INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO UNIDAD ACADÉMICA: Escuela Superior de Cómputo PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería en Sistemas Computacionales UNIDAD DE APRENDIZAJE: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control NIVEL: III PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE : Diseña sistemas aplicados a problemas industriales de manufactura, de reducción de consumo de energía y de mejoras en la calidad de la producción, con base en las técnicas de control inteligente. CONTENIDOS: I. Introducción a los Sistemas Expertos en la Industria. II. Control Inteligente y Técnicas de Control Inteligente. III. Elementos de Lógica Difusa y Razonamiento Difuso. IV. Control Difuso y Controladores Difuso. V. Control Neuronal y Control Neuro-Difuso. ORIENTACIÓN DIDÁCTICA: La presente unidad se abordará a partir de la estrategia aprendizaje orientada a proyectos y los método de enseñanza inductivo, deductivo y heurístico, con los cuales se llevaran a cabo las actividades de aprendizaje, que orientarán el desarrollo de habilidades de abstracción y análisis; utilizando herramientas teóricas y prácticas. Las actividades que se realizarán en clase fomentarán en los alumnos el trabajo colaborativo, participativo, apoyándose en algunas técnicas como lluvia de ideas, organizadores gráficos, indagación documental, fichas de trabajo, exposición de temas complementarios, discusión dirigida así como la realización de un proyecto terminal. Es responsabilidad del docente dar seguimiento a las características tanto del proyecto terminal como decidir la complejidad de los programas realizados, fijando los tiempos de elaboración y de entrega. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN La presente Unidad de Aprendizaje se evaluará a partir del portafolios de evidencias, el cual se conforma de: evaluación formativa, sumativa y rubricas de autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación. Esta unidad de aprendizaje también se puede acreditar mediante: Evaluación de saberes previamente adquiridos. Acreditación en otra UA del IPN u otra institución educativa con las que se tenga convenio. BIBLIOGRAFÍA: Jain, L. C., Johnson R. P., Takefuji Y., Zadeh L. A., (1999) Knowledge-Based Intelligent Techniques in Industry, Florida USA: CRC PRESS LLC, ISBN: 0-8493-9803-7/99. King, R. E., (1999). Computational Intelligence in Control Engineering, New York-Basel USA: Marcel Dekker, Inc, ISBN: 0-8247-1993-X (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). Lin, C.T., Lee, C. S. G. (1996). Neural Fuzzy Systems: A neuro-fuzzy synergism to intelligent systems. EU: Prentice Hall. ISBN 0-132351692. Nguyen H.T., Prasad N. R., Walker C. L., Walter E. A., (2003). A First Course in FUZZY and NEURAL CONTROL, Florida USA: CHAPMAN & HALL/CRC, A CRC Press Company, ISBN: 1-58488-244-1 (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). Wang, L (1997). A Course in Fuzzy Systems and Control, NJ-USA: Prentice Hall PTR, Upper Sanddle River, ISBN: 0-13-540882-2 (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD ACADÉMICA: Escuela Superior de Cómputo PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería en Sistemas Computacionales SALIDA LATERAL: Analista Programador de Sistemas de Información ÁREA DE FORMACIÓN: Profesional MODALIDAD: Presencial UNIDAD DE APRENDIZAJE: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórico – práctica. Optativa. VIGENCIA: Agosto 2011 NIVEL: III. CRÉDITOS: 7.5 TEPIC – 4.39 SATCA INTENCIÓN EDUCATIVA Esta unidad de aprendizaje contribuye al perfil de egreso del Ingeniero en Sistemas Computacionales, al desarrollar las habilidades de diseño e implementación de sistemas inteligentes computacionales, para el desarrollo de sistemas aplicados y relacionados con ingeniería de control de procesos aplicados a problemas industriales de manufactura, de reducción de consumo de energía y de mejoras en la calidad de la producción. Así mismo, se desarrolla el pensamiento estratégico, el pensamiento creativo, el trabajo colaborativo y participativo, el liderazgo y la comunicación asertiva. Esta unidad de aprendizaje se relaciona horizontalmente con las unidades de aprendizaje: Redes Neuronales Artificiales Autosupervisadas y verticalmente con: Sistemas Difusos en la Ingeniería, Redes Neuronales Supervisadas, Trabajo Terminal I y Trabajo Terminal II. PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Diseña sistemas aplicados a problemas industriales de manufactura, de reducción de consumo de energía y de mejoras en la calidad de la producción, con base en las técnicas de control inteligente. TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA:3.0 UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA POR: Academia de Ciencias de la Computación HORAS PRÁCTICA/SEMANA:1.5 REVISADA POR: AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN. 2011 HORAS TEORÍA/SEMESTRE:54 HORAS PRÁCTICA/SEMESTRE:27 HORAS DE APRENDIZAJE AUTÓNOMO: 54 HORAS TOTALES/SEMESTRE:81 Dr. Flavio Arturo Sánchez Garfias Subdirección Académica APROBADA POR: Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro Presidente del CTCE. ______________________________ Ing. Rodrigo de Jesús Serrano Domínguez Secretario Técnico de la Comisión de Programas Académicos INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: HOJA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control 3 DE 11 N° UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Introducción a los Sistemas Expertos en la Industria. UNIDAD DE COMPETENCIA Describe los diferentes sistemas de control industrial con base en las características básicas de los sistemas expertos y la computación inteligente. No. HORAS con docente CONTENIDOS T 1.1 1.2 1.3 Control convencional. Control inteligente. Computación inteligente en control. 0.5 0.5 0.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5 1.4.3 Sistemas expertos en la industria. Elementos de un sistema experto. Introducción y etapas en el desarrollo de un sistema experto Representación del conocimiento. 1.5 Nueve paradigmas de las sistemas expertos 1.5 Subtotales: 4.5 P HORAS (Aprendizaje Autónomo) T P 2B, 3C, 4B, 7B 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 CLAVE BIBLIOGRÁFICA 5.0 2.0 1.0 7.0 5.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Encuadre del Curso y formación de equipos. Se utilizará la estrategia de aprendizaje orientado a proyectos, empleando el método deductivo, con las técnicas: indagación documental y exposición en equipo. Elaboración de práctica N°1 y propuesta de proyecto. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Evaluación diagnóstica Portafolio de evidencias: Propuesta de proyecto. Reportes de fichas de trabajo. Realización y entrega de reporte de práctica en equipo Exposición en equipo. Rúbricas de autoevaluación. Rúbrica de coevaluación. Evidencia de aprendizaje escrita. 15% 10% 20% 5% 5% 5% 40% INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: HOJA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control 4 DE 11 N° UNIDAD TEMÁTICA: II NOMBRE: Control Inteligente y Técnicas de Control Inteligente. UNIDAD DE COMPETENCIA Analiza sistemas de control inteligente con base en las características de las técnicas basadas en el conocimiento. No. HORAS con docente CONTENIDOS T P HORAS (Aprendizaje Autónomo) T P 2.1 Condiciones para la utilización del control inteligente. 0.5 1.0 2.2 2.2.1 2.2.2 Objetivos y técnicas del control inteligente. Control no convencional. Autonomía y control inteligente. 1.0 3.0 2.3 2.3.1 3.3.2 2.3.3 2.3.4 Sistemas basados en el conocimiento. Sistemas difusos. Control difuso. Control neuronal. Control neuro-difuso. 1.5 0.5 4.0 2.5 3.0 0.5 8.0 2.5 Subtotales: CLAVE BIBLIOGRÁFICA 2B, 3C, 4B, 5B, 6C, 7B ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Se utilizará la estrategia de aprendizaje orientado a proyectos, empleando el método deductivo, con las técnicas: mapas conceptuales, organizador gráfico y exposición en equipo. Realización de práctica N°2 y avance de proyecto. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Portafolio de evidencias: Avance en el proyecto. Reporte de mapas conceptuales y organizador Reporte de práctica en equipo. Exposición en equipo. Rúbricas de autoevaluación. Rúbrica de coevaluación. Evidencia de aprendizaje escrita. 15% 10% 20% 5% 5% 5% 40% INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: HOJA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control 5 DE 11 N° UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Elementos de Lógica Difusa y Razonamiento Difuso. UNIDAD DE COMPETENCIA Integra métodos de implicación en la regla composicional de inferencia con base en los conceptos básicos, algoritmos y el razonamiento difuso. No. HORAS con docente CONTENIDOS T 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 Elementos de la lógica difusa. Conceptos básicos y algoritmos difusos. Operadores difusos y operaciones en conjuntos difusos. Propiedades algebraicas de conjuntos difusos, variables lingüísticas y conectivas. 1.5 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.2.4 3.2.2.5 3.2.2.6 3.2.2.7 3.2.2.8 Razonamiento difuso. El algoritmo difuso. Razonamiento difuso único. Modus Ponens Generalizado (GMP). Modus Tollens Generalizado (GMT). Implicación booleana. Implicación de Lukasiewicz. Implicación de Zadeh. Implicación de Mamdani. Implicación de Larsen. Implicación GMP. 2.0 3.3 La regla composicional de inferencia. 1.5 Subtotales: P HORAS (Aprendizaje Autónomo) T CLAVE BIBLIOGRÁFICA P 2.5 2B, 3C, 4B, 5B 5.0 0.5 3.0 2.5 0.5 0.5 6.0 2.5 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Se utilizará la estrategia de aprendizaje orientado a proyectos, empleando el método inductivo, con las técnicas: elaboración de mapas conceptuales, problemarios y exposición en equipo. Elaboración de práctica N°3 y avance del proyecto. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Portafolio de evidencias: Reporte del avance en el proyecto. Reportes de mapas conceptuales y problemarios. Realización y entrega de reporte de práctica en equipo Exposición en equipo. Rúbricas de autoevaluación. Rúbrica de coevaluación. Evidencia de aprendizaje escrita. 20% 10% 20% 5% 5% 5% 35% INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: HOJA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control 6 DE 11 N° UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE: Control Difuso y Controladores Difuso. UNIDAD DE COMPETENCIA Experimenta diferentes tipos de controladores difusos con base en los principales métodos de inferencia difusa y elementos del control difuso. No. HORAS con docente CONTENIDOS T 4.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 Partes de un controlador difuso. Fusificación. Funciones de membresía de defusificación. Consideraciones de diseño. 4.2 4.2.1 4.2.2 Controlador industrial difuso. Ajustes en un controlador. Controladores difusos de tres términos. 0.5 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 Control difuso en tiempo real. Controladores difusos supervisados. Diseño de controladores difusos embebidos. Planeación de la ejecución en tiempo real. 1.0 4.4 4.4.1 Modelo basado en control difuso. Modelado basado en la aproximación de Takagi-Sugeno para control difuso. Variables difusas y espacios difusos. Modelo de proceso difuso. Ley de control difuso. Modelo de proceso lineal local. 1.0 Subtotales: 3.0 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 P 0.5 HORAS (Aprendizaje Autónomo) T CLAVE BIBLIOGRÁFICA P 1.0 1B, 2B, 3C, 5B, 7B salida y tipos de 1.0 1.0 1.0 5.0 1.0 1.0 4.0 5.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Se utilizará la estrategia de aprendizaje orientado a proyectos, empleando el método heurístico, con las técnicas: elaboración de mapas cognitivos, cuadros comparativos y exposición en equipo. Realización de práctica N°4 y avance de proyecto. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Portafolio de evidencias: Reporte del avance en el proyecto. Reportes de mapas cognitivos y cuadros comparativos. Realización y entrega de reporte de práctica en equipo Exposición en equipo. Rúbricas de autoevaluación. Rúbrica de coevaluación. Evidencia de aprendizaje escrita. 20% 5% 20% 10% 5% 5% 35% INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: HOJA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control 7 DE 11 N° UNIDAD TEMÁTICA: V NOMBRE: Control Neuronal y Control Neuro-Difuso. UNIDAD DE COMPETENCIA Diseña sistemas de automatización basados en control neuronal y controladores neuro-difusos, con base en los métodos de aprendizaje de las redes neuronales artificiales. No. HORAS con docente CONTENIDOS T 5.1 5.1.2 P HORAS (Aprendizaje Autónomo) T P La neurona artificial elemental. Topología de redes neuronales multicapa y control neuronal. Propiedades de un controlador neuronal. Arquitecturas de controladores neuronales. 0.5 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 Entrenamiento de redes neuronales. Algoritmo de entrenamiento de Widrow-Hoff. Algoritmo de entrenamiento Delta. Algoritmos de entrenamiento de redes neuronales artificiales multicapa y algoritmo de retropropagación. 0.5 5.3 5.3.1 5.3.2 Control neuronal basado en reglas. Reglas lingüísticas. Entrenamiento de controladores neuronales basado en reglas. 2.0 5.4 5.4.1 5.4.2 Control neuro-difuso. Arquitecturas de controladores neuro-difusos. Isomorfismo en sistemas neuro-difusos. 3.5 1.0 3.0 2.0 6.5 2.0 7.0 7.0 5.1.3 5.1.4 Subtotales: CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1.0 2B, 3C, 4B, 6C 1.0 1.0 5.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE Se utilizará la estrategia de aprendizaje orientado a proyectos, empleando el método heurístico, con las técnicas: Indagación bibliográfica, mapas conceptuales y exposición en equipo. Realización de prácticas N°5 y N°6. Proyecto final. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Portafolio de evidencias: Defensa y entrega del proyecto. Reportes de fichas de trabajo y mapas conceptuales. Realización y entrega de reportes de prácticas en equipo Exposición en equipo. Rúbricas de autoevaluación. Rúbrica de coevaluación. Evidencia de aprendizaje escrita. 30% 5% 20% 5% 5% 5% 30% INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control HOJA: 9 DE 11 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRÁCTICA No. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDADES TEMÁTICAS DURACIÓN 1 Práctica 1: Introducción a los sistemas expertos. I 6.0 2 Práctica No. 2: Introducción a los sistemas inteligentes. II 3.0 3 Práctica No. 3: Tipos de razonamientos difusos. III 3.0 4 Práctica No. 4: Control difuso IV 6.0 5 Práctica No. 5: Algoritmos de aprendizaje de redes neuronales artificiales. V 6.0 6 Práctica No. 6: Control neuro-difuso. V 3.0 TOTAL DE HORAS 27.0 LUGAR DE REALIZACIÓN Salas de cómputo de la Escuela y Laboratorios de la ESCOM EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Las prácticas aportan el 20% de la calificación de cada unidad temática. El trabajo de laboratorio se evalúa partiendo del reporte escrito. Es indispensable contar con todas las prácticas realizadas para poder acreditar la unidad de aprendizaje. Los criterios de evaluación de las prácticas son: objetivo, introducción y descripción del tema tratado, prueba de las simulaciones y/o programas realizados, solución teórica o prueba de escritorio, código fuente, pantallas de ejecución, análisis de resultados, conclusiones y referencias. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: PERÍODO 1 2 3 UNIDAD I y II III y IV V Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control HOJA: Evaluación continua Evaluación continua Evaluación continua PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN 60% y evidencia de aprendizaje escrita 65% y evidencia de aprendizaje escrita 70% y evidencia de aprendizaje escrita Unidad I y II Unidad III y IV Unidad V 30% del total de la evaluación final 35% del total de la evaluación final 35% del total de la evaluación final 10 DE 11 40% 35% 30% Esta Unidad de Aprendizaje también se acredita mediante competencia demostrada: Evaluación de saberes previamente adquiridos mediante la elaboración de un programa de cómputo y una evidencia de aprendizaje escrita. En caso de acreditarse por Evaluación Extraordinaria ó a Título de Suficiencia, esta constará de una parte práctica que aportará el 50% de la calificación y una parte teórica que aportará el 50% restante, con base en los lineamientos establecidos por la academia. Acreditación en otra UA del IPN u otra institución educativa con las que se tenga convenio. Si esta unidad de aprendizaje se acredita en Evaluación Extraordinaria o a Titulo de Suficiencia se realizará de acuerdo a los lineamientos establecidos en la reunión de academia que para tal efecto se realice. CLAVE 1 B X 2 X 3 C BIBLIOGRAFÍA Jain, L. C., Johnson R. P., Takefuji Y., Zadeh L. A., (1999) KnowledgeBased Intelligent Techniques in Industry, Florida USA: CRC PRESS LLC, ISBN: 0-8493-9803-7/99. King, R. E.,(1999). Computational Intelligence in Control Engineering, New York-Basel USA: Marcel Dekker, Inc (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). ISBN: 0-8247-1993-X X Lin, C.T., Lee, C. S. G. (1996). Neural Fuzzy Systems: A neuro-fuzzy synergism to intelligent systems. EU: Prentice Hall. ISBN 0-132351692. 4 X Nguyen H.T., Prasad N. R., Walker C. L., Walter E. A., (2003). A First Course in FUZZY and NEURAL CONTROL, Florida USA: CHAPMAN & HALL/CRC, A CRC Press Company, (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). ISBN: 1-58488-244-1 5 X Passino, K. M., Yurkovich S., (1998). Fuzzy Control, California USA: Addison Wesley Longman, Inc, ISBN 0-201-18074-X. 6 7 X X Von Altrock C., (1995). Fuzzy Logic and Neurofuzzy Aplications Explained, United States of America: Prentice Hall PTR, ISBN 0-13368465-2 Wang Li-Xin, (1997). A Course in Fuzzy Systems and Control, NJ-USA: Prentice Hall PTR, Upper Sanddle River, (Libro existente en la biblioteca de la ESCOM). ISBN: 0-13-540882-2 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR UNIDAD DE APRENDIZAJE 1. DATOS GENERALES UNIDAD ACADÉMICA: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control PROGRAMA ACADÉMICO: ÁREA DE FORMACIÓN: Institucional Científica Básica ACADEMIA: NIVEL Ingeniería en Sistemas Computacionales Ingeniería de Software Profesional III Terminal y de Integración UNIDAD DE APRENDIZAJE: Inteligencia Computacional en Ingeniería de Control. ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniería Eléctrica o Computación o Inteligencia Artificial: Maestría y/o Doctorado. 2. PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE: Diseña sistemas aplicados a problemas industriales de manufactura, de reducción de consumo de energía y de mejoras en la calidad de la producción, con base en las técnicas de control inteligente. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Conceptos de teoría de sistemas expertos. Conceptos de teoría de la Lógica difusa y redes neuronales artificiales (RNA). Componentes principales de un sistema difuso y las RNA. Solución de problemas de control de procesos, sistemas de expertos y sistemas evolutivos. Conocimientos del Nuevo Modelo Educativo Institucional. EXPERIENCIA PROFESIONAL En la práctica docente como facilitador del conocimiento a nivel superior de dos años. En el manejo de equipo de cómputo para laboratorio. Experiencia en el Modelo Educativo Institucional de dos años. Experiencia en el diseño e implementación de sistemas inteligentes computacionales. Experiencia en el manejo de grupos y trabajo colaborativo. HABILIDADES ACTITUDES Capacidad para el manejo de grupos y de difundir conocimientos. Habilidades didácticas. Capacidad para el diseño sistemas de control inteligente y sistemas neurodifusos. Capacidad de análisis y síntesis. Habilidad para la resolución de problemas. Facilidad de trabajo en equipo y Liderazgo. Aplicar el Modelo Educativo Institucional. Toma de decisiones. Aplicación del MEI. Responsabilidad en el desempeño de sus labores. Tolerancia y respeto a las ideas y a las personas de su entorno. Honestidad en su desempeño profesional. Poseer compromiso social. Responsable. Tolerante. Honesto. Respetuoso. Cordial. Compartido. Colaborativo. Participativo. Interés por aprender. Asertivo. ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ M. en C. Edmundo René Durán Camarillo M. en C. José Luis Calderón Osorno M. en C. Ignacio Ríos de la Torre. Dr. Flavio Arturo Sánchez Garfias Subdirector Académico Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro Director Profesores Colaboradores Fecha: 2011