Entorno evolutivo de diseño automático en ingeniería

Resumo

Se ha desarrollado un entorno computacional de diseño automático, modular, escalable e interactivo que permite la integración de las etapas que conforman el proceso de diseño, eliminando al diseñador humano de las fases de búsqueda de soluciones y toma de decisiones y limitando su actuación a la especificación del problema y la evaluación subjetiva de propuestas cuando esto resulte necesario. De este modo, se mejora la creatividad al eliminarse las restricciones ficticias y la limitación en la exploración de posibles soluciones introducidas por el diseñador humano, se hacen los problemas más manejables y se abre la posibilidad de obtener soluciones variadas de mayor calidad. La integración de múltiples simuladores e interfaces de usuario en el entorno posibilita la creación de una macro función de calidad que pondera las evaluaciones técnicas (ingenieros expertos y simuladores) y subjetivas (usuarios finales). Esta selección y ponderación relativa de las aptitudes de cada uno de los simuladores se realizan en función de los criterios existentes expresados en términos del dominio del problema (rendimiento económico, capacidad de producción, etc.) y no del dominio de implementación (consumos eléctricos, parámetros de control, etc.) como ocurre en el diseño tradicional. Al mismo tiempo y para problemas de relativa complejidad, es necesario una elevada potencia de cálculo que requiere una alta escalabilidad del sistema. Se ha desarrollado, para ello, una implementación contemplando su distribución computacional con distintos niveles de granularidad según cada problema en concreto. Debido a su modularidad, el entorno es fácilmente adaptable a los distintos problemas por medio de la introducción de módulos de evaluación y/o la modificación de parámetros en la metodología de búsqueda. Para demostrar la versatilidad del entorno modular se han implementado procesos de diseño de sistemas reales en tres ámbitos completamente distintos pertenecientes a problemas en plantas reales. Estos sistemas complejos se caracterizan por el acoplamiento no lineal existente entre los parámetros que definen la calidad de sus soluciones parciales en el dominio del problema, apenas relacionados con los correspondientes a sus subsistemas, en el dominio de la solución. Como primer ejemplo se diseñaron controladores de estabilización para vehículos sumergibles autónomos con y sin brazo manipulador que compensasen las fuerzas perturbadoras externas y las reacciones existentes. Este tipo de vehículos presenta una dinámica de alta complejidad con actuaciones no lineales y acopladas. Posteriormente se diseñaron controladores para la maniobra de un catamarán sumergible turístico cuyas especificaciones de seguridad y confort para los pasajeros, su asimetría de comportamiento y alta inestabilidad le confieren la dificultad suficiente como para probar el sistema. Asimismo se sintetizaron controladores para plantas industriales que gestionasen la velocidad de los transportes de una línea de producción real en función de criterios basados en el dominio de especificación. Por último e intentando incorporar al sistema cierta evaluación subjetiva, se generaron morfologías tridimensionales en función de criterios meramente morfológicos. En definitiva, se ha desarrollado un entorno que permite automatizar el proceso de diseño transformando el problema de diseño en un problema de búsqueda de soluciones y limitando la participación humana a la especificación del problema y a la evaluación subjetiva a nivel de experto o usuario si es necesario. Para ello se han integrado herramientas computacionales de búsqueda (técnicas evolutivas), simuladores avanzados de alta fiabilidad para la realización de la evaluación técnica e interfaces hombre-máquina que permiten la evaluación subjetiva de expertos o usuarios finales. Asimismo fue necesario distribuir computacionalmente el sistema para que éste se adaptase fácilmente a cada problema.