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El libro presenta el diseño y desarrollo de UNVirtualLab, un ambiente Web para alojar laboratorios virtuales de simulación de fenómenos dinámicos. En él se explica qué es UNVirtualLab, para qué puede utilizarse, cómo está diseñado, cómo se utiliza y cuáles son los fundamentos que le subyacen.
El libro está conformado por tres partes y 14 capítulos; en la primera parte se explican los principios teóricos – matemáticos y de software - aplicados en la construcción de modelos orientados a objetos y su ulterior simulación en la suite OpenModelica; los capítulos que la componen se han redactado a manera de texto guía, y pueden ser utilizados en un módulo de algún curso de posgrado dedicado al modelado orientado a objetos.
La segunda parte presenta en detalle las características del laboratorio virtual UNVirtualLab y en la tercera parte se ilustra su potencial con un conjunto de casos de ejemplo.
INTRODUCCIÓN
I MODELADO y SIMULACIÓN CON OPENMoDELICA
1 MODELADO DE SISTEMAS DINÁMICOS
1.1 Sistemas, modelos, simulación
1.1.1 Construcción de modelos matemáticos
1.2 Técnicas de modelado matemático con fines de simulación
1.2.1 Técnicas analíticas específicas de cada dominio
1.2.2 Técnicas de espacio de estado
1.2.3 Técnicas variacionales
1.2.4 Diagramas de bloques y diagramas de flujo de señal
1.2.5 Grafos de enlaces de potencia
1.2.6 Modelado orientado a objetos
1.3 Comparación de las técnicas de modelado
1.4 El modelado para un laboratorio virtual
2 SIMULACIÓN NUMÉRICA DE ECUACIONES DIFERENCIALES ALGEBRAICAS
2.1 Análisis de DAEs
2.1.1 Condiciones iniciales
2.1.2 Índices
2.2 El proceso de simulación
2.3 Cálculo de condiciones iniciales
2.4 Algoritmos de tratamiento simbólico de DAEs
2.4.1 Ordenamiento y asignación de causalidad
2.4.2 El algoritmo de Tarjan
2.4.3 Algoritmos de rasgadura
2.4.4 Algoritmo de relajación
2.4.5 El algoritmo de Pantelides para la reducción del índice
2.5 Simulación de eventos discretos
2.6 Selección del método numérico
2.6.1 Algunas consideraciones sobre los métodos de simulación
3 EL LENGUAJE MODELICA
3.1 Características
3.1.1 Modelo de componentes y conectores
3.1.2 Orientación
3.1.3 Multidominio
3.1.4 Acausalidad
3.1.5 Modelo del tiempo
3.1.6 Interoperabilidad con lenguajes de programación
3.1.7 Documentación de los modelos
3.1.8 Reusabilidad
3.2 Algunos elementos del lenguaje
3.3 La Modelica Standard Library
4 LA SUITE OPENMoDELICA
4.1 Arquitectura
4.2 La consola OMShell
4.3 El proceso de compilación
4.4 El compilador omc
4.4.1 Estructura interna del compilador
4.4.2 Uso del compilador
4.5 Ejecución del modelo compilado
4.5.1 Archivo de entrada
4.5.2 Archivo de resultados
4.6 El editor de modelos y documentos OMNotebook
4.7 El editor gráfico OmEdit
4.8 El plugin para MDT Eclipse
4.9 Otros módulos y desarrollos
II UNVIRTUALLAB
5 LABORATORIOS VIRTUALES. ESTADO DEL ARTE
5.1 Características de los laboratorios virtuales
5.1.1 Orientación a la web
5.1.2 Naturaleza de los modelos
5.1.3 Dominio de los experimentos
5.1.4 Interactividad
5.1.5 Función del laboratorio
5.1.6 Disponibilidad de los modelos
5.1.7 Integración con LMS y compatibilidad SCORM
5.1.8 Licenciamiento y acceso
5.2 Clasificación y ejemplos
5.3 Laboratorios y aprendizaje de la ingeniería
5.3.1 Importancia de la experimentación
5.3.2 Importancia del modelado y de la simulación
5.3.3 La experimentación como estrategia de aprendizaje
5.4 Consideraciones en el diseño de laboratorios virtuales
6 UNVIRTUALLAB. ARQUITECTURA
6.1 Especificaciones
6.1.1 Características
6.1.2 Concepto de diseño
6.1.3 Especificaciones funcionales
6.1.4 Casos de uso
6.2 Modelo Entidad-Relación
6.3 Componentes
6.4 Interfaz
6.4.1 Estructura de páginas
6.5 Implementación en php
6.5.1 Clases enfocadas en el experimentador
6.5.2 Clases enfocadas en el administrador
6.6 Configuración de la interfaz
6.6.1 Internacionalización - Il8n
6.6.2 Apariencia
6.6.3 Estilo de las figuras
7 MANUALES
7.1 Manual del administrador
7.1.1 Instalación del servidor
7.1.2 Copias de seguridad
7.1.3 Exportación e importación de modelos
7.2 Manual del modelador
7.2.1 Objetivos del OVA
7.2.2 Especificaciones funcionales
7.2.3 Modelo
7.2.4 Archivos comprimidos
7.2.5 Plantas de experimentación
7.2.6 Animaciones
7.2.7 Experimentos sugeridos
7.2.8 Documentación
7.2.9 Ayudas para la documentación
7.3 Manual del experimentador
III PLANTAS EXPERIMENTALES, MODELOS Y EXPERIMENTOS
8 MOTOR ELÉCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA E IMANES PERMANENTES
8.1 El modelo
8.1.1 Principios físicos
8.1.2 Forma constructiva y principio de operación
8.1.3 Modelo matemático
8.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
8.3 La implementación
8.3.1 Listado de archivos
9 CALENTAMIENTO DE CABLES AÉREOS
9.1 El modelo
9.1.1 Modelo térmico estático
9.1.2 Modelo térmico dinámico
9.1.3 Modelo mecánico
9.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
9.3 La implementación
9.3.1 Modelo térmico
9.3.2 Modelos mecánico y geométrico
9.3.3 Listado de archivos
10 EVOLUCIÓN DE ENFERMEDADES
10.1 El modelo
10.1.1 Modelo SIR
10.1.2 Modelo SIR con nacimientos y muertes
10.1.3 Modelo SIS
10.1.4 Modelo SIR-SI
10.1.5 Modelo SIR-SI con dos serotipos
10.1.6 Modelo del dengue
10.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
10.3 La implementación
10.3.1 Ejemplo: implementación del modelo SIR
10.3.2 Listado de archivos
11 TRÁNSITO DE ESTUDIANTES A TRAVÉS DE UN PLAN DE ESTUDIOS
11.1 El modelo
11.1.1 Modelo reducido
11.1.2 Análisis del modelo reducido
11.1.3 Evolución del número de estudiantes
11.1.4 Número esperado de estudiantes
11.1.5 Efecto de los parámetros sobre el número esperado de estudiantes
11.1.6 Tiempos de graduación
11.1.7 Efecto de los parámetros sobre los tiempos de graduación
11.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
11.3 La implementación
11.3.1 Listado de archivos
12 CENTRAL DE GENERACIÓN HIDROELÉCTRICA
12.1 El modelo
12.1.1 Estructura de una central hidroeléctrica y transformaciones de energía
12.1.2 El embalse
12.1.3 El dueto
12.1.4 La turbina
12.1.5 El generador
12.1.6 Los lazos de control
12.1.7 La carga eléctrica
12.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
12.3 La implementación
12.3.1 Listado de archivos
13 DINÁMICA DE SISTEMAS. MODELO DEL MUNDO
13.1 El modelo
13.1.1 Dinámica de sistemas
13.1.2 Modelo del mundo
13.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
13.3 La implementación
13.3.1 Listado de archivos
14 IDENTIFICACIÓN ALGEBRAICA. MASA DESLIZANTE CON FRICCIÓN
14.1 El modelo
14.1.1 Primera integración
14.1.2 Segunda integración
14.1.3 Realizaciones
14.2 Plantas de experimentación y experimentos sugeridos
14.3 La implementación
14.3.1 Listado de archivos
A LICENCIAMIENTO
A.1 Traducción no oficial
B ESTRUCTURA DE TABLAS EN LA BASE DE DATOS
C VALORES DE LAS PROPIEDADES DE LAS CLASES DE ADMINISTRACIÓN
D PARÁMETROS DEL TEMA unvlbasic
E VERSIÓN 1.0
BIBLIOGRAFÍA
