Aplicación del Cloud Computing al uso de Software de Diseño Estructural y la Pedagogía

Aplicación del Cloud Computing al uso de Software de Diseño Estructural y la Pedagogía

Wilmer Iriarte[1][1]

wilmeririarterestrepo@gmail.com

05/06/2022

 

Resumen

La transformación digital se vive en todos los campos. En la ingeniería de diseño es usual la necesidad de grandes capacidades de cómputo para la simulación o visualización de los modelos a solucionar. El campo de la ingeniería estructural utiliza capas de análisis matemático, de iteraciones, de materiales que deben adaptarse a la necesidad del cliente y a optimizar la cantidad de material resultante. El cloud computing es una herramienta que ha demostrado poder escalar las necesidades de capacidad informática, de servicios y de herramientas a menor costo y se propone como una innovación integrar su uso con softwares de diseño estructural.

Palabras Clave: BIM, cloud computing, diseño estructural, Etabs, SAP2000, RAM Elements, Robot Estructural.

Abstract

Digital transformation is experienced in all fields. In design engineering, the need for large computing capacities for the simulation or visualization of the models to be solved is common. The field of structural engineering uses layers of mathematical analysis, of iterations, of materials that must be adapted to the client's needs and optimize the resulting material. Cloud computing is a tool that has proven to scale the needs for computing capacity, services and tools at a lower cost and it is proposed as an innovation to integrate its use with structural design software.

 Keywords: BIM, cloud computing, structural design, Etabs, SAP2000, RAM Elements, Robot Estructural.

 1.      INTRODUCCIÓN

El análisis numérico, aplicado al diseño estructural, se reconoce como una herramienta de diseño poderosa y práctica. Los únicos impedimentos para su desarrollo y aplicación ampliados parecen ser la falta de un conocimiento general de la optimización por parte de la comunidad de ingenieros estructurales y la incorporación de esta capacidad en los códigos de análisis de estructuras comerciales disponibles (Vanderplaats, 1989). Casi treinta años después, la comunidad de la ingeniería continúa transformándose y aumentando las capacidades del software para dar respuestas más precisas y óptimas a los cálculos y que estos encajen en los estándares normativos como ACI 318, NSR-10, REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DEL DISTRITO DISTRITO FEDERAL DE MÉXICO, La norma técnica E.30 DISEÑO SISMORESISTENTE DE PERÚ, hasta hace algunos años la capacidad de cómputo en los computadores locales era una limitante para la elaboración de cálculos estructurales y los diseños consecuencia de estos.

 No obstante, las limitaciones como el costo del software, de los computadores de escritorio con las características mínimas para poder ejecutarlos y la constante actualización a la que deben acceder los ingenieros estructurales se abre la puerta para la aplicación de tecnologías como el cloud computing que ya ha sido efectiva para dar solución en otros problemas similares, como la capacidad de cómputo local. Solucionar estas necesidades adoptando el cloud computing tiene un impacto significativo y positivo sobre los rendimientos de la empresa en términos de rentabilidad y valor de mercado (Cheng et al, 2022). Sin embargo, la aplicación a métodos y procedimientos pedagógicos ha quedado limitada a la organización de cursos no formales en plataformas como: Udemy, Coursera, Creana entre otras.

Actualmente, un número creciente de empresas se han dedicado esfuerzos para emprender con el cloud computing para mejorar sus capacidades tecnológicas y transformar operaciones y negocios. Por ejemplo, General Electric comenzó su transformación digital en 2014 y adoptó Amazon Servicios web para alojar más de 2000 aplicaciones basadas en la nube, que ha ayudado a la empresa a mejorar la eficiencia operativa y el rendimiento (Matthews, 2009), CSI presta el servicio de almacenamiento en la nube y pronto prestara el servicio de capacidad de cómputo en la nube mediante terminales remotos.

Ilustración 1. Servicio en la nube de CSI

 

En este artículo se busca hacer una revisión de las posibilidades de aplicación del cloud computing y cómo los softwares de diseño estructural emplean esta tecnología para optimizar los flujos de trabajo y explicar los beneficios que trae a los ambientes pedagógicos.

Ilustración 2. Servicio en la nube de CYPE

 

 

  

 

 2.      PLANTEAMIENTO

El cloud computing es una alternativa que se define como un modelo que permite acceso a la red bajo demanda a un conjunto de recursos informáticos (redes, servidores, almacenamiento, aplicaciones y servicios) que pueden ser rápidamente provisionados y liberados con un esfuerzo de gestión mínimo (Mell y Grance, 2011). La tecnología en la nube admite virtualización y QoS (calidad de servicio), posee alta confiabilidad y escalabilidad, y facilita la interacción colaborativa multiusuario en un entorno de sistemas distribuidos (Chaulya & Prasad, 2016).

 Una de las limitaciones del diseño estructural se encuentra en los recursos de hardware para soportar los softwares de diseño necesarios para el proyecto que suponen la adquisición de nuevos equipos o su actualización periódica, un personal idóneo para su uso y la compra de licencias para su uso.

El cloud computing aparece como herramienta de solución al ofrecer alternativas de optimización de los recursos.

Una de sus alternativas es el aumento de la velocidad la optimización de los modelos estructurales al facilitar la creación de metamodelos que pueden predecir el rendimiento de las estructuras de forma más fiable que las creadas con una cantidad limitada de datos en computadoras de escritorio (Nourbakhsh M., 2016) así como también la aplicación de los modelos de servicio de cloud computing IAAS (Infraestructure as a Services) y SAAS (Software as a service) que tienen como fundamentos la de ofrecer la capacidad de uso de aplicaciones que se ejecutan en una infraestructura en la nube mediante la cual se puede acceder a las aplicaciones desde varios dispositivos a través de una interfaz de cliente liviana, como un navegador web o un interfaz de programa y también, aprovisionar el procesamiento, almacenamiento, redes y otros recursos informáticos fundamentales (Schijman, 2010)

 

Ilustración 3. Servicio en la nube de SkyCiv

      Con respecto del Software as a Service (SAAS) es pertinente resaltar sus beneficios como lo son: el menor costo inicial, la reducción de costos de mantenimiento de hardware y software y, consecuentemente, de recursos humanos; evita la necesidad de utilización de recursos en la infraestructura subyacente; minimización de los retrasos en la implementación de software tradicional; actualizaciones de hardware y software realizadas por el proveedor; posibilidad de dar servicios digitales avanzados por parte de organizaciones que no tienen capacidades TIC, al prestarse los mismos completos desde la nube y accesibilidad a través de navegador web y una conexión a internet o red privada (Schijman, 2010)

 

En esta línea, se puede decir que por una parte el cloud computing es poderoso y los desarrolladores deben asegurarse de que la implementación del software se adapte a la plataforma en la nube para maximizar la potencia de cálculo. Por otro lado, los servicios en la nube permiten a los usuarios externos alquilar de manera flexible la escala de computación requerida recursos que se satisfagan sus necesidades, evita la compra de costosos equipos de hardware y aprovecha al máximo la flexibilidad de configuración de la computación en la nube, que superará las limitaciones actuales de recursos de hardware y software (Buyya et al, 2009)

 

Nourbakhsh indica que otra forma de reducir el tiempo de optimización estructural es predecir los resultados de análisis de elementos finitos usando modelos basados en aproximaciones.

Se considera la metamodelación como el proceso general de crear una aproximación o interpolación de un fenómeno subyacente sobre un cierto dominio creando un “modelo del modelo” (Kleijnen, 1975). Estos “metamodelos” buscan aproximar los cálculos un tiempo considerablemente más corto que los costosos códigos de simulación que requieren poder de cómputo significativo (Simpson et al, 2008).

Añade que el uso del cloud computing favorece a la creación de metamodelo que puedan predecir los resultados de los problemas de optimización y, en consecuencia, proporcionar un repositorio central de un gran número de problemas de optimización y soluciones. Por tanto, el cloud computing será conveniente a los usuarios del diseño estructural ya que les permite aumentar su capacidad de cómputo y trabajar creando comunidades para resolver los retos que se le presentan como diseñador o revisor..

Todos los datos en la nube están disponibles en cualquier momento, y los usuarios pueden usar datos actuales, reutilizar datos obtenidos o rastrear el historial de datos y aprovechar recursos informáticos externos, lo que brinda grandes ventajas y ahorros en tiempo.

Para hablar de modelo pedagógico virtual nos hemos permitido traer las características de los mismos recopiladas por Sandro Javier Buitrago Parias en 2013:

La educación virtual es diferente a la física y por ende deben entenderse sus dinámicas de maneras distintas, pues, aunque parezca obvio, muchas veces se pretende hacer en lo virtual, lo mismo que en lo presencial. Basta recordar el caso de la televisión educativa colombiana en los años 70 y 80.

Se debe tener en cuenta que la tecnología siempre ha estado asociada al ser humano a lo largo de la historia. Desde los artefactos técnicos, hasta los sistemas lingüísticos, el tablero, la voz, los libros, el video y el espacio físico. En este sentido se debe siempre pensar en la tríada, tecnología-comunicación-educación, desde una perspectiva histórica.

Tener presente que en todo ambiente educativo están presentes las formas de mediación y de interacción. La interacción entendida desde las relaciones que establece un sujeto en su proceso de aprendizaje. En estas relaciones siempre median lo pedagógico (la enseñanza), lo comunicativo (el lenguaje) y lo tecnológico (las TIC). Aquí se tienen que entender estas interacciones y mediaciones desde los espacios y los procesos en donde el sujeto conoce, hace, convive y se relaciona con su entorno. Interviene, reconoce espacios propios y ajenos. Estos espacios y procesos cambian en la educación virtual. El lenguaje, la relación profesor estudiante y los recursos de las TIC cambian el tiempo y el espacio y, por ende, el tipo de interacciones y mediaciones que intervienen en ese proceso.

Se debe entender un modelo de este tipo como abierto e incompleto (Cardoso. 2009; Giraldo, 2006), pues es cambiante, dinámico y debe ir ajustando sus propuestas con el tiempo. De ahí que debe ser flexible curricular y metodológicamente.

Este modelo debe tener en cuenta propuestas continuas y atractivas de formación para docentes, administradores y demás actores del proceso.

Formación que no debe centrarse en el uso de la herramienta en sí, (aunque pueda ser parte del proceso), sino en la concepción de lo pedagógico, lo didáctico, lo administrativo, lo normativo (reglas claras), desde este modelo.

Debe haber un mapa, una ruta, que guíe el trayecto hacia la construcción de las actividades puntuales de enseñanza-aprendizaje. En este sentido se deben articular todos los involucrados en el proceso, desde la capacitación planeada, comprendiendo que el propósito general del modelo no es aprender a usar las máquinas o utilizarlas sólo como herramientas de propósito general. El propósito es el de hacer una articulación reflexiva de las TIC en las prácticas de enseñanza y aprendizaje. La máquina, la tecnología, en este modelo, supera su función instrumental para situarse en el terreno de la mediación. Allí representa, comunica y deja conocer. Allí se redefinen los conceptos de tiempo y espacio para profesores y estudiantes y la interacción, planteada de una nueva manera, se convierte en el eje central del proceso.

El aprendizaje deja de ser lineal y se convierte en no lineal, es decir, no es cronológico en el sentido del momento A al momento B en un espacio determinado, sino que la Internet y las TIC, en general, posibilitan nuevas formas de construcción mental.

La instrucción deja de ser el centro del proceso y la construcción y el descubrimiento ocupan ese lugar.

La educación deja de estar centrada en el maestro, para estar centrada en el estudiante.

Se pasa de asimilar y memorizar material, a aprender cómo navegar y cómo aprender.

Se transita del aprendizaje exclusivamente en la escuela o la universidad, al aprendizaje durante toda la vida.

El proceso de enseñanza-aprendizaje deja de ser masivo y colectivo, para ser más individual.

El aprendizaje deja de verse como una obligación para convertirse en una diversión.

3.      ARGUMENTACIÓN

La apertura a la transformación digital supone el cambio de herramientas y la optimización de los recursos tecnológicos disponibles. La ingeniería estructural se caracteriza por requerir modelos matemáticos y simulaciones que necesitan de altas capacidades de cómputo por lo cual cada que avanzan o se actualizan los softwares para dar mayor precisión y confiabilidad a los clientes, se van quedando obsoletas las capacidades de los computadores adquiridos.

La pedagogía entendida como la forma y metodología de transmitir el conocimiento, para un área disciplinar tan compleja como el análisis y diseño estructural puede encontrar un gran aliado en el empleo de plataformas de software ubicadas en la nube.

 La tecnología del cloud computing mediante sus diferentes tipos de servicio ayudan a escalar y trasladar “este problema” al dar solución con infraestructura y aplicaciones externas con bajo costo y que mejoran la eficiencia de los trabajos en torno a la simulación estructural. Es de interés para el campo de la ingeniería civil profundizar en las alternativas disponibles para aumentar la rentabilidad, en cuanto a costos de software y de entrenamiento a los ingenieros y también de infraestructura informática.

¿Pueden los bajos costos aumentar la capacidad de formación, capacitación y entrenamiento de los estudiantes?, muy seguramente que si.

 4.                    CONCLUSIONES

Los diseños estructurales requieren de software avanzados que requieren computadores de alto rendimiento y un talento humano que se actualice constantemente, este costo de actualización puede ser disminuido y minimizado al emplear los servicios que permite el Cloud Computing.

Cada una de estas partes tiene un costo que puede ser utilizado aplicando la tecnología del cloud computing que permite aprovechar los recursos disponibles mediante sus aplicaciones de IAAS y de SAAS, con las cuales se pueden potencializar las capacidades de investigación.

Los servicios streaming y de computación en la nube empiezan a entrar al sistema educativo informal y al formar también, esto le implica a las universidades un reto asociado a la capacidad de hacer acuerdos con las empresas que tienen la capacidad de prestar esos servicios, este reto implica que deben construir los marcos jurídicos y económicos que les permitan administrar estos procesos.

Para los profesionales es una gran alternativa que les permite la disminución de costos fijos y les evita problemas de licenciamiento, para estos profesionales la limitante es solo el costo de acceso que usualmente se cancela una vez.

Concluimos que es la tendencia del futuro para el uso de herramientas como los softwares de diseño estructural que poco a poco se está imponiendo.

 

 

 

 

5.      BIBLIOGRAFÍA

Buyya, R., Yeo, C. S., Venugopal, S., Broberg, J., & Brandic, I. (2009). Cloud computing and emerging IT platforms: Vision, hype, and reality for delivering computing as the 5th utility. Future Generation computer systems, 25(6), 599-616.

Chaulya, S. K., & Prasad, G. M. (2016). Application of Cloud Computing Technology in Mining Industry. Sensing and Monitoring Technologies for Mines and Hazardous Areas, 351–396. doi:10.1016/b978-0-12-803194-0.00007-6

Chen, X., Guo, M., & Shangguan, W. (2022). Estimating the impact of cloud computing on firm performance: An empirical investigation of listed firms. Information & Management, 59(3), 103603.

Kleijnen, J. P. C., "A Comment on Blanning's Metamodel for Sensitivity Analysis: The Regression Metamodel in Simulation," (1975)  Interfaces, Vol. 5, No. 1, pp. 21-23.

Nourbakhsh, M. (2016). Generalizable surrogate models for the improved early-stage exploration of structural design alternatives in building construction (Doctoral dissertation, Georgia Institute of Technology).

Nourbakhsh, M., Irizarry, J., & Haymaker, J. (2018). Generalizable surrogate model features to approximate stress in 3D trusses. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 71, 15–27. doi:10.1016/j.engappai.2018.01.006

Matthews, K. 2019. "6 big companies that succeeded with cloud computing"

Mell, P. y T. Grance, Definition of cloud computing, NIST (2011)

Schijman, A.; Valenti, P.; Pimenta, Ca.; Cubo, A.; Bastos, F., (2010). Computación en la nube: Contribución al desarrollo de ecosistemas digitales en países del Cono Sur. Banco de Desarrollo Interamericano. http://dx.doi.org/10.18235/0002474

Simpson, T., Toropov, V., Balabanov, V., & Viana, F. (2008). Design and Analysis of Computer Experiments in Multidisciplinary Design Optimization: A Review of How Far We Have Come - Or Not. 12th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference. doi:10.2514/6.2008-5802

Vanderplaats, G. N. (1989). Effective use of numerical optimization in structural design. Finite Elements in Analysis and Design, 6(1), 97-112.

 

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[1] Ingeniero Civil UDC 2005. Especialista en Finanzas UDC 2010, Especialista en Planificación en Tránsito y Transporte UDC 2015, Especialista en Análisis y Diseño de Estructuras UNINORTE 2019, Especialista en Gerencia de Proyectos UTB 2013, Msc en Gerencia de Proyectos EAN 2022. Diplomado en Pedagogía Universitaria UDC 2016.