entorno informático para el procesamiento interactivo de

ENTORNO INFORMÁTICO PARA EL PROCESAMIENTO
INTERACTIVO DE LA NTE-IFA SOBRE ABASTECIMIENTO DE AGUA
Gabriel Bravo Aranda1, Diego Guerrero Palacín2p, Virgílio F. Major3, Francisco
Hernández Rodríguez1.
1
Departamento de Ingeniería del Diseño – Universidad de Sevilla.
2
3
Telvent Interactiva – Abengoa.
Area Departamental de Engenharia Mecanica – Universidade do Algarve.
RESUMEN
Nuestro trabajo está dirigido a desarrollar un esquema de representación de normas
técnicas que permita capturar, distribuir y mantener el conocimiento contenido en las
mismas en el ordenador, de forma que se posibilite su procesamiento informático
para la realización de las diversas tareas relacionadas con su uso.
Dentro de esta línea de actuación se encuentra enmarcado el trabajo que se
presenta. En él se ha procedido a realizar un modelado completo de la Norma NTEIFA –modelando tanto el dominio como las componentes semánticas, medios de
expresión y estructura del contenido de la norma– para, a partir de dichos modelos,
desarrollar una aplicación informática que cumpla con los siguientes requisitos:
•
Posibilitar la consulta selectiva e interactiva de las disposiciones de la norma
atendiendo a distintos criterios.
•
Identificar e implementar distintas actividades de la norma, de forma que la
aplicación actúe de asistente en la realización de las mismas.
•
Diseñar la aplicación para que pueda estar disponible vía web.
Entre los logros del presente proyecto, reseñar el hecho de haber obtenido un
modelo en gran parte trasladable a otras NTE, así como el haber analizado y puesto
a prueba las posibilidades de diferentes tecnologías –como XML– en este tipo de
trabajos.
ABSTRACT
The general objective of our work is to develop a representation scheme for technical
standards that can be used to capture, store, maintain and distribute normative
1397
knowledge in computer systems. In addition, those representations should be
machine processable, so that computers can support the activities regulated by
standards.
In this paper, we propose an approach for representing technical standards. This
approach is illustrated by representing the NTE-IFA standard for water supply
utilities. The representation is based on a thorough modelling of both the domain and
the content of the standard. To model the knowledge contained in a standard, we
model the means of expression, structure and procedural semantics of the standard
provisions. Based upon those models, a computer application is presented that fulfil
the following requirements:
•
To query in a selective and interactive way the standard provisions in a variety of
meaningful forms.
•
To support as an assistant in accomplishing the tasks included in the standard.
•
To be available on the web.
As a result of the work, we have developed a scheme of representation that is
applica- ble to other NTE standards and the use of different technologies for
representing standards, such as XML, have been tested.
1. INTRODUCCIÓN. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La actividad técnica está regulada por un número enorme de normas que pretenden
tanto asegurar unos mínimos adecuados de seguridad y calidad de las soluciones de
diseño como garantizar el cumplimiento de su funcionalidad. El uso de estas normas
por parte de los diferentes profesionales técnicos, tiene asociada una problemática
que estos profesionales están obligados a resolver.
Ø En primer lugar, estos documentos poseen un marcado carácter legal,
estableciendo una sucesión de disposiciones cuya organización y redacción
pueden no ser las más adecuadas para su utilización. Es decir, no tienen por qué
dar respuesta a las necesidades de diferentes usuarios que hayan de emplearlas
en la realización de distintas actividades. De esta forma, es habitual encontrar
normas fundamentalmente orientadas a la verificación de soluciones de diseño,
a pesar de que la utilización de las mismas es necesaria en otras actividades:
diseño preliminar, análisis, diseño de detalle, construcción, verificación de las
utilidades construidas, etc.
1398
Ø En segundo lugar, el número de normas es enorme, por lo que los profesionales
corren el riesgo de pasar por alto consideraciones que afecten al proyecto que se
está estudiando.
Como consecuencia de lo expuesto, una adecuada aplicación de estas normas
exige a sus usuarios un conocimiento exhaustivo de las mismas, lo que no resulta
siempre factible debido al considerable consumo de tiempo que ello supone.
Frente a esta problemática, en la actualidad hay dos grandes líneas de actuación:
Ø Los sistemas CAE (por ejemplo, un programa para cálculo de estructuras de
hormigón armado) son capaces, en principio, de obtener soluciones de diseño
que se ajustan a los requisitos de una o más normas aplicables. No obstante,
estos programas sólo contemplan aquellas partes de las normas que son
expresables algorítmicamente, no incluyendo otras partes importantes de la
mismas. Además, estos programas se centran en el análisis posterior al diseño,
actuando únicamente como herramientas validadoras del diseño final, no
participando, por lo tanto, en otras fases del proyecto.
Ø La distribución de los textos normativos, por parte de las entidades encargadas
de la normalización, se realiza cada vez más habitualmente en soporte
informático –html, pdf, word, etc–. No obstante, la información suministrada de
esta forma presenta un bajo grado de estructuración, limitándose la mayoría de
las veces a una simple representación de la norma en soporte digital. Con esta
forma de recoger las normas, sólo es posible consultarlas siguiendo su índice o,
en el mejor de los casos, a través de la búsqueda de palabras clave, lo cual
presenta claras limitaciones e ineficiencias.
Todo lo expuesto anteriormente evidencia que el tratamiento informático actual de
las normas técnicas es muy limitado y susceptible de ser mejorado desde distintos
puntos de vista. Es precisamente en la dirección de superar las deficiencias antes
mencionadas en la que se orienta nuestra línea de actuación. De esta forma, el
trabajo que se presenta a continuación parte de la norma “NTE-IFA Instalaciones de
Fontanería. Abastecimiento” [3] para construir un sistema informático que ilustra un
planteamiento dirigido a paliar las deficiencias antes mencionadas.
Para que el tratamiento informático sea más efectivo y pueda cubrir las otras
funcionalidades que pueden ser deseables en este tipo de aplicaciones, se hace
necesario realizar un modelado completo de las normas y de los sistemas y
actividades técnicas que regulan. De esta forma, se ha procedido a realizar un
1399
modelo completo de la norma, atendiendo tanto al dominio como al contenido de la
misma. Dicho modelo se describe en los puntos 3 y 4 del presente artículo.
Partiendo de este modelo, se ha desarrollado una aplicación informática que permite
la consulta inteligente e interactiva de la norma. Para la realización de esta
aplicación, se parte de una serie de requisitos, tales como que ha de estar diseñada
para ser puesta en red, o que ha de permitir distintos tipos de consulta según las
necesidades reales del usuario. Esta aplicación se presenta en el punto 6 del
artículo.
2. MODELO DEL DOMINIO DE LA NORMA
El modelo del dominio describe los objetos/productos que aparecen en la norma.
Dicho modelo proporciona una definición, ajustada a las funcionalidades requeridas
del sistema, de las clases de objetos que son propias del ámbito de la norma, como
pueden ser conducciones o válvulas, así como de sus atributos y relaciones. Una
especificación completa de este modelo y de los que se discuten más adelante,
expresados en el lenguaje de modelado UML [2], puede hallarse en [4]. Las clases
de objetos identificadas en la NTE-IFA sobre abastecimiento de agua se organizan
en las siguientes agrupaciones o paquetes UML:
1.
Elemento de Distribución: este paquete recoge aquellos elementos de la
norma que realizan la distribución del agua en el núcleo urbano. Incluye las
clases: Instalación, Red de Distribución, Punto de Toma, etc.
2.
Conducción: este paquete recoge las distintas clases de elementos dedicados
a la conducción del agua, como puede ser una Conducción o Tubería.
3.
Elemento de Control de Flujo: se recogen en él aquellos elementos cuya
misión es controlar el flujo de agua, como puede ser una Llave de Paso o una
Válvula Reductora de Presión.
4.
Equipo de Flujo: en este paquete se recogen las clases correspondientes a
los equipos de almacenamiento e impulsión de agua a los que se refiere la
norma, tales como Depósito o Grupo de Presión.
5.
Elemento Terminal: se caracterizan en este paquete los elementos terminales
de nuestro sistema, es decir aquellos elementos o puntos de la red que
suponen un punto de salida (podríamos decir de consumo) de nuestra
instalación, como son las Acometidas.
1400
6.
Accesorio de Flujo: en este paquete se incluyen todas aquellas piezas
especiales y uniones que hacen posible adecuar las conducciones para un
correcto transporte del agua, tales como Manguitos, Codos, Bridas,
Reducciones, etc.
7.
Producto: dentro del paquete Producto recogeremos los distintos elementos
instalados o productos terminados que la norma especifica, como por ejemplo
la “IFA 11 - Conducción Tipo D·P·S·Z”.
8.
Elemento de Construcción: engloba aquellos elementos que actúan como
elementos constructivos para los distintos productos terminados, como pueden
ser Anclajes y Arquetas.
Las relaciones que existen entre los diferentes paquetes pueden entenderse de una
manera simplificada como sigue: en torno al paquete Elemento de Distribución se
agrupan, por una parte, los paquetes lógicos nacidos de una descomposición
funcional –Elemento de Conducción, Elemento de Control de Flujo, Equipo de Flujo,
Elementos Terminales, Accesorio de Flujo– y por otra, los paquetes lógicos nacidos
de una descomposición en productos –Producto y Elemento de Construcción–, de tal
forma que la clase Instalación –perteneciente al paquete Elemento de Distribución–
está formada de manera agregada, además de por el resto de elementos que
pertenecen a dicho paquete –Punto_de_Toma, Conducción_de_Alimentación y
Red_de_Distribución–, por elementos pertenecientes a Elemento de Conducción,
Elemento de Control de Flujo, Equipo de Flujo, Elementos Terminales, Accesorio de
Flujo y Producto. Las relaciones entre los distintos paquetes lógicos se reflejan en la
figura 1.
Elemento
Terminal
Accesorio de
Flujo
<<import>>
<<import>>
Elemento de
Conducción
<<import>>
Elemento de
Distribución
<<import>>
Elemento de
Control de Flujo
<<import>>
Producto
<<import>>
<<import>>
Equipo de Flujo
Elemento de
Construcción
Fig. 1. Diagrama de Conjunto de los paquetes lógicos del Dominio
1401
4. MODELADO DEL CONTENIDO DE LA NORMA
Las NTE, y en concreto, la NTE-IFA, objeto del presente proyecto, establecen una
serie de normas sobre qué es lo que hay que hacer y cómo se deben llevar a cabo
un conjunto de tareas relacionadas con alguna actividad que se realiza sobre el
sistema objeto de estudio. El medio de que se sirven las normas para transmitir este
tipo de información son las disposiciones, cuyo modelado se ha discutido en detalle
en [2].
El modelado del contenido de la norma consiste en identificar patrones de
regularidad entre las disposiciones, de modo que sea posible clasificarlas en
distintos tipos y diseñar estructuras de información para cada uno de ellos. Se han
distinguido tres puntos de vista para realizar el análisis de la información que
constituye cualquier disposición.
Cuando se analiza una disposición desde el punto de vista de cómo está expresada,
únicamente nos interesa la forma en que se expresa la información, es decir, los
medios específicos de expresión utilizados. En el ámbito de la presente Norma, se
consideran los siguientes tipos de medios: (1) Enunciados: secuencias finitas de
palabras que pueden estar constituidas por una o varias oraciones; (2) Tablas: listas
o catálogos de números o valores dispuestos en forma adecuada para facilitar su
cálculo; (3) Ecuaciones: mediante las que se establecen comparaciones entre
distintos términos; y (4) Gráficas y figuras: representan detalles de productos o de
magnitudes y parámetros geométricos.
Para estos medios de expresión, y los subtipos de los mismos que se utilizan,
existen estructuras de almacenamiento y procedimientos de manipulación
estándares. Por ejemplo, para un cierto tipo de tabla, con independencia de a qué
corresponde el valor que se tabula, se puede implementar un método que
proporcione el valor tabulado para unas entradas determinadas.
El análisis de una disposición desde la perspectiva qué es tiene como objetivo
explicitar la estructura general de la unidad de información. Para ello, resulta
conveniente, en primer lugar, distinguir entre disposiciones informativas y requisitos
(o disposiciones propiamente dichas). El cuerpo de una norma incluye siempre
disposiciones informativas: definiciones y clasificaciones. Sin embargo, el grueso de
la norma está formado por requisitos o preceptos que establecen criterios o reglas
que hay que observar.
1402
El modelado de la semántica procedimental de una disposición se integra en el
presente trabajo dentro de la perspectiva de la estructura general. De acuerdo con
[2], la perspectiva semántica procedimental introduce en el modelado elementos
semánticos que capturan el papel desempeñado por la información en una tarea
determinada.
En general, las NTE, y concretamente la NTE-IFA, mantienen una estructura común
en la redacción de sus capítulos y secciones. Así, es común que los capítulos de
estas normas queden organizados según las actividades que se realizan en la vida
de
la
instalación:
Diseño,
Cálculo,
Construcción,
Control,
Valoración
y
Mantenimiento. En el modelo resultante del análisis de las disposiciones según estas
perspectivas, que se presenta en la figura 2, se ha tenido en cuenta esta
organización lógica de las secciones de la norma. En cada clase vienen recogidos,
en notación XML [6], el conjunto de atributos que se han identificado para cada una
de ellas.
Disposición
Disposiciones
Informativas
Requisitos
Criterio de Diseño
Clasificación
Definición
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PDEFINICION>
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PCLASIFICACION>
Configuración
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<ATRIBUTOS>
<PCONFIGURACION>
Ubicación
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PUBICACION>
Procedimiento
de Cálculo
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<ATRIBUTOS>
<PCALCULO>
Inclusión
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<AUXILIAR>
<ELEMENTOS>
<ATRIBUTOS>
<PINCLUSION>
Composición
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PCOMPOSICION>
Especificación
de
Procedimiento
Limitación
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<ATRIBUTOS>
<PCARACTERISTICO>
LimitaciónAtributo
Limitación
- Relación
LimitaciónGenérica
Control
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PCONTROL>
Valoración
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PVALORACION>
Especificación
Procedimiento
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<PESPECIFICACION>
<ACTIVIDAD>
<QUE>
<ELEMENTOS>
<ATRIBUTOS>
<PPROCEDIMIENTO>
Fig. 2. Modelo de las disposiciones según su carácter general
5. DESARROLLO DE UN SISTEMA INFORMÁTICO
El desarrollo del sistema parte de una serie de requisitos con los que se pretende
obtener una especificación detallada del mismo, que satisfaga las necesidades de
información de los usuarios y sirva de base para su posterior diseño. Estos
requisitos se traducen en objetivos generales que debe cumplir el sistema y casos
de uso que la aplicación ha de implementar. Entre los requisitos principales se
distinguen los siguientes: (1) la base de datos de la aplicación debe ser
implementada mediante XML. Uno de los principales objetivos del trabajo es poner a
prueba la idoneidad del XML como herramienta para la creación una posible base de
datos o conocimiento de las diferentes normas; (2) la aplicación ha de estar
1403
diseñada para su posterior explotación en red. Este requisito junto con el anterior
justifican sobradamente la utilización de HTML en la aplicación; (3) el programa debe
responder a las necesidades reales que un usuario pueda tener respecto a la NTEIFA. Esta idea implica la aceptación de que diferentes tipos de usuarios
(diseñadores, calculistas o constructores) pueden consultar la norma. La aplicación
debe ser capaz de responder a estos distintos perfiles de usuario; (4) la aplicación
debe posibilitar la consulta según los distintos tipos de objetos del ámbito de la
norma; (5) también debe posibilitar la consulta según el tipo de disposición que se
desee en cada momento; y (6) en la norma vienen recogidas una serie de
actividades sobre las que se describe el procedimiento de cómo deben ser
realizadas. La aplicación debe contemplar estas tareas de forma que actúe como
asistente en su ejecución.
En virtud de todo lo expuesto, se han planteado los siguientes casos de uso:
Ø Consulta por Contenido: contempla la posibilidad de consultar la norma
atendiendo conjuntamente al modelado del dominio, expuesto en el punto 3, y al
modelado del contenido, expuesto en el punto 4. Responde a preguntas del tipo:
“¿Existe alguna limitación para las arterias?”.
Ø Consulta por Concepto: contempla la posibilidad de consultar las disposiciones
relacionadas con un determinado objeto del modelado de la norma (punto 3).
Responde a preguntas del tipo: “¿Existe alguna disposición que se refiera al
diámetro de una arteria?”.
Ø Consulta por Actividad: el propósito de este caso de uso es posibilitar la
búsqueda de disposiciones atendiendo a la actividad a la que se refieren –
sección de la norma en la que están contenidas–. Responde a consultas del tipo:
“¿En la fase de diseño existe alguna disposición que se refiera a redes de
distribución malladas?”.
Ø Consulta Lineal: el propósito de este caso de uso es posibilitar la consulta
habitual de una norma en soporte escrito, es decir, accediendo, a través de su
índice, a las secciones en las que se esté interesado y avanzando en ellas
linealmente.
Ø Asistente de Actividades: el propósito de estos casos de uso es identificar una
serie de actividades dentro de la norma en las que se pudiera reconocer una
determinada secuencia de tareas que se ha de llevar a cabo ordenadamente
para completar dicha actividad. Se han identificado las siguientes actividades:
1404
•
Diseño: Actividad que ayuda al prediseño de la instalación.
•
Cálculo: Actividad que realiza los cálculos relativos a la instalación.
•
Valoraciones: Actividad en donde se realizan las distintas valoraciones de los
elementos de la instalación.
Toda la interacción entre la aplicación y el usuario se realiza a través de interfaces
gráficas realizadas en HTML [5], contribuyéndose de este modo al propósito de
establecer una aplicación susceptible de ser explotada en red.
A modo de presentación del sistema informático que se ha implementado y de
ilustración de su uso, supongamos que estamos interesados en consultar todas las
disposiciones relativas a la configuración –modelo del Contenido de la norma– de
arterias –modelo del Dominio-. Los pasos a seguir para realizar la consulta se
especifican a continuación y pueden seguirse con ayuda de la figura 3.
Paso 1
Paso 2
Paso 4
Paso 3
Paso 5
Fig. 3. Consulta por Consulta por Contenido
En primer lugar, indicamos en el menú “Carácter General de la Disposición” que
queremos consultar las disposiciones de tipo configuración (Paso1). Seguidamente,
especificamos el elemento sobre el cual queremos consultar a través de la acción
combinada del menú “Tipo de elemento para realizar la consulta”, que
proporcionará la aparición de un segundo menú en el que figura el elemento
concreto a consultar. En nuestro ejemplo señalaremos en el primer menú
“Elementos de Conducción”, y en el segundo “arteria”. Una vez escogido el
elemento, marcamos el check-box de “Mostrar todas las disposiciones
1405
relacionadas” para que la aplicación muestre no sólo las disposiciones referidas
expresamente a arterias, sino cualquier disposición en la que aparezca el elemento
“arteria”. Finalmente damos comienzo a la búsqueda mediante el botón “Mostrar
elementos”. La aplicación mostrará en la parte inferior de la pantalla las
disposiciones buscadas.
6. CONCLUSIONES
El esquema conceptual de modelado de la Norma puede aplicarse a otros dominios
diferentes al expuesto de abastecimiento de agua. De hecho, el modelo establecido
para el contenido de la norma es extrapolable en gran medida a otras normas. De
acuerdo con la idea anterior, este trabajo se puede enmarcar dentro de la iniciativa
más amplia de crear una aplicación capaz de gestionar las diversas normas
existentes en el campo de la construcción (al menos, un conjunto amplio de ellas).
Para la consecución de este objetivo, se ha de partir de un modelo del contenido que
sea único y válido para las distintas normas. El modelo realizado para este proyecto
puede ser tenido en cuenta como un paso que nos acerca a este metamodelo.
En cuanto a la aplicación, los casos de uso desarrollados intentan dar respuesta a
las necesidades reales que pueden tener los usuarios de la norma. De esta forma, la
aplicación se constituye en una herramienta útil en la consulta de la norma,
posibilitando que ésta sea sencilla y eficaz, recogiendo la práctica totalidad de la
misma, y guía y apoya de forma activa la realización de diversas tareas (prediseño,
cálculo y valoración) reguladas en la misma.
7. REFERENCIAS
[1] Booch G., Rumbaugh J., Jacobson I. “El Lenguaje Unificado de Modelado.”
Addison Wesley.
[2] Bravo Aranda, G. , Major, V. , Hernández Rodríguez, F. , Martín Navarro, A. ,
Lloret García, T. “Modelado de Normas Técnicas para un Procesamiento Múltiple.”
Actas del XVII Congreso Nacional de Ingeniería de Proyectos, 2001.
[3] Guerrero Palacín, D. “Proyecto Fin de Carrera: Entorno Informático para el
Procesamiento Interactivo de la NTE-IFA sobre Abastecimiento del Agua.” Dpto. de
Ingeniería del Diseño, Universidad de Sevilla, 2002.
[4]
International
Alliance
for
Interoperability.
http://floyd.lbl.gov/iai/IFC_2.0/
1406
Industry
Foundation
Classes:
[5] Simpson A. “Edición de páginas en HTML.” Ed. Anaya Multimedia.
[6] Young M. “Curso de XML.” Ed. McGraw Hill.
CORRESPONDENCIA
Dr. Gabriel Bravo Aranda
Departamento de Ingeniería del Diseño – Universidad de Sevilla
Camino de los Descubrimientos, s/n – 41092 Sevilla
Tlf: 954 48 73 20; FAX: 954 46 73 70
e-mail: gbravo@esi.us.es
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