La automatización tiene el potencial de permitir que el conjunto de hombre-sistemas de automatización alcance niveles de rendimiento y seguridad que de otra manera serían imposibles de alcanzar.
Los ejemplos de automatización introducidos en la minería más recientemente incluyen: software para la planeamiento de mina y optimización empresarial, sistemas de detección de proximidad de peatones conectados con máquinas de minería continua subterránea; alineamiento automático de la cara y control del horizonte de los equipos subterráneos de muro largo de carbón; ciclos automáticos de corte de máquinas mineras continuas; automatización de las fases de giro, descarga y retorno del ciclo de carga de la pala; sistemas de perforación, camiones de acarreo en minas de superficie y transporte en minas subterráneas de metales; todos estos automatizados.
Problemas de integración de sistemas humanos en la automatización
La automatización no elimina a las personas del sistema. Más bien, se cambian los roles de las personas y se introducen nuevas tareas. Es más, la importancia de estas nuevas tareas a menudo se subestima, en particular por la necesidad de que las personas en el sistema respondan a situaciones imprevistas que pueden incluir el mal funcionamiento o la falla de un componente automatizado del sistema.
Es fundamental sensibilizar al personal obrero, técnico y mandos superiores, sobre la importancia de un equilibrio entre el factor de la automatización y el factor humano. Ello se logra implementando contenidos que resalten este balance en los programas de: cambio de roles de las personas en el sistema.
La automatización a veces cambia el rol que las personas desempeñan en el sistema de control activo continuo a supervisión o monitoreo pasivo. Una consecuencia de este cambio puede ser la degradación de las habilidades de control manual de los operadores.
La introducción de la automatización también puede cambiar el tipo y la extensión de la información disponible para los operadores de equipos o plantas, al eliminarlos del contacto directo con el proceso que se controla. Esto reduce las fuentes de información que pueden usarse para monitorear el sistema y, en particular, para detectar y diagnosticar las causas de las desviaciones de la operación normal.
El cambio del control manual y la información reducida directamente disponible para el operador, pueden llevar a una pérdida de la conciencia de la situación y retrasos en la respuesta, en caso de que se requiera que un operador humano tome medidas.
Mantener la conciencia de la situación
Un desafío para el diseñador es asegurarse de que el operador mantenga el conocimiento de la situación al determinar la información requerida por el operador y cómo se le puede proporcionar sin abrumarlo con datos que afecten la prevención de riesgos.
El diseño de las interfaces mediante las cuales se transmite la información se convierte en una preocupación crítica. Combinar datos en información significativa, a través de la creación de pantallas visuales con propiedades emergentes que correspondan a parámetros relevantes del sistema, es un enfoque que puede ser útil, al igual que colocar información en un contexto significativo y/o integrar información relacionada con la automatización con pantallas tradicionales.
Las pantallas deben evitar la necesidad de que el operador realice transformaciones mentales para obtener un significado de la información. Otras opciones son crear interfaces que predicen los estados futuros del sistema y/o proporcionar información a través de múltiples canales sensoriales.
Evitar la “automatización torpe”
Una trampa potencial asociada con el diseño de la automatización es la denominada «automatización torpe» (Wiener, 1989), en la cual las tareas sencillas se automatizan, mientras que las tareas complejas se dejan para un operador humano, a veces porque son demasiado difíciles de automatizar.
Esto puede exacerbar la pérdida de conciencia de la situación, como se señaló anteriormente, o también puede significar que la carga de trabajo se reduce durante las fases ya bajas de esta, mientras que se mantiene sin cambios o incluso aumenta durante las operaciones de carga de trabajo alta debido a la sobrecarga cognitiva asociada con la automatización de activación y desactivación (Kirlik, 1993).
La cuestión de qué funciones automatizar merece una cuidadosa consideración, pues las personas son buenas para percibir patrones, improvisan y se adaptan rápidamente a la variabilidad inesperada. Por otra parte, las personas no son buenas en la repetición precisa de acciones o tareas que requieren vigilancia.
Diseñar el sistema requiere algo más que asignar funciones a la persona y a la máquina. Más bien, el desafío está en identificar cómo el operador y la automatización pueden realizar conjuntamente las funciones necesarias para el éxito del sistema.
Nuevos tipos de errores
La posibilidad de nuevos tipos de errores, como los errores de configuración, puede introducirse agregando componentes automatizados a un sistema. También es probable que aumente el alcance del control de un operador individual.
Los retrasos en el operador que recibe la retroalimentación resultante de las acciones, incluidos los errores, pueden aumentar. Si se produce una reducción de la tripulación como consecuencia de la automatización, también se produce una reducción del exceso, lo que disminuye la probabilidad de detección y corrección de errores. Los efectos catastróficos pueden resultar de esta combinación de consecuencias de la automatización.
Las respuestas humanas a la automatización pueden tener consecuencias imprevistas
La respuesta de las personas a la automatización también puede llevar a consecuencias imprevistas. De hecho, una dimensión de las respuestas humanas se relaciona con la confianza que el operador tiene en la tecnología de automatización.
Los operadores pueden llegar a ser complacientes y confiar demasiado en la automatización, ya sea fallando en observar y responder a las fallas de esta (especialmente cuando tales fallas son raras), o alterando el comportamiento de manera que reduzcan los beneficios de seguridad previstos de la automatización.
Por ejemplo, la introducción propuesta de la tecnología de detección de proximidad peatonal, entrelazada con los sistemas de frenos de los equipos subterráneos de transporte de carbón, podría potencialmente conducir a que los operadores y peatones tengan menos cuidado para evitar interacciones con consecuencias potencialmente fatales.
Por el contrario, la falta de confianza en la automatización puede hacer que los operadores se desconecten, deshabiliten o ignoren la tecnología. Una alta tasa de falsas alarmas es una amenaza para la introducción de cualquier tecnología de detección de proximidad y, en general, el fracaso de la tecnología para mejorar la productividad a corto plazo es una amenaza para la adopción de la misma.
Asimismo, el cambio en los roles del operador asociado con la introducción de la automatización, también puede ser problemático si se reduce la satisfacción laboral del operador. La clave aquí es permitir que los operadores aprovechen las habilidades antiguas para adquirir otras nuevas, así como involucrar a los operadores en el proceso de diseño e implementación de la automatización y capacitarlos para que tengan un rol continuo en las mejoras del sistema.
Automatización del cargador en las minas CMOC Northparkes
El objetivo de este estudio de caso es investigar la implementación exitosa de la automatización del cargador en las minas Northparkes de China Molybdenum Co Ltd (CMOC) mediante la presentación de información obtenida a través de la observación y por las entrevistas con operadores y personal. Cabe destacar que CMOC Northparkes, es una operación de excavación de bloques de cobre/oro en el centro de Nueva Gales del Sur.
De igual manera, la teleoperación y, posteriormente, automatización de los cargadores subterráneos, se han probado en varias formas en la mina desde 1998 y la implementación del sistema Sandvik Automine (actualmente en uso) comenzó en 2010.
Figura 1. La sala de control de Northparkes.
Los operadores ubicados en una sala de control de superficie, cargan el mineral en el punto de extracción utilizando el control manual teleoperado (Figura 1).
Luego, el cargador se cambia al modo automático para viajar al contenedor de la mina donde el mineral se descarga de manera independiente. El cargador luego regresa de forma autónoma al siguiente punto de atracción seleccionado por el operador. Cada uno de los tres operadores suele ser responsable de tres cargadores. La interfaz de los operadores con el sistema es a través de tres pantallas, teclado y mouse, así como joysticks y pedales, que imitan los controles encontrados en un cargador de accionamiento manual (Figura 2).
El audio del cargador está disponible para los operadores, que se comunican con otros miembros de la tripulación a través de la radio. Una pantalla proporciona a los operadores información y control sobre el sistema en general, mientras que una segunda le permite al operador monitorear la ubicación de los cargadores, seleccionar los mismos para el control manual y modificar los puntos de atracción a los que viajará un cargador de manera autónoma. Una tercera pantalla proporciona una señal de video desde el cargador (conmutable entre la parte delantera y trasera) y una ventana de «asistencia de teleoperación» esquemática, que proporciona una indicación de la ubicación del cargador que se está controlando o monitoreando en relación con el entorno escaneado con láser (Figura 3).
Además de realizar la carga manual teleoperada en el punto de extracción, los operadores también son responsables de monitorear el estado general del sistema y de tomar decisiones en respuesta a eventos tales como fallas en el cargador, que generalmente modifican la secuencia planificada de los puntos de extracción.
El operador también puede modificar el comportamiento del cargador durante las fases autónomas. La implementación de los cargadores autónomos ha reducido la exposición de los operadores a una serie de riesgos de lesiones, en particular los riesgos de vibración en todo el cuerpo y lesiones musculoesqueléticas. Los beneficios de productividad incluyen la capacidad de continuar extrayendo a través de cambios de turno y voladuras, lo que resulta en una mejora del 23% en las toneladas diarias producidas.
La información obtenida a través de una visita al sitio, entrevistas con operadores, personal de seguridad y el gerente del proyecto, reveló las siguientes estrategias para el diseño e implementación exitosos del sistema de automatización.
Figura 2. Una mirada de cerca a la interfaz de los operadores.
Involucrar al personal impactado
Involucrar a las personas que se verán afectadas por el cambio es fundamental para la prevención de riesgos. Un paso inicial en la implementación del sistema de automatización, seguridad laboral y prevención de riesgos actual fue que los representantes de todas las partes interesadas pasaran tres días haciendo un seguimiento de las consecuencias de la automatización propuesta para todas las tareas realizadas en la mina.
Durante este proceso quedó claro que todas las tareas subterráneas se verían afectadas. También se señaló que se impediría el acceso a las secciones de la mina donde la carga autónoma estaba en funcionamiento, lo que afectaría el desempeño de una variedad de otras tareas.
Comunicación constante
La comunicación constante entre operadores y diseñadores durante la implementación y posterior operación del sistema autónomo, ha sido fundamental para desarrollar y refinar la interfaz de usuario.
La presencia continua de la experiencia del fabricante en el sitio permitió un rápido bucle de retroalimentación con los diseñadores para la prevención de riesgos, especialmente lo relacionado a la seguridad laboral.
Proporcionar a los operadores información esencial
Proporcionar a los operadores la oportunidad de sugerir modificaciones al sistema, ha sido una característica clave en el éxito de la implementación de la automatización. Los operadores actualizan continuamente una lista de problemas y una «lista de deseos» de mejoras que se retroalimentan a los diseñadores del sistema produciendo varios cambios.
La información relevante también se transmite inadvertidamente, más que por diseño. Por ejemplo, un operador explicó que puede ser difícil medir cuando el cucharón se ha bajado lo suficiente al suelo en preparación para la carga. Si el cucharón pone demasiada presión en el suelo, las ruedas delanteras del cargador subirán y se producirá un deslizamiento de la rueda. El operador notó que el movimiento de la cámara que se podía ver en la transmisión de video cuando se bajaba la batea era una señal útil.
Figura 3. La tercera de las tres pantallas que utilizan los operadores
Evitar proporcionar información no esencial
Otro cambio realizado fue reducir el número de alarmas de falla del cargador presentadas al operador, pues si bien son relevantes para un ingeniero durante la puesta en servicio, muchas no son relevantes para la operación diaria.
Las alarmas, además de ser una molestia para los operadores debido a que cada mensaje requiere reconocimiento, el hecho de estar acostumbrado a los frecuentes mensajes de error no esenciales condujo en al menos una ocasión a que un operador no reaccionara a un error crítico con consecuencias potencialmente graves. Presentar solo información esencial es otro principio de diseño centrado en la persona.
Proporcionar flexibilidad a los operadores
Proporcionar flexibilidad en la provisión de información es otra estrategia. En este caso, los cargadores están equipados con un micrófono y el audio está disponible para los operadores. Sin embargo, esta información no es deseada por los operadores y el audio no está encendido porque el valor molesto del ruido supera el beneficio de cualquier información relevante transmitida. Las oportunidades para mejorar la provisión de información a los operadores se están explorando continuamente.
Muchos detalles de la implementación de la automatización, se dejaron a los equipos de producción para determinar. Por ejemplo, en la transición a la carga autónoma, algunas tripulaciones decidieron asegurarse de que todos los miembros de la tripulación estuvieran capacitados para el control autónomo, mientras que otros optaron por contar con operadores independientes especializados. La tripulación también determinó el número de cargadores por los cuales un operador debería tener responsabilidad.
Permitir que las cuadrillas elijan diferentes estrategias, brinda la oportunidad de evaluar diferentes opciones para definir el plan de prevención de riesgos. Las comparaciones entre la productividad del operario y la tripulación pueden utilizarse para ajustar las estrategias del operador e identificar aspectos de su comportamiento que conduzcan a una mejor productividad.
Quedan preguntas interesantes sobre la capacitación de futuros operadores. Por ejemplo, si los operadores de cargadores autónomos deben tener necesariamente experiencia previa en la operación del cargador manual y cómo se capacitará a los nuevos operadores. Un simulador de cargador autónomo puede ser una tecnología útil para seleccionar y capacitar a futuros operadores que pueden no tener necesariamente un fondo de minería subterránea.
Capacitar a los operadores para tomar medidas
En algunos casos, los equipos de producción han tomado medidas sin involucrar a los diseñadores del sistema y ello ha ocasionado que los involucrados encuentren otras formas de actuar en relación a la prevención de riesgos laborales.
Un problema que se encontró fue que las cámaras y los escáneres acumulaban polvo, lo que causaba que la automatización fallara. Mientras los diseñadores del sistema exploraban opciones para los mecanismos de limpieza a bordo, los equipos idearon un medio para descargar agua en la cámara y los escáneres cuando fuera necesario. Hacer que todos los aspectos del sistema de control sean lo más flexibles posible y otorgar a los operadores el máximo control sobre la automatización, aumenta la capacidad de los operadores para adaptarse a las nuevas situaciones.
Aprovecha las nuevas posibilidades
La implementación de la carga autónoma también ha tenido consecuencias imprevistas para futuras mejoras de procesos. La capacidad de ejecutar y modificar con flexibilidad los patrones de extracción de puntos de atracción, ha impulsado el desarrollo del software de optimización para determinar el patrón óptimo de extracción en tiempo real. Esta es en sí misma una forma de automatización que proporcionará asistencia al jefe de cambio.
Conclusión
La introducción exitosa de nuevas tecnologías requiere la consideración de las personas que interactúan con la tecnología. La introducción de una mayor automatización sólo resultará en una mejor productividad y seguridad si el sistema conjunto que surge de la combinación de componentes humanos y automatizados está diseñado para funcionar como un sistema completo. Ello se logra a través de la elaboración de proyectos que tomen en cuenta estos factores, así los elementos que permitan la prevención de riesgos asociados.
Esta es una versión abreviada de un documento publicado en los procedimientos de la 13ª Conferencia Australiana de Operadores Subterráneos de Australia.
Referencias
Booher, H, 2003. Manual de Integración de Sistemas Humanos (Wiley: Nueva York).
Burgess-Limerick, R, Cotea, C, Pietrzak, E y Fleming, P, 2011. Integración de Sistemas Humanos en Industrias Civiles y de Defensa, Australian Defense Force Journal, 186: 51–60.
Flach, JM, Vicente, KJ, Tanabe, F, Monta, K y Rasmussen, J, 1998. Un enfoque ecológico para el diseño de interfaces, en las Actas 42ª Reunión Anual de la Sociedad de Ergonomía y Factores Humanos, pp 295–299, (Factores Humanos y Ergonomía Sociedad: Santa Mónica, CA).
Kirlik, A, 1993. Modelando el comportamiento estratégico en la interacción de automatización humana: por qué una «ayuda» puede (y debería) no usarse, Factores Humanos, 35: 221–242.
Lee, J D y Seppelt, D D, 2009. Factores Humanos en el diseño de automatización, en el Manual de Automatización de Springer (ed: S Y Nof), pp 417–436 (Spriger-Verlag: Berlín).
Parasuraman, R y Riley, V, 1997. Humanos y automatización: uso, mal uso, desuso, abuso, factores humanos, 39: 230–253.
Wiener, E L, 1989. Los Factores Humanos de la tecnología avanzada («cabina de vidrio») transportan aviones, Informe del contratista de la NASA, 177528, Centro de investigación de la NASA-Ames, Mountain View, CA.
Texto elaborado por R Burgess-Limerick, Profesor Investigador, Instituto de Minerales Sostenibles, Universidad de Queensland; T. Horberry, Profesor de Factores Humanos, Centro de Investigación de Accidentes de la Universidad de Monash; L. Steiner, Director Asociado de Ciencia, Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional y J. Cronin MAusIMM, Gerente de Proyectos de Automatización LHD, Northparkes Mines, para Ausimm Bulletin. Traducido y adaptado por GĚRENS, 2019.
La Escuela de Postgrado GĚRENS le brinda la Maestría en Gestión Minera. Contáctanos para mayor información.