http://hdl.handle.net/20.500.11984/469 2026-05-13T16:45:44Z 2026-05-13T16:45:44Z Escallada Lopez, Oscar http://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 http://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 Lasa-Alonso, Jon http://hdl.handle.net/20.500.11984/14025 2026-02-07T07:15:46Z 2023-01-01T00:00:00Z

Space-time symmetries in classical and quantum electromagnetic scattering theory Lasa-Alonso, Jon

2023-01-01T00:00:00Z Centeno-Telleria, Manu http://hdl.handle.net/20.500.11984/13941 2026-01-29T08:37:34Z 2025-01-01T00:00:00Z

Supporting Strategic Decision-Making in Floating Offshore Wind Farms through a Computationally Efficient O&M-aware Techno-Economic Model Centeno-Telleria, Manu The global energy transition requires the large-scale deployment of floating offshore wind (FOW) farms. To achieve this, it is essential to enhance competitiveness and promote the commercialisation of this technology by reducing costs. This process can be accelerated by supporting strategic decisions with techno-economic models that incorporate a life cycle perspective and detail the operations and maintenance (O&M) of these farms. O&M is crucial not only for its expected significant impact on the final cost but also due to the uncertainties it generates in strategic decision-making, mainly because of the limited current operational experience with FOWfarms. On the one hand, key strategic decisions involve identifying and selecting suitable sites for FOWfarms, as these initial decisions shape theO&Mphase and the overall profitability of a FOWproject. Additionally, other key strategic decisions include the selection of ports, the fleet ofO&Mvessels, maintenance strategies and contracts. All these strategic decisions can be effectively supported by conducting broad sensitivity and geospatial evaluations through techno-economic models, enabling a comprehensive understanding of the potential risks and cost implications associated with different scenarios. To conduct broad sensitivity and geospatial assessments, a techno-economic model should integrate a (i) life cycle perspective encompassing development, manufacturing, installation, O&M and decommissioning; (ii) comprehensive O&M considerations including reliability, maintainability, accessibility and availability; and (iii) computational efficiency to quickly evaluate a large number of potential scenarios. In this regard, the literature review indicates that no techno-economic model encompasses all three of these essential requirements. To address this research gap, the main contribution of the present thesis is the development of a technoeconomic model that integrates a life cycle perspective, comprehensively considers O&M aspects and has a computational efficiency. Additionally, the present thesis provides novel assessments using this technoeconomic model, offering both quantitative and qualitative insights into O&M aspects in potential areas for FOWfarms, including the North Sea and the Iberian Peninsula. Results highlight that operational expenditures (OpEx), turbine downtimes and levelised cost of energy (LCoE) can vary significantly depending on the existing capability to prevent turbine failures. To achieve the OpEx levels typical of bottom-fixed offshore wind, which account for 20% to 30% of LCoE, FOW should prioritise preventive maintenance strategies. Additionally, the results demonstrate that a comprehensive consideration of O&M aspects during site identification and selection process is essential, with turbine availability as a critical factor. In this sense, the Mediterranean Sea emerges as a promising area for FOW farms, given its less severe wave conditions that enhance maintainability. Finally, assessments on heavy maintenance strategies underscore the potential of onsite replacement solutions to reduce turbine downtime compared to the towing strategy. However, the significant wave height operational limit for performing onsite replacements should exceed 1.5 m.; Itsas zabalean eta eskala handian parke eoliko flotatzaileak eraikitzea funtsezkoa da mundu mailako trantsizio energetikoa lortzeko. Horretarako, ordea, teknologia horren lehiakortasuna hobetu eta merkaturatzea sustatu behar dira. Prozesu horretan, parke eolikoen bizitza-zikloa karakterizatzen duten modelo teknoekonomikoek, parke horien garapenaren eta kudeaketaren erabaki estrategikoak hartzea erraz dezakete. Ildo horretan, parke eolikoen operazio eta mantentze (O&M) lanak xehetasunez karakterizatzea beharrezkoa da: batetik, parke eoliko flotatzaileen kostuanO&Mlanek izango duten inpaktua esanguratsua izatea espero delako; bestetik, erabaki estrategikoak hartzerako uneanO&Mlanek sortzen dituzten ziurgabetasunak handiak direlako, batik bat, parke horiekiko egungo esperientzia mugatua delako. Erabaki estrategikoen artean, garrantzitsuenetako bat, parke eoliko flotatzaileen lekua ondo identifikatzea eta hautatzea da, horrek parke eolikoaren O&M fasea eta proiektuaren errentagarritasun ekonomikoa erabat baldintzatzen dituelako. Eragin handiko beste erabaki estrategiko batzuk, portuak, O&M itsas-flota, mantentze estrategiak eta kontratuak definitzea dira. Ildo horretan, modelo tekno-ekonomikoaren bidez egindako sentsibilitate analisiek eta azterketa geospazialek erabaki estrategiko guzti horiek hartzen lagundu dezakete. Analisi horiek egiteko, modelo tekno-ekonomiko batek honako baldintza hauek bete behar ditu: (i) parke eolikoaren bizi-zikloa karakterizatzea, proiektuaren garapen-faseak, fabrikazioa, instalazioa, O&M eta dekomisioa barne; (ii) fidagarritasuna, mantengarritasuna, irisgarritasuna eta erabilgarritasuna kontuan hartzea; eta (iii) modeloak konputazio-denbora baxua izatea analisi guztiak azkar egiteko. Aipatutako baldintzen arabera, literaturan aurkeztutako modelo tekno-ekonomikoek ez dituzte hiru baldintza horiek betetzen. Testuinguru horretan, doktore-tesi honen ekarpen nagusia modelo tekno-ekonomiko bat garatzea da, bizi-zikloaren ikuspegia integratzen duena, O&M lanei lotutako aspektu ezberdinak xehetasunez aintzat hartzen dituena eta azkartasun konputazionala duena. Bestalde, doktore-tesi honetan garatutako modelo tekno-ekonomikoarekin egindako analisiak medio, O&M lanen inguruko ekarpen kuantitatibo eta kualitatiboak egin dira. Aipatutako analisiak, parke eoliko flotatzaileak garatzeko eremu interesgarrietan egin dira, hala nola, Ipar Itsasoan eta Iberiar Penintsulan. Turbinetan akatsak saihesteko gaitasunaren arabera, emaitzek erakusten dute parke eolikoen gastu operatiboek (OpEx), turbinen jarduerarik gabeko denborak eta energiaren kostu nibelatuak (LCoE) aldaketa esanguratsuak izan ditzaketela. Horri lotuta, parke eoliko flotatzaileetan, OpEx pisua LCoEn %20-30 izateko, beharrezkoa da mantentze-estrategia funtsean prebentiboa izatea. Era berean, doktore-tesiak nabarmentzen du parkeen kokalekuak identifikatzean eta hautatzean O&M-ri lotutako aspektuak zehatz-mehatz kontuan hartzea berebiziko garrantzia duela eta horien artean, turbinaren erabilgarritasuna garrantzitsuenetakoa da. Ildo beretik, Mediterraneo Itsasoa parke flotatzaileak eraikitzeko gune egokitzat jotzen da, bertan, itsas olatuen baldintzak mantentze-lanetarako aproposak direlako. Azkenik, doktore-tesian frogatzen da, itsas zabaleko mantentze-lan astunek, portuan egindako mantentze lanekin alderatuta, turbinaren erabilgarritasuna handitzeko gaitasuna dutela. Hala eta guztiz ere, itsas zabalean mantentze-lan astunak egiteko olatuaren taimanari lotutako muga operatiboa 1.5 m-tik gorakoa izatea gomendatzen da.; La transición energética mundial requiere el despliegue a gran escala de parques eólicos marinos flotantes. Para lograrlo, es fundamental mejorar la competitividad y promover la comercialización de esta tecnología mediante la reducción de costes. Este proceso puede acelerarse respaldando las decisiones estratégicas mediante modelos tecno-económicos que incorporen una perspectiva de ciclo de vida y detallen las operaciones y el mantenimiento (O&M) de estos parques. Las O&M son cruciales, no solo por su esperado impacto significativo en el coste final, sino también por las incertidumbres que generan en la toma de decisiones estratégicas, debido principalmente a la limitada experiencia operativa actual en la eólica marina flotante. Entre las decisiones estratégicas más influyentes se encuentra la identificación y selección deemplazamientos para los parques, ya que condicionan la fase de O&M y la rentabilidad global de los proyectos de eólica marina flotante. Otras decisiones estratégicas clave son la selección de puertos, la flota de buques de O&M, las estrategias y los contratos de mantenimiento. Todas estas decisiones pueden respaldarse eficazmente mediante evaluaciones de sensibilidad y geoespaciales realizadas a través de modelos tecno-económicos, permitiendo así una comprensión integral de los riesgos y las implicaciones de costes asociadas a diferentes escenarios. Para llevar a cabo estas evaluaciones, los modelos tecno-económico deben integrar (i) una perspectiva de ciclo de vida que abarque las fases de desarrollo, fabricación, instalación,O&My desmantelamiento; (ii) consideraciones detalladas deO&Mque incluyan fiabilidad, mantenibilidad, accesibilidad y disponibilidad; y (iii) eficiencia computacional para evaluar rápidamente diferentes escenarios. Aun así, la revisión de la literatura indica que ningún modelo tecno-económico abarca estos tres requisitos esenciales. Por todo ello, la principal contribución de esta tesis es el desarrollo de un modelo tecno-económico que integra una perspectiva de ciclo de vida, considera en detalle los aspectos de O&M y presenta eficiencia computacional. Además, esta tesis aporta diversas evaluaciones innovadoras mediante este modelo tecnoeconómico, lo que permite obtener conclusiones cuantitativas y cualitativas sobre los aspectos de O&M en áreas con potencial para el desarrollo de la eólica marina flotante, como elMar del Norte y la Península Ibérica. Los resultados demuestran que los gastos operativos (OpEx), el tiempo de inactividad de las turbinas y el coste nivelado de la energía (LCoE) pueden experimentar variaciones significativas en función de la capacidad que exista en la industria eólica flotante para prevenir los fallos en las turbinas. En este sentido, para que en los parques eólicos flotantes el peso de los OpEx en el LCoE sea de un 20-30%, es necesario que la estrategia de mantenimiento sea fundamentalmente preventiva. Asimismo, los resultados destacan la importancia de considerar detalladamente los aspectos deO&Men la identificación y selección de emplazamientos de los parques. Entre los aspectos de O&M a considerar, destaca la disponibilidad de la turbina. En este sentido, el marMediterráneo emerge como una zona prometedora para desplegar parques eólicos flotantes, dadas sus condiciones de oleaje menos severas que facilitan la realización de las tareas de mantenimiento. Por último, las evaluaciones sobre el mantenimiento pesado destacan el potencial de las soluciones de reemplazo in situ para reducir el tiempo de inactividad de las turbinas en comparación con la estrategia de remolque a puerto. Aun así, se recomienda que el límite operativo de altura de ola significante asociado al reemplazo in situ sea superior a 1.5 m.

2025-01-01T00:00:00Z