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Tesis:

Marco de Inteligencia Artificial Generativa para Aplicación en la Sensórica Inalámbrica en el Buque

  • Autor: BENAYAS AYUSO, Arturo

  • Título: Marco de Inteligencia Artificial Generativa para Aplicación en la Sensórica Inalámbrica en el Buque

  • Fecha: 2025

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS NAVALES

  • Departamentos: ARQUITECTURA, CONSTRUCCION Y SISTEMAS OCEANICOS Y NAVALES

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/89030/

  • Director/a 1º: PÉREZ ARRIBAS, Francisco Lázaro
  • Director/a 2º: PÉREZ FERNÁNDEZ, Rodrigo

  • Resumen: The advent of Industry 4.0 is precipitating a shift in the objectives of the shipbuilding industry. With regard to maritime vessels, this signifies an enhanced capacity for autonomous or semi-autonomous operations, which in turn necessitates a significant expansion in the deployment of sensor technology on board the ship, coupled with a parallel surge in the number of actuators. In addressing this novel challenge (or, in some cases, not so novel), it is evident that regardless of the approach taken, there is a common requirement for a substantial increase in the number of cables to facilitate the transmission of the data and power required for each response. The modifications to the vessel's design result in a notable reduction in its operational capability, equivalent to the weight of the high-load-capacity cables necessary to perform the vessel's semi-autonomous functions. While certain materials, such as fiber optics, can reduce the overall weight of a system, they are only capable of transmitting data. Furthermore, the generation of a light beam requires a power supply with sufficient power for data transmission or intermediate elements that can amplify them in the process. The threefold objective was to reduce the necessity for sensing to a minimum or as close as possible, to reduce the weight required for sensing, and to facilitate the design work by providing tools that could assist throughout the process, including the checking of the rules in the model itself. In the case of actuators, it is not feasible to reduce the specific weight of the power supply. However, this is possible in the case of sensors, which can be multiplied by the combined use of data collection elements that do not require power and the use of RFID/BLE/UWB type sensors that can be passive or BAP (Battery-Assisted-Passive). The batteries of these sensors can last from months to years, depending on the data update needs that are established. After all, during the study of existing elements, it was discovered that there was no user-oriented tool capable of assisting the design process without overwhelming the user. Consequently, research was initiated in the field of artificial intelligence (AI), with the aim of not only processing the data but also serving as a tool to assist the design process. It was demonstrated that the generative AI framework, which integrates diverse models to offer a valuable solution to the designer, was the most appropriate given the tasks and feedback to be provided to the user. It was therefore concluded that the optimal solution for sensors is the integration of fiber and copper, mixed cables, with radio frequency. In order to achieve effective design solutions, it was established that generative AI is indispensable in providing comprehensive support to the user throughout the design process. Consequently, a framework applicable to each suitable CAD was provided. RESUMEN El marco de la Industria 4.0 está provocando un cambio en los objetivos de la industria naval. En lo que respecta a los buques, esto implica una mayor capacidad de para ser autónomos o semi-autónomos, lo que requiere un aumento sustancial de la sensórica aplicada al propio buque, junto con un aumento en paralelo del número de actuadores. Al abordar este reto novedoso (o, en algunos casos, no tan novedoso), es evidente que cualquiera de los enfoques que se pueden aplicar, hay un requisito común, una gran necesidad de aumentar de manera considerable el número de cables para facilitar la transmisión de los datos y la energía necesarios para cada respuesta. Estas modificaciones en el diseño del buque suponen una reducción significativa de su capacidad operativa, equivalente al peso de los cables de alta capacidad de carga necesarios para poder desempeñar la labor semi-autónoma del mismo. Aunque ciertos materiales, como la fibra óptica, pueden reducir el peso total de un sistema, solo son capaces de transmitir datos. Además, la generación de un haz de luz requiere una fuente de alimentación con potencia suficiente para la transmisión del dato o de elementos intermedios que puedan amplificar el haz durante el proceso. Los objetivos eran tres: en primer lugar, reducir la necesidad de senzorización al mínimo o lo más cerca posible; en segundo lugar, reducir el peso necesario para la misma; y en tercero, facilitar el trabajo de diseño proporcionando herramientas que pudieran ayudar a lo largo de toda esta fase, incluida la comprobación de las reglas en el propio modelo. En el caso de los actuadores, no es posible reducir el peso específico de la alimentación. Sin embargo, sí es posible en el caso de los sensores, que pueden multiplicarse mediante el uso combinado de centros de colección de datos que sí requieren alimentación y el uso de sensores de tipo RFID/BLE/UWB que pueden ser pasivos o de tipo BAP (Battery-Assisted-Passive). Las baterías de estos sensores pueden durar de meses a años, según las necesidades que se establezcan para actualización del dato. Al final, durante el estudio de los elementos existentes, se descubrió que no existía una herramienta orientada al usuario capaz de ayudar en la fase de diseño sin abrumarlo. En consecuencia, se inició una investigación en el campo de la inteligencia artificial (IA), con el objetivo no solo de procesar los datos, sino también de servir de herramienta de ayuda al proceso de diseño. Se demostró que el marco de la IA generativa, que combina distintos modelos para ofrecer una solución útil al diseñador, era la más adecuada debido a las tareas y respuesta a facilitar al usuario. Por tanto, la solución óptima para los sensores pasa por la integración de fibra y cobre, cables mixtos, con radiofrecuencia. Para lograr soluciones de diseño eficaces, es indispensable una IA generativa que proporcione un apoyo integral al usuario a lo largo de todo el proceso de diseño. Así pues, se proporciona un marco de trabajo aplicable a cada CAD adecuado.