Análise e Projeto de Software Para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores: Estudo de Caso

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1 1 Análise e Projeto de Software Para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores: Estudo de Caso Analysis and Project of Software For the Training of Pilots Based in Simulators: Study of Case Ana Cláudia Miguel dos Santos anaclaudiamsantos@unifei.edu.br UNIFEI - Universidade Federal de Itajubá, MG Alexandre Carlos Brandão Ramos ramos@unifei.edu.br UNIFEI - Universidade Federal de Itajubá, MG Resumo Este artigo apresenta uma abordagem, apoiada nas formalizações da Linguagem Unificada de Modelagem UML e na Engenharia de Software, para a análise e projeto de um ambiente para o treinamento de pilotos baseado em simuladores, abordando as situações encontradas, hoje, no processo do treinamento de futuros pilotos de helicópteros, apresentando os aspectos metodológicos de um estudo de caso que visa apresentar o ambiente proposto pelo projeto aplicando o estado da arte em termos de tecnologias existentes de Engenharia de Software Orientada a Objetos. Palavra-Chave: Engenharia de Software, Hipermídia, treinamento de Pilotos. Abstract This article presents a boarding, supported in the formalization of the Unified Language of Modeling - UML and in the Engineering of Software, for the analysis and project of an environment for the training of pilots based in simulators, approaching the found situations, today, in the process of the training of future pilots of helicopters, presenting the methodology aspects of a case study that it aims at to present the environment considered for the project applying the state of the art in terms of existing technologies of Guided Engineering of Software the Objects. Word Key: Engineering of Software, Hipermídia, training of Pilots.

2 2 1. Introdução As grandes empresas de táxi aéreo e de órgãos militares, que utilizam helicópteros, necessitam treinar periodicamente seus pilotos, normalmente esse treinamento é realizado em terra, por questões econômicas e de logística, de modo que este piloto obtenha a familiaridade necessária com os sistemas de controle e novos procedimentos operacionais ou instrumentos existentes na cabine do helicóptero. Normalmente esse treinamento é realizado em sala de aula utilizando-se de um pôster do painel ou de transparências. O treinamento de pilotos com a utilização de um Sistema de Treinamento para Pilotos com elementos suficientes para oferecerem ao treinando um senso inicial de realidade, tornou-se hoje uma etapa importante dentro do treinamento, devido ao custo relativamente reduzido e à eficácia alcançada. Diante disto faz-se necessário dotar as empresas de táxis aéreos e órgãos militares de uma Ferramenta de Software Para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores com o intuito em oferecer desde o sistema de treinamento informatizado, que traga todas as informações pertinentes ao helicóptero até um simulador, em escala 1:1, da aeronave, facilitando não só o aprendizado do aprendiz a piloto, mas também permitindo com que aprenda em uma ambiente seguro, ministrado em terra, antes de ser testado na própria aeronave. Este artigo procura sistematizar os procedimentos existentes para o Desenvolvimento de Ferramentas de Software para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores focada na Engenharia de Software, na formalização da UML e no conceito da qualidade de software, descrevendo os aspectos metodológicos de um Estudo de Caso para o sistema em questão, que envolve um Sistema de Treinamento Informatizado para pilotos de helicóptero e um simulador da cabine de helicóptero abordando os principais passos realizados. 2. Sistemática Adotada para a aquisição da Ferramenta de Software Para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores. Para a obtenção da Ferramenta de Software de Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores foram identificados os problemas e soluções através do contexto geral seguindo as heurísticas para especificar requisitos, modelar, implementar e testar suas aplicações. O Processo de desenvolvimento do Protótipo de um Sistema de Software (como produto) deve seguir a Metodologia das Técnicas de Modelagem de Objetos - TMO (Object Modeling Technique - OMT), de Rumbaugh, adaptada ao Padrão da Linguagem de Modelagem Unificada - LMU (Unified Modeling Language - UML) ou a Metodologia do Processo Unificado da Rational - PUR (Rational Unified Process - RUP), conforme citado em [Rumbaugh, 1998]. Esta última sugere o desenvolvimento de um projeto em 4 fases: 1) Incepção: Definir o escopo do projeto; Nesta fase é estabelecido o caso de negócio do sistema, delimitado o escopo do projeto, identificadas todas as entidades externas (atores) com os quais o sistema vai interagir, identificado todos os casos de uso e todas as documentações pertinentes ao projeto como: visão geral dos principais requisitos, características chave, principais restrições, glossário, estimativa inicial dos riscos e plano de projeto apresentando as fases e iterações. Ao final da fase de incepção atinge-se o primeiro marco principal de progresso : Lifecycle Objective. Figura 2 - Etapas de Desenvolvimento Para o Projeto Fonte: RUP. 2) Elaboração: Planejar, especificar as características e projetar a arquitetura. Nesta fase de Elaboração são estabelecidas as fundações arquiteturais para a aplicação, desenvolvido um plano de projeto, eliminado os elementos de alto risco para o projeto e obtido um entendimento superficial de todo o sistema. Como resultado se obtém a descrição de arquitetura do software, um protótipo executável, uma lista de riscos revisada, um plano de desenvolvimento de todo o projeto e um manual de usuário preliminar,

3 3 atingindo o segundo marco principal de progresso: Lifecycle Architecture 3) Construção: Construir o produto; Nesta fase, o projeto tem o propósito de desenvolver os componentes restantes e as características da aplicação e integrá-los ao produto final, testar todas as características e otimizar custos e qualidade, obtendo com isto um produto integrado em plataforma adequada, manuais de usuários e descrição da versão atual, atingindo o terceiro marco principal de progresso que é a Initial Operational Capability. 4)Transição: Transferir o produto para dentro da comunidade de usuários. Seu propósito é transferir o sistema para os usuários, desenvolver novas versões do sistema (em razão de erros ou características que foram proteladas), certificar-se de que um nível aceitável de qualidade foi atingido e que a documentação do usuário está disponível obtendo atingir o auto-apoio do usuário, atingir as linhas bases de desenvolvimento de acordo com a visão do sistema, atingir as linhas base do produto rapidamente e de acordo com o custo estimado, concluindo o quarto marco principal de progresso: Product Release 3. Qualidade Obter qualidade nos processos e produtos de engenharia de software não é uma tarefa trivial, no entanto, nada mais decepcionante do que produzir software que não satisfaça as necessidades dos clientes. Diante da preocupação com a qualidade, tanto do produto quanto do processo que o produz, se faz necessário o planejamento da qualidade, através de um plano de qualidade, que tem como função definir os atributos de qualidade, Figura01, mais significativos para o produto assim como definir o processo de avaliação de qualidade, que avaliará se alguma qualidade, como a facilidade de manutenção, está presente no produto [Sommerville]. Estabelecer um processo de desenvolvimento com atividades e etapas bem definidas, cada uma com suas entradas e produtos especificados e responsabilidades atribuídas, garante a constituição de uma metodologia de desenvolvimento que é um dos principais mecanismos para realizar o conceito de qualidade. Por se tratar de desenvolvimento de software, as normas de qualidade pertinentes, como a ISO 9000/3 (NBR ISO , 1993) e a ISO 9126 (NBR ISO 9126, 1994), devem ser aplicadas na construção de tal metodologia. Deve ser lembrado que o projeto em questão é constituído por um Sistema de Treinamento Informatizado e um simulador da cabine do helicóptero, que permite o aprendiz utiliza-lo como se em uma aeronave real do mesmo tipo estivesse. Portanto tal projeto traz várias características distintas do processo tradicional de desenvolvimento de software, associada à produção das diversas mídias (som, imagens, vídeos etc.) que são incorporadas ao produto. Para que a garantia de qualidade pretendida seja alcançada, medições relativas ao processo de desenvolvimento, aos produtos e ao planejamento e condução do projeto necessitam ser realizadas. 4. Estudo de Caso: Protótipos de Desenvolvimento de Ferramentas de Software Para o Treinamento de Pilotos Baseado em Simuladores Este estudo de caso tem como enfoque o projeto do Sistema de Treinamento Para Pilotos Baseado em Simuladores que prevê um sistema computadorizado para o treinamento de pilotos contendo todos os sistemas e subsistemas afins de um helicóptero, abordando de forma clara e concisa todas as informações pertinentes para o conhecimento da aeronave, garantindo com que futuros pilotos sejam treinados, em terra, utilizando um ambiente real e interativo, composto de simulações de vôos assim como todos os procedimentos normais a serem aprendidos, possuindo um nível adequado de realidade fornecido por um simulador da cabine do helicóptero, em escala 1:1. Figura 01- Atributos de qualidade do Software. Fonte: Sommerville, 2004, pg Cenário De acordo com a especificação de requisitos fornecida pelo usuário, foram identificados

4 4 inicialmente dois tipos de cenário, como apresentado a seguir: 1. Enfoca a necessidade de uma solução informatizada para o treinamento de pilotos, em terra. 2. Aborda a necessidade de se utilizar um Simulador da cabine do helicóptero em escala 1: Primeiro Cenário: Uma solução Informatizada para o Treinamento de Pilotos Normalmente quando um novo piloto é admitido este deve ser treinado, em terra, de modo a obter a familiaridade necessária com os sistemas de controle da cabine do helicóptero. Este treinamento denomina-se "ground school" e, via de regra, é realizada a partir de aulas convencionais em classe, onde um instrutor, normalmente um piloto experiente, com o apoio de um pôster com a fotografia (ou desenho) dos instrumentos da cabine apresenta todos os sistemas e subsistemas do helicóptero, seus procedimentos operacionais de rotina bem como os procedimentos de emergência. O "ground school" é oneroso para a empresa, visto que durante esta fase, um piloto experiente (o instrutor) fica impedido de voar bem como os novos pilotos (alunos). A criação de um sistema de treinamento de pilotos que ofereça um ambiente real e interativo rico em informações que abrangem todos os sistema e subsistemas deste helicóptero, pode vir a se tornar uma solução viável para as dificuldades citadas acima, já que existem tecnologias suficientes para a conclusão de tal projeto. que fornece o treinamento do piloto a partir de tutoriais apoiados na utilização de ferramentas de desenvolvimento hipermídia, sistemas de gerenciamento de banco de dados e uma ferramenta de acompanhamento da evolução do processo de aprendizado do piloto, conforme apresentado na figura Segundo Cenário: Uma solução para o Simulador da Cabine do Helicóptero Durante o ground school é interessante que seja disponibilizado ao piloto um ambiente real e interativo de uma aeronave, logo se vê a importância do treinamento dos procedimentos no próprio helicóptero onde o aprendiz poderá utilizar todas as informações interagindo com a aeronave. No entanto utilizar-se da aeronave em questão, torna tal procedimento dispendioso para as empresas e instituições, portanto seguir tais procedimentos em uma cabine que simule todos os procedimentos a serem tomados no vôo, especialmente em panes, é essencial para a conclusão do aprendizado, além de ser mais seguro e barato para as empresas. Figura 4 Exemplo de um simulador de baixo custo. Fonte: Sendo assim torna-se muito importante para o treinamento de pilotos a existência de um sistema Simulador SIM, que represente fielmente todos os instrumentos existentes na cabine do helicóptero, bem como seu comportamento e a atitude da aeronave frente aos diversos cenários externos e seu relacionamento com os instrumentos em vôo e quaisquer situações, conforme pode ser observado na Figura 4. Figura 3 Tela inicial do STI. Fonte: do autor Um Sistema Informatizado de Treinamento STI, diminui os custos envolvidos nesta fase, uma vez 5. Análise de Requisitos Entende-se por requisitos de software as sentenças que expressam as necessidades dos clientes e que

5 5 condicionam a qualidade do software. Em função disto classificamos os requisitos como requisitos funcionais (funções que o sistema deve fornecer, como deve reagir a entradas específicas e como deve se comportar) e não funcionais (são as restrições sobre o serviço). Abaixo seguem os requisitos funcionais para o STI e o SIM: O STI deverá permitir ao administrador a seleção de opção de cadastro, onde poderá incluir e excluir informações dos aprendizes; O STI deverá permitir ao administrador a inclusão e exclusão das informações contidas no banco de dados do sistema; O STI deverá oferecer ao administrador a correlação entre as informações contidas no banco de dados e as informações de avaliação do aprendiz emitidas; O STI deverá permitir ao aprendiz a visualização dos tutoriais sobre os diversos subsistemas da aeronave; O STI deverá permitir ao aprendiz a visualização das simulações sobre os diversos subsistemas da aeronave; O STI deverá permitir ao aprendiz a visualização dos testes sobre os diversos subsistemas da aeronave; O STI deverá permitir ao aprendiz e administrador a visualização da avaliação sobre os diversos subsistemas da aeronave; O SIM deve fornecer ao computador hospedeiro, dados a partir da interface de comunicação serial; O SIM deve permitir ao piloto realizar todos os procedimentos normais através de ações nas chaves e acionadores. Esses requisitos funcionais de usuário definem recursos específicos que devem ser fornecidos pelo sistema. 6. Caso de Uso 6.1 Caso de Uso : SIM O objetivo do Caso de Uso é descrever os requerimentos funcionais do sistema, fornecer uma descrição consistente e clara sobre as responsabilidades que devem ser cumpridas pelo sistema e oferecer as possíveis situações do mundo real para o teste do sistema. Figura 5 Visão Geral da Comunicação entre Aprendiz/Simulador e Simulador/Computador Central Use Case: SimuladorCabine Ator Primário: Aprendiz Ator Secundário: CompCentral Descrição: O SIM Simulador da Cabine do Helicóptero é apresentado em escala 1:1, contendo todos os painéis e dispositivos que compõem a aeronave. Através de comunicação serial ele envia dados sobre as ações do piloto para um computador central, que analisa os procedimentos realizados e devolve as respostas referentes a tais procedimentos, desta maneira o piloto obtém os resultados de uma ação como ligar um acionador, etc. Pré-Condições: O aprendiz ser avaliado com honras pelo Sistema de Treinamento Informatizado - STI. Fluxo Principal: 1. Aprendiz aciona chave/acionadores; 2. Respostas referentes a ações em chaves/acionadores é transmitido através de uma interface de comunicação serial para um computador central; 3. Computador Central devolve resultado; 4. Aprendiz visualiza respostas de suas ações nos painéis de controle. Pós-Condições O aprendiz utiliza simulador da cabine do helicóptero com o intuito de testar e consolidar seus conhecimentos, ficando apto para seguir os mesmos procedimentos em uma aeronave real. Requisitos Funcionais Satisfeitos: O Sistema oferece, através de um ambiente real e interativo, todos os componentes pertencentes a um helicóptero; O Sistema mantém troca de dados com computador central. Tabela 1 Use Case: SimuladorCabine. Fonte: do Autor. 6.2 Caso de Uso : STI

6 6 7. O sistema de avaliação oferece o nível de aprendizado do aprendiz e mostra resultado de avaliação; Fluxo Alternativo: 1. Login/Senha Incorreta: 2. O sistema informa ao usuário que o login ou senha estão incorretos. 2. Avaliação Insatisfatória 7.Nível de aprendizado insatisfatório Figura 6. Visão Geral das funções do STI. Use Cases: ApresentarTutoriais, ApresentarSistemaCadastro, ApresentarSimulações, ApresentarAvaliação. Ator Primário: STI Descrição: O STI - Sistema de Treinamento Informatizado, apresenta os sistemas de tutorias, simulações, cadastro e avaliação. Através destes itens o aprendiz poderá iniciar seus estudos onde poderá, através de um ambiente multimídia interativo obter todos os conhecimentos relacionados ao helicóptero assim como ser avaliado pelas informações que lhe foram apresentadas. Pré-Condições: O aprendiz deve ser devidamente cadastrado no sistema para poder fazer uso do mesmo. Fluxo Principal: 1. Ao ser acionado, o sistema apresenta ao aprendiz todos os subsistemas que o compõem; 2. O aprendiz entra com login e senha válida; 3. Aprendiz inicia a primeira etapa do programa, que é o sistema de tutoriais. 4. Nesta primeira etapa é apresentada ao aprendiz a teoria de todos os sistemas que compõem um helicóptero e pequenos testes que permitira consolidar o que lhe foi apresentado. 5. O aprendiz passa para a etapa de simulações; 6. Para finalizar, o aprendiz passa para a etapa de avaliação, onde é avaliado quanto o seu grau de aprendizado; Pós-Condições Aprendiz passa por todas as etapas importantes para conhecer e consolidar o conhecimento de um helicóptero e, ao obter resultado de avaliação satisfatória, é liberado a utilizar o simulador da aeronave, onde em terra, poderá fazer uso do simulador da cabine do helicóptero, testando de forma real e interativa, todos os componentes que compõe a aeronave. Requisitos Funcionais Satisfeitos: O Sistema oferece, através de um ambiente interativo, todos os sistemas e subsistemas do helicóptero; O Sistema avalia o aprendizado do aprendiz. Tabela 2 Uses Cases: : Cadastro, Tutoriais, Simulações, Avaliação, BD, Combustível, Elétrico, iluminação. Fonte: do Autor. 6.3 Diagrama de Seqüência Figura 7 - Diagrama de Seqüência para autorização do uso do sistema STI.

7 7 Figura 8 Diagrama de Seqüência retratando a interação do aprendiz com o STI. representam o estado da arte na área da Engenhara de Software através de uso de ferramentas Cases para a modelagem do sistema. A sistemática adotada para o desenvolvimento de sistemas de treinamento de pilotos permite que novos STI sejam desenvolvidos a partir do reuso das classes já desenvolvidas, facilitando o processo de implementação e aumentando a sua produtividade. Atesta o fato de que simuladores do tipo do SIM causam grande interesse junto a escolas de treinamento, empresas de táxi aéreo bem como de órgãos governamentais devido ao baixo custo de desenvolvimento, facilidade de manutenção e operação, além de fornecer aos futuros aprendizes o estimulo na assimilação de conteúdos teóricos e práticos, de forma real e interativa, para seu aprendizado concreto quanto o conhecimento e procedimentos a serem tomados em um helicóptero. 8. Bibliografia BOOCH, G., RUMBAUGH, J. e JACOBSON, I. UML Guia do Usuário. 4a. Tiragem. Ed. Campus, Figura 9 Diagrama de Seqüência da comunicação do simulador com o computador Central através da Interface de Comunicação Serial. 6.4 Diagrama de Classes NBR ISSO (1993). Normas de gestão da qualidade e garantia da qualidade Parte 3: Diretrizes para a aplicação da NBR ao desenvolvimento, fornecimento e manutenção de software NBR ISSO/IEC 9126 (1994). Tecnologias de Informação Avaliação de produto de software Características de qualidade e diretrizes para o seu uso. Filho, Wilson de Pádua Paula (2001). Engenharia de Software (2 a. Edição) Fundamento, Métodos e Padrões. Editora LTC. SOMMERVILLE, IAN(2004). Engenharia de Software (6 a. Edição). São Paulo: Editora Pearson. Figura 10 - Diagramas de Classes para o STI. 7. Conclusão Este artigo teve como objetivo apresentar o projeto de um sistema de treinamento de pilotos baseado em simuladores, empregando tecnologias que