COMUNICAÇÃO VISUAL NA APRESENTAÇÃO DE DADOS DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO, MES OU CORPORATIVO Ricardo Caruso Vieira rcaruso@aquarius.com.br
INTRODUÇÃO Quando falamos em evolução tecnológica, sistemas automatizados, computadores cada vez mais poderosos e mais portáteis, imediatamente nos vêm à mente todas as facilidades que esses dispositivos nos trazem. Cálculos que preencheriam folhas de caderno, já podem ser feitos com um movimento do mouse; edição de vídeos ou áudio não é mais exclusividade dos estúdios profissionais. Pouco percebemos, porém, quantos conhecimentos novos essas ferramentas nos exigem para que sejam utilizadas adequadamente. No passado, não eram esperados de um médico conhecimentos de informática, nem de um advogado noções de editoração, assim como não se exigia de um engenheiro o domínio de bases de comunicação visual. É objetivo deste artigo selecionar algumas técnicas largamente conhecidas por artistas plásticos e comunicadores, aplicando-as a situações práticas do cotidiano de quem precisa apresentar graficamente dados vindos de sistemas industriais. Com a rápida aproximação das tecnologias de chão de fábrica às de sistemas corporativos, as possibilidades de visualização e processamento de dados de produção são cada vez maiores. Informações dos dispositivos de instrumentação, que eram exclusivas dos sistemas supervisórios ou SDCDs, são facilmente armazenadas em bancos de dados históricos e disponibilizadas em forma de planilhas ou páginas web. Sendo esses sistemas on-line, massas imensas de dados podem ser apresentadas em redes corporativas e usadas para os mais diversos fins. Mas como fazer para que números façam sentido para um operador especializado em uma determinada fase do processo e tenham, também, significado para os diretores da companhia? A resposta é agregar e apresentar de forma adequada segundo as necessidades de cada usuário. Dificilmente uma planilha com medições de processo hora a hora, Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
essenciais para a operação da planta, tem informações relevantes para um gerente de produção. Assim como telas de KPIs (Key Process Information) globais, conhecidas como dashboards ou cockpits, normalmente não são suficientes para análises de desempenho de equipamentos pela equipe de manutenção. Conforme Bill Jensen, autor de livros sobre comunicação empresarial e grande defensor da simplificação dos processos, “a acessibilidade total que conquistamos não implica que precisemos de tudo”. Esse artigo está dividido em quatro tópicos. O 1º trata dos conceitos básicos de comunicação visual aplicados ao tema; o 2º versa sobre os principais recursos para apresentação de dados; o 3º apresenta a aplicação dos conceitos em telas industriais e o 4º é a conclusão.
COMUNICAÇÃO VISUAL Segundo Bruno Munari [1], um dos maiores estudiosos de design do séc. XX, comunicação visual é praticamente tudo que nossos olhos vêem, e pode ser classificada em dois tipos: a casual e a intencional. A casual é aquela que não foi criada com o objetivo de comunicar, como uma árvore na floresta. A intencional foi produzida com um objetivo, como o desenho de uma árvore em um cartaz. Embora nosso principal objeto de estudo seja a comunicação intencional, o conhecimento da existência da casual nos ajudará na análise de elementos que funcionam como ruídos no processo de interpretação da mensagem. A comunicação intencional presume a existência de um receptor. No caso das informações industriais, os receptores têm vivências e objetivos diferentes de acordo com sua função. E isso deve ser considerado ao projetar um display. Ainda de acordo com Munari [1], a mensagem visual deve passar por três filtros para ser assimilada: o sensorial, considerando a capacidade dos olhos de captarem a mensagem, o funcional, levando em conta aspectos psicofisiológicos do receptor, e o cultural, que considera se a mensagem pode ser reconhecida.
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Um aspecto sensorial normalmente desconsiderado é a possibilidade de o receptor ser daltônico, sendo que aproximadamente 10% dos homens e 1% das mulheres têm essa limitação. O funcional se torna mais evidente quando nos comunicamos ao mesmo tempo com adultos e com crianças, quando estas ainda não tenham maturidade para reconhecer alguns dos sinais e os entende de forma diferente. Já o cultural é o filtro ao qual devemos imprimir mais atenção, pois se refere ao conhecimento e experiência de quem deve interpretar os dados. Quando escolhemos uma forma de representar alguma informação visualmente devemos atentar para a função dos dados e os conhecimentos do receptor. Existem diversas formas de se apresentar uma série de dados. A forma numérica, sem dúvida, é a mais precisa. Um relatório que apresenta as medições de uma balança de precisão para análise de um ensaísta certamente deve ser representado na forma de números. Mas um gerente de qualidade, interessando em analisar as amostras do último mês conforme um determinado padrão, certamente não desejaria ver dados apresentados da mesma maneira. Muitos tipos de dados, também, devem ser analisados de acordo com um contexto. Gráficos de linha, tipicamente, são bons contextualizadores. Muitas vezes, para um operador de processo, é mais importante saber se uma temperatura está subindo ou descendo do que seu valor absoluto. A Estatística é uma rica fonte de representações gráficas. Dificilmente encontraremos demonstração mais eficaz para variações de qualidade de uma variável do que cartas de controle, ou para relacionamento entre variáveis do que gráficos de correlação. Porém, gráficos estatísticos normalmente exigem um grau maior de especialização do usuário. De nada adianta apresentar gráficos de análise de dispersão como box-plots para pessoas que não tiveram um prévio treinamento. Antes da análise mais detalhada da melhor forma de representar cada tipo de dado, vamos primeiro entender algumas características da percepção humana.
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1.1
Codificando Dados
Segundo Stephen Few, em seu livro “Information Dashboard Design” [2], para a comunicação eficaz de dados é importante entender o processo pré-atentivo de nossa visão. O processo pré-atentivo são atributos que nosso cérebro consegue distinguir das imagens antes da análise consciente. Esses atributos podem ser divididos em quatro categorias: cor, posição, forma e movimento. A categoria cor possui dois atributos: matiz e intensidade. Matiz é o que normalmente chamamos apenas de cor, como amarelo, vermelho ou azul. Intensidade é a saturação da cor que vai desde uma cor mais clara até a cor mais plena. Uma característica interessante da cor é que a percepção dela é dependente de contexto, isto é, ela pode exercer diferentes impressões dependendo da cor do fundo. Essa característica deve ser sempre levada em conta para a seleção da cor de nossos displays. A posição é o atributo mais usado para codificar com maior precisão valores quantitativos. Ela é usada para identificar valores em espaços cartesianos, principalmente em gráficos de linha e correlação. Forma é a categoria que possui a maior diversidade de atributos. Orientação é como a figura está posicionada em relação a seu próprio eixo, normalmente usado para ressaltar palavras por meio de fontes itálicas. Comprimento é um atributo importante, usado em gráficos de barras, que são ferramentas poderosas para comparação entre valores. Largura, normalmente aplicada a linhas, pode ser usada para ressaltar alguma informação. Tamanho, ou área, também pode ser usado para chamar a atenção para um determinado ponto. Tanto tamanho quanto largura são atributos percebidos com menor precisão e, portanto, não devem ser escolhidos quando existe a necessidade de uma codificação quantitativa de maior precisão. Outro atributo bastante usado é a forma geométrica. O movimento é um atributo que tem forte poder de chamar atenção. É eficazmente usado em momentos de exceção por meio de figuras piscantes.
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Few [2] sugere a seguinte tabela para a capacidade de codificar dados quantitativos de cada um dos atributos citados: Categoria Cor
Atributo Matiz Intensidade
Quantitativo Não Sim, com limitação
Posição Forma
Posição 2D Orientação Comprimento Largura
Sim Não Sim Sim, com limitação
Tamanho Forma Piscar
Sim, com limitação Não Sim, baseado na velocidade, com limitação
Movimento
Os atributos categorizados como “com limitação” podem ser usados para identificar que determinado valor é maior ou menor que outro, mas com nenhum grau de precisão. 1.2
Gestalt
Gestalt é uma escola da psicologia que estuda a percepção das formas e padrões. Um conhecimento básico das teorias da Gestalt nos ajuda a desenvolver displays mais eficazes e, principalmente, eliminar elementos desnecessários para a comunicação. Para que a compreensão das informações seja rápida, devemos buscar sempre a maior simplicidade construtiva possível. Examinaremos os seguintes princípios: proximidade, enclausuramento, continuidade e completude. Proximidade é a nossa tendência de entender que elementos próximos formam um grupo. Essa é uma ferramenta poderosa para agrupar elementos sem a adição de objetos desnecessários, que poluiriam o display.
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Figura 1 - Proximidade dos Títulos dos Gráficos
Enclausuramento é a percepção de que objetos cercados por algum tipo de borda são relacionados de alguma forma.
Figura 2 - Variáveis Relacionadas por Enclausuramento
O princípio da continuidade faz perceber elementos que possuem algum padrão ou alinhamento como um elemento só. Isso nos faz entender uma linha tracejada como uma linha, e não uma seqüência de segmentos justapostos.
Figura 3 - Linha do Gráfico é Entendida como Contínua Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
Completude, muitas vezes visto como uma variação do princípio da continuidade, é o princípio de que procuramos entender figuras incompletas como figuras fechadas, mais familiares a nós. Muitas vezes, duas linhas unidas em uma extremidade, são tão eficazes para delimitar uma região quanto um retângulo.
Figura 4 - Gráfico Com e Sem Delimitação Explicita da Área
A utilização consciente desses princípios nos ajuda a eliminar elementos que não são essenciais para a nossa percepção da informação.
FERRAMENTAS PARA APRESENTAÇÃO DE DADOS Considerando os princípios de comunicação visual e a natureza dos dados industriais é possível criar uma biblioteca de ferramentas, para apresentá-los de forma eficaz. Muitos sistemas, como supervisórios, planilhas eletrônicas e portais web industriais, possuem alguns desses princípios com diferentes graus de flexibilidade. 1.1
Gráfico de Barras
O gráfico de barras é um dos formatos de gráfico mais comum, e também o mais poderoso. Ele compara valores usando um atributo pré-atentivo: o comprimento da barra. Dessa forma, a assimilação de informações como menor e maior valor é praticamente imediata.
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Ele pressupõe a existência de dados discretos ou amostrados divididos em categorias. Essas categorias podem ter origens diferentes, como a produtividade das linhas A, B e C; intervalos de tempo, como número de peças rejeitadas em cada um dos meses do ano ou, ainda, medições qualitativas, como número de amostras consideradas boas, medianas e ruins. A utilização de cores diferentes nas barras dos gráficos é normalmente desnecessária, já que a distinção entre elas pode ser feita por meio de legendas no próprio eixo do gráfico. Uma exceção possível é a necessidade de destacar algumas barras do conjunto. Em um gráfico, por exemplo, que indica o nível de estoque de cinco insumos principais pode ser útil eleger uma cor para indicar o insumo que está com nível muito baixo.
Figura 5 - Gráfico de Barras com Destaque de um Item
1.2
Gráficos de Linhas
Os gráficos de linhas têm como principal função ressaltar o comportamento de uma determinada série de dados. Análises como tendência, sazonalidade e variação relativa entre duas variáveis se tornam muito mais evidentes que em gráficos de barras. A principal utilização desse gráfico em displays é a de análise de séries temporais. Variáveis como volume de produção nos últimos 12 meses é um exemplo típico.
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Um cuidado que se deve tomar ao usar esse gráfico é manter as linhas que representam dados mais ressaltadas que as de apoio, como os eixos e legendas, facilitando a interpretação. Quando é usada mais de uma pena, podem ser usadas cores diferentes para identificá-las.
Figura 6 - Gráfico de Linhas com Duas Penas
1.3
Sparklines
Sparklines foram inventadas por Edward R. Tufte, talvez o maior pesquisador de representação gráfica de dados da atualidade. Ele combina, criativamente, uma simplificação do gráfico de linha tradicional com um display numérico. O gráfico de linha dos sparklines deve ter somente a pena, sem nenhuma indicação de escala ou eixos. O objetivo dele é adicionar contexto ao valor numérico. Ele se mostra bastante eficaz para a construção de dashboards porque, além de mostrar o valor atual e histórico da variável, ocupa muito pouco espaço, podendo ser agregado a outros tipos de telas ou a displays de alta densidade de informações.
Figura 7 - Sparklines
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1.4
Gráficos de Correlação
O gráfico de correlação é uma aplicação específica do gráfico de linha. Ele apresenta, em cada um dos seus eixos, uma variável diferente e traça a relação entre elas. Embora sirva a apenas essa aplicação específica, ele é bastante eficaz em responder três questões: se existe alguma correlação entre as variáveis, se ela é direta ou inversa e o quanto estreita ela é. Uma ferramenta bastante útil no gráfico de correlação é a reta de ajuste. Ela facilita a interpretação do sentido da correlação.
Figura 8 - Gráfico de Correlação com Reta de Ajuste
1.5
Heatmaps
Heatmaps, ou treemaps, são recursos bastante eficazes para visualizar status de diversos itens organizados hierarquicamente numa só tela. É formado por um retângulo subdividido em retângulos menores que representam cada um dos itens. O status é informado usando diferentes cores ou, de forma mais eficaz, tonalidades da mesma cor.
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Um recurso interessante em telas industriais, principalmente dashboards, é o drilldown. Drill-down é a capacidade de navegar para outras telas que detalham um determinado comportamento. Esse recurso é bastante usado em heatmaps. Um exemplo de uma aplicação de heatmap com drill-down seria um dashboard para o responsável pela qualidade de produtos de três plantas. Ele poderia ver áreas representando as três plantas e subdivisões para cada um dos produtos elaborados por elas. Caso um retângulo apresente uma cor mais forte, sinalizando um problema de qualidade, ele poderia clicar nessa área a visualizar uma tela com detalhes das análises desse produto. 1.6
Ícones
Os ícones são imagens que comunicam rapidamente usando atributos como cor ou sentido. São normalmente utilizados para agregar significado a valores numéricos ou textos. Uma aplicação muito comum dos ícones são os alarmes. É comum a utilização de ícones com cores, principalmente usando a metáfora do semáforo: cor verde para valores bons, amarela para regulares e vermelha para ruins. Essa aplicação, por ter como objetivo salientar valores que precisem de atenção, não costuma ser eficaz. A melhor forma de usar ícones como alarme é trabalhar com visibilidade, apresentando a figura apenas quando alguma ação deva ser tomada. Outra aplicação comum dos ícones é sinalizar se um determinado valor apresenta tendência de subida ou descida, por meio de setas. Embora agregue informação útil ao valor, ainda não é tão eficaz quando os sparklines.
Figura 9 – Ícones
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1.7
Cartas de Controle
As cartas de controle foram inventadas por Walter A. Shewhart, engenheiro da Bell Labs, na década de 1920. O objetivo dele era reduzir o número de falhas nos equipamentos de transmissão para telefonia, por meio do monitoramento de variáveis do processo produtivo. Largamente utilizadas para controle de qualidade, permitem observar se determinado processo está sob controle estatístico, isto é, se as variações de valor das amostras representadas são consideradas estatisticamente normais. Embora seja um gráfico de aplicação estatística é bastante comum em sistemas industriais e, mesmo exigindo algum conhecimento prévio para ser configurado, é de simples interpretação. Uma carta de controle consiste em um gráfico de linhas, onde o eixo das ordenadas apresenta o valor da variável medida e o das abscissas os valores das amostras analisadas. Em dados amostrados de sistemas contínuos em intervalos de tempos iguais, a abscissa pode apresentar uma escala de tempo. São apresentadas três linhas horizontais, que representam, de cima para baixo, limite superior de controle, meta e limite inferior de controle. Amostras que se apresentem fora dos limites de controle representam uma evidência de instabilidade do sistema.
Figura 10 - Carta de Controle com Limites em Vermelho Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
ORGANIZANDO TELAS Agora que conhecemos recursos de comunicação visual e ferramentas de expressão de dados, vamos tratar de como usá-los para construir um display. Existem alguns pontos que devem estar em mente durante a construção de um display com múltiplos gráficos e valores. São eles a simplicidade gráfica, o posicionamento dos objetos, a utilização de cores e, por último, o efeito estético do conjunto. A simplicidade gráfica não é apenas uma escolha estética, mas uma característica necessária para a comunicação eficaz. Uma tela simples nos mantém focados nos itens mais importantes e aumenta a eficácia dos elementos pré-atentivos, principalmente quando são utilizados como alarmes. Few [2] defende que devemos eliminar todos os pixels que não carregam informações. Os princípios da Gestalt são ótimas ferramentas para isso. Um gráfico de barras, por exemplo, não precisa estar dentro de um retângulo para que seu espaço seja delimitado. Pelo princípio da completude, estando somente com os eixos, nosso cérebro se encarrega de completar sua área. Uso excessivo de figuras, como logotipos e fotos, também comprometem a simplicidade do display. Quando construímos telas com múltiplos objetos, a posição deles deve ser cuidadosamente observada. A leitura, nos idiomas ocidentais, é feita da esquerda para a direita. Dessa forma, o quadrante superior esquerdo tem um destaque importante, pois é o primeiro a ser lido. Assim deve ser usado para as informações que queremos que sejam lidas primeiramente, como KPIs e valores consolidados. A região central também é uma região de destaque e é a de maior destaque para objetos de cores diferentes e piscantes. É o melhor local para colocar os alarmes mais importantes. Devido ao princípio da proximidade, elementos próximos são considerados do mesmo grupo e, portanto, tendemos a entendê-los como tratando do mesmo assunto. Não devemos aproximar elementos se não desejamos que sejam comparados. O uso de uma diversidade excessiva de cores, ou de cores muito intensas, também compromete a simplicidade. As cores também devem ser usadas apenas quando Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
carreguem algum significado, como identificação de penas em um gráfico ou alarmes. A utilização de diferentes intensidades, ao invés de diferentes matizes, também é desejável, pois a intensidade é percebida pelos daltônicos. Muitas vezes o efeito estético da composição de displays não é considerado em sua construção, por se tratar de uma ferramenta de informação. Essas telas, muitas vezes, são consultadas várias vezes durante o dia, ou ainda ficam constantemente abertas em estações de operação. Construções desarmoniosas ou com cores desagradáveis tornam a experiência de consultá-las cansativa. Cores suaves e telas de alta definição comprovadamente aumentam a produtividade de seus usuários, diminuindo, inclusive, o nível de stress. Vamos considerar como exemplo um dashboard de produção construído sem observar as recomendações tratadas neste artigo. Nesse display o gerente de produção deve consultar
o
comportamento
de
alguns
KPIs,
OEE
global
e
produtividade,
disponibilidade e qualidade globais e de cada uma das linhas da planta. Deve observar o nível dos insumos produtivos, cuidando que não estejam abaixo do limites estipulados. Visualizar o mix de produção, ou o percentual da produção total que foi de cada um dos quatro produtos da planta. E, por fim, observar como as flutuações da produção afetam o consumo de energia.
Figura 11 - Tela Contruída sem Observar as Recomendações de Comunicação Visual Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
Nesse display, encontramos alguns dos enganos mais comuns na construção de dashboards. •
O posicionamento dos elementos não está adequado. Os KPIs OEE, produtividade, disponibilidade e qualidade estão distribuídos pelo display e sem o devido destaque. O quadrante superior esquerdo, o primeiro a ser visualizado, está sendo usado com o logotipo da empresa. Logotipos e figuras que não agregam informações devem ser colocados nas posições de menor destaque.
•
Os insumos em estoque não estão apresentados no melhor meio. Para identificar qual deles é o de maior ou o de menor quantidade, o usuário precisa ler cada um dos números da tabela. O mesmo para identificar se algum deles está abaixo do nível mínimo.
•
O gráfico de pizza, utilizado para o mix de produtos, não estabelece claramente a relação entre eles. Isso acontece porque é utilizado o atributo tamanho (das áreas) para a codificação de valores, que não é facilmente avaliado por nossos olhos. Gráficos tridimensionais também são mais difíceis de interpretar que gráficos planos. Devemos ser cuidadosos para não escolhermos o formato dos gráficos simplesmente por motivos estéticos.
•
Embora os dados de consumo e produção estejam precisamente expressos na tabela, a interpretação de seu inter-relacionamento se torna bastante difícil apenas com números. Além disso, para a visualização de todo o intervalo, é necessária a utilização de barras de rolagem. As barras de rolagem devem ser sempre evitadas em dashboards porque contraria um de seus principais objetivos que é concentrar todas as informações principais em uma só tela.
•
O princípio da simplicidade gráfica não foi respeitado em praticamente nenhum gráfico. O fundo cinza e o excesso de linhas, como de grade e legenda, dificultam a identificação da informação e fazem com que eles ocupem um espaço excessivo.
•
Embora as cores tenham sido usadas somente para a codificação de variáveis, elas são de tonalidades excessivamente fortes, distraindo a atenção para as
Aquarius Software Rua Silvia, 110 – 9º andar - Bela Vista, São Paulo – SP marketing@aquarius.com.br - www.aquarius.com.br
informações. Numa visualização rápida, o primeiro elemento que chama nossa atenção é a parcela vermelha do gráfico de pizza. Apenas alarmes, que indiquem a necessidade de uma ação, devem se destacar das outras informações. Seguindo as recomendações já observadas, uma reconstrução possível da tela poderia ser a seguinte.
Figura 12 - Dashboard de Produção Reconstruído para Maior Eficácia
Com a eliminação dos elementos desnecessários, a mudança mais evidente foi o ganho de espaço, permitindo que sejam mostradas mais informações. Os KPIs foram colocados no quadrante de maior destaque e representados usando sparklines, dando uma idéia do histórico anterior. O mix de produtos, nível de insumos e comparação dos KPIs de cada uma das linhas passaram a serem demonstrados por meio de gráficos de barras. Os gráficos de barras são as melhores ferramentas para comparação de valores,
portanto,
devem
ser
largamente
utilizados
principalmente os que apóiam decisões mais globais.
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em
displays
industriais,
As cores sóbrias facilitam a identificação dos valores que merecem atenção. Nesse caso, a linha quatro parada, sinalizado com um ícone, e o insumo D, abaixo do nível esperado. O logotipo foi reposicionado para um lugar de menor destaque.
CONCLUSÕES Alguns conceitos bastante simples de design são suficientes para facilitar a criação de displays mais efetivos. Agora é necessária certa experiência para aplicá-los aos diversos casos do dia a dia. Telas com funções diferentes exigem desenhos diferentes. No ambiente industrial, elas são construídas focando vários tipos de público e, algumas vezes, têm objetivos verticais e outras horizontais. As principais verticais relacionadas à produção são a Qualidade, Manutenção e Processo. Cada uma tem sua linguagem, suas variáveis de interesse e suas unidades de tempo particulares. Em segmentos horizontais, temos a operação, gerencia de fábrica, corporativo, TI e vários outros. Muitas vezes, todos eles consomem os mesmos dados de origem, mas filtrados e apresentados de forma específica. Nunca se deve esquecer que o usuário final deve se sentir confortável em usar suas ferramentas. O desenvolvimento de uma tela que deve ser consultada dia a dia, ou a todo o momento, deve sempre ser feito em parceria com o usuário. O melhor resultado só é alcançado quando os dados corretos são entregues da forma correta a pessoa correta.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MUNARI, B. Design e Comunicação Visual, Ed. Martins Fontes, São Paulo FEW, S. Information Dashboard Design, O`Relly, Sebastopol KESTENBAUM, N. Obrigado pela Informação que Você Não me Deu, Elsevier, Rio de Janeiro TUFTE, E.R. The Visual Display of Quantitative Information, Graphics Press, Cheshire
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