BRPI0914277A2 - simulador de operação de guindastes - Google Patents

Abstract

SIMULADOR DE OPERAçãO DE GUINDASTES. A presente invenção tem como objetivo, um equipamento para treinamento de profissionais destinados a operar máquinas. Mais especificamente, para o treinamento de operadores de guindaste "offshore" por meio de simulação. Este objetivo é alcançado por meio de um equipamento que compreende três estações (100, 200, 300) sendo uma primeira estação (100) para um instrutor, uma segunda estação (200) para o operador em treinamento e uma terceira estação (300) destinada à figura de um auxiliar de movimentação de cargas. A primeira estação (100) é o cérebro do equipamento de onde podem ser gerados comandos, por exemplo, para mudança de tipo de guindaste, de carga, de instalação, variação de clima e indução de irregularidades envolvendo uma ou mais destas variáveis citadas.

Description

SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra-se no campo dos equipamentos para treinamento de profissionais destinados a operar máquinas. Mais especificamente, para o treinamento de operadores de guindaste por meio de simulação. Mais particularmente para treinamento simulado de operação de guindastes empregados em instalações de produção de petróleo, tanto para movimentações de carga quanto para movimentações de pessoas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Ao longo do tempo, profissionais de várias áreas, como por exemplo, operadores de máquinas, têm sido treinados para suas funções por meio da operação das próprias máquinas nas quais trabalham, com supervisão de um operador mais experiente, até que pudessem assumir seus postos de maneira autônoma.

Em um aspecto, a experiência deste operador em treinamento era adquirida de uma forma que pode ser representada normalmente pelo binômio "tentativa/erro". O treinamento assim executado agregava alto risco até que este operador adquirisse segurança.

Em outro aspecto muitos dos operadores com sólida experiência adquirida pelo modo explicado acima e aperfeiçoada pelos anos de trabalho, já se encontram fora do mercado de trabalho ou são contratados por outras empresas.

A passagem dos conhecimentos de profissionais experientes a operadores novatos torna-se um gargalo para a renovação de mão-de- obra e, consequentemente, surge uma grande dificuldade de manutenção de um quantitativo mínimo de operadores para abastecer o mercado e as empresas.

A técnica evoluiu no sentido da criação de simuladores de condições de operação, não somente para casos de equipamentos que envolvam risco por serem manipulados por pessoal não experiente, mas para várias outras técnicas arriscadas, como operações cirúrgicas ou mesmo em treinamento de pronto socorro, onde o risco é da vida humana.

Os simuladores destinados a treinamento de condutores de veículos evoluíram para uma reprodução exata do veículo ao qual o condutor precisa se familiarizar e com os meios geradores de ambientação.

Normalmente os geradores de ambientação são encontrados sob a forma de telas e projetores de imagens pré-filmadas e com situações ou caminhos específicos. Da mesma forma surgiram os simuladores de vôo para aeronaves utilizando o mesmo sistema, apenas introduzindo uma cabine que, em uma evolução, podiam se movimentar geralmente por estar apoiada em atuadores hidráulicos. Normalmente para ter uma visualização em três dimensões, são usados projetores de imagem numa tela em forma de domo.

No campo da presente invenção, o operador de um guindaste "offshore" se destaca pela responsabilidade de seu serviço, por exemplo, no transporte de equipamentos, materiais, alimentos e, principalmente, pessoas desde o convés de uma embarcação para o convés de uma unidade marítima.

Quando a técnica apresenta algumas propostas de simulação de operação de guindastes, estas propostas são para guindastes em terra ("onshore").

A realidade de guindastes "offshore" é bastante particular, pois, o guindaste não se movimenta até a carga como os que estão em terra. O que é movida e posicionada sobre o item destinado a uma movimentação é, apenas, a sua lança.

Outro fator a ser levado em conta é a presença de esforços dinâmicos que são transferidos ao guindaste por ocasião de um içamento a partir de uma embarcação. O grande questionamento é como treinar um operador de guindaste "offshore" eliminando qualquer possibilidade de risco inerente a uma condição na qual o ambiente é estritamente operacional e perigoso.

A técnica se necessita de um equipamento que possa treinar um operador inexperiente em guindaste "offshore", sem riscos, de forma que possam ser enfrentadas condições adversas em um ambiente de realidade virtual que reproduza os cenários e equipamento específicos, em um alojamento que, também, reproduza fielmente os modelos de guindaste no qual o operador vai atuar com interação total e em tempo real, não só na presença de um instrutor, mas também de um auxiliar de movimentação de carga como acontece na realidade, seja este também um aprendiz em treinamento ou um profissional experiente.

TÉCNICA RELACIONADA

O documento brasileiro MU 8701973-6 U2 apresenta um simulador para treinamento de condutores de veículos automotivos, composto por uma cabine de veículo a ser simulado, cabine esta contendo todos os comandos necessários ao controle e dirigibilidade do veículo, sistema de projeção de imagens de ambientes urbanos, assim como de rodovias federais, fornecendo visão frontal, lateral direita, lateral esquerda e traseira.

O documento brasileiro Pl 0509699-5A apresenta um método para simular uma rota de trilhos real e a operação de um trem ao longo dessa rota e um sistema para exibir a operação de um trem ao longo da mesma. Uma vez que o evento de trilho seja especificado e sua localização determinada, o evento de trilho e terreno circundante são simulados usando modelos de software do evento de trilho e terreno que estão armazenados em um banco de dados. O trilho, eventos de trilho e terreno circundante ao longo do trilho podem ser realisticamente simulados.

O documento norte-americano US 2006/0281052 A1 apresenta um método e um equipamento simulador para treinamento de um piloto de navio no uso do sistema chamado de posicionamento dinâmico, onde um sinal correspondente a uma primeira distância entre o navio e uma bóia de carga ou outro objetivo, é alimentada diretamente ao sistema de controle para uma operação de posicionamento normal ou, onde um primeiro sinal de distância é direcionado por meio de um transdutor alimentando um segundo sinal de distância ao sistema de controle para simulação.

O segundo sinal de distância apresenta normalmente uma distância mais curta do que a distância do primeiro sinal.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É um objetivo da presente invenção um equipamento destinado a simular as condições reais de operação de um guindaste "offshore" para treinamento de novos profissionais para serviço numa instalação "offshore". O simulador emprega recursos de realidade virtual tridimensional e integra os profissionais envolvidos em operações de movimentação de cargas ou movimentação de pessoas entre uma unidade de produção e navios.

Este objetivo é alcançado por meio de um equipamento que compreende, pelo menos, três estações sendo uma primeira a de um instrutor, uma segunda a de um operador em treinamento e uma terceira destinada a um auxiliar de movimentação de cargas.

A estação do instrutor é o cérebro do equipamento de onde podem ser gerados comandos, por exemplo, para mudança de modelo de guindaste, mudança da natureza da carga, mudança do cenário da instalação, variações de clima e indução de irregularidades envolvendo uma ou mais destas variáveis citadas.

A estação do operador reproduz os comandos e funcionalidades existentes em um guindaste "offshore" real.

A estação do auxiliar de movimentação de cargas permite a introdução deste elemento no treinamento, aumentando a realidade, seja este auxiliar um profissional experiente ou um profissional em treinamento. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As características do simulador para operação de guindastes, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório.

A Figura 1 é uma representação esquemática de uma estação de treinamento do operador de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é uma representação esquemática de uma estação de um instrutor segundo a presente invenção.

A Figura 3 é uma representação esquemática de uma estação de do auxiliar de movimentação de cargas segundo a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição detalhada do simulador para operação de guindastes, objeto da presente invenção, será feita de acordo com a identificação dos componentes que o formam, com base nas Figuras acima descritas.

Como já mencionado anteriormente, a operação de um guindaste "offshore" apresenta um funcionamento diferente de outros tipos de guindastes.

Daqui por diante, unidade de produção, geralmente uma plataforma, passará a ser chamada genericamente de instalação "offshore" a título de simplificação de nomenclatura apenas.

Uma das grandes dificuldades encontradas para treinamento prático de um futuro operador de guindaste "offshore" reside na criação de um local com um cenário específico de uma plataforma.

Este cenário teria que tentar reproduzir o mais fielmente possível não só o ambiente, mas teria que ter uma cabine montada em um pedestal e um sistema complexo de reprodução dos movimentos induzidos à plataforma e, consequentemente, ao guindaste pelo mar e a movimentação relativa entre um navio e uma instalação "offshore". A impossibilidade de recriar, se não todas, mas boa parte das condições "offshore" a que a operação desses equipamentos está submetida, é uma realidade que dificulta a formação de novos operadores sem submetê-los aos riscos envolvidos nessas operações.

Trata a presente invenção de um equipamento simulador de guindastes "offshore" destinado a treinar um operador inexperiente em guindastes deste tipo, sem riscos, de forma que possam ser enfrentadas condições adversas em um ambiente de realidade virtual.

O ambiente de realidade virtual reproduz cenários e equipamentos específicos, condições de movimento relativo e induzido, sons característicos e condições climáticas.

O equipamento da presente invenção compreende um compartimento para operador que, também, reproduz fielmente os controles de modelos de guindastes nos quais o operador vai atuar com interação total e em tempo real, não só com um instrutor, mas com um auxiliar de movimentação de carga como acontece na realidade, seja este último um aprendiz em treinamento ou um profissional experiente.

Com os recursos de computação avançada, o simulador da presente invenção torna mais realista a experiência do operador a ser treinado, não só devido à interatividade quase imediata que permite ao instrutor criar situações e problemas que serão apresentados ao operador em treinamento, a interferência deste na ação do operador em treinamento no sentido de correção de manuseio e, adicionalmente, a possibilidade de mapeamento de uma determinada região ou cenário em particular no qual o futuro operador vai desempenhar suas funções, reproduzido virtualmente em diversas situações.

O simulador de guindastes "offshore" objeto da presente invenção pode ser observado com o auxílio das Figuras 1, 2 e 3 e compreende três estações de trabalho onde:

- uma primeira estação (100) destinada a um instrutor, que pode ser vista com o auxílio da Figura 1, compreende um computador (101) (não mostrado nesta Figura) central no qual encontra-se instalado um software específico que tem a capacidade de emulação de um cenário em particular com seus sons inerentes, seleção de condições climáticas, seleção dos modelos de guindastes em operação, seleção de cargas e a capacidade de manejar todos os dados tanto os induzidos sob forma de irregularidades quanto os dados de resposta corretiva, e refletir todas as ações em forma gráfica tridimensional em tempo real onde, em um primeiro monitor de vídeo (102), é exibida uma tela com a visão de qualquer ponto da instalação "offshore" e, em um segundo monitor de vídeo (103), é exibida uma tela de funções que controla as condições para operação do guindaste e, adicionalmente, um manche de controle (104), teclado (T), interface "mouse" (M) e um dispositivo de rádio VHF (R) para comunicação entre o instrutor e os demais envolvidos no treinamento;

- uma segunda estação (200) destinada a um operador em treinamento configurada como uma cabine de um guindaste "offshore", que pode ser vista com o auxílio da Figura 2, compreende uma base (201) sobre a qual é fixada uma poltrona (202), adjacente às laterais desta última, são fixadas à base duas torres de controle (203), as quais reproduzem fisicamente os comandos de um guindaste como botões de acionamento (204), manetes de controle (205) e luzes aviso (206), à frente da poltrona, fixado à base (201) ergue-se um pórtico (207), o qual apresenta painéis articuláveis (208) em cada uma de suas laterais superiores onde, em cada um, encontra-se fixado um painel monitor de grandes dimensões (209) destinados a reproduzir as visões das janelas laterais do guindaste, um painel monitor fixo vertical de grandes dimensões (210) na parte superior do pórtico destinado a reproduzir a visão da janela frontal do guindaste e um painel monitor articulável de grandes dimensões (211) com a articulação fixada ao pórtico (207) abaixo do painel monitor fixo vertical de grandes dimensões (210) destinado a reproduzir a visão da janela frontal inferior do guindaste com a articulação fixada ao pórtico (207) e, atrás do pórtico (207) e sobre a base (201), uma caixa de interface de comunicação de dados (212) ligada ao computador (101) da primeira estação (100) do instrutor e demais envolvidos no treinamento; e

- uma terceira estação (300) destinada a um auxiliar de movimentação de cargas, que pode ser vista com o auxílio da Figura 3, onde esse auxiliar qual pode ser tanto um profissional experiente quanto um profissional em treinamento, que compreende um monitor de vídeo (301), uma interface "mouse" (M)1 um teclado (T)1 um dispositivo de rádio VHF (R) para comunicação entre o instrutor e os demais envolvidos no treinamento e uma caixa de controle de posicionamento e manuseio (302), todos ligados ao computador (101) da primeira estação (100) do instrutor.

Na segunda estação (200) destinada ao operador, por meio das duas torres de controle (203), podem ser efetuadas as seguintes ações:

- percepção de indicações e alarmes;

- parada de emergência;

- controle de variáveis operacionais do guindaste como, por exemplo, pressão de óleo combustível e hidráulico, temperatura do óleo hidráulico, nível de óleo combustível e hidráulico;

- atuação de dispositivos de emergência, como por exemplo, descida controlada de carga e da lança do guindaste. Na terceira estação (300) destinada ao auxiliar de movimentação de cargas podem ser efetuadas as seguintes operações:

- a figura do auxiliar de movimentação de cargas pode visualizar na projeção virtual todo o cenário e todos os movimentos de itens envolvidos no treinamento;

- deslocamento da figura virtual do auxiliar por toda a instalação "offshore";

- a figura virtual do auxiliar, reproduzir sinais de comunicação gestual convencionais;

- a figura virtual do auxiliar pode receber orientação sobre seu posicionamento adequado em serviço;

- a figura virtual do auxiliar de movimentação de cargas pode ser orientada a se mover, no cenário, de maneira a não ser atingida pela carga içada e;

- a comunicação do auxiliar com os envolvidos no treinamento pode ser feita por meio de dispositivo de rádio VHF.

A divisão física do simulador em três estações (100, 200, 300) que, no entanto, são interligadas e controladas pelo computador em tempo real, permite:

- uma experiência de treino realista em tempo real de ações e reações;

- que o treino do operador e do auxiliar de movimentação de carga seja simultâneo;

- que sejam armazenados registros automáticos de operações e ocorrências consideradas inadequadas, por sessão de treino, realizadas para posterior análise e discussão;

- a realização de registros individuais de treinamento pelo instrutor no sistema; e

- a inclusão ilimitada de cenários, tipos de guindaste e tipos de instalações "offshore". O simulador oferece interface para uma pluralidade de segundas estações (200) de operador e uma pluralidade de terceiras estações (300) de auxiliares de movimentação de cargas diferentes com, apenas uma primeira estação (100) de instrutor, o que permite a formação de turmas com treinamento simultâneo.

O uso de painéis monitores de grandes dimensões (209, 210 e 211) na segunda estação (200) dispensa a simulação de movimento de cabine por meios mecânicos diante da disponibilidade da presença da realidade virtual de alta qualidade perceptível visualmente ao operador, fato que diferencia a presente invenção em relação aos equipamentos existentes no estado da técnica.

Como vantagens proporcionadas pelo simulador de operação de guindaste, o maior impacto positivo está voltado à proteção do material humano, já que a metodologia do treinamento com os recursos reais oferecidos pelo simulador facilita o ingresso de novos profissionais com pouca ou mesmo nenhuma experiência para movimentação de cargas, reduzindo o grau de exigência para sua contratação.

Por outro lado, incentiva e realização de atualização de profissionais experientes, pois permite a simulação de eventos de alerta ocorridos bem como o apontamento de ações de bloqueio correspondentes e a reciclagem desses profissionais em termos de requisitos vigentes em normas e parâmetros de operação.

Por realizar um treinamento virtual em um ambiente muito próximo ás condições de serviço, são eliminados todos os riscos envolvidos com instalações "offshore" e pessoal presente nessas instalações.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, o conceito principal que norteia a presente invenção, que é um equipamento simulador de guindastes "offshore" destinado a treinar um operador inexperiente em guindaste deste tipo, sem riscos, de forma que possam ser enfrentadas condições adversas em um ambiente de realidade virtual, se mantém preservado quanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, e adaptações equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da presente invenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.

Claims (6)

1. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, caracterizado por compreender três estações de trabalho onde: - uma primeira estação (100) destinada a um instrutor, compreende um computador (101) central no qual encontra-se instalado um software específico que tem a capacidade de emulação de um cenário em particular com seus sons inerentes, seleção de condições climáticas, seleção dos modelos de guindastes em operação, seleção de cargas e a capacidade de manejar todos os dados tanto os induzidos sob forma de irregularidades quanto os dados de resposta corretiva, e refletir todas as ações em forma gráfica tridimensional em tempo real, onde, em um primeiro monitor de vídeo (102), é exibida uma tela com a visão de qualquer ponto da instalação "offshore" e, em um segundo monitor de vídeo (103), é exibida uma tela de funções que controla as condições para operação do guindaste e, adicionalmente, um manche de controle (104), teclado (T), interface "mouse" (M) e um dispositivo de rádio VHF (R) para comunicação entre o instrutor e os demais envolvidos no treinamento; - uma segunda estação (200) destinada a um operador em treinamento configurada como uma cabine de um guindaste "offshore", compreende uma base (201) sobre a qual é fixada uma poltrona (202), adjacente às laterais desta última, são fixadas à base duas torres de controle (203), as quais reproduzem fisicamente os comandos de um guindaste como botões de acionamento (204), manetes de controle (205) e luzes aviso (206), à frente da poltrona, fixado à base (201) ergue-se um pórtico (207), o qual apresenta painéis articuláveis (208) em cada uma de suas laterais superiores onde, em cada um, encontra-se fixado um painel monitor de grandes dimensões (209) destinados a reproduzir as visões das janelas laterais do guindaste, um painel monitor fixo vertical de grandes dimensões (210) na parte superior do pórtico destinado a reproduzir a visão da janela frontal do guindaste e um painel monitor articulável de grandes dimensões (211)com a articulação fixada ao pórtico (207) abaixo do painel monitor fixo vertical de grandes dimensões (210) destinado a reproduzir a visão da janela frontal inferior do guindaste com a articulação fixada ao pórtico (207) e, atrás do pórtico (207) e sobre a base (201), uma caixa de interface de comunicação de dados (212)ligada ao computador (101) da primeira estação (100) do instrutor e demais envolvidos no treinamento; e - uma terceira estação (300) destinada a um auxiliar de movimentação de cargas, onde esse auxiliar qual pode ser tanto um profissional experiente quanto um profissional em treinamento, que compreende um monitor de vídeo (301), uma interface "mouse" (M), um teclado (T), um dispositivo de rádio VHF (R) para comunicação entre o instrutor e os demais envolvidos no treinamento e uma caixa de controle de posicionamento e atitude (302), todos ligados ao computador (101) da primeira estação (100) do instrutor.

2. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por na segunda estação (200) destinada ao operador, por meio das duas torres de controle (203) poderem ser efetuadas as seguintes ações: - percepção de indicações e alarmes; - parada de emergência; - controle de variáveis operacionais do guindaste; - atuação de dispositivos de emergência.

3. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado por na terceira estação (300) destinada ao auxiliar de movimentação de cargas poderem ser efetuadas as seguintes operações: - a figura do auxiliar de movimentação de cargas poder visualizar na projeção virtual todo o cenário e todos os movimentos de itens envolvidos no treinamento; - deslocamento da figura virtual do auxiliar por toda a instalação "offshore"; - a figura virtual do auxiliar poder reproduzir sinais de comunicação gestual convencional; - a figura do auxiliar poder receber orientação sobre seu posicionamento adequado em serviço; - a figura virtual do auxiliar de movimentação de cargas pode ser orientada a se mover, no cenário, de maneira a não ser atingida pela carga içada e; - a comunicação do auxiliar com os envolvidos no treinamento pode ser feita por meio de dispositivo de rádio VHF.

4. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a divisão física do simulador em três estações (100, 200, 300) que são interligadas e controladas pelo computador em tempo real, permitir: - uma experiência de treino realista em tempo real de ações e reações; - que o treino do operador e do auxiliar de movimentação de carga seja simultâneo; - que sejam armazenados registros automáticos de operações e ocorrências consideradas inadequadas por sessão de treino realizado para posterior análise, discussão e aprendizado; - a realização de registros individuais de treinamento pelo instrutor no sistema; e - a inclusão ilimitada de cenários, tipos de guindaste e tipos de instalação "offshore".

5. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o simulador oferecer interface para uma pluralidade de segundas estações (200) de operador e uma pluralidade de terceiras estações (300) de auxiliares de movimentação de carga diferentes e apenas uma primeira estação (100) de instrutor, o que permite a formação de turmas com treinamento simultâneo.

6. SIMULADOR DE OPERAÇÃO DE GUINDASTES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o uso de painéis monitores de grandes dimensões (209, 210 e 211) na segunda estação (200) dispensar a simulação de movimento da cabine por meios mecânicos diante da disponibilidade da presença da realidade virtual de alta qualidade perceptível visualmente ao operador.