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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7613| Título : | Desarrollo de una aplicación de realidad virtual para la enseñanza en Automatización Industrial |
| Autor : | HURTADO CHONG, GABRIEL |
| Fecha de publicación : | 2021 |
| Resumen : | Este proyecto es presentado como una oportunidad para desarrollar una herramienta inmersiva, basada en entornos virtuales, que inicialmente permita realizar al menos dos de las prácticas correspondientes al tema Neumática del manual de laboratorio de la asignatura Automatización Industrial, perteneciente a los programas educativos de las carreras Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial e Ingeniería Mecánica. Se busca favorecer así el aprendizaje al dejar interactuar a los alumnos de forma innovadora con un sistema virtual de manera previa al uso del sistema real en un entorno físico, disminuyendo así la curva de aprendizaje de uso de equipo especializado y optimando el tiempo de uso del equipo de laboratorio. El producto principal de este proyecto tendrá la capacidad de ser usado tanto en la modalidad presencial de las clases como en la modalidad en línea cuando así se requiera. Cabe destacar que el servicio de impartición de prácticas del Laboratorio de Automatización Industrial se encuentra actualmente certificado bajo la norma ISO 9001:2015. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7613 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | HURTADO CHONG, GABRIEL |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2021 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2021-2022 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Generar un entorno virtual que permita realizar prácticas de neumática relacionadas con el temario de la asignatura Automatización Industrial. Objetivos específicos: "Poder realizar prácticas de mayor complejidad, mediante el uso de un entorno virtual, sin necesidad de adquirir equipo neumático adicional para su desarrollo e implementación. Optimar los tiempos de uso de los equipos físicos del laboratorio y reducir sus costos operativos, al permitir que los alumnos prueben previamente sus soluciones propuestas en un entorno virtual análogo operativamente al entorno real que simula. Mejorar el proceso enseñanza-aprendizaje proporcionando a los alumnos un acercamiento a las instalaciones y procesos industriales de manera remota, innovadora e inmersiva, de forma que también se familiaricen con tecnologías emergentes (como lo es la realidad virtual) y aprovechen estos conocimientos en su ejercicio profesional. Elaborar la documentación necesaria para el uso del entorno virtual teniendo en cuenta que ésta deberá estar dirigida para el cuerpo académico de la asignatura y para los alumnos que inscriban la misma, así entonces habrá un manual y curso para cada uno de esos agentes." |
| metadata.dc.description.strategies: | La base de partida para el desarrollo de este proyecto es el temario de la asignatura Automatización Industrial, que consta de los siguientes cinco temas principales. 1. Fundamentos de automatización 2. Sensores y actuadores industriales 3. Controladores de lógica programable (PLC) 4. Neumática 5. Electroneumática Teniendo en cuenta que, con base en la convocatoria, el tiempo para el desarrollo de este proyecto puede ser únicamente de un año, se ha decidido enfocarlo por ahora de manera exclusiva al tema de Neumática al ser uno de los que se ha identificado que consume más tiempo a los alumnos en cuanto al desarrollo de sus prácticas. No obstante, en un futuro, se contempla la posibilidad de llegar a abordar también otros temas de la asignatura con base en el aprendizaje adquirido por este proyecto; para ello se buscará la difusión de los resultados obtenidos con el cuerpo colegiado de la Asignatura y se invitará a participar a otros interesados en desarrollar esta tecnología. Se considera el objetivo general del tema elegido que en este caso es: el alumno diseñará circuitos neumáticos para implementar ciclos de producción; y se analiza el contenido del mismo acorde al plan de estudios vigente en el programa educativo, también se toma en consideración el Manual de prácticas del Laboratorio de Automatización Industrial, disponible en el sitio web del laboratorio para consulta pública. Se plantea entonces comenzar por identificar los componentes neumáticos básicos necesarios en un circuito, tales como: unidad de mantenimiento, válvula 3/2, válvula 5/2, cilindro de simple efecto y cilindro de doble efecto; para proceder con su modelado acorde al motor gráfico que se utilice para el desarrollo del ambiente virtual. Una vez modelados los componentes, se comenzará con la conceptualización del entorno virtual, disposición de los elementos en el mismo y detallado del espacio en el que se incluyen: lugar de aparición del usuario, desplazamiento en el entorno, iluminación del ambiente, texturizado y selección de materiales para cada objeto. En esta etapa se correrán pruebas de visualización de los elementos con un grupo de estudiantes y se corroborará el grado de similitud de los componentes virtuales con el de sus análogos reales. Posteriormente se abordará el problema de hacerlos interactuar, a través de la programación de algoritmos para cada elemento interactivo, para lograr que los cilindros neumáticos se muevan en respuesta al accionamiento de sus válvulas de control y con base en las acciones y decisiones que tome el usuario dentro del entorno, teniendo siempre presentes los escenarios reales. A lo largo de todas las etapas de desarrollo se tendrán reuniones con profesores y alumnos de la asignatura para recibir su retroalimentación y realizar modificaciones a partir de los comentarios recibidos. Finalmente, se implementarán al menos las primeras dos prácticas del tema de Neumática contenidas en el Manual de prácticas de Automatización Industrial, perteneciente al Sistema de Gestión de Calidad ISO 9001:2015 para los laboratorios de docencia de la Facultad de Ingeniería. Dichas prácticas son las siguientes: práctica 5 - accionamiento de un cilindro de simple efecto, y práctica 6 -accionamiento de un cilindro de doble efecto. En esta etapa se podrán realizar los manuales de operación del entorno virtual, describiendo las características finales del mismo, y se realizarán cursos de capacitación para profesores en el uso de la herramienta desarrollada. |
| metadata.dc.description.goals: | 1. Selección, diseño y modelado de elementos neumáticos virtuales. 2. Diseño del entorno donde se efectuará la interacción del usuario con los modelos virtuales. 3. Elaboración de la interfaz de usuario. 4. Programación de algoritmos para la interacción del usuario con el entorno virtual y sus elementos. 5. Implementación de prácticas de neumática mediante realidad virtual con un grupo piloto de estudiantes y docentes. 6. Divulgación de los resultados en un congreso, coloquio, o evento local. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El equipo de alumnos y académicos participantes en este proyecto ha demostrado un gran nivel de compromiso, entusiasmo y dedicación; logrando llevar a cabo, y a buen término, la realización de este proyecto, al dar cumplimiento pleno tanto al objetivo como a todas y cada una de las metas establecidas. También se logró cumplir con la generación de prácticamente todos los productos comprometidos, y cabe señalar que se generaron productos adicionales a los inicialmente considerados. La capacidad, conocimientos y habilidades del equipo de trabajo no solamente hizo posible concluir satisfactoriamente este proyecto, sino que también permitió definir nuevos y más ambiciosos objetivos y metas, que se encuentran plasmados en un nuevo proyecto PAPIME (PE104922), para darle continuidad a este esfuerzo y llegar a implementar las cinco prácticas faltantes para completar la totalidad de las prácticas de Neumática, contenidas en el manual de prácticas de Automatización Industrial. El hecho de que este segundo PAPIME haya resultado igualmente apoyado, en la convocatoria 2022, habla también de la calidad e importancia del trabajo que se está desarrollando. Esto mismo ha sido corroborado, en primer lugar, por las felicitaciones y comentarios recibidos tras la realización de las pruebas de funcionamiento con profesores y alumnos. En segundo lugar, a través de las felicitaciones y comentarios recibidos tras la ponencia presentada en el XXVII Congreso Internacional Anual de la SOMIM. Finalmente, la relevancia del proyecto, así como de los resultados logrados y de sus beneficios potenciales, llevó a la decisión de iniciar el trámite de registro para la protección de la propiedad intelectual de esta obra; nos encontramos a la espera del dictamen correspondiente. Los resultados y logros obtenidos, dada la naturaleza de este proyecto, en muchos casos, pueden ser mejor apreciados con imágenes que con palabras. Por este motivo, se han incluido como evidencias varias imágenes y también algunos videos en el repositorio de la DGAPA, acompañando a este informe escrito. Durante este semestre (2022-2), debido a que todos los grupos de la asignatura Automatización Industrial fueron programados en línea, se tiene considerado comenzar a utilizar, en las clases regulares, el simulador desarrollado. Así, los estudiantes podrán tener una experiencia más cercana al uso del equipo neumático real y, por otro lado, pondremos a prueba la funcionalidad de este programa, para seguirlo mejorando. Con base en todo lo anterior, se concluye que este proyecto ha resultado sumamente productivo, beneficioso, exitoso y aplaudido. Sin embargo, la mejor parte es que, para continuar desarrollándolo, aún tenemos muchas ideas, además del interés, el ánimo, el talento, el potencial y el apoyo de un nuevo proyecto PAPIME. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | 1. Se llevó a cabo el diseño y modelado de distintos elementos virtuales, para poder llevar a cabo la implementación de las prácticas 5 (cilindro de simple efecto) y 6 (cilindro de doble efecto) del manual de prácticas de Automatización Industrial. Los elementos seleccionados fueron los siguientes: red de distribución, unidad de mantenimiento, válvula 3/2 monoestable accionada por botón pulsador, válvula 3/2 monoestable accionada por rodillo (final de carrera), válvula 5/2 monoestable de accionamiento neumático, válvula 5/2 biestable de accionamiento neumático, cilindro neumático de simple efecto, cilindro neumático de doble efecto, accesorios o conectores neumáticos (codo y T), mangueras neumáticas. 2. Se diseñó un entorno virtual a semejanza del Laboratorio de Automatización Industrial de la Facultad de Ingeniería, donde el usuario puede desplazarse libremente para interactuar con los distintos elementos neumáticos, distribuidos en dos estaciones de trabajo que contienen el material necesario para poder realizar la práctica 5, en una de ellas, y la práctica 6, en la otra. 3. Adicionalmente a la realización del diseño gráfico del laboratorio virtual, se definieron las distintas acciones que debe ser capaz de realizar el usuario dentro del entorno virtual, tales como: caminar, correr, saltar, girar el cuerpo, girar la cabeza, manipular conectores neumáticos, realizar conexiones entre componentes neumáticos, deshacer conexiones, eliminar conectores, accionar válvulas manuales (activadas por botón). Se realizó la programación necesaria para poder llevar a cabo cada una de dichas acciones y se les asignaron comandos que pueden ser activados desde el teclado o mediante el ratón de la computadora, según sea el caso. Se incluyó también una pantalla de instrucciones, que puede ser consultada en cualquier momento que el usuario lo requiera. Incluso es posible ajustar la sensibilidad del ratón según las preferencias o necesidades de cada persona. 4. Se realizó la programación necesaria para gestionar tanto las acciones del usuario, mencionadas previamente, como el funcionamiento propio de cada elemento neumático según se encuentre recibiendo alimentación de aire o no (movimientos, colisiones, regulación de velocidad de los cilindros neumáticos). 5. Una vez realizado todo lo anterior, se llevó a cabo la presentación de esta herramienta virtual ante la Academia de Automatización Industrial y la primera prueba piloto, para recopilar sus opiniones y comentarios. Con base en la retroalimentación recibida por el cuerpo docente, se implementaron cambios y mejoras. Posteriormente, se llevó a cabo la segunda prueba piloto, con estudiantes, y, de igual manera, se les aplicó una encuesta para obtener sus impresiones. 6. Derivado de todo lo anterior, se elaboró un artículo, para divulgar los resultados logrados, el cual fue presentado en el XXVII Congreso Internacional Anual de la SOMIM y publicado en las memorias correspondientes (ISSN 2448-5551). |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ingeniería |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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