Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES INGENIERO INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARRERA APLICACIÓN ANDROID PARA LA RESOLUCIÓN DE ESTRUCTURAS 2D DE BARRAS. Autor del proyecto: González Arias, Javier Tutor: Pereda Llamas, José Dpto. Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno, Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de Estructuras MAYO — 2014 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 2 Javier González Arias 1 RESUMEN .............................................................................................................................. 6 2 INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ................................................................ 7 2.1 Motivación del proyecto ............................................................................................... 8 2.2 Objetivos del proyecto .................................................................................................. 8 3 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................................... 10 3.1 Dispositivos móviles .................................................................................................... 10 3.1.1 Clasificación de los dispositivos móviles ............................................................. 10 3.1.1.1 Dispositivos de comunicación ......................................................................... 11 3.1.1.2 Dispositivo de computación ............................................................................ 11 3.1.1.3 Reproductor/Grabador multimedia ................................................................ 11 3.1.1.4 Consola portátil ............................................................................................... 11 3.1.1.5 Tabletas ........................................................................................................... 11 3.1.2 Sistemas operativos para dispositivos móviles ................................................... 12 3.1.2.1 Ubuntu Touch .................................................................................................. 12 3.1.2.2 Firefox OS (HTML5) ......................................................................................... 13 3.1.2.3 Symbian ........................................................................................................... 14 3.1.2.4 BlackBerry O.S.............................................................................................. 14 3.1.2.5 Windows Phone ............................................................................................ 15 3.1.2.6 iOS .................................................................................................................. 16 3.1.2.7 Android ............................................................................................................ 17 3.1.2.8 Evolución de los sistemas operativos móviles ................................................ 17 3.1.2.9 Estado actual del mercado de desarrollo de aplicaciones móviles ................. 21 3.2 Java .............................................................................................................................. 29 3.2.1 Arquitectura de Java Micro Edition ..................................................................... 30 3.2.2 Fragmentación en Java ME y Android ................................................................. 31 4 JUSTIFICACIÓN SISTEMA OPERATIVO ESCOGIDO ............................................................... 33 4.1 Justificación ................................................................................................................. 33 4.2 Android SO .................................................................................................................. 33 4.2.1 Arquitectura Android .......................................................................................... 33 4.2.1.1 Kernel de Linux ................................................................................................ 34 4.2.1.2 Librerías ........................................................................................................... 35 4.2.1.3 Entorno de ejecución ...................................................................................... 36 4.2.1.4 Framework de aplicaciones ............................................................................. 36 4.2.1.5 Aplicaciones ..................................................................................................... 37 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 3 Javier González Arias 4.2.2 Fundamentos de la creación de aplicaciones Android ........................................ 38 4.2.2.1 Componentes de las Aplicaciones Android ..................................................... 39 4.2.2.2 El Manifiesto de una Aplicación Android (Android Manifest) ......................... 39 4.2.2.3 Creación y destrucción de Aplicaciones y Actividades (Ciclo de vida) ............ 40 4.2.2.4 Recursos de las aplicaciones Android ............................................................. 43 4.2.2.5 Procesos y prioridades .................................................................................... 44 4.3 Entorno de Desarrollo Integrado (IDE) ........................................................................ 45 4.3.1 Justificación IDE escogido .................................................................................... 45 5 APLICACIÓN SPS .................................................................................................................. 47 5.1 Introducción ................................................................................................................ 47 5.1.1 Tamaño de la pantalla y densidad de pixeles...................................................... 47 5.1.2 Configuraciones de entrada ................................................................................ 47 5.1.3 Características del dispositivo ............................................................................. 47 5.1.4 Versión de la plataforma ..................................................................................... 47 5.2 Descripción de la aplicación ........................................................................................ 49 5.2.1 Estructura de la aplicación SPS ............................................................................ 49 5.2.2 Funcionamiento de la aplicación ......................................................................... 51 5.3 Guía de usuario de la aplicación .................................................................................. 52 5.3.1 Pantalla inicial ..................................................................................................... 53 5.3.2 Menú general de la aplicación ............................................................................ 54 5.3.3 Icono de apertura de menú de opciones gráficas ............................................... 59 5.3.4 Icono de creación ................................................................................................ 60 5.3.4.1 Crear nodo ....................................................................................................... 60 5.3.4.2 Crear barra ...................................................................................................... 62 5.3.4.3 Crear carga ...................................................................................................... 65 5.3.4.3.1 Cargas sobre nodo ..................................................................................... 65 5.3.4.3.2 Cargas sobre barra .................................................................................... 66 5.3.5 Icono de eliminación ........................................................................................... 72 5.3.5.1 Eliminar nodo .................................................................................................. 72 5.3.5.2 Eliminar barra .................................................................................................. 73 5.3.5.3 Eliminar carga .................................................................................................. 73 5.3.5.3.1 Eliminar carga sobre nodo ........................................................................ 74 5.3.5.3.2 Eliminar carga sobre barra ........................................................................ 74 5.3.6 Icono de edición .................................................................................................. 79 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 4 Javier González Arias 5.3.7 Icono de visualización de propiedades ............................................................... 80 5.3.7.1 Propiedades de nodo ...................................................................................... 80 5.3.7.2 Propiedades de barra ...................................................................................... 82 5.3.8 Icono de cálculo ................................................................................................... 83 5.3.9 Icono de resultados gráficos ............................................................................... 83 5.3.9.1 Visualizar deformada ....................................................................................... 84 5.3.9.2 Visualizar diagrama de esfuerzos axiles .......................................................... 84 5.3.9.3 Visualizar diagrama de esfuerzos cortantes .................................................... 85 5.3.9.4 Visualizar diagrama de momentos flectores ................................................... 85 5.3.10 Icono de resultados numéricos ........................................................................... 85 5.3.10.1 Listados de nodo ......................................................................................... 85 5.3.10.2 Listados de barra ......................................................................................... 86 5.3.10.2.1 Desplazamientos ..................................................................................... 86 5.3.10.2.2 Esfuerzos ................................................................................................. 87 5.3.10.2.3 Valores máximos ..................................................................................... 88 5.3.11 Icono de redefinición........................................................................................... 89 5.3.12 Pantalla gráfica .................................................................................................... 89 5.4 Ejemplo práctico .......................................................................................................... 90 5.4.1 Creación de nodos ............................................................................................... 91 5.4.2 Creación de barras .............................................................................................. 93 5.4.3 Creación de cargas .............................................................................................. 95 5.4.4 Comprobación de datos introducidos ................................................................. 97 5.4.5 Cálculo ............................................................................................................... 100 5.4.6 Resultados gráficos............................................................................................ 100 5.4.6.1 Deformada..................................................................................................... 100 5.4.6.2 Esfuerzo Axil .................................................................................................. 101 5.4.6.3 Esfuerzo Cortante .......................................................................................... 101 5.4.6.4 Momento Flector .......................................................................................... 102 5.4.6.5 Conjunto de gráficos ..................................................................................... 103 5.4.7 Resultados numéricos ....................................................................................... 104 5.4.7.1 Listado Nodos ................................................................................................ 104 5.4.7.2 Listado Barras (Desplazamientos) ................................................................. 105 5.4.7.3 Listado Barras (Esfuerzos) ............................................................................. 105 5.4.7.4 Listado Valores Máximos .............................................................................. 105 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 5 Javier González Arias 6 GOOGLE PLAY .................................................................................................................... 107 6.1 Aplicación en Google Play ......................................................................................... 107 6.1.1 Pasos previos ..................................................................................................... 107 6.1.1.1 Registros de logs ............................................................................................ 107 6.1.1.2 Notificaciones del depurador ........................................................................ 107 6.1.1.3 Datos de ejemplo .......................................................................................... 108 6.1.1.4 AndroidManifest.xml..................................................................................... 108 6.1.1.5 Acuerdo de licencia del usuario final ............................................................ 108 6.1.1.6 Realización de prueba ................................................................................... 108 6.2 Firma digital de la aplicación ..................................................................................... 109 6.3 Publicación en Google Play ....................................................................................... 110 6.4 Estudio de competencia ............................................................................................ 111 6.4.1 Frame Design 2D ............................................................................................... 111 6.4.2 EpicFEM ............................................................................................................. 112 7 ESTUDIO ECONÓMICO ...................................................................................................... 114 8 OBJETIVOS ALCANZADOS Y VÍAS DE FUTURO ................................................................... 115 8.1 Objetivos alcanzados ................................................................................................. 115 8.2 Vías de futuro ............................................................................................................ 115 9 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 117 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 6 Javier González Arias 1 RESUMEN La aplicación Android SPS es una herramienta que nos permitirá resolver estructuras planas 2D que el usuario podrá construir y visualizar a su antojo, el motor de cálculo está basado en el Método Directo de Rigidez y la salida de resultados contempla todo tipo de diagramas, listados y visualización de deformada. Captura 1: Icono de la aplicación Captura 2: Deformada de 2 cerchas no articuladas obtenida con la aplicación Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 7 Javier González Arias 2 INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Analizando el desarrollo tecnológico que ha experimentado la Sociedad desde mediados del siglo XX hasta la actualidad, se podría señalar que la verdadera revolución de este periodo ha sido el descubrimiento de la informática y su progresiva implantación en todas las disciplinas, desde las del conocimiento hasta las de producción, así como su introducción en el común de la población, lo que ha provocado un cambio en nuestra sociedad y nuestra economía, este cambio se puede considerar uno de los más rápidos que ha sufrido la sociedad. El actor inicial de esta gran revolución es sin duda el computador u ordenador. Aparecieron primero como enormes y costosas máquinas que solamente estaban disponibles en importantes universidades o centros de investigación. Y debido a la retroalimentación de esta revolución, provocó el desarrollo de nuevas técnicas de fabricación, como los circuitos integrados, reducción de tamaño, aumento de capacidades, uso de nuevos materiales, lo que desencadenó una reducción de su precio, esto lo catapultó a ser un producto de masas, como podría ser la televisión o la radio. Con la aparición de Internet, el ordenador obtuvo un grandísimo empuje llegando a poder afirmar sin cometer excesivos errores, que los ordenadores están presentes en la vida social, laboral o académica de una persona, y por tanto son imprescindibles en las actividades cotidianas de esta. Pero la implantación de Internet como servicio abierto, a principios de la década de 1990, llevo consigo el despegue de otro medio de comunicación, que si bien era más antiguo, se reinventaba a sí mismo gracias a los cambios en su tradicional soporte: la telefonía móvil. El uso de la telefonía móvil, ayudado también por Internet no sólo ha provocado o provoca una revolución tecnológica sino un cambio sociológico donde la comunicación y acceso a la información en cualquier momento y lugar representan la gran demanda del usuario. Debido a esta imparable evolución y a la gran demanda por parte de la población de comunicación e información, los dispositivos cada vez reducen más el tamaño de sus componentes aumentando a la vez sus prestaciones, lo que ha permitido fusionar las características de un ordenador y de un teléfono móvil en un mismo dispositivo. Dando lugar a un dispositivo que no sólo puede hacer llamadas o enviar SMS, sino que además puede tener un acceso más o menos limitado a Internet, realizar fotografías, vídeos o uso de tecnología GPS. Así pues, definiremos un dispositivo móvil como una amplísima familia de aparatos electrónicos surgidos en los últimos años, de reducido tamaño, que ofrecen alguna capacidad de procesamiento y almacenamiento de datos y que pueden desempeñar diversas funciones, comprende: desde los smartphones, a ordenadores portátiles, cámaras digitales, reproductores de música, tabletas, netbooks, consolas de videojuegos. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 8 Javier González Arias La mayoría de estos aparatos cuentan con un sistema operativo de mayor o menor complejidad, que permita realizar las tareas de gestión de memoria y control de hardware que precisan. En el caso de los ordenadores portátiles, con tanta o incluso mayor capacidad que los de sobremesa, los sistemas operativos habituales son perfectamente compatibles y funcionan sin diferencias. Sin embargo, en otros dispositivos móviles es preciso diseñar nuevos sistemas operativos adaptados específicamente a sus características: restricciones de memoria y procesamiento, consumo mínimo de energía o gran estabilidad en su funcionamiento, entre otros. Algunos sistemas operativos para dispositivos móviles son: iOS, Windows Phone, BlackBerry OS, Linux, Symbian OS, Firefox OS, Ubuntu Touch (en desarrollo), y como no, Android. 2.1 Motivación del proyecto Dada la creciente importancia de los dispositivos anteriormente expuestos y su implantación masiva, aumentando cada vez más sus prestaciones y capacidades, surge la idea de desarrollar una aplicación relacionada con la ingeniería, en concreto con el cálculo de estructuras, que se pueda difundir y hacer llegar al público para su uso sencillo y cotidiano, sin más que tener un Smartphone en el bolsillo con la aplicación descargada. 2.2 Objetivos del proyecto El sistema operativo para dispositivos móviles de Google, Android, centra el desarrollo de este proyecto fin de carrera. Para poder dirigir con mayor éxito los esfuerzos por conocer y comprender las características de este nuevo sistema, es necesario fijar unos objetivos que abarquen las actividades que se pretenden realizar y, además, permitan al final de las mismas conocer el grado de desarrollo y cumplimiento alcanzado. Por ello, los objetivos perseguidos en el desarrollo de este proyecto son los siguientes:  Conocer las principales características del lenguaje Java. Este es el paso cero, antes de empezar a desarrollar en Android, debíamos analizar programas desarrollados en lenguaje Java, ya que Android se fundamenta en éste, para ello se estudiaron diversos programas desarrollados para ordenador en el Departamento de Teoría de Estructuras, de la misma índole que el que se trata en esta memoria, para poder hacer uso de lo ya disponible y así hacer uso de la regla de la programación promovida por el lenguaje Java de “escribe una vez, ejecuta en cualquier parte”.  Conocer las principales características de Android. El primer paso para conocer este nuevo sistema debe consistir en indagar toda la información posible sobre él, a fin de conocer cuál es su arquitectura, Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 9 Javier González Arias sus componentes básicos, y cuál es su comportamiento al ejecutar las aplicaciones, consultando la documentación pertinente.  Estudiar el entorno de desarrollo de Android. Al lanzarse bajo una licencia de software libre, el SDK completo está disponible para cualquier desarrollador que desee descargarlo. Este incluye numerosas ayudas para comenzar a crear aplicaciones en Android, desde las API completas con todas las clases y paquetes, hasta herramientas de programación y un completo emulador para poder realizar pruebas. Todos estos elementos han de ser estudiados y explicados.  Desarrollar la aplicación para Android. Una vez conocidas las características de este sistema, así como el entorno de desarrollo que ofrece y sus posibilidades, se creará la aplicación que aproveche algunas de las características más fundamentales de Android. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 16 Javier González Arias El objetivo principal que buscaba Microsoft era que el nuevo sistema fuera lo suficientemente flexible y adaptable para poder ser utilizados en un amplio abanico de dispositivos, cuyo única característica común es la de ser de reducido tamaño y tener, por tanto, una limitación obvia en sus recursos. 3.1.2.6 iOS iOS (anteriormente denominado iPhone OS) es un sistema operativo móvil de Apple. Originalmente desarrollado para el iPhone, siendo después usado en dispositivos como el iPod Touch, iPad y el Apple TV. Apple Inc. no permite la instalación de iOS en hardware de terceros. Como ventajas podemos decir que posee una de las tiendas de aplicaciones y juegos más grande del mundo (App Store) y que su diseño y potencia permite disfrutar de una experiencia de usuario bastante agradable. También podemos destacar la integración de todo el sistema con la nube, gracias al iCloud, un nuevo sistema de almacenamiento que permite compartir todas tus aplicaciones, música y fotos con todos tus dispositivos de la misma marca. La interfaz de usuario de iOS está basada en el concepto de manipulación directa, usando gestos multitáctiles. Los elementos de control consisten de deslizadores, interruptores y botones. La respuesta a las órdenes del usuario es inmediata y provee de una interfaz fluida. La interacción con el sistema operativo incluye gestos como deslices, toques, pellizcos, los cuales tienen definiciones diferentes dependiendo del contexto de la interfaz. Se utilizan acelerómetros internos para hacer que algunas aplicaciones respondan a sacudir el dispositivo (por ejemplo, para el comando deshacer) o rotarlo en tres dimensiones (un resultado común es cambiar de modo vertical al apaisado u horizontal). iOS se deriva de Mac OS X, que a su vez está basado en Darwin BSD, y por lo tanto es un sistema operativo Unix. Este sistema operativo no permite Adobe Flash ni Java. En cambio iOS usa HTML5 como una alternativa a Flash. Esta ha sido una característica muy criticada tanto en su momento como en la actualidad. El jailbreak en iOS, es el proceso de remover las limitaciones impuestas por Apple en dispositivos que usen el sistema operativo a través del uso de kernels modificados. Tales dispositivos incluyen el iPhone, iPod Touch, iPad y la Apple TV de segunda generación. El jailbreak permite a los usuarios acceder al sistema de archivos del sistema operativo, permitiéndoles instalar aplicaciones adicionales, extensiones y temas que no están disponibles en la App Store oficial. Un dispositivo con jailbreak puede seguir usando la App Store, iTunes y las demás funciones normales, como realizar llamadas. El jailbreak es necesario si el usuario quiere ejecutar software no autorizado por Apple. Las aplicaciones deben ser escritas y compiladas específicamente para la arquitectura ARM, por lo que las desarrolladas para Mac OS X no pueden ser usadas en iOS. Al igual que otros navegadores, Safari admite aplicaciones web. Aplicaciones Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 17 Javier González Arias nativas de terceros están disponibles para dispositivos corriendo en iPhone OS 2.0 o posterior, por medio del App Store. El SDK de Apple permite a los desarrolladores hacer aplicaciones para el iPhone e iPod Touch, así como probarlas en el "iPhone simulator". De cualquier manera, solo es posible utilizar la aplicación en los dispositivos después de pagar la cuota del iPhone Developer Program. Estas aplicaciones, como las de Mac OS X, están escritas en Objective-C. 3.1.2.7 Android Android en un sistema operativo móvil basado en el núcleo de Linux, mucho más simple que los sistemas operativos para PCs y orientado a la conectividad inalámbrica; que junto con aplicaciones middleware (conjunto de módulos como los motores de mensajería y comunicaciones, códecs multimedia, intérpretes de páginas web, gestión del dispositivo y seguridad) controla los dispositivos móviles, como Smartphone o teléfonos inteligentes, tabletas, Google TV. El sistema Linux utiliza una máquina virtual que es la responsable de convertir el código escrito en Java de las aplicaciones a código capaz de comprender el Kernel. Fue desarrollado inicialmente por Android Inc., una firma comprada por Google en 2005. Es el principal producto de la Open Handset Alliance, un conglomerado de 78 fabricantes y desarrolladores de hardware, software y operadores de servicio, las cuales llegaron a un acuerdo para promocionar los estándares de códigos abiertos para dispositivos móviles. Sin embargo, ha sido Google quien ha publicado la mayoría del código fuente de Android bajo la licencia de Software Apache, una licencia de software libre y de código abierto a cualquier desarrollador. Dicho código fuente de Android está basado en bibliotecas desarrolladas o adaptadas por Google mediante el lenguaje de programación Java, si bien es cierto que los componentes del sistema operativo están escritos en C o C++. Por lo que programar en Android resulta muy sencillo y no tenemos que invertir en licencias para hacerlo. Las aplicaciones para Android se escriben y desarrollan en Java aunque con unas APIS propias por lo que las aplicaciones escritas en Java para PC y demás plataformas ya existentes no son compatibles con este sistema 3.1.2.8 Evolución de los sistemas operativos móviles En primer lugar vamos a ver la gráfica que muestra la evolución de los principales sistemas operativos móviles en los últimos años, concretamente desde 2010 hasta el presente 2014. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 18 Javier González Arias Gráfica 1: Evolución Mundial SO Móviles desde 2010 a 2014 Se puede ver en la gráfica una clara tendencia desde hace dos años, que muestra a Android como el sistema operativo móvil más extendido a nivel mundial. Hace varios años el sistema operativo Android desarrollado por Google despegó en el mercado y comenzó a competir con iOs de Apple como sistema operativo de referencia a nivel mundial, y 2013 fue el año en el que Android se afianzó como el sistema operativo móvil con mayor cuota de mercado (en torno al 80%), incluso llegando a desbancar a iOS como sistema operativo móvil más vendido durante ese año en EEUU. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 19 Javier González Arias Gráfica 2: Evolución SO Móviles desde 2010 a 2014 en España Esa misma tendencia se puede ver en España, pero con unos valores de mercado aún más abrumadores, llegando a estar en torno al 75% en nuestro país. Sin duda el punto de inflexión fue el año 2010, a partir de aquí su incremento ha sido imparable hasta el momento. Para ver mejor esta tendencia a nivel mundial y ver el desarrollo que Android ha tenido en estos últimos años, se han escogido tres mapamundis fechados en 2010, 2012 y 2014. Muestran el sistema operativo más utilizado en los diferentes países del mundo en esas fechas, y los resultados hablan por sí solos. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 20 Javier González Arias Imagen 1: SO Móviles más utilizados por países año 2010 Imagen 2: SO Móviles más utilizados por países año 2012 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 21 Javier González Arias Imagen 3: SO Móviles más utilizados por países año 2014 Como se puede ver, en 2010 Android no reinaba en ninguno de los países. En 2012 comienza a coger importancia en algunos países de Sudamérica y de Europa, entre ellos España. En 2014 ya es el sistema operativo móvil más extendido en el Mundo con diferencia. 3.1.2.9 Estado actual del mercado de desarrollo de aplicaciones móviles La empresa VisionMobile realiza desde hace tiempo su informe Developer Economics, y en la sexta edición, que estudia el primer trimestre de 2014, se analizan las tendencias del mercado en cuanto al interés de los desarrolladores por el segmento de la movilidad. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 22 Javier González Arias Imagen 4: Tabla general mercado aplicaciones El estado del desarrollo de aplicaciones móviles parece bastante claro: Android e iOS se repartieron el 94% de las ventas de software en smartphones en el cuarto trimestre de 2013 según este estudio. De ese porcentaje el 71% se dedicó a Android, mientras que el 55% desarrolla en iOS. Como se puede comprobar, parte de los desarrolladores trabaja de forma paralela en ambas plataformas móviles. También es interesante fijarse un poco en las tendencias que deja entrever el estudio; por ejemplo, iOS es la plataforma preferida en países desarrollados, y los que solo se dedican a dicha plataforma (el 59% de los desarrolladores encuestados) son más en porcentaje que los que solo se dedican a Android (el 52%). Otra de las cosas importantes que deja a entrever el estudio es la irrupción de la plataforma HTML5 como posible competidora a corto plazo de Android e iOS en el mercado de desarrollo de aplicaciones. Este estándar abierto que es la base de propuestas como Firefox OS (y en menor medida, Tizen, Sailfish OS o Ubuntu) debe aún convencer a ese 69% de la comunidad de desarrolladores que siguen considerando tanto iOS como Android su plataforma de preferencia. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 23 Javier González Arias Gráfica 3: % de desarrolladores por regiones que usan cada plataforma Como se puede ver en la gráfica anterior, de media el 52% de los desarrolladores afirma tenerlo como plataforma de desarrollo alternativa y contemplada en sus proyectos, pero no es actualmente la prioridad para ellos. Recientemente una encuesta de Sencha decía que en torno al 60% de los desarrolladores móviles han migrado a HTML5, y este año el 75% de ellos, a su vez, apostarán aún más por este estándar, aunque no se puede hablar con total certeza sobre el tema ya que plataformas como BlackBerry son para ciertos desarrolladores más interesantes que HTML5 hoy en día. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 24 Javier González Arias Pero la cosa es diferente en cuanto a mercados emergentes, que son justo aquellos a los que Firefox OS va dirigido. El estudio revelaba que en Asia, Sudamérica, Oriente Medio y África, iOS es en realidad la tercera en prioridad por detrás de Android y de HTML5. Para hacernos una idea, veremos algunos casos concretos. En Asia, Android reina con el 46% del mercado de los desarrolladores, por un 28% de iOS. En África la diferencia aumenta aún más: 47% para Android, 9% para iOS., pero el caso más llamativo es el de Sudamérica. En Sudamérica HTML5 atrae al 64% de los desarrolladores según los índices del Developer Economics en el primer trimestre de 2014, casi tan alto como el de Android (71%) y sensiblemente por encima de iOS (49%). En el siguiente gráfico además se muestra el porcentaje de desarrolladores que tienen una plataforma como principal, pero que también desarrollan aplicaciones en otras, vemos como HTML5 es escogido como alternativa en todos los casos con mayor o menor éxito. Gráfica 4: % de desarrolladores que usan una plataforma principal y desarrollan también en otras Se debe tener en cuenta que el uso de HTML5 es muy dispar, y que los desarrolladores no solo lo contemplan para aplicaciones nativas, sino también como parte de aplicaciones híbridas (que tienen también código nativo, pero muestran contenido web gracias a HTML5) e incluso como alternativa para, por ejemplo, mostrar la documentación de una aplicación. Por ello, mientras que el 37% de los desarrolladores Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 25 Javier González Arias móviles utilizan HTML5 como una plataforma para desarrollar sitios web móviles o aplicaciones web, sólo un 15% utiliza este estándar como pilar fundamental de aplicaciones móviles de calidad. Visto todo esto, las conclusiones del estudio son claras en cuanto a la situación actual de HTML5, aunque es una plataforma tremendamente atractiva, aún le quedan problemas importantes que resolver de cara al futuro, como:  Carece de servicios de distribución y monetización en forma de una tienda de aplicaciones de gran escala.  Problemas que han estado presentándose en aplicaciones móviles HTML5 para el navegador persisten, algunos ejemplos serían el déficit de rendimiento con respecto al código nativo, la falta de acceso a recursos hardware específicos a través de la API, la falta de herramientas maduras y también cierto nivel de fragmentación en diversos entornos de navegación. Al margen de lo expuesto anteriormente, la realidad es que hoy por hoy Android e iOS marcan la pauta, y la seguirán marcando durante al menos los próximos tres años. Las predicciones podrían variar si como parece Android extiende su alcance y llega a conquistar la aún confusa Internet de las Cosas, así como los dispositivos wearable, además de la automoción, o campos como el entretenimiento y la educación. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 32 Javier González Arias En resumen, las diferentes implementaciones de hardware, API y JVM de los fabricantes hace que desarrollar aplicaciones verdaderamente portables a Java ME sea prácticamente imposible, obligando que cada desarrollo de aplicación este siempre dirigida a un determinado grupo de dispositivos y a tener que traducir para poder cubrir mayores cuotas de mercado. Al igual que ocurrió con Java ME, Android, casi desde su aparición, ha convivido con varias versiones diferentes del mismo SO funcionando al mismo tiempo en un parque completamente heterogéneo de smartphones, con distintas gamas, resoluciones, prestaciones, etc. Los principales damnificados de esta fragmentación masiva y, por ende, del alcance, diseminación y densidad del sistema operativo son los desarrolladores, que tienen que probar y optimizar su trabajo para un número de dispositivos cada vez más grande, con el consiguiente tiempo que deben invertir para ello. Una vez que somos conscientes de que la fragmentación conlleva sus inconvenientes y siendo fieles a la verdad, tendremos que asumir igualmente la existencia de ciertas “ventajas” tanto para desarrolladores como para usuarios. La existencia de un amplísimo catálogo de dispositivos que ejecutan el sistema operativo Android no sólo supone una mayor cuota de mercado, sino que la posibilidad de que terminales de menores prestaciones puedan estar equipados con Android – aunque se trate de versiones desactualizadas – proporciona un alcance global al sistema operativo del que carece iOS, por ejemplo. Desde el punto de vista del usuario, la fragmentación le permite acceder a un dispositivo adaptado a sus necesidades tanto en precio como en tamaño, prestaciones, estética, en vez de tener que adaptarse a lo que pone a tu alcance un único fabricante. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 33 Javier González Arias 4 JUSTIFICACIÓN SISTEMA OPERATIVO ESCOGIDO 4.1 Justificación Como se ha dicho en puntos anteriores Android tiene la mayor cuota de mercado actualmente en el mundo, con lo que, en teoría el número de usuario que podrán disfrutar de nuestra aplicación será mayo en este sistema operativo que en otros, al menos por el momento. Además tenemos que tener en cuenta sus características, como por ejemplo el hecho de que se trata de una plataforma de código abierto, lenguaje de programación Java, mayor facilidad y economía a la hora de hacer llegar las aplicaciones al usuario final, en principio menor coste de dispositivos que favorezcan el desarrollo de la aplicación en comparación con la otra gran plataforma actual, iOS. Por estos motivos se ha decidido utilizar Android como plataforma para el desarrollo de este proyecto. 4.2 Android SO Antes de empezar con el desarrollo de aplicaciones en Android es importante conocer cómo está estructurado este sistema operativo. A esto se le llama arquitectura y en el caso de Android está formada por varias capas que facilitan al desarrollador la creación de aplicaciones. Además, esta distribución permite acceder a las capas más bajas mediante el uso de librerías para que así el desarrollador no tenga que programar a bajo nivel las funcionalidades necesarias para que una aplicación haga uso de los componentes de hardware de los teléfonos. 4.2.1 Arquitectura Android Cada una de las capas utiliza elementos de la capa inferior para realizar sus funciones, es por ello que a este tipo de arquitectura se le conoce también como pila. Para entenderlo mejor, nos podemos fijar en el siguiente diagrama: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 34 Javier González Arias Imagen 5: Arquitectura Android En general, la estructura del sistema operativo Android se compone de aplicaciones que se ejecutan en un framework de aplicaciones orientado a objetos sobre el núcleo de las bibliotecas (API) en una máquina virtual denominada Dalvik, con compilación en tiempo de ejecución. Las bibliotecas escritas en lenguaje C incluyen un administrador de interfaz gráfica (surface manager), un framework OpenCore, una base de datos relacional SQLite, una Interfaz de programación de API gráfica OpenGL ES 2.0 3D, un motor de renderizado WebKit, un motor gráfico SGL, SSL y una biblioteca estándar de C Bionic. Explicamos ahora cada una de las capas que muestra la imagen un poco más en profundidad. 4.2.1.1 Kernel de Linux El núcleo del sistema operativo Android está basado en el kernel de Linux en su versión 2.6, similar al que puede incluir cualquier distribución de Linux, como Ubuntu, solo que adaptado a las características del hardware en el que se ejecutará Android, es decir, para dispositivos móviles. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 35 Javier González Arias La elección de Linux 2.6 es debida principalmente a dos razones: la primera, su naturaleza de código abierto y libre se ajusta al tipo de distribución que persigue Android; la segunda es que este kernel de Linux incluye de por sí numerosos drivers, además de contemplar la gestión de memoria, gestión de procesos, módulos de seguridad, comunicación en red y otras muchas responsabilidades propias de un sistemas operativo. El núcleo actúa como una capa de abstracción entre el hardware y el resto de las capas de la arquitectura. El desarrollador no accede directamente a esta capa, sino que debe utilizar las librerías disponibles en capas superiores. De esta forma también nos evitamos el hecho de quebrarnos la cabeza para conocer las características precisas de cada teléfono. Si necesitamos hacer uso de la cámara, el sistema operativo se encarga de utilizar la que incluya el teléfono, sea cual sea. Para cada elemento de hardware del teléfono existe un controlador (o driver) dentro del kernel que permite utilizarlo desde el software. El kernel también se encarga de gestionar los diferentes recursos del teléfono (energía, memoria, etc.) y del sistema operativo en sí: procesos, elementos de comunicación, etc. 4.2.1.2 Librerías La siguiente capa que se sitúa justo sobre el kernel la componen las bibliotecas nativas de Android, también llamadas librerías. Están escritas en C o C++ y compiladas para la arquitectura hardware específica del teléfono. Estas normalmente están hechas por el fabricante, quien también se encarga de instalarlas en el dispositivo antes de ponerlo a la venta. El objetivo de las librerías es proporcionar funcionalidad a las aplicaciones para tareas que se repiten con frecuencia, evitando tener que codificarlas cada vez y garantizando que se llevan a cabo de la forma “más eficiente”. Entre las librerías más importantes de este nivel, se pueden mencionar las siguientes:  La librería libc incluye todas las cabeceras y funciones según el estándar del lenguaje C. Todas las demás librerías se definen en este lenguaje.  La librería Surface Manager es la encargada de componer los diferentes elementos de navegación de pantalla. Gestiona también las ventanas pertenecientes a las distintas aplicaciones activas en cada momento.  OpenGL/SL y SGL representan las librerías gráficas y, por tanto, sustentan la capacidad gráfica de Android. OpenGL/SL maneja gráficos en 3D y permite utilizar, en caso de que esté disponible en el propio dispositivo móvil, el hardware encargado de proporcionar gráficos 3D. Por otro lado, SGL proporciona gráficos en 2D, por lo que será la librería más habitualmente utilizada por la mayoría de las aplicaciones. Una característica importante de la capacidad gráfica de Android es que es posible desarrollar aplicaciones que combinen gráficos en 3D y 2D. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 36 Javier González Arias  La librería Media Libraries proporciona todos los códecs necesarios para el contenido multimedia soportado en Android (vídeo, audio, imágenes estáticas y animadas, etc.)  FreeType, permite trabajar de forma rápida y sencilla con distintos tipos de fuentes. 4.2.1.3 Entorno de ejecución Como podemos apreciar en la imagen, el entorno de ejecución de Android no se considera una capa en sí mismo, dado que también está formado por librerías. Aquí encontramos las librerías con las funcionalidades habituales de Java así como otras específicas de Android. El componente principal del entorno de ejecución de Android es la máquina virtual Dalvik. Las aplicaciones se codifican en Java y son compiladas en un formato específico para que esta máquina virtual las ejecute. La ventaja de esto es que las aplicaciones se compilan una única vez y de esta forma estarán listas para distribuirse con la total garantía de que podrán ejecutarse en cualquier dispositivo Android que disponga de la versión mínima del sistema operativo que requiera la aplicación. Cabe aclarar que Dalvik es una variación de la máquina virtual de Java, por lo que no es compatible con el bytecode Java. Java se usa únicamente como lenguaje de programación, y los ejecutables que se generan con el SDK de Android tienen la extensión .dex (Dalvik Executable) que es específico para Dalvik, y por ello no podemos correr aplicaciones Java en Android ni viceversa. 4.2.1.4 Framework de aplicaciones La siguiente capa está formada por todas las clases y servicios que utilizan directamente las aplicaciones para realizar sus funciones. La mayoría de los componentes de esta capa son librerías Java que acceden a los recursos de las capas anteriores a través de la máquina virtual Dalvik. Siguiendo el diagrama encontramos: 1. Activity Manager. Se encarga de administrar la pila de actividades de nuestra aplicación así como su ciclo de vida. 2. Windows Manager. Se encarga de organizar lo que se mostrará en pantalla. Básicamente crea las superficies en la pantalla que posteriormente pasarán a ser ocupadas por las actividades. 3. Content Provider. Esta librería es muy interesante porque crea una capa que encapsula los datos que se compartirán entre aplicaciones para tener control sobre cómo se accede a la información. 4. Views. En Android, las vistas los elementos que nos ayudarán a construir las interfaces de usuario: botones, cuadros de texto, listas y hasta elementos más avanzados como un navegador web o un visor de Google Maps. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 37 Javier González Arias 5. Notification Manager. Engloba los servicios para notificar al usuario cuando algo requiera su atención mostrando alertas en la barra de estado. Un dato importante es que esta biblioteca también permite jugar con sonidos, activar el vibrador o utilizar los LEDs del teléfono en caso de tenerlos. 6. Package Manager. Esta biblioteca permite obtener información sobre los paquetes instalados en el dispositivo Android, además de gestionar la instalación de nuevos paquetes. Con paquete nos referimos a la forma en que se distribuyen las aplicaciones Android, estos contienen el archivo .apk, que a su vez incluyen los archivos .dex con todos los recursos y archivos adicionales que necesite la aplicación, para facilitar su descarga e instalación. 7. Telephony Manager. Con esta librería podremos realizar llamadas o enviar y recibir SMS/MMS, aunque no permite reemplazar o eliminar la actividad que se muestra cuando una llamada está en curso. 8. Resource Manager. Con esta librería podremos gestionar todos los elementos que forman parte de la aplicación y que están fuera del código, es decir, cadenas de texto traducidas a diferentes idiomas, imágenes, sonidos o layouts. En un post relacionado a la estructura de un proyecto Android veremos esto más a fondo. 9. Location Manager. Permite determinar la posición geográfica del dispositivo Android mediante GPS o redes disponibles y trabajar con mapas. 10. Sensor Manager. Nos permite manipular los elementos de hardware del teléfono como el acelerómetro, giroscopio, sensor de luminosidad, sensor de campo magnético, brújula, sensor de presión, sensor de proximidad, sensor de temperatura, etc. 11. Cámara. Con esta librería podemos hacer uso de la(s) cámara(s) del dispositivo para tomar fotografías o para grabar vídeo. 12. Multimedia. Permiten reproducir y visualizar audio, vídeo e imágenes en el dispositivo. 4.2.1.5 Aplicaciones En la última capa se incluyen todas las aplicaciones del dispositivo, tanto las que tienen interfaz de usuario como las que no, las nativas (programadas en C o C++) y las administradas (programadas en Java), las que vienen preinstaladas en el dispositivo y aquellas que el usuario ha instalado. En esta capa encontramos también la aplicación principal del sistema: Inicio (Home) o lanzador (launcher), porque es la que permite ejecutar otras aplicaciones mediante una lista y mostrando diferentes escritorios donde se pueden colocar accesos directos a aplicaciones o incluso widgets, que son también aplicaciones de esta capa. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 38 Javier González Arias 4.2.2 Fundamentos de la creación de aplicaciones Android Hemos comentado que las aplicaciones Android deben estar escritas en el lenguaje de programación Java. El SDK de Android, o mejor dicho las herramientas del SDK de Android compilan el código, junto con los datos y archivos de recursos en un paquete de Android, en un archivo comprimido con extensión .apk. Todo el código queda reducido a un solo archivo .apk que se considera en sí mismo la aplicación, y es este archivo el que se utiliza para la instalación de aplicaciones en el dispositivo. Ahora nos centramos en explicar cómo la aplicación interactúa con el sistema operativo Android Una vez instalada en el dispositivo la aplicación corre en su propio recinto o entorno limitado de seguridad:  El sistema operativo Android es un sistema multi-usuario de Linux en el que cada aplicación es un usuario diferente.  Por defecto, el sistema asigna a cada aplicación de una única ID de usuario de Linux (el ID es utilizado únicamente por el sistema y desconocido para la aplicación). El sistema establece permisos para todos los archivos en una aplicación para que sólo el ID de usuario asignado a esa aplicación puede acceder a ellos.  Cada proceso tiene su propia máquina virtual, por lo que el código de una aplicación se ejecuta de forma aislada de otras aplicaciones.  Por defecto, cada aplicación se ejecuta en su propio proceso de Linux. Android lo inicia cuando alguno de los componentes de la aplicación se ejecuta, a continuación, cierra el proceso cuando ya no se necesita o cuando el sistema debe recuperar la memoria para otras aplicaciones, este caso en concreto lo explicaremos más en detalle en el ciclo de vida de una actividad, ya que es un rasgo distintivo de Android. Con esto, el SO Android implementa el principio de privilegios mínimos, que consiste en que cada aplicación, por defecto, sólo puede acceder a los componentes requeridos para hacer su trabajo. Esto genera un entorno muy seguro en el que la aplicación en cuestión no puede acceder a partes del sistema para las cuales no se le ha otorgado permiso. De cualquier modo, existen manera para que una aplicación pueda compartir datos con otras aplicaciones, o también que, una aplicación pueda acceder a los servicios del sistema:  En el caso en el que dos aplicaciones compartan el mismo ID de usuario de Linux, son capaces de acceder cada una a los archivos de la otra. Para ahorrar recursos del sistema, en este caso en el que dos aplicaciones tienen el mismo ID de usuario también se pueden organizar Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 39 Javier González Arias para ejecutar en el mismo proceso de Linux y compartir la misma máquina virtual (para ello las solicitudes deben estar firmadas con el mismo certificado).  Una aplicación puede solicitar permiso para acceder a los datos del dispositivo, tales como los contactos del usuario, mensajes SMS, el almacenamiento externo (tarjeta SD), cámara, Bluetooth, y mucho más. Todos los permisos de la aplicación debe ser autorizados por el usuario durante la instalación. Vamos a centrarnos a continuación en los fundamentos para el desarrollo de aplicaciones en Android. 4.2.2.1 Componentes de las Aplicaciones Android Los principales componentes de toda aplicación Android son:  Actividades (Activities): Cada pantalla de una aplicación. Utilizan Vistas (Views) como componentes que muestran información y responden a las acciones del usuario  Servicios (Services): Componentes de la aplicación que se ejecutan deforma invisible, actualizando los datos y las Actividades, y disparando Notificaciones. Realizan el procesamiento normal de la aplicación que debe continuar incluso cuando las Actividades de la aplicación no están visibles.  Proveedores de Contenidos (Content Providers): Almacenes de datos compartidos. Gestionan las Bases de Datos para las aplicaciones.  Intenciones (Intents): Mecanismo que permite el paso de mensajes destinados a ciertas Actividades o Servicios, o a todo el sistema (Intenciones de broadcast). Exponen la intención de que se haga algo. El sistema determinará el destinatario que lo efectuará.  Receptores de Broadcast (Broadcast Receivers): Los crean las aplicaciones como consumidores de las Intenciones de broadcast que cumplan ciertos criterios.  Notificaciones (Notifications): Mecanismo que permite a las aplicaciones señalar algo a los usuarios sin interrumpir la Actividad en primer plano. 4.2.2.2 El Manifiesto de una Aplicación Android (Android Manifest) Toda aplicación desarrollada en Android incluye un fichero de Manifiesto, el AndroidManifest.xml. Este fichero define la estructura de la aplicación y sus componentes. Incluye un nodo raíz y un nodo para cada uno de sus tipos de Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 40 Javier González Arias componentes. A través de filtros de intenciones determina como interactuará la aplicación en cuestión con otras aplicaciones. Algunos de los nodos más importantes serán:  Nodo raíz manifest. Incluye el nombre del paquete de la aplicación.  Nodo application. Indica metadatos de la aplicación (título, icono, tema, etc.) y contiene los nodos de actividades, servicios, proveedores de contenido y receptores de broadcast.  Nodo uses-permission. Declara loes permisos que la aplicación necesita para operar. Estos permisos serán presentados al usuario durante la instalación para que los acepte o deniegue, estos permisos serán necesarios para infinitud de servicios nativos de Android, como enviar SMS, hacer llamadas, uso de servidor, etc.  Nodo permission. Define un permiso que se requiere para que otras aplicaciones puedan acceder a partes restringidas de la aplicación. Las otras aplicaciones necesitarán poner un uses-permission en su Manifiesto para utilizar este permiso.  Nodo instrumentation. Permite definir test de ejecución para las Actividades y Servicios. 4.2.2.3 Creación y destrucción de Aplicaciones y Actividades (Ciclo de vida) Las aplicaciones Android no son iguales a las aplicaciones en los sistemas operativos tradicionales, en Android sólo hay una aplicación en primer plano que normalmente estará ocupando toda la pantalla. Las aplicaciones estarán formadas por Actividades (pantallas). Al arrancar una nueva aplicación, pasa a primer plano situando una Actividad encima de la que hubiera, formándose así una pila de actividades. En el momento en el que el usuario presiona el botón “back”, se cierra la actividad en primer plano y recupera la de la cima de la pila. Las aplicaciones Android no tienen control ninguno sobre su propio ciclo de vida, esto implica que deben estar pendientes de posibles cambios en su estado y reaccionar como corresponda. En particular deben estar preparadas para su terminación o destrucción en cualquier momento. En general, cada aplicación se ejecuta en un proceso que ejecuta una instancia de Dalvik. El runtime de Android gestiona el proceso de cada aplicación, y por extensión de cada actividad que contenga. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 41 Javier González Arias Imagen 6: Estados de una actividad Como se puede ver en la imagen, la actividad se puede encontrar en los siguientes estados:  Activo (Running). La actividad está encima de la pila, es visible, tiene el foco (recibe la entrada del usuario). Cuando otra actividad pase a estar activa, esta pasará a estar pausada.  Pausado (Paused). La actividad es visible pero no tiene el foco. Se alcanza este estado cuando pasa a activa otra actividad transparente o que no ocupa toda la pantalla. Cuando una actividad es tapada por completo pasa a estar parada.  Parado (Stopped). Cuando la actividad no es visible. Permanece en memoria reteniendo su estado. Cuando una actividad entra en parada puede ser bueno que salve todos sus datos y el estado de la interfaz de usuario.  Destruido (Destroyed). Cuando la actividad termina, o es matada por el runtime de Android. Sale de la pila de actividades. Necesita ser reiniciada para volver a estar activa. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 48 Javier González Arias problema reside en que cada versión sucesiva a menudo incluye APIs adicionales no disponible en anteriores versiones. Este problema podría estar resuelto realizando la aplicación en la versión de Android más baja. No es la solución más adecuada debido a que a medida que se lanzan al mercado nuevas versiones se ofrecen más prestaciones y/o mejoras, y no podemos quedaron estancados en la versión más baja si queremos que nuestra aplicación tenga un nivel alto de competitividad en el mercado actual. Por lo tanto este problema será de optimización. Queremos llegar al mayor número de usuarios y utilizando la versión más alta posible para no perder en prestaciones. Para ello nos basaremos en la información que nos ofrece la página web oficial de Android. Los datos actuales son los siguientes: Version Codename API Distribution 2.2 Froyo 8 1.1% 2.3.3 - 2.3.7 Gingerbread 10 17.8% 3.2 Honeycomb 13 0.1% 4.0.3 - 4.0.4 Ice Cream Sandwich 15 14.3% 4.1.x Jelly Bean 16 34.4% 4.2.x 17 18.1% 4.3 18 8.9% 4.4 KitKat 19 5.3% Tabla 1: Distribución de versiones de plataforma Estos datos, según informa la propia página web, han sido recogidos en un periodo de tiempo de 7 días, acabando el mismo el 1 de Abril de 2014. También menciona que versiones con una distribución menor del 0.1% no se muestran. La página web también nos indica que como estos datos han sido recogidos de la nueva tienda online de Google (Google Play Store app), la cual solo contiene Android 2.2, y superiores, los dispositivos que usan versiones anteriores no están incluidos. Sin embargo, dicen, en Agosto de 2013, las versiones anteriores a Android 2.2 las montaban solamente en torno al 1% de dispositivos que se comprobaron en los servidores de Google, no en la Google Play Store. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 49 Javier González Arias El diagrama de sectores formado con los datos de la tabla anterior que nos ofrece la web de Android es el siguiente: Gráfica 8: Distribución de versiones de plataformas Como vemos, si queremos que actualmente nuestra aplicación llegue a casi el 100% de los dispositivos actualmente en el mercado debemos desarrollar la aplicación para un Android 2.3 (Gingerbread), API 10. En este punto debemos preguntarnos para qué dispositivos vamos a desarrollar nuestra aplicación, para tener en cuenta su tamaño de pantalla, resolución, etc. Como no queremos limitarnos a un único tipo de dispositivo, probaremos la aplicación y la desarrollaremos para smartphones y tablets, probaremos la aplicación en dispositivos reales de ambos tipos y con diferentes versiones de Android. 5.2 Descripción de la aplicación La aplicación SPS ha sido desarrollada para el cálculo de estructuras, el motor de cálculo de la misma se fundamenta en el Método Directo de Rigidez. Las estructuras resolubles con esta aplicación serán todo tipo de estructuras planas o 2D formadas por barras. La modelización en los extremos de barras es rígida. Las solicitaciones que permite introducir la aplicación son: peso propio, cargas puntuales nodales, cargas puntuales en barra, cargas distribuidas en barra, momentos en barra y cargas térmicas. Las vinculaciones exteriores que permite la aplicación son apoyos empotrados, fijos, móviles, elásticos y también se pueden introducir movimientos prescritos en los nodos. 5.2.1 Estructura de la aplicación SPS Para el desarrollo de la aplicación SPS se ha decidido dividirla en diferentes partes según la función que desarrollan dentro de la propia aplicación, así la estructura de la misma sigue el siguiente esquema: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 50 Javier González Arias Gráfica 9: Esquema estructura aplicación SPS Vemos brevemente la función que desempeñan cada una de ellas dentro de la aplicación:  Activities. Son cada una de las pantallas que componen la aplicación, usadas tanto para recogida de datos e información que deberá introducir el usuario como para mostrar los resultados. Comúnmente se conocen como diálogos, son pantallas de interacción con el usuario.  BaseDatos. Este paquete contiene toda la información sobre perfiles de acero que ha sido guardad en la base de datos. De esta forma el usuario a la hora de crear una barra podrá elegir uno de los perfiles predeterminados que existen en la base de datos o podrá crear un perfil personalizado y guardarlo para poder utilizarlo en barras posteriores.  Datos. Uno de los paquetes fundamentales de la aplicación. Es el paquete que contiene el modelo específico para el almacenamiento y persistencia de la información. En él se guarda la información que el usuario va introduciendo al construir la estructura, se guardan tanto los elementos que componen la estructura (nodos y barras), como todas las cargas introducidas, condiciones de contorno, características geométricas, etc.  DatosBean. Clases que contienen una serie de métodos útiles para la manipulación de los datos geométricos, como son los nodos y las barras. Contiene métodos de ordenación de estos datos por diferentes criterios, también contiene métodos de comparación entre datos, etc. SPS Activities BaseDatos Datos DatosBean Grafica MDR Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 51 Javier González Arias  Grafica. Este paquete contiene las clases encargadas de mostrar gráficamente toda la información que el usuario vaya introduciendo de tal manera que el usuario pueda visualizar su estructura en la pantalla del dispositivo, pudiendo hacer así comprobaciones visuales durante el proceso de construcción o introducción de datos. También contiene este paquete las clases que permiten visualizar por pantalla algunos de los resultados obtenidos, como la deformada, o diagramas de esfuerzos.  MDR. Es el paquete de cálculo, contiene todas las clases que hacen posible la resolución de la estructura. Como se mencionó anteriormente se fundamenta en el Método Directo de Rigidez. Este paquete ha sido desarrollado en el departamento de Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno, Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la EII. 5.2.2 Funcionamiento de la aplicación El proceso desde que el usuario introduce los datos geométricos de la estructura hasta que se obtienen los resultados lleva una serie de fases en la aplicación, la mejor forma de comprenderlo puede ser el siguiente esquema: Gráfica 10: Esquema de funcionamiento de la aplicación La recogida de datos consiste en la obtención de todos los datos necesarios para la correcta definición del problema, elementos estructurales (nodos y barras), solicitaciones, vinculaciones de la estructura con el exterior, etc. Para esta parte del proceso el usuario puede utilizar diferentes funciones, como son: crear datos nuevos, editar datos existentes, borrar datos erróneos y ver las características y propiedades de los datos que ya están introducidos. Además el usuario también podrá ver gráficamente Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 52 Javier González Arias todos los datos introducidos ya que la aplicación va pintando todos los datos que se hayan creado hasta ese momento. Una vez el usuario ha generado la estructura y la ha definido correctamente, es posible realizar el cálculo. Como se indicó anteriormente, el cálculo se basa en el MDR. Como se ve en el diagrama anterior, la aplicación ofrece la posibilidad de visualizar los resultados gráficamente o bien numéricamente. En la parte gráfica la aplicación muestra diagramas de esfuerzos axiles, de esfuerzos cortantes y también de momentos flectores de cada una de las barras, también se puede visualizar la deformada de la estructura. En la parte de resultados numéricos, el usuario puede obtener un completo listado de todos los nodos que conforman la estructura y sus características más importantes. También se puede pedir a la aplicación que muestre listados de barras pudiendo elegir el usuario tres opciones diferentes; listados de desplazamientos a lo largo de barra, listados de esfuerzos a lo largo de la barra y listados de valores máximos obtenidos en la barra. Finalmente si el usuario se da cuenta de algún tipo de fallo que fue cometido a la hora de aportar datos a la aplicación, puede redefinir el problema cuantas veces quiera aunque el proceso de cálculo ya se hubiera producido. 5.3 Guía de usuario de la aplicación Para iniciar la aplicación simplemente es necesario tocar el icono de la misma que se encuentra en el menú de aplicaciones de nuestro dispositivo: Captura 3: Menú de aplicaciones Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 53 Javier González Arias 5.3.1 Pantalla inicial En ese momento aparecerá la pantalla inicial de nuestra aplicación. En ella aparecen una serie de iconos, y en la parte inferior se ve el lienzo sobre el que se irá pintando la estructura a medida que la vamos generando. El color predeterminado para dicho lienzo es negro, pero como en esta guía vamos a introducir diferentes capturas de pantalla para una mejor comprensión de la misma, se ha decidido cambiar ese color por blanco, pensando en generar un documento más claro y legible en el momento de la impresión de este proyecto. Debido a ese cambio, también se han cambiado colores de otros elementos para que el contraste de estos con el fondo sea suficiente para una correcta visualización de los mismos. La pantalla inicial a la que se hace referencia, ya con los colores modificados es la siguiente: Captura 4: Pantalla inicial aplicación El icono que se ve en la parte superior izquierda en un color azul es el icono de la aplicación, no tiene ninguna función más que mostrar qué aplicación se está usando en ese momento. El de la esquina superior derecha es el icono que corresponde con el botón de menú de nuestro dispositivo, pero no tiene por qué ser en todos los dispositivos en los que ejecutemos la aplicación igual, ni estar situado en la misma posición que en este caso, este botón es característico de cada dispositivo. Si la aplicación está abierta en el momento en el que se pulsa este icono, se mostrara el menú general de nuestra Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 54 Javier González Arias aplicación, si no es así, se mostrara el menú asociado a la aplicación o activity que se encuentre en la parte más alta de la pila en ese momento. El resto de iconos que se muestran en una fila horizontal en la pantalla son los que nos permiten interactuar, aportando datos a la aplicación y obteniendo a partir de ellos los resultados que necesitemos. Se puede apreciar que los tres últimos en este momento no se podrían seleccionar, esto es debido a que son los botones correspondientes a la obtención de resultados, y solo es posible ejecutar estas funciones en el momento en el que el cálculo se ha realizado con éxito, y previo a esto, obviamente, se debe generar una estructura. Debajo de esta fila de iconos vemos el lienzo en blanco, que de manera predeterminada viene relleno con una malla que nos permitirá ubicarnos en la construcción de la estructura y hará que posibles errores geométricos en la definición de la estructura sean mucho más detectables. Y en la parte inferior se encuentran botones característicos de Android que no entraremos a explicar en esta guía ya que, aunque tienen funciones en la aplicación, estas no han sido desarrolladas para la misma, sino que son genéricas en este sistema operativo. Describimos las funciones de los iconos anteriores detalladamente. 5.3.2 Menú general de la aplicación Se abre en el momento en el que pulsamos el botón de menú de nuestro dispositivo. Captura 5: Menú general de la aplicación Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 55 Javier González Arias El esquema del menú es el siguiente:  Archivo. Al pulsarlo se abre un submenú con diferentes opciones:  Nuevo proyecto. Al pulsar esta opción la aplicación nos preguntará si queremos crear un nuevo proyecto, si confirmamos genera un nuevo proyecto desde cero, sin guardar el anterior y sin cerrar la aplicación.  Abrir proyecto. En esta opción se puede abrir un proyecto que se ha guardado con anterioridad. La aplicación nos muestra la lista de proyectos guardados de la cual tendremos que seleccionar aquel que queramos abrir.  Guardar proyecto. Una vez que tenemos un proyecto iniciado podemos guardarlo en nuestro dispositivo pulsando esta opción. Si es el primer proyecto que guardamos, la aplicación se encarga de crear un directorio en la memoria interna del dispositivo, en la cual se guardará el proyecto en cuestión, antes de hacerlo la aplicación nos pide que le demos un nombre al mismo  Salir. Si pulsamos esta opción, la aplicación nos mostrará un mensaje de confirmación, si confirmamos, la aplicación se cerrará por completo sin guardar los cambios. Nota: No se incluyen capturas de pantalla ya que es muy intuitivo el uso de estos apartados.  Ver. Presionando esta opción del menú se abre un diálogo en el cual el usuario puede elegir todos y cada uno de los elementos que se pueden crear y visualizar en la aplicación, el diálogo que aparece es el siguiente: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 56 Javier González Arias Captura 6: Menú Ver El usuario puede marcar o desmarcar las casillas de cada elemento en función de que quiera o no que se muestren en el lienzo.  Ajustar. Este botón nos permite ajustar una serie de características en la aplicación, estas serán:  Malla. La malla es la cuadricula que se muestra en el lienzo al arrancar la aplicación. En este punto podemos dejar activa la malla predeterminada, en la cual la separación tanto entre líneas verticales como horizontales es de 1m. O bien podemos personalizar la malla ajustando la separación entre líneas verticales y horizontales a nuestro antojo. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 57 Javier González Arias Captura 7: Menú Malla  Colores. Al pulsar esta opción se abre un diálogo en el que tenemos que elegir el elemento al que deseamos cambiar el color, una vez que lo pulsamos se abre una ruleta con diferentes colores, para modificar el color predeterminado del elemento correspondiente, debemos deslizar el dedo sobre la ruleta, viendo como en el cirulo interior va apareciendo el color sobre el que estamos tocando en la ruleta, en el momento en el que se visualiza el color deseado, lo seleccionamos pulsando el círculo interior. Captura 8: Diálogo modificación de color  Peso propio. Esta opción es la que nos permite calcular teniendo en cuenta el peso propio de la estructura, siempre y cuando antes hallamos definido la densidad en todas y cada una de las Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 64 Javier González Arias Captura 15: Diálogo Nuevo Elemento En este diálogo serán obligatorios aquellos campos marcados con un *. El primero de ellos es el nombre con el que se identifica la sección, en este caso habrá que completarlo ya que la aplicación no lo hará automáticamente. El resto de ellos son datos típicos que se asocian a cualquier tipo de perfil y creemos que no son necesarios explicar. Una vez que hemos definido el elemento, pulsando el botón guardar elemento este se guardara en la biblioteca personalizada, al pulsar el botón, además de guardarlo la aplicación vuelve a la ventana anterior. En este momento si miramos el desplegable de la biblioteca personalizada, veremos que el perfil que acabamos de crear aparece en él, seleccionándolo, los campos se autocompletarán igual que ocurría al seleccionar uno de la librería de perfiles predeterminada. Al igual que antes, para poder modificar los datos debemos colocar el desplegable en su primera posición de “Seleccionar perfil”. Podemos eliminar perfiles de esta biblioteca personalizada pulsando el icono de eliminar que aparece en el diálogo de crear barra. Al pulsarlo aparece un diálogo con una lista desplegable que contiene todos los perfiles creados hasta ese momento, seleccionaos el que queremos eliminar y pulsamos el botón eliminar elemento, la aplicación eliminara ese elemento y volverá al diálogo de crear barra. Una vez que hemos dado las características que deseamos a la barra, pulsando el botón de guardar barra, la barra se guardará y la aplicación nos preguntará si queremos crear otra, si confirmamos, se volverá a abrir el diálogo de crear barra. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 65 Javier González Arias 5.3.4.3 Crear carga Cuando seleccionamos esta opción en el menú emergente del icono crear, se abre otro menú emergente que nos pregunta donde queremos crear esa carga, sobre un nodo o sobre una barra, ni que decir tiene que para crear una carga sobre uno de estos elementos previamente se deben haber creado. 5.3.4.3.1 Cargas sobre nodo Al pulsar esta opción se abre el siguiente diálogo: Captura 16: Diálogo añadir Carga sobre Nodo Al igual que en el resto de diálogos de cargas, en primer lugar se muestra un esquema de la carga a la cual se asocian los campos que se deben rellenar para completar la información de la misma. Las cargas introducidas con signo positivo coincidirán con el sentido de las cagas observadas en el esquema. Lo primero que debemos seleccionar es el nodo en la lista desplegable al cual queremos asociar las cargas que vamos a introducir. Este desplegable contiene todos los nodos que se han creado hasta el momento de abrir el diálogo. Después deberemos introducir el valor de cada una de las cargas, si alguna de ellas no existe o su valor es cero se puede poner cero en su campo o dejarlo sin rellenar, la aplicación actuará de igual modo en ambos casos. Una vez que hemos creado las cargas tal y como deseábamos, la carga se guardará pulsando el botón guardar carga. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 66 Javier González Arias 5.3.4.3.2 Cargas sobre barra Serán muchos los tipos de carga que podemos crear sobre una barra, por ello y para poder seleccionar cada uno al pulsar esta opción se abre un nuevo menú emergente con todas las opciones. El menú es el siguiente: Captura 17: Menú emergente Tipo de Carga Explicamos cada una de ellas a continuación. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 67 Javier González Arias  Carga Puntual Transversal. Al pulsar la opción de carga puntual transversal se abre el siguiente diálogo: Captura 18: Diálogo Crear Carga Puntual Transversal En primer lugar y al igual que todas las pantallas de creación de cargas nos aparece un esquema de la carga que estamos creando. Tendremos que seleccionar la barra sobre la que queremos introducir la carga. El primer campo a rellenar es el número de identificación de la carga, que se rellenará automáticamente al igual que ocurría en el caso de creación de nodos y barras. Si no nos gusta el número asignado automáticamente podremos asignarle cualquier otro que no esté ocupado. El valor de P será el valor cuantitativo de la carga en N. El valor de a será el punto de aplicación de la misma en la barra, este valor puede valer entre cero y uno, ambos inclusive, siendo cero el nodo inicial de la misma y uno el final, habrá que tener en cuenta por tanto qué se asignó como nodo inicial y final al crear la barra. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 68 Javier González Arias  Carga Puntual Longitudinal. El diálogo es el siguiente: Captura 19: Diálogo Crear Carga Puntual Longitudinal La explicación de este diálogo es similar a la del anterior.  Momento Puntual. Captura 20: Diálogo Crear Momento Puntual Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 69 Javier González Arias Diálogo similar a los dos anteriores.  Carga Distribuida Transversalmente. El diálogo de la carga es el siguiente: Captura 21: Diálogo Crear Carga Distribuida Transversalmente Comentamos las novedades de este diálogo frente a los anteriores. En este caso al tratarse de una carga distribuida, en lugar de un valor de carga debemos meter dos, el inicial y el final (q1 y q2 respectivamente), y también deberemos meter dos valores de aplicación, el punto donde comienza la carga, y en el que termina (a y b respectivamente). Al igual que ocurría en los anteriores, a y b deben estar comprendidos entre cero y uno, y además en este caso b no puede ser menor que a. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 70 Javier González Arias  Carga Distribuida Longitudinalmente. Captura 22: Diálogo Crear Carga Distribuida Longitudinalmente La explicación de esta carga es similar a la anterior. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 71 Javier González Arias  Carga Térmica. En este caso se pueden meter también dos tipos de gradiente térmico, en sentido transversal y longitudinal. Advertir que en este diálogo solo se podrán escoger las barras para las que se ha definido coeficiente de dilatación del material y canto de la viga, la aplicación anuncia esto al abrir el diálogo. Captura 23: Diálogo Crear Carga Térmica El esquema de la carga solamente se mostrara en el momento en el que seleccionamos el tipo de gradiente en el desplegable correspondiente. Como en los anteriores, se debe escoger en el desplegable la barra sobre la que vamos a introducir la carga. Después escogemos el tipo de gradiente y asignamos el número de identificación de carga. Tras esto solamente hay que introducir el valor de T1 y T2 que se corresponden con el esquema mostrado. Cuando pulsemos el botón guardar carga en cualquiera de los diálogos anteriores se guardará la carga y la aplicación nos preguntara si queremos crear una carga del mismo tipo que la que acabamos de generar, si confirmamos se abrirá de nuevo el diálogo correspondiente. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 72 Javier González Arias 5.3.5 Icono de eliminación Es el tercer icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla, a partir de este icono podremos borrar aquellos elementos que hemos guardado y no debieran existir. Al pulsarlo aparece un menú emergente o de diálogo en el que tenemos que seleccionar aquel tipo de elemento que queremos eliminar. El menú emergente será: Captura 24: Menú Emergente Eliminar Explicamos las tres opciones. 5.3.5.1 Eliminar nodo Cuando pulsamos esta opción en el menú anterior se nos abre el diálogo de eliminación de nodo. Captura 25: Diálogo Eliminar Nodo Eliminar un nodo es muy simple. Sólo hay que escoger el número de nodo que se desea eliminar en el desplegable, que contendrá todos los nodos creados hasta entonces, y pulsar el botón de eliminar. Antes de eliminar el nodo, la aplicación nos Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 73 Javier González Arias preguntará si estamos seguros de que deseamos eliminar el nodo, si confirmamos, la aplicación lo borrará. Hay que señalar que si eliminamos un nodo se eliminarán todas las barras que empiecen o terminen en él, es decir, se borrarán todas las barras que estén asociadas a ese nodo. 5.3.5.2 Eliminar barra Es una acción muy parecida a la anterior. La pantalla es prácticamente igual. Captura 26: Diálogo Eliminar Barra Al igual que antes únicamente debemos seleccionar el número de barra en el desplegable y pulsar eliminar. Al igual que antes, la aplicación nos pedirá que confirmemos antes de realizar la acción. 5.3.5.3 Eliminar carga Como existen diferentes tipos de carga, al igual que ocurría en el icono de creación, en este caso se vuelve a abrir un nuevo y pequeño menú emergente con la opción de eliminar una carga que este asociada a un nodo o una que este asociada a una barra. Captura 27: Menú Emergente Elemento Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 80 Javier González Arias Una vez hecho esto pulsamos modificar y el elemento se guardara con las modificaciones realizadas, antes de eso, la aplicación nos muestra un mensaje de confirmación. 5.3.7 Icono de visualización de propiedades Es el quinto icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla, a partir de este icono podremos ver las propiedades que hemos asignado a nodos y a barras, dentro de las propiedades de barra también podemos ver las cargas asignadas a dicha barra. Lo que nos aparece al pulsar el icono es el siguiente menú emergente: Captura 36: Menú Emergente Propiedades Al pulsar cualquiera de ellos nos aparece directamente el diálogo correspondiente. 5.3.7.1 Propiedades de nodo En esta pantalla podemos ver de manera detallada las características que hemos asociado a cada nodo. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 81 Javier González Arias Captura 37: Propiedades de Nodo En primer lugar se debe escoger el nodo en el desplegable del cual se quieren observar las propiedades. Una vez seleccionado, la primera información que se nos ofrece es la de las coordenadas en las que se encuentra situado dicho nodo. En adelante la información que se muestra solo será transcendente si el nodo tiene características especiales, como puedan ser: apoyo, apoyo elástico, desplazamientos prescritos o fuerzas en el nodo. Como información de apoyo la aplicación ofrece los desplazamientos que restringe el apoyo asignado y también el ángulo de apoyo si lo tuviere. Si el nodo tiene asignado apoyo elástico en alguna dirección en esta pantalla se marcará el check box correspondiente a esa dirección y el valor de la constante elástica en dicho apoyo elástico. De igual manera que con los apoyos elásticos la aplicación ofrece la información asociada a los desplazamientos prescritos y a las fuerzas en el nodo que se está estudiando. Una vez comprobados los valores que se querían estudiar, pulsando back la aplicación vuelve a la ventana principal. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 82 Javier González Arias 5.3.7.2 Propiedades de barra Al pulsar la opción barra en el menú emergente se abre el siguiente diálogo: Captura 38: Propiedades de Barra Al igual que en el caso de nodos se debe seleccionar en el desplegable la barra que se quiere estudiar, y en ese momento se mostrará toda la información que este asociada a esa barra. Se muestra en primer lugar el número que identifica tanto al nodo inicial como al final. Después, en el apartado de características se muestra toda la información asociada a la sección y al material utilizado. En el apartado de libertades, en el caso de haberse definido alguna en la creación de dicha barra, tendrán su check box en este punto marcado. El numero 1 identifica al nodo inicial y el 2 al nodo final de la barra, y las letras identifican la dirección sobre la cual se introdujo la libertad. Después nos indica el número de cargas asociadas a dicha barra. En el caso de que queramos ver más información sobre las mismas solo tendremos que pulsar sobre el botón de ver cargas, en ese caso se abrirá la siguiente ventana: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 83 Javier González Arias Captura 39: Cargas sobre Barra Aquí seleccionamos en la lista desplegable el número de la carga de la que queremos obtener más información y nos mostrará su esquema y también su tipo y valores asociados. Como se trata únicamente de pantallas de información, para volver a la pantalla inicial bastará con pulsar el botón back del dispositivo. 5.3.8 Icono de cálculo Es el sexto icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla. Al pulsarlo, la aplicación realiza el cálculo si la estructura ha sido definida correctamente. No se abre ninguna pantalla nueva al pulsarlo. Si el cálculo se ha realizado con éxito, se mostrará un mensaje que lo indica durante un corto espacio de tiempo. Si no, se muestra un mensaje de error. Se puede observar como los iconos que se pueden pulsar ahora en la fila horizontal son sólo los de muestra de resultados y no ya los de recogida de datos. Para poder modificar los datos del problema se debe pulsar el botón de redefinir, que es el último icono de la fila. 5.3.9 Icono de resultados gráficos Es el séptimo icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla. Al pulsarlo, la aplicación genera los datos necesarios para poder mostrar los diferentes resultados gráficos. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 84 Javier González Arias En principio no se aprecian grandes cambios. Si el menú vertical estaba oculto, al pulsar el icono de opciones gráficas este menú se mostrará y se observará que tiene nuevas opciones que explicaremos a continuación. En el caso de que el menú vertical estuviera visible, se verá como aumenta de tamaño ya que se añadirán las opciones. La pantalla principal de la aplicación con los dos menús desplegados, será: Captura 40: Pantalla inicial con Menú de Resultados Gráficos Las nuevas opciones gráficas, que son las que están justo debajo del icono de zoom- en el menú vertical, son: 5.3.9.1 Visualizar deformada Se debe marcar la casilla Def. Cuando marcamos esta casilla se pintará la deformada de la estructura, justo debajo aparece un pequeño cursor que nos permite modificar la escala a la que se pinta esta deformada, pudiendo reducirla o exagerarla a nuestro antojo. 5.3.9.2 Visualizar diagrama de esfuerzos axiles Al marcar la casilla N se pinta el diagrama de axiles de cada una de las barras de la estructura, se pinta en color azul en principio, pero como en casi todos los elementos, se podrá modificar. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 85 Javier González Arias 5.3.9.3 Visualizar diagrama de esfuerzos cortantes Es la casilla V. Si la marcamos se pintará el diagrama de cortantes de cada una de las barras de la estructura. En principio este diagrama será de color rojo. Debajo aparece un cursor que al igual que antes define la escala con la que se pintan tanto los diagramas de axiles como de cortantes, podremos regular dicha escala a partir de él. 5.3.9.4 Visualizar diagrama de momentos flectores M. Es la casilla que hace que se pinten los diagramas de momentos flectores de cada barra que conforma la estructura. Serán de color verde. Se puede regular su escala al igual que en los casos anteriores con el cursor que se encuentra inmediatamente debajo de su check box. 5.3.10 Icono de resultados numéricos Es el penúltimo icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla. Al pulsarlo, se muestra el siguiente menú emergente para que escojamos aquellos resultados que queremos que la aplicación nos muestre. Captura 41: Menú Emergente Listado Como los listados únicamente nos aportan información, para salir de ellos habrá que pulsar el botón back de nuestro dispositivo. Vemos a continuación las diferentes opciones. 5.3.10.1 Listados de nodo En el momento en el que pulsamos esa opción se abre el siguiente diálogo: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 86 Javier González Arias Captura 42: Listados de Nodo En él se muestra un listado de todos los nodos que componen la estructura y las características más importantes de los mismos. Puede ser que los nodos no aparezcan ordenados por su número de identificación, esto no quiere decir que los resultados asociados a cada uno de ellos estén mal. En este listado se muestra la posición inicial de cada nodo, lo que se mueve en coordenadas globales y las fuerzas que aparecen en cada uno de ellos en las diferentes direcciones. 5.3.10.2 Listados de barra En este caso se nos abrirá un segundo menú emergente ya que tendremos dos opciones, o bien visualizar los listados de desplazamientos en barras, o bien los listados de esfuerzos. Captura 43: Menú Emergente Tipo de Listado en Barra Vemos las pantallas que aparecerán al pulsar cada uno de ellos. 5.3.10.2.1 Desplazamientos Se abre el siguiente diálogo: Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 87 Javier González Arias Captura 44: Listado en Barra (Desplazamientos) Deberemos escoger en el desplegable la barra de la cual queremos obtener los listados. El listado nos informa de cuál es el número de identificación de barra, y también de cuales son el nodo inicial y final de la barra escogida. Después nos indica, para diferentes secciones a lo largo de la barra, lo que se ha movido esa sección en X y en Y en coordenadas globales. Hay que señalar, aunque ya se dijo en la explicación del menú de la aplicación, que el número de puntos a evaluar en cada barra es modificable ente 5 y 300, se debe tener en cuenta que cuanto mayor sea el número de puntos a evaluar, el tiempo en mostrar el listado será más largo, pero no excederá de 5 segundos en ningún caso. 5.3.10.2.2 Esfuerzos Se muestra la siguiente pantalla: Captura 45: Listado en Barra (Esfuerzos) Es muy similar al anterior. Debemos escoger la barra en el desplegable. Se muestra de nuevo el número de identificación de barra, y también el nodo inicial y final que la definen. En este caso para diferentes secciones lo que se puede visualizar es el valor del esfuerzo axil, del cortante y del momento flector. Cuando modificamos el número de puntos de evaluación, será tanto para el listado de desplazamientos como para el de esfuerzos. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 88 Javier González Arias 5.3.10.2.3 Valores máximos Es el tercer tipo de listado que puede mostrar la aplicación, su apariencia será así: Captura 46: Listado Valores Máximos En este menú tenemos que seleccionar la opción deseada en dos listas desplegables diferentes. En la primera de ellas seleccionamos la barra sobre la que queremos obtener los valores máximos. En la segunda se escoge el tipo de máximo que se quiere buscar, por ejemplo el valor del axil máximo, del desplazamiento en X máximo, etc. Una vez que hemos seleccionado ambas opciones este listado nos informa de cuál es el nodo inicial y final de la barra escogida para que podamos comprobar que es la barra que queremos. Después nos muestra los diferentes valores que se dan en la sección en la que se ha encontrado el máximo. El valor buscado aparecerá en rojo y el resto en color amarillo. Aunque hayamos escogido ya un valor y una barra, el listado se adapta de forma inmediata a cambios en cualquiera de las listas desplegables. Hay que advertir que en el listado únicamente aparecen los valores de la primera sección que se encuentra con ese valor máximo, esto quiere decir que si el valor máximo se repitiera en diferentes secciones el listado solo mostrará la primera de ellas. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 89 Javier González Arias 5.3.11 Icono de redefinición Es el último icono de la fila horizontal de iconos que aparecen en la parte superior de la pantalla. Ya se ha comentado anteriormente la utilidad de este icono. Al pulsarlo se activan de nuevo las opciones de recogida de datos y se desactivan las de muestra de resultados, lo podemos utilizar cuando nos damos cuenta de haber cometido algún error en la fase de introducción de datos y ya hemos pulsado el botón de calcular o cuando simplemente queremos modificar los datos de partida para comparar. 5.3.12 Pantalla gráfica En esta parte explicaremos como la aplicación gestiona la representación gráfica de la estructura. El dispositivo tiene unas determinadas limitaciones de tamaño de pantalla, y para evitarle al usuario la incomodidad de tener que calcular un escalado correcto para que pueda ver la estructura completa en la pantalla, la aplicación realiza este escalado automáticamente. El funcionamiento es el siguiente: la estructura estará siempre comprendida en el rectángulo de la pantalla que el menú vertical y horizontal deje libre, para ello ajustará sus medidas. También puede surgir que la estructura necesite en una determinada zona una definición muy detallada de barras o apoyos, por lo que se requiere una mejor visualización de ese área mediante un aumento o reducción. Esto se realiza mediante las opciones de Zoom. Las opciones de Zoom están duplicadas. Es decir, el usuario puede realizar la acción deseada, manualmente pulsando el botón correspondiente o también lo puede realizar tocando con dos dedos sobre la zona deseada y separarlos para aumentar o acercarlos para reducir. Además existe la opción de desplazar la estructura en su conjunto según el deseo del usuario. Esto se ha implementado así para poder tener un mayor control sobre el Zoom y también para facilitar el uso del Zoom en dispositivos con pantallas de pequeño tamaño. Por último comentar la existencia de un botón que restaura el zoom inicial. Se debe señalar que la malla no es infinita, su tamaño depende del de la estructura y se ajustará a ella automáticamente en todo momento, a medida que vamos generando la estructura. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 96 Javier González Arias Captura 52: Diálogo de Creación de Carga Puntual Transversal Como la carga es vertical y hacia abajo, es decir tiene el sentido negativo del eje Y, debemos poner en el valor de P = -5000. Como está situada justo en el centro de la barra 1 el valor de a es 0.5. De igual modo creamos la carga distribuida sobre la barra 2: Icono de creación > Carga> Sobre Barra > Distribuida transversalmente Captura 53: Diálogo de Creación de Carga Distribuida sobre Barra 2 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 97 Javier González Arias Tenemos que cambiar el desplegable para seleccionar la barra 2. Como es una carga constante el valor de q1 y q2 será el mismo e igual a 1000, por el mismo motivo que en la carga anterior estos valores llevarán signo negativo. Como está distribuida a lo largo de toda la barra, el valor de a es 0 y el de b, 1. En este momento podemos ver dibujadas las cargas sobre la estructura. Captura 54: Visualización General con cargas incluidas Como la aplicación las dibuja a escala, vemos como la carga distribuida se pinta sensiblemente más pequeña que la puntual. 5.4.4 Comprobación de datos introducidos Para comprobar si hemos generado correctamente toda la estructura comprobaremos la misma a partir del icono de propiedades. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 98 Javier González Arias Para comprobar los nodos: Icono propiedades > Nodo Captura 55: Propiedades del Nodo 2 Cambiando en el desplegable el número del nodo visualizaremos las propiedades correspondientes a cada uno, únicamente mostramos las del nodo 2. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 99 Javier González Arias Para comprobar las barras: Icono propiedades > Barra Captura 56: Propiedades de la Barra 1 Solo mostramos las propiedades de barra de la barra 1. Para ver las cargas asociadas a dicha barra, pulsamos Ver Cargas. Captura 57: Cargas sobre Barra 1 Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 100 Javier González Arias Como todos los datos introducidos son correctos no es necesario utilizar el icono de Eliminar ni el de Editar, si hiciera falta sería sencillo realizar los cambios oportunos a partir de estos dos iconos. 5.4.5 Cálculo Para realizarlo únicamente pulsamos el Icono de Calcular. 5.4.6 Resultados gráficos Para que se despliegue el menú de resultados gráficos pulsamos el icono correspondiente. En ese momento podemos seleccionar la opción que queremos visualizar y escalarla, para que se vea mejor, en este ejemplo ponemos la escala al valor máximo en todos los resultados. Captura 58: Menú Resultados Gráficos desplegado 5.4.6.1 Deformada La deformada se muestra marcando su check box en la pantalla inicial. Se muestra muy exagerada debido a que la escala está en su valor máximo. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 101 Javier González Arias Imagen 9: Deformada Teórica según apuntes Captura 59: Deformada obtenida en la Aplicación 5.4.6.2 Esfuerzo Axil El valor del axil en este ejemplo a lo largo de ambas barras es cero, con lo que no se pinta su gráfico aunque marquemos la casilla correspondiente al esfuerzo axil. 5.4.6.3 Esfuerzo Cortante Podemos comparar los gráficos que se mostraban en los apuntes con los obtenidos por la aplicación, vemos que son muy parecidos. Los valores numéricos los compararemos más tarde al comparar los listados. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 102 Javier González Arias Imagen 10: Diagrama de esfuerzos Cortantes según apuntes Captura 60: Diagrama de esfuerzos Cortantes ofrecido por la Aplicación 5.4.6.4 Momento Flector De igual forma comparamos los gráficos de momentos flectores, en primer lugar vemos el de los apuntes y después el de la aplicación. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 103 Javier González Arias Imagen 11: Diagrama de Momentos Flectores teórico (Apuntes) Captura 61: Diagrama de Momentos Flectores ofrecido por la Aplicación 5.4.6.5 Conjunto de gráficos Mostramos aquí todos los resultados gráficos pintándolos simultáneamente. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 104 Javier González Arias Captura 62: Visualización de Resultados Gráficos 5.4.7 Resultados numéricos En este punto vemos los listados ofrecidos por la aplicación. 5.4.7.1 Listado Nodos Comparamos el listado obtenido con los valores de los apuntes. 1 0 0 0 0 3437.5 7500 2 0 0 -0.000496 0 4062.5 0 3 0 0 0.000496 0 2500 0 Tabla 5: Resultados teóricos Captura 63: Listado de Nodos Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 105 Javier González Arias Vemos que los resultados coinciden perfectamente, destacar, que si la rótula la hubiéramos colocado en la segunda barra en lugar de en la primera obtendríamos el valor del giro en el nodo 2 correspondiente a la barra 1, que, al tener la rótula, es distinto al del nodo 2 en la barra 2 que es el que se muestra en el listado. 5.4.7.2 Listado Barras (Desplazamientos) Estos listados nos sirven para obtener valores en diferentes secciones de las barras, no podemos comparar con valores de los apuntes, ya que en estos no se ofrecen, pero si podemos ver su correspondencia con lo que se muestra en los diagramas que vimos anteriormente, hemos puesto para el ejemplo pocos puntos de evaluación para que se vieran todos en la captura de la pantalla, pero como se dijo anteriormente, podemos evaluar hasta un máximo de 300 puntos por barra. Captura 64: Listado de Barras (Desplazamientos) Lo mismo ocurrirá con el resto de listados, únicamente mostraremos los listados ofrecidos por la aplicación. 5.4.7.3 Listado Barras (Esfuerzos) Captura 65: Listado de Barras (Esfuerzos) 5.4.7.4 Listado Valores Máximos Para este caso, podemos obtener diferentes listados en función de la posición en que coloquemos los diferentes desplegables, como ejemplo se muestra el valor máximo del flector en la barra 1. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 112 Javier González Arias Captura 67: Captura de aplicación Frame Design 2D 6.4.2 EpicFEM También es una aplicación basada en el método de los elementos finitos. Destaca la elaboración de memorias de cálculo de manera rápida y simple para compartir en clouds, compañeros, alumnos, etc. Características:  Apoyos simples y fijos.  Muelles lineales y rotacionales.  Cargas: Nodales (Fuerzas y momentos), distribuidas, triangulares.  Biblioteca de secciones, también se puede personalizar la sección.  Diagramas: Desplazamiento, giro, cortante, flector.  Reacciones.  Paso a PDF y guardado en mismo formato en SD-card.  SI y también sistema imperial de unidades. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 113 Javier González Arias Captura 68: Captura de aplicación EpicFEM Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 114 Javier González Arias 7 ESTUDIO ECONÓMICO Para poder cuantificar de alguna manera el trabajo realizado en el presente proyecto se realiza un breve estudio económico en el que se tiene en cuenta tanto las herramientas utilizadas para el desarrollo de la aplicación como la mano de obra depositada en la misma. Como el propósito de la aplicación no es venderla a terceros, si no hacer que llegue al máximo número de usuarios, y las aplicaciones que harán la competencia a la nuestra son gratuitas, no tiene sentido interpretar este estudio como un objetivo a superar para obtener un beneficio económico de la aplicación. El estudio llevado a cabo se resume en la siguiente tabla: Denominación Ud Cantidad Precio (€) Subtotal (€) Ordenador U 1 739 739 Tableta U 1 252 252 Desarrollo aplicación h 319 30 9570 Consumo energía U 1 200 200 Material Oficina U 1 137 137 Registro Google Play U 1 18.06 18.06 Agregado 10916.06 5% gastos generales 545.80 Total 11461.86 Tabla 6: Estudio Económico Por lo tanto el coste que nos ha supuesto el desarrollo de nuestra aplicación es de ONCE MIL CUATROCIENTOS SESENTA Y UN EUROS CON OCHENTA Y SEIS CÉNTIMOS. El porcentaje añadido en gastos generales hace referencia a diferentes consumos que no se han tenido en cuenta en el estudio económico general de la aplicación, como por ejemplo la conexión a internet. También se ha incluido en el estudio la adquisición de una Tablet con sistema operativo Android, si bien no es un elemento indispensable para el desarrollo de la aplicación ya que el entorno de desarrollo cuenta con variedad de emuladores en los que podemos ir probando nuestro trabajo, si es un elemento muy útil ya que reduce tiempos de prueba de la aplicación de una manera considerable (los emuladores son sensiblemente más lentos), y también es muy importante poder probar la aplicación en dispositivos reales antes de lanzarla al mercado. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 115 Javier González Arias 8 OBJETIVOS ALCANZADOS Y VÍAS DE FUTURO Al inicio del presente proyecto nos propusimos una serie de objetivos que en este momento analizaremos. 8.1 Objetivos alcanzados  Conocer las principales características del lenguaje Java. Sin duda este objetivo ha sido alcanzado, pues sin tener un previo conocimiento básico del lenguaje Java nos habría sido imposible programar la aplicación en Android.  Conocer las principales características de Android. Al igual que en el punto anterior, si no se hubiera estudiado y entendido las principales características de Android, así como su funcionamiento, llevar a cabo este proyecto con el desarrollo de la aplicación habría sido imposible, con lo que este objetivo también se ha alcanzado.  Estudiar el entorno de desarrollo de Android. Como se ha descrito en puntos anteriores, en un principio se pudo elegir entre Eclipse y Android Studio como entorno de desarrollo para Android, ya explicamos por qué finalmente nos decantamos por Android Studio. Tras su elección, fue necesario estudiarlo, entenderlo y manipularlo con la suficiente soltura que nos permitiera el correcto desarrollo de la aplicación. Por lo que este objetivo también se cumplió.  Desarrollar la aplicación para Android. Este objetivo también se ha cumplido en el presente proyecto ya que el producto del proyecto ha sido la aplicación Android, que funciona perfectamente y ha sido testeada en diferentes dispositivos para asegurar su correcto funcionamiento. Por lo que todos los objetivos que nos propusimos al inicio del proyecto han sido alcanzados con éxito. 8.2 Vías de futuro Aunque si se han alcanzado los objetivos propuestos, sin duda existen aspectos que pueden ser mejorados para que nuestra aplicación sea mucho más útil y atractiva para el usuario.  Complementar la entrada de datos mediante la posibilidad de introducción táctil de los mismos, ya sea para la definición gráfica de nodos y barras, como para cargas.  Ampliar aún más las posibilidades a la hora de introducción de datos, como por ejemplo la inclusión de errores de ejecución en la definición de la estructura. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 116 Javier González Arias  Incluir un módulo en la aplicación que realice el cálculo de tensiones normales y tangenciales.  Aumentar la capacidad de la aplicación y módulo de cálculo para realizar más cálculos como pandeo, cálculo plástico, combinación de acciones en edificación, etc.  Exportación de resultados a un formato de texto, incluyendo gráficos.  Mejora en el diseño gráfico del interfaz de Usuario para hacer la aplicación más llamativa y por tanto más apetecible para el cliente. Proyecto Fin de Carrera: Aplicación Android para la resolución de estructuras 2D de barras Ingeniería Industrial Página 117 Javier González Arias 9 BIBLIOGRAFÍA  DEITEL, HARVEY M. Y DEITEL, PAUL J.. Cómo programar en Java. 5ª Edición. México, Ed. Pearson Educación, 2004.  http://www.android.com/  http://developer.android.com/intl/es/sdk/installing/studio.html  http://www.slideshare.net/dcastacun/manual-programacin-android  http://www.slideshare.net/jimezam/introduccin-a-la-plataforma-j2me  http://androidayuda.com/2013/07/31/la-fragmentacion-de-android- problema-o-ventaja/  http://es.wikipedia.org/wiki/Android  http://developer.android.com/intl/es/about/dashboards/index.html  http://www.slideshare.net/SantiagoSolis1/fundamentos-del-desarrollo-de- aplicaciones-para-android  http://www.carlosrobles.com/blog/2014/02/eclipse-o-android-studio/  http://www.xatakamovil.com/mercado/desarrollo-de-aplicaciones- moviles-i-asi-esta-el-mercado  http://barraespaciadora.com/2013/05/10/comparativa-de-sistemas- operativos-para-smartphones/  http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_operativo_m%C3%B3vil#Symbian  http://gs.statcounter.com/#mobile_os-ww-quarterly-201201-201201-map  http://androideity.com/2011/07/04/arquitectura-de-android/  http://developer.android.com/intl/es/distribute/googleplay/publish/index.ht ml  http://androideity.com/2011/08/25/%C2%BFcomo-firmar-aplicaciones- android/