MEMORIA DE RESULTADOS Proyecto de Innovación Educativa Virtualización del Laboratorio de Automatización de los estudios de Ingeniería Industrial de la Universidad de la Laguna 1. Introducción En este proyecto se pretende virtualizar el Laboratorio de Automatización situado en el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática y Arquitectura y Tecnología de Computadores de la ULL. El laboratorio cuenta con una maqueta FESTO de una planta industrial compuesta por 5 estaciones interconectadas y controladas individualmente por autómatas SIEMENS. Este laboratorio se utiliza en muchas asignaturas de las titulaciones del ámbito de Ingeniería Industrial, y por tanto, es muy demandado durante todo el curso. Pero en la actualidad sólo existe espacio físico para que 10-12 personas hagan prácticas allí, lo que dificulta la docencia en el mismo, debido a la cantidad de alumnos que deben pasar por este laboratorio. El objetivo principal de este proyecto es la creación de nuevos puestos en el laboratorio para que más personas puedan asistir a las sesiones prácticas simultáneamente y se puedan hacer sesiones prácticas de mayor duración y calidad. Estos nuevos puestos serían virtuales, ya que añadir más estaciones físicas a la planta FESTO conllevaría un coste muy elevado además de acarrear dificultades por las limitaciones físicas del espacio disponible. El poder trabajar con estaciones virtuales simuladas permite usar un aula de ordenadores como laboratorio de Automatización, y el estudiante puede aprender a programar automatismos del mismo modo que sobre la planta física real del laboratorio. 2. Asignaturas Las asignaturas implicadas en este proyecto son: - Automatización y Control Industrial (1) - Informática Industrial (1) - Automatización Industrial Avanzada (1) - Expresión Gráfica (1) - Automatización y Control Industrial (2) - Expresión Gráfica y Diseño Asistido por Ordenador (2) - Automatización y Control Industrial (3) - Expresión Gráfica y Diseño Asistido por Ordenador (3) (1) Graduado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática (2) Graduado en Ingeniería Mecánica (3) Graduado en Ingeniería Química Industrial Todas estas titulaciones se imparten en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Civil e Industrial.
3. Profesorado Profesorado del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática y Arquitectura y Tecnología de Computadores (ISAATC): Silvia Alayón Miranda Carina González González José Sigut Saavedra Carlos Martín Galán Pedro Toledo Delgado Santiago Torres Álvarez Profesorado del Departamento de Expresión Gráfica en Arquitectura e Ingeniería (EGAI): Norena Martín Dorta Jose Luis Saorín Pérez Jorge de la Torre Cantero 4. Número de alumnos Los alumnos beneficiados con los resultados de este proyecto pertenecen a varias titulaciones. La estimación es la siguiente: 1. Graduado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática: 300 alumnos (cursos 1º, 2º y 4º) 2. Graduado en Ingeniería Mecánica: 180 alumnos (1º y 2º) 3. Graduado en Ingeniería Química Industrial: 110 alumnos (1º y 2º) 5. Recursos utilizados Los recursos utilizados en este proyecto son los siguientes: - Maqueta de la planta industrial FESTO del Laboratorio de Automatización del departamento ISAATC - Sala de ordenadores del departamento EGAI - Tres licencias del software CIROS Mechatronics de FESTO (dos de ellas adquiridas con este proyecto) - Software Autodesk Inventor (gratuito). - Software Matlab Simulink (licencias del departamento ISAATC)
6. Centros y departamentos universitarios que participaron directamente e indirectamente en el Proyecto Como ya se ha mencionado anteriormente, en este proyecto han participado profesores de dos departamentos (el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática y Arquitectura y Tecnología de Computadores, y el Departamento de Expresión Gráfica en Arquitectura e Ingeniería), ambos con docencia en diversas asignaturas en la Escuela Técnica de Ingeniería Civil e Industrial. 7. Métodos de evaluación y seguimiento utilizados, resultados periódicos y resultados finales El presente proyecto se estructuró en varias fases. A continuación evaluamos cada fase y comentamos los resultados obtenidos en ellas: 1. Realización de un estudio sobre los paquetes software existentes que mejor se adaptan a las necesidades del proyecto. Este estudio previo se había realizado antes de la petición del proyecto, por eso en la petición del mismo se proponía ya una herramienta a adquirir: el software Ciros Mechatronics. 2. Adquisición de las licencias del software Ciros Mechatronics Con la dotación económica de este proyecto se adquirieron dos licencias de este software. El departamento ISAATC cofinanció el gasto, ya que adquirió la primera licencia del mismo. En total tenemos tres licencias. 3. Instalación de estas licencias en ordenadores del laboratorio de Automatización. Estas licencias fueron instaladas previamente en algunos de los ordenadores de los profesores implicados en el proyecto, para aprender bien su manejo y sus posibilidades docentes. Posteriormente se instalaron en puestos del Laboratorio de Automatización. 4. Diseño de experiencias docentes prácticas iniciales El principal objetivo de esta fase era evaluar las posibilidades docentes de la herramienta adquirida (Ciros Mechatronics) en el entorno del Laboratorio de Automatización del departamento ISAATC. El software Ciros Mechatronics de FESTO permite hacer una simulación 3D de las 5 estaciones presentes en el laboratorio, además de añadir 8 estaciones diferentes más. Los estudiantes pueden introducir el código del autómata directamente en el software Mechatronics, ya que éste cuenta con un simulador del autómata, y mostrará el efecto del código sobre la planta con una animación 3D de la planta simulada. Las estaciones simuladas que más nos interesan inicialmente son las que coinciden con las estaciones físicas reales del laboratorio, ya que nuestro objetivo es ampliar el número de alumnos que pueden trabajar en una sesión simultáneamente sobre las mismas plantas. Como tenemos 3 licencias del software esto posibilitaría la adición de 3 puestos más al laboratorio, con lo que en total tendríamos 8 puestos (5 reales y 3 simulados).
La principal dificultad encontrada fue la comprobación de que el software Ciros Mechatronics funciona con un simulador de autómata S7-300, y simula todas las estaciones que incorpora como si ese autómata fuera el instalado realmente. Pero en nuestro laboratorio físico, 3 de las 5 estaciones están controladas por autómatas S7-200, autómata de gama inferior. Con lo que estas tres estaciones ya no podrían ser simuladas con el software adquirido en las mismas condiciones en que se controlan físicamente. Por otra parte, el autómata S7-300 se enseña solamente en las asignaturas más avanzadas de automatización. Mientras que en las asignaturas básicas el S7-200 es suficiente. Esto imposibilita el uso del software con los alumnos de 2º de ingeniería, sólo sería válido para alumnos de 4º. Por lo tanto, los 3 puestos simulados añadidos con este software se podrían utilizar sólo para simular 2 de las 5 estaciones físicas existentes, y además, sólo para las sesiones prácticas de los alumnos de 4º de ingeniería. 5. Incorporación de estas experiencias a las sesiones prácticas de las asignaturas implicadas, tanto del ámbito de la Automatización como del ámbito de Expresión Gráfica. Con respecto a las asignaturas implicadas en el ámbito de la automatización, la limitación encontrada en la fase anterior ha imposibilitado la incorporación de nuevas experiencias docentes a las prácticas de las asignaturas de 2º. En cambio, sí es posible añadir estos puestos simulados en las asignaturas avanzadas de 4º, experiencia que está a punto de empezar en el segundo cuatrimestre del presente curso escolar, 2013-2014, momento en el que se impartirán estas asignaturas en el grado por primera vez. Con respecto a las asignaturas implicadas en el ámbito de Expresión Gráfica, el software permite mostrar a los alumnos de 1º la potencialidad del modelado 3D en el mundo industrial, aunque no permite la edición de modelos propios, lo que dificulta su uso en prácticas, salvo en sesiones demostrativas. 6. Evaluación de los objetivos docentes alcanzados. En esta fase llegamos a la conclusión de que el software adquirido resolvía parcialmente los problemas planteados. Es útil para las prácticas de los alumnos de automatización avanzada (alumnos de 4º), pero no para alumnos de 1º y 2º. Por lo tanto, la evaluación es parcialmente positiva. Nuestro objetivo inicial era llegar a tener 15-20 puestos simulados con este software. Pero después de las limitaciones encontradas, además del alto costo de las licencias del software, hemos descartado esta solución. Naturalmente, las 3 licencias que ya tenemos se usarán para las prácticas de los alumnos de 4º, pero debemos encontrar otra solución más económica y que permita la simulación del laboratorio también para las estaciones controladas por autómatas de gama baja. 7. Revisión de las sesiones prácticas propuestas, modificación si fuera necesario, y adición de nuevas experiencias. En vista de los resultados obtenidos en el proyecto, hemos orientado nuestros esfuerzos en buscar otras soluciones. Con respecto a la parte gráfica de modelado 3D se ha comenzado a estudiar la herramienta Autodesk Inventor, que es gratuita, y que permite el modelado 3D de las estaciones de la planta FESTO del laboratorio. Se ha realizado mucho trabajo en este punto, y en la actualidad ya contamos con todas las estaciones modeladas. Además, esta herramienta sí es útil para la docencia de las asignaturas del ámbito de Expresión
Gráfica, ya que sí permite al alumno hacer sus propios modelos 3D. Por lo tanto, se ha incluido en las sesiones prácticas de estas asignaturas. Con respecto a la simulación del control, estamos investigando la posibilidad de usar software ya disponible en el departamento. Concretamente, hemos descubierto cómo convertir el modelo 3D generado con Autodesk Inventor a un diagrama de bloques que se puede exportar al Simulink (herramienta de simulación del software Matlab). En estos momentos estamos analizando la posibilidad de construir un compilador propio que permita traducir las órdenes dadas al autómata en acciones sobre este modelo. Si consiguiéramos esto, podríamos usar estas herramientas para montar cuantos puestos necesitáramos en el laboratorio a un coste muy reducido. Y sin las limitaciones de tener que distinguir entre modelos de autómatas. Por lo tanto, en estos momentos estamos investigando nuevas metodologías que permitan introducir nuevas experiencias prácticas en el ámbito de la automatización que sirvan para todos los alumnos (iniciados y avanzados). 8. En paralelo, el software será utilizado para la realización de diversos Proyectos Fin de Carrera de los estudiantes de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Civil e Industrial. Esta fase ha sido muy desarrollada. El presente proyecto de innovación educativa ha dado lugar a los siguientes proyectos fin de carrera: 1. Simulación dinámica de la Estación de Procesado de piezas de la Planta Industrial Festo Alumnos: Daniel García Felipe, Víctor Cutillas Bonilla Titulación: Ingeniería Técnica Industrial, esp. Electrónica Industrial Julio 2012. 2. Simulación dinámica de la estación de Clasificación de piezas de la Planta Industrial Festo Alumno: Juan José Olave Campo Titulación: Ingeniería Técnica Industrial, esp. Electrónica Industrial Enero 2013 3. Simulación dinámica de la estación de Test de piezas de la Planta Industrial Festo Alumno: Sylvia Lods Joly Titulación: Ingeniería Técnica Industrial, esp. Electrónica Industrial Enero 2013 Y en la actualidad, el alumno Julio Brito, del Grado de Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, está realizando su Trabajo Fin de Grado continuando el trabajo iniciado en esta línea. 8. Incidencia en la adquisición de competencias del alumnado El planteamiento inicial del proyecto estaba basado en el uso del software Ciros Mechatronics. En el ámbito de Expresión Gráfica esta herramienta se ha usado como demostración práctica de la importancia del modelado 3D en el mundo industrial, lo que permite ampliar los conocimientos del alumno. Pero es el planteamiento final del proyecto, basado en el uso de Autodesk Inventor, el que de verdad ha incidido
directamente en la adquisición de competencias del alumnado en esta área. El alumno aprende con esta herramienta a hacer sus propios modelos 3D y adquiere todas las competencias implicadas en el proceso. Desde el punto de vista de la automatización industrial, el proyecto ha permitido que varios alumnos de último curso adquieran las competencias necesarias (generales y específicas) para la finalización de su proyecto final de carrera. El software Ciros Mechatronics además permitirá que los alumnos de 4º adquieran las competencias específicas del área a través de su uso en los tres puestos simulados del laboratorio. Pero como se comentó anteriormente, estamos trabajando en otras estrategias de desarrollo que aumenten la incidencia del proyecto y permitan la adquisición de competencias específicas del área de automatización a los alumnos de 2º. 9. Publicaciones o perspectiva de las mismas a que ha dado lugar El trabajo desarrollado en este proyecto de innovación ha dado lugar a tres publicaciones: 1. simlab: Laboratorio de simulación de la planta Festo Silvia Alayón, Norena Martín, Omar Núñez, Francisco Fumero Congreso XXXIV Jornadas de Automática Actas de las XXXIV Jornadas de Automática 2013 2. simlab: Laboratorio de procesos industriales Silvia Alayón, Víctor Cutillas, Daniel García Felipe, Norena Martín Dorta Revista Acércate a la Ingeniería, num 1, pp.5-6. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Civil e Industrial, ULL 2013 3. Web del proyecto: http://norenamartin.wix.com/simlab, donde se muestran diversos materiales multimedia educativos que se han generado a raíz de los resultados del mismo. La Laguna, 21 de enero de 2014 IP: Silvia Alayón Miranda