Las Tecnologías Industriales e Informáticas tienen una gran importancia en numerosos sectores y resultan clave para la competitividad de las empresas. El Doctorado en Tecnologías Industriales e Informáticas incluye las líneas de investigación en Tecnologías Industriales y en Tecnologías Informáticas, donde se tratan varios temas de investigación punteros como la recuperación de energía en vehículos, el análisis y fabricación de nuevos materiales o la aplicación de la informática en el entorno espacial, entre otras.
El perfil recomendado de ingreso al presente programa de Doctorado es el de un egresado en alguna titulación de la rama de Ingeniería Industrial (Tecnologías Industriales, Mecánica, Electrónica, Automóvil, …) o en titulaciones afines a las líneas de investigación del programa (Ingeniería Informática, Ingeniera de Telecomunicación, Ingeniería de Materiales, C.C. Físicas, C.C. Químicas) y que además aporte el haber realizado al menos 60 ECTS de nivel de máster en temas relacionados con la temática del doctorado (Ingeniería Industrial en sus distintas vertientes, Ingeniería Informática, Ingeniera de Telecomunicación, Ingeniería de Materiales, C.C. Físicas, C.C. Químicas), a juicio de la Comisión Académica.
Con carácter general, para el acceso a un programa oficial de doctorado será necesario estar en posesión de los títulos oficiales españoles de Grado, o equivalente, y de Máster Universitario (oficial) Asimismo podrán acceder quienes se encuentren en alguno de los siguientes supuestos:
Se establece el siguiente baremo para el acceso a dichos programas de doctorado:
Enviar la solicitud con toda la documentación por correo electrónico a doctorado.tii@nebrija.es
* En caso de diplomas no europeos: "apostilla" en documentos expedidos en países que han suscrito el Convenio de la Haya o legalización por vía diplomática, en los demás casos
**Si la documentación no haya sido expedida en castellano, deberá acompañarse de la correspondiente traducción jurada oficial
Universidad Nebrija – Escuela de Doctorado
Campus de La Berzosa
28240 Hoyo de Manzanares (Madrid).
Nota: En el caso de los estudiantes que cursen estudios españoles de máster y estén en condiciones de concluirlos antes de la finalización del curso 2019-2020, deberán justificar dicha finalización antes del 10 de noviembre 2020 a la Escuela de Doctorado. Si no se presentara la documentación exigida dentro de ese plazo, no podrá matricularse en el programa de doctorado solicitado.
Para más información sobre las becas y ayudas del programa de doctorado, consultar el siguiente enlace: Escuela de Doctorado – Becas y ayudas
Universidad Nebrija - Campus de la Berzosa - Calle del Hostal, s/n. 28240 Madrid escueladoctorado@nebrija.es
Juan Arturo Rubio Arostegui jrubioa@nebrija.es
Ioana Ofileanu iofileanu@nebrija.es
Dr. Alfonso Sánchez - Macián Pérez - Campus Dehesa de la Villa – C/ Pirineos, 55 – 28040 Madrid Tfno.: 91 452 11 01 doctorado.tii@nebrija.es
Dr. Alfonso Sánchez - Macián Pérez
La Comisión académica del programa de doctorado a la que se refiere el Art. 8.3 del RD 99/2011, es la encargada del seguimiento de los doctorandos y será responsable de las actividades de formación e investigación. Esta comisión académica está formada por las siguientes personas:
El Doctorado en Tecnologías Industriales e Informáticas incluye dos líneas de investigación, donde se tratan varios temas de investigación punteros como la recuperación de energía en vehículos, el análisis y fabricación de nuevos materiales o la aplicación de la informática en el entorno espacial, entre otras:
El programa contempla dos tipos de actividades formativas: específicas y transversales
Fecha | Actividad formativa | Ponente / Formador |
26/09/2019 | Seminario: Micro and nano scale effects and corresponding characterization techniques crucial for next-generation automotive applications | Dr.-Ing. André Clausner |
27/09/2019 | Seminario: Composite eco-structure: overview | Dr.-Ing. John Prakash Susainathan |
09/10/2019 | Seminario: Evolution towards 5G in the Era of the Internet of Things and Spectrum Sharing | Dr. Miguel López Benítez |
04/10/2019-08/11/2019 | Curso de Matlab y Simulink | Dr. Ciro Moreno/ Dr. Lincoln Bowen |
21/10/2019-20/12/2019 | Talleres de análisis de casos y presentación de resultados parciales | Dr. Alfonso Sánchez-Macián |
19/12/2019 | Seminario: Introduction to Bayesian and Kalman filtering | Dr. Ángel García Fernández |
18/02/2020 | Presentación del programa de Doctorado | Dr. Alfonso Sánchez-Macián |
20/02/2020 | Competencias informacionales y recursos documentales | Pilar Jiménez |
27/02/2020 | Competencias informacionales y recursos documentales | Pilar Jiménez |
10/03/2020 | Seminario: Experiencia personal en el ámbito de la investigación | Dr. Roberto Álvarez |
12/03/2020 | Seminario: Líneas de investigación futuras en la Fabricación Aditiva | Dr. Rafael Barea |
25/03/2020 | Seminario: Tecnologías Fronteras - Computación Cuántica | Juan Luis Sánchez Toural |
26/03/2020 | Seminario: Tecnologías Frontera - Espacio | Dr. César Martínez D. Rafael Moro |
25/04/2020 | Seminario Diseños de Investigación | Dr. Miguel Ángel Castellanos |
25/04/2020-16/05/2020 | Curso de Matlab | Dr. Lincoln Emilio Bowen Aguayo |
29/04/2020 | Research Plan. Planificación de la Investigación. El Plan de Investigación | Dr. Alfonso Sánchez-Macián |
30/05/2020 | Seminario de Análisis de Datos | Dr. Miguel Ángel Vadillo |
08/06/2020 | Seminario: Recuperación de Energía Térmica Residual en sistemas de escape en vehículos ligeros | Dr. Octavio Armas |
09/06/2020 | Seminario: Thermoelectricity use in aerospace applications | Dr. Giacomo Cerreti |
06/07/2020 | Seminario: Visión general de la cerámica y el vidrio y sus perspectivas científicas | Dr. Fernando Rubio Marcos. |
La planificación de las actividades formativas transversales organizadas por la Escuela de Doctorado, se puede consultar en el siguiente enlace: Formación Doctorado
Así, por una parte, dentro del área de Tecnologías Industriales, la Ingeniería del Automóvil es una línea creciente en España. Este sector genera aproximadamente el 10% del PIB y además representa un 17% de las exportaciones del país. Las plantas de producción españolas se encuentran entre las más automatizadas de Europa, con unos altos índices de inversión. En temas de I+D, el sector cuenta con una importante red de centros y clusters de automoción, existiendo 34 centros tecnológicos relacionados con la producción de vehículos. Lo mismo se puede decir de la línea de Materiales, sobre la cual existe un cada vez mayor interés por parte de la industria. El perfil de Materiales es uno de los más demandados a nivel internacional, con una gran proyección en temas de investigación, innovación y desarrollo.
Por otra parte, el área de investigación en Informática Espacial aporta un gran número de posibilidades para la formación de los doctorandos y su inserción en el mercado laboral. Las áreas de tecnología son habitualmente de las más demandadas, y donde se requiere un mayor número de profesionales bien formados. En concreto, la Informática destaca por su gran transversalidad, estando presente en la mayoría de aplicaciones industriales: desde los sistemas puros de computación hasta las aplicaciones Espaciales, pasando por la automatización de procesos.
Los egresados podrán desarrollar su carrera profesional en los departamentos de Investigación y Desarrollo de empresas relacionadas con las tecnologías industriales e informáticas. Los centros tecnológicos o de investigación y Universidades son otra salida profesional para los egresados de este programa
Organismos y entidades | Descripción convenio | |
Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) | Convenio de Cooperación Educativa relativo a la Colaboración en los estudios De Grado/ Postgrado | |
Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) | Convenio Marco de Colaboración | |
Centro superior de Investigaciones Científicas (CSIC) | Convenio Cooperación Educativa para el desarrollo de programas de Doctorado | |
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial Esteban Terradas (INTA) | Convenio marco de colaboración en el campo de la investigación científica y el desarrrollo tecnológico | |
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial Esteban Terradas (INTA) | Convenio específico de colaboración para la creación de una unidada conjunta de investigación (Joint Research Unit sobre investigación en sistemas electrónicos | |
Universidad Complutense de Madrid (UCM) Instituto de Magnetismo aplicado (IMA) | Contrato de investigación Instituto de Magnetismo aplicado | |
Centro Stirling | Convenio marco de colaboración para la concesión de una beca para el personal investigador en formación | |
Centro Stirling | Convenio marco de colaboración en relación con programas académicos, culturales o de formación | |
Desde el inicio de la carrera espacial, la informática y la electrónica que forman parte de este sector han experimentado un gran y rápido avance, convirtiéndose además en una pieza importante de las misiones actuales. No obstante, a medida que esta tecnología ha evolucionado, también lo han hecho los retos a los que tiene que enfrentarse como por ejemplo, los errores producidos por la radiación cósmica. Es por esto, que nuevas y eficientes técnicas de protección son necesarias en los citados sistemas para hacer posible su correcto funcionamiento en un entorno espacial.
Tradicionalmente, esta tarea se ha realizado mediante procesos de fabricación que crean versiones protegidas de los transistores y otros elementos que componen la plataforma electrónica. A este proceso se le conoce como protección (RadHard). Esta técnica da buenos resultados de fiabilidad pero es costosa de fabricar, lo que implica que solo las agencias espaciales y las grandes corporaciones que dispongan de un presupuesto holgado, pueden acceder a ella. Este motivo económico impide por tanto a universidades, centros de investigación y otras instituciones el poder desarrollar sus propias investigaciones espaciales. Como respuesta a este impedimento, en los últimos años ha surgido una nueva alternativa a la fabricación RadHard, que consiste en usar componentes comerciales adaptados a las necesidades del sector espacial mediante técnicas de protección ad-hoc. El uso de esta tecnología conocida como “Commercial-Off-The-Shelf” (COTS), ha supuesto un gran cambio en el diseño electrónico espacial debido al abaratamiento de los costes de diseño y fabricación. Gracias a esto, la barrera económica que impedía a universidades y centros de investigación crear sus propias misiones espaciales está siendo superada. Esto ha propiciado la aparición de nuevas aplicaciones como los satélites de bajo coste del tipo “Nanosat” y los “Picosat”.
Existen dos formas de implementar el diseño de un circuito electrónico. La primera forma es fabricar un chip en silicio según la especificación. Este circuito recibe el nombre de “Application-Specific Integrated Circuit” (ASIC). La segunda opción es usar una plataforma programable como por ejemplo una “Field Programmable Gate Array” (FPGA). Este dispositivo está formado por celdas que implementan funciones lógicas, así como memorias y otros elementos electrónicos que implementan la función lógica de un circuito descrito mediante un lenguaje de diseño hardware o “Hardware Description Language” (HDL). Las FPGAs destacan frente a los “ASIC” en que son programables, lo que permite modificar el diseño del circuito para hacerlo tolerante a fallos, actualizarlo una vez cargado y reducir el tiempo necesario de implementación. Todas estas características evitan tener que construir un chip en silicio (ASIC), abaratando por tanto los costes.
Los microprocesadores son una parte crucial en cualquier misión espacial. Desde la carga propia de la misión como pueda ser el instrumental científico, hasta los sistemas de navegación, pasando por los de comunicación con la Tierra, los microprocesadores son usados para múltiples funciones. Existen dos tipos de microprocesadores: los “Soft-Core” o “Soft Processor”, que implementan en una FPGA un diseño descrito en “HDL” y los “Hard Processor”, fabricados en un ASIC. Aquellos que son sintetizados en un dispositivo programable, se ven beneficiados por las ventajas anteriormente mencionadas de las FPGAs, como por ejemplo, la opción de personalización del diseño según las necesidades de la aplicación, o la capacidad de exportación de este a otra placa. Dichos procesadores, igual que cualquier elemento electrónico en un vehículo espacial, deben ser protegidos frente a los efectos adversos de la radiación. Esta protección puede realizarse mediante el uso de una FPGA RadHard, mediante una modificación del diseño, o mediante la combinación de ambas técnicas para lograr una protección mayor.
La presente tesis aborda el uso de los microprocesadores embarcados en misiones espaciales en FPGAs de tipo comercial, tomando como caso de estudio un “soft processor” de arquitectura RISC-V. Esta arquitectura se distingue por ser abierta, lo que facilita y abarata el desarrollo de un diseño, que junto a otras características propias de ella, la convierte en una candidata ideal para este trabajo. El microprocesador utilizado en los procesos experimentales ha sido implementado en una FPGA. La aportación de la presente tesis radica en dos aportaciones: la primera, en la caracterización de un “soft processor” de arquitectura RISC-V frente a errores aislados para determinar su tolerancia a fallos. La segunda, en la propuesta de dos técnicas de protección de los componentes del microprocesador anteriormente analizado, que usando las ventajas de la implementación en un dispositivo programable, protege dichos módulos de una forma más eficiente que otras soluciones.
Debido a la continua miniaturización de los componentes electrónicos, su susceptibilidad frente a soft errors inducidos por radiación ha ido aumentando durante los últimos años. Este obstáculo es de vital importancia para el uso de estos elementos en aplicaciones espaciales, ya que se encuentran expuestos a numerosas fuentes de partículas radiactivas. Para compensar esta carencia, a lo largo de los años se han desarrollado numerosas técnicas de tolerancia a fallos. Estas soluciones se clasifican habitualmente en técnicas de prevención de fallos, que emplean componentes resistentes a radiación para prevenir la ocurrencia de errores, y técnicas de mitigación de fallos, que hacen uso de funciones lógicas para detectar o corregir los errores una vez que se han producido. La efectividad de las primeras se está viendo reducida con los avances tecnológicos, mientras que las últimas tienen un efecto considerable en el retardo, el área y el consumo energético del sistema.
El consumo energético es otro de los grandes desafíos de la electrónica en la actualidad. Debido al auge de los dispositivos alimentados por baterías, la reducción del consumo medio de los circuitos ha adquirido una importancia capital. Esta situación es especialmente relevante para sistemas espaciales, donde la disponibilidad de fuentes de energía es escasa. Dado el reciente interés en el uso de nanosatélites, la importancia de diseñar circuitos capaces de operar a bajo consumo ha aumentado aún más, ya que un factor limitante para estos vehículos es precisamente el consumo. Desgraciadamente, los circuitos que se encuentran en estos satélites también deben contar con medios de protección contra radiación para garantizar el éxito de la misión.
En esta tesis se evaluará la condición de equilibrio establecida entre área y consumo en registros tolerantes a fallos. A través de un estudio preliminar de varias técnicas de mitigación de soft errors cuyas características son representativas del conjunto, el conocimiento necesario para determinar la efectividad de cada técnica será adquirido.
Este conocimiento será luego empleado para proponer dos metodologías novedosas destinadas a reducir el consumo energético en registros tolerantes a fallos. La primera de estas se centra en alcanzar una solución de compromiso entre el retardo, el área y el consumo energético que permita al diseñador adaptar la protección del sistema a los requerimientos de diseño. Esta metodología emplea únicamente el número de biestables a proteger y la actividad de cada uno de estos para proponer una solución alternativa.
La segunda metodología expone la importancia del orden de las entradas de un código de corrección de errores en su consumo energético medio. Basándose en la descripción a nivel de registros y de puertas del sistema, se proponen una serie de pasos a ejecutar para reducir la actividad global del diseño. Aplicando estos pasos, las entradas al codificador se reordenan de forma rápida para reducir el consumo medio del diseño, lo que hace esta metodología adecuada para su uso en registros en sistemas complejos.
A través de la comprensión previamente adquirida del consumo en registros tolerantes a fallos, se ha desarrollado un estimador de área y consumo para estos sistemas. Este estimador utiliza como entradas la longitud del registro y la actividad media de sus entradas, y proporciona como salidas una estimación del área y el consumo de este registro protegido empleando varias técnicas de tolerancia a fallos. La evaluación de los resultados muestra que los valores predichos por el estimador cometen un error relativo de menos del 5% respecto a los valores determinados a través de la síntesis y simulación del circuito, mientras que el tiempo necesario para obtener estos se ve enormemente reducido.
Star trackers are autonomous, high-accuracy electronic systems used to determine the attitude of a spacecraft. Typical star tracker systems can weigh from 1 to 7 kilograms and consume up to 15 watts of power. These technical specifications imply a high demand of weight and power that small spacecraft such as picosats or CubeSats cannot afford. Therefore, classic star trackers are not yet suitable for these smallsat applications.
In recent years, Commercial Off-The-Shelf (COTS)-based star trackers are growing in importance for low-cost and short-duration missions due to the emergence of the previously mentioned small-size spacecraft. The current trend in COTS electronic devices is to increase component density and functionalities, so they are interesting alternatives to implement complex attitude determination algorithms. However, electronics miniaturization also makes these devices more susceptible to radiation-induced errors caused by ionizing radiation. Energetic particles can collide with the transistors of the device leading to e.g. Single-Event Upsets (SEUs), a type of error that modifies the value of a memory cell. Consequently, COTS components are not fully prepared to operate in space applications.
In order to mitigate these radiation effects in electronic devices, expensive manufacturing processes can be used. However, this approach is inconsistent with low-cost COTS-based projects, so a Radiation Hardening by Design (RHBD) approach is usually followed. Typically, when the complexity and heterogeneity of the system that is going to be implemented in the COTS component is high, classic protection schemes based on modular redundancy are chosen to shorten development times.
The main drawbacks of the previously mentioned approaches are related to the high resource usage and power consumption. In this thesis, a divide-and-conquer approach combined with ad-hoc protection techniques is presented to create a fault tolerant image processing system of a COTS-based star tracker. The image processing system has been divided into smaller and less complex modules with homogeneous properties that have been protected using custom techniques. These techniques have been developed to obtain the right balance between the resource overhead added to the unprotected design and the final error detection/correction rate achieved.
The effectiveness of the combined strategy proposed in this thesis has been validated creating a completely functional image processing system of a star tra-cker. The protected system has been evaluated in terms of resource usage, error detection rate, and reconfiguration rate obtaining positive results. The number of undetected errors achieved is similar to classic redundancy-based approaches, but it uses fewer FPGA resources and requires fewer unnecessary reconfigurations. Moreover, the effect of the undetected errors has been measured to verify that they do not heavily affect the subsequent star identification algorithms. Therefore, it can be concluded that the proposed ``divide-and-conquer'' approach combined with ad-hoc protection techniques can be used to adapt the fault tolerance of a complex system to the mission requirements. In particular, a fault tolerant image processing system based on COTS components has been successfully designed and implemented using this approach.
Esta tesis contiene un estudio del estado del arte sobre los EHSAs (Energy Harvesting Shock Absorbers) exhaustivo, clasificando cada una de las tecnologías que se presentan en la literatura según el principio de funcionamiento. Se muestran datos de la potencia de los sistemas desarrollados por cada autor, así como también sus eficiencias, su fuerza de amortiguamiento o sus coeficientes de amortiguamiento.
Los estudios llevados a cabo dentro del contexto de esta tesis están centrados, primero, en plantear una metodología que permita comparar las distintas tecnologías existentes, entre sí.
En segundo lugar, aplicando esta metodología a los sistemas que mayor impacto han tenido en la literatura, se proponen modelos matemáticos y computacionales para su posterior simulación. En estos modelos se analizan las deficiencias y virtudes de cada sistema lo que permite plantear una propuesta alternativa a las presentadas en la bibliografía.
El diseño de una motocicleta se caracteriza por el alto grado de incertidumbre que rodea a cada decisión, lo que unido al elevado número de disciplinas involucradas desemboca en un proceso complejo y sujeto a una alta cantidad de relaciones de dependencia que hacen difícil de predecir el impacto de cada acción realizada. Este aspecto ha motivado que el actual proceso de desarrollo adquiera una estructura iterativa, basada en una comunicación continúa entre las disciplinas involucradas y fuertemente dependiente de la experiencia del equipo de ingeniería con el propósito de maximizar el número de soluciones satisfactorias en el menor tiempo posible.
Esta problemática que rodea al actual proceso de diseño funcional es la que ha motivado los objetivos de esta tesis. El trabajo de investigación de esta tesis tiene por objeto establecer las directrices y fundamentos para la construcción de un sistema integrado y autónomo, en el que todas las acciones del proceso sean gestionadas por agentes de decisión de distinta naturaleza matemática y sin requerir intervención humana. De esta forma se pretende dejar atrás las limitaciones del actual proceso y abogar por la construcción de una metodología en la que se potencie la capacidad de exploración, las relaciones de dependencia sean inducidas por el propio sistema y no requieran de la comunicación del equipo de ingeniería y en el que las acciones a ejecutar estén basadas en criterios funcionales y objetivos.
De todas las fases del proceso de desarrollo de una motocicleta, este trabajo de investigación se centra en la automatización e integración de todas las acciones y evaluaciones inherentes a las fases iniciales del diseño funcional: Diseño Conceptual, las evaluaciones funcionales correspondientes durante la fase de Cálculo y Simulaciones y su representación 3D previa a la fase de Diseño en Detalle. La consecución de este trabajo aporta nuevos conocimientos sobre la aplicación de técnicas de inteligencia artificial, diseño generativo e integrado al mundo de las motocicletas. Finalmente, con objeto de probar la validez y desempeño de la metodología expuesta, se muestra su aplicación al proceso de diseño funcional de una motocicleta de competición.
Se trataron temas como la Movilidad Inteligente e innovadora, las Nuevas Tecnologías en Ciudades y Redes de Transporte, o la Ciencia para Explicar el Mundo. Terminando con el Foro de Empleo en el que parciparon empresas como Iberdrola, Ikea, Hyunday o Deloitte.