Aplicación de la metodología de la superficie de respuesta en un curso de postgrado de optimización

Este trabajo describe la introducción de la metodología de superficie de respuesta en un curso de postgrado. Este caso se realiza en la asignatura de “Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón“. Esta asignatura se enmarca en el Plan de Estudios del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón. Los estudiantes aprenden aquí conceptos como la optimización de estructuras mediante algoritmos heurísticos, la toma de decisiones multicriterio, técnicas de diseño de experimentos y metamodelos como la superficie de respuesta para obtener resultados óptimos. En este caso de estudio, el objetivo es obtener una solución óptima de un muro de hormigón armado, utilizando las emisiones de CO2 como función objetivo para reducir su impacto. Para aplicar esta metodología, los estudiantes aprovechan programas comerciales. Por un lado, para realizar el análisis estadístico que permita obtener la superficie de respuesta se utiliza Minitab. Por otro lado, los estudiantes comprueban la resistencia de la estructura utilizando el software de cálculo estructural Cype. Como resultado de esta metodología se consigue que los estudiantes alcancen un mejor nivel en competencias transversales, como el diseño y el proyecto, el pensamiento crítico, el análisis y la resolución de problemas o el uso de software específico. En este trabajo se presentan futuros estudios de investigación relacionados con el uso de técnicas de optimización de estructuras por parte de los estudiantes aplicando otras técnicas de optimización diferentes.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V. (2021). Application of the response surface methodology in a postgraduate optimization course. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 869-878, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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ESRA, un software educativo para introducir a los estudiantes de ingeniería civil en la programación de proyectos estocástica

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Las técnicas clásicas de programación son herramientas comúnmente empleadas en las escuelas de ingeniería civil de todo el mundo para la enseñanza de la planificación y gestión de proyectos. Técnicas como el método del camino crítico (CPM), el método del diagrama de precedencias (PDM), el diagrama de Gantt o la técnica de evaluación y revisión de programas (PERT) presentan la ventaja de su sencillez, facilidad de comprensión y que se implementan en los programas informáticos de gestión de proyectos más aceptados, como Ms Project o Primavera P6. Sin embargo, estas técnicas de programación presentan importantes limitaciones a la hora de tratar la incertidumbre inherente a la gestión de proyectos de construcción. Por un lado, el enfoque determinista del CPM para el aprendizaje de la planificación del proyecto reduce la sensibilidad y la comprensión de los factores que alteran y desafían significativamente el éxito de un proyecto, y por otro lado, el CPM no es capaz de gestionar la incertidumbre. y desafían el éxito de un proyecto, mientras que, por otro lado, el PERT muestra unas capacidades demasiado limitadas en modelización de la incertidumbre y subestima la desviación estándar de la duración del proyecto.

El Análisis de Riesgo de Programación (SRA) es un método estocástico idóneo para promover que los estudiantes empiecen a gestionar proyectos de forma más eficaz y eficiente. En este trabajo, empleamos un software educativo de SRA (ESRA) para ayudar a los estudiantes a entender el supuesto subyacente de la programación estocástica, así como para hacer explícitas las ventajas de la programación estocástica en comparación con los métodos clásicos como CPM o PERT. ESRA permite modelar tanto la incertidumbre en la duración de las actividades, como la relación entre estas incertidumbres, ampliando la gama de problemas de planificación, que los estudiantes pueden ahora evaluar. Esta investigación se llevó a cabo en cuatro etapas a través de un taller. En primer lugar, se introdujeron los fundamentos teóricos de la simulación de Montecarlo, el método en el que se basan la mayoría de los métodos de evaluación de la incertidumbre. En segundo lugar, los estudiantes emplearon el ESRA para ver cómo funciona este método. En tercer lugar, los alumnos trabajaron en torno a un caso práctico de gestión de proyectos de construcción y analizaron los resultados, comparando los de la evaluación estocástica con los de la evaluación determinista. Por último, se les pidió que respondieran a un cuestionario en el que debían abordar la toma de decisiones en el mundo real en relación con la programación de proyectos que requería tener en cuenta las incertidumbres del proyecto.

Referencia:

SALAS, J.; SIERRA, L.; YEPES, V. (2021). ESRA, an educational software for introducing stochastic scheduling to civil engineering students. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 5788-5798, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Percepción de los estudiantes de postgrado de ingeniería y arquitectura sobre el diseño sostenible

 

La construcción es uno de los responsables de los niveles actuales de estrés ambiental, pero también se reconoce como un sector esencial para promover el bienestar humano, el acceso a la educación o la la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo de infraestructuras y servicios. Por ello, desde el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015, los arquitectos e ingenieros civiles se han erigido como actores clave para el futuro sostenible al que aspiramos. Sin embargo, la complejidad de la sostenibilidad reclama cambios fundamentales en los actuales planes de estudio universitarios para formar profesionales que puedan afrontar dicho reto. Los cursos universitarios convencionales de ingeniería y arquitectura suelen quedarse cortos a la hora de proporcionar una educación holística en la que los estudiantes perciban adecuadamente la relevancia de considerar no sólo los requisitos funcionales de sus diseños, sino también sus consecuencias sociales y medioambientales. La presente comunicación pretende ofrecer una herramienta de evaluación para detectar las principales lagunas en la formación de estos profesionales a partir de las percepciones de los estudiantes de posgrado sobre el diseño sostenible. Se realiza una encuesta a los alumnos de los posgrados “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón” del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón, y “Gestión de la innovación en el sector de la construcción” del Máster en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil, ambos impartidos en la Universidad Politécnica de Valencia. La consistencia de las respuestas se evalúa de forma objetiva a partir del método del Proceso Analítico Jerárquico, sacando a la luz los campos educativos en los que se debe poner especial empeño a la hora de adaptar los planes de estudio universitarios hacia la educación en sostenibilidad.

Figura. Matriz AHP completa

Referencia:

NAVARRO, I.J.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2021). Engineering and architecture postgraduate student’s perceptions on sustainable design. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2554-2563, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Autoevaluación de la capacidad de pensamiento crítico de los estudiantes de ingeniería civil mediante un software basado en AHP

La autoevaluación de los estudiantes desempeña un papel central en su formación. Sin embargo, se ha prestado poca atención a su medición para que sea válida y precisa. Esta capacidad, relacionada con el pensamiento crítico, puede estimarse comparando la evaluación de los alumnos con su rendimiento en los exámenes. Se propone el índice de consistencia como una métrica para medir el pensamiento crítico que permite observar el bajo rendimiento en la capacidad de juicio de una muestra de 23 estudiantes de ingeniería civil. Esto subraya la necesidad de mejorar este aspecto de la formación, que se requiere no solo como competencia transversal, sino también para la consecución de una capacidad de autoevaluación efectiva. Aquí presentamos un software educativo basado en el Proceso Analítico Jerárquico (AHP) que facilita a los estudiantes la autoevaluación para emitir juicios coherentes, así como para entrenar su pensamiento crítico. De este modo, se pretende que los estudiantes sean conscientes de las posibles carencias en su habilidad para la evaluación válida y consistente, así como darles la oportunidad de mejorar este aspecto a través de la autoevaluación. El software incorpora un proceso de tres pasos, en el que la autoevaluación ocurre en la última etapa: en primer lugar, se pide al estudiante una evaluación convencional del profesor basada en criterios ponderados por él mismo mediante AHP sin control de consistencia. En segundo lugar, se le solicita que active el control del índice de consistencia del software, que revelará eventuales incoherencias, y que, en consecuencia, revise sus juicios hasta que sean aceptables. Por último, se le invita a autoevaluar su capacidad para emitir un juicio coherente analizando las diferencias entre su evaluación con (paso 2) y sin (paso 1) la ayuda del control de coherencia. Ello le permite reflexionar sobre las diferencias entre la evaluación coherente y la incoherente, y a pensar en sus posibles causas. Los estudiantes pueden realizar de forma autónoma todo el proceso en el software presentado. Además, sirve como plataforma para la auto-retroalimentación efectiva y el entrenamiento de su precisión de evaluación y capacidad de pensamiento crítico.

Referencia:

SALAS, J.; SIERRA, L.; YEPES, V. (2021). AHP-based educational sofware for strudents’ self-assessment of critical thinking capacity. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2744-2753, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Técnicas de decisión multicriterio en la ingeniería civil. Estudio comparativo aplicado a la sostenibilidad de las estructuras

Figura. Modelo de estructura para una vivienda unifamiliar

Tradicionalmente, las carreras técnicas se han centrado en promover la funcionalidad y la durabilidad de los diseños orientando las capacidades de sus estudiantes hacia la optimización de los aspectos económicos. Los desafíos que han surgido recientemente en relación con el futuro del sector de la construcción y las nuevas ciudades requieren un cambio de paradigma en la enseñanza convencional de la ingeniería civil y la arquitectura. Las nuevas tendencias tendencias se han detectado en los programas de educación superior a través de la introducción de nuevos conceptos como el diseño sostenible. Según la UNESCO, “la educación para el desarrollo sostenible promueve competencias como el pensamiento crítico y la toma de decisiones de forma colaborativa”. En el curso de postgrado “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón”, impartido en el Máster Universitario de Ingeniería del Hormigón de la Universitat Politècnica de València, se instruye a los alumnos en metodologías de investigación que permiten evaluar la sostenibilidad a través de diferentes criterios múltiples técnicas de decisión en la selección de la mejor tipología estructural considerando aspectos económicos ambiental y social. En este trabajo se realiza un estudio comparativo y la aplicación de las diferentes herramientas impartidas en la asignatura para la toma de decisiones con criterios múltiples, a saber, SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR, ELECTRE, MIVES así como AHP para las ponderaciones. La evaluación ofrece una visión transversal, con las características, fortalezas y debilidades de estas técnicas multicriterio técnicas multicriterio que se utilizan habitualmente en el ámbito de la sostenibilidad, aplicadas en este caso entre tres alternativas de diseño para la estructura de una vivienda unifamiliar.

Referencia:

YEPES, V.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J. (2021). Multi-criteria decision techniques in civil engineering education. Comparative study applied to the sustainability of structures. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2564-2573, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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Toma de decisiones aplicada a la construcción de un puente mixto en cajón

Os dejo a continuación un ejemplo sencillo de aplicación de la técnica AHP de toma de decisiones dirigida a la selección de alternativas en la construcción de un puente mixto en cajón. Se trata de un caso que utilizamos con nuestros estudiantes para enseñar la técnica. Tratamos de evitar que, en los estudios de soluciones, los estudiantes recurran siempre a las matrices de valoración ponderada, donde los pesos de cada criterio siempre se ponen de forma más o menos arbitraria, o bien para justificar la solución preferida. Este tipo de problemas también suelen aparecer en los concursos de licitación de obras públicas.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; ATA-ALI, N.; MARTÍ, J.V. (2019). Multi-criteria decision analysis techniques applied to the construction of a composite box-girder bridge. 13th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2019), Valencia, 11th, 12th and 13th of March, 2019, 1458-1467. ISBN: 978-84-09-08619-1

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Una valoración preliminar de la competencia transversal “pensamiento crítico” en los estudios de ingeniería civil

A continuación os dejo una comunicación que acabamos de presentar la congreso INTED 2017 que se ha celebrado en Valencia. Trata sobre una valoración preliminar de la competencia transversal “pensamiento crítico” en los estudios de ingeniería civil. Espero que os sea de interés.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2

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