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“INTEGRACIÓN DE PRÁCTICAS DE DISEÑO DE MÁQUINAS - INDIMA”

Coordinador(a): PILAR LAFONT MORGADO
Centro: ETSI INDUSTRIALES
Nivel: A. Grupos de Innovación Educativa
Palabras clave:
  • Aprendizaje Activo
  • Elaboracion material docente
  • Evaluación del aprendizaje
  • Planificación y coordinación docente
  • Uso de TIC
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza Email
Andrés Díaz Lantada E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PRF.CONTR.DOCT. andres.diaz[at]upm[dot]es
Javier Echávarri Otero E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PRF.CONTR.DOCT. javier.echavarri[at]upm[dot]es
Pilar Leal Wiña E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PAS LABORAL pilar.leal[at]upm[dot]es
Mª del Socorro Martín Muela E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PAS LABORAL socorro.martin[at]upm[dot]es
Julio Muñoz García E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD julio.munoz[at]upm[dot]es
Juan Manuel Muñoz Guijosa E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD juanmanuel.munoz.guijosa[at]upm[dot]es
José Luis Muñoz Sanz E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD joseluis.munozs[at]upm[dot]es
Silvia Ortega Pérez E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PAS LABORAL silvianatividad.ortega[at]upm[dot]es
Pedro Ortego García E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES PAS LABORAL portego[at]etsii[dot]upm[dot]es
Marcos Angel Fernandez Martinez ETSI INDUSTRIALES PDI (UPM) marcosfernandezmartinez[at]upm[dot]es
Lineas de trabajo principales en las que incide
Línea 2. Proyectos interdisciplinares en titulaciones de grado y postgrado
- Desarrollo coordinado de Grupo de asignaturas que constituyan unidades coherentes desde el punto de vista disciplinar
Otras líneas:
- Mejora conjunta de sesiones prácticas.
Mejora de materiales docentes.
Descripción del desarrollo y las fases
RESUMEN DEL PROYECTO
El Grupo de Innovación Educativa de la UPM para la Docencia Innovadora de Máquinas (GIE-DIM) imparte asignaturas en las que los alumnos viven las distintas fases del desarrollo de máquinas. Dichas asignaturas son:
§   Teoría de Máquinas y Mecanismos
§   Cálculo de Máquinas I
§   Cálculo de Máquinas II
§   Vibraciones y Ruidos en Máquinas
§   Ensayo y Mantenimiento de Máquinas
§   Seguridad y Normativa de Máquinas
§   Proyecto de Máquinas

 

El conjunto de dichas asignaturas, dentro de la titulación de Ingeniero Industrial, aporta tanto conocimientos troncales necesarios para cualquier egresado, como conceptos muy específicos para especialistas en máquinas o fabricación, combinando docencia de primer y segundo ciclo.

Se presenta un proyecto interdisciplinar, que afecta a dichas asignaturas del grupo GIE-DIM, destinado a la integración y mejora conjunta de las prácticas sobre diseño de máquinas impartidas, de cara a la adaptación final al Espacio Europeo de Educación Superior y la mejora de la calidad docente del grupo.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

Dicha actualización, integración y mejora de las prácticas impartidas se conseguirá por medio del cumplimiento de tres objetivos fundamentales:

 
[O1]    Mejora conjunta de los materiales docentes de las prácticas de dichas asignaturas, que incluye acciones de:
§         Redefinición de objetivos generales y específicos de las prácticas impartidas sobre diseño de máquinas, con la intención de optimizar el aprovechamiento de las mismas por parte de los alumnos.
§         Mejora de la relación entre las distintas prácticas en función del temario y de la situación de las distintas asignaturas, tanto en el plan de estudios actual, como en la próxima implantación del EEES.
§         Perfeccionamiento de los manuales de prácticas, así como de los materiales y equipos empleados.
§         Introducción de nuevos módulos de prácticas para fomentar el trabajo personal de los alumnos y ampliación de otros ya existentes para mejorar el aprendizaje final.
 
[O2]    Cambios metodológicos para facilitar el aprendizaje de los alumnos y optimizar el tiempo dedicado a las prácticas:
§         Optimización de la página web del grupo, en la que se incorporen las guías docentes de las distintas asignaturas y materiales docentes complementarios.
§         Mejora y elaboración de nuevos módulos de aprendizaje que complementen las distintas prácticas, fomentando el empleo de herramientas de simulación y herramientas “M-CAE” (Ingeniería Mecánica Asistida por Computador) como apoyo a la docencia.
 
[O3]    Evaluación sistemática del aprendizaje obtenido durante las prácticas, así como de su influencia en la comprensión de las distintas asignaturas:
§         Elaboración de bancos de preguntas para las distintas prácticas buscando especialmente destacar conexiones entre las distintas sesiones.

Mejora de los bancos de autoevaluación de las distintas asignaturas, incluyendo preguntas destinadas a evaluar la eficacia de las prácticas como herramienta de aprendizaje.

JUSTIFICACION DEL PROYECTO

El proyecto plantea una acción coordinada entre las asignaturas del GIE para la Docencia Innovadora de Máquinas que pretende actualizar, mejorar e integrar todas las prácticas relacionadas con el diseño de máquinas impartidas por el grupo. Tiene por tanto notable relevancia en la formación de estudiantes en tareas relacionadas con el desarrollo de máquinas, área esencial para cualquier ingeniero mecánico en la Industria.

 En los últimos tiempos el grupo ha llevado a cabo diversos proyectos de innovación educativa con los que se han orientado dichas asignaturas para la implantación del Espacio Europeo de Educación Superior. Dichas acciones han estado fundamentalmente relacionadas con la mejora de materiales docentes de las distintas asignaturas y han resultado satisfactorias tanto para profesores como para los alumnos. Se pretende ahora complementar dichas actuaciones, ligadas a la parte teórica de las distintas asignaturas, mediante la mejora de las prácticas impartidas. Se desea fomentar así el trabajo personal de los alumnos y potenciar también ciertas habilidades y competencias transversales que les ayuden en su futuro profesional.
 
Consideramos que:
·          Los objetivos perseguidos con esta propuesta de mejora se alinean perfectamente con los de la convocatoria. En concreto están íntimamente relacionados con ciertas actuaciones de las propuestas en las líneas prioritarias de la convocatoria:
ü        Línea II.- Proyectos interdisciplinares que afecten a un conjunto de asignaturas:
§   Desarrollo coordinado de grupos de asignaturas.- En concreto el desarrollo coordinado de las prácticas sobre diseño de máquinas, propuesto como objetivo central del proyecto, constituye una unidad coherente desde el punto de vista disciplinar e incorpora actividades de evaluación integrada del conjunto de prácticas.
ü        Línea III.- Mejora del proceso educativo en asignaturas de grado y postgrado:
§   Mejora de materiales docentes.- Ya que para cada práctica se van a actualizar y mejorar los manuales y materiales de estudio utilizados, pensando en la implantación del EEES y en la continuidad de dichas prácticas en el nuevo plan de estudios asociado.  
 
·          El proyecto se propone para un conjunto de asignaturas de relevante importancia en la formación de Ingenieros Mecánicos y que afecta (en su primer año de aplicación) a unos 300 alumnos de primer ciclo y a unos 150 alumnos de segundo ciclo en la especialidad de máquinas.
 
·          Las propuestas persiguen la mejor integración de 8 de las asignaturas de la División de Ingeniería de Máquinas en base a una colaboración estrecha entre un total de 6 profesores participantes.
 
·          La consecución de los objetivos implicaría no sólo dicha mejor integración, sino un mejor aprendizaje por parte de los alumnos. La supervivencia de resultados está garantizada con la introducción del EEES, al continuarse la impartición de las distintas asignaturas, bien en el “Grado de Ingeniero en Tecnologías Industriales”, bien en el “Máster de Ingeniería Mecánica”. La actualización y elaboración de nuevos manuales resulta determinante a tal efecto.
 
·          Se realizarán actividades de difusión de resultados para potenciar el impacto de las actuaciones planteadas, como ya ha ocurrido en proyectos anteriores (con la publicación de 4 artículos en revistas indexadas en el JCR como la “International Journal of Engineering Education” o “Computer Applications for Engineering Education”, así como la asistencia a jornadas de difusión y congresos con más de 30 documentos docentes publicados).
 
Se detallan en los siguientes apartados las acciones planteadas.
FASES DEL PROYECTO

Para la consecución de los objetivos anteriores, se proponen las siguientes acciones específicas en asignaturas o conjuntos de asignaturas con contenidos y objetivos de enseñanza-aprendizaje especialmente relacionados.

 
I.- Fase previa – Situación de partida / Necesidades detectadas:
 
Fruto de la observación continuada durante el desarrollo de las sesiones prácticas y en base a las opiniones reflejadas por los estudiantes, tanto en los cuestionarios de evaluación como en conversaciones mantenidas con los profesores participantes, se han detectado ciertas necesidades de actualización y mejora en las prácticas impartidas sobre diseño de máquinas, especialmente de cara a la entrada en vigor del nuevo plan de estudios adaptado al EEES.
 
Todo ello unido a las reflexiones personales de los profesores sobre su propia práctica docente ha llevado a elaborar una lista de necesidades a las que se pretende responder de manera adecuada, para conseguir unos mejores resultados docentes y optimizar el aprendizaje de los alumnos a lo largo de las asignaturas implicadas. En concreto resulta especialmente importante:
 
·          Adaptar los objetivos docentes y planificación temporal de las distintas sesiones prácticas en función de las modificaciones en la estructura del presente plan de estudios con la próxima entrada en vigor del EEES.
·          Coordinar en mayor medida las prácticas impartidas, no sólo dentro de cada asignatura, sino también de manera especial entre las distintas asignaturas sobre diseño de máquinas para optimizar el tiempo de enseñanza disponible.
·          Actualizar, mejorar y aumentar los materiales y equipos disponibles (maquetas, máquinas, simuladores y programas propios…) para fomentar la introducción de nuevos conceptos y para complementar los conocimientos impartidos con habilidades adicionales.  
·          El empleo de una terminología y simbología común que evite futuras dificultades de los alumnos al consultar libros, manuales y apuntes de las distintas asignaturas sobre diseño de máquinas.
 
II.- Redefinición de objetivos generales y específicos de las prácticas:
 
Para plantear la reforma conjunta de prácticas de una manera eficaz, se enumeran los objetivos docentes perseguidos en todas las asignaturas implicadas con las clases prácticas y se reparten entre las distintas sesiones prácticas, buscando la progresiva introducción a los alumnos de los conceptos fundamentales sobre máquinas y mecanismos. También se pretende optimizar el tiempo total de docencia disponible para proporcionar una visión global del sector y evitar la impartición redundante de contenidos.
 
Así cada práctica incorporará en sus manuales un resumen de objetivos docentes incluyendo:
 
ü        Conocimientos que se pretende enseñar (fundamentos de diseño y cálculo de elementos de máquinas, selección de materiales y componentes, procesos de fabricación…).
ü        Destrezas que se quiere aportar (manejo de herramientas de simulación y “M-CAE”, validación de simulaciones mediante ensayos, manejo de instrumental y equipos de laboratorio).
ü        Actitudes que se pretende transmitir (responsabilidad en actividades manuales, actuación considerando criterios de seguridad, necesidad de actuaciones de mantenimiento y control en equipos y máquinas…).
 
Además se incluirá una breve descripción sobre cómo cada práctica influye en prácticas sucesivas y sobre cómo ciertos temas de futuras asignaturas presentan relación con los fundamentos explicados en cada sesión.
 
 
III.- Conexión de asignaturas en base a proyecto de desarrollo “PBL – Problem Based Learning” compartido:
 
Se pretende mejorar el proyecto de innovación educativa “EDIMPO.- Enseñanza del Diseño Integrado de Máquinas por Ordenador”, en el que los alumnos desarrollan en equipos un reductor de velocidad (en paralelo al desarrollo de distintas asignaturas y aplicando los conceptos que van adquiriendo). Se explica brevemente la evolución de dicha experiencia y las mejoras que se desean incorporar:
 
Fruto de un proyecto de colaboración con IBM, se desarrolló una versión inicial denominada EDIMPO v.1. Esta primera versión del programa de cálculo (1989-1994) se empleaba, junto con el programa de diseño en dos dimensiones Micro CADAM, en una estación de trabajo IBM 6150. Con la llegada del uso masivo de los PCs, se adaptó la versión anterior a un programa de cálculo bajo Windows 3.11, que se usó desde 1994 hasta 1998 junto al programa AUTOCAD, el cual posibilitaba la creación de librerías de elementos normalizados. La llegada del sistema operativo Windows 95 y sucesivos, junto con la incorporación del programa de diseño Solid Edge en sus diferentes versiones, estuvieron asociadas a la mejora de la interfaz del programa de cálculo, denominada EDIMPO v.2. (1999-2002), al diseño en tres dimensiones y a la creación de bibliotecas de elementos en tres dimensiones.
 
A partir de 2003 y hasta la actualidad se ha continuado el desarrollo, la documentación y mejora de la interfaz de comunicación con el usuario, con una nueva versión EDIMPO v.3., que trabaja en Windows XP. En paralelo, se han creado bibliotecas parametrizadas de un gran número de elementos de máquinas. Sin embargo existen ciertas carencias detectadas en los últimos cursos que pretenden ser resueltas de cara a la introducción del nuevo plan de estudios.
 
(Para ver figura contactar con la responsable del proyecto en plafont@etsii.upm.es)
Plano y diseño de conjunto resultado de uno de los trabajos realizados en equipo.
 
Las principales mejoras que se pretenden introducir en el “Sistema EDIMPO” son:
·          Fomento de la conexión entre los conceptos explicados sobre transmisiones mecánicas en las asignaturas del futuro plan de estudios del EEES “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, “Diseño de Máquinas I” y “Diseño de Máquinas II”, en base al proyecto completo de desarrollo de un reductor de velocidad de dos etapas, que acompañe a la teoría explicada en las distintas asignaturas y las complemente de forma práctica.
 
·          Mejora de la distribución del tiempo de aprendizaje de dichas asignaturas y de las prácticas asociadas, modificando la actual planificación temporal del proyecto de desarrollo e implicando a un mayor número de asignaturas.
 
·          Actualización y mejora del programa de apoyo destinada a solventar carencias detectadas en el sistema de cálculo, que incluye diseño de engranajes, ejes, apoyos, selección de rodamientos, consideraciones sobre lubricación y otros.
 
·          Aprovechamiento de las novedades que aportan versiones más actuales de sistemas “CAD” y “M-CAE” empleados (como herramienta de diseño en paralelo al programa de cálculo). Entre dichas novedades la experiencia podría beneficiarse de nuevos módulos de diseño asistido de engranajes.


IV.- Ampliación y mejora de las infraestructuras de prácticas:

 Esta fase está destinada a reparar y actualizar ciertas maquetas de prácticas que muestran distintos principios operativos relevantes en Ingeniería Mecánica (tallado de engranajes, obtención de perfiles de levas, juntas Cardan y homocinéticas, diferenciales, motor Wankel…), maquetas que con el uso se han deteriorado y requieren una actualización. Para ello es necesario adquirir ciertos materiales y repuestos con los que reparar y ajustar de nuevo su funcionamiento.
 
(Para ver figura contactar con la responsable del proyecto en plafont@etsii.upm.es) 
Ejemplos de maquetas disponibles.
 
Asimismo el GIE ha adquirido recientemente ciertos equipos (cilindros, actuadores y músculos neumáticos) y máquinas (cajas de cambio semiautomáticas “DSG” de Audi) que pretenden ser incorporados a distintas sesiones prácticas, para potenciar el aprendizaje, lo que precisa algunas actuaciones complementarias.
 
En concreto para implementar un nuevo módulo de prácticas sobre neumática, como complemento al tema teórico de “Introducción a neumática” de la asignatura “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, es necesario contar con una tarjeta de control y software de apoyo que permita gestionar de forma sencilla la activación de los bancos de ensayo con actuadores neumáticos disponibles, una vez conectados a la instalación neumática del “Laboratorio de Desarrollo de Productos” del GIE.
 
Además para poder utilizar las nuevas cajas de cambio “DSG – Direct Shift Gearbox” disponibles, con las que mostrar a los alumnos los principios básicos de funcionamiento de ciertas cajas de cambio automáticas, es importante realizar ciertas acciones de mecanizado y seccionado sobre uno de los modelos, para su empleo como demostrador de los elementos que los alumnos deberán desmontar y montar utilizando el otro ejemplar disponible.
 
(Para ver figura contactar con la responsable del proyecto en plafont@etsii.upm.es)
Ejemplos de nuevos equipos y máquinas disponibles como apoyo a las prácticas.
 
Por otro lado como complemento al conjunto de asignaturas agrupadas de cara al EEES bajo el epígrafe “Diseño y análisis del ciclo de vida de las máquinas”, es importante la adquisición de un nuevo módulo para demostración y análisis de vibraciones, que complemente a los sistemas disponibles en el “Laboratorio de Máquinas y Mecanismos” del GIE, cuyo empleo docente se quiere continuar potenciando. Su influencia en actividades docentes a nivel de máster y de doctorado (asignatura de “Vibraciones Avanzadas”) es especialmente relevante.  
 
 
V.- Aplicación de herramientas de simulación y “M-CAE” como apoyo a las prácticas:
 
En ciertos casos se han detectado dificultades de comprensión de la parte teórica de las prácticas impartidas por el GIE que limitan el provecho por parte de los alumnos de la parte más práctica de dichas sesiones.
 
Conceptos que, explicados de manera convencional (mediante la utilización de imágenes, diapositivas y transparencias), precisan una entrenada visión espacial, pueden explicarse de forma más eficaz en base a la elaboración de bibliotecas virtuales y simuladores de distintos elementos de máquinas. El empleo de diversas herramientas informáticas disponibles en el GIE que se engloban dentro de las denominadas “M-CAE: Ingeniería Mecánica asistida por computador” pueden ayudar en la distribución temporal de diferentes sesiones prácticas y mejorar los resultados docentes.
 
Diversas prácticas en las que se explican conceptos relevantes relacionados con el diseño y fabricación de diferentes elementos de máquinas van a beneficiarse de la incorporación de estas tecnologías.
 
En concreto en la práctica sobre “Fabricación de engranajes” se van a incorporar simuladores que permitan comprender de una forma más clara el proceso de talla de ruedas dentadas, gracias al empleo de módulos específicos M-CAE dentro de programas informáticos como “Solid Edge”, “NX-5 Unigraphics – Siemens” o “Catia”. Dicha práctica está ligada a conceptos tratados en “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, “Diseño de Máquinas I” y “Diseño de Máquinas II” (enumeradas según el nivel de profundidad alcanzado). 
 
Como complemento a la asignatura “Teoría de Máquinas y Mecanismos”, asignatura troncal tanto en el plan de estudios actual como en el adaptado al EEES y que afecta a más de 300 alumnos, se va a potenciar también el empleo de estas herramientas. En concreto:
 
La sesión sobre “Diseño de perfiles de levas” se va a potenciar mediante la realización de simulaciones que muestren de forma gráfica los efectos sobre la geometría del perfil en la cinemática del seguidor de leva, como apoyo a tareas de diseño en función de trayectorias objetivo.
 
Por otro lado la práctica sobre “Descripción de elementos de máquinas” puede resultar más beneficiosa si se aprovechan las opciones de diseño asistido de elementos tales como engranajes rectos, helicoidales y cónicos, resortes de compresión y extensión, ejes y otros, disponibles en diferentes módulos M-CAE del GIE.  
  
 
(Para ver figura contactar con la responsable del proyecto en plafont@etsii.upm.es)
Ejemplo de módulo para diseño de engranajes.
 

VI.- Optimización de las herramientas de evaluación de las prácticas:

 Para valorar la calidad de las mejoras introducidas en las prácticas y su influencia en el aprendizaje de los alumnos, se pretende también mejorar las herramientas de evaluación de las prácticas.
 
A tal efecto se van a desarrollar cuestionarios específicos para las distintas sesiones, pero prestando especial atención al empleo de preguntas de control. Dichas preguntas deben permitir analizar la conexión entre las distintas sesiones y, sobre todo en las sesiones de asignaturas más específicas, validar la influencia de las prácticas de asignaturas más básicas en la retención de los conceptos fundamentales por parte de los alumnos.
 
Se pretende también incorporar a los bancos de preguntas de autoevaluación de distintas asignaturas (que se valoran como parte de la evaluación final de los alumnos) ciertas preguntas íntimamente ligadas con los conceptos explicados y aplicados en las sesiones prácticas. Se analizará también la posible inclusión de breves preguntas teóricas ligadas a las enseñanzas de las prácticas en ciertos exámenes de las asignaturas implicadas en el proyecto.
 
De esta manera las prácticas adquieren también cierta influencia en la calificación de los alumnos, lo que pretende también motivar la atención y participación de los alumnos durante las sesiones.  
 
 
VII.- Actualización y edición de manuales para las distintas prácticas:
 
Las mejoras realizadas se incluirán en los manuales de prácticas ya existentes para su reedición y actualización de cara a la entrada en vigor del nuevo plan de estudios en el marco del EEES, prestando especial atención a la exposición precisa de los objetivos docentes de cada sesión y a la relación entre fundamentos teóricos y aplicaciones prácticas.
 
Por otro lado, los nuevos módulos de prácticas contarán con manuales de nueva creación que permitan un mejor seguimiento de las sesiones prácticas y el empleo por parte de los alumnos como referencias de consulta, tanto en futuras asignaturas de la carrera, como en su práctica profesional.
 
 
***
 
 
Las acciones así propuestas actualizan y mejoran las prácticas ya impartidas por el GIE-DIM e incorporan nuevos módulos con conceptos de actualidad e importantes para la incorporación de los alumnos al mundo laboral en diferentes sectores relacionados con la Ingeniería Mecánica.
 
La actuación coordinada de los diferentes profesores participantes fomenta la calidad de los resultados docentes y mejora la conexión entre distintas asignaturas, ayudando a destacar la influencia de los conceptos teóricos básicos sobre análisis de elementos de máquinas en tareas más prácticas de síntesis de mecanismos y máquinas completas. 
EVALUACION DE RESULTADOS

Los profesores participantes prestarán especial atención a la evaluación de la influencia de las mejoras propuestas para las prácticas en el aprendizaje de los alumnos. Para ello se basarán en los cuestionarios de evaluación de las prácticas, cuyos principales resultados incluirán en el informe final del proyecto.

La comparación de resultados con los de cursos anteriores servirá, no sólo como forma de evaluar los resultados, sino que potenciará también labores de difusión de resultados y su discusión en foros nacionales e internacionales.
 
El informe final incluirá también un detallado desglose de los gastos realizados a lo largo del proyecto y de su ajuste a los objetivos de partida, así como a las actuaciones previstas recogidas en este documento.  
 
Como herramienta adicional de evaluación ex-post del proyecto, para analizar la consecución de los objetivos planteados, se puede verificar el adecuado desarrollo de los distintos materiales docentes detallados a continuación y que se corresponden con las distintas mejoras e innovaciones propuestas para las prácticas sobre diseño de máquinas impartidas por el “GIE-DIM”.