Evaluación de proyectos en asignaturas de automatización y robótica

EVALUACIÓN DE PROYECTOS EN ASIGNATURAS DE AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA Da id Muñoz de la Peña Sequedo, F ancisco Salas Gómez Depa amen o de Ingenie ía de Sis ema y Au omá ica [email p o ec ed], [email protected] Resumen En es e abajo se p esen a la implan ación de un sis ema de e aluación de p oyec os en di e sas asigna u as de nues o depa amen o elacionadas con la au oma ización y la obó ica. La p opues a docen e p esen ada se basa en la ealización po pa e de los alumnos de un p oyec o abie o de au oma ización en g upo, en el cual no sólo ienen que diseña la solución, sino ambién el p oblema. La na u aleza abie a del p oyec o y el g an núme o de alumnos, mo i ó el epa o de los di e en es g upos en e los di e en es p o eso es de la asigna u a. Cada g upo de alumnos iene al menos dos u o ías con su p o eso pa a aco da el p oblema a esol e pa a pode adecua la complejidad y alcance a los obje i os de la asigna u a. La e aluación de los p oyec os se ealiza median e una p esen ación o al el mismo día que el examen esc i o de las con oca o ias o iciales. La me odología p opues a ha sido implan ada con éxi os en di e sas asigna u as y han pa icipado más de 600 alumnos du an e los úl imos años con una g an acep ación an o po pa e del p o eso ado como de los alumnos. Palab as cla e: E aluación, au oma ización y obó ica indus ial. 1 INTRODUCCIÓN Desde hace ya a ios años nos encon amos inme sos en la Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía en un p oceso de cambio de modelo educa i o de i ado de la implan ación del Espacio Eu opeo de Educación Supe io , c eado median e el p oceso de Bolonia. Uno de los p incipales cambios ha sido la implan ación del sis ema eu opeo de ans e encia y acumulación de c édi os (ECTS) en odos nues os planes de es udio, una de las p incipales pied as angula es del p oceso de Bolonia pues o ece un medio adecuado pa a p omo e al máximo la mo ilidad de es udian es. Como p incipal ca ac e ís ica, los c édi os ECTS se basan en la ca ga de abajo necesa ia pa a que los es udian es alcancen los esul ados de ap endizaje espe ados, incluyendo el iempo dedicado a odas las ac i idades de ap endizaje necesa ias como clases, semina ios, p oyec os, abajo p ác ico, ap endizaje au ónomo y exámenes. Como es imación, cada c édi o ECTS equi ale a en e 25 y 30 ho as de abajo. En nues a Uni e sidad, los planes de es udio han asignado una ca ga de 10 ho as lec i as po cada c édi o de la asigna u a, dejando el es o de la ca ga de abajo a lib e disposición del p o eso . En gene al, el núme o de ho as lec i as ha disminuido en compa ación con los planes de es udio an e io es, mo i ado p incipalmen e po que el sis ema de educación p opues o en Bolonia p omue e una mayo implicación del alumno en las ac i idades de ap endizaje y e aluación con inua, en con aposición a modelos an e io es basados p incipalmen e en la clase magis al y la e aluación a a és de exámenes. Los ecu sos docen es sin emba go no se han modi icado sus ancialmen e. En pa icula , el núme o de alumnos ma iculados y el núme o de p o eso es de cada cu so son simila es a los planes de es udios an e io es, sob e odo en los cu sos bajos de los di e en es g ados, aunque sí es e dad que en muchas asigna u as de cu sos supe io es, debido a la mayo op a i idad disponible, sí ha bajado el a io alumnos po p o eso . El abajo necesa io pa a implan a ac i idades de ap endizaje y e aluación di e en es de la clase magis al y la e aluación po examen, depende en g an medida de los alumnos que un p o eso enga en su asigna u a, lo que complica el cambio de modelo educa i o. En es e abajo p esen a emos cómo se han abo dado los di e en es p oblemas de i ados de la na u aleza de las ma e ias es udiadas, la ges ión de g upos masi icados y los ecu sos disponibles pa a pode inclui den o de la plani icación de la asigna u a que los alumnos desa ollen un p oyec o de una cie a en e gadu a. Hay a ios p oblemas pa a pode inclui es e ipo de ac i idades de ap endizaje en cu sos nume osos. En p ime luga el diseño de un p oyec o que p esen e un e o al alumno, con una ca ga de abajo ap opiada y que cub a los obje i os de ap endizaje de una asigna u a es en gene al muy cos oso. En p oblema con cu sos nume osos es que puede se in e esan e diseña más de un p oyec o pa a que los alumnos engan a ias opciones o incluso engan cada alumno un p oyec o di e en e. Ac as de las XXXIX Jo nadas de Au omá ica, Badajoz, 5-7 de Sep iemb e de 2018 145 En segundo luga , la e aluación de un p oyec o ambién puede ene una g an ca ga de abajo, que en caso de que la e aluación del p oyec o no sus i uya a la e aluación con encional de los exámenes, se suma a la ca ga de abajo po p o eso no mal. Las asigna u as p esen adas en es e abajo es án cen adas en el campo de la au oma ización y la obó ica. Como uno de los p incipales obje i os de ap endizaje de las mismas se encuen a el que el alumno ap enda a u iliza en o nos de p og amación de disposi i os indus iales, como au óma as p og amables y obo s manipulado es. Es os disposi i os ienen un g an cos e, y aunque se dispone de di e sos equipos de p ác icas en los labo a o ios, las ho as dedicadas en el plan docen e a abajos p ác icas limi a mucho el uso po pa e del alumno. Sin emba go, como al e na i a a disposi i os eales y eniendo en cuen a que los obje i os de ap endizaje se cen an en el campo de la p og amación, la idea de pode usa simulado es de es os disposi i os es muy in e esan e, sob e odo, si es posible que el alumno use dichos simulado es sin necesidad de es a en las ins alaciones de la Uni e sidad. En es a línea, hay que deci que los p opios ab ican es de au óma as p og amables y obo s manipulado es o ecen como pa e de sus pla a o mas de desa ollo simulado es de los disposi i os ísicos, o eciendo a menudo licencias de g a ui as, como la pla a o ma de desa ollo Codesys de la emp esa 3S o la pla a o ma Robo s udio de ABB, o con p ecios especiales pa a es udian e, como la pla a o ma Uni y P o de Schneide . Adicionalmen e, hay emp esas que o ecen no sólo la simulación de disposi i os de con ol, sino además de los p opios elemen os ísicos a con ola , es deci , simulado es de disposi i os ísicos como la emp esa Realgames. Es os nue os ecu sos posibili an plan ea p oyec os de diseño de sis emas de au oma ización de g an in e és a los alumnos que puedan esol e ue a de las aulas. En pa icula , el ecu so que habili ó el desa ollo de la expe iencia docen e ac ual, es el lib o "In oducción a la p og amación de au óma as p og amables usando CoDeSys", de Miguel Ángel Ridao Ca lini [1]. El obje i o de es e lib o es p opo ciona al lec o una in oducción a la p og amación de au óma as p og amables siguiendo el es ánda de la no ma IEC-61131-3, u ilizando pa a ello el so wa e de desa ollo de aplicaciones pa a au óma as p og amables CodeSys que o ece la posibilidad de emula un au óma a p og amable y iene un en o no g á ico sencillo que pe mi e desa olla simulaciones isuales de sis emas ísicos sencillos. En los p óximos apa ados desc ibi emos la me odología docen e u ilizada pa a inclui un p oyec o de diseño y esolución de un sis ema de au oma ización usando Codesys en nues as asigna u as. La expe iencia docen e p esen ada en es e abajo se implan ó po p ime a ez du an e el cu so 2014-2015 en la asigna u a obliga o ia "Au oma ización y con ol de sis emas de p oducción" del Más e Uni e si a io en Ingenie ía Indus ial y desde en onces o ma pa e de su p og ama docen e. Pos e io men e, eniendo en cuen a la expe iencia con los alumnos del más e se implan ó en la asigna u a "Au oma ización Indus ial" del G ado en Ingenie ía de las Tecnologías Indus iales desde el cu so 2015-2016. Es a asigna u a es obliga o ia en las in ensi icaciones "Eléc ica", "Elec ónica", "Au omá ica", "O ganización y p oducción". En o al más de 600 alumnos han sido e aluados con la me odología p opues a. 2 OBJETIVOS El obje i o p incipal es consegui que el alumno ap endie a a diseña sis emas de au oma ización con una pla a o ma indus ial siguiendo el es ánda de la no ma IEC-61131-3 eniendo en cuen a las es icciones de ecu sos (ho as de clase, p ác icas y p o eso es implicados), no ma i a ( iene que se compa ible con la e aluación o dina ia en con oca o ias o iciales) y de núme o de alumnos. Adicionalmen e, un obje i o p imo dial es que la expe iencia ue a epe ible en cu sos u u os. Teniendo en cuen a que cada cu so de las asigna u as conside adas ienen más de 150 ma iculados, nos encon amos con un g a e p oblema pa a el diseño de los p oyec os de au oma ización, ya que po su na u aleza, se ía imposible e i a el plagio de las soluciones de cualquie p oyec o. Es e p oblema es in ínseco a las asigna u as de p og amación, ya que los enunciados de los p oblemas no son pe sonalizables y es ácil plagia algo i mos. Po es e mo i o, se decidió que no se diseña ía un enunciado de un p oblema pa a que lo esol ie an los alumnos, sino que la p opia de inición del p oblema o ma pa e del abajo que iene que desa olla los alumnos. Deja un enunciado lib e limi a en g an medida el p oblema del plagio (aunque po supues o no lo elimina), sin emba go iene el p oblema de que los alumnos pueden p opone p oblemas que no es én de acue do con los obje i os de ap endizaje, bien po su alcance o po su di icul ad. Es o obliga a inclui un seguimien o pa cial de los p oyec os, en pa icula , en la p ime a ase en la que los alumnos p oponen los p oblemas que esol e án. 146 Pa a que odos los alumnos engan que ealiza el p oyec o, uno de los obje i os e a que la e aluación pudie a se compa ible con la e aluación median e exámenes esc i os en con oca o ias o iciales y con los ecu sos de p o eso es disponibles. Es o implica que si el p oyec o es obliga o io pa a ap oba una asigna u a, debe de se posible en ega lo en cualquie a de las es con oca o ias o iciales. La solución p opues a es que los alumnos ealicen una p esen ación o al de los p oyec os el mismo día del examen esc i o de la con oca o ia o icial. Pa a pode o ganiza la e aluación, cada p o eso e alúa a los g upos a los que u o a. Es o supone una g an implicación po pa e del p o eso ado de la asigna u a. A con inuación p esen amos la me odología u ilizada con de alle. 3 METODOLOGÍA La e aluación de la asigna u a se ealiza en base a un examen esc i o (70% de la no a) y a un p oyec o (30% de la no a). Pa a ap oba la asigna u a es necesa io ap oba el examen esc i o y el p oyec o. La e aluación del p oyec o y el examen se ealizan conjun amen e el día indicado po el calenda io de con oca o ias o iciales de la ETSI. La e aluación del p oyec o se ealiza en base a una p esen ación de 10 minu os con un u no de p egun as de 5 minu os en la que el alumno debe desc ibi el p oblema esuel o, la co espondien e solución y el in e és del mismo pa a la asigna u a. Los g upos pueden se de has a 3 alumnos. La no a del p oyec o se gua da pa a las es con oca o ias o iciales. La no a del examen esc i o no se gua da (es necesa io hace el p oyec o pa a pode ealiza el examen). Figu a 1. Ejemplo de un p oyec o de Codesys. El alumno debe diseña un sis ema y el sis ema de con ol de o ma independien e ap o echando las he amien as de simulación y isualización de Codesys. Cada cu so se publican es echas. La p ime a es la echa lími e en la que los alumnos se o ganizan en g upos. Una ez se dispone del lis ado de g upos, se asigna un p o eso u o a cada g upo y se indica una echa lími e en la que cada g upo debe p epa a una p opues a de p oblema a esol e y a ende a una eunión con su u o pa a discu i si el la p opues a es adecuada. Finalmen e, an es de la p esen ación o al, cada g upo debe p esen a la solución inal a su u o . La e aluación po pa e del p o eso ado se ealiza en base a una úb ica pa a consegui una alo ación homogénea de odos los g upos, ya que cada p o eso sólo e alúa a sus alumnos. En el p oyec o los alumnos deben p opone un p oblema de con ol desc ibiendo el sis ema dinámico a con ola , los senso es, los ac uado es y las especi icaciones de con ol. Una ez de inido el p oblema deben p og ama en Codesys un simulado del sis ema dinámico con sus ac uado es y senso es, una isualización esquemá ica del mismo, el con olado y una isualización esquemá ica de su in e az homb e máquina. Figu a 2. Elemen os de código de un alumno y lujo de in o mación. 4 DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA La expe iencia es á siendo muy posi i a, aunque es impo an e hace no a que es posible lle a la a cabo po el al o g ado de implicación de odos los p o eso es de la asigna u a, en pa icula , de los p o eso es de p ác icas. Las asigna u as de "Au oma ización y con ol de sis emas de p oducción" y "Au oma ización Indus ial" ienen unos 160 alumnos di ididos en dos g upos. Cada g upo lo impa e un p o eso (con 3.5 c édi os de eo ía y 2 c édi os de p ác icas en PAP), pe o además, pa icipan o os 4 p o eso es de p ác icas (con 2 c édi os en PAP cada uno) los cuales lle an a cabo labo es de u o ización de abajos. En media, cada año se p esen an unos 60 p oyec os en cada asigna u a, epa idos a 10 abajos po cada uno de los 6 u o es (4 p o eso es de p ác icas y 2 de eo ía). Es o implica el seguimien o de unos 30 alumnos. Es e núme o es al o pe o acep able. Du an e las semanas de la p ime a u o ía en la que se p esen an los p oyec os y en las semanas p e ias a la en ega, los p o eso es implicados ienen una g an ca ga de ho as de a ención a esos alumnos. Sin emba go, los p o eso es que han o mado pa e de la expe iencia 147 en gene al la alo an de o ma muy posi i a, ya que las u o ías de i adas de la ealización de un p oyec o pe mi en una in e acción muy in e esan e con los alumnos, y 30 alumnos es un núme o manejable. A lo la go de los úl imos años, hemos pensado en di e en es ac i idades. La me odología desc i a es el esul ado de muchos expe imen os, y consegui que la ca ga de abajo ue a acep able pa a pode implica a la mayo can idad de p o eso es ha sido un c i e io de e minan e. Figu a 3. Rúb ica de e aluación de los p oyec os. O o pun o impo an e es el pun o de is a o ganiza i o. La e aluación del p oyec o debe de se epe ible y compa ible con las es icciones de la ETSI. El p ime cu so la e aluación se ealizó en un día di e en e de la con oca o ia o icial. Es o conlle a oda una se ie de p oblemas, sob e odo en la segunda y e ce a con oca o ia, complicando la ges ión de posibles excepciones y es icciones de los alumnos. Pa a e i a p oblemas de echas, se decidió que la en ega y de ensa de los p oyec os se ealiza el mimo día del examen esc i o. Es o implica que la e aluación de odos los p oyec os de debe hace en un único día. Hay una media de 60 p oyec os en la p ime a con oca o ia (en las o as el núme o es mucho meno , ya que po lo gene al sólo se p esen an p oyec os ap os pa a ap oba g acias al p oceso de u o ización). A cada p oyec o se le asignan 15 minu os pa a la de ensa y las p egun as, lo que supone que son 15 ho as de e aluaciones o ales. Pa a pode hace lo de o ma p ác ica, las de ensas se ealizan en pa alelo en 6 aulas di e en es, una po u o . No malmen e el p oceso de e aluación se ex iende du an e unas 2 o 3 ho as, dependiendo del núme o de g upos que se p esen an. Habi ualmen e, sólo ealizan la p esen ación aquellos g upos que ienen un p oyec o ap o que ya han p esen ado a su u o . Los alumnos que no se p esen an en la p ime a con oca o ia no p esen an el p oyec o. De nue o la implicación de los p o eso es de p ác icas es de i al impo ancia, ya que sin pode ealiza las p esen aciones en pa alelo, no se ía posible ealiza la e aluación el mismo día que el examen esc i o, di icul ando odo el p oceso. Desde el pun o de is a del alumno, después de 3 años, la única c í ica ecibida es la de aumen a el peso del p oyec o en la no a inal (o incluso elimina la no a del examen). Los alumnos dedican una g an can idad de ho as a desa olla su p oyec o, sin emba go, pa e del abajo de u o ización es ga an iza que la complejidad y alcance del p oyec o son adecuados, en pa icula se in en a que los alumnos esuel an un p oblema de au oma ización de una complejidad simila o incluso mayo que los p oblemas p opues os en los exámenes esc i os. Al igual que en o as asigna u as de p og amación, esol e un p oblema en papel es más sencillo que esol e lo en una pla a o ma eal y que uncione, pe o po lo gene al, los alumnos que ealizan un buen p oyec o, ienen un dominio de la asigna u a que les acili a es udia y ap oba el examen esc i o. De hecho son pocos los casos en los que un alumno ha ealizado un buen p oyec o, y ha suspendido el examen. La me odología iene po supues o algunos e o es. En pa icula , no hay una e i icación del epa o de abajo en e los di e en es miemb os de los g upos, lo que posibili a a los alumnos e i a abaja en el p oyec o si encuen an compañe os que les incluyan en sus g upos. Con el a io de alumnos/p o eso ac ual, conside amos que no enemos ninguna me odología con una ca ga de abajo acep able pa a supe a es e p oblema, po lo que se man iene como equisi o pa a ap oba la asigna u a, ap oba el examen esc i o. La complejidad de los p oblemas de los exámenes es simila a la de los p oyec os, po lo que los alumnos que no han abajado el p oyec o suelen ene di icul ades en esol e los. 4 RESULTADOS La me odología p opues a de e aluación de p oyec os de au oma ización ha sido un éxi o en las dos asigna u as p esen adas. Adicionalmen e se ha u ilizado una idea simila basada en enunciados diseñados po alumno, u o ización y de ensa o al en o as asigna u as como "Con ol y p og amación de obo s manipulado es" y "P oyec os de au oma ización" usando o as pla a o mas de p og amación. La ealidad es que equie e una g an implicación an o de los p o eso es, como un mayo abajo de los alumnos, sin emba go la ealimen ación es muy buena. Los alumnos alo an muy posi i amen e abaja con una pla a o ma indus ial (aunque sea en simulación) y ap ende de o ma au ónoma en base a un p oyec o complejo. La libe ad de diseña sus p opios p oblemas es muy mo i ado a pa a algunos alumnos, y odos los años nos encon amos con g upos cuyo p oyec o excede los obje i os de la asigna u a. Finalmen e, cabe des aca que el núme o de alumnos 148 que nos con ac an pa a ealiza abajos de in de g ado o de mas e elacionados con la asigna u a de au oma ización aumen a cada año. Desde el pun o de is a docen e, la asigna u a iene un po cen aje de ap obados al o, pe o además conside amos que el ni el de los alumnos ha mejo ado como demues an las soluciones de los alumnos en los exámenes esc i os, que p esen an p oblemas complejos de solución abie a. Figu a 4. Ejemplo de un p oyec o de Robo s udio. El alumno debe diseña un sis ema y p og ama el compo amien o del obo ap o echando las he amien as de simulación y isualización de Robo s udio. Como conclusión inal, los esul ados de la expe iencia demues an que es posible ob ene buenos esul ados de ap endizaje si los alumnos ealizan ac i idades di e en es a asis i a clases magis ales o ealiza exámenes esc i os al y como de iende el p oceso de Bolonia, sin emba go es necesa ia una buena plani icación que enga en cuen a las es icciones impues as po los planes de es udio ac uales en elación al a io de alumnos/p o eso , sis emas de e aluación y ho as de dedicación. Es o supone un g an es ue zo e implicación po pa e del p o eso ado. Ag adecimien os Es a expe iencia no hubie a sido posible sin el apoyo de Miguel Ángel Ridao, Ascensión Za a, Daniel Limón, Ignacio Al a ado, Teodo o Álamo, Fe nando Cas año, Ma io Pe ei a, José En ique Alonso y F ancisco Go dillo. English summa y EVALUATION OF PROJECTS IN AUTOMATION AND ROBOTICS COURSES Abs ac This pape p esen s he implemen a ion o a sys em o e alua ing p ojec s in a ious subjec s o ou depa men ela ed o au oma ion and obo ics. The p oposed eaching is based on he ealiza ion by s uden s o an open g oup au oma ion p ojec , in which hey no only ha e o design he solu ion, bu also he p oblem. The open na u e o he p ojec and he la ge numbe o s uden s mo i a ed he dis ibu ion o he di e en g oups among he di e en eache s o he subjec . Each g oup o s uden s has a leas wo mee ings wi h hei eache o ag ee on he p oblem o be sol ed in o de o adap he complexi y and scope o he objec i es o he subjec . The e alua ion o he p ojec s is done h ough an o al p esen a ion on he same day as he w i en examina ion o he o icial calls. The p oposed me hodology has been implemen ed wi h successes in a ious subjec s and mo e han 600 s uden s ha e pa icipa ed in ecen yea s wi h g ea accep ance by bo h eache s and s uden s. Keywo ds: E alua ion, au oma ion and obo ics Re e encias [1] Ridao M.A. (2016), "In oducción a la p og amación de au óma as p og amables usando CoDeSys", Edi o ial Uni e sidad de Se illa, España. © 2018 by he au ho s. Submi ed o possible open access publica ion unde he e ms and condi ions o he C ea i e Commons A ibu ion CC-BY-NC 3.0 license (h ps://c ea i ecommons.o g/licenses/by-nc/3.0). 149