establecer la relación del
modelo de proceso para el diseño de salas de control.
3.2.1 Análisis de requisitos de usabilidad
Figura 3.7 Fases en el modelo de proceso
El análisis de requisitos se basa en tener un contacto continuado y constante con los
usuarios del sistema para detectar información sobre sus necesidades. El método
propone las siguientes actividades:

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1. Análisis etnográfico: Estudio etnográfico de la población de usuarios e
implicados directos e indirectos mediante la preparación de entrevistas. Esto
ayudará a determinar los servicios que una sala de control debe proporcionar y
sus restricciones. Definición de las características más relevantes de la población
potencial a partir del análisis etnográfico. Clasificación de los perfiles en roles y
actores sobre la base de sus conocimientos o habilidades. Definición de la
organización entre actores y roles en el contexto de las tareas a realizar.
2. Análisis contextual de tareas: Definición, a partir del análisis etnográfico
realizado, de todas las tareas que se realizarán relacionadas en el contexto
específico en el cual se desarrollan.
3. Análisis de elementos: Análisis de los elementos relevantes que aparecen como
resultado del análisis de tareas (estación de trabajo, dispositivo de visualización,
pantalla, control, etc.) y que definirán la composición de la sala de control.
4. Plataforma: Definición de las posibilidades y restricciones de la plataforma
tecnológica en que se implementa el sistema.
5. Perfil del entorno: Definición de las características del entorno de trabajo
(temperatura, iluminación, ruido, etc.)
6. Objetivos: Definición de los objetivos funcionales y no funcionales del sistema
(rendimiento, mantenimiento, seguridad, calidad) incluyendo especialmente los
de usabilidad.
Como parte del análisis de requisitos deben especificarse los objetivos de la sala de
control, los funcionales y los de usabilidad y accesibilidad.
A continuación se relacionan los objetivos principales de usabilidad que deben tenerse
en cuenta:
1. Facilidad de aprendizaje: El sistema debe diseñarse para minimizar el tiempo
de aprendizaje. El diseño debe ser simple, familiar (corresponderse con modelos
mentales de las tareas) y sintetizable (el operario debe poder evaluar el efecto de
operaciones anteriores en el estado actual).
2. Consistencia: Diseñar la sala de control de forma consistente, de forma que
todos los mecanismos se operen de forma similar. Definir guías de estilo,
asegurarse que las modificaciones siguen las guías definidas, añadir nuevas
funcionalidades en lugar de modificar las ya existentes y probadas.
3. Flexibilidad: Permitir que sean los operarios los que controlen las actividades
del sistema, posibilitando que las tareas automáticas puedan realizarse de forma
manual si es necesario.
4. Robustez: La robustez de una interacción cubre las características para poder
cumplir sus objetivos y su asesoramiento.
5. Recuperabilidad: Es el grado de facilidad con que el sistema le permite a un
operario corregir una acción una vez se ha producido un error.
6. Tiempo de respuesta: Se define generalmente como el tiempo que necesita el
sistema para expresar los cambios de estado señalados por el operario. Es
importante que los tiempos de respuesta sean adecuados para el operario.
7. Adecuación a las tareas: Es el grado en que los servicios del sistema soportan
todas las tareas que el operario debe hacer y la manera en que las comprende.

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8. Reducción de la carga cognitiva: Diseñar el sistema para minimizar el tener
que confiar en la memoria, de forma que se reconozcan implícitamente en la
interfaz del sistema las acciones para llevar a cabo las tareas.
Análisis de tareas: A partir del análisis de tareas realizado en los requerimientos y los
requisitos funcionales será posible definir un conjunto de escenarios que describan las
interacciones usuario sistema de forma sistemática y eficiente. Estos escenarios se
representarán de acuerdo con un modelo predefinido, entre otros:
� HTA – Hierarchical Task Análisis
� GOMS – Goals-operations-methods-selection
� CTT- Concur Tasks Tree
� Diagramas de transición de estados
� Diagramas de estados UML
� Diagramas de actividad UML
Figura 3.8 Diagrama de actividad en UML
Modelo conceptual: La elaboración de un modelo conceptual ayudará a discutir y fijar
ideas sobre el diseño de la sala de control. El modelo representa las ideas y acuerdos de
diseño de una forma esquemática que permite dividir el diseño en partes y analizar cada
una por separado fijando interfaces entre ellas. En el modelo se empezarán a identificar
los componentes de la sala de control y sus características y a asignar las actividades y
tareas.
Guía de Estilo: En la fase de diseño deberán fijarse las guías de estilo y en la mayoría
de los casos se realizará una adaptación de las guías existentes al proyecto. En el
apartado 2 se realiza un repaso de guías y estándares que permiten diseñar la interacción
hombre-sistema de forma consistente.

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Diseño detallado: El diseño detallado será el resultado de evaluar y refinar el diseño.
La revisión, evaluación y prototipado del modelo, guías de estilo y requisitos resultarán
en diversas iteraciones del diseño. El diseño detallado deberá detallar todos los aspectos
de la sala de control al nivel de ser directamente traducibles a requisitos de la
implementación.
Diseño arquitectónico: En esta fase del proceso también es necesario a partir de los
requisitos de usabilidad y técnicos realizar el diseño arquitectónico de la sala. Este
diseño debe definir la estructura física de la sala, sus comunicaciones con otros
espacios, su ubicación dentro del centro, edificio o área, etc. Los requisitos
de
usabilidad
tendrán una influencia clara en el diseño arquitectónico de la sala.
Figura 3.9 Visualización de un diseño de sala de control mediante realidad virtual
3.3
Ergonomía aplicada al diseño de sala de control
La palabra ERGONOMÍA se deriva de las palabras griegas "ergos", que significa
trabajo, y "nomos", leyes; por lo que literalmente significa "leyes del trabajo", y
podemos decir que es la actividad de carácter multidisciplinar que se encarga del
estudio de la conducta y las actividades de las personas, con la finalidad de adecuar los
productos, sistemas, puestos de trabajo y entornos a las características, limitaciones
y
necesidades
de sus usuarios, buscando optimizar su eficacia, seguridad y confort.
3.3.1
Aspectos de ergonomía física
El estudio de requisitos sobre la ergonomía física debe llevar a un diseño de los puestos
de trabajo más seguros, cómodos y productivos. La ergonomía física se basa en varias
disciplinas que proporcionan la información necesaria: medicina,
ingeniería, psicología
y
sociología son las que contribuyen de forma más directa.

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Antropometría: La antropometría estudia las medidas del cuerpo humano tomando
como referencias las estructuras anatómicas principales. Estas medidas deberán servir
para
definir el puesto de trabajo del operario de forma adecuada.
Figura 3.10 Posición de trabajo según los estándares
Diseño en función de la población: El diseño de controles y puestos de trabajo debe
tener en cuenta todo el espectro de población que potencialmente puede usarlo. Se
puede diseñar para los extremos (un 95 percentil
americano y un 5 percentil japonés por
ejemplo),
diseño ajustable o diseño promedio.
Distribución de tareas persona-máquina: Debe definirse cuales tareas de supervisión
serán
automatizadas. Esta decisión debe hacerse caso por caso y solo automatizar

Figura 3.11 Distancias según el tamaño del monitor
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aquellas en las que suponga una mejora del proceso ya que no siempre es evidente a
priori.
Espacio de trabajo: Se define el espacio de trabajo como el volumen asignado a una o
varias personas así como los medios de trabajo que actúan conjuntamente con ésta o
éstas en el sistema de trabajo para cumplir una tarea. En la determinación de los
requisitos del espacio de trabajo deben tenerse en cuenta posturas, movimientos y
visibilidad espacial.
La posición en el trabajo: Hay que determinar las distintas posiciones de trabajo para
la supervisión y accionamiento de controles. Hay diversas posiciones posibles pero solo
algunas son cómodas (de pie o sentado) y otras son molestas o hasta pueden causar
lesiones o accidentes de trabajo.
Los planos de trabajo: Deben definirse los planos en los que se efectuará el trabajo. En
estos aspectos influye principalmente la altura de la persona, ya que definirá la altura
del plano de trabajo. En una sala de control pueden existir varios planos de trabajo ya
que normalmente se trabaja con un plano principal, una pantalla o varias pantallas a
corta distancia, y una o varias pantallas gigantes situadas a mayor distancia.

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Figura 3.12 Sala de control con diversos planos de trabajo
Área de trabajo: se define como el área que puede cubrir un operador con un mínimo
esfuerzo, normalmente un movimiento de los brazos paralelos al tronco y los antebrazos
a 90º.
Dispositivos de acción y control: Existen una gran cantidad de guías y estándares (ver
que definen los requisitos de los dispositivos de acción y control (alarmas, indicadores,
símbolos, texto, contadores, diales, pantallas, botones, pulsadores, palancas, etc.) según
su operación, precisión, exactitud, etc. Es necesario definir el estándar o conjunto de
estándares aplicables que definirán los requisitos sobre estos dispositivos.
3.3.2 Aspectos de ergonomía cognítiva
La ergonomía cognitiva, concepto que proviene de la psicología cognitiva, trata de los
procesos mentales como percepción, atención, conocimiento, psico-motricidad,
memoria cuando estos afectan a interacciones entre la persona y otros elementos de un
sistema. Entre otros temas se estudia la carga mental, vigilancia, toma de decisiones,
capacitación, el error humano, la interacción computadora-ordenador y la formación.
Interacción persona-ordenador: Existen varios estándares y guías que incluyen
requisitos y recomendaciones de diseño de las interfaces persona-ordenador en sistemas
de supervisión. Puede utilizarse la guía GEDIS que de forma práctica establece unas
directrices y un método de evaluación.
Formación: La formación de operadores es de vital importancia para minimizar los
errores y facilitar la incorporación de nuevo personal. Actualmente los métodos de
formación más efectivos son los de simulación de la planta. Estos simuladores permiten
formar a los operadores en la supervisión de la planta ante situaciones anormales o de
emergencia, de forma que en caso de que estas situaciones se produzcan, los operadores
puedan reaccionar aplicando pautas y conocimientos adquiridos. Debe estudiarse la
posibilidad de que el sistema pueda ser utilizado en modo de simulación para formación
o disponer de una sala específica para este propósito.

3.4 Supervisión industrial
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Los reguladores industriales básicos disponen de un display muy sencillo donde
aparece, en forma digital numérica o mediante iconos de barras verticales, el valor
cuantitativo o cualitativo de la consigna y el valor de la variable de salida dentro de una
regulación continua. En este sentido, la información que se ofrece al operario es breve y
concisa.
Por su parte, los autómatas programables se complementan con periféricos
denominados genéricamente interfaces persona-máquina HMI y que pueden ser desde
sencillos displays con teclado numérico, hasta terminales táctiles con elementos de
programación gráfica. El operario procede a manipular el valor de los parámetros
(temporizadores, contadores) directamente sobre el terminal, de forma que no tiene que
editar el programa del autómata cada vez que desea hacer cambios en el programa
básico.
Tanto en el caso del regulador como en el del autómata, el operario interactúa con el
proceso controlado y puede ejercer tareas rutinarias de vigilancia sin intervención,
tareas de inicio o paro del ciclo, o interrupciones para modificar los parámetros del
algoritmo de control, por citar algunas actividades, de manera que si se considera el
operario como parte integrante del sistema se obtiene una cooperación entre operario y
proceso regulado por el controlador. No se trata, pues, de una arquitectura totalmente
automatizada; más bien es una arquitectura híbrida de interacción entre el operario
humano, la interfaz y el controlador. En el manejo del ordenador en el control de
procesos, la interacción entre operario y ordenador se amplía enormemente al poder
manejar bases de datos, entornos de programación de alto nivel y conectividad con otros
ordenadores en un entorno de control distribuido. Resulta singular destacar que desde el
ordenador no sólo se pueden modificar los parámetros del algoritmo de control, sino
que se pueden diseñar simulaciones del proceso con mayor o menor realismo respecto al
proceso industrial. Así pues, desde el ordenador el operario tiene una mejor
comprensión del proceso controlado mediante herramientas de programación orientadas
a los procesos industriales, mediante los cuales se pueden generar aplicaciones a
medida del proceso a estudio.
Una vez establecidos de forma clara el rol de la automatización y el tipo de interacción
entre el elemento de control y el operario, conviene definir el concepto de supervisión.
Una posible definición de supervisión de un proceso indica el conjunto de acciones
desempeñadas con el propósito de asegurar el funcionamiento correcto del proceso
incluso en situaciones anómalas.
Cuando en este contexto se habla de funcionamiento correcto frente a anómalo se
entiende que el funcionamiento correcto es el que se produce mediante un algoritmo de
control testeado por un operario experto y verificado de forma periódica/cíclica hasta
obtener los resultados deseados de calidad del producto y satisfacción del control
efectuado. En el entorno industrial, y ante la presencia de perturbaciones, el proceso
controlado puede desviarse de la consigna fijada a priori, de forma que se produce un
deterioramiento del funcionamiento correcto. De forma rápida, observamos, pues, que la
supervisión engloba la automatización, el seguimiento y la vigilancia del proceso

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controlado. En el contexto que presentamos en estas líneas, entendemos que la
automatización y la supervisión son fases consecutivas a aplicar sobre el proceso.
De forma básica, el sistema de supervisión es el encargado de llevar a cabo las
actividades siguientes:
- Adquisición y almacenamiento de datos
- Monitorización o vigilancia (surveillance) de las variables del proceso
- Control supervisor (supervisory control) sobre autómatas y reguladores
industriales
- Detección de fallos
- Diagnóstico de fallos
- Reconfiguración
Cada una de estas funcionalidades requiere una explicación con más detalle.
La adquisición de datos se refiere básicamente a la conexión física de los sensores
presentes en el proceso con el equipo de control mediante la adaptación electrónica
pertinente. En el caso de los reguladores y autómatas, estos equipos disponen de una
sección electrónica de entradas adecuada a la conectividad con sensores mediante un
rango estándar de tensiones y corrientes. El ordenador utiliza la tarjeta AD / DA para
esta función. El almacenamiento de datos es indispensable para el suministro de
información de la evolución de las variables al supervisor del proceso. Atendiendo al
gran volumen de información presente en las industrias manufactureras y de procesos,
resultan necesarios el registro diario de tales variables, su almacenamiento ordenado y
la posibilidad de extraer información precisa de toda la información en bruto.
Actualmente, las técnicas de prospección de datos (data mining) ayudan a seleccionar la
información relevante de un gran volumen de datos.
Desde el ordenador, se diseña el aplicativo de supervisión adecuado al tipo de proceso.
Una de las funciones de este aplicativo es la representación gráfica de algunos
elementos del proceso como reactores, válvulas, tuberías, etc., y cabe destacar los
indicadores informativos de alarma, aquellos iconos que tienen un funcionamiento
binario (encendido/apagado u ON/OFF), los objetos que representan una cierta
dinámica (como el llenado o vaciado de líquido en un tanque) o la representación de
gráficos históricos de las variables más relevantes. A este conjunto de objetos gráficos
que permiten formar una representación dinámica del proceso controlado en la pantalla
del ordenador se le denomina monitorización. La monitorización del proceso es uno de
los factores clave en la supervisión ya que en ella radica la posibilidad de distinguir
entre el funcionamiento correcto o anómalo del proceso mediante la ayuda de alarmas o
indicadores de situaciones de riesgo. En este sentido, la monitorización se utiliza para la
vigilancia de la evolución adecuada de las variables.
En el contexto industrial, existen los sistemas llamados SCADA (supervisory control
and data adquisition), con los que es posible confeccionar la monitorización del proceso
atendiendo a cada caso industrial en particular. La función de monitorización no es
exclusiva del entorno industrial, pues uno de los dominios más relevantes es la medicina
hospitalaria. En el ámbito de la instrumentación de equipos para su utilización en los
cuidados intensivos de pacientes en hospitales, destacan los equipos de monitorización

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adecuados para el seguimiento de las constantes vitales de un paciente (monitorización
hemodinámica, monitorización cardiaca, monitorización EEG), preparados para ofrecer
alarmas acústicas o visuales para informar fielmente al equipo médico de posibles
anomalías (por ejemplo, en el caso de la monitorización cardiaca, se llegan a contemplar
hasta 12 derivaciones y análisis de arritmias).
Figura 3.13 Aplicativo de supervisión de una planta de mezcla mediante el SCADA All-Done
Por control supervisor (supervisory control) se entiende la actividad que se lleva a cabo
sobre un conjunto de controladores (autómata programable, regulador industrial) para
asegurar que sus objetivos de control se cumplen. Dentro del aplicativo de supervisión,
es habitual que exista un apartado donde se configura el tipo de comunicación con el
controlador, la gestión de los controladores en caso de que exista una red física de
controladores conectados, la captura de datos periódica del controlador y la presentación
selectiva de algunas variables o cambios de las mismas en pantalla dentro de la
monitorización.
Las actividades de detección, diagnóstico de fallos y de reconfiguración se agrupan
dentro de las actividades que cumplen los sistemas de control tolerantes a fallos. Estos
sistemas se caracterizan según si permiten acomodar un fallo con o sin degradamiento
de prestaciones, pero sin desembocar en una avería interna. Sobre este punto existe
abundante literatura acerca de los sistemas tolerantes a fallos en el ámbito académico, y
hoy en día se estudian metodologías de diseño de sistemas de control tolerante a fallos
en los cuales la supervisión forma parte de la arquitectura propuesta. A escala industrial,
los llamados sistemas SCADA incluyen actualmente las fases de adquisición,
monitorización y control supervisor, y uno de los grandes retos para los próximos años
es potenciar en el diseño del aplicativo de supervisión, las funciones de detección,
diagnóstico y reconfiguración con la finalidad de garantizar la seguridad en el manejo
de los procesos industriales.

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Cuando se utiliza el concepto de detección de fallos, se pretende determinar la presencia
de fallos en el sistema, es decir, aquellas desviaciones no permitidas, debidas, por
ejemplo al malfuncionamiento de sensores, válvulas y actuadores.
El diagnóstico pretende la determinación del tipo, el tamaño, la localización y el
instante de aparición del fallo. Incluye la detección, el aislamiento y la estimación del
fallo. Existen técnicas cuantitativas y cualitativas para realizar el diagnóstico pero ya se
aprecia que es una tarea ardua, sobre todo en el caso de complejos sistemas, como por
ejemplo la supervisión de turbinas, en las que la aparición simultánea de alarmas en
pantalla ante fallos en elementos físicos dificulta efectuar el análisis de las causas y
averiguar en qué orden se producen.
Finalmente, la reconfiguración significa un cambio en las entradas y/o salidas del
controlador a través de un cambio en la estructura del controlador y sus parámetros.
Como vemos, en todas estas actividades que se llevan a cabo en la supervisión de un
proceso, se pretende su automatización con el fin de generar herramientas de ayuda a la
decisión. En este sentido, hoy en día existen múltiples posibilidades como las
arquitecturas en las que la supervisión es humana, es decir llevada a cabo por un
supervisor, o bien las arquitecturas automatizadas, llevadas a cabo por un supervisor
experto artificial. En ambos tipos de arquitecturas, no se puede olvidar que el gran
objetivo es evitar pérdidas económicas debidas al malfuncionamiento de la planta, y
evitar el daño físico tanto para operarios como para las máquinas que intervienen. En
este sentido, la automatización y la supervisión se complementan con otras áreas del
conocimiento como el mantenimiento y la seguridad industrial. No podemos dejar de
citar el caso de estudio de la sala de control en planta nuclear, objeto de investigaciones
llevadas a cabo durante años, con el fin de salvaguardar el buen funcionamiento de este
tipo de plantas en las que ante un fallo humano o el fallo de algún componente, las
consecuencias son desastrosas.
3.9 Referencias
Noyes, J. y Bransby, M. “ People in control: human factors