ENGENHARIA COM FATORES HUMANOS (HFE).

Human Factors Engineering
Chandler Allen Phillips
Wiley, 2000

I ­ INTRODUÇÃO
Engenharia dos fatores humanos (HFE) pode ser definida como "A disciplina encarregada da
análise, cálculo e desenvolvimento dos sistemas humano-tecnológicos em que a ênfase esta colocada
no ser humano". Ela une a engenharia e a engenharia biomédica.
A tecnologia pode ser simples, como uma escova de dentes ou um martelo, ou complexa, como um
avião à jato ou um submarino.

Subsistema
Ambiental

Entrada

Subsistema
Humano

Subsistema
Tecnológico

Saída

Tarefa

Fig. 1.1- Um sistema humano-tecnológico ( dentro das linhas pontilhadas).

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NOTAS DE AULA ­ INTRODUÇÃO À ENGENHARIA BIOMÉDICA

Bioengenharia ­ interface entre a engenharia e a biologia.
Psicologia

Engenharia

Motivação
Cognição
Percepção
Sensação
Aprendizado

Física
Estática
Dinâmica
Eletrônica
Matemática
Termodinâmica
Sistemas de Controle

Engenharia Industrial

Ergonomia
Design de Estação de Trabalho
Design de Controles
Manual de rotina
Antropometria
Análise Funcional

Biofísica
Bioquímica
Anatomia
Fisiologia
Biomatemática
Neurociência

Bioengenharia

Engenharia de Sistemas
Engenharia de Manufaturas
Planta do Ambiente
Design do Trabalho
Análise de Objetivos
Engenharia de Segurança
Fatores Humanos

Biologia/Medicina

Bioestática
Biodinâmica
Bioenergética
Biotermodinâmica
Bioeletricidade
Bioeletrônica

Engenharia de Fatores Humanos

Engenharia Biomédica

Biomecânica de Fatores Humanos
Bioeletricidade de Fatores Humanos
Biodinâmica Ergonômica
Determinação da carga de trabalho
Biotermodinâmica de Fatores
Humanos
Engenharia de Controle Humano

Bioestática
Biodinâmica
Bioenergética
Biotermodinâmica
Bioeletricidade
Bioeletrônica

Fig.1.2 ­ Engenharia de Fatores Humanos vista como uma especialidade multidisciplinar da
engenharia.
II ­ OBJETIVOS
Engenharia Biomédica ocupa-se do cálculo e desenvolvimento de sistemas e instrumentos
biomédicos; também aplica os conhecimentos da engenharia aos seres humanos.
A engenharia biomédica é um subcampo da Bioengenharia e da ciência médica.
Os oitos objetivos da "HFE" serão mais amplamente estudados durante o curso.
Os quatro primeiros exemplos são ligados aos fundamentos e os outros quatro à prática profissional.
Biomecânica é a mecânica aplicada quando utilizada em sistemas biológicos.

NOTAS DE AULA ­ INTRODUÇÃO À ENGENHARIA BIOMÉDICA

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II.1 - Objetivo 1: Aplicar métodos da Estática para analisar sistemas tecno-humanos.
Sabe-se que os músculos que desempenham um certo movimento por um longo período entram em
fadiga. Fadiga muscular é caracterizada como o decréscimo da habilidade de gerar força.
Modificando-se o movimento para reduzir a força muscular pode-se aumentar a resistência e
prolongar o período que antecede a fadiga.

Fig 1.3- O voluntário do Exemplo 1 visto frontalmente.
Exemplo 1:
Um voluntário precisa continuamente esticar o braço segurando um sinal de 18N, onde está escrito
"Desvio a direita". Determine a força muscular (Fm) e as reações no ombro (Ry e Rx).
a) Com o passar do tempo e quando a fadiga chega, o braço esticado desce para o ângulo de 65º.
Ache a nova força no ombro.
b) O voluntário dobra o braço no cotovelo a 90o, (tal que o antebraço fique na vertical). Ache a força
no ombro.
Verificaremos que ao modificar a posição do braço o voluntário reduz a força muscular em 40%.

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II.2 - Objetivo 2: Aplicar os métodos da Dinâmica para analisar sistemas tecno-humanos.
"A `HFE' deve analisar a forma como o humano esta trabalhando e subseqüentemente indicar como
modificar a forma de trabalho para que seja mais fácil e eficiente".

Fig 1.4 ­ Pessoa puxando uma carga como descrito no Exemplo 2, visto de perfil.
Exemplo 2:
a) Imagine uma pessoa puxando uma carga de 60 k em um chão de cimento ( = 0,3). A pessoa está
fazendo uma força constante de 250 N (T), com um ângulo de 30º. Ache a aceleração da
carga.(Assume-se que toda a parte inferior da carga está em contínuo contato com o chão).
b) Colocando-se a carga em uma plataforma sobre rodas, reduz-se o ângulo para 15o e o coeficiente
de atrito para = 0,1. Ache a força T para que haja a mesma aceleração.
Verificaremos que da forma b a força exercida pelo homem que puxa a carga cai pela metade.
II.3 - Objetivo 3: Aplicar os métodos da Eletricidade e Eletrônica para analisar HTS ( Human
Tecnological System).
Aplicam-se aparelhos bioeletrônicos para conhecer as respostas fisiológicas de uma pessoa ao
efetuar trabalho. Estes aparelhos são: eletrocardiograma (batidas do coração); eletropneumograma
(respiração); eletromiograma (atividade muscular); que são feitos através de eletrodos colocados na
pele da pessoa.

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II.4 - Objetivo 4: Usar a Termodinâmica para obter um ambiente neutro, isto é, onde o calor interno
gerado pela pessoa (M) é exatamente igual ao calor transferido (Q) da pessoa para o ambiente.

Fig. 1.5 ­ Trabalhador do escritório de ambiente "neutro", como descrito no Exemplo 4.
Exemplo 4:
Um engenheiro de HF (Fatores Humanos) é chamado para definir a melhor forma para um escritório.
Neste escritório temos uso de computador, telefone, etc., por um grupo de trabalhadores. A massa
individual média dos trabalhadores é de 65 kg. Sendo o desvio padrão de 7,5 kg.
a) Para estes trabalhadores vestidos pede-se para definir um ambiente neutro em relação à
transferência de calor. Consideraremos o ar parado e radiação.
b) Consideraremos o ar movendo-se numa velocidade v.

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NOTAS DE AULA ­ INTRODUÇÃO À ENGENHARIA BIOMÉDICA

II.5 - Objetivo 5: Entender Ergonomia.
Exemplo 5:
Uma firma está desenvolvendo uma atadura para o pulso, com o objetivo de dar aos jogadores de
boliche um melhor suporte e controle para o pulso, quando os jogadores estão balançando e
lançando a bola.
Os pontos E, W e H de um jogador profissional estão sendo filmados. É necessário:
a) interpretar os dados obtidos nas filmagens.
b) interpretar as reações na articulação e o movimento do conjunto muscular ­ pulso x cotovelo.
c) interpretar o trabalho e a potência muscular que ocorre na mão e o antebraço.

Bola de boliche

Fig 1.6 ­ Posições do braço marcadas no cotovelo (E), punho (W) e mão (H), como descrito no
Exemplo 5.
II.6 - Objetivo 6: Entender a análise quantitativa da carga de trabalho quando aplicada a Engenharia
Ergonômica.
Carga de trabalho é o esforço que um operador humano sente ( isto é, dentro do corpo da pessoa) em
resposta a uma específica quantidade de trabalho externo (ao corpo ) ­ ligado a bioeletrônica.

NOTAS DE AULA ­ INTRODUÇÃO À ENGENHARIA BIOMÉDICA

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II.7 - Objetivo 7: Entender sistemas de controle neuromuscular quando aplicado à prática de
Engenharia de Controle.
Exemplo 7:
Um operador de guindaste esta sentado na cabine com o controle na mão. O operador empurra o
controle para frente usando o músculo anterior do ombro (levanta o guindaste). Fazer programa de
computador de simulação deste sistema.

Manivela isométrica de controle

Fig 1.7 ­ Operador de guindaste com controle na mão, como descrito no Exemplo 7.

II.8 - Objetivo 8: Entender controle operacional humano quando aplicado à prática da Engenharia de
Controle Humano. Dará a possibilidade de sugerir equipamentos alternativos no contexto das
capacidades mental e física do operador.

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III - SISTEMATIZAÇÃO
III.1 ­ Sistemas humanos ­ cálculo e modelo.
Para um engenheiro de fatores humanos a máxima prioridade é dada ao propósito operacional do
sistema completo tecno-humano, o que será obtido entendendo a relação que interconecta o sistema
humano e o técnico.
Primeiro ele considera o sistema tecno-humano como uma caixa preta que interage com o ambiente.
Depois considera como a caixa preta cria um sistema global.
Por fim faz a análise com respeito a unidades individuais que se combinam para formar os
subsistemas, tanto humano quanto tecnológico. Estas unidades individuais são importantes, mas são
estudadas pelo engenheiro tradicional.
Sistema tecnológico ­ estrutura e atividade
Sistemas humanos-tecnológicos

Estático

S.H.T.

Sistema humano ­ sem atividade
ex.: ressonância magnética ­ estudo da anatomia
do homem parado.
Dinâmico Sistema tecnológico ­ estrutura e atividade
Sistema humano ­ idem.
Ex: ultrassonografia ­ um operador busca a
melhor imagem.
Fechado ­ interação negligenciável entre o sistema e o ambiente.
Ex.: câmara de mergulho, que protege o operador das ações adversas

S.H.T.

do ambiente.
Aberto ­ interação com o ambiente, o operador mudará sua performance
com fatores ambientais.
Ex.: humano dirigindo automóvel mudará de acordo com "fog",
chuva e condições da estrada.

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IV ­ ESTÁGIOS DO ESTUDO
IV.1 - Primeiro Estágio ­ Cálculo conceitual ­ modelar o sistema humano é muito importante neste
estágio.
Seis perguntas devem ser respondidas:
1) O que deverá o sistema alcançar com respeito à performance operacional ( velocidade, precisão,
etc.)?
2) Quando o sistema deverá operar? Em que circunstância? Qual o tempo de vida esperado?
3) Com que freqüência o sistema será usado? Duração, ciclos, etc.?
4) Como o sistema será distribuído no espaço físico? Onde estarão locados os diversos subsistemas?
5) Quais são os requisitos que o sistema deve mostrar?
6) Quais são os requisitos ambientais (pressão, temperatura, umidade, vibração)?
Definição dos diferentes métodos através dos quais as necessidades do sistema tecno-humano podem
ser resolvidas
Sistema preliminar:
a) Definição do problema ­ um problema que parece óbvio pode ser bem difícil de definir clara e
precisamente.
b) Identificação das alternativas possíveis.
c) Seleção do critério de avaliação. Parâmetros quantitativos a serem usados entre as soluções
alternativas.
d) Aplicar os métodos de modelagem. O engenheiro usará técnicas analíticas. Um modelo é a
representação simplificada de certos aspectos do sistema real ( ex.: uma boneca é um modelo do
corpo humano).
e) Geração de dados de entrada, estes dados podem ser identificados pelo critério de avaliação e pelo
modelo de parâmetros requeridos.
f) Simulação do modelo.

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NOTAS DE AULA ­ INTRODUÇÃO À ENGENHARIA BIOMÉDICA

IV.2 - Segundo Estágio ­Desenvolvimento Avançado.
Tem três sub-estágios:
a) alocar os requisitos a serem satisfeitos ­ aparecem as restrições.
b) otimização ­ muitas configurações para satisfazer as condições de contorno, é necessário otimizar
as configurações.
Modelagem permite a experimentação nos estudos dos sistemas que em alguns casos seriam
perigosos (ex.: simulação de acidentes de carro), e permite análise da sensitividade ­ respondendo à
"e se ...".
c) construção de um conjunto de especificações detalhadas de cálculo.
IV.3 - Terceiro Estágio ­ Desenvolvimento e cálculo detalhado sugerindo testes de validação.