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2.2 DISEÑO Y TIPOS DE CONTROLES

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by

Oscar Duran Echevarria

on 29 February 2016

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Controles
Puede definirse en forma genérica como:

La valoración y medición de las actividades desempeñadas por un sistema, con el fin de detectar desviaciones y aplicar las medidas correctivas necesarias.

2.2 DISEÑO Y TIPOS DE CONTROLES

Equipo 1
Sin embargo, para nuestro caso, los controles constituyen un sistema de mando o dispositivo que tiene por objeto:


Activar el funcionamiento de algún aparato, herramienta, máquina, etc...

Facilitar el análisis de algunos procesos complejos.

Adaptarse a equipos con años de atraso tecnológico.

Sirven como una extensión de algún miembro del operador, el cual le facilitara la realización de la tarea o tareas de la cual o cuales se cuenta con resultados ya previstos.


Antes de diseñar un sistema de control eficaz, se necesitan examinar los siguientes factores:
a) Que se ajuste a las habilidades del operario y su conducta.

b) La tarea del operario se debe analizar para determinar el grado de precisión, fuerza, y manipulación, etc., comparándose posteriormente con las habilidades del operario para llevar a cabo esas tareas.

c) Si sus habilidades no se ajustan a los requerimientos, se tendrán que considerar varios cambios en las partes mecánicas del sistema, los cuales tal vez implicarán diferentes tipos o diseños de controles y/o sistemas de controles.

En lo concerniente al diseño de algunas herramientas que se apoyen en un control deben considerarse principalmente dos objetivos:

Funcionamiento eficaz de acuerdo con la utilización del operario.

Capacidades: sensoriales, psicomotoras y antropométricas del individuo.

Tipos de controles
Los controles se clasifican en dos grupos, de acuerdo con su función:

El primero incluye aquellos que se usan para modificar discretamente el estado de la máquina.

El segundo tipo comprende aquellos controles que se usan para hacer ajustes continuos.

McCornick (1976) subdivide estas dos funciones en:


Factores importantes para diseñar controles
Los cinco factores que influyen en el diseño de los controles son:

Retroalimentación.
Peso.
Tamaño.
Textura.
Codificación.

Es la información proveniente tanto del medio ambiente como del propio cuerpo del operario hacia el.
También, la retroalimentación puede darse a través de la información proporcionada por la sensibilidad de la piel por ejemplo: el tamaño, la textura y las características de codificación táctil o sea ¿como se siente el control? .

RETROALIMENTACIÓN
En lo referente a este mismo tema, Burrows (1965) señala que el
¿CÓMO SE SIENTE EL CONTROL?
Proviene de dos fuentes de retroalimentación principalmente:

Cinestésica
Resistencia al movimiento

Cinestésica.
Proporciona la información acerca de ¿dónde se encuentran las extremidades? y ¿qué función deben hacer?

Resistencia al movimiento.
Informa acerca del diseño de los controles en cuanto a su textura y construcción. El nivel de resistencia dependerá del tipo de trabajador, la ubicación del control, la frecuencia, duración, dirección y continuidad del movimiento.

Será de importancia pues, expresar en términos cuantitativos que tan fuerte o suave es el control relacionándolo con su fabricación. Además de estas dos fuentes de retroalimentación, se deberá añadir cualquier otro tipo de codificación táctil para servir de apoyo al operador.

Tamaño
El tamaño y las dimensiones del control deben relacionarse con las dimensiones antropométricas de las extremidades que se usarán.

La mayoría de las tareas manipulativas puede colocarse a lo largo de un continuo, en cuyos extremos estarían actividades de “Asir” y “No Asir”.

Asir
No asir

De está clasificación bidimensional es posible determinar no sólo las dimensiones antropométricas que se requieren para cualquier tarea particular, sino también la fuerza y el esfuerzo de rotación.

PESO
El peso de muchos controles se vuelve importante sólo cuando la inercia es lo suficientemente fuerte para causar una resistencia excesiva de otra manera, el peso es soportado por la máquina misma.

Además del peso total de la herramienta, la distribución de su peso es de importancia considerarla.


La distribución de peso ideal, pone el peso máximo sobre el lugar donde se toma la herramienta y mantiene un ángulo de 102 grados.


Resistencias mínimas requeridas para diferentes tipos de controles.
(Adaptada de la obra de Morgan y colaboradores)

Textura de color
Dado que el control actúa como la interfaz para la información que fluye entre el operario y la máquina, debería ser obvio señalar que la calidad de la acción del control dependerá en gran medida del grado en que las manos y/o pies del operario estén en contacto con el.

Cuando exista un adecuado asimiento de los controles y sea considerada la textura de este, se podrá ejercer una transmisión eficaz de información a la máquina, quedando completa la cadena de comunicación del sistema hombre - máquina.

La selección y el diseño de los controles apropiados son situaciones correlacionadas entre sí, además de que, también se considerará la interrelación con:

El tipo de tarea
La clase de operario
Tipo de ropa que emplee el operario

La manera como podemos identificar a los controles es mediante su codificación y esta puede ser:

Del control
La forma
Su textura
El tamaño
El color

A continuación mencionaremos cada una de estas codificaciones.

Es relevante destacar todos y cada uno de los diferentes aspectos o áreas de cualquier máquina para facilitar su debida identificación.

Codificación del control
De acuerdo a estas razones, Moore (1976) propone que la identificación táctil de los controles deberá usarse sólo como una verificación final en la identificación de los mismos y no ser la manera primaria de su codificación.

Los controles deben colocarse en sitios donde:

Las etiquetas o los colores no sean tan visibles, para permitir de esa manera, que la forma, el tamaño y la textura así como la localización de estos, pueda emplearse como codificación.


Codificación por forma
Es importante precisar que el operador es capaz de reconocer las diferencias en las protuberancias manifiestas al tacto, en cuanto a las formas de éstos, siendo solamente útil cuando las manos del trabajador están en contacto directo con el control.

Existen varios diseños inconfundibles realizados por Hunt, (1953); Jenkins, (1947) y Moore, (1974), dichas investigaciones han demostrado que las formas simples son más fácil de discriminar que las complicadas.


Ejemplos de diferentes tipos de codificaciones por forma.

Codificación por texturas
La textura puede servir para codificar los controles; según lo establecido por Bradley (1967), en lo que respecta a las texturas:


Diferencia muy notable entre ellas y que sean lo suficientemente distintas entre sí, no podrá caber la posibilidad de confusión en los operadores.

Tipos de texturas utilizadas por Bradley para llegar a la conclusión antes expuesta.

Codificación por tamaño
El tamaño puede proveer una buena clave visual o táctil; sin embargo, el tamaño por si sólo no representa una característica adecuada para codificar.
Moore (1976) sugiere que, deben seguir una progresión logarítmica, no excediendo el 20% de tamaño en tamaño, para poder ser fácilmente discriminables unos de los otros.

Codificación por color
Debido a que normalmente los controles no se usan para presentar información visual como en el caso de los tableros cualitativos, pudieran tener algún tipo de valor en cuanto a la ayuda visual que pudieran proporcionar, sin embargo, la codificación por color no representa un aspecto significativo desde el punto de vista de la codificación. ¿Por qué?

Factores que afectan la eficacia de los controles
Podríamos decir que los factores que afectan la eficacia de los controles dependen de:

La calidad de la información
Posición respecto al control
El ambiente (físico y social)
La fatiga
El estrés

Se necesita analizar esta eficacia desde el punto de vista del:

Diseño de los controles
La manipulación del operador
La ropa que utiliza
Relación de la extremidades respecto al control

Puntualizando, el enfoque que se debe dar en relación con la eficacia de los controles será desde la perspectiva del sistema hombre – máquina.

Los aspectos de interacción hombre – máquina son los siguientes:

Manipulación
Interacción de la ropa y ropa protectora
Forma de controles


a) Manipulación:
Se refiere básicamente al acto de maniobrar con las manos, o sea que para nuestro caso, sería el de accionar los controles.

Los controles y las herramientas de manipulación se diseñan frecuentemente para que las use un operario diestro, pues cuando las utiliza un operario zurdo son difíciles de manejar o resultan incómodas.

Es un factor importante, hacer la evaluación de los requerimientos del trabajo y tratar de ajustarlos a las capacidades del trabajador.

Por lo tanto, debemos tomar en cuenta no sólo si el operador es diestro o zurdo, sino también los tipos de agarre o acoplamiento que realiza el operario.

10 tipos de agarre :

Acoplamiento No 1.

Tocamiento digital: un dígito toma un objeto.

Acoplamiento No 2. Tocamiento con la palma:
algunas partes de la palma (o mano) tocan el objeto.

Acoplamiento No 3. Asir con los dedos de la palma (Agarre de gancho): Un dedo o algunos en forma de ganchos sobre una intersección o mango. Este tipo de acción de los dedos es en donde el pulgar no sirve como contrafuerza.

Acoplamiento No 4. Agarre - Falange - Pulgar (tipo pinza): la punta opuesta a una punta de la falange.

Acoplamiento No 5. Agarre de palma, Falange - Pulgar (agarre de tenazas). Pulgar opuesto a la palma o falange, o una serie de falanges, suma de presiones.

Acoplamiento No 6. Agarre del lado Falange Pulgar (agarre lateral o agarre del lado): Pulgar opuesto al agarre del lado de la falange.

Acoplamiento No 7. Pulgar - Dedos - Falanges agarre -agarre (agarre de cintura): Pulgar y los de dos (con frecuencia dedos anteriores y dedo medio) opuestos uno sobre otro forma de pinzas para hacer presión.

Acoplamiento No 8. Pulgar - cerrando con la punta de los
dedos (agarre de disco): Presión del pulgar y la presión de
tres o cuatro dedos opuestos cada uno haciendo presión.
Agarre de acoplamiento y envolviendo como el número 4.

Acoplamiento No 9. Dedos - envolvimiento en la palma (envolvimiento para recoger): sumamente o todo el uso de superficie de la mano en contacto con el objeto; es de fácil acoplamiento como el 8.

Acoplamiento No 10 Agarre de poder: El interior total de la mano está como agarrando el interior paralelo únicamente y los lados de la mano es de fácil envolvimiento como el 9.

b) Interacción de la ropa y ropa protectora.

La interacción de la ropa y de la ropa protectora en el operario es definitiva, ya que, los diferentes tipos de ropa existentes tienen que ver con la eficacia de la manipulación y el agarre de los controles de una manera más efectiva, siendo los que más afectan al desenvolvimiento eficiente de algunas tareas el uso de guantes y zapatos.

Tanto los guantes como los zapatos pueden incrementar las dimensiones necesarias del control y la probabilidad de afectar la habilidad del operario para usar controles de manera adecuada.

A pesar de que los guantes están diseñados para proteger las manos del operario, quizá lleguen a contar con múltiples consecuencias indeseables, por ejemplo, guantes:

De manera análoga a la de los guantes el uso de los zapatos también afecta la eficiencia de las operaciones en las que se tienen que presionar pedales:


Hay diferentes clases de guantes para cada tipo de operación dentro de los cuales mencionaremos algunos, que son:

De tela:
Protegen contra la mugre, abrasiones, astillas y calor.
Carnaza:
Protegen contra chispas, rebaba, materiales ásperos y calor moderado.
Hule:
Protegen contra ácidos, y algunos riesgos de quemaduras químicas.
Neopreno y encorchados:
Proporcionan mayor sujeción en operaciones con objetos grasosos.
Asbestos o Aluminizados:
Resistentes al calor, protegen contra llamas y calor elevado.
Malla Metálica:
Protegen contra cortadas, materiales ásperos y bordes cortantes.
Plástico:
Protegen contra químicos y corrosivos.
Guante Invisible:
Protege del excesivo contacto con agua y sustancias que disuelven los aceites naturales de la piel.

c) Formas de los controles.
La forma de los controles influirá en el desempeño del operador afectándole principalmente en lo relativo a la postura de éste y también en la facilidad o dificultad de sujeción.

Es común que en la utilización de algunas herramientas se requiere que la muñeca se incline hacia abajo o hacia arriba, conduciendo esto, a que la región del codo se incline también, sometiendo a ambos a un estrés mecánico.

Al respecto Tichauer (1975), opina que es más seguro inclinar la herramienta que inclinar la muñeca, también propone que el diseño de las herramientas de mano se haga de tal manera que los ejes longitudinales de la mano y el antebrazo, estén lo más alineados posible.

La forma también es importante cuando se consideran a las conformaciones transversales de la herramienta de mano.

Cuando se demanda de una gran fuerza de sujeción, tanto como sea posible la manija debe distribuir las fuerzas a tantas áreas de soporte de presión sobre los dedos y la palma de la mano, en ese sentido, las formas serán un factor determinante.

Función
de los controles

La función de los controles es determinada desde la perspectiva de su diseño y el enfoque de este, se centra en lo que realizará dicho control (ajuste, activación, etc...), de acuerdo a esto se tiene la siguiente clasificación de tipos de control y sus funciones:

Algunos de los errores más comunes en los que se incurre con cierta frecuencia al querer manipular un control son los ilustrados a continuación:

Errores de situación.-
Confundir un control con otro por falta de un sistema para identificar controles, por la falta de un sistema en el cual se pudiera detectar que tipo de control se asiste con el exclusivo uso del tacto.

Errores de ajuste.-
Operar un control lenta o rápidamente, mover un control incorrectamente o seguir una secuencia incorrecta.

Errores por olvido.-
Dejar de comprobar, desconectar ó usar un control en el tiempo inadecuado.

Errores por inversión.-
Tienen su origen en el hecho de que los controles no se mueven en las direcciones esperadas (un ejemplo de ello es cuando manejamos un montacargas el giro del volante es al inverso de donde se desea la vuelta debido a que los montacargas tienen la dirección en las llantas traseras.

Activación sin intención.-
Operar un control accidentalmente sin darse cuenta de ello.

Imposibilidad para alcanzar.-
Dificultad para tomar un control.

Al seleccionar un control para un trabajo debe considerarse en primer lugar,
¿QUÉ HARÁ EL CONTROL?
o sea determinar el uso específico que tendrá el control.

Después de haber respondido la pregunta anterior se harán los siguientes cuestionamientos:


¿QUÉ REQUIERE EL TRABAJO?
. Establecer si el trabajo requerido por el operador debe ser preciso, con rapidez o no.

¿QUÉ INFORMACIÓN NECESITA EL OPERADOR DEL CONTROL?

Es importante que el operador pueda identificar el control con facilidad, es decir, a simple vista o con el tacto.

¿QUÉ RESTRICCIONES ESTÁN IMPUESTAS POR EL MEDIO?

Existen otras condiciones del medio que se deben considerar como vibraciones, oscuridad, ó movimientos que pudieran afectar el uso del control.

Pueden ayudar a la selección del control las siguientes consideraciones:

Los controles deben ser adecuados a las extremidades. Alguna de las extremidades puede sobrecargarse, deben ser distribuidos en las cuatro extremidades.

Puesto que las cuatro extremidades difieren en su capacidad, los controles deben ser seleccionados para llenar estas capacidades; como la mayor parte de las personas son derechas la mayor carga debe ser asignada a la mano derecha, los controles deben ser ajustados rápidamente, con gran precisión, a las manos y los que requieren de gran fuerza deben ser asignados a los pies.

Ninguna de las extremidades deberán sobrecargarse.

Deben coincidir con el trabajo.

Deben ser identificadas con facilidad.

Los funcionalmente relacionados deben combinarse.

Controles manuales y de pie
Debido a que los controles manuales constituyen el punto de enlace del sistema hombre - máquina obviamente los aspectos principales de diseño de éstos, necesariamente se deberán relacionar con las capacidades antropométricas y biomecánicas de los dedos de la mano del operario, así como de sus muñecas.

Los controles manuales genéricamente los podemos clasificar en:

Perillas o manijas
Interruptores de botones de presión
Interruptores
Palancas simples y de mando.

Cada una con una variedad infinita de formas, tamaños y arreglos.

perillas y manijas
La perilla es un control de forma cilíndrica que funciona mediante la sujeción de los dedos pulgar e índice alrededor de su circunferencia, y se hace mover en oposición uno contra el otro.

La perilla se puede usar para hacer ajustes finos y continuos o como interruptor selector de rotación.

Los interruptores pueden ser selectores rotatorios, con apariencia de perillas, utilizados principalmente para hacer ajustes discretos; o ser del tipo de espiga, con apariencia de una palanca en miniatura.

Los interruptores de espiga generalmente tienen dos posiciones (encendido apagado), y aunque pueden contar con más posiciones no se recomienda ya que se pudiera sacrificar la velocidad y la facilidad de funcionamiento de éstos.

Interruptores: a) Tipo selector b) Tipo espiga

En lo que respecta a los selectores rotatorios la mayoría de las dimensiones consideradas para las perillas es adecuada para los selectores rotatorios, aparte de la resistencia y de igual manera que con el selector de espiga, la resistencia deberá reducirse en cada posición para que, permita que el interruptor se atore en su posición.

Por otro lado, el diseño de un selector rotatorio debe considerar la apropiada identificación de los ajustes.

Frecuentemente, esto se realiza por medio del moldeamiento del interruptor en su conjunto o de la parte sobresaliente en una forma afilada, o de una marca en la superficie del interruptor, no importando cual sea el método utilizado es fundamental que no exista ningún tipo de confusión en lo relativo a la posición seleccionada.

Ejemplos de codificación correcta e incorrecta de selectores rotatorios.

Los interruptores de botones de presión, son controles diminutos, de una sola acción, que funcionan en una sola dirección.
Normalmente se activan por medio de los dedos de las manos, aunque también se pueden utilizar los pies.
Se pueden encontrar en formas y tamaños diversos, yendo desde los denominados de “encendido y apagado”, hasta los botones del teclado de una computadora.

Interruptores de botones de presión
Ejemplos de Interruptores de botones de presión:

a) Aldabas o balancines, b) acción momentánea y alternada.

a)
b)
Los parámetros físicos importantes de estos interruptores son:

Tamaño
Separación
Forma
Fuerza de accionamiento
Provisión de retroalimentación
Separación entre botones

La Palanca es una máquina simple que consiste normalmente en una barra o varilla rígida, diseñada para girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo. El efecto de cualquier fuerza aplicada a la palanca hace girar ésta con respecto al apoyo.

Palancas simples y palancas de mando
En cuanto a su utilización las palancas son empleadas como instrumentos de energizado y desenergizado de circuitos.

La entre la palanca simple una de mando, es que esta última funciona en dos dimensiones, mientras que la simple funciona solo en una. Por lo que las palancas de mando se usan más frecuentemente para seguimientos complejos o para tareas de posición (por ejemplo; para guiar un vehículo), mientras que las palancas simples se utilizan en situaciones en las que sólo se altera una dimensión (por ejemplo; la velocidad del vehículo o la dirección).

diferencia
Las palancas de mando se emplean principalmente en situaciones en las que se necesita hacer ajustes de precisión, es deseable que sólo se utilicen los dedos y la mano, pues sus músculos contienen más nervios que, por ejemplo el brazo, por ello las palancas de mando generalmente son más pequeñas que las palancas simples.

Se muestran estas dos tipos de palancas.

SENCILLA
DE MANDO
Controles de pie (pedales)
Los pedales se usan frecuentemente cuando se necesita aplicar grandes fuerzas con relativa velocidad, restringiendo su empleo a procesos de control primarios, pues esta es una función de los controles manuales.

Debido a que por lo regular las manos casi siempre están sobrecargadas, el uso conveniente de los pies aligeraría tal situación reduciendo de tal forma la carga del operador.

Los pedales son utilizados para diversas finalidades por lo que se deben tomar en cuenta algunas consideraciones sobre su diseño como:

Tamaño del pedal. Relacionándolo con la cantidad de espacio disponible.

Impulso. Si necesita acción con o sin el tobillo

La fuerza máxima requerida para operar el pedal.

El ángulo del fulcro. Deberá ser considerado con respecto a la tibia y encontrarse entre los 25 y los 35 grados para ser óptimo.

En consecuencia podemos concluir que los diferentes tipos de controles ya sean manuales o de pie, son importantes dentro del proceso hombre – máquina, sirviendo como extensiones de nuestras extremidades para poder retroalimentar y así controlar el sistema.
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