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Hola amigos, he presentado la pregunta a los moderadores del foro si es concordante con los objetivos del foro y en que lugar poner un hilo si fuera adecuado donde compartir con Ustedes mis esfuerzos de aplicar la metodología del diseño por modelación. Creo y me he tomado la libertad de abrir este hilo aquí por sospechar que este sitio es el mas adecuado!
Mi objetivo de iniciar este hilo es el encontrar apoyo en mis esfuerzos en que los miembros me critiquen cuando les aparezca oportuno. Considero una crítica como algo altamente valioso y positivo cuando se basa en argumentos objetivos y no en tales de carácter personal. No hay contribución para mi mas valioso que el ser criticado en algo. Se aprende mas de ello que de tales que den aprobación! Por otro lado como siempre me meto en campos nuevos por definición siempre soy y seré aprendiz.
Debido a que me he encontrado que mi forma de proceder en ciertas ocasiones a despertado animosidades quiero exponer claramente mis objetivos! Por razones profesionales primero y por razones de problemas de salud mas tarde mi gran proyecto del diseño y construcción de un modelo de un velero, el proyecto forma tanto una terapia que me ayuda a sobreponerme de los efectos de 2 infartos cerebrales y de varios paros cardíacos por problemas de ritmo cardíaco que llevaron a que recibiera el implante de un marcapasos y no finalmente por razones económicas representa la línea roja que me pone en contacto con las mas diversas tecnologías.
Hace año y medio aproximadamente me encontré con la metodología del diseño por modelación cuando los retos que resultaban desde el campo de la electrónica primero me hicieron tomar la decisión de meterme de forma metódica en el estudio de la electrónica análoga siguiendo un excelente curso patronizado por la empresa "Analog Devices" "Real Analog: Circuits 1". Así luego empecé a formular mi concepto para un sistema de control de escotas que en forma de un diagrama de bloques presento en el próximo gráfico y que da una idea de la complejidad:
Adicionalmente la ciencia de los sistemas de control me pusieron a darle un vistazo a los cursos correspondientes y que tienen lugar en parte durante el estudio del bachelor de electrónica, en parte avanzan hasta cursos del máster de electrónica. Todos esos conocimientos que son tratados en cursos académicos disponibles de forma gratuita en el Internet de universidades prestigiosas como la MIT de Boston en su programa de "OpenCourseWare" exigen un nivel de habilidades matemáticas que en las casi 4 décadas desde que estuve en la universidad han erosionado, además que los avances en las matemáticas y su aplicación en casi todas las carreras universitarias me exigieron actualizar y profundizar mis conocimientos matemáticos. Para refrescar aquellos conocimientos de matemáticas erosionados los cursos de "Calculus Single Variable" y de "Calculus Multivariable" de la MIT son cursos que hacen posible el estudio independiente dando una sólida base matemática desde la cual se puede empezar a adquirir conocimientos básicos requeridos como lo son "Linear Algebra" y Análisis, donde uso un curso de disponible en Internet de la universidad alemana de Tübingen y que basa en la metodología de enseñanza de los cursos de Análisis 1 y 2 del profesor Terence Tao de la UCLA. El libro que acompaña estos estudios de Análisis de Terence Tao se pueden descargar de forma gratuita y legal del sitio personal de Terence Tao en el Internet y es el de sus cursos "with honours"! Lo importante a mi opinión es encontrar lecturas grabadas en Internet de profesores que hagan las lecturas de una forma que sea confortable para el que decide estudiar! Creo que muchos profesores de universidad son pésimos didactas y no logran otra cosa que intimidar a muchos!
Mi objetivo en mi sistema de control de escotas es verificar que el sistema realmente funciona y conocer sus limitaciones y los factores que influencian su limites operativos y así encontrar una implementación óptima. Igualmente y por que la electrónica en un modela naval es alimentada por baterías lograr un máximo de eficiencia energética. Estos objetivos son en parte imposibles de lograr de forma convencional usando iteraciones con experimentos físicos por las dependencias entre los muchos factores que influencian el alcanzar el objetivo!
Resulta que en estos últimos 18 meses mis estudios de matemáticas han avanzado mucho menos de lo que había aspirado lograr. Pero, he logrado alcanzar un grado de proficiencia en las matemáticas que estos menos veces me intimidan y que las herramientas poderosas que existen hoy en día ayudan a resolver ecuaciones matemáticas usando funcionalidades disponibles en programas como "Mathematica" de Wolfram. Hice extensivos estudios investigando las mas diversas herramientas, tanto desde el punto de vista de las funcionalidades que poseen y de los costos que implica adquirir de forma legal una licencia para uso particular no comercial! Después de analizar a fondo las herramientas gratuitas y comerciales me decidí ir por la herramienta Mathematica de Wolfram! Ya mas adelante verán que otros factores jugaron un importante rol para decidirme por usar la herramienta Mathematica!
Pero también quiero resaltar que en las últimas semanas finalmente he encontrado 3 pilares tecnológicos que no existen desde hace mucho tiempo junto con las herramientas requeridas que permiten empezar a implementar la modelación de un subsistema de mis sistema de control de escotas:
En esta foto del aparejo usado en el original velero "Endeavour" aparece el aparejo que me he decidido implementar primero como aplicación que por un lado es muy importante para verificar que mi concepto del control de escotas es capaz de cumplir su función. Por otro lado es relativamente sencillo para aprender las técnicas y las herramientas para lograr el objetivo de modelar ese aparejo. Pero a la vez demuestra que modelando este aparejo es a mi opinión la forma mas efectiva, por no decir la única forma de lograr no solo una implementación optima, sino que también entender el impacto del sin número de parámetros que influencian los resultados! Ya lo verán cuando empiece a presentar en detalle los aspectos que estoy estudiando y que pienso compartir con Ustedes como reporte tipo "paso-a-paso"!
Mi forma de emprender esta aventura basa en 3 pilares:
1. La ciencia de los "Sistemas Dinámicos Complejos"
Esto ciencia o metodología fue empezada a ser desarrollada en la MIT de Boston en la MIT Sloan School en 1956, vean "System Dynamics Self Course" al cual pongo el enlace al curso ofrecido de forma gratuita por la MIT. Simplificando el tema en la ciencia de los sistemas dinámicos complejos se ha creado una sistemática que consiste en "recipientes" en el cual magnitudes contabilizables son representadas de forma gráfica para los cuales existen flujos que contribuyen a su contenido y flujos que "desaguan su contenido. Un muy famoso ejemplo donde esta metodología y ciencia a sido utilizada es el reporte del "Club of Rome" sobre los límites del crecimiento.
Presento aquí un "Flow Chart" creado por el profesor Werner Mauer de la universidad suiza de "ZAHW WinterThur" y que muestra la aplicación de la metodología proveniente de la ciencia de sistemas dinámicos complejos usando una software que en su versión gratuita permite crear tales imágenes, pero que esta limitada por no poder archivar los datos. Me compré una licencia de estudiante de "Berkeley Madonna" y que se puede descargar o ir a compara aquí!
Este gráfico demuestra de forma sobresaliente como con una herramienta gráfica, pero que no solo crea en texto el programa que refleja el gráfico, sino que también permite simular el modelo creado, permite de forma sucesiva ir describiendo un sistema complejo a base de la metodología de recipientes de magnitudes contabilizables y de los flujos correspondientes y en los globos introducir las ecuaciones que representan las relaciones. Las Flechas Curvas que vemos y que van o vienen de diferentes elementos del gráfico muestran de donde vienen los parámetros usados y en las cuales aparece un símbolo de interrogación mientras que de algún parámetro usado en las ecuaciones dentro del globo no sea vinculado! Así de forma sucesiva y con apoyo de la herramienta se va modelando un sistema complejo y los vínculos son creados con las ecuaciones que definen los parámetros. Este gráfico muestra un modelo mecánico translacional con todas sus dependencias y en relación a cuatro campos que en su mayoría están relacionados entre sí! Son estos:
1. El balance de Energías.
Como se puede apreciar esta parte recibe relaciones de los otros campos pero no afecta los otros. Los flechas todas o son entre elementos del balance energético o de impactos de los otros campos al balance energético!
2. Cinemática.
Aqui se modelan los "movimientos cinemáticos" del sistema! No entro en detalle de las relaciones de este campo con los otros, pero el sentido de las flechas debe ser suficiente para esta introducción!
3. Balance del los "Momentums"! Es algo relacionado a otro de los 3 pilares sobre los cuales armo la modelación del aparejo de mi modelo.
Básicamente el momento = la masa * la velocidad
El flujo de momentum es la fuerza F! ya veremos mas sobre esto cuando presente mi primer parte de la modelación del aparejo!
4. Los flujos. Dependiendo del tipo de magnitud física contabilizable se define el tipo de flujo!
El lenguaje de Modelación, Simulación y Verificación
Aquí quiero resaltar "Modelica". La definición mas breve y completa que he encontrado es en Inglés:
Modelica is an object-orientated modeling language based on equation!
El contenido de esta frase es muy rico y realmente que para comprender las implicaciones hay que investigar en el Internet sobre Modelica. Quiero resaltar 2 puntos de partida para tal esfuerzo de investigación.
El uno es el sitio de OpenModelica donde es posible informarse y bajar de forma gratuita las herramientas muy poderosas y buenas de usar disponibles allí! El otro sitio que tiene como foco el pilar anterior de los sistemas dinámicos complejos!
Modelica es una lengua de modelación y un entorno de simulación que basa en la misma metodología de los sistemas dinámicos de "recipiente" y de "flujos" y de ecuaciones que definen e implementan las relaciones entre los elementos usando ecuaciones! Pero es de allí, de usar ecuaciones y no de funciones, de donde resulta otro fuerte de Modelica. Es su capacidad de modelar componentes "acausales" a diferencia de los usuales objetos causales usados en herramientas como por ejemplo "Matlab" de MathWorks y otros!
Funciones y los objetos usados para crear modelos y objetos modelados dentro de otros modelos en forma de jerarquías de objetos, Siempre tienen definidos una dirección! Existen "Entradas" que son procesadas en una "planta" y que generan "Salidas" o "Resultados" como consecuencia del procesamiento de los parámetros de entrada. Asi pues la dirección resulta de la dependencia causal de las salidas como resultado de un procesamiento de entradas.
En Modelica esto es diferente! Y esto se refleja en la estructura que muestro en lo siguiente de un resorte:
Vemos aquí la representación de un resorte, o por así llamarlo, del símbolo de un resorte dentro del entorno de la lengua "Modelica". Este símbolo contiene el símbolo de un resorte y dos tal llamados "conectores"! El conector izquierdo es el positivo, el derecho es el negativo, definiendo así la dirección que define la polaridad dentro de la ecuación!
Aquí vemos la presentación textual en la sintaxis de la lengua de modelación Modelica! El término "Model" define el nombre del modelo, aquí "sprin" la palabra inglesa para "resorte". Los textos verdes son solo comentarios usados para que el lector humano le sea facilitado el leer del programa!
El término "extends" indica que la "clase de modelo" que estoy por crear hereda las propiedades de la clase allí nombrada en color rojo.
El término "parameter" define dentro del modelo que estoy creando la variable "C", la constante del resorte y que basa en la clase mencionada en rojo. Vale resaltar que todas las clases que parten de la clase "SI" definen valores de acuerdo al sistema de dimensiones correspondiente!
El segundo parametro definido indica si el resorte se encuentra en posición relajada, o si ha sido contraido o extendido.
Finalmente el segundo título dentro de la definición del modelo es "equation"! Lo que vemos es la ecuación clásica aplicable al resorte.
Eso es todo lo que se requiere dentro de la definición simple de un modelo. Queda aún por especificar los conectores, pero eso lo dejo para mas adelante. Lo importante de realizar ahora es como el entorno de modelación a partir de la definición del resorte mostrada aquí crea las funciones requeridas para simular de forma adecuada el comportamiento del resorte. Este entorno aquí es de máxima importancia, pues el aplica de forma autónoma las matemáticas requeridas para crear de forma numérica los valores resultantes de la función del resorte dentro de un sistema mas complejo. Con cierta simplificación y usando una analogía se puede decir que aplica las leyees de "Kirchoff" conocidas de la electrónica para crear el número de ecuaciones correspondientes al número de desconocidas requeridas para que el modelo del resorte cumpla como es esperado! Para repetir y concientizar expreso las 2 leyes de Kirchoff de forma adaptada al método de recipientes y de flujos:
1. La suma de los flujos en un nudo es igual a "0". Aquí entra a jugar parte el conector que representa uno de los nudos del resorte!
Recuerden, tanto Modelica como la ciencia de los sistemas dinámicos complejos describen sistemas usando la metodología de "flujos" y aquí el entorno aplica la ley de Kirchoff a cualquier tipo de flujo que el sistema utilice! para quedar en el entorno de la electrónica, la magnitud de flujo allí es la corriente!
2. La suma de las tensiones en un circuito = "0"
La tensión aquí en un sistema electrónica es la magnitud contabilizable que se define a razón del "contenido" de un recipiente!
3. Física de Sistemas
La física de sistemas combina los otros 2 pilares, la ciencia de los sistemas dinámicos complejos y de la lengua Modelica para una vista "nueva" sobre la física tradicional. No reinventando la física, sino utilizando la metodología de la ciencia de los sistemas dinámicos complejos para aplicarlos a la física. Lo sorprendente de esto es, que cuando se aplican estas metodologías provenientes de la ciencia de los sistemas dinámicos complejos a los diversos campos de la física, el sistema de representación de magnitudes de "estado" captadas en los "recipientes" y aquellas de "flujo" las relaciones en los diferentes campos de la física son idénticos! El profesor Werner Maurer de la ZAHW Winterthur no es el inventor de la "Física de Sistemas", o de de "System Physics" como se denomina esto en Inglés, sino que hace ya 25 años aplica esta metodología que fue desarrollada en la universidad de Karlsruhe en Alemania como resultado de estudios sobre la didáctica de la física. "Karlsruher Physikkurs", aquí el enlace a la página en Inglés y aquí el enlace a la página en Español, fue el punto de partida.
Me voy a referir a detalles sobre este tercer pilar sobre el cual persigo mi objetivo de modelar el aparejo mostrado en la foto mas arriba y que pienso implementar en el modelo de mi velero. Pero quiero resaltar que la física de sistemas aplica metodologías maduras y justificadas ampliamente en otros sectores de la ciencia y usados de forma extensa sea en las empresas que construyen aviones o sistemas espaciales, o sean empresas dedicadas al diseño de coches o carros según de que parte del mundo de habla hispana el apreciado lector es, o sea en el sector de las finanzas y los seguros! Fuera de las ventajas netamente resultante de aplicar esta metodología a la física, sea como parte de la didáctica, o sea del aprendizaje y estudio, o fuera en el campo de la investigación, la física de sistemas combina el aprendizaje de la física, fomenta el profundo entender de lo aprendido por ofrecer como parte material del proceso la modelación y simulación de lo entendido y de ir profundizando y resolviendo dudas verificando el resultado de las simulaciones con el de experimentos apropiados. esto es por naturaleza un proceso iterativo!
Nadie seriamente pondría en duda que hay gran trecho entre aprender una materia, saber aplicar las matemáticas para resolver ecuaciones y el aprendizaje y el realmente entender lo aprendido modelando, simulando y verificando cualquier tarea que el profesor le pone a los estudiantes. Todo esto sin requerir mas que el ordenador o PC que todos tienen en su escritorio!
Ojalá me ha sido posible presentarme y presentar los objetivos de este hilo y de poner esto en contexto con la razón por la cual hago esto. Si resulta que alguién tuviera alguna pregunta, si quier comentar algo o discutir algún aspecto de lo que he presentado hoy y si Ustedes permiten presentaré en este hilo en el futuro., les estaría muy agradecido. Resulta que fuera de lo que se encuentra en el Internet y que fuera de lo que existe en Alemán es relativamente poco, crear un ámbito que se dedica a discutir y quizá aplicar la física de sistemas sea de interés para algún forista!
No quiero dejar sin mencionar que existen críticos de la física de sistemas e igualmente críticos de la metodología usada por Modelica. Con gusto comparto y discuto esto con Ustedes, pero debo confesar que los aspectos críticos que resultan del ámbito de ingeniería sobre la lengua Modelica y su metodología son mas fáciles de comprender para mí!
Mi objetivo de iniciar este hilo es el encontrar apoyo en mis esfuerzos en que los miembros me critiquen cuando les aparezca oportuno. Considero una crítica como algo altamente valioso y positivo cuando se basa en argumentos objetivos y no en tales de carácter personal. No hay contribución para mi mas valioso que el ser criticado en algo. Se aprende mas de ello que de tales que den aprobación! Por otro lado como siempre me meto en campos nuevos por definición siempre soy y seré aprendiz.
Debido a que me he encontrado que mi forma de proceder en ciertas ocasiones a despertado animosidades quiero exponer claramente mis objetivos! Por razones profesionales primero y por razones de problemas de salud mas tarde mi gran proyecto del diseño y construcción de un modelo de un velero, el proyecto forma tanto una terapia que me ayuda a sobreponerme de los efectos de 2 infartos cerebrales y de varios paros cardíacos por problemas de ritmo cardíaco que llevaron a que recibiera el implante de un marcapasos y no finalmente por razones económicas representa la línea roja que me pone en contacto con las mas diversas tecnologías.
Hace año y medio aproximadamente me encontré con la metodología del diseño por modelación cuando los retos que resultaban desde el campo de la electrónica primero me hicieron tomar la decisión de meterme de forma metódica en el estudio de la electrónica análoga siguiendo un excelente curso patronizado por la empresa "Analog Devices" "Real Analog: Circuits 1". Así luego empecé a formular mi concepto para un sistema de control de escotas que en forma de un diagrama de bloques presento en el próximo gráfico y que da una idea de la complejidad:
Adicionalmente la ciencia de los sistemas de control me pusieron a darle un vistazo a los cursos correspondientes y que tienen lugar en parte durante el estudio del bachelor de electrónica, en parte avanzan hasta cursos del máster de electrónica. Todos esos conocimientos que son tratados en cursos académicos disponibles de forma gratuita en el Internet de universidades prestigiosas como la MIT de Boston en su programa de "OpenCourseWare" exigen un nivel de habilidades matemáticas que en las casi 4 décadas desde que estuve en la universidad han erosionado, además que los avances en las matemáticas y su aplicación en casi todas las carreras universitarias me exigieron actualizar y profundizar mis conocimientos matemáticos. Para refrescar aquellos conocimientos de matemáticas erosionados los cursos de "Calculus Single Variable" y de "Calculus Multivariable" de la MIT son cursos que hacen posible el estudio independiente dando una sólida base matemática desde la cual se puede empezar a adquirir conocimientos básicos requeridos como lo son "Linear Algebra" y Análisis, donde uso un curso de disponible en Internet de la universidad alemana de Tübingen y que basa en la metodología de enseñanza de los cursos de Análisis 1 y 2 del profesor Terence Tao de la UCLA. El libro que acompaña estos estudios de Análisis de Terence Tao se pueden descargar de forma gratuita y legal del sitio personal de Terence Tao en el Internet y es el de sus cursos "with honours"! Lo importante a mi opinión es encontrar lecturas grabadas en Internet de profesores que hagan las lecturas de una forma que sea confortable para el que decide estudiar! Creo que muchos profesores de universidad son pésimos didactas y no logran otra cosa que intimidar a muchos!
Mi objetivo en mi sistema de control de escotas es verificar que el sistema realmente funciona y conocer sus limitaciones y los factores que influencian su limites operativos y así encontrar una implementación óptima. Igualmente y por que la electrónica en un modela naval es alimentada por baterías lograr un máximo de eficiencia energética. Estos objetivos son en parte imposibles de lograr de forma convencional usando iteraciones con experimentos físicos por las dependencias entre los muchos factores que influencian el alcanzar el objetivo!
Resulta que en estos últimos 18 meses mis estudios de matemáticas han avanzado mucho menos de lo que había aspirado lograr. Pero, he logrado alcanzar un grado de proficiencia en las matemáticas que estos menos veces me intimidan y que las herramientas poderosas que existen hoy en día ayudan a resolver ecuaciones matemáticas usando funcionalidades disponibles en programas como "Mathematica" de Wolfram. Hice extensivos estudios investigando las mas diversas herramientas, tanto desde el punto de vista de las funcionalidades que poseen y de los costos que implica adquirir de forma legal una licencia para uso particular no comercial! Después de analizar a fondo las herramientas gratuitas y comerciales me decidí ir por la herramienta Mathematica de Wolfram! Ya mas adelante verán que otros factores jugaron un importante rol para decidirme por usar la herramienta Mathematica!
Pero también quiero resaltar que en las últimas semanas finalmente he encontrado 3 pilares tecnológicos que no existen desde hace mucho tiempo junto con las herramientas requeridas que permiten empezar a implementar la modelación de un subsistema de mis sistema de control de escotas:
En esta foto del aparejo usado en el original velero "Endeavour" aparece el aparejo que me he decidido implementar primero como aplicación que por un lado es muy importante para verificar que mi concepto del control de escotas es capaz de cumplir su función. Por otro lado es relativamente sencillo para aprender las técnicas y las herramientas para lograr el objetivo de modelar ese aparejo. Pero a la vez demuestra que modelando este aparejo es a mi opinión la forma mas efectiva, por no decir la única forma de lograr no solo una implementación optima, sino que también entender el impacto del sin número de parámetros que influencian los resultados! Ya lo verán cuando empiece a presentar en detalle los aspectos que estoy estudiando y que pienso compartir con Ustedes como reporte tipo "paso-a-paso"!
Mi forma de emprender esta aventura basa en 3 pilares:
1. La ciencia de los "Sistemas Dinámicos Complejos"
Esto ciencia o metodología fue empezada a ser desarrollada en la MIT de Boston en la MIT Sloan School en 1956, vean "System Dynamics Self Course" al cual pongo el enlace al curso ofrecido de forma gratuita por la MIT. Simplificando el tema en la ciencia de los sistemas dinámicos complejos se ha creado una sistemática que consiste en "recipientes" en el cual magnitudes contabilizables son representadas de forma gráfica para los cuales existen flujos que contribuyen a su contenido y flujos que "desaguan su contenido. Un muy famoso ejemplo donde esta metodología y ciencia a sido utilizada es el reporte del "Club of Rome" sobre los límites del crecimiento.
Presento aquí un "Flow Chart" creado por el profesor Werner Mauer de la universidad suiza de "ZAHW WinterThur" y que muestra la aplicación de la metodología proveniente de la ciencia de sistemas dinámicos complejos usando una software que en su versión gratuita permite crear tales imágenes, pero que esta limitada por no poder archivar los datos. Me compré una licencia de estudiante de "Berkeley Madonna" y que se puede descargar o ir a compara aquí!
Este gráfico demuestra de forma sobresaliente como con una herramienta gráfica, pero que no solo crea en texto el programa que refleja el gráfico, sino que también permite simular el modelo creado, permite de forma sucesiva ir describiendo un sistema complejo a base de la metodología de recipientes de magnitudes contabilizables y de los flujos correspondientes y en los globos introducir las ecuaciones que representan las relaciones. Las Flechas Curvas que vemos y que van o vienen de diferentes elementos del gráfico muestran de donde vienen los parámetros usados y en las cuales aparece un símbolo de interrogación mientras que de algún parámetro usado en las ecuaciones dentro del globo no sea vinculado! Así de forma sucesiva y con apoyo de la herramienta se va modelando un sistema complejo y los vínculos son creados con las ecuaciones que definen los parámetros. Este gráfico muestra un modelo mecánico translacional con todas sus dependencias y en relación a cuatro campos que en su mayoría están relacionados entre sí! Son estos:
1. El balance de Energías.
Como se puede apreciar esta parte recibe relaciones de los otros campos pero no afecta los otros. Los flechas todas o son entre elementos del balance energético o de impactos de los otros campos al balance energético!
2. Cinemática.
Aqui se modelan los "movimientos cinemáticos" del sistema! No entro en detalle de las relaciones de este campo con los otros, pero el sentido de las flechas debe ser suficiente para esta introducción!
3. Balance del los "Momentums"! Es algo relacionado a otro de los 3 pilares sobre los cuales armo la modelación del aparejo de mi modelo.
Básicamente el momento = la masa * la velocidad
El flujo de momentum es la fuerza F! ya veremos mas sobre esto cuando presente mi primer parte de la modelación del aparejo!
4. Los flujos. Dependiendo del tipo de magnitud física contabilizable se define el tipo de flujo!
El lenguaje de Modelación, Simulación y Verificación
Aquí quiero resaltar "Modelica". La definición mas breve y completa que he encontrado es en Inglés:
Modelica is an object-orientated modeling language based on equation!
El contenido de esta frase es muy rico y realmente que para comprender las implicaciones hay que investigar en el Internet sobre Modelica. Quiero resaltar 2 puntos de partida para tal esfuerzo de investigación.
El uno es el sitio de OpenModelica donde es posible informarse y bajar de forma gratuita las herramientas muy poderosas y buenas de usar disponibles allí! El otro sitio que tiene como foco el pilar anterior de los sistemas dinámicos complejos!
Modelica es una lengua de modelación y un entorno de simulación que basa en la misma metodología de los sistemas dinámicos de "recipiente" y de "flujos" y de ecuaciones que definen e implementan las relaciones entre los elementos usando ecuaciones! Pero es de allí, de usar ecuaciones y no de funciones, de donde resulta otro fuerte de Modelica. Es su capacidad de modelar componentes "acausales" a diferencia de los usuales objetos causales usados en herramientas como por ejemplo "Matlab" de MathWorks y otros!
Funciones y los objetos usados para crear modelos y objetos modelados dentro de otros modelos en forma de jerarquías de objetos, Siempre tienen definidos una dirección! Existen "Entradas" que son procesadas en una "planta" y que generan "Salidas" o "Resultados" como consecuencia del procesamiento de los parámetros de entrada. Asi pues la dirección resulta de la dependencia causal de las salidas como resultado de un procesamiento de entradas.
En Modelica esto es diferente! Y esto se refleja en la estructura que muestro en lo siguiente de un resorte:
Vemos aquí la representación de un resorte, o por así llamarlo, del símbolo de un resorte dentro del entorno de la lengua "Modelica". Este símbolo contiene el símbolo de un resorte y dos tal llamados "conectores"! El conector izquierdo es el positivo, el derecho es el negativo, definiendo así la dirección que define la polaridad dentro de la ecuación!
Aquí vemos la presentación textual en la sintaxis de la lengua de modelación Modelica! El término "Model" define el nombre del modelo, aquí "sprin" la palabra inglesa para "resorte". Los textos verdes son solo comentarios usados para que el lector humano le sea facilitado el leer del programa!
El término "extends" indica que la "clase de modelo" que estoy por crear hereda las propiedades de la clase allí nombrada en color rojo.
El término "parameter" define dentro del modelo que estoy creando la variable "C", la constante del resorte y que basa en la clase mencionada en rojo. Vale resaltar que todas las clases que parten de la clase "SI" definen valores de acuerdo al sistema de dimensiones correspondiente!
El segundo parametro definido indica si el resorte se encuentra en posición relajada, o si ha sido contraido o extendido.
Finalmente el segundo título dentro de la definición del modelo es "equation"! Lo que vemos es la ecuación clásica aplicable al resorte.
Eso es todo lo que se requiere dentro de la definición simple de un modelo. Queda aún por especificar los conectores, pero eso lo dejo para mas adelante. Lo importante de realizar ahora es como el entorno de modelación a partir de la definición del resorte mostrada aquí crea las funciones requeridas para simular de forma adecuada el comportamiento del resorte. Este entorno aquí es de máxima importancia, pues el aplica de forma autónoma las matemáticas requeridas para crear de forma numérica los valores resultantes de la función del resorte dentro de un sistema mas complejo. Con cierta simplificación y usando una analogía se puede decir que aplica las leyees de "Kirchoff" conocidas de la electrónica para crear el número de ecuaciones correspondientes al número de desconocidas requeridas para que el modelo del resorte cumpla como es esperado! Para repetir y concientizar expreso las 2 leyes de Kirchoff de forma adaptada al método de recipientes y de flujos:
1. La suma de los flujos en un nudo es igual a "0". Aquí entra a jugar parte el conector que representa uno de los nudos del resorte!
Recuerden, tanto Modelica como la ciencia de los sistemas dinámicos complejos describen sistemas usando la metodología de "flujos" y aquí el entorno aplica la ley de Kirchoff a cualquier tipo de flujo que el sistema utilice! para quedar en el entorno de la electrónica, la magnitud de flujo allí es la corriente!
2. La suma de las tensiones en un circuito = "0"
La tensión aquí en un sistema electrónica es la magnitud contabilizable que se define a razón del "contenido" de un recipiente!
3. Física de Sistemas
La física de sistemas combina los otros 2 pilares, la ciencia de los sistemas dinámicos complejos y de la lengua Modelica para una vista "nueva" sobre la física tradicional. No reinventando la física, sino utilizando la metodología de la ciencia de los sistemas dinámicos complejos para aplicarlos a la física. Lo sorprendente de esto es, que cuando se aplican estas metodologías provenientes de la ciencia de los sistemas dinámicos complejos a los diversos campos de la física, el sistema de representación de magnitudes de "estado" captadas en los "recipientes" y aquellas de "flujo" las relaciones en los diferentes campos de la física son idénticos! El profesor Werner Maurer de la ZAHW Winterthur no es el inventor de la "Física de Sistemas", o de de "System Physics" como se denomina esto en Inglés, sino que hace ya 25 años aplica esta metodología que fue desarrollada en la universidad de Karlsruhe en Alemania como resultado de estudios sobre la didáctica de la física. "Karlsruher Physikkurs", aquí el enlace a la página en Inglés y aquí el enlace a la página en Español, fue el punto de partida.
Me voy a referir a detalles sobre este tercer pilar sobre el cual persigo mi objetivo de modelar el aparejo mostrado en la foto mas arriba y que pienso implementar en el modelo de mi velero. Pero quiero resaltar que la física de sistemas aplica metodologías maduras y justificadas ampliamente en otros sectores de la ciencia y usados de forma extensa sea en las empresas que construyen aviones o sistemas espaciales, o sean empresas dedicadas al diseño de coches o carros según de que parte del mundo de habla hispana el apreciado lector es, o sea en el sector de las finanzas y los seguros! Fuera de las ventajas netamente resultante de aplicar esta metodología a la física, sea como parte de la didáctica, o sea del aprendizaje y estudio, o fuera en el campo de la investigación, la física de sistemas combina el aprendizaje de la física, fomenta el profundo entender de lo aprendido por ofrecer como parte material del proceso la modelación y simulación de lo entendido y de ir profundizando y resolviendo dudas verificando el resultado de las simulaciones con el de experimentos apropiados. esto es por naturaleza un proceso iterativo!
Nadie seriamente pondría en duda que hay gran trecho entre aprender una materia, saber aplicar las matemáticas para resolver ecuaciones y el aprendizaje y el realmente entender lo aprendido modelando, simulando y verificando cualquier tarea que el profesor le pone a los estudiantes. Todo esto sin requerir mas que el ordenador o PC que todos tienen en su escritorio!
Ojalá me ha sido posible presentarme y presentar los objetivos de este hilo y de poner esto en contexto con la razón por la cual hago esto. Si resulta que alguién tuviera alguna pregunta, si quier comentar algo o discutir algún aspecto de lo que he presentado hoy y si Ustedes permiten presentaré en este hilo en el futuro., les estaría muy agradecido. Resulta que fuera de lo que se encuentra en el Internet y que fuera de lo que existe en Alemán es relativamente poco, crear un ámbito que se dedica a discutir y quizá aplicar la física de sistemas sea de interés para algún forista!
No quiero dejar sin mencionar que existen críticos de la física de sistemas e igualmente críticos de la metodología usada por Modelica. Con gusto comparto y discuto esto con Ustedes, pero debo confesar que los aspectos críticos que resultan del ámbito de ingeniería sobre la lengua Modelica y su metodología son mas fáciles de comprender para mí!
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