https://hdl.handle.net/20.500.11984/469 2026-04-04T07:49:17Z 2026-04-04T07:49:17Z Abedul Moreno, David https://hdl.handle.net/20.500.11984/14073 2026-03-17T07:15:45Z 2023-01-01T00:00:00Z

Characterization and digitalization of shear cutting processes Abedul Moreno, David In the current era of exponential technological advancement, the world is witnessing a transformative evolution across all sectors and the manufacturing industry stands at the forefront of this revolutionary change. With cutting-edge innovations and groundbreaking digital technologies, the manufacturing sector has been elevated to new heights of efficiency and precision. As the manufacturing industry continues to embrace these digital advancements, it becomes increasingly crucial to extend their application to specific processes, for instance to shear cutting processes. The implementation of digital technologies in shear cutting processes holds immense potential to improve the way materials are separated and fabricated. By leveraging Artificial Intelligence-driven algorithms or employing digital twins for process simulations, manufacturers can enhance the accuracy, speed and adaptability of shear cutting, leading to reduced waste, improved material utilization and enhanced overall productivity. The application of digital technologies to shear cutting processes has been effectively addressed through two significant approaches. Firstly, the development of a process force and energy prediction tool, based on Machine Learning algorithms, has led to enhanced inputs for designing and manufacturing of blanking lines as well as for accurate estimations of force and energy requirements to cut materials with varying mechanical properties and thicknesses. Secondly, the debate of considering thermal and strain rate effects on Finite Element simulations during shear cutting has been addressed, characterizing the plastic and fracture behavior of a 2205 Duplex stainless steel at different temperatures and loading rates and utilizing it to develop Finite Element models that incorporate these phenomena, ensuring more accurate and reliable simulations of shear cutting operations. Furthermore, to validate these models, comprehensive experimental tests have been conducted. Cut-to-length shear cutting tests and punching tests have been utilized to thoroughly study the phenomena occurring during shear cutting operations, thus combining numerical and experimental approaches. Addressing these crucial aspects and incorporating digital technologies into cutting operations allows the manufacturing industry to optimize these type of processes. These advancements not only contribute to mark more steps forward for shear cutting processes but also exemplify the potential of digital technologies in driving progress and innovation throughout the manufacturing landscape.; Teknologia aurrerapen esponentzialaren garai honetan, mundua aldaketa eraldatzaile bat ikusten ari da sektore guztietan eta fabrikazio industria bera eraldatzaile aldaketa honen aurrean dago. Berrikuntza abangoardista eta teknologia digitalei esker, fabrikazio sektorea errendimendu eta zehaztasun maila berrietara iritsi da. Fabrikazio industriak teknologia digitalak bultzatzen dituen bitartean, bere aplikazioa prozesu zehatzetara hedatu behar da, adibidez ebaketa prozesuetara. Teknologia digitalen inplementazioa garrantzi handiko aukera ematen du materialak prozesatzen diren moduak hobetzeko. Adimen Artifizialaren algoritmoak eta prozesuen simulazio numerikoak erabiliz, fabrikatzaileek ebaketaren zehaztasuna, abiadura eta egokitasuna hobetu dezakete, materialen erabilera optimizatu hondakinak murriztuz eta emankortasunaren hobekuntza lortuz. Teknologia digitalen aplikazioa ebaketa prozesuetan egokitu egin da bi ikuspegien bidez. Lehenik, Machine Learning-en oinarritutako prozesuaren indarraren eta energia aurreikuspen tresna bat garatu da, ebaketa lerroen diseinu eta fabrikazioa hobetzeko eta ezaugarri mekaniko eta lodiera desberdinen materialak mozteko behar diren eskakizunak aurreikusteko aukerak eskainiz. Bestalde, tenperaturaren eta deformazio abiaduraren efektuak simulazioetan kontuan hartzearen eztabaida ere garrantzi handia du. Eztabaida horri erantzuteko 2205 Duplex altzairu herdoilgaitzaren plastikotasun eta hauskortasun portaera aztertu da tenperatura eta deformazio abiadura desberdinetan. Informazio hori Elementu Finituen ereduak garatzeko erabili da, ebaketa operazioen simulazio zehatzago eta fidagarriagoak lortzeko. Era berean, eredu hauen balidazioa egiteko, ebaketa prozesuen azterketa esperimentala burutu da. Zeharkako ebaketa eta puntzonaketa saiakuntzak egin dira ebaketa prozesuetan gertatzen diren fenomenoak aztertzeko, ikuspegi numeriko eta esperimentala bateratuz. Garrantzitsuak diren alderdi hauei erantzun bat emanez, eta ebaketa prozesuetan teknologia digitalak erantsiz fabrikazio industriari prozesu mota hauek optimizatzeko aukera ematen zaio. Aurrerapen hauek ez dituzte ebaketa prozesuak bultzatzen bakarrik, teknologia digitalak fabrikazioaren panorama osoan aurrera egiteko eta berrikuntza sustatzeko ahalera erakusten dute baita ere.; Con el actual avance tecnológico exponencial, el mundo está contemplando una evolución transformadora en todos los sectores y la industria manufacturera se encuentra al frente de este cambio revolucionario. A través de innovaciones vanguardistas y tecnologías digitales pioneras, el sector manufacturero se ha visto elevado a nuevos niveles de eficiencia y precisión. Mientras la industria continua abrazando estos avances tecnológicos, cada vez resulta más crucial ampliar su aplicación a procesos específicos, por ejemplo a los procesos de corte. La implementación de tecnologías digitales en los procesos de corte posee un gran potencial para mejorar la forma en que se procesan los materiales. Sacando provecho de algoritmos de Inteligencia Artificial o utilizando modelos numéricos para la simulación del proceso, la industria podría mejorar la precisión, velocidad y adaptabilidad de los procesos de corte, y consecuentemente, reducir los residuos optimizando el uso de material y mejorar la productividad. La aplicación de tecnologías digitales a procesos de corte se ha llevado a cabo a través de dos enfoques principalmente. En primer lugar, el desarrollo de una herramienta de predicción de esfuerzos y energía basada en algoritmos de Machine Learning, ha permitido facilitar el diseño y fabricación de líneas de corte, así como realizar estimaciones precisas de los esfuerzos y energía necesarias para cortar materiales de una gran variedad de propiedades mecánicas y espesores. En segundo lugar, se ha abordado el debate sobre considerar los efectos de la temperatura y de la velocidad de deformación en simulaciones de procesos de corte con el Método de Elementos Finitos. Para ello, se ha caracterizado el comportamiento plástico y de fractura de un acero inoxidable Duplex 2205 a diferentes temperaturas y velocidades de deformación y se ha utilizado para desarrollar modelos de Elementos Finitos que incorporen estos fenómenos, garantizando simulaciones más precisas y fiables de las operaciones de corte. Además, para validar estos modelos, se ha realizado una campaña de ensayos experimentales. Se han utilizado ensayos de corte transversal y de punzonado para estudiar a fondo los diversos fenómenos que se producen durante las operaciones de corte, combinando así el enfoque numérico y el experimental. Abordar estos aspectos cruciales e incorporar tecnologías digitales a las operaciones de corte, permite a la industria manufacturera optimizar este tipo de procesos. Además, estos avances no solo contribuyen a dar más pasos adelante en lo que a procesos de corte se refiere, sino que también ejemplifican el potencial de las tecnologías digitales para impulsar el progreso y la innovación en todo el panorama de la fabricación.

2023-01-01T00:00:00Z Landa-Oregi, Idoia https://hdl.handle.net/20.500.11984/14063 2026-03-13T11:00:47Z 2025-04-01T00:00:00Z

The enhancement of the engagement in citizen participation processes for urban regeneration through a human-centered design approach Landa-Oregi, Idoia Urbanization has experienced significant growth over the past century, with projections indicating a 34% expansion in high income countries within the next 50 years. By 2050, 68% of the global population is expected to reside in urban areas, intensifying concerns regarding climate change, resource depletion, and increased energy consumption. Given these challenges, cities have emerged as focal points for implementing sustainable and inclusive development models. Central to this challenge is the concept of citizen-centered cities, which emphasize participatory urban regeneration by empowering citizens in decision-making processes. This approach prioritizes social well- being and fosters collaboration among stakeholders to create cities that are designed for and with their inhabitants. Despite the recognized benefits of citizen participation, its implementation continues to face challenges, particularly regarding meaningful engagement. Without genuine citizen engagement, participatory processes risk becoming tokenistic, undermining public trust and democratic legitimacy. Addressing these limitations requires an in-depth understanding of engagement mechanisms, ensuring that participatory frameworks are both effective and equitable. In this context, Human-Centered Design (HCD) practices emerge as a potentially effective approach in improving citizen engagement and advancing through citizen-centered cities, as it ensures that participation is deeply rooted in citizens’ needs and aspirations. By fostering empathy, collaboration, and iterative problem-solving, HCD encourages citizen engagement in participatory urban regeneration. This doctoral thesis investigates how citizens’ engagement in urban regeneration initiatives can be improved by the application of HCD. For this purpose, first a deep understanding of citizen engagement and its influencial factors is gained. Then, a model integrating the principles and methods of HCD is developed to address the identified engagement factors. Lastly, through an participatory Action Research approach, this thesis explores a case study that was developed in the Santa Ana neighborhood in Ermua, which is in the process of rehabilitation. The research was structured in four iterative cycles in order to identify the critical engagement factors, define a HCD model to address the factors, evaluate the impact and analyze the replicability of the study. Each iteration allowed us to evaluate the effectiveness of the interventions and adjust the strategies implemented based on the results obtained and the feedback from the participants. viii The findings of this research indicate that HCD facilitates greater citizen engagement by generating spaces for listening and co-creation, fostering community ownership of the urban regeneration process. Likewise, it was evidenced that the iteration and flexibility inherent to HCD allow for adapting interventions to changes in neighborhood dynamics and to the emerging needs of residents. Additionally, the study identified that citizen engagement is primarily influenced by factors related to collective interactions and the clarity of the process. To assess engagement, a survey was designed and validated, providing a structured method for measurement. Furthermore, intersectionality was found to play a role, as the analysis of three variables demonstrated its influence on engagement dynamics. Lastly, an examination of a different geographical context revealed that while the study is partially replicable, variations in critical factors require adjustments to both the HCD model and the survey to ensure contextual relevance. As a result of this doctoral thesis, the following contributions are obtained: - The characterization of citizen engagement contemplating 36 factors divided into 3 categories and 9 sub-categories. - A model that integrates HCD tools into participatory processes, fostering citizen emngagement. - A survey to measure the levels of citizen engagement.; La urbanización ha experimentado un crecimiento significativo en el último siglo, y las proyecciones indican una expansión del 34% en los países de renta alta en los próximos 50 años. Para 2050, se espera que el 68% de la población mundial resida en zonas urbanas, lo que intensificará la preocupación por el cambio climático, el agotamiento de los recursos y el aumento del consumo de energía. Ante estos retos, las ciudades han surgido como puntos focales para la aplicación de modelos de desarrollo sostenibles e integradores. Un elemento central de este reto es el concepto de ciudades centradas en la ciudadanía, que hacen hincapié en la regeneración urbana participativa mediante la capacitación de la ciudadanía en los procesos de toma de decisiones. Este enfoque da prioridad al bienestar social y fomenta la colaboración entre las partes interesadas para crear ciudades diseñadas para y con sus habitantes. A pesar de los beneficios reconocidos de la participación ciudadana, su aplicación sigue afrontando retos, especialmente en lo que se refiere a un compromiso significativo de la ciudadanía. Sin un auténtico compromiso ciudadano, los procesos participativos corren el riesgo de convertirse en simbólicos, socavando la confianza pública y la legitimidad democrática. Para hacer frente a estas limitaciones es necesario comprender en profundidad los mecanismos de participación y garantizar que los marcos participativos sean eficaces y equitativos. En este contexto, las prácticas de Diseño Centrado en las Personas (HCD) surgen como un enfoque potencialmente eficaz para mejorar la participación ciudadana y avanzar a través de ciudades centradas en el ciudadano, ya que garantiza que la participación esté profundamente arraigada en las necesidades y aspiraciones de la ciudadanía. Al fomentar la empatía, la colaboración y la resolución iterativa de problemas, el HCD estimula el compromiso ciudadano en la regeneración urbana participativa. Esta tesis doctoral investiga cómo puede mejorarse el compromiso de la ciudadanía en las iniciativas de regeneración urbana mediante la aplicación del HCD. Para ello, en primer lugar se profundiza en el conocimiento del compromiso ciudadano y sus factores de influencia. A continuación, se desarrolla un modelo que integra los principios y métodos del HCD para abordar los factores de compromiso identificados. Por último, a través de un enfoque de Investigación Acción participativa, esta tesis explora un estudio de caso que se ha desarrollado en el barrio de Santa Ana en Ermua, que se encuentra en proceso de rehabilitación. La investigación se estructuró en cuatro ciclos iterativos con el fin de identificar los factores críticos de compromiso, definir un modelo HCD para abordar los factores, evaluar el impacto y analizar la replicabilidad del estudio. Cada iteración permitió evaluar la eficacia de las intervenciones y ajustar las estrategias aplicadas en función de los resultados obtenidos y de los comentarios de los participantes. Las conclusiones de esta investigación indican que el HCD facilita un mayor compromiso ciudadano al generar espacios de escucha y co-creación, fomentando la apropiación del proceso de regeneración urbana por parte de la comunidad. Asimismo, se puso de manifiesto que la iteración y la flexibilidad inherentes al HCD permiten adaptar las intervenciones a los cambios en la dinámica del barrio y a las necesidades emergentes de los residentes. Además, el estudio identificó que el compromiso ciudadano está influido principalmente por factores relacionados con las interacciones colectivas y la claridad del proceso. Para evaluar el compromiso, se diseñó y validó una encuesta que proporciona un método estructurado de medición. Además, se observó que la interseccionalidad desempeña un papel importante, ya que el análisis de tres variables demostró su influencia en la dinámica del compromiso. Por último, el análisis de un contexto geográfico diferente reveló que, si bien el estudio es parcialmente reproducible, las variaciones en los factores críticos requieren ajustes tanto en el modelo HCD como en la encuesta para garantizar la pertinencia contextual. Como resultado de esta tesis doctoral se obtienen las siguientes aportaciones: - La caracterización del compromiso ciudadano contemplando 36 factores divididos en 3 categorías y 9 subcategorías. - Un modelo que integra herramientas de HCD en procesos participativos, fomentando el compromiso ciudadano. - Una encuesta para medir los niveles de compromiso ciudadano.; Urbanizazioak hazkunde handia izan du azken mendean, eta proiekzioek adierazten dute % 34ko hedapena errenta handiko herrialdeetan hurrengo 50 urteetan. Aurreikuspenen arabera, 2050erako, munduko biztanleriaren % 68 hiriguneetan biziko da, eta horrek areagotu egingo ditu klima-aldaketari, baliabideen agortzeari eta energia-kontsumoaren igoerari buruzko kezkak. Erronka horien aurrean, hiriak sortu dira garapen-eredu iraunkorrak eta integratzaileak ezartzeko ardatz gisa. Erronka honetan funtsezkoa da herritarrak ardatz dituzten hirien kontzeptua; izan ere, hiri-birsorkuntza parte-hartzailea azpimarratzen dute, erabakiak hartzeko prozesuetan herritarrak ahaldunduz. Ikuspegi horrek gizarte-ongizatea lehenesten du, eta interesdunen arteko lankidetza sustatzen du, beren biztanleentzat eta biztanleekin diseinatuta dauden hiriak sortzeko. Nahiz eta herritarren parte-hartzearen onurak aitortuak izan, haren aplikazioak erronkei aurre egiten jarraitzen du, batez ere konpromiso esanguratsuari dagokionez. Herritarren benetako konpromisorik gabe, prozesu parte-hartzaileak tokenistiko bihurtzeko arriskua dago, konfiantza publikoa eta legitimitate demokratikoa hondatuz. Muga horiei aurre egiteko, konpromiso-mekanismoak sakon ulertu behar dira, partaidetza-esparruak aldi berean eraginkorrak eta bidezkoak direla bermatuz. Testuinguru horretan, Pertsonengan Zentratutako Diseinuaren (HCD) praktikak herritarren konpromisoa hobetzeko eta herritarrak ardatz dituzten hirietan aurrera egiteko ikuspegi potentzialki eraginkor gisa agertzen dira, parte-hartzea herritarren beharretan eta asmoetan oso errotuta dagoela bermatzen baitu. Enpatia, lankidetza eta arazoen konponbide iteratiboa sustatuz, HCDk herritarren konpromisoa sustatzen du hiri-birsorkuntza parte-hartzailean. Doktorego tesi honek herritarrek hiri-berroneratze ekimenetan duten konpromisoa HCDren aplikazioarekin nola hobetu daitekeen ikertzen du. Horretarako, lehenik eta behin, herritarren konpromisoa eta horren eragin-faktoreak sakon ulertzen dira. Ondoren, HCDren printzipioak eta metodoak integratuko dituen eredu bat garatzen da identifikatutako konpromiso-faktoreei aurre egiteko. Azkenik, Ekintza Ikerketa Parte-hartzailearen ikuspegi baten bidez, tesi honek Ermuko Santa Ana auzoan egin zen kasu azterlan bat aztertzen du, errehabilitazio prozesuan dagoena. Ikerketa lau ziklo iteratibotan egituratu zen, konpromiso faktore kritikoak identifikatzeko, faktoreei aurre egiteko HCD eredu bat zehazteko, inpaktua ebaluatzeko eta ikerketaren erreplikagarritasuna aztertzeko. Iterazio bakoitzak aukera ematen zigun esku-hartzeen eraginkortasuna ebaluatzeko eta ezarritako estrategiak doitzeko lortutako emaitzen eta parte-hartzaileen atzeraelikaduraren arabera. Ikerketa honen ondorioek adierazten dutenez, HCDk herritarren konpromiso handiagoa errazten du, entzuteko eta elkarrekin sortzeko espazioak sortuz, eta hiri-berroneratze prozesuaren jabetza komunitarioa sustatuz. Era berean, agerian geratu zen HCDri datxekion iterazioak eta malgutasunak aukera ematen dutela esku-hartzeak auzo-dinamikaren aldaketetara eta egoiliarren premia azaleratuetara egokitzeko. Gainera, ikerketak identifikatu zuen herritarren konpromisoa elkarrekintza kolektiboekin eta prozesuaren argitasunarekin lotutako faktoreek eragiten dutela nagusiki. Konpromisoa ebaluatzeko, inkesta bat diseinatu eta baliozkotu zen, neurtzeko metodo egituratu bat eskainiz. Gainera, intersekzionalitateak paper bat betetzen zuela ikusi zen, hiru aldagairen analisiak konpromiso-dinamiketan zuen eragina erakutsi baitzuen. Azkenik, testuinguru geografiko desberdin baten azterketa batek agerian utzi zuen azterketa partzialki erreplika daitekeen arren, faktore kritikoetan gertatzen diren aldaketek doikuntzak behar dituztela bai HCD ereduan, bai inkestan, testuinguruaren garrantzia bermatzeko. Doktore-tesi horren ondorioz, honako ekarpen hauek lortu dira: - Herritarren konpromisoa ezaugarritzea, 3 kategoriatan eta 9 azpikategoriatan banatutako 36 faktorerekin. - HCD tresnak prozesu parte-hartzaileetan integratzen dituen eredua, herritarren konpromisoa sustatuz. - Herritarren konpromiso maila neurtzeko inkesta bat.

2025-04-01T00:00:00Z Escallada Lopez, Oscar https://hdl.handle.net/20.500.11984/14027 2026-02-18T14:42:19Z 2025-01-01T00:00:00Z

Modelo de evaluación de la Interacción Persona Realidad Extendida en entornos industriales: ITPX-XR Escallada Lopez, Oscar Extended Reality (XR) is becoming established as a key technology in industrial environments to optimize processes, strengthen workforce training, and enhance competitiveness. In the transition toward Industry 5.0, the human factor gains particular importance: XR solutions must not only be technically robust but also respond to the needs and limitations of operators. In order to understand this phenomenom, a systematic literature review was conducted, which highlighted the lack of models adapted to the industrial sector that could comprehensively address cognitive, physiological, and contextual aspects. To fill this gap, this research presents the ITPX-XR model (Individual Task Performance eXperience – eXtended Reality), which merges a human-centered design approach with performance evaluations in real production scenarios. The model integrates both pragmatic criteria (efficiency, ergonomics, ease of learning) and hedonic factors (motivation, satisfaction, immersion), and introduces three key methodological contributions: - The HeurXtics heuristic tool, which facilitates expert review of XR environments by identifying design shortcomings in terms of safety, ergonomics, and multimodality. - The XRUX Map, a conceptual framework that organizes the main dimensions of the XR user experience, offering a structured overview of key evaluation elements. - A user evaluation process that combines performance indicators (time, errors), physiological response measurements (eye tracking, heart rate), and user perception indicators. Three case studies validate this approach through three analysis phases: (i) a pre-evaluation phase, where HeurXtics identifies initial usability barriers, (ii) real-time tracking of performance and physiological indicators, and (iii) a post-evaluation phase focused on user perception. The results confirm the effectiveness of ITPX-XR in diagnosing and optimizing Human–XR Interaction (HXRI) by anticipating design improvements and guiding the development of solutions better aligned with users’ capabilities, limitations, and expectations. Finally, this thesis provides an in-depth account of the foundations of ITPX-XR, the implementation of the XRUX Map, and the use of HeurXtics, along with the measurements and discussion of results. It also outlines future research directions focused on the incorporation of advanced haptic technologies, continuous evaluations via AI, and the expansion of accessibility and personalization criteria. In this way, ITPX-XR is positioned as a reference framework for the effective adoption of XR in industry, balancing innovation with user well-being.; Errealitate Hedatua (XR) prozesuak optimizatzeko, langileen gaikuntza indartzeko eta lehiakortasuna hobetzeko funtsezko teknologia gisa sendotzen ari da industria inguruneetan. 5.0 industriarako trantsizioan, giza faktoreak garrantzi berezia hartzen du: XR soluzioek, maila teknikoan sendoak izateaz gain, langileen beharrei eta mugei ere erantzun behar diete. Fenomeno hori ulertzeko, literaturaren berrikuspen sistematikoa egin da, eta horrek agerian uzten du ez dagoela industria sektorera egokitutako eredurik alderdi kognitiboak, fisiologikoak eta testuingurukoak modu integratuan hartzeko. Hutsune hori betetzeko, ikerketa honek ITPX-XR eredua aurkezten du (Individual Task Performance eXperience – eXtended Reality), zeinak pertsonengan oinarritutako diseinu ikuspegia eta ekoizpen egoera errealetako errendimendu ebaluazioak uztartzen dituen. Ereduak irizpide pragmatikoak (eraginkortasuna, ergonomia, ikasteko erraztasuna) eta faktore hedonikoak (motibazioa, gogobetetzea, murgiltzea) biltzen ditu, eta, gainera, hiru ekarpen metodologiko nabarmen sartzen ditu: - HeurXtics tresna heuristikoa, XR inguruneen berrikuspen aditua errazten duena, segurtasunean, ergonomian eta multimodalitatean diseinu gabeziak identifikatzeko. - XRUX Map, erabiltzailearen XR esperientziaren dimentsio nagusiak antolatzen dituen eskema kontzeptuala, ebaluatu beharreko funtsezko elementuen ikuspegi egituratua eskaintzen duena. - Erabiltzaileak ebaluatzeko prozesu bat, honako hauek barne hartzen dituena: jardunaren adierazleak (denborak, akatsak), erantzun fisiologikoen neurketa (begiaren jarraipena, bihotzaren erritmoa) eta erabiltzaileen pertzepzioaren adierazleak. Hiru azterketa-kasuk ikuspegi hori baliozkotzen dute, hiru analisi-faseren bidez: (i) aurretiazko ebaluazioa, non HeurXticsek hasierako erabilgarritasun-oztopoak erakusten dituen, (ii) jarduera-adierazleen eta adierazle fisiologikoen denbora errealeko jarraipena, eta (iii) ondorengo fase bat, erabiltzailearen pertzepzioa jomuga duena. Emaitzek berresten dute ITPX-XRk eraginkortasuna duela pertsona – XR interakzioa (HXRI) diagnostikatzeko eta optimizatzeko, diseinu hobekuntzak aurreratzen dituelako eta erabiltzaileen gaitasunekin, mugekin eta itxaropenekin hobeto bat datozen soluzioen garapena bideratzen duelako. Azkenik, tesi honek sakon zehazten ditu ITPX-XRren oinarriak, XRUX Map-en inplementazioa eta HeurXtics-en erabilera, neurketekin eta emaitzen eztabaidarekin batera. Gainera, etorkizuneko ikerketa ildoak aipatzen dira, honako gai hauetan zentratuta: teknologia haptiko aurreratuak txertatzea, AAren bidezko etengabeko ebaluazioak egitea eta irisgarritasun eta pertsonalizazio irizpideak zabaltzea. Horrela, ITPX-XR erreferentzia sendo bihurtzen da industrian XR eraginkortasunez erabiltzeko, berrikuntza eta erabiltzaileen ongizatea orekatuta.; La Realidad Extendida (XR) se está consolidando como una tecnología clave para optimizar procesos, fortalecer la capacitación del personal y mejorar la competitividad en entornos industriales. En la transición hacia la Industria 5.0, el factor humano adquiere especial relevancia de modo que las soluciones de la XR no solo deben ser sólidas a nivel técnico, sino también responder a las necesidades y limitaciones de las personas operarias. Con el fin de comprender este fenómeno, se ha llevado a cabo una revisión sistemática de la literatura que pone de manifiesto la falta de modelos adaptados al sector industrial para abarcar de forma integrada aspectos cognitivos, fisiológicos y contextuales. Para cubrir ese vacío, esta investigación presenta el modelo ITPX-XR (Individual Task Performance eXperience – eXtended Reality), el cual fusiona un enfoque de diseño centrado en las personas con evaluaciones de rendimiento en situaciones reales de producción. El modelo integra tanto criterios pragmáticos (eficiencia, ergonomía, facilidad de aprendizaje) como factores hedónicos (motivación, satisfacción, inmersión) y, además, introduce tres aportaciones metodológicas destacadas: - La herramienta heurística HeurXtics, que facilita una revisión experta de entornos de XR, identificando deficiencias de diseño en seguridad, ergonomía y multimodalidad. - El XRUX Map, un esquema conceptual que organiza las principales dimensiones de la experiencia de usuario en la XR, ofreciendo una visión estructurada de los elementos clave a evaluar. - Un proceso de evaluación de personas usuarias que integra indicadores de desempeño (tiempos, errores), medición de respuestas fisiológicas (seguimiento ocular, ritmo cardíaco) e indicadores de la percepción de las personas usuarias. Tres casos de estudio validan este enfoque mediante tres fases de análisis: (i) la evaluación previa, donde HeurXtics revela barreras iniciales de usabilidad, (ii) el seguimiento en tiempo real de indicadores de desempeño e indicadores fisiológicos, y (iii) una fase posterior enfocada en la percepción de la persona usuaria. Los resultados confirman la eficacia del ITPX-XR para diagnosticar y optimizar la interacción persona–XR (HXRI), al anticipar mejoras de diseño y orientar el desarrollo de soluciones más acordes con las capacidades, limitaciones y expectativas de las personas usuarias. Finalmente, esta tesis detalla en profundidad los fundamentos del ITPX-XR, la implementación del XRUX Map y el uso de HeurXtics, junto con las mediciones y la discusión de los resultados. Se señalan, además, futuras líneas de investigación centradas en la incorporación de tecnologías hápticas avanzadas, evaluaciones continuas a través de IA y la ampliación de criterios de accesibilidad y personalización. Así, el ITPX-XR se consolida como una referencia para la adopción efectiva de la XR en la industria, equilibrando la innovación y el bienestar de las personas usuarias.

2025-01-01T00:00:00Z Aranburu, Aritz https://hdl.handle.net/20.500.11984/14026 2026-02-13T07:57:51Z 2023-01-01T00:00:00Z

Estrategias de modelado para crear modelos 3D de calidad en sistemas CAD asociativos paramétricos Aranburu, Aritz Modern industrial companies operate in environments characterized by fierce competition and demand for shorter development cycles and customizable products. In this context, concurrent and iterative product design and development processes (PDD) are the norm, where designers continuously refine and modify the product or system under development. 3D CAD systems are crucial tools in the PDD process, as they improve productivity, facilitate complex part design, and reduce time to market. 3D models are critical in Model-Based Enterprise (MBE) environments, in which the digital representation of the product is used as a vehicle to manage, communicate, and share design information. In the MBE, robustness, flexibility, and responsiveness to geometric variations are paramount, as the digital model drives all downstream engineering activities. To this end, the parametric solid modeling paradigm enables 3D models to be easily edited and reused by automatically adjusting the geometry to meet specific design requirements. Parametric solid modeling is commonly employed, as this paradigm enables 3D models to be easily edited and reused by automatically adjusting the geometry to meet specific design requirements. The ability of a 3D model to successfully react to changes, however, depends on the modeling operations used, the skill and experience of the designer, the parent-child dependencies, and the desired geometric changes. A formal 3D modeling methodology focused on model flexibility and reusability is thus critical for reducing design time and utilizing the full capabilities of associative parametric CAD in MBE environments. Various formal modeling methodologies have been proposed in the literature to maximize model reusability. However, these methodologies have focused exclusively on manual design changes and their effect on automated design modifications remains unknown. Study of automated modifications merits greater attention, as these have a significant impact on PDD activities such as optimization, simulation and configuration. Therefore, the main objective of this doctoral research is to propose and validate 3D modeling strategies to maximize model quality in terms of reusability in associative parametric CAD systems. To this end, a review of the state of the art was first carried out to identify research opportunities. The scope of the review comprised: (i) the mechanics of parametric associative CAD and the limitations in industrial applications, (ii) formal modeling methodologies that attempt to address industrial issues, (iii) the relationship between reusability and model quality, and iv) metrics to evaluate model performance. Next, the behavior of three well-established parametric modeling methodologies (Horizontal Modeling Methodology, Explicit Reference Modeling Methodology, and Resilient Modeling Strategy) was analyzed from the perspective of automated geometric variations. For this purpose, four parts of differing levels of complexity were modeled according to the guidelines of each formal methodology. The most likely changes of each of the models were studied, resulting in quantitative evaluations of 900 to 3,800 scenarios per part. The robustness and design intent of the models were determined by analyzing the number of scenarios that were correctly regenerated. The main finding of this analysis is that Explicit Reference and Resilient perform similarly in terms of model robustness to design changes for simple models. However, in the case of more complex models, the principles of Explicit Reference modeling are easier to apply than those of Resilient. In addition, the models created using Explicit References are more robust and maintain the design intent in a greater number of cases. The analysis also shows that the manner in which the fundamentals of the formal modeling methodologies are interpreted (i.e., the selection of features, the determination of constraints and associations, and the ordering of the design tree), often result in multiple modeling paths. This means that the level of definition and interpretation of the methodologies leads to an intrinsic volatility that significantly influences their effectiveness, and therefore, the quality of the parametric model. From the methodologies studied, the Explicit Reference methodology has proven to be particularly effective in design scenarios involving complex geometry. However, the high volatility of this methodology can cause different interpretations in certain design situations. This leads to drastically different modeling alternatives, some of which may be ineffective and hinder reuse. For this reason, we analyzed the Explicit Reference methodology through the lens of CAD quality and identified key aspects in the fundamentals of the methodology that can lead to poor performance. In the final stage of this research, we proposed two modeling strategies that improve the application of the Explicit Reference methodology. The strategies were validated in an empirical study, in which 96 modeling paths for the same industrial part were analyzed. Five aspects of modeling fundamentals were considered: the internal structure of functional geometries, subtractions, combination operations, replication features, and localized modifications. The results demonstrate a significant improvement over other possible combinations to create the same model, achieving 40% faster model regenerations, maintaining 100% design intent and robustness, and improving editability by 38%. The main conclusions drawn from this study are: i) the Horizontal methodology does not obtain models of sufficient quality for automated environments, ii) the Resilient methodology is effective for simple models and those that require manual changes, and iii) Explicit Reference yields the best performance for automated scenarios, more complex models, and shorter regeneration times. This body of work makes the following contributions:  - A process to evaluate the quality of parametric models in the face of geometric variations is proposed (QCAD).  - Metrics to evaluate the performance of the different modeling routes are defined.  - Two modeling strategies that improve the performance of the Explicit Reference modeling methodology are proposed and validated: (i) maximizing robustness and flexibility, and (ii) reducing model regeneration time.; Industria-enpresa modernoek jarduten duten testuingurua, produktuen garapen-ziklo laburragoaz eta produktu pertsonalizagarrien eskariaz ezaugarritzen da. Horren aurrean, Produktuak Diseinatzeko eta Garatzeko (PDG) prozesu konkurrenteak eta iteratiboak sortu dira diseinatzaileek etengabe hobetu eta aldatu behar dutelarik garatzen ari diren diseinua. Horretarako, Ordenagailuz Lagundutako Diseinu sistemak (ingelesez Computer-Aided Design, CAD) funtsezko tresnak dira PDG prozesuan, produktibitatea hobetzen, pieza konplexuak diseinatzen eta merkaturatze-denbora murrizten duten 3D eredu parametrikoak sortzen baitituzte. Solidoen modelatze parametrikoen zentzua, 3D ereduak editatu eta berrerabiltzea ahalbidetzea baita, eredu birtualak etengabe aldatuz eskakizun espezifikoak betetzeko. Testuinguru horretan sortu da Model-Based Enterprise (MBE) enpresa, non 3Dtako irudikapen digitala diseinuaren informazioa kudeatzeko, komunikatzeko eta partekatzeko tresna gisa erabiltzen den. Ingurune honetan, modeloen sendotasuna, malgutasuna eta aldakuntza geometrikoei erantzuteko gaitasuna faktore kritikoak dira. Hala ere, 3D ereduak aldaketa geometrikoetara egokitzeko momentuan, modu arrakastatsuan lortzea honako faktoreek baldintzatzen dute: erabilitako modelatze-prozesuak, diseinatzailearen trebetasuna eta esperientzia, feature gurasoen eta feature seme-alaben arteko menpekotasunak eta egin nahi diren aldaketa geometrikoen nolakotasunak. Banakako ikuspegi horrek eragin negatiboa du ondorengo ingeniaritza-jardueretan, eredu asko ezin baitira erraz editatu. Horregatik, modeloen malgutasunean eta berrerabileran oinarritutako 3Dan modelatzeko metodologia formal bat funtsezkoa da diseinu-denbora murrizteko eta CAD parametriko asoziatiboaren potentzial osoa erabiltzeko MBE inguruneetan. Literaturan modelatze-metodologia formalak proposatu dira, ereduen berrerabilera maximizatzeko aurrez aipatutako zailtasunei aurre eginez. Hala ere, modelatze-metodologia formalak eskuzko diseinu-aldaketetan oinarritu dira, eta ez dakigu zer eragin duten modelatze-metodologia formalek diseinu aldaketa automatizatuen aurrean. Aldaketa automatizatuen azterketak arreta handiagoa merezi du, eragin nabarmena baitute PDG-en jardueretan, hala nola, optimizazioan, simulazioan eta konfiguradoreetan. Horregatik, doktorego-tesi honen helburu nagusia 3D modelatzeko estrategiak proposatzea eta balioztatzea da CAD sistema parametriko asoziatiboetan berrerabilgarritasunerako kalitatezko 3D ereduak lortzeko. Horretarako, lehenik eta behin, ikerketa-aukerak identifikatzeko, egungo egoera berrikustesi da, honako gaietan murgilduz: i) software asoziatibo parametrikoen modelatze-mekanika eta industrian dituzten mugak; ii) problematikari heldu asmoz sortutako modelatze-metodologia formalak; iii) berrerabilgarritasunaren eta ereduen kalitatearen arteko erlazioa; iv) ereduen errendimendua ebaluatzeko metrikak. Jarraian, ondo ezarritako modelatze parametrikoko hiru metodologiaren portaera aztertzen da (Horizontal Modeling Methodology, Explicit Reference Modeling Methodology eta Resilient Modeling Strategy) aldaketa geometriko automatizatuen aurrean. Horretarako, konplexutasun-maila ezberdinetako 4 pieza modelatzen dira SolidWorks-en, metodologia formal bakoitzaren oinarriei jarraiki. SolidWorks-en Design Studies aldagailu geometrikoaren bidez, modelo bakoitzaren aldaketa posibleenak aztertzen dira, pieza bakoitzean 900 eta 3800 agertoki bitartean aztertuz. Aldagailu geometrikoaren bidez ereduen sendotasuna aztertzen da (zenbat agertokitan behar bezala birsortzen den) eta eskuz egiaztatzen da diseinu asmoari eusten zaion. Horrela, eredu bakoitzaren errendimendua neurtzeko balio kuantitatiboak lortzen dira aldaketa geometriko automatizatuen aurrean. Azterlan honen emaitza nagusia da Explicit Reference eta Resilient eredu sinpleentzat antzeko errendimenduak dituztela diseinu-aldaketen aurrean ereduak duen sendotasunari dagokionez. Baina eredu konplexuagoen aurrean, Explicit Reference-en oinarriak errazagoak dira aplikatzeko Resilient-enak baino. Gainera, Explicit Reference bidez sortutako ereduak sendoagoak dira eta kasu gehiagotan mantentzen dute diseinuaren asmoa. Halaber, modelatze-metodologia formalen oinarriak nola interpretatzen diren kontuan hartuta (feature-ak hautatzea, murrizketak eta elkarketak zehaztea, diseinu-zuhaitza antolatzeaz gain), hainbat modelatze-ibilbide sortzen dira, metodologia formalen oinarriak betetzen dituztenak. Horrek esan nahi du metodologiek berezko aldakortasuna dutela beren definizio-mailaren eta interpretazio-aukeren arabera, eta horrek eragin nabarmena duela haien eraginkortasunean eta, beraz, eredu parametrikoaren kalitatean. Aztertutako metodologien artean, Explicit Reference metodologiak erakutsi du bereziki eraginkorra dela geometria konplexuko diseinu-agertokietan. Hala ere, diseinuaren garapenaren arabera egoera jakin batzuetan metodologiaren interpretazio desberdinak gerta daitezke, oso aldakorra delako. Horren ondorioz, modelatze-aukera oso desberdinak daude, eta horietako batzuk ez dira eraginkorrak eta berrerabiltzea zaildu dezakete. Horregatik, Explicit Reference metodologia sakonean aztertu da CAD kalitatearen ikuspegitik, errendimendu eskasa ekar dezaketen alderdiak identifikatuz bere oinarrietan. Explicit Reference metodologiaren aldakortasunaren gakoak kontuan hartuta, Explicit Reference metodologiaren aplikazioa hobetzen duten bi modelatze-estrategia proposatu eta balioztatu dira. Estrategia horien balioztatzea azterketa enpiriko baten bidez egin da, non pieza industrial bererako 96 modelatze-ibilbide aztertu ziren. Modelatze-oinarrien bost alderdi hartu ziren kontuan: geometria funtzionalen barne-egitura, substrakzioak, konbinazioak, erreplikazioak eta feature lokalizatuak. Azterketari esker, hobekuntza nabarmena lortu da eredu bera sortzeko egin daitezkeen gainerako konbinazioekin alderatuta, ereduak % 40 azkarrago birsortzea lortuz, diseinu-asmoari eta sendotasunari % 100ean eutsiz eta editagarritasuna % 38-an handituz. Azterlan honen ondorio nagusiak honako hauek dira: i) Horizontal Metodologiak ez du lortzen ingurune automatizatuetarako behar besteko kalitate-eredurik; ii) Resilient metodologia eraginkorra da eredu errazetarako eta eskuzko aldaketak eskatzen dituztenetarako; eta iii) Explicit Reference-ek aurkezten ditu emaitzarik hoberenak agertoki automatizatuetarako, eredu konplexuagoetarako eta birsortze denbora laburragoetarako. Doktorego-tesi hau gauzatzerakoan honako ekarpen hauek egin dira:  Aldaketa geometrikoen aurrean eredu parametrikoen kalitatea ebaluatzeko QCAD prozesua proposatu.  Modelatze-ibilbideen errendimendua ebaluatzeko metrikak definitu.  Modelatzeko bi estrategia proposatu eta balioztatu dira Explicit Reference modelatze-metodologiaren errendimendua hobetzeko. Hala, sendotasuna eta malgutasuna maximizatzea lortzen da, eta, horrez gain, ereduen birsorkuntza-denbora murrizten da.; Las empresas industriales modernas operan en un contexto caracterizado por la demanda de ciclos de desarrollo más cortos de producto y productos personalizables. Esto ha dado lugar a procesos de diseño y desarrollo de productos (DDP) concurrentes e iterativos que requieren que la personas diseñadoras perfeccionen y modifiquen continuamente el diseño en desarrollo. Para ello, los sistemas de Diseño Asistido por Ordenador (en inglés Computer-Aided Design, CAD) son herramientas cruciales en el proceso DDP, ya que crean modelos 3D paramétricos que mejoran la productividad, permiten diseñar piezas complejas y reducen el tiempo de comercialización. Adoptando el paradigma del modelado paramétrico de sólidos, los modelos 3D pueden editarse y reutilizarse modificando continuamente los modelos virtuales para satisfacer requisitos específicos. De este contexto ha surgido la empresa Model-Based Enterprise (MBE), en la que la representación digital 3D se utiliza como vehículo para gestionar, comunicar y compartir la información de diseño. En este entorno, la solidez, la flexibilidad y la capacidad de respuesta a las variaciones geométricas son factores críticos. Sin embargo, el éxito de un modelo 3D a la hora de adaptarse a los cambios depende de las operaciones de modelado utilizadas, la habilidad y experiencia de la persona diseñadora, las dependencias padre-hijo y los cambios geométricos deseados. Este enfoque individualizado afecta negativamente a las actividades de ingeniería posteriores, ya que muchos modelos no son fácilmente editables. Por lo tanto, una metodología formal de modelado 3D centrada en la flexibilidad y reutilización de modelos es fundamental para reducir el tiempo de diseño y utilizar todo el potencial del CAD paramétrico asociativo en entornos MBE. En la literatura se han propuesto metodologías de modelado formal para maximizar la reutilización de los modelos. No obstante, las metodologías formales de modelado se han centrado en los cambios de diseño manuales y se desconoce el efecto de las mismas ante modificaciones de diseño automatizadas. El estudio de las modificaciones automatizadas merece una mayor atención, ya que tienen un impacto significativo en actividades de DDP como la optimización, la simulación y la configuración. Así, el objetivo principal de esta tesis doctoral es proponer y validar estrategias de modelado 3D para la obtención de modelos de calidad en términos de reusabilidad en sistemas CAD paramétricos asociativos. Para lograr el objetivo principal, en primer lugar, con el fin de identificar oportunidades de investigación se realiza una revisión del estado del arte en cuanto a: i) la mecánica de modelado de los softwares asociativos paramétricos con historial y sus limitaciones en la aplicación industrial, ii) las metodologías formales de modelado que tratan de abordar la problemática industrial, iii) la relación entre la reusabilidad y la calidad de los modelos y, iv) las métricas para evaluar el rendimiento de los modelos. Posteriormente, se analiza el comportamiento de tres metodologías de modelado paramétrico bien establecidas (Horizontal Modeling Methodology, Explicit Reference Modeling Methodology y Resilient Modeling Strategy) ante variaciones geométricas automatizadas. Para ello, se modelan 4 piezas de diferentes niveles de complejidad en SolidWorks siguiendo los fundamentos de cada metodología formal. Mediante el variador geométrico Design Studies de SolidWorks se analizan los cambios más probables de cada uno de los modelos analizando entre 900 y 3.800 escenarios en cada pieza. Mediante el variador geométrico se analiza la robustez de los modelos (en cuántos escenarios se regenera correctamente) y manualmente se verifica si se mantiene la intención de diseño. Así, se obtienen valores cuantitativos del rendimiento de cada modelo ante variaciones geométricas automatizadas. El resultado principal de este estudio es que para modelos sencillos Explicit Reference y Resilient presentan rendimientos parecidos en cuanto a la robustez del modelo ante los cambios de diseño. Pero ante modelos más complejos, los fundamentos de Explicit Reference son más sencillos de aplicar que los de Resilient. Además, los modelos creados mediante Explicit Reference son más robustos y mantienen en más casos la intención de diseño. Asimismo, se identifica que según como se interpretan los fundamentos de las metodologías formales de modelado (seleccionar features, determinar restricciones y asociaciones, además de ordenar el árbol de diseño) se crean diferentes rutas de modelado que cumplen con los fundamentos de las metodologías formales. Esto significa que las metodologías tienen una volatilidad intrínseca según su nivel de definición y posibilidades de interpretación que influye significativamente en su eficacia y, por tanto, en la calidad del modelo paramétrico. Entre las metodologías estudiadas, la metodología Explicit Reference ha demostrado ser especialmente eficaz en escenarios de diseño que implican una geometría compleja. Sin embargo, en determinadas situaciones de diseño pueden darse diferentes interpretaciones de la metodología debido a su gran volatilidad. Esto conduce a alternativas de modelado drásticamente diferentes, algunas de las cuales pueden resultar ineficaces y dificultar la reutilización. Es, por ello, que se ha analizado la metodología Explicit Reference a través de la lente de la calidad CAD e identificamos aspectos clave en los fundamentos de la misma que pueden dar lugar a un rendimiento deficiente. Considerando las claves de la volatilidad de la metodología Explicit Reference se propone y validan dos estrategias de modelado que mejoran la aplicación de la metodología Explicit Reference. Estas estrategias se han validado mediante un estudio empírico en el que se analizaron 96 rutas de modelado para una misma pieza industrial. Se consideraron cinco aspectos de los fundamentos de modelado: la estructura interna de las geometrías funcionales, las sustracciones, las operaciones de combinación, las características de replicación y las modificaciones localizadas. Gracias al estudio, se demuestra una notable mejora comparando con la las demás posibles combinaciones para crear un mismo modelo. Logrando regeneraciones de los modelos de un 40% más agiles, mantener la intención de diseño y robustez al 100% y un 38% más de facilidad en la editabilidad. Las principales conclusiones de este estudio son: i) la metodología Horizontal no obtiene modelos de calidad suficiente para entornos automatizados, ii) la metodología Resilient es eficaz para modelos sencillos y aquellos que requieren cambios manuales, y iii) Explicit Reference presenta el mejor rendimiento para escenarios automatizados, modelos más complejos y tiempos de regeneración más cortos. Como resultado de esta tesis doctoral se obtienen las siguientes aportaciones:  Se propone un proceso de evaluación de la calidad de los modelos paramétricos ante variaciones geométricas, denominado QCAD.  Se definen métricas para evaluar el rendimiento de las distintas rutas de modelado.  Se proponen y validan dos estrategias de modelado que mejoran el rendimiento de la metodología de modelado Explicit Reference. Logrando maximizar la robustez y flexibilidad además de reducir el tiempo de regeneración de los modelos.

2023-01-01T00:00:00Z