Estudio de una metodología de software para la predicción y análisis del balance paramétrico de buques para su aplicación en los criterios de estabilidad de segunda generación

El objetivo de ésta tesis es estudiar cómo desarrollar una aplicación informática que implemente algoritmos numéricos de evaluación de características hidrodinámicas de modelos geométricos representativos de carenas de buques. Se trata de especificar los requisitos necesarios que debe cumplir un programa para informático orientado a dar solución a un determinado problema hidródinámico, como es simular el comportamiento en balance de un buque sometido a oleaje, de popa o proa. una vez especificada la aplicación se realizará un diseño del programa; se estudiarán alternativas para implementar la aplicación; se explicará el proceso que ha de seguirse para obtener la aplicación en funcionamiento y se contrastarán los resultados obtenidos en la medida que sea posible. Se pretende sistematizar y sintetizar todo el proceso de desarrollo de software, orientado a la simulación del comportamiento hidrodinámico de un buque, en una metodología que se pondrá a disposición de la comunidad académica y científica en la forma que se considere más adecuada. Se trata, por tanto, de proponer una metodología de desarrollo de software para obetener una aplicación que facilite la evaluación de diferentes alternativas de estudio variando parámetros relativos al problema en estudio y que sea capaz de proporcionar resultados para su análisis. Así mismo se incide en cómo ha de conducirse en el proceso para que dicha aplicación pueda crecer, incorporando soluciones existentes no implementadas o nuevas soluciones que aparezcan en este ámbito de conocimiento. Como aplicación concreta de la aplicación se ha elegido implementar los algoritmos necesarios para evaluar la aparición del balance paramétrico en un buque. En el análisis de éste problema se considera de interés la representación geométrica que se hace de la carena del buque. Además de la carena aparecen otros elementos que tienen influencia determinante en éste estudio, como son las situación de mar y las situaciones de carga. Idealmente, el problema sería resuelto si se consiguiera determinar el ángulo de balance que se produce al enfrentar un buque a las diferentes condiciones de mar. Se pretende preparar un programa utilizando el paradigma de la orientación a objetos. Considero que es la más adecuada forma de modularizar el programa para poder utilizar diferentes modelos de una misma carena y así comparar los resultados de la evaluación del balance paramétrico entre sí. En una etapa posterior se podrían comparar los resultados con otros obtenidos empíricamente. Hablo de una nueva metodología porque pretendo indicar cómo se ha de construir una aplicación de software que sea usable y sobre la que se pueda seguir desarrollando. Esto justifica la selección del lenguaje de programación C++. Se seleccionará un núcleo geométrico de software que permita acoplar de forma versátil los distintos componentes de software que van a construir el programa. Este trabajo pretende aplicar el desarrollo de software a un aspecto concreto del área de conocimiento de la hidrodinámica. No se pretende aportar nuevos algoritmos para resolver problemas de hidrodinámica, sino diseñar un conjunto de objetos de software que implementen soluciones existentes a conocidas soluciones numéricas a dichos problemas. Se trata fundamentalmente de un trabajo de software, más que de hidrodinámica. Lo que aporta de novedad es una nueva forma de realizar un programa aplicado a los cálculos hidrodinámicos relativos a la determinación del balance paramétrico, que pueda crecer e incorporar cualquier novedad que pueda surgir más adelante. Esto será posible por la programación modular utilizada y los objetos que representan cada uno de los elementos que intervienen en la determinación del balance paramétrico. La elección de aplicar la metodología a la predicción del balance paramétrico se debe a que este concepto es uno de los elementos que intervienen en la evaluación de criterios de estabilidad de segunda generación que estan en estudio para su futura aplicación en el ámbito de la construcción naval. Es por tanto un estudio que despierta interés por su próxima utilidad. ABSTRACT The aim of this thesis is to study how to develop a computer application implementing numerical algorithms to assess hydrodynamic features of geometrical models of vessels. It is therefore to propose a methodology for software development applied to an hydrodynamic problem, in order to evaluate different study alternatives by varying different parameters related to the problem and to be capable of providing results for analysis. As a concrete application of the program it has been chosen to implement the algorithms necessary for evaluating the appearance of parametric rolling in a vessel. In the analysis of this problem it is considered of interest the geometrical representation of the hull of the ship and other elements which have decisive influence in this phenomena, such as the sea situation and the loading condition. Ideally, the application would determine the roll angle that occurs when a ship is on waves of different characteristics. It aims to prepare a program by using the paradigm of object oriented programming. I think it is the best methodology to modularize the program. My intention is to show how face the global process of developing an application from the initial specification until the final release of the program. The process will keep in mind the spefici objetives of usability and the possibility of growing in the scope of the software. This work intends to apply software development to a particular aspect the area of knowledge of hydrodynamics. It is not intended to provide new algorithms for solving problems of hydrodynamics, but designing a set of software objects that implement existing solutions to these problems. This is essentially a job software rather than hydrodynamic. The novelty of this thesis stands in this work focuses in describing how to apply the whole proccess of software engineering to hydrodinamics problems. The choice of the prediction of parametric balance as the main objetive to be applied to is because this concept is one of the elements involved in the evaluation of the intact stability criteria of second generation. Therefore, I consider this study as relevant usefull for the future application in the field of shipbuilding.

Diseño de un cuadricóptero de bajo coste basado en herramientas de software libre

El presente proyecto tiene como objetivo la realización de un cuadricóptero de bajo coste desarrollado con herramientas de software libre, con el fin de permitir el acceso y modificación del mismo a cualquiera que posea los conocimientos necesarios. Los cuadricópteros se definen como un vehículo aéreo no tripulado con cuatro rotores en los extremos. Los ejemplos existentes de estos tipos de vehículos son casi siempre de grandes cuadricópteros, los cuales utilizan diferentes tecnologías en los motores y control de los mismos. Los cuadricópteros de similar tamaño al que se pretende realizar son por lo general de compañías con hardware y software cerrado. En el caso de este proyecto se ha realizado un cuadricóptero de tamaño menor a 5 x 5 cm. La innovación que se propone con este proyecto es una forma de detectar obstáculos para cuadricópteros de tamaño similar, en los que la limitación del peso del dron supone una disminución de las opciones disponibles. Se desea que el cuadricóptero sea capaz de realizar un vuelo estable detectando y esquivando obstáculos sin necesidad de ayuda externa como operadores con mando de radio frecuencia. Para la creación del cuadricóptero, se ha realizado tanto el diseño de los esquemáticos como el diseño de las huellas para la utilización en el desarrollo de la PCB. Para ello se ha hecho uso de herramientas de software libre como es Kicad, software para el desarrollo de esquemáticos y placas de circuito impreso con las funcionalidades principales de cualquier software privativo relacionado. Se pretende de esta forma aportar a la literatura, un aspecto práctico de la realización de cuadricópteros, tanto desde los aspectos teóricos del diseño como los aspectos prácticos de la fabricación y soldadura de los componentes del cuadricóptero. En la realización del presente proyecto se ha tenido en cuenta los diferentes algoritmos que existen para la fusión de datos de la unidad de medida inercial, tanto la facilidad de implementación de los mismos como la facilidad de los cálculos resultantes de esta implementación. Se ha hecho una implementación de un filtro complementario, dando resultados satisfactorios debido a las características intrínsecas de la unidad de medida inercial. Además del filtro complementario, se ha realizado una implementación del filtro diseñado por Sebastian Madgwick [1]. Este filtro está especialmente diseñado para la fusión de los datos provenientes de la unidad de medida inercial, proporcionando la orientación del sistema haciendo uso de la representación en cuaternios de los datos del acelerómetro y giróscopo, permitiendo el uso del método del gradiente para el cálculo del error del giróscopo. Para la selección de los componentes, se ha hecho un análisis pormenorizado de las diferentes opciones disponibles, tomando como punto de partida los cuadricópteros que existen en la actualidad. Se han elegido estos componentes en función de las características de los mismos, prestando especial atención al tamaño, relacionado directamente con el peso de los mismos así como del precio, para lograr un cuadricóptero fácilmente reproducible de bajo coste. En este análisis se ha tenido en cuenta las dificultades existentes en la selección de determinados componentes como son los motores y las hélices. Al ser estos dos componentes caracterizados mediante tablas creadas por los fabricantes y usuarios de los mismos, la selección de los mismos se ha visto dificultada a la hora de elegir componentes de coste reducido al poseer poca información sobre los mismos. En especial, las formulas desarrolladas para el cálculo del empuje de los motores están directamente relacionados con los parámetros de las hélices. Estos parámetros están caracterizados para la mayoría de las hélices comerciales utilizadas en cuadricópteros. Para caracterizar las hélices se utiliza un banco de trabajo en donde es posible medir el empuje realizado por el conjunto del motor y hélice. En el caso del presente proyecto, no se disponía de la herramienta necesaria por lo que se ha realizado una estimación de los parámetros en función de las tablas disponibles para hélices similares de mayor tamaño. Para la elección de los sensores para la detección de los obstáculos se ha realizado un estudio de los diferentes sensores disponibles, analizando las ventajas y desventajas de los mismos para la elección del más adecuado para el proyecto. Se ha decidido el uso de sensores de distancia basados en tecnología infrarroja por ser los únicos que se adaptan a los requisitos de peso impuesto por el modelo. Además en este proyecto se ha realizado el montaje y soldadura de los componentes de la PCB. Estos componentes al ser de tamaño reducido, se ha comprobado que para la soldadura de los mismos es necesario el uso de herramientas especializadas, como puede ser estaciones de soldadura y pistola de aire caliente lo que dificulta su soldadura de manera no profesional. Al término de este proyecto se ha comprobado la dificultad de la realización de una correcta soldadura de los componentes, lo que introduce errores de conectividad entre los componentes, en concreto se ha detectado errores entre el microprocesador y unidad de medida inercial. Además de estos errores, se ha comprobado la dificultad de regular el sistema, no logrando un vuelo estable en el tiempo de escritura del presente proyecto. Por último se presenta el prototipo creado a lo largo del proyecto, al cual se le pueden hacer diferentes modificaciones como posibles líneas futuras, entre las que se encuentran una mejor regulación que permita el vuelo de un conjunto de drones.

Estudio empírico de la influencia de la experiencia y del conocimiento del dominio del analista en la efectividad de la educción de requisitos

Contexto: La presente tesis doctoral se enmarca en la actividad de educción de los requisitos. La educción de requisitos es generalmente aceptada como una de las actividades más importantes dentro del proceso de Ingeniería de Requisitos, y tiene un impacto directo en la calidad del software. Es una actividad donde la comunicación entre los involucrados (analistas, clientes, usuarios) es primordial. La efectividad y eficacia del analista en la compresión de las necesidades de clientes y usuarios es un factor crítico para el éxito del desarrollo de software. La literatura se ha centrado principalmente en estudiar y comprender un conjunto específico de capacidades o habilidades personales que debe poseer el analista para realizar de forma efectiva la actividad de educción. Sin embargo, existen muy pocos trabajos que han estudiado dichas capacidades o habilidades empíricamente. Objetivo: La presente investigación tiene por objetivo estudiar el efecto de la experiencia, el conocimiento acerca del dominio y la titulación académica que poseen los analistas en la efectividad del proceso de educción de los requisitos, durante los primeros contactos del analista con el cliente. Método de Investigación: Hemos ejecutado 8 estudios empíricos entre cuasi-experimentos (4) y experimentos controlados (4). Un total de 110 sujetos experimentales han participado en los estudios, entre estudiantes de post-grado de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos de la Universidad Politécnica de Madrid y profesionales. La tarea experimental consistió en realizar sesiones de educción de requisitos sobre uno o más dominios de problemas (de carácter conocido y desconocido para los sujetos). Las sesiones de educción se realizaron empleando la entrevista abierta. Finalizada la entrevista, los sujetos reportaron por escrito toda la información adquirida. Resultados: Para dominios desconocidos, la experiencia (entrevistas, requisitos, desarrollo y profesional) del analista no influye en su efectividad. En dominios conocidos, la experiencia en entrevistas (r = 0.34, p-valor = 0.080) y la experiencia en requisitos (r = 0.22, p-valor = 0.279), ejercen un efecto positivo. Esto es, los analistas con más años de experiencia en entrevistas y/o requisitos tienden a alcanzar mejores efectividades. Por el contrario, la experiencia en desarrollo (r = -0.06, p-valor = 0.765) y la experiencia profesional (r = -0.35, p-valor = 0.077), tienden a ejercer un efecto nulo y negativo, respectivamente. En lo que respecta al conocimiento acerca del dominio del problema que poseen los analistas, ejerce un moderado efecto positivo (r=0.31), estadísticamente significativo (p-valor = 0.029) en la efectividad de la actividad de educción. Esto es, los analistas con conocimiento tienden a ser más efectivos en los dominios de problema conocidos. En lo que respecta a la titulación académica, por falta de diversidad en las titulaciones académicas de los sujetos experimentales no es posible alcanzar una conclusión. Hemos podido explorar el efecto de la titulación académica en sólo dos cuasi-experimentos, sin embargo, nuestros resultados arrojan efectos contradictorios (r = 0.694, p-valor = 0.51 y r = -0.266, p-valor = 0.383). Además de las variables estudiadas indicadas anteriormente, hemos confirmado la existencia de variables moderadoras que afectan a la actividad de educción, tales como el entrevistado o la formación. Nuestros datos experimentales confirman que el entrevistado es un factor clave en la actividad de educción. Estadísticamente ejerce una influencia significativa en la efectividad de los analistas (p-valor= 0.000). La diferencia entre entrevistar a uno u otro entrevistado, en unidades naturales, varía entre un 18% - 23% en efectividad. Por otro lado, la formación en requisitos aumenta considerablemente la efectividad de los analistas. Los sujetos que realizaron la educción de requisitos después de recibir una formación específica en requisitos tienden a ser entre un 12% y 20% más efectivos que aquellos que no la recibieron. El efecto es significativo (p-valor = 0.000). Finalmente, hemos observado tres hechos que podrían influir en los resultados de esta investigación. En primer lugar, la efectividad de los analistas es diferencial dependiendo del tipo de elemento del dominio. En dominios conocidos, los analistas con experiencia tienden a adquirir más conceptos que los analistas noveles. En los dominios desconocidos, son los procesos los que se adquieren de forma prominente. En segundo lugar, los analistas llegan a una especie de “techo de cristal” que no les permite adquirir más información. Es decir, el analista sólo reconoce (parte de) los elementos del dominio del problema mencionado. Este hecho se observa tanto en el dominio de problema desconocido como en el conocido, y parece estar relacionado con el modo en que los analistas exploran el dominio del problema. En tercer lugar, aunque los años de experiencia no parecen predecir cuán efectivo será un analista, sí parecen asegurar que un analista con cierta experiencia, en general, tendrá una efectividad mínima que será superior a la efectividad mínima de los analistas con menos experiencia. Conclusiones: Los resultados obtenidos muestran que en dominios desconocidos, la experiencia por sí misma no determina la efectividad de los analistas de requisitos. En dominios conocidos, la efectividad de los analistas se ve influenciada por su experiencia en entrevistas y requisitos, aunque sólo parcialmente. Otras variables influyen en la efectividad de los analistas, como podrían ser las habilidades débiles. El conocimiento del dominio del problema por parte del analista ejerce un efecto positivo en la efectividad de los analistas, e interacciona positivamente con la experiencia incrementando aún más la efectividad de los analistas. Si bien no fue posible obtener conclusiones sólidas respecto al efecto de la titulación académica, si parece claro que la formación específica en requisitos ejerce una importante influencia positiva en la efectividad de los analistas. Finalmente, el analista no es el único factor relevante en la actividad de educción. Los clientes/usuarios (entrevistados) también juegan un rol importante en el proceso de generación de información. ABSTRACT Context: This PhD dissertation addresses requirements elicitation activity. Requirements elicitation is generally acknowledged as one of the most important activities of the requirements process, having a direct impact in the software quality. It is an activity where the communication among stakeholders (analysts, customers, users) is paramount. The analyst’s ability to effectively understand customers/users’ needs represents a critical factor for the success of software development. The literature has focused on studying and comprehending a specific set of personal skills that the analyst must have to perform requirements elicitation effectively. However, few studies have explored those skills from an empirical viewpoint. Goal: This research aims to study the effects of experience, domain knowledge and academic qualifications on the analysts’ effectiveness when performing requirements elicitation, during the first stages of analyst-customer interaction. Research method: We have conducted eight empirical studies, quasi-experiments (four) and controlled experiments (four). 110 experimental subjects participated, including: graduate students with the Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos of the Universidad Politécnica de Madrid, as well as researchers and professionals. The experimental tasks consisted in elicitation sessions about one or several problem domains (ignorant and/or aware for the subjects). Elicitation sessions were conducted using unstructured interviews. After each interview, the subjects reported in written all collected information. Results: In ignorant domains, the analyst’s experience (interviews, requirements, development and professional) does not influence her effectiveness. In aware domains, interviewing experience (r = 0.34, p-value = 0.080) and requirements experience (r = 0.22, p-value = 0.279), make a positive effect, i.e.: the analysts with more years of interviewing/requirements experience tend to achieve higher effectiveness. On the other hand, development experience (r = -0.06, p-value = 0.765) and professional experience (r = -0.35, p-value = 0.077) tend to make a null and negative effect, respectively. On what regards the analyst’s problem domain knowledge, it makes a modest positive effect (r=0.31), statistically significant (p-value = 0.029) on the effectiveness of the elicitation activity, i.e.: the analysts with tend to be more effective in problem domains they are aware of. On what regards academic qualification, due to the lack of diversity in the subjects’ academic degrees, we cannot come to a conclusion. We have been able to explore the effect of academic qualifications in two experiments; however, our results show opposed effects (r = 0.694, p-value = 0.51 y r = -0.266, p-value = 0.383). Besides the variables mentioned above, we have confirmed the existence of moderator variables influencing the elicitation activity, such as the interviewee and the training. Our data confirm that the interviewee is a key factor in the elicitation activity; it makes statistically significant effect on analysts’ effectiveness (p-value = 0.000). Interviewing one or another interviewee represents a difference in effectiveness of 18% - 23%, in natural units. On the other hand, requirements training increases to a large extent the analysts’ effectiveness. Those subjects who performed requirements elicitation after specific training tend to be 12% - 20% more effective than those who did not receive training. The effect is statistically significant (p-value = 0.000). Finally, we have observed three phenomena that could have an influence on the results of this research. First, the analysts’ effectiveness differs depending on domain element types. In aware domains, experienced analysts tend to capture more concepts than novices. In ignorant domains, processes are identified more frequently. Second, analysts get to a “glass ceiling” that prevents them to acquire more information, i.e.: analysts only identify (part of) the elements of the problem domain. This fact can be observed in both the ignorant and aware domains. Third, experience years do not look like a good predictor of how effective an analyst will be; however, they seem to guarantee that an analyst with some experience years will have a higher minimum effectiveness than the minimum effectiveness of analysts with fewer experience years. Conclusions: Our results point out that experience alone does not explain analysts’ effectiveness in ignorant domains. In aware domains, analysts’ effectiveness is influenced the experience in interviews and requirements, albeit partially. Other variables influence analysts’ effectiveness, e.g.: soft skills. The analysts’ problem domain knowledge makes a positive effect in analysts’ effectiveness; it positively interacts with the experience, increasing even further analysts’ effectiveness. Although we could not obtain solid conclusions on the effect of the academic qualifications, it is plain clear that specific requirements training makes a rather positive effect on analysts’ effectiveness. Finally, the analyst is not the only relevant factor in the elicitation activity. The customers/users (interviewees) play also an important role in the information generation process.

Software de diseño eléctrico para instalaciones fotovoltaicas

En este documento se describen los requisitos y/o especificaciones que servirán como base para una correcta definición de la aplicación a desarrollar. Esta aplicación se encargará de gestionar el diseño eléctrico de instalaciones fotovoltaicas. Este software será diseñado especialmente como herramienta de ayuda para los Ingenieros del Departamento de Construcción de Solaria Energía y Medio Ambiente, S.A.