Redirecting the design of an electrical engineering educational game to other disciplines

Resumen

Este documento describe el proceso de desarrollo de un juego que simula los aspectos fundamentales de un establecimiento comercial encargado de comercializar y realizar mantenimientos a motores eléctricos, orientado principalmente para los estudiantes de Ingeniería Eléctrica. El proceso inicia con la codificación de un software capaz de simular eventos de compra y venta de maquinaria diaria, luego se refinó su diseño incluyendo otros elementos que enriquecen la experiencia del usuario. Con estos elementos, se pueden realizar complementos que permitan simular y documentar sucesos de tal manera que puedan ser usados fuera de su público objetivo inicial.

Palabras clave: Juego, simulador, educación

Abstract

This document describes the process of developing a game that simulates the fundamental aspects of a commercial establishment in charge of marketing and performing maintenance on electric motors, aimed mainly at Electrical Engineering students. The process begins with the coding of a software capable of simulating daily machinery buying and selling events, then its design was refined, including other elements that enrich the user experience. With these elements, you can make add-ons that allow you to simulate and document events in such a way that they can be used outside of your initial target audience.

Keywords: Game, simulator, education

1. Introducción

En marzo de 2021 se inició el desarrollo de un juego enfocado hacia la capacitación de los estudiantes de Ingeniería Eléctrica. Dicho Producto Mínimo Viable (de aquí en adelante denominado PMV), cuya codificación tomó un mes, se enfocó en desarrollar un simulador que genera algunos eventos diarios ocurridos en una PyMe encargada de comercializar y darle mantenimiento a motores eléctricos de inducción, descritos por Wildi como una de las alternativas para su uso en aplicaciones industriales [1]. El jugador asume el papel de Gerente de la empresa y debe realizar la toma de decisiones de comercialización. Los fondos obtenidos por el jugador deben ser usados para el pago de las obligaciones de la tienda (pago de nómina, arriendos y jornadas de aseo). Ya que se desea resaltar el papel del Ingeniero Electricista, se incluye la demostración de los pasos a seguir para el desarrollo de ensayos de vacío y de rotor bloqueado a motores de inducción. El desarrollo del PVM duró un poco más de un mes, finalizando esta etapa a mediados de abril del 2021.

Entre los meses de mayo y junio de 2021 se realizaron nuevos módulos enfocados a enriquecer la experiencia del usuario que se podría denominar la Versión 1.1, la cual está orientada hacia la simulación de factores de mejora de ingresos a través de capacitaciones, denominadas Investigaciones de Tecnologías (una característica clásica incluida en muchos videojuegos) e incluyendo el papel de los recursos en las actividades (tanto en la mejora de procesos como en las consecuencias sufridas cuando les ocurren daños graves). Por ejemplo, la PyMe cuenta con un automóvil que es usado para transportar al personal y los recursos necesarios para desarrollar mantenimientos a máquinas eléctricas. Si éste falla, los ingresos percibidos por este ítem caen a cero, por lo que el jugador debe ocuparse de ordenar su reparación lo más pronto posible. Se han incluido más de 15 recursos en el juego.

La intención de los desarrolladores del juego es continuar el desarrollo del juego y establecer pautas para su expansión futura. Ya que el código fuente del juego se pretende liberar como software libre, se quiere llevar este proyecto a satisfacer las necesidades relacionadas con otras carreras, realizando una orientación interdisciplinar que permita usar el juego como una reproducción más realista del papel que van a cumplir los jugadores si llegasen a tomar la decisión de trabajar en una PyMe.

2. Descripción del producto mínimo viable del juego

El desarrollo del juego, cuyo nombre tentativo es Tienda de Motores Eléctricos se inició en el mes de marzo de 2021. Se puede describir como un simulador que permite a sus usuarios recrear la compra y venta diaria de cuatro tipos diferentes de motores eléctricos. También cuenta con un módulo que permite mostrar el paso a paso de los ensayos realizados a los motores eléctricos (ensayo de rotor bloqueado y ensayo de vacío). En la Figura 1 se muestra un pantallazo del PVM.

Figura 1. Pantallazo del PVM: módulo de adquisición de maquinaria eléctrica. Fuente: los autores

El PMV demuestra que es posible la recreación y documentación de eventos con la tecnología disponible a lo largo de los días del año. También sirvió como un ejemplo para la simulación básica del estado de ánimo del personal de la PyMe (trabajan de forma directa dos personas: un Vendedor y un Ingeniero): ellos, así como el dueño del Inmueble, estarán de buen ánimo si el jugador paga a tiempo sus obligaciones y se enojarán si su dinero no es girado a tiempo. Como ayuda al jugador, se incluyó un módulo que permite recrear el préstamo realizado por un banco (Figura 2).

Figura 2. Módulo bancario incluido en el PVM. Fuente: los autores

Ya que el papel del aseo es determinante en las PyMe, tanto como las obligaciones de pago de nómina y de arriendo, se ha incluido un módulo que permite simular el grado de suciedad de las instalaciones. Para que el personal de la empresa se sienta a gusto, se sugiere al jugador que solicite el servicio de aseo una vez a la semana. En la Figura 3 se muestra la pestaña Egresos, en la cual se efectúan los desembolsos.

Figura 3. Módulo bancario incluido en el PVM. Fuente: los autores

En la Figura 4 se observa una versión sencilla de un registro mensual de actividades indicando los ingresos y egresos que se han desarrollado a lo largo de la partida.

Figura 4. Módulo bancario incluido en el PVM. Fuente: los autores

3. Desarrollo de la versión 1.1.

Sommerville hace énfasis en que las versiones de un software deben dar idea de su evolución en función de las correcciones y los cambios efectuados [2]. En el caso del PVM, del que se podría decir que es la versión 1.0, las mejoras incluidas en los desarrollos hechos entre los meses de mayo y julio de 2021 bien se pueden catalogar como una versión 1.1. y no solo como una versión 1.0.1. en la que se haga énfasis en la realización de pequeños ajustes. Tanto así que la versión 1.1. se podrá usar como el núcleo para los desarrollos futuros descritos posteriormente en este artículo. En la Figura 5 se muestra el pantallazo inicial del juego.

Figura 5. Pantallazo inicial de la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

El argumento narrativo del juego se centra en la historia de un Gerente, el cual es asumido por el jugador, que iniciará su labor en el año 2000. Los inversionistas de la PyMe tenían en ese cargo a un personaje retrógrado que no había hecho mejoras y que se aferró a sus tácticas por el simple hecho de que habían funcionado en el pasado. Por esa razón, la PyMe no contaba con computadoras ni tampoco usaba los servicios bancarios elementales.

En la Figura 6 se muestra el Listado de Misiones, las cuales llevan al jugador desde el año 2000 hasta la actualidad (año 2021). Los objetivos que debe desarrollar y la descripción de la misión se muestran de forma textual. Cada una de ellas lleva al usuario a cumplir algunos objetivos que le permitirán modernizar la PyMe y aprender algunos datos relevantes para su ejercicio profesional. Por ejemplo, en una de las misiones se hace énfasis en la necesidad del uso de protecciones eléctricas para los computadores. En otra misión se indica la necesidad del conocimiento básico de mecánica automotriz y de mantenimiento de computadores para reducir los costos.

Figura 6. Misiones incluidas en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

En la Figura 7 se muestra la ventana principal del juego, en ella se encuentra un panel en la parte superior donde se le indica al jugador la información que debe tener en cuenta para ese día (como por ejemplo, el precio del dólar, la cantidad de días límite para el pago de sus obligaciones, el daño de algún recurso, entre otros). Los objetivos se muestran en el centro de la pantalla para darle a entender al jugador la importancia de su cumplimiento (investigación de una tecnología, cantidad de máquinas vendidas, obtención del Paz y Salvo de pago de cuotas de préstamos, entre otros), como se muestra en la Figura 8.

Figura 7. Ventana principal de la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

Figura 8. Árbol de tecnologías de la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

En el juego, se tiene en cuenta que los procesos de capacitaciones, denominados Investigaciones de tecnologías (este es un término más popularizado dentro de la Industria de los videojuegos, y por lo tanto, muy probablemente asimilado previamente por un jugador [3]). Se pueden realizar siempre y cuando el jugador realice un pago (el cual simboliza los costos por cursos, los materiales usados y los recursos que se obtienen y son usados una vez se culmine la investigación) y también es necesario esperar el tiempo necesario. Las tecnologías investigadas permiten mejoras en el incremento de las ventas, la reducción de daños a los recursos, y diversas mejoras (las cuales se explican al jugador en el manual de ayuda).

Otra de las intenciones de la versión 1.1 es ilustrar al jugador los riesgos y las consecuencias de los fallos que pueden ocurrir en la vida real, y las medidas para su atenuación (o en ocasiones, la eliminación). Por ejemplo, las fallas eléctricas pueden provocar daños en un computador conectado directamente a la tomacorriente, si se investiga la tecnología Mantenimiento de PCs Básico el usuario conocerá la existencia de los estabilizadores, que le permiten cambiar el daño del dispositivo (que puede costar millones y cuya recuperación de datos puede ser muy costosa) por el reemplazo de un fusible (que puede costar unas cuantas monedas).

En la Figura 9 se muestra la información relevante a la tecnología dentro del juego, en la casilla sombreada en color gris se muestra una descripción del porqué es importante, para la vida real, que un Gerente aprenda acerca de este item.

Figura 9. Fragmento del manual de ayuda del juego. Fuente: los autores

En la Figura 10 se muestra el listado de recursos conformado por las fotografías y los botones, cuyo color permite saber su estado (verde para excelente estado, y usando los tonos naranjas y rojos para indicar el grado de desgaste y deterioro). Cada uno tiene una descripción de su papel dentro de los procesos de la PyMe, por lo que ayuda al jugador a realizar un diagnóstico en caso de hallar un problema. A medida que el usuario investigue tecnologías, aparecerán más recursos que permitirán al jugador mejorar su desempeño.

Figura 10. Pestaña de recursos de la PyMe en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

Uno de los mensajes del juego es que el Gerente de la PyMe debe encargarse de dar la orden para el mantenimiento preventivo, la reparación o la sustitución del recurso por uno nuevo (se quiere desanimar la realización propia de la mayor parte estas actividades ya que es prudente dejar las cosas en manos de quienes tienen el conocimiento y el equipo necesario). El mensaje del juego hacia el jugador es sencillo: realizar el mantenimiento preventivo y conocer el estado actual de los recursos en las PyMes son dos acciones prioritarias.

En la Figura 11 se muestra el reporte de ventas diario para cada uno de los cuatro tipos de motores eléctricos. Es sencillo verificar que las cosas están en orden si se observan ventas (aunque fuesen muy reducidas). Aunque la ventana principal del juego realiza algunos avisos, es normal que el jugador omita dicha información. Por ello, debe estar pendiente de los reportes de ventas y de mantenimientos ya que, salvo porque hay días festivos, no es normal obtener valores bajos durante dos días seguidos. Tanto el taller como la tienda muestran al usuario el estado de ánimo del Vendedor y del Ingeniero (que pueden afectar los ingresos de la PyMe). En la Figura 12 se muestra el mejoramiento del informe de ingresos y egresos de la PyMe y del módulo bancario (el usuario tendrá que pagar una multa por cada cuota atrasada).

Figura 11. Listado de mantenimientos diarios desarrollados en el mes actual en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

Figura 12. Parte superior: informe de ingresos y egresos. Parte inferior: módulo bancario en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

Se amplió el portafolio de servicios de la PyMe ofreciendo mantenimientos de motores eléctricos tanto a domicilio y como en el taller (zona que hace parte de la infraestructura). En la vida real, estos servicios se extienden hacia la realización de ensayos de maquinaria y de las instalaciones eléctricas necesarias para su funcionamiento. En la Figura 13 se muestra las mejoras en el panel de Egresos (incluye la opción de compra y venta de dólares) y del panel de compra de maquinaria (el usuario puede conocer la cantidad de máquinas en stock y su número límite). Tal y como en la vida real, las inversiones en dólares dependen mucho de la dinámica económica, por lo que existen riesgos al tomar esta decisión.

Figura 13. Listado de mantenimientos diarios desarrollados en el mes actual en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

En las misiones más cercanas al año actual, se incluyen las transacciones On-Line, tanto de venta de maquinaria eléctrica como de realización de pagos usando dispositivos modernos.

En la última misión, se describen los aspectos fundamentales de los protocolos de bioseguridad y de las medidas que se deben tomar para la prevención del SARS COVID 19 en una PyMe. En el año 2020 era necesario demostrar ante las autoridades locales (en este caso, la Alcaldía Mayor) que la actividad comercial de la Empresa era esencial, por lo que se debía realizar una solicitud para continuar en funcionamiento, indicando los protocolos de bioseguridad que se iban a implantar. El conocimiento de las formas de contagio y la adquisición de recursos e insumos fue necesario en todas las empresas del país para que la reactivación económica fuese posible a la par de la prevención de la enfermedad [4].

El manual también está diseñado para que el usuario pueda realizar los diagnósticos necesarios para las anomalías que pueda encontrar durante las partidas. Por ejemplo, si el usuario llegase a observar que no se están desarrollando mantenimientos presenciales y consulte el manual, encontrará que el problema puede ser causado por el daño del automóvil de la empresa y la solución al problema es su reparación (o la adquisición de uno nuevo) o simplemente porque no hay gasolina en el tanque. En la Figura 14 se observa otro ejemplo, en el que se incluye información acerca de cuáles tecnologías pueden mejorar ese recurso.

Figura 14. Ejemplo de descripción de un recurso en la versión 1.1. del juego. Fuente: los autores

4. Oportunidades de desarrollos futuros

Tal y como está actualmente la versión 1.1., su aplicación como instrumento en la docencia o como elemento lúdico es limitada. Los usuarios, tanto jugadores como docentes y estudiantes, querrán tener en sus equipos un software que:

• Recree situaciones reales, sobre todo las adversas, y verificar las consecuencias que se podrían observar en el desempeño de las labores cotidianas.

• Permita simular eventos financieramente relevantes y documentarlos de acuerdo con las normas contables actuales.

• Ayude en el ejercicio docente, usando el juego como un laboratorio, para afianzar los conocimientos que solo son posibles de asimilar usando datos simulados.

La opinión de los autores es que, a partir de ahora, el enfoque del desarrollo debe estar dirigido hacia la creación de DLCs (Down Loadable Content) que estén dirigidos a una finalidad específica para una disciplina en particular. De esa manera, existirá una componente que seguirá dependiendo de las decisiones del usuario, y otra en la que el juego se encargará de simular los demás eventos. Es recomendable que la versión 1.1. se emplee como un núcleo común.

Cualquier mejora desarrollada en las actividades humanas se desarrollan a partir del conocimiento de la existencia de una o varias tecnologías que se tienden a representar como un solo término (como la banca virtual), el uso de tiempo y dinero para su conocimiento y su posterior uso y apropiación, y la consecuente mejora que se refleja en los registros (incluyendo los recursos que se usan y las consecuencias de su daño o mantenimiento deficiente).

Ya que la versión 1.1. permite hacer ese modelamiento, solo será cuestión de encontrar cuáles son las mejoras que se quieren ver reflejadas en el juego.

5. Aplicaciones sugeridas al juego desarrollado

Como producto de las experiencias académicas, los autores sugieren que el enfoque de los DLCs se dirija (más no que se limite) hacia las siguientes aplicaciones:

1. Normas NIIF. Actualmente, la descripción de entradas y de salidas de dinero en el juego es sencilla. Ampliar el módulo de Gerencia para permitir la recreación y documentación de movimientos de acuerdo a las normas NIIF permitirá usar al juego como un patrón, ajustando los módulos para que generen eventos que conduzcan a la documentación deseada.

Un analogía, tal vez muy superficial, es la comparación que puede haber entre el balance de una empresa y el análisis clínico de sangre de una persona: los dos documentos son recopilaciones de cifras que indican los niveles de ciertos ítems considerados esenciales, cuyo exceso o deficiencia causa problemas que deben ser controlados implantando estrategias. Seelig y Meiners indican que puede que a un paciente se le indique que los análisis de sangre no son suficientes para realizar un diagnóstico, pero permiten hacerse una idea acerca de lo que está ocurriendo dentro del cuerpo del paciente [5]. De esa manera, se determina qué tratamiento es el más adecuado. Dentro del mundo empresarial, se tiene algo parecido: Chapado indica que la lectura e interpretación de un balance sirve para asumir criterios para la toma de decisiones [6]. Si el DLC correspondiente permite simular empresas “enfermas” cuyas simulaciones den como resultado niveles preocupantes en los balances, el usuario podría tomar decisiones dentro del juego y evaluar las acciones necesarias para mejorar la situación.

2. Ingenierías. La materia Gerencia y Gestión de proyectos se ofrece como electiva para los estudiantes de Ingeniería. El juego serviría como una herramienta que permita al jugador determinar aspectos fundamentales vistos en clase (como el de la determinación del punto de equilibrio). El DLC que se desarrolle también podría enfocarse a la gestión de proyectos (como el de construcción de subestaciones) de tal manera que los usuarios determinen los recursos materiales y humanos para finalizar la obra con éxito.

3. Estudios sociales. Los estudios sociológicos podrían recrearse en el juego, por ejemplo, el desempeño de los trabajadores podría modelarse en términos de eventos y recursos ofrecidos por la empresa. En el juego, sólo se está simulando la relación existente entre el número de días que debe esperar un empleado para recibir su salario y su estado de ánimo (el cual influye en su rendimiento). La Guía Técnica Colombiana GTC 45 incluye, en su anexo A, los riesgos psicosociales, los estudios sociológicos y los modelos contenidos en el juego permitirían a los usuarios simular los efectos de las medidas para contrarrestar los riesgos psicosociales (y las consecuencias del qué sucederían si no se realizan las correcciones a tiempo) [7].

4. Seguridad industrial. El módulo correspondiente al taller podría integrar la profundización en la información acerca del papel en los recursos usados en la industria para la prevención de accidentes. Los autores incluyeron este aspecto en simuladores desarrollados anteriormente, en donde el usuario sólo podría ingresar al laboratorio si selecciona todos los elementos de seguridad necesarios (Laboratorio Virtual de Máquinas de Inducción, dirigido por S. Rivera y desarrollado por J. Ramírez [8]). Así mismo, se pueden usar los módulos del sistema relacionados con la simulación de daños y desgaste en los recursos de la empresa para simular la ocurrencia de accidentes y sus consecuencias.

6. Conclusiones

Hay que tener en cuenta lo que el jugador espera encontrar en su ejercicio profesional una descripción que abarque, no solo los aspectos vistos a lo largo de su carrera, sino otros ítems que son comunes en el día a día y que no se enseñan en la Academia de forma obligatoria. Por ejemplo, la capacitación en Seguridad Industrial, si bien se desarrolla en su forma básica en las materias de pregrado, sólo es posible su profundización si se inscribe la materia Seguridad Industrial, que por lo pronto es una electiva. Un usuario del juego que no la haya visto, pensará que este conocimiento es esencial en su vida laboral, y además de la introducción dada en el juego le animará a realizar capacitaciones por su cuenta.

La estrategia de desarrollo del juego, desde ahora, debería estar enfocada en el desarrollo de DLCs que cumplan con los requerimientos particulares de un gremio en especial. El juego puede y debe seguir su desarrollo para que satisfaga las necesidades puntuales de cada aplicación académica. Si bien el diseño del juego permite recrear una gran cantidad de eventos ocurridos diariamente, es necesario establecer un límite para la cantidad de simulaciones a desarrollar y evitar que los usuarios con computadoras con bajos recursos en hardware sean excluidos. Por esa razón, en enfoque de diseño se debe dirigir hacia los DLC, para que de esa forma el usuario sólo use una versión necesaria del juego (y no todo el paquete, incluyendo cosas que no necesita).

Referencias

[1] Wildi T. Máquinas eléctricas y sistemas de potencia. Pearson Education, México D.F., 6a Ed., 2007.

[2] Sommerville I. Ingeniería de software. Alicante, Ed. Pearson Addison Wesley, 2005.

[3] Microsoft. Xbox Wire en español - Aprende a jugar Age of Empires Definitive versión. [Online] Disponible en: https://news.xbox.com/es-latam/2018/02/20/aprendiendo-a-jugar-age-of-empires-definitive-edition/. Consultado: julio 18 de 2021.

[4] Alcaldía de Bogotá – Secretaría de Hábitat. Instructivo para la reactivación económica. [Online] Disponible en: https://www.habitatbogota.gov.co/sites/default/files/tut-3.pdf. Consultado: julio 13 de 2021.

[5] Seelig H., Meiners M. Análisis clínicos. Ed. Hispano Europea, Madrid, 2011.

[6] Chapado J. Análisis de balances. Ed. Netbiblo, La Coruña, 2008.

[7] Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC. GTC 45 – Guía para la identificación de los peligros y la valoración de los riesgos en seguridad y salud ocupacional. [Online] Disponible en: https://idrd.gov.co/sitio/idrd/sites/default/files/imagenes/gtc450.pdf, Bogotá D.C., 2010.

[8] Universidad Nacional de Colombia - Dirección Nacional de Innovación Académica - DNIA. Laboratorio Virtual de Maquinas de inducción. [Online] Disponible en: http://red.unal.edu.co/cursos/ingenieria/electrica/, Bogotá D.C., 2018.

J. Ramirez es Ing. Electricista de Universidad Nacional de Colombia (2016), programador de Laboratorios Virtuales de Transformadores Monofásicos (2016), Ensayo a Tensión de varilla de Acero (2017), Máquinas de Inducción (2017), Microscopía de Barrido (2018), Impresión 3D (2018), Ensayo a Compresión a Probeta de Concreto (2018) y Máquinas sincrónicas (2018). email: jmramirezro@unal.edu.co ORCID: orcid.org/0000-0002-0982-2284.

Sergio Rivera Rodríguez, PhD. Ingeniero Electricista de Universidad Nacional de Colombia (2001); Especialista en Ingeniería Eléctrica con Énfasis en Sistemas de Distribución (2004), PhD en Ingeniería Eléctrica del Instituto de Energía Eléctrica, Universidad Nacional de San Juan (2011). Postdoctorado Asociado en el MIT – Massachusetts Institute of Technology (2013); Postdoctoral Fellow en el MIST – Masdar Institute of Science and Technology (2014). Profesor en Universidad Nacional en el área de sistemas de potencia y máquinas eléctricas (2014). e-mail: srriverar@unal.edu.co

ORCID: orcid.org/0000-0002-2995-1147