REVISTA_ II_vol8.indd - universidad santo tomas de bucaramanga
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DIRECTIVOS<br />
Fr. Faustino Corchuelo Alfaro, O.P.<br />
Rector<br />
Fr. Guillermo León Villa Hincapié O.P.<br />
Vicerrector Académico<br />
Fr. Guillermo León Villa Hincapié O.P.<br />
Decano División <strong>de</strong> Ingenierías y<br />
Arquitectura<br />
Fr. José Rodrigo Arias Duque O.P.<br />
Vicerrector Administrativo-Financiero<br />
CORRECCIÓN ORTOGRÁFICA<br />
Y DE ESTILO<br />
Ciro Antonio Rozo Gauta<br />
PRODUCCIÓN CREATIVA<br />
Departamento <strong>de</strong> Publicaciones<br />
Directora Dpto. Publicaciones<br />
C.P. Luz Marina Manrique Cáceres<br />
Diseño y Diagramación<br />
Pub. Luis Alberto Barbosa Jaime<br />
IMPRESIÓN<br />
Distrigraf<br />
PERIODICIDAD<br />
Semestral<br />
© Universidad Santo Tomás<br />
ISSN 1692 - 1798<br />
EDITOR<br />
Luis Ómar Sarmiento Álvarez, MSc, PhD(c)<br />
COMITÉ EDITORIAL<br />
Luis Ómar Sarmiento Álvarez, M.Sc.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Juliana Puello Mén<strong>de</strong>z, M.Sc.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Fredy Humberto Vera Rivera, M.Sc.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Julio Roberto Pinzón Joya, Ph.D.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Alberto González Salvador, Ph.D.<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia,<br />
España<br />
José Millet Roig, Ph.D.<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia,<br />
España<br />
Arturo Plata Gómez, Ph.D.<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r,<br />
Colombia<br />
COMITÉ CIENTÍFICO<br />
Yudy Natalia Flórez Ordóñez, Ph.D.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Rolando Enrique Guzmán López, Ph.D.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Sonia Hernán<strong>de</strong>z Rueda, Ph.D.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Leonardo Acevedo Duarte, Ph.D.<br />
Universidad Santo Tomás,<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Elías <strong>de</strong> los Reyes, Ph.D.<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia, España<br />
Francisco Morant Anglada<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia, España<br />
José Ma. Blanco Triana, Ph.D.<br />
Politecnico di Torino, Italia.<br />
Héctor Esteban González<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia, España<br />
Juan Carlos Guerri Cebolleda<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia, España<br />
Oscar Elías Herrera Bedoya, Ph.D.<br />
Universidad Sergio Arboleda, Colombia<br />
La revista ITECKNE ha sido aceptata en los siguientes índices bibliograficos y bases bibliograficas:<br />
• Índice Bibliográfico Nacional - PUBLINDEX<br />
• Sistema regional <strong>de</strong> información en línea para revistas científicas <strong>de</strong> América Latina, el Caribe, España y Portugal. - LATINDEX<br />
• EBSCO Publishing<br />
• Índice Actualidad Iberoamericana - CIT<br />
Cada artículo es responsabilidad <strong>de</strong> su autor y no refleja la posición <strong>de</strong> la revista. Se autoriza la reproducción <strong>de</strong> los artículos siempre y<br />
cuando se cite al autor y la revista Iteckne. Agra<strong>de</strong>cemos el envío <strong>de</strong> una copia <strong>de</strong> la reproducción a esta dirección: Universidad Santo<br />
Tomás, Faculta<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Ingeniería.<br />
Carrera 18 No. 9-27 Servicio al Cliente Iteckne Teléfono: + 57 7 6800801 Ext. 1411- 1421 Fax: 6800801 Ext. 1346<br />
E-mail: iteckne@gmail.com - iteckne@mail.ustabuca.edu.co<br />
Bucaramanga - Santan<strong>de</strong>r
Contenido<br />
Revista ITECKNE Vol 8 Nº 2 julio - diciembre <strong>de</strong> 2011<br />
Editorial.......................................................................................................................................................................117<br />
ARTÍCULOS DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN<br />
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong><br />
optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos<br />
Proposal for the improvement of the Lean Manufacture Methodology by optimization<br />
of manufacture systems and discrete event mo<strong>de</strong>ling............................................................................................119<br />
Frank Nicolás Delgado Moreno,Eliseo Gallo<br />
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en<br />
estibas en una bo<strong>de</strong>ga<br />
Development of a heuristic mo<strong>de</strong>l to optimize the handling of material<br />
in pallets in a warehouse...........................................................................................................................................132<br />
Laura Manotas Romero, Diana Ramírez Ríos<br />
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC<br />
Liquid Packaging Process: Mo<strong>de</strong>ling with Petri Nets and Simulation with LabVIEW and DSC.............................147<br />
Miguel Ángel Trigos Martínez, Jair Leandro Landínez Salazar<br />
Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> optimización en la gestión <strong>de</strong> inventarios mediante algoritmos genéticos<br />
Mo<strong>de</strong>l for inventory optimization using genetic algorithms...................................................................................156<br />
César Hernando Valencia Niño, Silvia Nathalia Cáceres Quijano<br />
Clasificación ABC Multicriterio: Tipos <strong>de</strong> Criterios y Efectos en la Asignación <strong>de</strong> Pesos<br />
Multi-criteria ABC Classification: Types of Criteria and their effects on Weights Assignment.............................163<br />
Carlos Alberto Castro Zuluaga, Jaime Andrés Castro Urrego, Mario César Vélez Gallego<br />
Diseño y Elaboración <strong>de</strong> las Tecnologías <strong>de</strong> Inspección Basadas en Herramientas <strong>de</strong> Limpieza<br />
para el Registro y Análisis <strong>de</strong> los Parámetros <strong>de</strong> Operación en Líneas <strong>de</strong> Transporte <strong>de</strong> Hidrocarburos<br />
Design and Elaboration of the Inspection Technologies Based on Cleaning Tools for Registration<br />
and Analysis of the Operation Parameters in Hydrocarbon Pipelines...................................................................171<br />
Mario Alberto Quintero, Hernán Alfonso Garnica, Sergio Quintero, Humberto Zambrano Medina,<br />
Ely Dannier V. Niño<br />
Algoritmo para generación <strong>de</strong> Controladores Difusos Interpretables. Aplicación a un proceso <strong>de</strong> presión<br />
Algorithm for generating interpretable fuzzy controllers: an application to a pressure process..........................177<br />
Juan Antonio Contreras Montes, David Javier Muñoz Aldana
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial<br />
para un robot móvil<br />
Planning of paths and trajectories by genetic algorithms and potential fields for a mobile robot......................183<br />
Diego A. Tibaduiza Burgos, Roberto Martínez Ángel, Jaime G. Barrero Pérez<br />
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> telefonía celular<br />
Validation of the CellGis tool to simulate radiowave propagation in cellular networks........................................193<br />
Aura Liliana Beltrán Blanco, Celso Andrés Forero F., Homero Ortega Boada, César Camilo Rodríguez S.<br />
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión<br />
Effective representation of physiological dynamics by fuzzy rough set: a review.................................................204<br />
Diana Alexandra Orrego Metaute, Edilson Delgado Trejos<br />
ARTÍCULOS DE DISCUSIÓN ACADEMICA<br />
Procesamiento <strong>de</strong> imágenes bajo Windows CE utilizando el procesador ARMv 4I<br />
Image Processing on Windows CE using the processor ArMV 4I............................................................................216<br />
Jorge Andrés Álvarez Triana, José Armando Fernán<strong>de</strong>z Gallego<br />
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar<br />
el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso: División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información<br />
<strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Design and implementation of a software component repository as a support for the <strong>de</strong>velopment<br />
of business software - Case: Information Services at Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r..............................223<br />
Fernando Antonio Rojas Morales, Fredy Humberto Vera Rivera ......<br />
Instrucciones a los autores Revista ITECKNE...........................................................................................................234<br />
Instructions to the authors, Iteckne Journal.............................................................................................................237<br />
La revista ITECKNE es una publicación <strong>de</strong> la División <strong>de</strong> Ingenierías <strong>de</strong> la Universidad Santo Tomás, Seccional <strong>de</strong> Bucaramanga, integrada<br />
por las Faculta<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Ingeniería <strong>de</strong> Telecomunicaciones, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial y Química Ambiental. Actualmente<br />
la Revista está in<strong>de</strong>xada en el Índice Bibliográfico Nacional Publin<strong>de</strong>x y en el Sistema Regional <strong>de</strong> Información en Línea para Revistas<br />
Científicas <strong>de</strong> América Latina, el Caribe, España y Portugal LATINDEX, y ha sido aceptada en el sistema <strong>de</strong> bases <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> EBSCO (Fuente<br />
Académica). Su objetivo es la divulgación <strong>de</strong> los resultados científicos y tecnológicos <strong>de</strong> las investigaciones que se realizan en su seno,<br />
y en otras <strong>universidad</strong>es a nivel nacional e internacional. La revista cuenta con la participación <strong>de</strong> diversos investigadores nacionales e internacionales,<br />
por esta razón recibe contribuciones en idiomas Español e Inglés. La revista ITECKNE está dirigida a estudiantes, docentes e<br />
investigadores interesados en las áreas en las que se inscribe cada una <strong>de</strong> las publicaciones. La revista aceptará preferiblemente artículos<br />
<strong>de</strong> investigación e innovación con un alto nivel <strong>de</strong> calidad, y también aceptará artículos cortos y reportes <strong>de</strong> caso.
Editorial<br />
La presente edición <strong>de</strong> la Revista ITECKNE Innovación e Investigación<br />
en Ingeniería, es la primera <strong>de</strong> la Universidad Santo Tomás, Bucaramanga<br />
en estar incluida en las bases <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> EBSCO según<br />
convenio firmado con esa entidad el pasado mes <strong>de</strong> agosto. Entre los<br />
beneficios <strong>de</strong> indizar nuestra Revista en las bases <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> EBSCO,<br />
está la apertura <strong>de</strong> una opción <strong>de</strong> visibilidad que incrementa la difusión<br />
y las consultas y posibilita las citas a los artículos. Este logro apoya<br />
el cumplimiento <strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los objetivos <strong>de</strong> la Revista, con el que se<br />
busca que la literatura científica publicada en ella se difunda eficaz y<br />
rápidamente en la región, consolidándola a nivel internacional.<br />
Des<strong>de</strong> inicios <strong>de</strong>l año 2011, la Revista ITECKNE ha estado preparándose<br />
para ser presentada a nuevas in<strong>de</strong>xaciones internacionales.<br />
Es así como se han incorporado cambios para cumplir con las exigencias<br />
planteadas por la Red <strong>de</strong> Revistas Científicas <strong>de</strong> América Latina,<br />
el Caribe, España y Portugal, que conforman el Sistema <strong>de</strong> Información<br />
Científica REDALYC.<br />
REDALYC clasifica en tres grupos los criterios que <strong>de</strong>be cumplir una<br />
revista, relacionados con criterios básicos, criterios <strong>de</strong> calidad editorial<br />
y criterios editoriales (disponibles en http://redalyc.uaemex.mx/)<br />
que resumo a continuación y que, a su vez, caracterizan a la presente<br />
y a la anterior edición <strong>de</strong> la Revista ITECKNE.<br />
En el primer grupo, compuesto por 12 criterios básicos consi<strong>de</strong>rados<br />
por REDALYC como indispensables, se encuentra: la antigüedad<br />
mínima y los números editados con periodicidad regular y sin retraso;<br />
el contenido científico en el cual al menos el 75% <strong>de</strong> las colaboraciones<br />
publicadas en cada fascículo <strong>de</strong>ben ser resultados originales<br />
producto <strong>de</strong> investigaciones científicas; la revisión por pares realizada<br />
bajo la modalidad <strong>de</strong> doble ciego, el proceso <strong>de</strong> dictamen exige anonimato<br />
y <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong>tallada <strong>de</strong>l proceso; todo artículo postulado<br />
para publicación <strong>de</strong>be ser original e inédito y no estar postulado para<br />
publicación simultáneamente en otras revistas; cumplimiento <strong>de</strong> periodicidad,<br />
incluir pie <strong>de</strong> imprenta, fechas <strong>de</strong> recepción y aceptación;<br />
datos <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación en portada como título completo, número <strong>de</strong><br />
ISSN, volumen y número, fecha <strong>de</strong> edición, e indicar los meses que cubre<br />
el número editado. Para cumplir a cabalidad con estas exigencias,<br />
el Comité Editorial <strong>de</strong> la Revista ITECKNE, no publica a partir <strong>de</strong> este<br />
número, la lista <strong>de</strong> árbitros con el fin <strong>de</strong> cumplir con la exigencia <strong>de</strong><br />
que el proceso <strong>de</strong> dictaminación sea completamente anónimo.<br />
En el segundo grupo, compuesto por 27 parámetros relacionados<br />
con criterios <strong>de</strong> calidad editorial, e incorporados en la revista ITECK-<br />
NE, se encuentra: datos <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación en portada en don<strong>de</strong> compruebe<br />
la existencia <strong>de</strong> un consejo editorial con nombre completo <strong>de</strong><br />
cada miembro, objetivo <strong>de</strong> la publicación, cobertura temática, periodo
que abarca en meses la publicación, normas <strong>de</strong> elaboración <strong>de</strong> las referencias<br />
bibliográficas, listado <strong>de</strong>l registro en sistemas <strong>de</strong> in<strong>de</strong>xación<br />
o bases <strong>de</strong> datos y condiciones bajo las que se reservan los <strong>de</strong>rechos<br />
<strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> contenidos; datos <strong>de</strong> la institución editora: mención<br />
visible <strong>de</strong> la institución editora, ciudad, país, dirección postal, dirección<br />
electrónica, teléfono y/o fax; tabla <strong>de</strong> contenido o índice con título<br />
completo en el idioma original y traducción al inglés <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong><br />
las colaboraciones, nombre completo <strong>de</strong> los autores <strong>de</strong> cada artículo<br />
y página <strong>de</strong> inicio <strong>de</strong> cada artículo; mención <strong>de</strong> la institución <strong>de</strong> adscripción<br />
y país don<strong>de</strong> se localiza la institución <strong>de</strong> adscripción <strong>de</strong> cada<br />
uno <strong>de</strong> los autores y mención <strong>de</strong>l correo electrónico al menos <strong>de</strong> uno<br />
<strong>de</strong> los autores <strong>de</strong> cada artículo; i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> los contenidos <strong>de</strong><br />
cada artículo, y resumen y palabras clave <strong>de</strong> todos y cada uno <strong>de</strong> los<br />
artículos en el idioma original <strong>de</strong>l trabajo y en inglés; i<strong>de</strong>ntificación<br />
<strong>de</strong>l artículo mediante membrete bibliográfico en la página inicial <strong>de</strong><br />
todos los artículos que incluya: nombre <strong>de</strong> la Revista o ISSN, volumen<br />
y número, periodo que cubre la edición, indicar meses y años, páginas<br />
que abarca el artículo, fecha <strong>de</strong> recepción <strong>de</strong> cada artículo y fecha <strong>de</strong><br />
aceptación/publicación <strong>de</strong> cada artículo.<br />
En un tercer grupo se hallan los criterios editoriales, también incorporados<br />
en el presente número <strong>de</strong> la Revista ITECKNE. Se encuentra:<br />
mención <strong>de</strong>l directorio completo <strong>de</strong> la revista, editor, editores adjuntos,<br />
corrector, traductor y diseñador; indicar la filiación institucional <strong>de</strong> los<br />
miembros <strong>de</strong>l consejo editorial, indicado el país; mención explícita <strong>de</strong><br />
la participación <strong>de</strong> evaluadores externos en el proceso <strong>de</strong> dictamen;<br />
indicar explícitamente el público al que se dirige la revista; incluir las<br />
instrucciones a los autores en inglés; homogeneidad <strong>de</strong> los fascículos<br />
en cuanto a número <strong>de</strong> artículos publicados; verificar que las referencias<br />
bibliográficas sean acor<strong>de</strong>s con lo indicado en las instrucciones<br />
a los autores, i<strong>de</strong>ntificar el artículo mediante membrete bibliográfico<br />
en páginas interiores don<strong>de</strong> se incluya: Nombre <strong>de</strong> la revista o ISSN,<br />
volumen y número, periodo que cubre la edición indicando meses y<br />
años, nombre <strong>de</strong> los autores, i<strong>de</strong>ntificar prácticas editoriales científicas<br />
como el sistema OJS; sistemas <strong>de</strong> in<strong>de</strong>xación y bases <strong>de</strong> datos<br />
que <strong>de</strong>clara la revista. Respecto al empleo <strong>de</strong>l sistema Open Journal<br />
System, la Revista ITECKNE li<strong>de</strong>ra la implementación <strong>de</strong>l sistema y se<br />
espera entre en marcha a mediados <strong>de</strong>l 2012.<br />
Para que una revista sea aceptada por REDALYC se <strong>de</strong>ben cumplir<br />
todos y cada uno <strong>de</strong> los criterios básicos y al menos 20 criterios generales.<br />
He ahí el reto que el Comité Editorial <strong>de</strong> la revista ITECKNE ha<br />
<strong>de</strong>cidido asumir.<br />
Luis Omar Sarmiento Álvarez, PhD (c)<br />
Editor<br />
luisomar.sarmiento@gmail.com
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong><br />
Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización<br />
<strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong><br />
eventos discretos<br />
Frank Nicolás Delgado Moreno<br />
Magíster en Ciencias <strong>de</strong> Sistemas <strong>de</strong> Manufactura,<br />
Tecnológico <strong>de</strong> Monterrey, México.<br />
Magíster en Ciencias <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> Calidad y Productividad.<br />
Tecnológico <strong>de</strong> Monterrey, México.<br />
Lí<strong>de</strong>r, Investigador Grupo CAYPRO, Universidad Santo Tomás<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Franknicolas12@ustabuca.edu.co<br />
Eliseo Gallo<br />
Doctor Management Information Systems,<br />
Universidad <strong>de</strong>l Turabo Puerto Rico,<br />
Investigador Grupo SIGMMA, Universidad Santo Tomás Bucaramanga,<br />
Colombia<br />
eligallo@gmail.com<br />
Resumen- La competitividad internacional ha obligado<br />
a las empresas <strong>de</strong> todos los países a evolucionar continuamente<br />
en los procesos <strong>de</strong> mejoramiento continuo<br />
con el fin <strong>de</strong> mejorar la calidad <strong>de</strong> los procesos y productos<br />
y reducir los costos que implican; la metodología <strong>de</strong><br />
manufactura esbelta ha sido en los últimos años a nivel<br />
internacional una <strong>de</strong> las principales metodologías para<br />
la reducción <strong>de</strong> costos, por esta razón a través <strong>de</strong>l tiempo<br />
ha tenido un mejoramiento continuo para las exigencias<br />
contemporáneas, tecnológicas, regionales y tipos<br />
<strong>de</strong> empresa; la presente propuesta se realiza con el fin<br />
<strong>de</strong> mejorar la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta al incorporar<br />
aspectos financieros, mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> sistemas<br />
<strong>de</strong> manufactura y simulación con el fin <strong>de</strong> adaptarla a<br />
empresas <strong>de</strong> alta variabilidad en sus productos y procesos<br />
como son las pequeñas y medianas empresas en la<br />
Ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
La metodología Esbelta es la principal metodología<br />
utilizada por las empresas <strong>de</strong> Manufactura<br />
en el Mundo, (Ver Fig. 1).<br />
FIG. 1. PRINCIPALES METODOLOGÍAS DE MEJORAMIENTO UTILIZADAS EN<br />
MANUFACTURA EN EL MUNDO<br />
Palabras clave- Manufactura Esbelta, Simulación, Mo<strong>de</strong>lación<br />
<strong>de</strong> Sistemas <strong>de</strong> Manufactura, EBIT, ROI<br />
Abstract- The international competition has forced<br />
companies from all countries to be continually evolving<br />
process of continuous improvement in or<strong>de</strong>r to improve<br />
the quality of processes and products and reduce<br />
the costs they involve, the methodology of lean manufacturing<br />
has been in recent years at international level<br />
one of the main methods for reducing costs, for this<br />
reason over time has had a continuous improvement<br />
to contemporary <strong>de</strong>mands, technological, regional and<br />
business types, this proposal is carried out to improve<br />
the methodology of incorporating lean manufacturing to<br />
financial, manufacturing systems mo<strong>de</strong>ling and simulation<br />
in or<strong>de</strong>r to adapt to business of high variability in<br />
their products and processes such as small and medium<br />
enterprises in the city of Bucaramanga.<br />
Keywords- Lean Manufacturing, Simulatión Manufacturing<br />
Systems Mo<strong>de</strong>ling, EBIT, R<br />
Fuente: Manufacturing performance institute citado en Piuzzi, (2009)<br />
La Fig. 1. Muestra la Metodología Lean como la<br />
principal metodología en Mejoramiento continuo<br />
utilizada en el mundo, La metodología Lean es implementada<br />
en diferentes empresas con resultados<br />
verificables y comprobables como (Dailey, 2003):<br />
• Reducción <strong>de</strong> costos <strong>de</strong> fabricación entre un<br />
30 a 50%<br />
• Reducción <strong>de</strong> inventarios <strong>de</strong> materia prima,<br />
producto terminado, producto en proceso en<br />
más <strong>de</strong>l 80%<br />
Recibido: 20/08/2011/ Aceptado: 18/10/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131
120<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
• Mejora <strong>de</strong> la calidad <strong>de</strong>l servicio para los<br />
clientes<br />
• Reducción <strong>de</strong> los tiempos <strong>de</strong> atraso<br />
• Mejora calidad <strong>de</strong> productos y servicios<br />
• Reducción <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> mano <strong>de</strong> obra, y aumento<br />
<strong>de</strong> la productividad<br />
• Aumento en la eficiencia y uso <strong>de</strong> los equipos<br />
e instalaciones <strong>de</strong> planta<br />
• Altos rendimientos<br />
• Sistema más flexible para respon<strong>de</strong>r a los<br />
cambios<br />
• Disminución <strong>de</strong> <strong>de</strong>sperdicios o <strong>de</strong>spilfarros<br />
• Aumento <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> caja por aumento en frecuencia<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>spachos y cobros<br />
Por los anteriores beneficios registrados por la<br />
Metodología Lean, los investigadores en la línea <strong>de</strong><br />
mejoramiento continuo han <strong>de</strong>sarrollado un continuo<br />
mejoramiento sobre esta Metodología;los<br />
mejoramientos sobre la metodología lean han<br />
aumentado los beneficios <strong>de</strong> resultado en las<br />
aplicaciones <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> acuerdo a las<br />
necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las empresas que están sujetas<br />
a variables financieras, logísticas, <strong>de</strong> producción y<br />
posiciones estratégicas limitadas lo cual se transforma<br />
en necesidad <strong>de</strong> adaptar la metodología a<br />
las necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las empresas según la región<br />
<strong>de</strong>l mundo.<br />
<strong>II</strong>. PRINCIPALES METODOLOGÍAS DE<br />
MANUFACTURA ESBELTA<br />
En Estados Unidos algunas <strong>de</strong> las principales<br />
metodologías utilizadas en Manufactura Esbelta,<br />
son la “Metodología <strong>de</strong> Tapping”, Tapping (2002);<br />
la Metodología <strong>de</strong> Nigel Wood, Wood. (2004), y<br />
en México la “Metodología <strong>de</strong> Rosalba Sánchez”,<br />
Sánchez, (2005); estas tres Metodologías fueron<br />
comparadas en cuanto a beneficios y ventajas<br />
ofrecidas por cada respectiva metodología obtuvo<br />
la Tabla I<br />
TABLA I<br />
SELECCIÓN DE LA METODOLOGÍA DE DE MANUFACTURA ESBELTA<br />
Fuente: Los Autores<br />
En la Tabla I se muestra la comparación entre<br />
las diferentes metodologías <strong>de</strong> Manufactura esbelta<br />
utilizadas en Países como México y Estados<br />
Unidos; la Metodología <strong>de</strong> Sánchez muestra ser la<br />
más completa <strong>de</strong> las tres metodologías, por esta<br />
razón se tomó como base para adaptar al sistema<br />
manufacturero con alta variabilidad en los procesos<br />
y productos <strong>de</strong> pequeñas y medianas empresas<br />
<strong>de</strong> la Ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga<br />
A. Metodología <strong>de</strong> Rosalba Sánchez<br />
Sánchez, (2005) divi<strong>de</strong> la metodología en tres<br />
fases, la Fase <strong>de</strong> preparación, Fase <strong>de</strong> Análisis y<br />
Fase <strong>de</strong> implementación. (Ver Figura 2)
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
121<br />
Fig. 2 METODOLOGÍA DE ROSALBA SÁNCHEZ (SÁNCHEZ, 2005)<br />
Fuente: Metodología integral <strong>de</strong> Implantación <strong>de</strong>l un sistema <strong>de</strong> Manufactura Esbelta Sánchez (2005)<br />
La Figura 2 muestra el esquema <strong>de</strong> la metodología<br />
dividida en las tres fases anteriormente<br />
nombradas; las fases están divididas en pasos<br />
interiores. (Sánchez, 2005).<br />
<strong>II</strong>I. METODOLOGÍA PROPUESTA<br />
Según Cruz y Ramírez (2008), la Metodología<br />
<strong>de</strong> Manufactura Esbelta es <strong>de</strong>sconocida para la<br />
Mayoría <strong>de</strong> los sectores empresariales; los sectores<br />
empresariales en Colombia están limitados<br />
a aplicar normas ISO, (International Organization<br />
for Standarization) estas normas permiten que un<br />
producto o servicio tenga un estándar <strong>de</strong> calidad<br />
para ser aceptado en un mercado, cuando un producto<br />
es aceptado en un mercado no se garantiza<br />
productividad ni competitividad ni calidad ni mejoras<br />
financieras, (Hurtado, et al. 2009).<br />
Las ganancias en productividad y competitividad<br />
están registradas en beneficios anteriormente<br />
nombrados; pero estos beneficios no han<br />
sido alcanzados por la mayoría <strong>de</strong> empresas en la<br />
ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga por el <strong>de</strong>sconocimiento<br />
<strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> Metodologías como Manufactura<br />
esbelta o la incorrecta aplicación <strong>de</strong> ellas; por<br />
esta razón se propone la siguiente metodología<br />
a<strong>de</strong>cuada para las necesida<strong>de</strong>s empresariales en<br />
ciuda<strong>de</strong>s don<strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> metodologías es <strong>de</strong>sconocido<br />
o no se ha introducido a<strong>de</strong>cuadamente<br />
lo que afecta los resultados <strong>de</strong> la Metodología.<br />
La metodología conserva los aspectos importantes<br />
<strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Sánchez. (2005),<br />
pero fueron incluidos tres pasos que los autores<br />
consi<strong>de</strong>ran importantes para la aplicación <strong>de</strong> la<br />
metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta; estos pasos<br />
incluidos son: Simulación <strong>de</strong>l Estado actual, Optimización<br />
<strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> Manufactura, Simulación<br />
<strong>de</strong>l Estado Futuro.<br />
La inclusión <strong>de</strong> los pasos anteriores se basa<br />
en solucionar los siguientes problemas <strong>de</strong>tectados<br />
por observación en diferentes empresas <strong>de</strong><br />
la ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga; estos problemas son:<br />
• Desconocimiento <strong>de</strong> la Metodología <strong>de</strong> Manufactura<br />
Esbelta<br />
• Desconocimiento <strong>de</strong> los Beneficios <strong>de</strong> la aplicación<br />
<strong>de</strong> la Metodología<br />
• Desconfianza por in<strong>de</strong>bida aplicación previa<br />
<strong>de</strong> conceptos o <strong>de</strong> herramientas <strong>de</strong> otro tipo<br />
<strong>de</strong> filosofías<br />
• Desconfianza respecto a los resultados <strong>de</strong> la<br />
implementación <strong>de</strong> la Metodología<br />
• Ausencia <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> Optimización <strong>de</strong><br />
sistemas <strong>de</strong> Manufactura
122<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
• Ausencia <strong>de</strong> Competitividad y productividad<br />
en sistemas <strong>de</strong> Manufactura.<br />
Con el enfoque <strong>de</strong> resolver los anteriores problemas<br />
se propone el siguiente Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Implementación<br />
<strong>de</strong> Manufactura Esbelta. (Ver Fig. 3).<br />
Fig. 3. MODIFICACIÓN POR EL AUTOR DEL MODELO DE IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA INTEGRAL<br />
DE IMPLANTACIÓN DEL UN SISTEMA DE MANUFACTURA ESBELTA DE SÁNCHEZ.<br />
Fuente: Los Autores<br />
La Figura 3 muestra los pasos <strong>de</strong> la Metodología<br />
<strong>de</strong> Sánchez (2005), con la inclusión <strong>de</strong> los<br />
tres pasos adicionales propuestos en la presente<br />
investigación; estos pasos son: Simulación <strong>de</strong>l Estado<br />
Actual, Mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong>l Sistema <strong>de</strong> Manufactura<br />
y Simulación final <strong>de</strong> resultados.<br />
El paso <strong>de</strong> Simulación <strong>de</strong>l Estado Actual muestra<br />
al equipo <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> la Metodología <strong>de</strong><br />
Manufactura Esbelta el comportamiento real <strong>de</strong>l<br />
estado actual <strong>de</strong>l sistema; la simulación evi<strong>de</strong>ncia<br />
por medio <strong>de</strong> los objetivos y métricas el estado<br />
real en el que se encuentra la empresa; las simulaciones<br />
a través <strong>de</strong> software <strong>de</strong> simulación como<br />
promo<strong>de</strong>l evitan costos operacionales y apoyan la<br />
toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones previa a una <strong>de</strong>cisión final sobre<br />
los resultados <strong>de</strong>l mapa <strong>de</strong> estado futuro <strong>de</strong><br />
la metodología lean, igualmente es un amigable<br />
entendimiento <strong>de</strong>l estado actual <strong>de</strong> la empresa.<br />
(Ver Fig.4).<br />
Fig. 4. IDENTIFICACIÓN DE LAS ÁREAS PARA SIMULACIÓN DEL MAPA DEL ESTADO ACTUAL DEL FLUJO DE VALOR<br />
Fuente: Los Autores
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
123<br />
La Fig. 4 Muestra un esquema <strong>de</strong>l mapa <strong>de</strong>l<br />
estado actual <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> valor <strong>de</strong> un Proceso crítico<br />
previamente seleccionado; el numeral 1 refleja<br />
la logística externa <strong>de</strong> la empresa con relación al<br />
producto, el tópico No. 2 indica la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> flujo<br />
<strong>de</strong> Valor <strong>de</strong>l producto crítico seleccionado según<br />
la filosofía <strong>de</strong> Manufactura Esbelta y el tópico No.<br />
3 indica algunas <strong>de</strong> las métricas que son objetivos<br />
<strong>de</strong> estudio <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> manufactura esbelta,<br />
(Ver Fig.5).<br />
Fig. 5. IDENTIFICACIÓN DE LAS ÁREAS DE SIMULACIÓN EN SOFTWARE EN EVENTOS DISCRETOS<br />
DEL MAPA DEL ESTADO ACTUAL DEL FLUJO DE VALOR<br />
Fuente: “A Functional Mo<strong>de</strong>ling and Discrete Event Simulation based approach to un<strong>de</strong>rstand the Lean Manufacturing System”, Valles, Nathan, y Viswanathan”.<br />
( 2005)<br />
La Fig. 5 muestra la distribución <strong>de</strong> la logística<br />
externa tópico 1, la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> valor en<br />
tópico 2 y algunas métricas <strong>de</strong> resultados en el<br />
tópico 3 como: entrega <strong>de</strong> ór<strong>de</strong>nes a tiempo, ór<strong>de</strong>nes<br />
retrasadas y nivel <strong>de</strong> servicio; los resultados<br />
específicos <strong>de</strong> las operaciones <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong><br />
valor son representados a través <strong>de</strong>l software <strong>de</strong><br />
eventos discretos (Ver Fig. 6).<br />
Fig. 6. DESCRIPCIÓN DE DATOS DE RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN DE MANUFACTURA<br />
ESBELTA EN UN SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS<br />
Fuente: “A Functional Mo<strong>de</strong>ling and Discrete Event Simulation based approach to un<strong>de</strong>rstand the Lean Manufacturing System, Valles, Nathan, y Viswanathan”.<br />
(2005). La Fig. 6 muestra la <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong> algunos datos <strong>de</strong> resultados en una simulación <strong>de</strong> eventos discretos, los datos <strong>de</strong> resultados <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> los<br />
objetivos y métricas <strong>de</strong>l proyecto.
124<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
El paso agregado <strong>de</strong> Mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong>l sistema<br />
<strong>de</strong> Manufactura, se basa en agregar herramientas<br />
que tengan como objetivo optimizar el proceso<br />
<strong>de</strong> manufactura y las operaciones <strong>de</strong> producción<br />
(Asking y standridge 1993); algunas <strong>de</strong> estas herramientas<br />
son:<br />
• Programación <strong>de</strong> Operaciones<br />
Líneas <strong>de</strong> ensamble (Métodos <strong>de</strong> Balanceo).<br />
• RPW por sus siglas en inglés “Ranked positional<br />
weight” Clasificación por peso posicional<br />
• Variabilidad en Tiempos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sempeño<br />
• Programación <strong>de</strong> la producción en sistemas<br />
orientados al proceso<br />
• Flujo<br />
• Secuenciación <strong>de</strong> tareas – Mo<strong>de</strong>los Mixtos<br />
• Tecnología <strong>de</strong> Grupos / Manufactura Celular<br />
• Algoritmo <strong>de</strong> or<strong>de</strong>namiento binario<br />
• La programación <strong>de</strong> operaciones tiene<br />
como objetivo calcular la organización <strong>de</strong><br />
las celdas <strong>de</strong> manufactura que permita el<br />
flujo <strong>de</strong> una pieza como la metodología <strong>de</strong><br />
manufactura esbelta requiere; la heurística<br />
<strong>de</strong> clasificación <strong>de</strong> peso posicional optimiza<br />
las celdas <strong>de</strong> manufactura para facilitar<br />
el flujo <strong>de</strong> una pieza; esta heurística<br />
construye una sola sucesión <strong>de</strong> la siguiente<br />
forma:<br />
Se <strong>de</strong>fine el “peso posicional” <strong>de</strong> la tarea j como<br />
PW ( j ) = t j<br />
+ ∑ r∈S(j)<br />
t r<br />
.<br />
S (j) = es el conjunto <strong>de</strong> sucesores <strong>de</strong> la tarea j<br />
t(j). = Tarea j actual<br />
∑ r∈S(j)<br />
t r =<br />
Sumatoria <strong>de</strong>l conjunto <strong>de</strong> tareas sucesoras<br />
<strong>de</strong> tj<br />
PW (j) es medida en tiempos <strong>de</strong> ciclo y el rango <strong>de</strong><br />
operación <strong>de</strong> la variable es: t(j) a(t(j)+∑ r∈S(j)<br />
t r<br />
). Ver<br />
Fig.7<br />
Fig. 7. EsquEma dE los pasos dE la clasificación dE EstacionEs por pEso posicional<br />
Fuente: Los Autores<br />
La Figura 7. Muestra un ejemplo <strong>de</strong> la secuenciación<br />
<strong>de</strong> la clasificación <strong>de</strong> peso posicional; el<br />
resultado es la optimización <strong>de</strong> las celdas <strong>de</strong> Manufactura.<br />
Las celdas <strong>de</strong> Manufactura <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la<br />
confiabilidad <strong>de</strong> cumplir con la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> los<br />
clientes; para cumplir con esta razón se introduce<br />
la séptima ley <strong>de</strong> Aleatoriedad con respecto<br />
a la Confiabilidad <strong>de</strong> las celdas <strong>de</strong> la siguiente<br />
forma:<br />
E(sk) = ∑jϵSkt j<br />
Var(sk) = ∑jϵSk σ 2 j<br />
El tiempo promedio <strong>de</strong> la tarea j es tj; sj2 la variancia<br />
<strong>de</strong>l tiempo <strong>de</strong> procesamiento <strong>de</strong> la tarea j. Un<br />
ejemplo <strong>de</strong> los pasos <strong>de</strong>l cálculo <strong>de</strong> la confiabilidad<br />
<strong>de</strong> las celdas <strong>de</strong> Manufactura se muestra en la Fig. 8
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
125<br />
Fig. 8. ESQUEMA DE LOS PASOS DEL CÁLCULO DE LA CONFIABILIDAD DE LAS CELDAS<br />
DE MANUFACTURA QUE FORMAN PARTE DE LA CADENA DE VALOR<br />
Fuente: Los Autores<br />
En la Figura 8. se muestra un ejemplo <strong>de</strong> la<br />
obtención <strong>de</strong> confiabilidad <strong>de</strong> las celdas a través<br />
<strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong> variabilidad en tiempos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sempeño.<br />
La programación <strong>de</strong> la producción en sistemas<br />
orientados al proceso con la secuenciación <strong>de</strong><br />
los mo<strong>de</strong>los mixtos tiene como objetivo secuenciar<br />
las tareas <strong>de</strong> los productos cuando estos son<br />
productos con diferentes tiempos <strong>de</strong> ciclo don<strong>de</strong><br />
se encarga <strong>de</strong> Minimizar la máxima <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong><br />
asignar la carga <strong>de</strong> trabajo promedio en el cuello<br />
<strong>de</strong> botella.<br />
j (i) el tipo <strong>de</strong> artículo colocado en el i-ésimo<br />
lugar; Un ejemplo <strong>de</strong> esta aplicación se observa<br />
en la Figura 9.<br />
Fig. 9. PROGRAMACIÓN DE PRODUCCIÓN CON PRODUCTOS MIxTOS<br />
Fuente: Los Autores
126<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
La Figura 9. Muestra el proceso para obtener la<br />
secuenciación optimizada <strong>de</strong> los productos mixtos<br />
en una línea <strong>de</strong> producción, esta herramienta apoya<br />
directamente el balanceo realizado con herramientas<br />
como heijunka en Manufactura Esbelta.<br />
Tecnología <strong>de</strong> Grupos tiene como objetivo Analizar<br />
los principios <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> grupos con<br />
respecto <strong>de</strong> tareas hacia máquinas y <strong>de</strong>tectar los<br />
grupos <strong>de</strong> productos por proceso; el Algoritmo <strong>de</strong> or<strong>de</strong>namiento<br />
binario optimiza la formación <strong>de</strong> grupos<br />
por medio <strong>de</strong> los siguientes pasos:<br />
• 1. Or<strong>de</strong>nar los renglones: asignar el valor 2 N-k<br />
a la columna k, sumar los valores obtenidos<br />
para evaluar cada renglón. Or<strong>de</strong>nar los renglones<br />
en or<strong>de</strong>n no creciente<br />
• 2. Or<strong>de</strong>nar columnas: asignar el valor 2 N-k al<br />
renglón k, evaluar cada columna. Or<strong>de</strong>nar<br />
las columnas en or<strong>de</strong>n no creciente.<br />
Un ejemplo <strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong>l algoritmo binario<br />
es presentado a continuación. (Ver Fig. 10)<br />
Fig. 10. ORDENAMIENTO DE TAREAS RESPECTO A PROCESOS.<br />
Fuente: Los Autores<br />
La Figura 10 muestra la acomodación i<strong>de</strong>al <strong>de</strong><br />
las máquinas en grupos según el proceso <strong>de</strong> la<br />
parte; esta acomodación apoya optimización <strong>de</strong><br />
las celdas <strong>de</strong> manufactura <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la metodología<br />
<strong>de</strong> Manufactura Esbelta.<br />
Los pasos incorporados a la Metodología <strong>de</strong><br />
Sánchez optimizan el sistema <strong>de</strong> Manufactura<br />
acompañando a los planes Kaizen.<br />
El paso <strong>de</strong> Optimización <strong>de</strong> los sistemas <strong>de</strong><br />
manufactura incorporado <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la metodolo-<br />
gía <strong>de</strong> Manufactura Esbelta se introduce <strong>de</strong>bido<br />
a la necesidad <strong>de</strong> conocer el estado previo <strong>de</strong> las<br />
líneas, recursos, distribución, asignación y maquinas<br />
como apoyo a la introducción <strong>de</strong> las herramientas<br />
<strong>de</strong> la Manufactura Esbelta. El paso <strong>de</strong><br />
simulación <strong>de</strong> los resultados finales en software<br />
<strong>de</strong> eventos discretos hace visibles los resultados<br />
<strong>de</strong> la implementación simulada <strong>de</strong> la metodología<br />
<strong>de</strong> Manufactura Esbelta (Ver Fig.11).<br />
Fig. 11. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE UN PRODUCTO MEDIANTE SIMULACIÓN EN PROMODEL DE UN MODELO DE MANUFACTURA ESBELTA<br />
Fuente: “A Statistical Analysis Using Simulation On a Lean Manufacturing Mo<strong>de</strong>l”, Ho Kok Hoe / K. Muthusamy (2010).
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
127<br />
La Fig.11 muestra la representación <strong>de</strong> los<br />
valores finales <strong>de</strong> la simulación <strong>de</strong>l estado futuro<br />
<strong>de</strong> la implementación <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura<br />
esbelta; estos valores pue<strong>de</strong>n variar <strong>de</strong><br />
acuerdo a las métricas <strong>de</strong>l objetivo <strong>de</strong> la aplicación<br />
<strong>de</strong> la Metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta y<br />
<strong>de</strong> las herramientas utilizadas en la Metodología;<br />
eEl resultado final muestra los indicadores <strong>de</strong> tamaño<br />
<strong>de</strong> lote, tipo <strong>de</strong> pieza, sistemas <strong>de</strong> producción,<br />
proceso <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> valor, Herramientas<br />
<strong>de</strong> mejora continua, Beneficios, costo, capacida<strong>de</strong>s,<br />
tipos <strong>de</strong> piezas, Numero <strong>de</strong> Operarios.<br />
La incorporación <strong>de</strong> los anteriores pasos a la<br />
metodología <strong>de</strong> Manufactura esbelta optimizan<br />
los procesos productivos <strong>de</strong> manufactura y disminuyen<br />
el tiempo <strong>de</strong> entrega al cliente; disminuir<br />
el tiempo <strong>de</strong> entrega al cliente es uno <strong>de</strong> los enfoques<br />
<strong>de</strong> la Calidad (Lindsay y Evans 2005); por<br />
otra parte utilizar la simulación amigable <strong>de</strong> un<br />
programa <strong>de</strong> eventos discretos como Promo<strong>de</strong>l<br />
facilita la comprensión <strong>de</strong>l procedimiento <strong>de</strong> la<br />
mejora continua implementada.<br />
El paso Optimización <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> Manufactura<br />
consiste en realizar mejoras en el sistema actual<br />
<strong>de</strong> manufactura con base en teorías y conceptos<br />
<strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> Manufactura,<br />
este paso permite entregar un sistema optimizado<br />
y esbelto a los planes <strong>de</strong> acción <strong>de</strong> KAIZEN;<br />
el paso simulación final <strong>de</strong> resultados, permite al<br />
equipo <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> la Manufactura Esbelta<br />
el estado final en tiempo real <strong>de</strong>l sistema incluidas<br />
todas las mejoras realizadas durante la implementación.<br />
Con los anteriores pasos explicados, la Metodología<br />
propuesta para la actual investigación<br />
adaptada a las necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l entorno regional<br />
se presenta a continuación.<br />
FASE DE PREPARACIÓN<br />
• Paso 1 Compromiso con la Manufactura Esbelta<br />
• Paso 2 Selección <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> Valor a Analizar<br />
• Paso 3 Apren<strong>de</strong>r acerca <strong>de</strong> la Manufactura Esbelta<br />
• Paso 4 Definición <strong>de</strong> los Objetivos<br />
• Paso 5 Análisis <strong>de</strong> la Demanda<br />
• Paso 6 Análisis Financiero<br />
• Paso 7 Análisis <strong>de</strong>l Estado Actual<br />
• Paso 8 Simulación <strong>de</strong>l Estado Actual<br />
• Paso 9 Diseño <strong>de</strong>l Estado Futuro<br />
FASE DE ANÁLISIS<br />
FASE DE IMPLEMENTACIÓN<br />
• Paso 10 Optimización <strong>de</strong>l Sistema <strong>de</strong> Manufactura<br />
• Paso 11 Plan <strong>de</strong> Acción<br />
• Paso 12 Simulación Final <strong>de</strong> resultados<br />
• Paso 13 Perfección<br />
Los pasos <strong>de</strong> la Metodología se explican a continuación<br />
1) Paso 1: compromiso con la manufactura esbelta<br />
Con previa capacitación <strong>de</strong> los integrantes <strong>de</strong>l<br />
equipo <strong>de</strong> Manufactura Esbelta, se <strong>de</strong>ben seguir<br />
los siguientes pasos:<br />
a) Nombramiento <strong>de</strong>l lí<strong>de</strong>r <strong>de</strong>l proyecto y los<br />
miembros <strong>de</strong>l equipo Esbelto<br />
b) Anunciar el proyecto <strong>de</strong> Implantación <strong>de</strong> la<br />
Manufactura Esbelta; el lí<strong>de</strong>r <strong>de</strong>l proyecto junto<br />
con los miembros <strong>de</strong>l equipo <strong>de</strong>ben transmitir a<br />
todos los integrantes <strong>de</strong> la empresa el comienzo<br />
<strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l proyecto.<br />
c) Reconocimiento <strong>de</strong>l piso <strong>de</strong> taller; tanto el<br />
lí<strong>de</strong>r <strong>de</strong>l proyecto como los integrantes <strong>de</strong>l grupo<br />
<strong>de</strong>ben analizar los aspectos <strong>de</strong> operaciones y procesos<br />
<strong>de</strong>l sistema basados en la observación.<br />
2) Paso 2: selección <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> valor<br />
La selección <strong>de</strong>l Flujo <strong>de</strong> valor consiste en<br />
i<strong>de</strong>ntificar la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> valor crítica que más afecta<br />
los procesos <strong>de</strong> transformación <strong>de</strong> la empresa.<br />
Para la selección <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> valor
128<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
se utilizan comúnmente dos métodos: el Análisis<br />
Producto-Cantidad o el análisis Producto-Ruta.<br />
El Análisis Producto Cantidad se <strong>de</strong>termina por<br />
la clasificación y jerarquización <strong>de</strong> los productos<br />
según la cantidad <strong>de</strong> producción requerida, para<br />
realizar el análisis producto cantidad se realizan<br />
los siguientes pasos:<br />
a) Clasificar los tipos <strong>de</strong> producto<br />
b) Determinar la cantidad <strong>de</strong> cada producto<br />
c) Determinar el porcentaje correspondiente a<br />
cada cantidad<br />
d) Determinar el porcentaje acumulado <strong>de</strong> los<br />
productos<br />
e) Seleccionar el 80% <strong>de</strong> los productos o procesos<br />
que presentan algún tipo <strong>de</strong> problema.<br />
El análisis <strong>de</strong> producto ruta asocia los productos<br />
con rutas iguales o similares; al asociar los<br />
productos por rutas iguales o similares aparecen<br />
cantida<strong>de</strong>s correspondientes<br />
3) Paso 3: Apren<strong>de</strong>r acerca <strong>de</strong> la Manufactura<br />
Esbelta<br />
Este paso <strong>de</strong>fine las cualida<strong>de</strong>s y habilida<strong>de</strong>s<br />
que <strong>de</strong>ben poseer los involucrados directamente<br />
en el proyecto <strong>de</strong> Manufactura Esbelta; para fortalecer<br />
las capacida<strong>de</strong>s y habilida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l personal<br />
involucrado se <strong>de</strong>ben seguir 5 pasos.<br />
a) Definir los atributos que <strong>de</strong>be tener un involucrado<br />
<strong>de</strong> implementación <strong>de</strong> Manufactura<br />
Esbelta<br />
b) I<strong>de</strong>ntificar los niveles actuales en capacida<strong>de</strong>s<br />
y habilida<strong>de</strong>s que se encuentran los miembros<br />
<strong>de</strong>l equipo.<br />
c) Elaborar un plan <strong>de</strong> entrenamiento<br />
d) Evaluar la efectividad <strong>de</strong>l entrenamiento<br />
4) Paso 4. Definición <strong>de</strong> los objetivos<br />
La <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> los objetivos <strong>de</strong>be ir enfocada<br />
a los siguientes aspectos:<br />
• Caso <strong>de</strong>l Negocio: i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> la problemática<br />
<strong>de</strong>l negocio<br />
• Declaración <strong>de</strong>l valor: <strong>de</strong>terminar qué se quiere<br />
alcanzar con la implementación<br />
• Requerimientos claves: <strong>de</strong>terminar los requerimientos<br />
claves para alcanzar las mejoras<br />
• Métricas: <strong>de</strong>terminar las métricas claves para<br />
alcanzar los requerimientos<br />
• Estado I<strong>de</strong>al: <strong>de</strong>finir los factores claves <strong>de</strong><br />
una ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> valor “Esbelta” que se <strong>de</strong>sean<br />
mejorar durante la implementación<br />
5) Paso 5. Análisis <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda<br />
El análisis <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda prepara al encargado<br />
<strong>de</strong> producción <strong>de</strong> hacer los arreglos necesarios<br />
para cumplir con la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong>l cliente; para el<br />
análisis <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda se <strong>de</strong>ben seguir los siguientes<br />
pasos:<br />
a) Determinar la <strong>de</strong>manda actual <strong>de</strong> los productos<br />
<strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> Valor<br />
Para <strong>de</strong>terminar la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong>l estado actual<br />
se pue<strong>de</strong>n utilizar el cálculo <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda por<br />
pronóstico o la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong>l año anterior.<br />
• Demanda por pronóstico: Para cálculo <strong>de</strong> la<br />
<strong>de</strong>manda por pronóstico se pue<strong>de</strong>n utilizar los<br />
siguientes métodos: Método cualitativo, método<br />
<strong>de</strong> proyección histórica o los métodos Causales.<br />
• Demanda <strong>de</strong>l año anterior: Se utiliza la <strong>de</strong>manda<br />
<strong>de</strong>l año anterior y se ajusta a través <strong>de</strong>l<br />
tiempo. Para apoyar la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong>l año anterior<br />
se utiliza el cálculo <strong>de</strong>l taktime; el taktime<br />
es una palabra alemana que significa ritmo; el<br />
taktime se calcula <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
“Taktime = Tiempo Total Disponible/Demanda<br />
<strong>de</strong>l Producto”<br />
El taktime muestra al ritmo que <strong>de</strong>ben trabajar<br />
todas las estaciones <strong>de</strong> trabajo para cumplir con<br />
la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong>l cliente.<br />
6) paso 6. Análisis financiero<br />
Sánchez, (2005) propone que análisis financiero<br />
está basado sobre “El retorno <strong>de</strong> los activos<br />
claves”; para el análisis financiero se requieren<br />
cumplir con los siguientes pasos: Obtener la información<br />
financiera y calcular el retorno <strong>de</strong> activos<br />
claves; cada uno <strong>de</strong> estos pasos se explica a continuación:<br />
a) Obtener la información Financiera:<br />
La información financiera se basa en conocer<br />
los siguientes aspectos:<br />
• Ingresos anuales <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> valor<br />
• Desglose <strong>de</strong> los costos <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> Valor.<br />
• Es el valor resultante <strong>de</strong> restar ingresos<br />
menos costos o EBIT (Ganancias antes<br />
<strong>de</strong> intereses e impuestos, por sus siglas<br />
en inglés).<br />
• EBIT= Ingresos – Costos
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
129<br />
b) Cálculo <strong>de</strong>l retorno <strong>de</strong> activos claves: Calcular<br />
el retorno <strong>de</strong> activos claves, incluye obtener la<br />
información correspondiente a tres indicadores,<br />
estos indicadores son:<br />
• Ingresos anuales: Depen<strong>de</strong> <strong>de</strong> amplitud <strong>de</strong> la<br />
utilización <strong>de</strong> las maquinarias para cumplir<br />
con las <strong>de</strong>mandas.<br />
• Ganancias antes <strong>de</strong> Intereses e impuestos:<br />
Este indicador será representado por el EBIT,<br />
visto anteriormente.<br />
• Retorno <strong>de</strong> activos claves: representa ganancia<br />
antes <strong>de</strong> intereses e impuestos dividida<br />
sobre el total <strong>de</strong> los activos anuales.<br />
7) Paso 7. Análisis <strong>de</strong>l estado actual<br />
El análisis <strong>de</strong>l Estado actual se enfoca al comportamiento<br />
<strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> Manufactura basado en<br />
los datos recopilados; estos datos son Reza (2007):<br />
• Tiempo <strong>de</strong> Ciclo<br />
• Tiempo <strong>de</strong> Preparación<br />
• Disponibilidad<br />
• Numero <strong>de</strong> Operarios<br />
• Tamaño <strong>de</strong> lote<br />
• Tamaño <strong>de</strong>l inventario en proceso.<br />
Los anteriores datos impactan en las métricas<br />
<strong>de</strong> la Metodología según los objetivos <strong>de</strong>l proyecto;<br />
las métricas son presentadas en la Tabla <strong>II</strong>.<br />
TABLA <strong>II</strong><br />
INSTRUMENTO DEL NIVEL DE ALCANCE DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA FILOSOFÍA DE MANUFACTURA<br />
ESBELTA EN LAS FASES DE APLICACIÓN DE LOS INDICADORES.<br />
Fuente: Adaptada <strong>de</strong> Nivel <strong>de</strong> alcance <strong>de</strong> implementación <strong>de</strong>l estatus <strong>de</strong> la Manufactura Esbelta antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> KPIS. ( Mohammad et, al., 2009).<br />
La Tabla <strong>II</strong> muestra los nueve indicadores que<br />
mi<strong>de</strong>n el estado <strong>de</strong> la empresa en cada etapa;<br />
cada uno <strong>de</strong> estos indicadores está medido en<br />
unida<strong>de</strong>s correspondientes que aparecen en la<br />
columna <strong>de</strong> nombre “Unidad”, estas unida<strong>de</strong>s<br />
están escritas en la Tabla en forma <strong>de</strong> símbolos,<br />
estos símbolos se <strong>de</strong>scriben a continuación:<br />
$: pesos colombianos; Dpm: Defectos por millón<br />
Unidad: Unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> producto;M 2 : Metros cuadrados;<br />
M: Metros lineales; Mins: Minutos<br />
La columna RAG, (Red, Ámbar, Green) que por<br />
sus siglas en el idioma español significa rojo, anaranjado<br />
y ver<strong>de</strong>, I<strong>de</strong>ntifica visualmente el estado<br />
<strong>de</strong>l indicador en cada nivel (Mohammad et al.,<br />
2009), el estado Rojo significa que el estado <strong>de</strong>l<br />
indicador es grave y no funciona a<strong>de</strong>cuadamente,<br />
el estado anaranjado significa que el problema<br />
es <strong>de</strong> atención y se pue<strong>de</strong> mejorar aún más,<br />
el estado ver<strong>de</strong> significa que el indicador trabaja<br />
aceptablemente y favorece a todo el sistema. Este<br />
instrumento <strong>de</strong> medición es aplicado en cada fase<br />
<strong>de</strong> investigación.<br />
8) Paso 8. Simulación <strong>de</strong>l estado actual Este paso se<br />
explico en las Fig.8 y Fig.9<br />
9) Paso 9. Diseño <strong>de</strong>l estado futuro<br />
El diseño <strong>de</strong>l estado futuro consiste en la<br />
<strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> los <strong>de</strong>sperdicios <strong>de</strong>l sistema actual<br />
<strong>de</strong> manufactura (Ver Tabla <strong>II</strong>I) y el procedimiento<br />
para eliminarlos.<br />
La Tabla <strong>II</strong>I Muestra los 7 principales <strong>de</strong>sperdicios<br />
<strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> manufactura discreto y la forma <strong>de</strong><br />
eliminarlo.
130<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 119 - 131<br />
TABLA <strong>II</strong>I<br />
LOS 7 DESPERDICIOS TÍPICOS EN LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN CONTROLADOS POR LA METODOLOGÍA DE MANUFACTURA ESBELTA<br />
Fuente: Coutin, 2005.<br />
10) Paso 10. Optimización <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> manufactura<br />
Este paso se <strong>de</strong>scribió en las figuras 7,<br />
8, 9,10.<br />
11) Paso 11. Plan <strong>de</strong> acción consiste en implementar<br />
las herramientas <strong>de</strong> la Manufactura esbelta<br />
y optimización <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> Manufactura <strong>de</strong><br />
acuerdo a un evento Específico.<br />
12) Paso 12. Simulación final <strong>de</strong> resultados.<br />
Muestra dinámicamente el comportamiento i<strong>de</strong>al<br />
<strong>de</strong>l sistema teniendo en cuenta las mejoras previamente<br />
realizadas en los pasos anteriores. (Ver<br />
fig.11).<br />
13) Paso 13 perfección: Representa el Mejoramiento<br />
continuo don<strong>de</strong> se continúa analizando el<br />
sistema, comenzando nuevamente con un Mapa<br />
<strong>de</strong>l Estado Actual direccionado hacia las nuevas<br />
metas y objetivos <strong>de</strong> la Empresa.<br />
CONCLUSIONES<br />
La metodología <strong>de</strong> manufactura Esbelta es<br />
usada en países industrializados como Estados<br />
Unidos y México para eliminar <strong>de</strong>sperdicios y reducir<br />
costos.<br />
La Manufactura Esbelta es una Metodología<br />
que <strong>de</strong>be ser actualizada a través <strong>de</strong> las exigencias<br />
tecnológicas e industriales contemporáneas.<br />
Debido a la alta variabilidad en procesos y productos<br />
<strong>de</strong> las pequeñas y medianas empresas la<br />
Metodología <strong>de</strong> manufactura Esbelta <strong>de</strong>be ser<br />
adaptada a este tipo <strong>de</strong> Variabilidad; la Optimización<br />
y mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> Manufactura<br />
apoyan a reducir la variabilidad <strong>de</strong> los procesos en<br />
los productos.<br />
La simulación <strong>de</strong> eventos discretos aplicados<br />
a la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta permite<br />
observar el comportamiento <strong>de</strong> las <strong>de</strong>cisiones<br />
tomadas para Desarrollar el estado futuro i<strong>de</strong>al.<br />
La simulación es la herramienta a<strong>de</strong>cuada<br />
para solucionar problemas <strong>de</strong> secuenciación <strong>de</strong><br />
productos mixtos en líneas <strong>de</strong> producción don<strong>de</strong><br />
influirá la aplicación <strong>de</strong> la Manufactura Esbelta.<br />
La Manufactura Esbelta requiere <strong>de</strong> procesos<br />
estandarizados en gestión <strong>de</strong> Calidad en documentos<br />
<strong>de</strong> control <strong>de</strong> <strong>de</strong>mandas e inventarios<br />
para optimización <strong>de</strong> los resultados en tiempo y<br />
precisión.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] Askin, R. and . Standridge, C. (1993). Mo<strong>de</strong>ling<br />
and Analysis of Manufacturing Systems, Wiley<br />
[2] Cardoza, G. (2009). Implementación <strong>de</strong> Manufactura<br />
Esbelta para el flujo <strong>de</strong> materia prima en<br />
una nueva nave industrial <strong>de</strong> la industria médica.<br />
Tesis.<br />
[3] Coutin, C. (2003). “Lean Manufacturing”. Recuperado<br />
el 19 <strong>de</strong> agosto <strong>de</strong> 20011, <strong>de</strong> http://scholar.google.com.mx/scholar?hl=es&lr=&q=cach<br />
e:FzIro2G55gkJ:www.aciq-cv.com/varios/leanmanufacturing.doc+MANUFACTURA+ESBELTA.l<br />
[4] Dailey, K. (2003). The lean manufacturing pocket<br />
handbook, editorial DW Publishing. Estados<br />
Unidos.
Propuesta <strong>de</strong>l mejoramiento <strong>de</strong> la metodología <strong>de</strong> Manufactura Esbelta por medio <strong>de</strong> optimización <strong>de</strong> sistemas <strong>de</strong> manufactura y<br />
mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> eventos discretos - Delgado Gallo<br />
131<br />
[5] Ho Kok, H. and Muthusamy, K. (2010). A Statistical<br />
Analysis Using Simulation On a Lean Manufacturing<br />
Mo<strong>de</strong>l,<br />
[6] Mohammad, A. & Hazrulnizamm (2009), The<br />
level of achievement of lean manufacturing implementation<br />
status before and after the <strong>de</strong>velopment<br />
of KPIs at an aerospace manufacturing<br />
company.<br />
[7] Piuzzi, G. (2008). Reto global e incertidumbre en<br />
las ca<strong>de</strong>nas <strong>de</strong> suministro. V<strong>II</strong> simposio internacional<br />
<strong>de</strong> Logística y Supply chain. Caracas. Venezuela.<br />
[8] Sánchez, .R. (2005) Metodología Integral <strong>de</strong> la<br />
implantación <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> Manufactura Esbelta.<br />
Rosalba Sánchez. (2005)<br />
[9] Tapping, D. Luyster, T. & Shuker, T. (2002) “Value<br />
Stream Management, eight step to planning,<br />
mapping, and sustaining lean improvements”.<br />
Productivity Press.<br />
[10] Valles, D. Nathan, J. y Viswanathan, V. (2005).<br />
A Functional Mo<strong>de</strong>ling and Discrete Event Simulation<br />
based approach to un<strong>de</strong>rstand the Lean<br />
Manufacturing.
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la<br />
optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas<br />
en una bo<strong>de</strong>ga<br />
Laura Manotas Romero<br />
Ingeniería Industrial,<br />
Universidad <strong>de</strong>l Norte, Barranquilla<br />
Investigador Jr. FCIMEC, Fundación Centro <strong>de</strong> Investigación en<br />
Mo<strong>de</strong>lación Empresarial <strong>de</strong>l Caribe<br />
Barranquilla, Colombia<br />
lpmanotas@fcimec.org<br />
Diana Ramírez Ríos<br />
MSc en Ingeniería Industrial<br />
Universidad <strong>de</strong>l Norte, Barranquilla<br />
Directora Científica FCIMEC, Fundación Centro <strong>de</strong> Investigación<br />
en Mo<strong>de</strong>lación Empresarial <strong>de</strong>l Caribe<br />
Barranquilla, Colombia<br />
dramirez@fcimec.org<br />
Resumen— Los problemas enfocados en las bo<strong>de</strong>gas<br />
siempre se han caracterizado porque <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l tipo<br />
<strong>de</strong> negocio que fue analizado. Algunas empresas tienen<br />
zonas <strong>de</strong> cuarentena en sus bo<strong>de</strong>gas y otras no. Algunas<br />
tienen out-and-back picking, y otras hacen picking en<br />
un solo recorrido para diferentes ítems. Algunas industrias<br />
tienen zonas <strong>de</strong> a<strong>de</strong>lante, otras poseen zonas <strong>de</strong><br />
almacenamiento a granel, zonas <strong>de</strong> producto retenido<br />
y <strong>de</strong> producto rechazado. En general, la optimización <strong>de</strong><br />
las bo<strong>de</strong>gas es realizada según todas las características<br />
mencionadas. En la presente investigación se <strong>de</strong>sarrolló<br />
una heurística que fue adaptada con los supuestos<br />
y criterios <strong>de</strong> la regla <strong>de</strong>l cube-per-or<strong>de</strong>r para la optimización<br />
<strong>de</strong> asignación <strong>de</strong> espacios unida con algunas <strong>de</strong><br />
las bases para la optimización <strong>de</strong> picking, en el que la<br />
distancia <strong>de</strong> la ruta es importante pero no la ruta en sí.<br />
La aplicación fue realizada sobre un ejemplo <strong>de</strong> bo<strong>de</strong>ga,<br />
con base a la información suministrada por una empresa<br />
<strong>de</strong>l sector industrial, en don<strong>de</strong> el aspecto crítico <strong>de</strong>tectado<br />
consistía en conocer la posición óptima <strong>de</strong> las<br />
diferentes áreas y <strong>de</strong> los productos en las estanterías<br />
disponibles en la bo<strong>de</strong>ga. Todo esto, <strong>de</strong> acuerdo con las<br />
capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las estanterías y las características <strong>de</strong><br />
los diferentes tipos <strong>de</strong> productos que se van a almacenar.<br />
El objetivo que se persigue es el <strong>de</strong> minimizar la distancia<br />
total recorrida en un periodo <strong>de</strong> tiempo evaluado,<br />
sujeto a restricciones <strong>de</strong> espacio y asignación. Se mostrará<br />
entonces la mejoría significativa en la eficiencia<br />
<strong>de</strong> una bo<strong>de</strong>ga <strong>de</strong> material en estibas dada la aplicación<br />
<strong>de</strong> la heurística <strong>de</strong>sarrollada.<br />
Palabras clave— Bo<strong>de</strong>gas, optimización en asignación<br />
<strong>de</strong> espacios y en picking, regla <strong>de</strong>l índice cube-per-or<strong>de</strong>r.<br />
Abstract— Warehousing problems have always been<br />
characterized <strong>de</strong>pending on the type of businesses that<br />
is analyzed. Some businesses have quarantine zones in<br />
their warehouses, other don’t have. Some have out-andback<br />
picking, others do picking for different items at the<br />
same time. Some industries have forward areas, bulk<br />
storage areas, retained products areas and rejected products<br />
areas. In general, the optimization of warehouses<br />
is done <strong>de</strong>pending on all of the characteristics mentioned<br />
above. In this research paper, a heuristic has been<br />
adapted from the cube-per-or<strong>de</strong>r in<strong>de</strong>x rule for slotting<br />
optimization merged with some of the picking optimization<br />
techniques, where the route distance is important<br />
but not the route itself. The application was ma<strong>de</strong> to<br />
over an warehouse, based on the information provi<strong>de</strong>d<br />
by a industrial company, where the critical aspect was<br />
to know the optimal position of the different areas and<br />
the products in the racks that the warehouse have, taking<br />
into account the capacities of the racks and the<br />
characteristics that certain type of products have. The<br />
objective was to minimize the total distance travelled in<br />
a specific period of time, taking into account capacity<br />
and assignment restrictions. It will be shown the significant<br />
improvement in the efficiency of a warehouse<br />
of material in pallet, given the application of heuristics<br />
<strong>de</strong>veloped.<br />
Keywords— Warehousing, slotting and picking optimization,<br />
cube-per-or<strong>de</strong>r in<strong>de</strong>x rule.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
En las empresas mo<strong>de</strong>rnas <strong>de</strong> hoy en día, <strong>de</strong>dicadas<br />
al control <strong>de</strong> bo<strong>de</strong>gas y manejo <strong>de</strong> inventarios,<br />
se pue<strong>de</strong> visualizar como su negocio gira<br />
en torno a mantener los tiempos <strong>de</strong> ciclo <strong>de</strong> cada<br />
or<strong>de</strong>n mucho más cortos y lograr el <strong>de</strong>spacho<br />
oportuno <strong>de</strong>l producto al cliente. Así mismo, toda<br />
empresa <strong>de</strong>sea aumentar sus utilida<strong>de</strong>s y una <strong>de</strong><br />
las maneras en que pue<strong>de</strong> hacerlo es por medio<br />
<strong>de</strong> la reducción <strong>de</strong> los costos asociados a estos<br />
procesos. En una bo<strong>de</strong>ga, para po<strong>de</strong>r reducir los<br />
costos es necesario observarlo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> dos puntos<br />
<strong>de</strong> vista, el <strong>de</strong> optimizar el proceso <strong>de</strong> Picking y el<br />
optimizar las activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> recibo <strong>de</strong> las ór<strong>de</strong>nes.<br />
Sin embargo, <strong>de</strong> acuerdo con los estimados <strong>de</strong><br />
la industria, el proceso <strong>de</strong> Picking representa más<br />
<strong>de</strong>l 60% <strong>de</strong> los costos <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> una bo<strong>de</strong>ga<br />
[1] y algunos autores hablan <strong>de</strong> un 55% [2].<br />
Recibido: 01/09/2011/ Aceptado: 15/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
133<br />
Con estas estadísticas se afirma, a nivel general,<br />
que este es uno <strong>de</strong> los procesos más laboriosos y<br />
costosos que existe en cualquier bo<strong>de</strong>ga. Así que<br />
optimizar las operaciones <strong>de</strong> Picking le garantiza<br />
una mayor rentabilidad a la bo<strong>de</strong>ga, dado que se<br />
ahorrarán la mayoría <strong>de</strong> sus costos <strong>de</strong> operación.<br />
Para optimizar el proceso <strong>de</strong> Picking, algunos<br />
autores se enfocan en encontrar la mínima distancia<br />
entre las rutas que tienen que hacer los<br />
montacargas al recoger la mercancía <strong>de</strong> los estantes<br />
y llevarla al punto <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho, tomando<br />
como base el Problema <strong>de</strong>l Agente Viajero [3].<br />
Otros autores van más allá y se preocupan, primero,<br />
por optimizar el diseño <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga y luego<br />
por minimizar las distancias asociadas a las rutas<br />
<strong>de</strong> la operación <strong>de</strong> Picking [4]. Para todos los diferentes<br />
casos, es necesario tener en cuenta que<br />
para cada tipo <strong>de</strong> negocio hay un manejo distinto.<br />
Sin embargo, en este estudio se presentan los<br />
distintos casos implementados, con el fin <strong>de</strong> analizar<br />
la optimización que se hará en una bo<strong>de</strong>ga<br />
<strong>de</strong> material almacenado en estibas con base en<br />
información suministrada por una empresa <strong>de</strong>l<br />
sector industrial, con el fin <strong>de</strong> lograr una mayor<br />
productividad.<br />
<strong>II</strong>. ESTADO DEL ARTE<br />
A. Optimización en Picking (Picking optimization)<br />
La automatización <strong>de</strong> las bo<strong>de</strong>gas y los sistemas<br />
<strong>de</strong> recibimiento <strong>de</strong> mercancía ha creado la<br />
necesidad <strong>de</strong> crear algoritmos computarizados<br />
para soportar las <strong>de</strong>cisiones <strong>de</strong> programación <strong>de</strong><br />
Picking y <strong>de</strong> vehículos en los muelles <strong>de</strong> recepción<br />
y distribución <strong>de</strong> mercancía en las bo<strong>de</strong>gas. Estos<br />
algoritmos <strong>de</strong>ben minimizar las distancias recorridas<br />
por las grúas al momento <strong>de</strong> recoger los productos<br />
en el Picking.<br />
Los objetivos hoy día <strong>de</strong> los problemas <strong>de</strong> Or<strong>de</strong>r<br />
Picking están enfocados a eliminar la intervención<br />
humana en los procesos <strong>de</strong> recolección<br />
<strong>de</strong> productos en las estanterías. Existen 3 problemas<br />
<strong>de</strong> interés en este ámbito: 1) Asignación <strong>de</strong><br />
recursos, 2) Generación <strong>de</strong> un Or<strong>de</strong>r Picking para<br />
cada grúa o vehículo interno <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l almacén,<br />
y 3) Planeación <strong>de</strong>l reabastecimiento <strong>de</strong> las áreas<br />
<strong>de</strong> reserva a las áreas <strong>de</strong> Picking.<br />
Un problema <strong>de</strong> Or<strong>de</strong>r Picking se reduce a trabajar<br />
un problema <strong>de</strong> TSP (Problema <strong>de</strong>l Agente<br />
Viajero), y en el pasado se utilizaban algoritmos<br />
genéticos, colonias <strong>de</strong> hormiga, simulado,<br />
entre otras meta heurísticas para resolver este<br />
problema. Estas entregaban buenos resultados,<br />
pero no eran fácilmente aplicables en la<br />
práctica. En [5] se <strong>de</strong>sarrolló un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
optimización que se resuelve con un mo<strong>de</strong>lo<br />
recursivo <strong>de</strong> programación <strong>de</strong> la producción y<br />
<strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> acuerdo al control <strong>de</strong><br />
sistemas. El problema estudiado en este artículo<br />
es la secuencia y toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones en<br />
Picking según un sistema multipasillo y una<br />
ubicación compleja <strong>de</strong> los ítems a recoger. A<br />
continuación se presenta la Fig. 1 en don<strong>de</strong> se<br />
muestra el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> almacén con el que se<br />
trabajó en esta investigación:<br />
FIG. 1. MODELO DE ALMACÉN<br />
Fuente: (SHUHUA & YANZHU, 2009) Pág. 990<br />
El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>sarrollado consiste en el siguiente<br />
procedimiento:<br />
• Obtener todas las tareas <strong>de</strong>l día respectivo<br />
mediante el sistema <strong>de</strong> información <strong>de</strong> almacenamiento<br />
(Warehouse managment system).<br />
• Detallar todas las tareas a realizar. Esto es<br />
ubicar espacialmente todos los puntos a los<br />
cuales <strong>de</strong>be visitar la grúa <strong>de</strong> recolección <strong>de</strong><br />
productos.<br />
• Ejecutar el algoritmo para solucionar el problema<br />
<strong>de</strong>l agente viajero o TSP.<br />
• Analizar los resultados <strong>de</strong>l algoritmo.<br />
• Seleccionar la grúa para realizar el recorrido.<br />
• Después que realiza el recorrido <strong>de</strong> la ruta, la<br />
grúa vuelve a su posición inicial.<br />
• Para este mo<strong>de</strong>lo, las condiciones básicas <strong>de</strong>l<br />
almacén eran:<br />
• Consiste en tres canales, 4 estantes y una<br />
grúa que pue<strong>de</strong> operar por los lados <strong>de</strong> cada<br />
canal.
134<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
• Los estantes son rectangulares. Las grúas se<br />
pue<strong>de</strong>n mover en sentido horizontal y vertical<br />
al mismo tiempo. Las coor<strong>de</strong>nadas <strong>de</strong> los estantes<br />
toman como punto cero la esquina inferior<br />
izquierda.<br />
• Existen una variedad <strong>de</strong> ítems en el sistema.<br />
• La <strong>de</strong>manda es fija y conocida, y no está relacionada<br />
a los otros ítems.<br />
• La aceleración y <strong>de</strong>saceleración <strong>de</strong> las grúas<br />
es lineal.<br />
Básicamente el algoritmo se basa en escoger<br />
puntos aleatorios y calcular su distancia. Inmediatamente<br />
esto lo compara con los recorridos que ya<br />
se han generados, y si es mejor actualiza el sistema.<br />
Es importante <strong>de</strong>stacar que el algoritmo es eficiente<br />
porque no guarda todas las respuestas sino<br />
solamente las que son mejores que las anteriores.<br />
El algoritmo <strong>de</strong>sarrollado en [6] utiliza el algoritmo<br />
<strong>de</strong> Colonia <strong>de</strong> Hormigas como la metodología<br />
para encontrar una solución óptima al<br />
problema <strong>de</strong> minimizar la ruta en un proceso <strong>de</strong><br />
Picking. En su trabajo analizan las características<br />
<strong>de</strong> trabajo para estanterías <strong>de</strong> almacenamiento<br />
fijas en una bo<strong>de</strong>ga automatizada. Principalmente<br />
se busca optimizar las estrategias <strong>de</strong> Picking<br />
para po<strong>de</strong>r mejorar el rendimiento (throughput)<br />
<strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga. Teniendo todo esto en cuenta y <strong>de</strong><br />
acuerdo a los requerimientos <strong>de</strong> las operaciones<br />
<strong>de</strong> Picking en una bo<strong>de</strong>ga con una solo hilera, se<br />
construye un mo<strong>de</strong>lo matemático con múltiples<br />
restricciones que buscan minimizar el tiempo <strong>de</strong><br />
viaje en ruta. Se hicieron simulaciones computacionales<br />
para validar el mo<strong>de</strong>lo propuesto y los resultados<br />
<strong>de</strong>muestran superioridad en cuanto a su<br />
capacidad <strong>de</strong> búsqueda y rapi<strong>de</strong>z en la entrega <strong>de</strong><br />
resultados, que satisface la <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> trabajo<br />
<strong>de</strong> media y alta escala.<br />
Otro algoritmo, conocido como Pick-Path Optimization<br />
en [3] utiliza la heurística para resolver el<br />
problema TSP, pero hace una versión más sencilla<br />
<strong>de</strong> la misma, ya que le agrega algunas restricciones<br />
que limita el número <strong>de</strong> posibles soluciones.<br />
El limitante <strong>de</strong> este algoritmo es que no garantiza<br />
encontrar la solución óptima que se daría por<br />
la heurística original, sin embargo, la solución es<br />
mucho más práctica porque se adapta a las reglas<br />
y configuración <strong>de</strong> las bo<strong>de</strong>gas, en general. El objetivo<br />
que se <strong>de</strong>be minimizar es la distancia total<br />
recorrida y para ello, se hace una configuración <strong>de</strong><br />
la bo<strong>de</strong>ga como una red <strong>de</strong> posiciones <strong>de</strong> almacenamiento.<br />
El algoritmo es programado en Java y el<br />
programa permite:<br />
• Describir el mapa <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga (en una hoja<br />
<strong>de</strong> Excel)<br />
• Entregar una lista <strong>de</strong> localizaciones <strong>de</strong> almacenamiento<br />
a ser visitados<br />
• Especificar el tipo <strong>de</strong> viajes permitidos para la<br />
bo<strong>de</strong>ga (restricciones)<br />
• Especificar los grupos <strong>de</strong> direcciones que se<br />
pue<strong>de</strong>n visitar en la operación <strong>de</strong> Picking.<br />
B. Optimización en asignación <strong>de</strong> espacios<br />
(slotting optimization)<br />
En [7] se presenta un problema interesante<br />
que es el proceso <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> los productos en<br />
las áreas <strong>de</strong> Picking, con mínimas distancias. J. L<br />
Heskett propuso un algoritmo heurístico llamado<br />
Cube-per-or<strong>de</strong>r (CPO), que presenta una solución a<br />
la localización <strong>de</strong> ítems en la bo<strong>de</strong>ga con el fin <strong>de</strong><br />
minimizar los costos involucrados en el tiempo <strong>de</strong><br />
espera para la selección <strong>de</strong> los productos <strong>de</strong> una<br />
or<strong>de</strong>n recibida.<br />
CPO es un criterio para la colocación <strong>de</strong> stock<br />
en un almacén <strong>de</strong> distribución a fin <strong>de</strong> minimizar<br />
el costo <strong>de</strong> la mano <strong>de</strong> obra asociados con montaje<br />
<strong>de</strong> elementos <strong>de</strong>l stock en la bo<strong>de</strong>ga para satisfacer<br />
los pedidos <strong>de</strong> los clientes.<br />
Conceptualmente hablando, el tipo <strong>de</strong> distribución<br />
<strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga en discusión es el presentado a<br />
continuación en la Fig. 2. La bo<strong>de</strong>ga está dividida en<br />
la zona <strong>de</strong> reserva. Estos almacenes guardan una<br />
variedad <strong>de</strong> ítems, y los clientes pue<strong>de</strong>n realizar una<br />
or<strong>de</strong>n con cualquier combinación <strong>de</strong> productos.<br />
Fuente: (KALLINA & LYNN, 1976)<br />
FIG. 2. ZONAS DE LA BODEGA
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
135<br />
Cuando una or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> un ítem es recibida, un<br />
operador con un montacargas va <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el almacén<br />
en don<strong>de</strong> se encuentra el artículo y regresa<br />
al área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho <strong>de</strong> pedidos. Este proceso es<br />
llamado “recoger una or<strong>de</strong>n”.<br />
Dependiendo <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong>l almacén, la carga<br />
<strong>de</strong>l ítem y la distribución normal <strong>de</strong> los productos<br />
con respecto a una or<strong>de</strong>n, se pue<strong>de</strong>n emplear una<br />
serie <strong>de</strong> formas o disciplinas para recoger los productos<br />
en una bo<strong>de</strong>ga. Para el uso <strong>de</strong> la regla en<br />
cuestión se tendrán en cuenta las dos siguientes<br />
disciplinas básicas: primero, la selección <strong>de</strong> cada<br />
ítem ida y vuelta (out-and-back), usada don<strong>de</strong> las<br />
ór<strong>de</strong>nes <strong>de</strong> productos que se van a recoger son<br />
en gran<strong>de</strong>s cantida<strong>de</strong>s, o don<strong>de</strong> todo el trabajo es<br />
sacado con un montacargas cuya capacidad <strong>de</strong><br />
carga es <strong>de</strong> un solo ítem por viaje para llevarlo a<br />
la zona <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho; y segundo, Picking routing<br />
(ruteo), en este caso varios ítems <strong>de</strong> una or<strong>de</strong>n<br />
son recogidos en un solo viaje <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga hasta<br />
que el medio <strong>de</strong> transportación tenga la capacidad<br />
completa.<br />
La clave <strong>de</strong>l costo variable en el proceso <strong>de</strong><br />
recolección <strong>de</strong> una or<strong>de</strong>n es el tiempo en el que<br />
incurre el operador <strong>de</strong>l montacargas en sus recogidas.<br />
Se asume que con cualquiera <strong>de</strong> las dos<br />
disciplinas expuestas, la velocidad promedio <strong>de</strong><br />
este vehículo es igual para todas las ór<strong>de</strong>nes.<br />
Asimismo, se asume que los ítems que se van a<br />
recoger tienen un volumen, peso y configuración<br />
geométrica lo suficientemente parecida que estos<br />
factores no afectan el tiempo que se requiere para<br />
levantar el ítem. De lo anterior se <strong>de</strong>duce, por<br />
tanto, que en la disciplina out-and-back el costo<br />
<strong>de</strong> recoger un ítem dado es directamente proporcional<br />
a la distancia <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho<br />
don<strong>de</strong> está la or<strong>de</strong>n a la ubicación <strong>de</strong>l ítem en la<br />
bo<strong>de</strong>ga. En el caso <strong>de</strong> la disciplina Picker routing,<br />
el tiempo total <strong>de</strong>l operario en un viaje se pue<strong>de</strong><br />
distribuir a través <strong>de</strong> todos los elementos recogidos,<br />
entonces el tiempo dado a cada elemento <strong>de</strong><br />
la or<strong>de</strong>n será proporcional a la distancia <strong>de</strong> este<br />
con el área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho <strong>de</strong>l pedido. Estos tiempos<br />
pue<strong>de</strong>n ser promediados a través <strong>de</strong> todos<br />
los viajes realizados por el operador durante un<br />
periodo <strong>de</strong> tiempo para llegar a un costo promedio<br />
<strong>de</strong> recogida <strong>de</strong>l producto. Una vez más, se <strong>de</strong>duce<br />
que el costo promedio <strong>de</strong> un ítem es proporcional<br />
a la distancia entre el área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho <strong>de</strong>l pedido<br />
y la ubicación <strong>de</strong>l ítem en la bo<strong>de</strong>ga.<br />
Así, con el fin <strong>de</strong> analizar los costos variables<br />
para recoger basta con concentrarse en la configuración<br />
geométrica <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga. En la<br />
Figura 2 se divi<strong>de</strong> el área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga en zonas.<br />
En la práctica, estas zonas se ajustan a las características<br />
físicas (pasillos y bahías) <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga<br />
real. En promedio, la distancia <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la zona <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>spacho <strong>de</strong> la or<strong>de</strong>n hasta un lugar cualquiera<br />
en la Zona 2 es el doble que la distancia a un lugar<br />
cualquiera en la Zona 1, y así.<br />
Otro aspecto importante <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> problemas<br />
que no ha sido mencionado hasta el momento<br />
es la posibilidad <strong>de</strong> tener pronósticos <strong>de</strong> la<br />
<strong>de</strong>manda para cada ítem en la bo<strong>de</strong>ga. A<strong>de</strong>más,<br />
incluso asumida esta <strong>de</strong>manda es bien sabido<br />
con certeza, que si la <strong>de</strong>manda tiene un comportamiento<br />
claramente estacional entonces un factor<br />
adicional para consi<strong>de</strong>rar es el apropiado horizonte<br />
<strong>de</strong> tiempo sobre el cual se <strong>de</strong>be encontrar<br />
la solución <strong>de</strong>l costo mínimo.<br />
Regla <strong>de</strong>l índice Cube-Per-Or<strong>de</strong>r CPO<br />
A razón <strong>de</strong> enfocarse en la reducción <strong>de</strong>l costo<br />
<strong>de</strong> recoger una or<strong>de</strong>n, se <strong>de</strong>ben hacer las siguientes<br />
suposiciones:<br />
• Se ha <strong>de</strong>terminado un horizonte <strong>de</strong> tiempo<br />
sobre el cual se <strong>de</strong>sea minimizar el costo <strong>de</strong><br />
recoger una or<strong>de</strong>n.<br />
• Sobre este horizonte <strong>de</strong> tiempo, la <strong>de</strong>manda<br />
<strong>de</strong>l cliente para cada ítem <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga es<br />
conocido con certeza, tanto la cantidad que<br />
<strong>de</strong>be ser <strong>de</strong>spachada como el número <strong>de</strong> ór<strong>de</strong>nes<br />
que van a ser recibidas.<br />
• Se ha <strong>de</strong>terminado la <strong>de</strong>manda diaria máxima<br />
<strong>de</strong>l inventario que se <strong>de</strong>be mantener en la<br />
bo<strong>de</strong>ga para cada ítem, y a<strong>de</strong>cuar el espacio<br />
total <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga para que se ajuste a esta<br />
cantidad específica (la <strong>de</strong>manda diaria <strong>de</strong>terminada<br />
pue<strong>de</strong> ser diferente para diferentes<br />
ítems).<br />
Con estas suposiciones, el problema es ubicar<br />
los ítems en la bo<strong>de</strong>ga para así minimizar el costo<br />
variable <strong>de</strong> recoger una or<strong>de</strong>n; <strong>de</strong> igual manera<br />
se minimiza la distancia total <strong>de</strong> los recorridos <strong>de</strong>l<br />
montacargas durante el horizonte <strong>de</strong> tiempo seleccionado.<br />
Estos son en general cuatro factores <strong>de</strong>terminantes<br />
<strong>de</strong>l costo: compatibilidad, complementariedad,<br />
popularidad y espacio. Los ítems compatibles<br />
son aquellos que pue<strong>de</strong>n ser almacenados
136<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
uno al lado <strong>de</strong>l otro sin temor a alguna contaminación<br />
o daño, así entonces los ítems incompatibles,<br />
como por ejemplo, un caso muy común<br />
sería la comida y gasolina, <strong>de</strong>ben ser almacenados<br />
en lugares no adyacentes. Los ítems complementarios<br />
son aquellos que frecuentemente son<br />
<strong>de</strong>mandados simultáneamente por el cliente en<br />
la misma or<strong>de</strong>n, como sería el caso en los supermercados<br />
<strong>de</strong>l espagueti y salsa <strong>de</strong> tomate, y estos<br />
<strong>de</strong>ben estar ubicados cerca uno <strong>de</strong>l otro. Los<br />
ítems populares, en términos <strong>de</strong>l promedio <strong>de</strong><br />
recogidas por día, <strong>de</strong>ben estar localizados cerca<br />
<strong>de</strong>l área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho, ya que estos ítems tienen<br />
el mayor número <strong>de</strong> viajes hacia su ubicación.<br />
Este criterio parece ser el más recomendado<br />
para la ubicación <strong>de</strong> stock. Finalmente, es recomendable<br />
que los ítems que requieren el menor<br />
espacio en la bo<strong>de</strong>ga estén ubicados más cerca<br />
<strong>de</strong>l área <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho.<br />
Claramente, estos cuatro criterios, en general,<br />
no pue<strong>de</strong>n ser introducidos simultáneamente,<br />
y es necesario mucho esfuerzo. Primero, se<br />
asume que todos los ítems <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga son<br />
compatibles. Luego, se asume que hay grupos<br />
<strong>de</strong> ítems <strong>de</strong> alta complementariedad que se<br />
combinan en clases para formar nuevos “ítems”<br />
en el listado maestro <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga. Estos nuevos<br />
ítems pue<strong>de</strong>n o no remplazar totalmente<br />
los ítems individuales para convertirse en clases,<br />
según el grado <strong>de</strong> complementariedad. Con<br />
esto, se pue<strong>de</strong> especificar los pasos que involucran<br />
la implementación <strong>de</strong> la regla <strong>de</strong>l índice<br />
CPO, que establece un intercambio cuantitativo<br />
entre los dos objetivos <strong>de</strong> ubicar los ítems que<br />
ocupan menos espacio cerca <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho,<br />
y también los ítems que son más populares.<br />
Los siguientes pasos involucran nada más<br />
que una secuencia <strong>de</strong> tabulación <strong>de</strong> datos y cálculos<br />
aritméticos simples.<br />
1) Preparar un diagrama a escala <strong>de</strong> toda la<br />
bo<strong>de</strong>ga, según la ubicación <strong>de</strong> los pasillos,<br />
áreas <strong>de</strong> almacenamiento y otras características<br />
físicas significativas que afecten los<br />
movimientos <strong>de</strong> los montacargas, como los<br />
obstáculos, pare<strong>de</strong>s interiores y <strong>de</strong>más. Se<br />
indicará la capacidad <strong>de</strong> cada zona <strong>de</strong> almacenamiento<br />
entre pasillos, expresada en<br />
pies cúbicos, metros cúbicos o número <strong>de</strong><br />
paletas, según sea más conveniente.<br />
2) Dividir el área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga conceptualmente<br />
en zonas que representan distintas<br />
distancias promedio hacia la zona <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho,<br />
y tenga en cuenta las zonas en el<br />
diagrama a escala. A<strong>de</strong>más, la capacidad<br />
<strong>de</strong> cada zona <strong>de</strong>be ser tabulada.<br />
3) Hacer un listado <strong>de</strong> todos los ítems que son<br />
llevados a esa bo<strong>de</strong>ga. En la columna siguiente,<br />
registrar el volumen requerido para<br />
almacenar la unidad más pequeña que se<br />
pueda embalar <strong>de</strong> cada ítem <strong>de</strong> una or<strong>de</strong>n<br />
que un cliente pueda pedir.<br />
4) Para cada ítem, registrar el pronóstico <strong>de</strong>l<br />
número esperado <strong>de</strong> ór<strong>de</strong>nes a ser recibidas<br />
en un horizonte <strong>de</strong> tiempo, y el número<br />
<strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s esperadas para <strong>de</strong>spachar.<br />
Se asume que cada or<strong>de</strong>n para un ítem<br />
representa una recogida (si se espera que<br />
ocurra frecuentemente que se <strong>de</strong>ba ir a<br />
recoger más <strong>de</strong> una vez en una or<strong>de</strong>n, entonces<br />
se remplaza la or<strong>de</strong>n estimada <strong>de</strong>l<br />
ítem por una estimación <strong>de</strong>l número total<br />
<strong>de</strong> recogidas).<br />
5) Calcular y registrar por separado para cada<br />
ítem el número promedio <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s por<br />
pedido, el número promedio <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong><br />
almacenamiento requerido por cada pedido<br />
y el número promedio <strong>de</strong> ór<strong>de</strong>nes que<br />
se reciben en un día <strong>de</strong> envíos durante el<br />
horizonte <strong>de</strong> tiempo. Los dos últimos números<br />
se multiplican con el número <strong>de</strong> días establecido<br />
como el objetivo máximo <strong>de</strong> días<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>manda para obtener la cantidad <strong>de</strong><br />
espacio <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga a ser apartadas<br />
para cada ítem. El índice CPO es la<br />
relación <strong>de</strong> este último número y el promedio<br />
<strong>de</strong> pedidos por día <strong>de</strong> envío. (Esta <strong>de</strong>finición<br />
<strong>de</strong>l índice indica una compensación<br />
<strong>de</strong> lo cuantitativo e intuitivo entre espacio y<br />
popularidad. Más directamente, el índice se<br />
<strong>de</strong>fine como el producto <strong>de</strong> la meta <strong>de</strong> días<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>manda y el espacio <strong>de</strong> almacenamiento<br />
promedio por pedido).<br />
6) Todos los ítems están ahora or<strong>de</strong>nados según<br />
su índice CPO, el ítem con el menor índice<br />
comienza <strong>de</strong> primero. De este ranking,<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> el diseño <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga.<br />
Los ítems con menor índice son colocados<br />
en la zona 1 y así sucesivamente cada vez<br />
más lejos <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> <strong>de</strong>spacho.
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
137<br />
La regla CPO es fácil <strong>de</strong> implementar, tanto<br />
en términos <strong>de</strong> tiempo y el nivel <strong>de</strong> mano <strong>de</strong> obra<br />
requerida. También tiene una gran flexibilidad a<br />
condiciones cambiantes. Una observación empírica<br />
hecha es que la regla CPO, con frecuencia, es<br />
que el rendimiento <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga es muy diferente<br />
<strong>de</strong> los obtenidos por la aplicación <strong>de</strong>l criterio <strong>de</strong> la<br />
popularidad o el espacio. A<strong>de</strong>más, se pue<strong>de</strong> esperar<br />
que el diseño <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga <strong>de</strong> la regla difiera<br />
en cierta medida <strong>de</strong>l diseño real en existencia. En<br />
<strong>de</strong>terminadas situaciones la aplicabilidad <strong>de</strong>l índice<br />
<strong>de</strong> CPO pue<strong>de</strong> ser reforzada por cambios específicos<br />
en la configuración <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga.<br />
C. Optimización <strong>de</strong> diseño en planta (layout<br />
optimization)<br />
Para el diseño <strong>de</strong>l Or<strong>de</strong>r Picking Area, se tienen<br />
otros algoritmos que trabajan el esquema<br />
completo <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga, según la información<br />
<strong>de</strong>l espacio disponible y <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> las<br />
áreas <strong>de</strong> operación y las estanterías con las que<br />
se cuentan para la bo<strong>de</strong>ga:<br />
En [8] se estudiaron las interacciones entre las<br />
políticas <strong>de</strong> ruteo y el diseño <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> Picking<br />
por medio <strong>de</strong> simulación. Sin embargo, no <strong>de</strong>sarrolló<br />
una metodología <strong>de</strong> diseño. En su estudio,<br />
encontró que la influencia <strong>de</strong> la posición <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósito<br />
en distancias <strong>de</strong> ruta es menor al 6% y si<br />
hay más <strong>de</strong> 15 picks por ruta, ésta cae por <strong>de</strong>bajo<br />
<strong>de</strong>l 1%.<br />
En [9] se estudió el impacto <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong>l<br />
área <strong>de</strong> Picking por medio <strong>de</strong> los estimados en la<br />
distancia <strong>de</strong> ruta en diseño <strong>de</strong> un solo bloque.<br />
En [10] se <strong>de</strong>sarrolló un mo<strong>de</strong>lo capaz <strong>de</strong> encontrar<br />
la mejor estructura <strong>de</strong> diseño para el área<br />
<strong>de</strong> Picking, por medio <strong>de</strong> la formulación <strong>de</strong> un<br />
mo<strong>de</strong>lo matemático no lineal, basándose en las<br />
características <strong>de</strong> dos políticas distintas <strong>de</strong> operación.<br />
Sus resultados les llevaron a concluir que el<br />
número <strong>de</strong> hileras óptimas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> fuertemente<br />
<strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> almacenamiento y <strong>de</strong><br />
la lista <strong>de</strong> Picking. Aun cuando fue una contribución<br />
importante, su mo<strong>de</strong>lo se limita a diseños <strong>de</strong><br />
un solo bloque.<br />
En el [11] se presentó un mo<strong>de</strong>lo analítico<br />
para el diseño en planta <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> Picking en<br />
sistemas <strong>de</strong> picker-to-part <strong>de</strong> nivel bajo mediante<br />
el índice cube-per-or<strong>de</strong>r (COI), explicado en la pasada<br />
sección, basándose en reglas <strong>de</strong> asignación<br />
aleatoria <strong>de</strong> espacios. Los autores presentan una<br />
fórmula que relaciona el número óptimo <strong>de</strong> hileras<br />
con los parámetros principales que afectan el<br />
diseño <strong>de</strong> planta, los cuales son: la longitud <strong>de</strong><br />
las hileras <strong>de</strong> Picking, el número <strong>de</strong> paradas <strong>de</strong><br />
Picking por viaje y la forma <strong>de</strong>l diagrama <strong>de</strong> Pareto<br />
basado en el COI. También tienen en cuenta el<br />
incremento en el valor esperado <strong>de</strong> distancias <strong>de</strong><br />
viaje que surge <strong>de</strong> la adopción <strong>de</strong> un número no<br />
óptimo <strong>de</strong> hileras.<br />
En [12] estudiaron bo<strong>de</strong>gas que consisten<br />
en dos bloques con el <strong>de</strong>pósito localizado entre<br />
ambos bloques en la cabecera <strong>de</strong> la hilera cruzada<br />
media. El mo<strong>de</strong>lo que presentan se basa en<br />
la asignación óptima <strong>de</strong>l espacio <strong>de</strong> almacenamiento,<br />
mediante la estrategia ABC y en la minimización<br />
<strong>de</strong>l tiempo promedio <strong>de</strong> ruta <strong>de</strong> Picking,<br />
en el que al mismo tiempo se mantenga cierto<br />
nivel <strong>de</strong> espacio <strong>de</strong> almacenamiento. En su estudio<br />
consi<strong>de</strong>ran dos tipos <strong>de</strong> diseño, uno que<br />
tiene el espacio disponible fijo y el otro que no<br />
lo tiene fijo. Para cada situación presentan una<br />
formulación matemática y heurística para resolverla.<br />
En [4] se estudian mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> múltiples hileras<br />
y número <strong>de</strong> bloques. Los autores presentan<br />
un método revertido para optimizar el diseño <strong>de</strong>l<br />
área <strong>de</strong> Picking e introducen un estimado estadístico<br />
para la distancia total promedio con el<br />
fin <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r minimizarla. Presentan un mo<strong>de</strong>lo<br />
analítico y lo validan por medio <strong>de</strong> simulación.<br />
En este mo<strong>de</strong>lo, ellos consi<strong>de</strong>ran la operación <strong>de</strong><br />
Picking manual, en el que los operadores recorren<br />
la bo<strong>de</strong>ga y recogen los ítems y los llevan a<br />
su ruta. La estructura <strong>de</strong>l área está compuesta<br />
por hileras <strong>de</strong> Picking que tienen estanterías en<br />
ambos lados y en don<strong>de</strong> los operadores tienen la<br />
posibilidad <strong>de</strong> recoger material <strong>de</strong> ambos lados.<br />
En este mo<strong>de</strong>lo existen por lo menos dos hileras<br />
cruzadas (una en el frente y otra en la parte <strong>de</strong><br />
atrás) y en esas hileras no se tienen puntos <strong>de</strong><br />
Picking.<br />
<strong>II</strong>I. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA y<br />
FORMULACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO<br />
Para este mo<strong>de</strong>lo se tienen en cuenta que la<br />
política <strong>de</strong> asignación <strong>de</strong> espacios es aleatoria<br />
siguiendo una distribución uniforme y se tienen<br />
en reglas <strong>de</strong> asignación <strong>de</strong> rutas que limitan el<br />
espacio <strong>de</strong> soluciones. Para lo anterior, se asume<br />
que los operadores recorren las hileras por toda la
138<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
mitad <strong>de</strong> la hilera, evitando congestión <strong>de</strong> operadores<br />
y también recogen los productos sin tener<br />
que utilizar un mecanismo <strong>de</strong> levantamiento <strong>de</strong><br />
carga.<br />
Se <strong>de</strong>be analizar <strong>de</strong> qué manera están organizados<br />
los productos, en este caso se tomará<br />
que las estanterías <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga están organizadas<br />
por familias <strong>de</strong> producto, los cuales se<br />
encuentran paletizados (en estibas). Por otro<br />
lado, se <strong>de</strong>be evaluar si los espacios están organizados<br />
<strong>de</strong> acuerdo a la cantidad <strong>de</strong> producto<br />
en rotación, es <strong>de</strong>cir, si se tiene en cuenta su popularidad;<br />
esto, versus el volumen que se pue<strong>de</strong><br />
manejar por estiba, por lo que se <strong>de</strong>be revisar<br />
la asignación óptima <strong>de</strong> los espacios en bo<strong>de</strong>ga,<br />
basados en la popularidad y el volumen que el<br />
producto maneja.<br />
Como ya se mencionó anteriormente, se tomará<br />
el caso <strong>de</strong> una bo<strong>de</strong>ga en la que los estantes<br />
están sectorizados por tipo <strong>de</strong> producto<br />
y también por estado, que pue<strong>de</strong> ser: Cuarentena,<br />
Aprobado, Rechazado, Retenido, en Alistamiento.<br />
El estado <strong>de</strong> Cuarentena es establecido<br />
cuando el producto no ha sido inspeccionado<br />
previamente, por lo que se le realizan pruebas<br />
para po<strong>de</strong>r ubicarlo en las estanterías y así evitar<br />
la contaminación <strong>de</strong>l resto <strong>de</strong> los materiales <strong>de</strong><br />
la bo<strong>de</strong>ga; una vez el material pasa satisfactoriamente<br />
las pruebas <strong>de</strong> control <strong>de</strong> calidad, se<br />
le coloca el sello <strong>de</strong> Aprobado y es trasladado a<br />
la estantería correspondiente; si el producto no<br />
pasa las pruebas <strong>de</strong> control <strong>de</strong> calidad, entonces<br />
será ubicado en la zona <strong>de</strong> producto Rechazado<br />
o Retenido según sea el caso; a la zona <strong>de</strong> Alistamiento,<br />
solo pasan los productos por requerimiento<br />
<strong>de</strong>l área <strong>de</strong> producción y que estén en la<br />
zona <strong>de</strong> Aprobado. La cantidad <strong>de</strong> zonas asignadas<br />
en la bo<strong>de</strong>ga, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> indispensablemente<br />
<strong>de</strong> las necesida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la empresa. Para el caso<br />
en estudio se tendrán en cuenta las cuatro zonas<br />
anteriormente mencionadas, y una quinta zona<br />
que se tomará como área <strong>de</strong> Alistamiento, en<br />
don<strong>de</strong> se ubicarán las estibas según los pedidos<br />
requeridos y don<strong>de</strong> solo pasará material que ha<br />
estado en el área <strong>de</strong> Aprobado, para luego salir<br />
<strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga hacia Producción, como se mencionó<br />
anteriormente. Cabe <strong>de</strong>stacar que las zonas<br />
<strong>de</strong>ben estar claramente señalizadas, y para el<br />
caso <strong>de</strong> que se maneje material con rigurosos<br />
controles <strong>de</strong> calidad, por el tipo <strong>de</strong> producto, se<br />
<strong>de</strong>be a<strong>de</strong>más ubicar la estiba en la zona correspondiente<br />
según los resultados <strong>de</strong> las pruebas<br />
<strong>de</strong> muestreo, se <strong>de</strong>be colocar una etiqueta o señalización<br />
distintiva <strong>de</strong> que el producto fue asignado<br />
para x área, esto es <strong>de</strong> vital importancia<br />
para el personal que maneja la bo<strong>de</strong>ga.<br />
Para el caso <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> bo<strong>de</strong>gas y dadas<br />
todas las condiciones anteriormente establecidas,<br />
el método más a<strong>de</strong>cuado a partir <strong>de</strong>l cual<br />
se pue<strong>de</strong> empezar <strong>de</strong>sarrollar para organizar<br />
los productos <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga <strong>de</strong> la mejor manera<br />
es la regla Cube-Per-Or<strong>de</strong>r. Se <strong>de</strong>be tener en<br />
cuenta que este método no se ajusta <strong>de</strong> manera<br />
exacta, por lo que hay que tener en cuenta ciertas<br />
variaciones para que su aplicabilidad sea<br />
viable, por ello, se ha combinado para lograr<br />
una optimización en el Picking, para el cual se<br />
tienen en cuenta las distancias, principalmente.<br />
La optimización <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga se tiene<br />
como referencia, sin embargo, no se tuvo en<br />
cuenta por el mismo hecho <strong>de</strong> que normalmente<br />
las bo<strong>de</strong>gas ya tienen fija sus estanterías, la<br />
cantidad <strong>de</strong> hileras, y <strong>de</strong>más.<br />
El mo<strong>de</strong>lo que se ha <strong>de</strong>sarrollado <strong>de</strong>be indicar<br />
la posición óptima <strong>de</strong> las zonas en las<br />
estanterías para que se reduzca el tiempo <strong>de</strong><br />
Picking. Este mo<strong>de</strong>lo se aplica a empresas que<br />
tienen un Picking out-and-back, lo que significa<br />
que no se necesita la ruta óptima <strong>de</strong> recogida<br />
<strong>de</strong> los pedidos sino más bien un arreglo<br />
óptimo <strong>de</strong> estanterías asignadas a cada tipo <strong>de</strong><br />
producto con el fin <strong>de</strong> minimizar la distancia <strong>de</strong><br />
los recorridos, según las capacida<strong>de</strong>s en las estanterías,<br />
<strong>de</strong> acuerdo con el siguiente mo<strong>de</strong>lo<br />
matemático.<br />
IV. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA y<br />
FORMULACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO<br />
A. Variables:<br />
B. Parámetros:<br />
u it<br />
= Cantidad <strong>de</strong> estibas <strong>de</strong>l producto i que ingresan<br />
a bo<strong>de</strong>ga en el periodo t.<br />
cap j<br />
= Capacidad <strong>de</strong> la estantería j.
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
139<br />
z it<br />
= Cantidad <strong>de</strong> estibas <strong>de</strong>l producto i que salen<br />
<strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga en el periodo t.<br />
<strong>de</strong> j<br />
= Distancia <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la entrada a la estantería j.<br />
d jl<br />
= Distancia <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la estantería j a la estantería l.<br />
da j<br />
= Distancia <strong>de</strong> zona <strong>de</strong> alistamiento ubicada<br />
en la estantería j a la salida.<br />
p ik<br />
= Proporción <strong>de</strong>l producto i a ingresar en estado<br />
k.<br />
C. Conjuntos:<br />
Familias <strong>de</strong> productos i = 1, … , 12<br />
Estanterías j = 1, … , 25 ι⊆ J, ι≠j<br />
Estados en bo<strong>de</strong>ga, estos <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rán <strong>de</strong>l<br />
número <strong>de</strong> zonas que se <strong>de</strong>finan, para este<br />
caso sería entonces:<br />
1(en cuarentena), 2(retenido), 3(rechazado),<br />
4(aprobado) y 5(en alistamiento)<br />
Periodos <strong>de</strong> tiempo, se <strong>de</strong>fine la unidad <strong>de</strong><br />
tiempo en la que será más conveniente evaluar<br />
t=1, … , (semestres)<br />
D. Mo<strong>de</strong>lo matemático (Zmin):<br />
5. Distancias recorridas por los productos i=1,<br />
… , 12 que se mueven <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> Alistamiento<br />
a la salida.<br />
E. Sujeto a:<br />
La capacidad <strong>de</strong> los estantes asignados a la<br />
zona <strong>de</strong> Aprobado <strong>de</strong>be ser mayor o igual a la cantidad<br />
<strong>de</strong> producto que i que ingresa a dicha zona<br />
en un periodo <strong>de</strong> tiempo t.<br />
La capacidad <strong>de</strong> los estantes asignados a la<br />
zona <strong>de</strong> Cuarentena <strong>de</strong>be ser mayor o igual a la<br />
cantidad <strong>de</strong> producto que ingresa en esta zona en<br />
un periodo <strong>de</strong> tiempo t.<br />
La capacidad <strong>de</strong> los estantes asignados a la<br />
zona <strong>de</strong> Alistamiento <strong>de</strong>be ser mayor o igual a la<br />
cantidad <strong>de</strong> producto que sale <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga por<br />
requerimiento <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> producción en un periodo<br />
<strong>de</strong> tiempo t.<br />
Esta restricción implica que cada producto solo<br />
va a tener asignado una ubicación a la vez.<br />
Cada producto <strong>de</strong>be tener una posición asignada.<br />
La función objetivo se compone <strong>de</strong> las siguientes<br />
partes:<br />
1. Distancias recorridas por los productos i=1,<br />
… , 12 que entran directamente al estante j don<strong>de</strong><br />
se encuentra la zona <strong>de</strong> Aprobado en un periodo<br />
<strong>de</strong> tiempo t.<br />
2. Distancias recorridas por los productos i=1,<br />
… , 12 que entran directamente a Cuarentena.<br />
3. Distancias recorridas por los productos i=1,<br />
… , 12 que se mueven <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> Cuarentena a<br />
la zona <strong>de</strong> Aprobado, Retenido o Rechazado.<br />
4. Distancias recorridas por los productos i=1,<br />
… , 12 que se mueven <strong>de</strong> la zona <strong>de</strong> Aprobado a la<br />
zona <strong>de</strong> Alistamiento.<br />
Cada zona, solo va a tener asignado un estante<br />
a la vez.<br />
Cada zona <strong>de</strong>be tener un estante asignado.<br />
V. DESARROLLO DE LA hEURÍSTICA<br />
Los pedidos que entran con mayor frecuencia<br />
son aquellos que necesitan estar cerca <strong>de</strong> la entrada<br />
y aquellos que salen más frecuentemente<br />
necesitan estar cerca <strong>de</strong> la salida. En una típica<br />
bo<strong>de</strong>ga se maneja el siguiente flujo <strong>de</strong> producto<br />
clasificados por estado <strong>de</strong>l producto que se muestra<br />
en la Fig. 3:
140<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
FIG. 3. DIAGRAMA DE FLUJO DEL MATERIAL EN BODEGA<br />
Q: En CUARENTENA; AP: APROBADO; AL: EN ALISTAMIENTO;<br />
RT: RETENIDO; RE: RECHAZADO<br />
FIG. 4. DIVISIÓN DE LA BODEGA EN ZONAS<br />
– · –Zona <strong>de</strong> entrada<br />
· · · · · · · Zona <strong>de</strong> salida<br />
De acuerdo a este diagrama <strong>de</strong> la Fig. 3, se<br />
<strong>de</strong>tectan dos zonas <strong>de</strong> importancia: La zona <strong>de</strong><br />
entrada y la zona <strong>de</strong> salida. El arreglo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá<br />
entonces <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> producto<br />
que transita <strong>de</strong> una estantería a otra. Por<br />
lo tanto, la heurística contempla la división <strong>de</strong><br />
la bo<strong>de</strong>ga en zonas, como lo hace el procedimiento<br />
cube-per-or<strong>de</strong>r, sin embargo, a diferencia<br />
<strong>de</strong> este último, se trabajará la importancia<br />
relativa según el flujo <strong>de</strong> estibas por producto,<br />
divididos en la cantidad que sale versus la<br />
cantidad que entra. Entonces, se hablará <strong>de</strong><br />
dos subgrupos: zonas <strong>de</strong> salida y zonas <strong>de</strong> entrada.<br />
En cada subgrupo están <strong>de</strong>limitados las<br />
zonas 1, 2 y 3 que va <strong>de</strong> mayor cercanía a la<br />
salida o la entrada, tal como se muestra en la<br />
Fig. 4.<br />
Procedimiento:<br />
PASO 1: Levantar un plano <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga<br />
y dividirlo en zonas, para clasificarlas en las<br />
dos zonas mencionadas. Todas las estanterías<br />
<strong>de</strong>ben estar asignadas en ambos tipos <strong>de</strong><br />
zonas.<br />
PASO 2: Calcular las capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las<br />
zonas.<br />
PASO 3: Calcular el número <strong>de</strong> estibas que<br />
ingresan y salen <strong>de</strong> bo<strong>de</strong>ga por familia <strong>de</strong><br />
producto en un periodo <strong>de</strong> máximo mantenimiento<br />
<strong>de</strong> inventario, esto se pue<strong>de</strong> hacer mediante<br />
la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> la <strong>de</strong>manda diaria<br />
<strong>de</strong>l producto, y multiplicarla por el número <strong>de</strong><br />
días que se maneja <strong>de</strong> inventario.<br />
PASO 4: Hacer dos listados, uno para los<br />
productos que salen y otro para los que entran,<br />
en el que se or<strong>de</strong>nan <strong>de</strong> mayor a menor<br />
y para el listado <strong>de</strong> los productos que entran,<br />
indicar con valor <strong>de</strong> 1 si el producto entra a<br />
cuarentena y 0 si no entra.<br />
PASO 5: Asignar los productos en las zonas<br />
<strong>de</strong> entrada y salida, <strong>de</strong> acuerdo con el or<strong>de</strong>namiento<br />
sugerido en el listado y respetando las<br />
capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cada zona. En la asignación<br />
<strong>de</strong> zonas <strong>de</strong> salida, se <strong>de</strong>be primero colocar<br />
la zona <strong>de</strong> alistamiento antes <strong>de</strong> asignar los<br />
productos en las estanterías.<br />
PASO 6: De acuerdo con las zonas se hace<br />
un listado específico en estanterías, se asignan<br />
los productos a las estanterías, según la<br />
coherencia <strong>de</strong>l listado <strong>de</strong> entradas con el <strong>de</strong><br />
salidas.<br />
PASO 7: Evaluar función objetivo inicial<br />
PASO 8: Aleatoriamente seleccionar 2 zonas<br />
e intercambiarlos.<br />
PASO 9: Evaluar función objetivo con las<br />
modificaciones.<br />
PASO 10: Si el valor es menor al anterior, ir<br />
al paso 11, <strong>de</strong> lo contrario regresar al paso 8,<br />
sin modificar la solución anterior.<br />
PASO 11: Seleccionar solución mejorada e<br />
ir al paso 8.<br />
PASO 12: El criterio <strong>de</strong> salida estaría establecido<br />
por el porcentaje <strong>de</strong> cambio entre<br />
un arreglo y otro. Se <strong>de</strong>tiene el procedimiento,<br />
una vez el porcentaje <strong>de</strong> cambio se haya mostrado<br />
poco significativo en arreglos seguidos.
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
141<br />
VI. APLICACIÓN DEL MODELO<br />
DESARROLLADO PARA EL CASO DE UNA<br />
EMPRESA DEL SECTOR INDUSTRIAL<br />
A. Datos <strong>de</strong> Entrada<br />
En la bo<strong>de</strong>ga <strong>de</strong> material expuesta se manejan 5<br />
estados <strong>de</strong> los productos, como se mostró en la Fig.<br />
3. De manera general se <strong>de</strong>be tener cuenta:<br />
• Porcentaje <strong>de</strong> producto que entra a Aprobado o<br />
a Cuarentena.<br />
• En caso <strong>de</strong> entrar a Cuarentena, número <strong>de</strong> días<br />
que permanece este estado hasta ser ubicado<br />
en Aprobado, Retenido o Rechazado.<br />
• Restricciones <strong>de</strong> incompatibilidad entre un producto<br />
y otro, es <strong>de</strong>cir, x producto específico <strong>de</strong>be<br />
estar separado <strong>de</strong> y producto por políticas <strong>de</strong> la<br />
empresa.<br />
• Porcentaje <strong>de</strong> material Rechazado y Retenido según<br />
las estadísticas.<br />
• Si se sabe que todos los productos <strong>de</strong>ben pasar<br />
por el área <strong>de</strong> Alistamiento para salir <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga,<br />
entonces, especificar cuánto <strong>de</strong>moran en<br />
esta área.<br />
Establecer si existen algunas restricciones <strong>de</strong> movilidad<br />
<strong>de</strong> las áreas. Esto pue<strong>de</strong> ser porque algunos<br />
estantes están a<strong>de</strong>cuados especialmente para recibir<br />
cierto tipo <strong>de</strong> producto.<br />
• Dado que para que un producto salga tiene que<br />
pasar por el área <strong>de</strong> Alistamiento, se tomará esta<br />
como el área <strong>de</strong> Salida.<br />
• Como se mencionó anteriormente, para adaptar<br />
el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> CPO a la bo<strong>de</strong>ga, se tendrá en<br />
cuenta que cada estiba es una or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>bido a<br />
su mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Picking, out-and-back.<br />
• Finalmente, las unida<strong>de</strong>s a manejar son en metros<br />
y en estibas.<br />
• Aplicándolo a las condiciones <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga ejemplo<br />
se tienen los siguientes <strong>de</strong>talles para empezar:<br />
Existen 12 familias <strong>de</strong> productos que maneja la<br />
empresa, <strong>de</strong> los cuales no se tendrán en cuenta las<br />
familias 3 y 8 <strong>de</strong>bido a que no hacen parte <strong>de</strong>l material<br />
manejado en dicha bo<strong>de</strong>ga.<br />
• Los productos manejan un porcentaje <strong>de</strong> entradas<br />
directas a Cuarentena muy parecido al 70%<br />
según información estadística. Y luego permanecerá<br />
en esta área en un periodo no superior a 3<br />
días.<br />
• De los lotes recibidos no más <strong>de</strong>l 3% resulta<br />
Rechazado y no más <strong>de</strong>l 2% Retenido.<br />
• Como ya se sabe todos los productos <strong>de</strong>ben<br />
pasar por el área <strong>de</strong> Alistamiento antes <strong>de</strong> salir<br />
<strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga para respon<strong>de</strong>r a un pedido. Y<br />
no <strong>de</strong>moran más <strong>de</strong> 2 días en esta área.<br />
• La zona <strong>de</strong> cuarentena <strong>de</strong>be estar ubicada en<br />
las estanterías <strong>de</strong>l centro, ya que <strong>de</strong> esta zona<br />
se dirigen hacia el resto <strong>de</strong> los estantes las<br />
estibas.<br />
• La estantería <strong>de</strong> alistamiento es la única fija<br />
en toda la bo<strong>de</strong>ga. El área <strong>de</strong> alistamiento<br />
<strong>de</strong>be estar ubicado en cierto estante <strong>de</strong>bido a<br />
que ésta estantería está especialmente a<strong>de</strong>cuada<br />
para el recibo <strong>de</strong> las ór<strong>de</strong>nes<br />
• El área <strong>de</strong> Rechazado y Retenido <strong>de</strong>ben estar<br />
juntas y en un área <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga don<strong>de</strong> puedan<br />
ser encerradas ya solo personal autorizado<br />
tiene acceso a esta área. Para entrar se<br />
necesita or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> Calidad y para retirar algún<br />
material se necesita or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> Jefe <strong>de</strong> Bo<strong>de</strong>ga<br />
y <strong>de</strong> Calidad.<br />
• Existen dos áreas <strong>de</strong> Cuarentena, ya que ciertos<br />
productos tienen incompatibilidad.<br />
• Se proce<strong>de</strong> entonces a <strong>de</strong>sarrollar los pasos<br />
con la información suministrada.<br />
B. Aplicación <strong>de</strong>l Mo<strong>de</strong>lo Desarrollado<br />
PASO 1: En los siguientes diagramas (Fig. 5 y<br />
6) se muestran las zonas <strong>de</strong> entrada y las zonas<br />
<strong>de</strong> salida subdivididas.<br />
FIG. 5. ZONA DE ENTRADA<br />
FIG. 6. ZONA DE SALIDA
142<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
PASO 2: Según las zonas establecidas la capacidad<br />
asignada sería la siguiente que se muestra<br />
en la Tabla I para las entradas y en la Tabla <strong>II</strong> para<br />
las salidas:<br />
TABLA I ZONA DE ENTRADA<br />
ZONA Capacidad Porcentaje (%) Estantes<br />
1 1000 35<br />
A, B, C, H, N,<br />
O, P<br />
2 956 34 D, E, I, J, K, Q, R<br />
3 888 31 F, G, M, S<br />
Total 2844 100<br />
TABLA <strong>II</strong> ZONA DE SALIDA<br />
ZONA Capacidad Porcentaje (%) Estantes<br />
1 1030 36 I, J, K, O, P, Q<br />
2 834 29 C, D, H, L, N, R<br />
A, B, E, F, G,<br />
3 980 34<br />
M, S<br />
Total 2844 100<br />
La zona 2 en este caso tiene menor capacidad<br />
<strong>de</strong>bido a la distribución <strong>de</strong> las estanterías en el<br />
espacio <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga.<br />
Para la zona <strong>de</strong> salida, se tiene como centro el<br />
área <strong>de</strong> alistamiento <strong>de</strong>bido a que pasa salir <strong>de</strong><br />
la bo<strong>de</strong>ga, todos los materiales <strong>de</strong>ben pasar por<br />
esta área.<br />
PASO 3: A continuación se presenta la información<br />
<strong>de</strong>tallada <strong>de</strong> cada línea y zona <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga<br />
en la Tabla <strong>II</strong>I.<br />
Se tiene la <strong>de</strong>manda diaria (Dd.) <strong>de</strong> cada línea<br />
(L) (unidad: Estibas).<br />
• Tiempo máximo <strong>de</strong> inventario (T. máx.): tiempo<br />
máximo que dura una estiba en la bo<strong>de</strong>ga. Esto<br />
indica para cuanto tiempo tienen inventario programado<br />
para cierto producto (unidad: días).<br />
• Capacidad teórica (Cap. Th.): según la <strong>de</strong>manda<br />
diaria y el tiempo máximo <strong>de</strong> inventario se<br />
obtiene esta capacidad, que indica cuanto <strong>de</strong>bería<br />
ser la capacidad asignada en la bo<strong>de</strong>ga<br />
(unidad: Estibas).<br />
• Capacidad asignada (Cap. A): según los estantes<br />
asignados en la bo<strong>de</strong>ga (unidad: Estibas).<br />
• Delta (Δ): indica cuanto por encima o por <strong>de</strong>bajo<br />
tiene la cantidad asignada con respecto<br />
a la teórica. Un porcentaje negativo indica que<br />
la capacidad asignada es inferior a la teórica y<br />
un porcentaje positivo indica lo contrario.<br />
• %Q: porcentaje <strong>de</strong> producto que normalmente<br />
va directamente hacia Cuarentena.<br />
• %R: porcentaje <strong>de</strong> producto que normalmente<br />
va directamente hacia el área <strong>de</strong> Rechazado<br />
por problemas <strong>de</strong> calidad para ser <strong>de</strong>vuelto al<br />
proveedor.<br />
• %Rt: porcentaje <strong>de</strong> producto que normalmente<br />
va directamente hacia el área <strong>de</strong> Retenido<br />
esperando confirmación <strong>de</strong> Calidad para asignarlo<br />
como rechazado o aprobado, <strong>de</strong>bido a<br />
que existen anomalías y no hay pruebas suficientes<br />
<strong>de</strong> laboratorio para asignarlo directamente<br />
a alguna <strong>de</strong> las dos zonas mencionadas.<br />
Con respecto a las áreas <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga, se i<strong>de</strong>ntificaran<br />
<strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
• a: Alistamiento<br />
• q: Cuarentena<br />
• q2: zona <strong>de</strong> Cuarentena en la que sólo pue<strong>de</strong>n<br />
colocarse los productos 4, 5 y 7<br />
• r: Rechazado<br />
• rt: Retenido<br />
L<br />
TABLA <strong>II</strong>I Información <strong>de</strong> cada línea y zona <strong>de</strong> la bo<strong>de</strong>ga<br />
Dd.<br />
T<br />
máx.<br />
Cap.<br />
Th.<br />
Cap. A. Δ % Q % R % Rt<br />
1 0,5 365 183 176 -4% 70% 5% 2%<br />
2 0,8 180 137 128 -6% 70% 5% 2%<br />
4 0,6 150 88 84 -5% 100% 5% 2%<br />
5 3 60 185 204 10% 100% 5% 2%<br />
6 5 90 458 400 -13% 70% 5% 2%<br />
7 49 8 390 432 11% 100% 5% 2%<br />
9 0,4 365 159 160 1% 70% 5% 2%<br />
10 0,7 180 127 112 -12% 70% 5% 2%<br />
11 1,0 180 181 200 10% 70% 5% 2%<br />
12 3,1 90 282 324 15% 70% 5% 2%<br />
a 69 1,5 103 90 -12% - - -<br />
q 48 5 238 108 -55% - - -<br />
q2 49 3 148 162 9% - - -<br />
r 1 180 123 140 14% - - -<br />
rt 1 60 41 40 -3% - - -<br />
Fuente: información empresa 2009<br />
PASO 4: Se realiza el listado <strong>de</strong> productos en<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> importancia según su <strong>de</strong>manda:
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
143<br />
1) Entradas:<br />
En este caso, como todas las líneas entran<br />
en algún porcentaje a cuarentena directamente,<br />
entonces la asignación <strong>de</strong> 1 y 0 no es necesaria<br />
pues entonces todas las líneas serian 0. A continuación<br />
se muestra en la Tabla IV el total <strong>de</strong> estibas<br />
por línea:<br />
TABLA IV Listado <strong>de</strong> productos en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> importancia según<br />
el número <strong>de</strong> entradas<br />
ENTRADAS<br />
Línea Estibas totales/Línea<br />
1 7 17777<br />
2 6 1857<br />
3 12 1145<br />
4 5 1127<br />
5 11 368<br />
6 2 278<br />
7 10 258<br />
8 4 215<br />
9 1 183<br />
10 9 159<br />
2) Salidas:<br />
Para el caso <strong>de</strong> las salidas, se pue<strong>de</strong> observar<br />
en la Tabla V que la mayoría <strong>de</strong> las posiciones se<br />
conservan. La posición 7 y 8 se encuentran invertidas,<br />
al igual que la posición 9 y 10.<br />
Tabla V Listado <strong>de</strong> productos en or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> importancia según<br />
el número <strong>de</strong> salidas<br />
SALIDAS<br />
Línea Estibas totales/Línea<br />
1 7 10429<br />
2 6 1560<br />
3 12 801<br />
4 5 638<br />
5 11 306<br />
6 10 162<br />
7 2 157<br />
8 1 154<br />
9 4 127<br />
10 9 112<br />
En este caso se tomará el or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> entrada<br />
como el or<strong>de</strong>n general <strong>de</strong> los productos ya que<br />
esta información es <strong>de</strong> mayor confiabilidad, según<br />
el manejo <strong>de</strong> la información que se tiene en<br />
la empresa. Sin embargo, normalmente, sería<br />
preferible utilizar la información <strong>de</strong> Salida, ya<br />
que ésta nos indica la <strong>de</strong>manda real que tiene la<br />
empresa según las or<strong>de</strong>nes <strong>de</strong> pedido que recibe.<br />
PASO 5: Asignación <strong>de</strong> líneas <strong>de</strong> productos a<br />
estanterías según zonas 1, 2 y 3.<br />
1) Entradas (<strong>de</strong>s<strong>de</strong> Cuarentena):<br />
Se toma las entradas únicamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> cuarentena<br />
ya que el número <strong>de</strong> entradas hacia esta<br />
zona es más significativa que a las estanterías.<br />
A partir <strong>de</strong> esto se pue<strong>de</strong> tener un punto <strong>de</strong> referencia<br />
que pue<strong>de</strong> ser modificado, una vez se<br />
tengan las líneas ubicadas en los estantes.<br />
Al realizar el acomodamiento para las líneas que<br />
van <strong>de</strong>s<strong>de</strong> Cuarentena a los estantes quedaría <strong>de</strong> la<br />
siguiente manera como se muestra en la Tabla VI:<br />
TABLA VI Ubicación <strong>de</strong> las líneas en los estantes <strong>de</strong>s<strong>de</strong> Cuarentena<br />
Estante<br />
Línea<br />
A 12<br />
B 12<br />
C<br />
q2<br />
D 6<br />
E 10<br />
F 1<br />
H 2, 10, 1<br />
I 2<br />
J a, 6<br />
K 6, 12<br />
N 1, 11<br />
O 11<br />
P 6<br />
Q<br />
q<br />
R 9<br />
S 3, 9<br />
Para el caso <strong>de</strong> entradas <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la Cuarentena<br />
q2 se tiene la siguiente información en la Tabla V<strong>II</strong><br />
como resultado:<br />
TABLA V<strong>II</strong> Ubicación <strong>de</strong> las líneas en los estantes <strong>de</strong>s<strong>de</strong> Cuarentena q2<br />
Estante<br />
Línea<br />
A 7<br />
B 7<br />
C<br />
q2<br />
D 7<br />
E 4<br />
N 5<br />
O 5<br />
P 7
144<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
2) Salidas (<strong>de</strong>s<strong>de</strong> Alistamiento):<br />
Para el caso <strong>de</strong> las salidas, se toma <strong>de</strong> manera<br />
general los movimientos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los estantes hasta<br />
la zona <strong>de</strong> alistamiento. Las líneas quedarían ubicadas<br />
<strong>de</strong> la siguiente forma como se muestra en<br />
la Tabla V<strong>II</strong>I:<br />
TABLA V<strong>II</strong>I Ubicación <strong>de</strong> las líneas en los estantes <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la salida<br />
Estante<br />
Línea<br />
A<br />
8, 9, d<br />
B 1<br />
C<br />
q2<br />
D 5<br />
E 1, 9<br />
F 9<br />
G<br />
2, 10, r, rt<br />
H 6, 12<br />
I 6<br />
J a, 7<br />
K 7<br />
L 12<br />
M 11, 12<br />
N 1, 2, 4, 11, 12, 6<br />
O 6<br />
P 7<br />
Q<br />
q<br />
R 5<br />
S 1, 4, 11<br />
PASO 6: Se realiza una comparación entre las<br />
ubicaciones resultantes <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los análisis,<br />
entradas y salidas. Comparándolos se obtiene<br />
la Tabla Ix:<br />
TABLA Ix Comparación entre análisis <strong>de</strong> zonas<br />
Estante<br />
Líneas<br />
Entradas q Entradas q2 Salidas<br />
A 12 7 8, 9, d<br />
B 12 7 1<br />
C q2 q2 q2<br />
D 6 7 5<br />
E 10 4 1, 9<br />
F 1 9, r<br />
G<br />
2, r, rt<br />
H 1, 2, 10 6, 12<br />
I 2 6<br />
J a, 6 a a, 7<br />
K 6, 12 7<br />
L 12<br />
M 11, 12<br />
N 1, 11 5 1, 2, 4, 6, 11, 12<br />
O 11 7 6<br />
P 6 7<br />
Q Q q q<br />
R 9 5<br />
S 3, 9 1, 4, 11<br />
Al cruzar la información obtenida, y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong><br />
evaluar distancias en las posiciones, se tiene el<br />
siguiente resultado final mostrado en la Tabla x:<br />
TABLA x Ubicación <strong>de</strong> las líneas en los estantes<br />
Estante<br />
Línea<br />
A<br />
8, 9, d<br />
B 1<br />
C<br />
q2<br />
D 5<br />
E 1, 9<br />
F<br />
9, r<br />
G<br />
2, 10, r, rt<br />
H 6, 12<br />
I 6<br />
J a, 7<br />
K 7<br />
L 12<br />
M 11, 12<br />
N 1, 2, 4, 6, 11, 12<br />
O 6<br />
P 7<br />
Q<br />
q<br />
R 5<br />
S 1, 4, 11<br />
A través <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> la heurística establecida<br />
se obtuvieron los siguientes resultados:<br />
Distancia total en el año 2009:<br />
Total distancia 2009 (km): 2.971<br />
Y la distancia total obtenida utilizando los<br />
pasos anteriormente <strong>de</strong>scritos fue:<br />
Total distancia (km): 1.738<br />
Es <strong>de</strong>cir, 41% menos <strong>de</strong> distancia recorrida<br />
que la obtenida en el 2009 con las ubicaciones<br />
actuales.
Desarrollo <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo heurístico para la optimización en el manejo <strong>de</strong> material en estibas en una bo<strong>de</strong>ga - Manotas, Ramírez<br />
145<br />
La aplicación <strong>de</strong> este método resultó <strong>de</strong> gran<br />
ayuda ya que las diferencias obtenidas en distancias<br />
recorridas es consi<strong>de</strong>rablemente alta, <strong>de</strong><br />
esta manera se utilizan los recursos para el almacenamiento<br />
<strong>de</strong> una manera más eficiente y se reducen<br />
costos.<br />
V<strong>II</strong>. CONCLUSIONES<br />
En el proceso <strong>de</strong> Picking, los objetivos que se<br />
persiguen son varios: aumentar productividad,<br />
aumentar asertividad y disminuir los tiempos <strong>de</strong><br />
ciclo. La productividad se expresa en número <strong>de</strong><br />
producto recogido por unidad <strong>de</strong> tiempo. La asertividad<br />
se refiere al porcentaje <strong>de</strong> embarques que<br />
le llegan correctamente al cliente y esto generalmente<br />
se logra por medio <strong>de</strong> un sistema riguroso<br />
<strong>de</strong> control. El tiempo <strong>de</strong> ciclo se refiere al tiempo<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> que la or<strong>de</strong>n fue ingresada al sistema hasta<br />
que esta haya sido <strong>de</strong>spachada.<br />
Por otro lado, para mejorar la asignación <strong>de</strong> espacios<br />
en una bo<strong>de</strong>ga, los expertos recomiendan<br />
utilizar los espacios <strong>de</strong> mayor acceso para aquellos<br />
productos que tienen alta rotación. Incluso, se habla<br />
<strong>de</strong> tener esos productos cerca <strong>de</strong> las bandas<br />
trasportadoras o <strong>de</strong> rápido acceso en las hileras<br />
con el fin <strong>de</strong> minimizar la operación <strong>de</strong> Picking.<br />
También se recomienda que los productos que se<br />
distribuyen juntos se almacenen juntos y aquellos<br />
productos muy gran<strong>de</strong>s o pesados colocarlos en<br />
espacios don<strong>de</strong> no se corra el riesgo <strong>de</strong> acci<strong>de</strong>nte<br />
para los operadores <strong>de</strong> Picking y almacenamiento.<br />
Para el caso estudiado y mediante una generalización<br />
para las empresas, se consi<strong>de</strong>ra que el<br />
sistema óptimo <strong>de</strong> posicionamiento <strong>de</strong> las zonas<br />
en estanterías tiene que ver con la optimización<br />
tanto <strong>de</strong>l espacio como la <strong>de</strong>l picking. Por lo tanto<br />
una mezcla <strong>de</strong> las distancias con la popularidad <strong>de</strong>l<br />
producto se convierte en una optimización <strong>de</strong> recorridos<br />
en la bo<strong>de</strong>ga. Conocidas las restricciones<br />
existentes y subdividiéndolas en zonas <strong>de</strong> mayor a<br />
menor cercanía <strong>de</strong> las salidas y <strong>de</strong> las entradas,<br />
fue posible obtener un arreglo coherente y a<strong>de</strong>cuado<br />
para este tipo <strong>de</strong> bo<strong>de</strong>gas. Los resultados generados<br />
<strong>de</strong>muestran el potencial <strong>de</strong> esta heurística<br />
que preten<strong>de</strong> para un futuro ser una <strong>de</strong> gran alcance<br />
para muchas otras aplicaciones, con resultados<br />
que para la empresa se traducen en ganancia.<br />
El objetivo principal <strong>de</strong> esta heurística es lograr<br />
una mayor organización <strong>de</strong> los productos al interior<br />
<strong>de</strong> una bo<strong>de</strong>ga. A partir <strong>de</strong> esto y <strong>de</strong>pendiendo<br />
<strong>de</strong> la eficiencia <strong>de</strong> los resultados obtenidos, esta<br />
mejora tendrá como consecuencia una mejor trazabilidad<br />
<strong>de</strong> los productos, una disminución <strong>de</strong><br />
los tiempos y movimientos, mayor facilidad al momento<br />
<strong>de</strong> la ubicación, es <strong>de</strong>cir, cambio en todos<br />
los procesos vitales en todo el sistema <strong>de</strong> almacenamiento.<br />
Reconocimientos<br />
Este artículo es el resultado <strong>de</strong> un proyecto<br />
patrocinado por el Instituto Colombiano para el<br />
Desarrollo en Ciencia y Tecnología “Francisco José<br />
<strong>de</strong> Caldas” (COLCIENCIAS) con el Centro <strong>de</strong> Investigación<br />
en Mo<strong>de</strong>lación empresarial <strong>de</strong>l Caribe-<br />
FCIMEC, No. 25947.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] COLLINS, K. (2008). Best Practices for Picking in<br />
Warehouses and Distribution Centers. Recuperado<br />
el 22 <strong>de</strong> Febrero <strong>de</strong> 2010, <strong>de</strong>: http://www.<br />
smartturn.com/forums/blogs/kevin-collins/11-<br />
best-practices-picking-warehouses-distributioncenters.html<br />
[2] DE KOSTER, R., LE-DUC, T., & ROODBERGEN, K.<br />
J. (2007). Design and Control of Warehouse Picking:<br />
A Literature Review. European Journal of<br />
Operational Research , 182, 481–501.<br />
[3] BARTHOLDI <strong>II</strong>I, J. J., & SUBRAMANIAN, S. (2007).<br />
Pick-path optimization. Recuperado el 25 <strong>de</strong><br />
Febrero <strong>de</strong> 2010, <strong>de</strong>: http://www2.isye.gatech.<br />
edu/~jjb/wh/apps/pickpath/pickpath.html<br />
[4] ROODBERGEN, K. J., SHARP, G. P., & F.A., I.<br />
(2008). Designing the layout structure of manual<br />
or<strong>de</strong>r picking areas in warehouses. Recuperado<br />
el 25 <strong>de</strong> Febrero <strong>de</strong> 2010, <strong>de</strong>: http://<br />
www.entrepreneur.com/tra<strong>de</strong>journals/article/<br />
print/187011547.html<br />
[5] SHUHUA, M., & YANZHU, H. (2009). Research on<br />
the Or<strong>de</strong>r Picking Optimization Problem of the<br />
Automated Warehouse. 2009 Chinese Control<br />
and Decision Conference (págs. 990-994). IEEE.<br />
[6] TANG, H., & LI, M. (2009). An Improved Ant Colony<br />
Algorithm Algorithm for Or<strong>de</strong>r Picking Optimization<br />
Problem in Automated Warehouse. En<br />
Fuzzy Information and Engineering Volume 2<br />
(Vol. 62, págs. 1537-1547). SPRINGER-VERLAG.
146<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 132 - 146<br />
[7] KALLINA, C., & LYNN, J. (1976). Application of the<br />
Cube-per-or<strong>de</strong>r in<strong>de</strong>x rule for stock location in a<br />
distribution warehouse. Interfaces , 7 (1), 37-46.<br />
[8] PETERSEN, C. (1997). An evaluation of or<strong>de</strong>r<br />
picking routing policies. International Journal of<br />
Operations & Production Management , 17 (11),<br />
1098-1111.<br />
[9] HALL, R. (1993). Distance approximations for<br />
routing manual pickers in a warehouse. IEEE<br />
Transactions , 25 (4), 76-87.<br />
[10] ROODBERGEN, K., & VIS, I. (2006). A mo<strong>de</strong>l for<br />
warehouse layout. IEEE Transactions , 38 (10),<br />
799-811.<br />
[11] CARON, F., MARCHET, G., & PEREGO, A. (2000).<br />
Optimal layout in low-level picker-to-part systems.<br />
International Journal of Production Research ,<br />
38 (1), 101 – 117.<br />
[12] LE-DUC, T., & DE KOSTER, R. (2005). Layout Optimization<br />
for class-based storage strategy warehouses.<br />
En R. DE KOSTER, & W. DELFMANN, Supply<br />
chain management: European perspectives<br />
(págs. 198-222). Copenhagen: Copenhagen Business<br />
School Press.
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con<br />
Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC<br />
Miguel Ángel Trigos Martínez<br />
PhD (c) en Automática y Robótica<br />
Centro <strong>de</strong> Automática y Robótica Universidad Politécnica<br />
<strong>de</strong> Madrid - España Docente Tiempo Completo,<br />
Investigador Grupo <strong>de</strong> Aplicaciones Mecatrónicas,<br />
Universidad Santo Tomás, Bucaramanga, Colombia<br />
matrigos@ettsi.upm.es<br />
Jair Leandro Landínez Salazar<br />
Ingeniero Mecatrónico<br />
Universidad Santo Tomás Bucaramanga, Colombia<br />
freeyayo21@gmail.com<br />
Resumen— En las últimas décadas los grupos <strong>de</strong> investigación,<br />
han utilizado las herramientas <strong>de</strong> simulación<br />
para validar sus <strong>de</strong>sarrollos, antes <strong>de</strong> hacer pruebas<br />
reales, los resultados son bastante aceptables y dan o<br />
no autorización para continuar en un proyecto. herramientas<br />
<strong>de</strong> software para simulación existen muchas,<br />
pero se busca utilizar LabVIEW y DSC <strong>de</strong>bido a que su<br />
ambiente <strong>de</strong> programación es amigable y muy utilizado<br />
en la automática. El trabajo mostrado a continuación,<br />
consiste en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una aplicación enfocada hacia<br />
el Diagnóstico y Detección <strong>de</strong> Fallos, mediante la implementación<br />
<strong>de</strong> un algoritmo sistemático, construido<br />
con la herramienta <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lado conocida como “Re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> Petri (RdP)”, don<strong>de</strong> el objetivo principal es realizar<br />
un aporte en el ámbito <strong>de</strong> la seguridad industrial, para<br />
evitar pérdidas económicas, evaluadas en daños a los<br />
equipos y, lo más importante, preservar la integridad<br />
física <strong>de</strong> los operarios humanos. El contenido muestra<br />
e ilustra la simulación <strong>de</strong> un Proceso <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong><br />
Líquidos y la implementación <strong>de</strong> su Diagnosticador mediante<br />
las RdP, con la finalidad <strong>de</strong> evaluar el comportamiento<br />
normal y <strong>de</strong> fallo ofrecido por el proceso. Se diseña<br />
una plataforma e interface <strong>de</strong> comunicación hombre<br />
máquina, en la cual se lleva a cabo la monitorización,<br />
control y supervisión On-line <strong>de</strong>l sistema planteado.<br />
Palabras clave— Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri, Sistema híbrido, Simulación,<br />
Diagnóstico <strong>de</strong> Fallos, Diagnosticador, LabVIEW,<br />
Máquinas <strong>de</strong> Estado, Diagramas <strong>de</strong> Bloques.<br />
Abstract— In recent <strong>de</strong>ca<strong>de</strong>s, research groups, have<br />
been using simulation tools to validate their <strong>de</strong>velopment,<br />
before actual testing, the results are quite acceptable<br />
and give permission or not to continue a project.<br />
Simulation software tools there are many, but we are<br />
using LabVIEW and DSC (National Instruments) because<br />
its programming environment is friendly and wi<strong>de</strong>ly used<br />
in the automatic. The work shown below, is the <strong>de</strong>velopment<br />
of an application focused on the fault diagnosis,<br />
by implementing a systematic algorithm, builted using<br />
the mo<strong>de</strong>ling tool known as “Petri Nets (MOP)”, which<br />
the main target is to make a contribution in the field of<br />
industrial safety, avoiding economic losses, estimated<br />
in damage to equipment and most important to preserve<br />
the physical integrity of human operators. The content<br />
illustrates the simulation in LabVIEW of a liquid packaging<br />
process and the implementation of their diagnoser<br />
using Petri Nets, in or<strong>de</strong>r to evaluate the normal and<br />
fault behavior offered by the process. Designing a communication<br />
platform and man machine interface, which<br />
is carried out monitoring, control and supervising system<br />
of way on-line.<br />
Keywords— Petri Nets,hybrid System, Simulation, Fault<br />
diagnosis, Diagnoser,LabVIEW, State Machine, Bloque<br />
Diagrams<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
La creación y <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> herramientas <strong>de</strong><br />
software y plataformas <strong>de</strong> simulación, han mostrado<br />
uno <strong>de</strong> los gran<strong>de</strong>s avances <strong>de</strong> la era tecnológica,<br />
en don<strong>de</strong> los conocimientos, planteamientos<br />
teóricos y mo<strong>de</strong>los matemáticos, antes <strong>de</strong> ser<br />
llevados al campo real, pue<strong>de</strong>n ser simulados y<br />
sometidos a diferentes pruebas para comprobar<br />
y <strong>de</strong>finir su alcance, parámetros <strong>de</strong> fiabilidad, estabilidad<br />
y respuesta ante diferentes elementos,<br />
que pue<strong>de</strong>n percibirse en un ambiente físico. De<br />
esta forma, se crea una predicción <strong>de</strong> cómo un<br />
proceso pue<strong>de</strong> comportarse en condiciones normales<br />
o <strong>de</strong> exigencia, antes <strong>de</strong> implementarse.<br />
Las fábricas y los grupos <strong>de</strong> investigación, realizan<br />
gran<strong>de</strong>s esfuerzos en hacer que los procesos<br />
sean, cada vez, más seguros y confiables, don<strong>de</strong><br />
la seguridad esté enmarcada entre la parte económica<br />
y la seguridad <strong>de</strong> los operarios. En lo económico<br />
es importante reducir los costos por paradas<br />
<strong>de</strong> mantenimiento y las pérdidas que acarrean el<br />
incumplimiento en los plazos <strong>de</strong> entrega, y la seguridad<br />
<strong>de</strong> los operarios.<br />
La simulación aquí expuesta, sirve para validar<br />
el algoritmo <strong>de</strong> diagnóstico <strong>de</strong> fallos <strong>de</strong> sistemas<br />
híbridos, publicado en [4] [5]. Como herramienta<br />
<strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lado en la investigación se usan las Re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> Petri (RdP), <strong>de</strong> las cuales en la actualidad,<br />
no se encuentran <strong>de</strong>sarrollos implementados en<br />
LabVIEW.<br />
Recibido: 07/08/2011/ Aceptado: 12/10/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 147 - 155
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ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 147 - 155<br />
Como herramienta se emplea el software<br />
LabVIEW y Datalogging and Supervisory Control<br />
(DSC) <strong>de</strong> National Instruments, en LabVIEW se<br />
emula el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> una planta <strong>de</strong> envasado <strong>de</strong><br />
líquidos. El DSC es utilizado como herramienta<br />
<strong>de</strong> supervisión On-line. Todo es representado<br />
en el ambiente gráfico <strong>de</strong> LabVIEW, el mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong> RdP observa la evolución <strong>de</strong>l proceso en<br />
condiciones <strong>de</strong> operación normal y también, la<br />
respuesta <strong>de</strong>l diagnosticador <strong>de</strong> fallos, ante la<br />
presencia <strong>de</strong> transiciones <strong>de</strong> fallo, que provoca<br />
la generación <strong>de</strong> alarmas. La aplicación cumple<br />
las funciones <strong>de</strong> un sistema SCADA, es una interfaz<br />
hombre máquina, la cual permite al operario<br />
interactuar y mantenerse informado <strong>de</strong> los<br />
sucesos ocurridos en el proceso.<br />
En la parte inicial <strong>de</strong>l artículo, sección 2, se<br />
dan a conocer los conceptos fundamentales <strong>de</strong><br />
las RdP Híbridas, el algoritmo <strong>de</strong> diagnóstico<br />
<strong>de</strong> fallos y LabVIEW y DSC, los cuales son necesarias<br />
en el entendimiento <strong>de</strong>l algoritmo <strong>de</strong><br />
diagnóstico <strong>de</strong> fallos. En la sección 3, se <strong>de</strong>scribe<br />
<strong>de</strong> forma general el proceso <strong>de</strong> envasado<br />
<strong>de</strong> líquidos y en la sección 4, se presenta la<br />
herramienta <strong>de</strong> simulación y supervisión, Lab-<br />
VIEW y DSC respectivamente, observándose el<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> RdP <strong>de</strong>l proceso y el diagnosticador.<br />
En la sección 5, se enuncia la conclusión <strong>de</strong>l<br />
trabajo realizado, se exalta su gran aporte en<br />
la utilización <strong>de</strong>l LabVIEW como una excelente<br />
alternativa <strong>de</strong> representación <strong>de</strong> las Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
Petri.<br />
A. Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri.<br />
<strong>II</strong>. CONCEPTOS BÁSICOS<br />
Los conceptos <strong>de</strong> Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri Híbridas<br />
(RdPH) presentados aquí, están basado en los<br />
conceptos <strong>de</strong>finidos [1]. Para profundizar los<br />
conceptos <strong>de</strong> RdP consultar [1] y [2] y [3].<br />
B. Diagnóstico <strong>de</strong> Fallos <strong>de</strong> Sistemas Híbridos.<br />
En el trabajo previo <strong>de</strong> [5], se inicia el diagnóstico<br />
<strong>de</strong> fallos <strong>de</strong> SED’s, posteriormente, se<br />
usa para el diagnóstico <strong>de</strong> fallos Intermitentes<br />
y se pasa a su implementación en Sistemas<br />
Híbridos. A continuación se presenta, el resumen<br />
<strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> construcción <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo y<br />
diagnosticador, el cual pue<strong>de</strong> ser conocido en<br />
<strong>de</strong>talle en [4].<br />
C. Algoritmo <strong>de</strong> Construcción <strong>de</strong>l Mo<strong>de</strong>lo y<br />
Diagnosticador<br />
El sistema general está compuesto <strong>de</strong> varios<br />
subsistemas, distribuidos según la naturaleza <strong>de</strong><br />
las señales que lo integran, sean discretas, continuas<br />
o híbridas.<br />
a- Clasificación <strong>de</strong>l sistema general H en subsistemas.<br />
H=H 1<br />
υ H 2<br />
υ... υH n<br />
, n es el número <strong>de</strong><br />
subsistemas que componen el sistema.<br />
b- Realizar el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> RdP <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong><br />
los elementos que componen los diferentes subsistemas.Q<br />
i<br />
= (P i<br />
,T i<br />
,I,O,M 0<br />
).<br />
c- Realizar la operación <strong>de</strong> integración;<br />
Representar en un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
RdP el comportamiento <strong>de</strong>l SED’s,<br />
d- Llevar a cabo el refinamiento <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
cada uno <strong>de</strong> los subsistemas. Q i<br />
= (P i<br />
,T i<br />
,I,O,). El<br />
refinamiento se realiza basado en la construcción<br />
<strong>de</strong> la tabla <strong>de</strong> integración <strong>de</strong> M sensores <strong>de</strong>l sistema,<br />
.<br />
d- Construcción <strong>de</strong>l diagnosticador. Es una<br />
RdP Diagnosticadora,G d<br />
=(P d<br />
,T d<br />
,I,O,p 0<br />
,t 0<br />
,t end<br />
)Para<br />
la construcción <strong>de</strong>l diagnosticador se <strong>de</strong>finen las<br />
siguientes funciones:<br />
Función <strong>de</strong> Asignación <strong>de</strong> Nivel LA: P 0<br />
x ∆ x T *<br />
→∆,P∈P 0<br />
, l∈∆, y s∈l (Q,p). LA Asigna el nivel l sobre<br />
s comenzando sobre p y siguiendo la dinámica<br />
<strong>de</strong> Q siguiendo a (1):<br />
(1)<br />
Función <strong>de</strong> Expansión <strong>de</strong> Fallo. EF:R N<br />
xF i<br />
→R F<br />
,<br />
don<strong>de</strong> R N<br />
es rama <strong>de</strong> comportamiento normal,<br />
y para cada fallo F i<br />
, EF asigna una<br />
rama <strong>de</strong> fallo respectiva. El diagnosticador<br />
G b<br />
tendrá tantas ramas como fallos más<br />
uno, ver (2).<br />
(2)<br />
representa el número total <strong>de</strong> ramas <strong>de</strong>l<br />
diagnosticador. y son las ramas <strong>de</strong> comportamiento<br />
normal y <strong>de</strong> fallo respectivamente.<br />
Diagnosticabilidad. Una RdP es diagnosticable<br />
en relación <strong>de</strong> la distribución <strong>de</strong> fallos si se cumple<br />
Equ.3:
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC - Trigos, Landínez<br />
149<br />
Don<strong>de</strong> : (3)<br />
σ es la secuencia <strong>de</strong> transiciones observables,<br />
por lo tanto la RdP que representa el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>l<br />
sistema, es diagnosticable si en un numero finito<br />
<strong>de</strong> transiciones observables ésta alcanza un<br />
marcado <strong>de</strong> fallo M(p i<br />
). Solo el M(p fi<br />
) o con otra<br />
marca <strong>de</strong> fallo M(p fk<br />
) se pue<strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar un fallo<br />
<strong>de</strong> mayor or<strong>de</strong>n o un fallo critico. Para profundizar<br />
en el algoritmo <strong>de</strong> diagnóstico <strong>de</strong> fallos, se pue<strong>de</strong><br />
consultar [5].<br />
LabVIEW y DSC<br />
LabVIEW es un lenguaje <strong>de</strong> programación gráfico<br />
“lenguaje G”, tiene diversas aplicaciones en la<br />
aca<strong>de</strong>mia y la industria, sin conocer previamente el<br />
uso <strong>de</strong> LabVIEW con las RdP. Si se busca profundizar<br />
los conceptos en LabVIEW, consultar [9].<br />
Datalogging and Supervisory Control (DSC):<br />
Ofrece herramientas y características para el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> sistemas distribuidos <strong>de</strong> monitoreo y<br />
control. Este módulo permite la construcción <strong>de</strong><br />
aplicaciones <strong>de</strong> registro <strong>de</strong> datos y creación <strong>de</strong><br />
alarmas. Facilita la creación <strong>de</strong> las interfaces hombre-máquina<br />
y acciones supervisoras o <strong>de</strong> control,<br />
sistemas SCADA y visión <strong>de</strong> ten<strong>de</strong>ncias en tiempo<br />
real e históricos <strong>de</strong> datos a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> opciones <strong>de</strong><br />
seguridad para las aplicaciones. Para mejorar los<br />
conceptos en DSC ver [10].<br />
<strong>II</strong>I. SIMULACIÓN DEL PROCESO DE<br />
ENVASADO DE LÍQUIDOS EN LABVIEW<br />
A continuación se <strong>de</strong>scribe el Proceso <strong>de</strong> Envasado<br />
<strong>de</strong> Líquidos y la dinámica que <strong>de</strong>fine su comportamiento.<br />
Posteriormente se <strong>de</strong>talla la técnica<br />
<strong>de</strong> programación utilizada para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />
la herramienta <strong>de</strong> simulación y el diagnosticador<br />
con RdP, construidos en LabVIEW.<br />
Basado en el enfoque <strong>de</strong> [4], el sistema híbrido<br />
es separado en las dinámica continua y discreta,<br />
con esto se pue<strong>de</strong> interpretar mejor el funcionamiento<br />
<strong>de</strong>l proceso.<br />
Dinámica Continua<br />
Está compuesta <strong>de</strong> tres variables fundamentales<br />
<strong>de</strong>l sistema global, las cuales están divididas en<br />
subsistemas: El Subsistema <strong>de</strong> Control <strong>de</strong> temperatura,<br />
Subsistema <strong>de</strong> Control <strong>de</strong> pH y Subsistema<br />
<strong>de</strong> Control <strong>de</strong> Nivel. La parte continua <strong>de</strong>l proceso<br />
cuenta con un tanque, alimentado por dos líquidos<br />
(A) y (B) respectivamente, el llenado <strong>de</strong>l tanque correspon<strong>de</strong><br />
a establecer un nivel <strong>de</strong> mezcla indicado<br />
y conseguir las características <strong>de</strong> pH <strong>de</strong>seables,<br />
dicha mezcla es calentada por un sistema <strong>de</strong> inyección<br />
<strong>de</strong> vapor, hasta lograr las condiciones <strong>de</strong><br />
temperatura apropiadas <strong>de</strong>l liquido a envasar.<br />
Para las acciones <strong>de</strong> control, se cuenta con dos<br />
válvulas alimentadoras <strong>de</strong> líquido y una válvula <strong>de</strong><br />
inyección <strong>de</strong> vapor. Para medir las variables se utiliza<br />
un sensor <strong>de</strong> temperatura, un sensor <strong>de</strong> nivel y un<br />
sensor <strong>de</strong> pH. Cada variable es controlada <strong>de</strong> manera<br />
in<strong>de</strong>pendiente por su respectivo controlador.<br />
Dinámica Discreta<br />
Consta <strong>de</strong> los siguientes componentes: Banda<br />
transportadora, la cual es movida por un motor M,<br />
válvula <strong>de</strong> llenado <strong>de</strong> líquido Vll, sensor <strong>de</strong> llagada<br />
<strong>de</strong> botella para envasado BP, Sensor <strong>de</strong> llenado <strong>de</strong><br />
botellas LL y controlador C. En el funcionamiento <strong>de</strong>l<br />
sistema, asumimos que el líquido <strong>de</strong>l tanque está en<br />
óptimas condiciones y que siempre existen botellas<br />
en la parte inicial <strong>de</strong> la banda transportadora.<br />
En el inicio <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> envasado el motor <strong>de</strong><br />
la banda hace que las botellas se <strong>de</strong>splacen hasta<br />
el lugar <strong>de</strong> envasado, el sensor BP <strong>de</strong>tecta la botella<br />
y por consiguiente el motor <strong>de</strong> la banda se <strong>de</strong>tiene.<br />
La válvula Vll <strong>de</strong> llenado se abre, cuando la botella<br />
está llena el sensor <strong>de</strong> llenado LL informa este suceso<br />
y se cierra la válvula <strong>de</strong> llenado Vll, una vez<br />
esta secuencia <strong>de</strong> funcionamiento normal se haya<br />
cumplido, se pue<strong>de</strong> retirar la botella para que sea<br />
almacenada, como se pue<strong>de</strong> observar se trata <strong>de</strong><br />
un proceso secuencial y repetitivo que actúa in<strong>de</strong>finidamente.<br />
En la Fig. 1 se ilustra un esquema general<br />
que compren<strong>de</strong> el sistema <strong>de</strong> envasado.<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 1. SISTEMA DE ENVASADO DE LÍQUIDOS
150<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 147 - 155<br />
La construcción <strong>de</strong> la plataforma, se aborda<br />
<strong>de</strong> tal forma que se pueda observar a manera<br />
general cuáles fueron los pasos y metodología<br />
propuesta para la implementación<br />
<strong>de</strong> las RdP en el entorno LabVIEW. La Fig. 2,<br />
ilustra el diagrama secuencial que sigue la<br />
estructura <strong>de</strong> programación concentrándose<br />
en la interfaz que contiene el Diagnosticador.<br />
FIG. 2. DIAGRAMA SECUENCIAL Y ESTRUCTURA DE PROGRAMACIÓN<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
IV. SIMULACIÓN LABVIEW<br />
La plataforma cuenta con un panel principal,<br />
que permite al usuario tener acceso a la aplicación.<br />
La simulación se lleva a cabo <strong>de</strong> manera<br />
cíclica, en don<strong>de</strong> el proceso <strong>de</strong> envasado transcurre<br />
<strong>de</strong> manera automática y el operario sólo<br />
pue<strong>de</strong> intervenir cuando <strong>de</strong>see simular el conjunto<br />
<strong>de</strong> fallos, para evaluar el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>l<br />
Diagnosticador; la plataforma “Liquid Packaging<br />
Process Sim.VI” es la estructura principal,<br />
<strong>de</strong> la cual se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong>n las <strong>de</strong>más ventanas<br />
(interfaces) <strong>de</strong> simulación, ver Fig. 3.<br />
Previo a la metodología implementada, se<br />
muestra un panorama global <strong>de</strong> la relación entre<br />
los VI’s elaborados, si se observa el árbol <strong>de</strong><br />
jerarquía se aprecia la comunicación <strong>de</strong> cada<br />
subVI y el flujo <strong>de</strong> datos, entre las diferentes interfaces<br />
que permite su interacción, ver Fig. 4.<br />
Con el objetivo <strong>de</strong> dar un enfoque hacia<br />
la implementación <strong>de</strong> la RdP en LabVIEW, se<br />
consi<strong>de</strong>rará sólo la ventana <strong>de</strong> programación<br />
(diagrama <strong>de</strong> bloques). Esta interfaz <strong>de</strong> usuario<br />
recibe el nombre <strong>de</strong> Auto_DPN.VI, en ella se observa<br />
y analiza el comportamiento normal y <strong>de</strong><br />
fallo <strong>de</strong>l sistema, mediante el monitoreo <strong>de</strong> las<br />
señales <strong>de</strong> campo (continuas/discretas), que<br />
representan a cada elemento que interviene en<br />
el proceso. El diagnosticador realiza la supervisión<br />
on-line <strong>de</strong> los estados <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los<br />
subsistemas <strong>de</strong> la planta.
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC - Trigos, Landínez<br />
151<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 3. PLATAFORMA DE SIMULACIÓN<br />
FIG. 4. ÁRBOL DE JERARQUÍA<br />
Descripción General. Para la construcción <strong>de</strong>l<br />
panel principal Auto_DPN.VI, se <strong>de</strong>be emular las<br />
señales <strong>de</strong> campo que representan el comportamiento<br />
<strong>de</strong>l proceso, para ello se emplea una estructura<br />
<strong>de</strong> programación enfocada hacia la creación,<br />
registro y generación <strong>de</strong> eventos, mediante<br />
una máquina <strong>de</strong> estados principal, dos secundarias<br />
para el control <strong>de</strong> eventos y la manipulación<br />
<strong>de</strong> alarmas <strong>de</strong>l sistema. Para esta tarea se emplean<br />
los “User Events” , esto permite ejecutar<br />
eventos en paralelo, pero da prioridad única a un<br />
evento en particular. Para controlar la comunicación<br />
y flujo <strong>de</strong> datos en las máquinas <strong>de</strong> estado,<br />
se usa un semáforo <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l bucle principal.<br />
Este semáforo recibe el nombre <strong>de</strong> “Busy” ,<br />
representando un retardo en milisegundos en el<br />
evento anterior. Una vez el evento principal se ejecuta<br />
el siguiente evento es disparado, tomando el<br />
lugar <strong>de</strong> evento principal. Este comportamiento<br />
emula el funcionamiento <strong>de</strong> una RdP, que realiza<br />
la activación y/o disparo <strong>de</strong> eventos, que ocurre<br />
cuando ciertas condiciones son ciertas. Los pasos<br />
a seguir son:<br />
Creación e Inicialización <strong>de</strong> Variables y Máquinas<br />
<strong>de</strong> Estado<br />
En primer lugar se platean las señales <strong>de</strong> campo<br />
<strong>de</strong> cada subsistema (representado como altos<br />
y bajos), para monitorear las lecturas <strong>de</strong> los sensores,<br />
luego se crean las señales <strong>de</strong> control sobre<br />
los actuadores <strong>de</strong>l sistema, que <strong>de</strong>finen las condiciones<br />
<strong>de</strong> operación.<br />
En una secuencia “Stacked Sequence” se<br />
realiza en su estado “0” la creación e inicialización<br />
<strong>de</strong> las variables, que el sistema controla y manipula<br />
en la simulación, en el estado “1”, el cual contiene<br />
una estructura “While” , se <strong>de</strong>sarrolla la<br />
máquina <strong>de</strong> estados principal y secuencial cuya<br />
programación es basada en condicionales “Case<br />
Structures” , comparadores, compuertas lógicas<br />
y la intervención <strong>de</strong>l semáforo “Busy”. Aquí se<br />
generan y disparan los eventos. Adicionalmente a<br />
la máquina <strong>de</strong> estados principal, se implementan<br />
dos máquinas <strong>de</strong> estados adicionales para registro<br />
y librería <strong>de</strong> eventos. Una ejecuta acciones <strong>de</strong><br />
control y la otra es <strong>de</strong>dicada a i<strong>de</strong>ntificar las señales<br />
<strong>de</strong> alarma, presentes en el sistema <strong>de</strong> comunicación<br />
con el DSC. La máquina <strong>de</strong> estados<br />
principal y la auxiliar interactúan continuamente e<br />
intercambian información, según el flujo <strong>de</strong> datos<br />
<strong>de</strong>marcado por el semáforo, que provoca la evolución<br />
<strong>de</strong>l algoritmo.<br />
Eventos <strong>de</strong>l Sistema Normal y <strong>de</strong> Fallo<br />
En la programación se <strong>de</strong>finen dos subconjuntos<br />
para la creación <strong>de</strong> eventos <strong>de</strong> usuario<br />
“Create User Event” , <strong>de</strong>stinados a condiciones<br />
normales y a condiciones <strong>de</strong> simulación <strong>de</strong><br />
fallos, para validar el algoritmo <strong>de</strong> diagnóstico en<br />
los subsistemas continuos y discreto. Para que un<br />
evento se cumpla, <strong>de</strong>be ser creado y registrado en<br />
un módulo dinámico “Register for Events” , y<br />
adicionalmente cumplir con las condicionales establecidos<br />
para su generación en “Generate User<br />
Events” . Los eventos son ejecutados en la segunda<br />
máquina <strong>de</strong> estados, elaborada mediante<br />
una “Event Structure” , don<strong>de</strong> se <strong>de</strong>termina la<br />
acción que se <strong>de</strong>be tomar en la simulación.<br />
En la Fig. 5, se observa la distribución <strong>de</strong> la<br />
creación <strong>de</strong> eventos <strong>de</strong> usuario, se tiene un conjunto<br />
<strong>de</strong> diez eventos para la construcción <strong>de</strong> la simulación<br />
<strong>de</strong>l proceso con su comportamiento normal,<br />
atendiendo a cada uno <strong>de</strong> los subsistemas<br />
don<strong>de</strong> se controla el incremento y <strong>de</strong>cremento <strong>de</strong><br />
los valores <strong>de</strong> Temperatura, Ph, Nivel y los efectos<br />
para la acción <strong>de</strong> la banda transportadora, la
152<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 147 - 155<br />
<strong>de</strong>tección <strong>de</strong> botellas y el llenado <strong>de</strong> las mismas;<br />
este grupo <strong>de</strong> eventos fue <strong>de</strong>nominado como “Liquid<br />
Packaging Process Simulation Mo<strong>de</strong>l” (Índice<br />
1 <strong>de</strong> la Fig. 5).<br />
Para la simulación <strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los fallos en el<br />
mismo, se construyen dos grupos <strong>de</strong> eventos,<br />
cada uno representa un tipo <strong>de</strong> dinámica en particular.<br />
Se tiene un conjunto <strong>de</strong> cuatro eventos <strong>de</strong>nominado<br />
“Fault Simulation for Discrete System”<br />
(Índice 2 <strong>de</strong> la Fig. 5), quien <strong>de</strong>termina los eventos<br />
<strong>de</strong> fallo para el subsistema discreto y un conjunto<br />
para la ejecución <strong>de</strong> fallos para los subsistemas<br />
continuos, representador por: “Fault Simulation<br />
for the Tank Level Sub-System”, “Fault Simulation<br />
for Ph Sub-System” y “Fault Simulation for Temperature<br />
Sub-System” con seis eventos <strong>de</strong> fallo.<br />
(Índice 3 <strong>de</strong> la Fig. 5).<br />
FIG. 5. CREACIÓN Y REGISTRO DE EVENTOS<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
C. Diagnosticador y Comunicación con el Módulo<br />
DSC<br />
En el diagnóstico On-line, el Auto_DPN.VI interactúa<br />
con diferentes SubVI’s creados en DSC<br />
<strong>de</strong> LabVIEW, estos representan <strong>de</strong> manera gráfica<br />
el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> la RdPD <strong>de</strong> cada subsistema<br />
que se <strong>de</strong>sea analizar; los subVI’s creados son:<br />
Subsistemas continuos PN_TempSystem.VI ,<br />
PN_PhSystem.VI , PN_LevelSystem.VI , y<br />
DPN_Conveyor.VI y para la dinámica discreta<br />
DPN_Lovalve.VI . Los SubVI’s efectúan comunicación<br />
constante con las máquinas <strong>de</strong> estado,<br />
para realizar la tarea <strong>de</strong>: actualizar los valores en<br />
la red, i<strong>de</strong>ntificar las transiciones disparadas, lugares<br />
actuales <strong>de</strong> la simulación <strong>de</strong> la RdP Diagnosticadora<br />
y activar en la red las ramas <strong>de</strong> fallo<br />
<strong>de</strong>l diagnosticador, en el caso don<strong>de</strong> el operario<br />
efectué la inducción <strong>de</strong> un fallo al sistema, por<br />
medio <strong>de</strong>l disparo <strong>de</strong> las transiciones <strong>de</strong> fallo y<br />
el alcance <strong>de</strong> lugares <strong>de</strong> fallo. Toda esta labor interactiva<br />
muestra instantáneamente las inci<strong>de</strong>n-
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC - Trigos, Landínez<br />
153<br />
cias ocurridas en el proceso mediante alarmas<br />
que indican la <strong>de</strong>tección y aislamiento <strong>de</strong>l fallo.<br />
En la aplicación se observa el funcionamiento y<br />
evolución <strong>de</strong>l diagnosticador, interactuando con<br />
los subsistemas que lo componen, y al mismo<br />
tiempo es posible lanzar <strong>de</strong> manera individual<br />
cada red, para una visualización específica <strong>de</strong><br />
cada sistema.<br />
Los siguientes fallos son evaluados en el diagnosticador:<br />
En el subsistema discreto: La rama <strong>de</strong><br />
fallo <strong>de</strong> atascamiento en abierto o atascamiento<br />
en cerrado <strong>de</strong> la válvula <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> liquido, {F1<br />
- [AA],[AC]}, la rama <strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> encendido o apagado<br />
<strong>de</strong>l motor <strong>de</strong> la banda transportadora, {F2 -<br />
[MOn],[MOff]}. En el subsistema continuo: Rama<br />
<strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> encendido y apagado <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra<br />
para el control <strong>de</strong> Temperatura, {F3 - [FC-Off],[FC-<br />
On]}, rama <strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> atascamiento en abierto o<br />
en cerrado <strong>de</strong> la válvula <strong>de</strong> suministro <strong>de</strong> líquido<br />
(B) para el control <strong>de</strong> Ph {F4 - [AA],[AC]}, y rama<br />
<strong>de</strong> fallo <strong>de</strong> atascamiento en abierto o cerrado <strong>de</strong><br />
la válvula <strong>de</strong>l paso <strong>de</strong>l líquido (A) y el control <strong>de</strong><br />
nivel en el tanque F5 - [AA],[AC]}<br />
D. Diagnosticador y Comunicación con el<br />
Módulo DSC<br />
Para dar una mejor ilustración <strong>de</strong> la metodología,<br />
se presenta la creación <strong>de</strong> un evento <strong>de</strong>l<br />
conjunto <strong>de</strong> “User Events”. El evento “Min Level<br />
from Tank” es el evento encargado <strong>de</strong> realizar el<br />
llenado <strong>de</strong>l tanque principal con el líquido (A), a<br />
través <strong>de</strong> abrir la válvula <strong>de</strong> nivel, hasta alcanzar<br />
el set-point (90Lts).<br />
La acción es programada mediante un nodo<br />
<strong>de</strong> sumatoria <strong>de</strong>l valor <strong>de</strong> nivel, el cual se actualiza<br />
en cada instante y está sometido a ciertos<br />
condicionales, que mediante una combinación<br />
<strong>de</strong> compuertas lógicas, cambia <strong>de</strong> estado “true”<br />
a “false” <strong>de</strong> la estructura, que genera un evento,<br />
ver Fig. 6. Cuando el evento es disparado y<br />
el semáforo “Busy” controla el tráfico en ejecución,<br />
el flujo <strong>de</strong> programación pasa a la segunda<br />
máquina <strong>de</strong> estados, don<strong>de</strong> la acción <strong>de</strong>l<br />
evento es ejecutada y <strong>de</strong>sarrolla “Event Structure”,<br />
así mismo, recurre al bloque <strong>de</strong> registro<br />
y verifica qué evento <strong>de</strong>l registro es ejecutado,<br />
<strong>de</strong> esta forma se ejecuta y da lugar a la secuencia<br />
programada que correspon<strong>de</strong> al llenado <strong>de</strong>l<br />
tanque. (Comportamiento normal <strong>de</strong>l subsistema<br />
<strong>de</strong> nivel).<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 6. MIN LEVEL FROM TANK (USER EVENT)<br />
Al continuar con el ejemplo, se presenta la creación<br />
y ejecución <strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los eventos <strong>de</strong> fallo, que<br />
se evalúan en el subsistema <strong>de</strong> nivel “Fault [AC],<br />
Valve A/ Filling Tank”], el fallo representa el atascamiento<br />
en cerrado <strong>de</strong> la válvula <strong>de</strong>l líquido (A), que<br />
controla el nivel tanque. Los rangos <strong>de</strong> nivel máximo<br />
y mínimo <strong>de</strong>l tanque son: 90L y 20L. El evento <strong>de</strong><br />
fallo <strong>de</strong> atascamiento en cerrado, ocurre cuando el<br />
nivel <strong>de</strong> líquido se encuentra por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> 20L y<br />
la acción <strong>de</strong> control para la activación <strong>de</strong> la válvula<br />
no se ejecuta; el evento es también relacionado<br />
con el llenado <strong>de</strong> las botellas, esto se <strong>de</strong>be a que<br />
el nivel <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong>crece hasta su valor mínimo,<br />
a medida que el tanque se vacía con el llenar <strong>de</strong><br />
las botellas. La acción es realizada en el nodo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>cremento que disminuye el valor <strong>de</strong>l nivel por <strong>de</strong>bajo<br />
<strong>de</strong>l valor mínimo permisible y genera el fallo.<br />
Cuando el fallo ocurre, la secuencia registrada en<br />
la máquina <strong>de</strong> estados auxiliar, dispara la transición<br />
<strong>de</strong> fallo <strong>de</strong>l diagnosticador, ver Fig. 7.<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 7. FAULT [AC], VALVE A/ FILLING TANK
154<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 147 - 155<br />
Cuando el evento <strong>de</strong> fallo alcanza el estado<br />
“enable”, la interfaz comunica con el correspondiente<br />
VI creado en el módulo DSC, la red<br />
evoluciona y entra en la tercera máquina <strong>de</strong><br />
control <strong>de</strong> alarmas, ver Fig. 8, que i<strong>de</strong>ntifica en<br />
un “Clúster” el síntoma producido y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong><br />
una conversión en “Array” envía un mensaje <strong>de</strong><br />
advertencia en pantalla. El cuadro <strong>de</strong> alarmas<br />
para eventos <strong>de</strong> fallo en el Subsistema <strong>de</strong> nivel<br />
para la rama F5, se presenta junto con la RdPD<br />
<strong>de</strong>l subsistema, ver Fig. 9.<br />
FIG. 8. MÁQUINA DE ALARMAS<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 9. RDPD SUBSISTEMA DE NIVEL (ESTADO DE FALLO)<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
V. CONCLUSIÓN<br />
En este trabajo se ha abordado el tema <strong>de</strong> simulación<br />
<strong>de</strong> Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri mediante LabVIEW. Se<br />
presenta el proceso <strong>de</strong> simulación <strong>de</strong> un mo<strong>de</strong>lo y<br />
diagnosticador, aplicado a un proceso <strong>de</strong> envasado<br />
<strong>de</strong> líquidos. Se pue<strong>de</strong> visualizar en el ambiente gráfico,<br />
el comportamiento normal y <strong>de</strong> fallo <strong>de</strong>l proceso.<br />
Esta aplicación en LabVIEW es un resultado
Sistema <strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos Mo<strong>de</strong>lado con Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri y Simulado con LabVIEW y DSC - Trigos, Landínez<br />
155<br />
innovador, <strong>de</strong>bido a que se pue<strong>de</strong> construir las Re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> Petri, mediante una estructura programática<br />
que emula las señales <strong>de</strong> campo <strong>de</strong>l proceso y la<br />
utilización <strong>de</strong> disparo <strong>de</strong> eventos en LabVIEW, Este<br />
proceso es metodológico y paso a paso, se indica<br />
como interactuar simulación con una herramienta<br />
tipo SCADA, que da lugar a un nuevo uso <strong>de</strong> las plataformas<br />
en automatización con LabVIEW. El buen<br />
abordaje <strong>de</strong> la herramienta en LabVIEW, sirvió para<br />
<strong>de</strong>sarrollar la aplicación mostrada en [6].<br />
[8] Trigos, M., Mén<strong>de</strong>z, D., García, J., Barrientos, A.,<br />
Del Cerro, J., “Diseño e Implementación <strong>de</strong> la<br />
Instrumentación para la Lectura <strong>de</strong> Variables Críticas<br />
en Aeronaves no Tripuladas (UAS)”, Congreso<br />
Latinoamericano <strong>de</strong> Control Automático ACCA<br />
2010, Santiago – Chile.<br />
[9] National Instruments, ‘User manual Lab-<br />
VIEW 9.0’, Austin- Texas. USA, Disponible en:<br />
http://digital.ni.com/ worldwi<strong>de</strong>/latam.nsf/<br />
main?readform.<br />
[10] National Instruments, ‘User manual DSC 9.0’,<br />
Austin- Texas. USA, Disponible en: http://digital.<br />
ni.com/ worldwi<strong>de</strong>/latam.nsf/main?readform<br />
REFERENCIAS<br />
[1] R. David and H. Alla, “Discrete, Continuous and<br />
Hybrid Petri Nets” . Springer, Verlaj Berlin Hi<strong>de</strong>lberg..<br />
2005.<br />
[2] T. Murata, J. Yim, H. Yin and O. Wolfson, “Petri-<br />
Net Mo<strong>de</strong>l and Minimum Cycle Time for Updating<br />
Moving Objects Database,” International Journal<br />
of Computer Systems Science & Engineering,<br />
Vol.21, No.3, pp.211 - 217, May 2006<br />
[3] Silva M., “Unforced continuous Petri Nets and<br />
positive systems” IEEE Control Syst Soc”ANIPLA,<br />
Springer-Verlag Berlin - 2003.<br />
[4] Trigos M., Barrientos, A., Del Cerro, J. and López,<br />
H., “Mo<strong>de</strong>lling and Fault Diagnosis by means<br />
of Petri Nets. Unmanned Aerial Vehicle Application”,<br />
Book Petri Nets, Theory and Applications,<br />
pp 353-378 Editorial IN-TECH Austria. Disponible<br />
en “http://www.sciyo.com/books/show/title/<br />
petri-nets-applications”, 2009.<br />
[5] Trigos M., García, E., “Faults Diagnosis and Mo<strong>de</strong>ling<br />
of the Liquid Packaging Process. A Research<br />
Based on Petri Nets” Proceeding from<br />
the 10th International Conference of Robotics &<br />
Automation IEEE, Hanoi – Vietnam, 2008.<br />
[6] Trigos, M., García, E., Mo<strong>de</strong>lado y Diagnóstico <strong>de</strong><br />
Fallos por Medio <strong>de</strong> Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri <strong>de</strong> un Sistema<br />
<strong>de</strong> Envasado <strong>de</strong> Líquidos, Congreso Latinoamericano<br />
<strong>de</strong> Control Automático 2008 – Mérida<br />
Venezuela. 2008<br />
[7] Trigos, M., Garcia, E., “Petri Nets Used for Intermittent<br />
Faults Diagnosis and Mo<strong>de</strong>ling of Discrete<br />
Event Systems”, SAFEPROCESS 09, Barcelona<br />
- Spain
Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> optimización en la gestión <strong>de</strong><br />
inventarios mediante algoritmos genéticos<br />
César hernando Valencia Niño<br />
D.Sc.(c) da Engenharia Elétrica<br />
Pontifícia Universida<strong>de</strong> Católica do Rio <strong>de</strong> Janeiro<br />
Investigador Grupo GRAM<br />
Universidad Santo Tomás USTA<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
chvn@ele.puc-rio.br<br />
Silvia Nathalia Cáceres Quijano<br />
M.Sc.(c) da Engenharia <strong>de</strong> Produção<br />
Universida<strong>de</strong> Fe<strong>de</strong>ral do Rio <strong>de</strong> Janeiro<br />
Pesquisadora Programa <strong>de</strong> Engenharia <strong>de</strong> Produção Instituto<br />
Alberto Luiz Coimbra - COPPE<br />
Rio <strong>de</strong> Janeiro, Brasil<br />
natacace@ufrj.br<br />
Resumen— Este artículo presenta el diseño <strong>de</strong> un Algoritmo<br />
Genético (AG) que permita optimizar la gestión<br />
<strong>de</strong> inventarios en las ca<strong>de</strong>nas <strong>de</strong> suministros y minimizar<br />
el Efecto Bullwhip, para esto, fueron consi<strong>de</strong>rados<br />
los costos <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósito, distribución y fabricación <strong>de</strong>l<br />
producto a<strong>de</strong>más <strong>de</strong>l costo individual <strong>de</strong> los elementos<br />
que serán pedidos. La ca<strong>de</strong>na utilizada en la simulación<br />
contiene 5 niveles:cliente, minorista, <strong>de</strong>pósito, distribuidor<br />
y fábrica, así las cantida<strong>de</strong>s para cada par fueron<br />
consi<strong>de</strong>radas para ser evaluadas por el AG en el mejor<br />
cromosoma. Adicionalmente, fue utilizado el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
coeficientes BMN para generar la función <strong>de</strong> evaluación<br />
<strong>de</strong> los cromosomas escogidos por el AG y así satisfacer<br />
las restricciones consi<strong>de</strong>radas en el mo<strong>de</strong>lo.<br />
Palabras clave— Algoritmos Genéticos, Efecto Bullwhip,<br />
Optimización <strong>de</strong> Inventarios y Coeficientes Bmn.<br />
Abstract— This paper presents the <strong>de</strong>sign of a genetic<br />
algorithm (GA) that optimizes inventory management<br />
in supply chains. They were consi<strong>de</strong>red warehousing,<br />
distribution, and manufacturing product costs, plus the<br />
cost of individual items to be or<strong>de</strong>red. The string used in<br />
the simulation contains 5 levels, being: customer, retail,<br />
warehouse, distributor and factory. The amounts of each<br />
pair were consi<strong>de</strong>red to be evaluated by the GA in the<br />
best chromosome. Additionally the BMN coefficients<br />
mo<strong>de</strong>l was used to generate the evaluation function of<br />
chromosomes selected by the GA and satisfies the constraints<br />
consi<strong>de</strong>red in the mo<strong>de</strong>l.<br />
Keywords— Genetic Algorithms, Bullwhip Effect, Supply<br />
Chain Optimization and BMN Coefficients.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
En búsqueda <strong>de</strong> la maximización <strong>de</strong>l lucro en<br />
las empresas y la minimización <strong>de</strong>l tiempo necesario<br />
para realizar los procesos en las ca<strong>de</strong>nas<br />
<strong>de</strong> suministros, la gestión <strong>de</strong> inventarios es<br />
<strong>de</strong>terminante;así, las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> elementos<br />
que serán pedidas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> los tiempos y<br />
los cambios en los estándares <strong>de</strong> consumo <strong>de</strong><br />
los clientes para generar fluctuaciones que consiguen<br />
producir distorsiones como exceso <strong>de</strong> inventarios<br />
o <strong>de</strong>sabastecimiento (BullwhipEffect).De<br />
esta forma, diferentes organizaciones compiten<br />
hoy para mejorar tiempos, administrar eficientemente<br />
cantida<strong>de</strong>s y <strong>de</strong>sarrollar soluciones mediantediversos<br />
mo<strong>de</strong>los con resultados que reducen<br />
entre otros el BullwhipEffect; en este artículo<br />
el mo<strong>de</strong>lo seleccionado para ser aplicado mezcla<br />
dos propieda<strong>de</strong>s, los coeficientes BMN utilizados<br />
en los sistemas <strong>de</strong> generación <strong>de</strong> potencia y la posibilidad<br />
<strong>de</strong> incluir respuestas que sean resultado<br />
<strong>de</strong> procesos evolutivos.<br />
De este modo, el algoritmo <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> la<br />
mejor respuesta está inspirado en el principio <strong>de</strong><br />
la evolución <strong>de</strong> las especies, o programación conocida<br />
como Algoritmos Genéticos, que permite<br />
evaluar un extenso espacio <strong>de</strong> búsqueda y encontrar<br />
respuestas viables uóptimas segúnel tipo <strong>de</strong><br />
restricciones que sean utilizadas; en la literatura<br />
fueron encontrados mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong>sarrollados conla<br />
misma inspiración [1] y con resultados evaluados<br />
por los autores como satisfactorios. No obstante,<br />
la mezcla con coeficientes BMN para ser adaptados<br />
en cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> inventarios no presento ningún<br />
resultado.<br />
En la segunda parte será presentada la formulación<br />
<strong>de</strong>l problema, en la tercera parte el mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong>l algoritmo genético, en la cuarta parte los experimentos<br />
realizados y,finalmente,los resultados<br />
obtenidos.<br />
<strong>II</strong>. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA<br />
El efecto látigo (también conocido como Bullwhip<br />
Effect o Efecto Forrester). Es un fenómeno<br />
importante en el estudio <strong>de</strong> las ca<strong>de</strong>nas <strong>de</strong><br />
distribución porque tiene consecuencias sobre la<br />
eficiencia <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> materiales en las ca<strong>de</strong>nas<br />
<strong>de</strong> suministros. En [2] se marca el inicio <strong>de</strong>l con-<br />
Recibido: 02/08/2011/ Aceptado: 31/10/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 156 - 162
Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> optimización en la gestión <strong>de</strong> inventarios mediante algoritmos genéticos - Valencia, Cáceres<br />
157<br />
cepto <strong>de</strong> compartir informaciones en la gestión <strong>de</strong><br />
la ca<strong>de</strong>na <strong>de</strong> suministros. Las informaciones así<br />
como los pedidos, se propagan con mayor volatilidad<br />
cuando se ascien<strong>de</strong> en el nivel <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na<br />
<strong>de</strong> distribución (y/o suministros). En [3] llamaron<br />
este fenómeno <strong>de</strong> efecto “Bullwhip” o Efecto látigo.<br />
Según [4], el Efecto látigo es el producto <strong>de</strong> la<br />
falta <strong>de</strong> coordinación en el <strong>de</strong>sempeño en la ca<strong>de</strong>na<br />
<strong>de</strong> suministros y una ina<strong>de</strong>cuada gestión <strong>de</strong><br />
inventarios, que ocurre cuando en cada nivel <strong>de</strong><br />
la ca<strong>de</strong>na optimiza apenas su propio objetivo sin<br />
consi<strong>de</strong>rar su impacto en la ca<strong>de</strong>na entera.<br />
La reducción <strong>de</strong>l efecto látigo pue<strong>de</strong> ser clasificada<br />
en 3 tipos <strong>de</strong> iniciativas:<br />
• Alterar el proceso físico <strong>de</strong> producción, almacenamiento<br />
y transporte <strong>de</strong> los materiales.<br />
• Compartir informaciones para el planeamiento<br />
en cada etapa <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na logística.<br />
• Control <strong>de</strong> los efectos <strong>de</strong> las políticas comerciales<br />
para que no conlleven el flujo <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na<br />
al efecto látigo.<br />
Mejora <strong>de</strong>l<br />
proceso<br />
logístico<br />
Compartir<br />
Informaciones<br />
Tabla I.<br />
Estrategias<strong>de</strong> reducción do Efecto Látigo [5<br />
Forrester<br />
(1958)<br />
Agilización<br />
<strong>de</strong>l tratamiento<br />
<strong>de</strong><br />
los pedidos<br />
Mejora en<br />
la calidad<br />
<strong>de</strong> los datos<br />
Lee et al.<br />
(1997)<br />
Formación<br />
<strong>de</strong> lotes <strong>de</strong><br />
compra y <strong>de</strong><br />
producción<br />
Ajuste <strong>de</strong><br />
los inventarios<br />
Procesamiento<br />
<strong>de</strong><br />
las variaciones<br />
en la<br />
<strong>de</strong>manda<br />
Variaciones<br />
<strong>de</strong> precio<br />
Reducción <strong>de</strong><br />
la incertidumbre<br />
Reducción<br />
<strong>de</strong>l<br />
efecto <strong>de</strong><br />
políticas<br />
comerciales<br />
Racionamiento<br />
Simchi-Levi<br />
et al. (2000)<br />
Reducción<br />
<strong>de</strong>l tiempo<br />
<strong>de</strong> reabastecimiento<br />
Formación<strong>de</strong><br />
acuerdos<br />
estratégicos.<br />
Reducción <strong>de</strong><br />
la variabilidad<br />
Según la Tabla 1, como una posible alternativa<br />
será utilizado el enfoque <strong>de</strong> Lee, formar lotes <strong>de</strong><br />
compra y <strong>de</strong> producción y procesar las variaciones<br />
en la <strong>de</strong>manda.<br />
En la propuesta <strong>de</strong> este artículo se busca <strong>de</strong>sarrollar<br />
los siguientes objetivos:<br />
• Generar un Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Optimización <strong>de</strong> Inventarios<br />
para organizar los pedidos consi<strong>de</strong>rados<br />
los tiempos y las variaciones en la<br />
<strong>de</strong>manda.<br />
• Utilizar un Algoritmo Genético para encontrar<br />
la mejor configuración <strong>de</strong> respuesta.<br />
• Realizar pruebas <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo con <strong>de</strong>manda<br />
fija y variable.<br />
<strong>II</strong>I. MODELO MEDIANTE AG<br />
Para ser realizado el mo<strong>de</strong>lado <strong>de</strong>l problema<br />
se estableció como objetivo disminuir el costo<br />
total <strong>de</strong> los inventarios a ser pedidos, para evitar<br />
tener costos altos por exceso <strong>de</strong> inventarios o <strong>de</strong>sabastecimiento,<br />
para ello fueron utilizadas las<br />
ecuaciones <strong>de</strong> [6].<br />
A. Costos consi<strong>de</strong>rados en el mo<strong>de</strong>lo<br />
En la Tabla <strong>II</strong>, son presentados los costos y cantida<strong>de</strong>s<br />
que serán consi<strong>de</strong>rados para obtener el<br />
mínimo costo posible, don<strong>de</strong> el índice i representa<br />
el nivel <strong>de</strong> origen y j el nivel <strong>de</strong> <strong>de</strong>stino.<br />
Tabla <strong>II</strong><br />
Costos y Cantida<strong>de</strong>s. Adaptado <strong>de</strong> [6]<br />
Costos y Cantida<strong>de</strong>s<br />
• Costo <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósito <strong>de</strong> la mercancía<br />
Cantidad <strong>de</strong> elementos.<br />
Costo individual <strong>de</strong> cada unidad<br />
• Costo <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s anteriores<br />
Cantidad <strong>de</strong> ór<strong>de</strong>nes anteriores<br />
Costo <strong>de</strong> la or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> unidad anterior<br />
• Costo <strong>de</strong> elementos a ser pedidos<br />
Cantidad <strong>de</strong> elementos<br />
Costo individual <strong>de</strong> cada unidad<br />
• Costo <strong>de</strong> distribución<br />
Costo <strong>de</strong> envío <strong>de</strong> i para j<br />
Costo por unidad<br />
Cantidad <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s distribuidas <strong>de</strong> i para j<br />
Capacidad <strong>de</strong> carga<br />
Costo por la distribución <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> i para j<br />
• Costo <strong>de</strong> fabricación<br />
Cantidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda <strong>de</strong> i para j<br />
Costo <strong>de</strong> producción por unidad.<br />
Símbolo<br />
CEM i<br />
(t)<br />
QEE i<br />
(t)<br />
CIE i<br />
(t)<br />
CUA i<br />
(t)<br />
QOA i<br />
(t)<br />
COA i<br />
(t)<br />
CEP i<br />
(t)<br />
QEP ij<br />
(t)<br />
CIP i<br />
(t)<br />
CD i<br />
(t)<br />
CE ij<br />
(t)<br />
CUD i<br />
(t)<br />
QUD ij<br />
(t)<br />
CC i<br />
(t)<br />
CPD ij<br />
(t)<br />
CF i<br />
(t)<br />
QD ij<br />
(t)<br />
CPU i<br />
(t)<br />
En la Figura 1 es presentada la configuración<br />
con los 5 niveles utilizada en el mo<strong>de</strong>lado, también<br />
son presentados los 4 costos que generan el<br />
costo total que se ha <strong>de</strong> minimizar.<br />
FIG. 1. 5 nivElEs dEl modElo utilizado.<br />
En la Ecuación 1 es presentado el costo <strong>de</strong> <strong>de</strong>pósito<br />
<strong>de</strong> la mercancía.
158<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 156 - 162<br />
CEM i<br />
(t) = OEE i<br />
(t)*CIE i<br />
(t) (1)<br />
En la Ecuación 2 es presentado el costo <strong>de</strong> las<br />
ór<strong>de</strong>nes anteriores.<br />
CUA i<br />
(t) = QOA i<br />
(t)*COA i<br />
(t) (2)<br />
En la ecuación 3 es presentado el costo <strong>de</strong> los<br />
elementos que van a ser pedidos.<br />
CEP i<br />
(t) = QEP i<br />
(t)*CIP i<br />
(t) (3)<br />
En la ecuación 4 es presentado el costo <strong>de</strong> distribución<br />
para etapa <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na.<br />
CD i<br />
(t) =<br />
[(CE ij<br />
(t)+CUD i<br />
(t))*QUD ij<br />
(t)]<br />
+[(QUD i<br />
(t)/CC i<br />
(t))*CPD i<br />
(t)]<br />
(4)<br />
En la ecuación 5 es presentado el costo <strong>de</strong> fabricación.<br />
CF i<br />
(t) = QD ij<br />
(t)*CPU i<br />
(t) (5)<br />
En las ecuaciones 6, 7, 8 y 9 son presentados<br />
los costos individuales <strong>de</strong> cada punto <strong>de</strong> la<br />
ca<strong>de</strong>na siendo ellos minorista, <strong>de</strong>pósito, distribuidor<br />
y fábrica respectivamente.<br />
C 1<br />
(t) = CEM 1<br />
(t)+CUA 1<br />
(t)+CEP 1<br />
(t) (6)<br />
(10)<br />
La matriz <strong>de</strong> la ecuación 11 representa el conjunto<br />
<strong>de</strong> coeficiente BMN, que en las columnas y<br />
filas tiene las mismas variables que generan una<br />
diagonal <strong>de</strong> ceros, en los otros valores son incluidos<br />
los coeficientes <strong>de</strong> pérdidas entre cada par<br />
<strong>de</strong> niveles <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo, dichos coeficientes son<br />
obtenidos <strong>de</strong>l histórico <strong>de</strong>l comportamiento <strong>de</strong>l<br />
sistema, en tiempo anteriores a la utilización <strong>de</strong><br />
este mo<strong>de</strong>lo.<br />
C. Diseño <strong>de</strong>l algoritmo genético<br />
Los algoritmos genéticos son una técnica <strong>de</strong><br />
búsqueda local que también es utilizada en optimización,<br />
con inspiración en el principio <strong>de</strong> la evolución<br />
<strong>de</strong> las especies y la supervivencia <strong>de</strong>l más<br />
apto, para este trabajo fue ejecutado el diagrama<br />
<strong>de</strong> flujo <strong>de</strong> la Figura 2, consi<strong>de</strong>rados operadores<br />
genéticos como cruzamiento y mutación.<br />
FIG. 2. diagrama dE flujo utilizado<br />
C 2<br />
(t) =<br />
CEM 2<br />
(t)+CUA 2<br />
(t)+CEP 2<br />
(t)+CD 2<br />
(t)<br />
C 3<br />
(t) =<br />
CEM 3<br />
(t)+CUA 3<br />
(t)+CEP 3<br />
(t)+CD 3<br />
(t)<br />
C 4<br />
(t) = CEM 4<br />
(t)+CUA 4<br />
(t)+CEP 4<br />
(t)+<br />
CD 4<br />
(t)+CF 4<br />
(t)<br />
(7)<br />
(8)<br />
(9)<br />
B. Coeficientes Bmn<br />
Los coeficientes [7] BMN inicialmente utilizados<br />
para relacionar pérdidas con penalida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los matemáticos <strong>de</strong><br />
sistemas <strong>de</strong> transmisión <strong>de</strong> energía[8,9], son<br />
empleados en este trabajo para proporcionar<br />
una herramienta que permita obtener las “pérdidas”<br />
<strong>de</strong>l sistema en la función <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l<br />
mo<strong>de</strong>lo.<br />
Estos son un conjunto <strong>de</strong> coeficientes, en<br />
forma matricial, cada línea y columna <strong>de</strong> la matriz<br />
correspon<strong>de</strong> a un punto <strong>de</strong> origen-<strong>de</strong>stino<br />
así todas las etapas <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na son agrupadas.<br />
La representación utilizada genera un cromosoma<br />
con las siguientes características:<br />
Tabla <strong>II</strong>I<br />
Representación utilizada<br />
QEE i<br />
(t) QEP ij<br />
(t) QUD ij<br />
(t) QD ij<br />
(t)<br />
Don<strong>de</strong> el primer Gen <strong>de</strong>l cromosoma está compuesto<br />
por la cantidad <strong>de</strong> elementos en el <strong>de</strong>pósi-
Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> optimización en la gestión <strong>de</strong> inventarios mediante algoritmos genéticos - Valencia, Cáceres<br />
159<br />
to, el segundo Gen tendrá 3 elementos que son<br />
la cantidad <strong>de</strong> elementos a ser pedidos <strong>de</strong> una<br />
etapa para otra, el tercer Gen contendrá 3 elementos<br />
que son las cantida<strong>de</strong>s distribuidas <strong>de</strong><br />
una etapa para otra y finalmente el cuarto Gen<br />
tendrá la cantidad <strong>de</strong> elementos a ser fabricados.<br />
En la <strong>de</strong>codificación para obtener la solución<br />
real, fue implementada una función en Matlab®<br />
que consi<strong>de</strong>ra los coeficientes utilizados y la mejor<br />
respuesta encontrada por el algoritmo genético<br />
[11, 12].<br />
Como función <strong>de</strong> evaluación fue utilizada la<br />
ecuación 11, que genera el costo total C(t) en un<br />
tiempo t.<br />
C(t) = C 1<br />
(t) + C 2<br />
(t) + C 3<br />
(t)+ C 4<br />
(t) (11)<br />
El proceso <strong>de</strong> selección que es <strong>de</strong>terminante<br />
en el algoritmo genético fue realizado mediante<br />
la ruleta, don<strong>de</strong> las porciones son proporcionales<br />
a la aptitud <strong>de</strong> los cromosomas según como es<br />
presentado en la Figura 3.<br />
FIG. 3. rulEta dE sElEcción dE la población inicial<br />
IV. ExPERIMENTOS REALIZADOS<br />
Los experimentos realizados preten<strong>de</strong>n obtener<br />
la mejor configuración <strong>de</strong>l AG para alcanzar<br />
la mejor respuesta con el menor esfuerzo computacional,<br />
se estableció una configuración básica<br />
que consiguió cumplir el objetivo y sobre esta<br />
fueron realizados los cambios para <strong>de</strong>terminar la<br />
influencia <strong>de</strong> cada parámetro, las configuraciones<br />
fueron las indicadas en la Tabla IV.<br />
Tabla IV<br />
Configuraciones utilizadas<br />
Parámetros C1 C2 C3 C4 C5<br />
Tamaño <strong>de</strong> la<br />
población<br />
Tipo <strong>de</strong> cruzamiento<br />
Tasa <strong>de</strong> cruzamiento<br />
10 50 50 50 50<br />
SP SP SP TP H<br />
0.8 0.8 0.4 0.8 0.8<br />
Tipo <strong>de</strong> mutación U U U U U<br />
Tasa <strong>de</strong> mutación 0,05 0.05 0.05 0.05 0.2<br />
Número <strong>de</strong> generaciones<br />
100 40 100 60 60<br />
Total <strong>de</strong> individuos<br />
1x103 2x103 5x103 3x103 3x103<br />
Don<strong>de</strong> SP significa fue que utilizado cruzamiento<br />
<strong>de</strong> un solo punto, TP <strong>de</strong> dos puntos y h<br />
que fue utilizado cruzamiento Heurístico, U significa<br />
que el tipo <strong>de</strong> mutación fue uniforme.<br />
V. RESULTADOS OBTENIDOS<br />
Como operadores genéticos fueron utilizados<br />
los dos principales, cruzamiento que fue realizado<br />
en diferentes tasas y tipos y la mutación también<br />
fue realizada en diferentes tasas y <strong>de</strong> tipo uniforme.<br />
La inicialización <strong>de</strong> la población fue aleatoria<br />
para mantener la diversidad <strong>de</strong> cromosomas en<br />
el universo <strong>de</strong> respuestas [13], para dicha inicialización<br />
no se utilizó ningún tipo <strong>de</strong> semilla que<br />
seleccionara una región búsqueda especial.<br />
Los parámetros y criterios <strong>de</strong> parada, cambiaron<br />
para los diferentes experimentos realizados<br />
[14, 15], en los resultados obtenidos son presentados<br />
los diversos valores y tipos <strong>de</strong> configuración<br />
utilizados.<br />
Para la evaluación <strong>de</strong>l algoritmo propuesto fueron<br />
seleccionados valores para la <strong>de</strong>manda fija y<br />
<strong>de</strong>manda variable basados en los históricos <strong>de</strong><br />
100 semanas atrás, la Figura 4 presenta el comportamiento<br />
<strong>de</strong> los valores escogidos.<br />
FIG. 4. rulEta dE sElEcción dE la población inicial
160<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 156 - 162<br />
A. Tasa <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda fija<br />
A continuación son presentados los resultados<br />
para las 5 configuraciones establecidas para una<br />
<strong>de</strong>manda fija, en ellas está incluido el comportamiento<br />
<strong>de</strong> las respuestas en las generaciones y la<br />
media <strong>de</strong> dichas respuestas.<br />
FIG. 5. RESULTADO CONFIGURACIÓN 1 – TASA FIJA<br />
FIG. 9. RESULTADO CONFIGURACIÓN 5 – TASA FIJA<br />
Tabla V<br />
Resultados <strong>de</strong> costos para Tasa Fija<br />
Configuración Mejor Media<br />
1 3607.06 11364.75<br />
FIG. 6. RESULTADO CONFIGURACIÓN 2 – TASA FIJA<br />
2 3596.09 3603.90<br />
3 3602.36 63936.83<br />
4 3598.17 6598.35<br />
5 3598.71 3674.74<br />
FIG. 7. RESULTADO CONFIGURACIÓN 3 – TASA FIJA<br />
FIG. 8. RESULTADO CONFIGURACIÓN 4 – TASA FIJA<br />
Los resultados presentados en el comportamiento<br />
<strong>de</strong>l algoritmo obe<strong>de</strong>cen a un problema<br />
<strong>de</strong> minimización <strong>de</strong> costos totales mediante la<br />
configuración a<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> los elementos almacenados<br />
y elementos pedidos, para cada configuración<br />
se presentan en la parte superior el comportamiento<br />
para cada generación se resalta que<br />
con la evolución <strong>de</strong> los individuos generados los<br />
costos son menores.<br />
B. Tasa <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda variable<br />
A continuación son presentados los resultados<br />
para las 5 configuraciones establecidas para una<br />
tasa <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda variable, en ellas son presentadas<br />
el comportamiento <strong>de</strong> las respuestas en las<br />
generaciones y la media <strong>de</strong> dichas respuestas.<br />
FIG. 10. RESULTADO CONFIGURACIÓN 1 – TASA VARIABLE
Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> optimización en la gestión <strong>de</strong> inventarios mediante algoritmos genéticos - Valencia, Cáceres<br />
161<br />
FIG. 11. RESULTADO CONFIGURACIÓN 2 – TASA VARIABLE<br />
Resultado <strong>de</strong> costos para Tasa Variable<br />
Configuración Mejor Media<br />
1 34488.80 55575.21<br />
2 27497.10 31059.45<br />
3 29910.32 126690.21<br />
4 26884.24 29337.81<br />
5 26757.12 35012.23<br />
FIG. 12. RESULTADO CONFIGURACIÓN 3 – TASA VARIABLE<br />
FIG. 13. RESULTADO CONFIGURACIÓN 4 – TASA VARIABLE<br />
FIG. 14. RESULTADO CONFIGURACIÓN 5 – TASA VARIABLE<br />
Tabla VI<br />
VI. CONCLUSIONES<br />
La utilización <strong>de</strong> los algoritmos genéticos en la<br />
optimización <strong>de</strong> la gestión <strong>de</strong> inventarios género<br />
disminución <strong>de</strong> los costos <strong>de</strong> operación, así como<br />
la regularización <strong>de</strong> las ór<strong>de</strong>nes cuando la <strong>de</strong>manda<br />
fue variable, en las simulaciones realizadas se<br />
obtuvo el mejor resultado mediante el cruzamiento<br />
heurístico, un número mayor en la población<br />
inicial fue más <strong>de</strong>terminante que un número mayor<br />
<strong>de</strong> generaciones para encontrar la mejor respuesta,<br />
mediante la utilización <strong>de</strong> los coeficientes<br />
Bmn se generó una penalización en los tiempos<br />
<strong>de</strong> atraso “lead time” en la entrega <strong>de</strong> pedidos<br />
lo que podría enten<strong>de</strong>rse como una penalización<br />
“Soft” para el AG.<br />
El mo<strong>de</strong>lo que se tomó como referencia presentaba<br />
costos totales antes <strong>de</strong> ser utilizado el AG<br />
<strong>de</strong> USD 4567 para la tasa <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda fija y <strong>de</strong><br />
USD 33245 para la tase <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda variable, es<br />
posible comparar estos resultados con los mejores<br />
obtenidos y apreciar la optimización realizada<br />
por el AG reflejada en la disminución <strong>de</strong> costos<br />
totales, todo esto consi<strong>de</strong>radas las restricciones<br />
impuestas al mo<strong>de</strong>lo para que no existan <strong>de</strong>sabastecimiento<br />
o exceso <strong>de</strong> inventarios para cada<br />
nivel <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na utilizada, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> las penalida<strong>de</strong>s<br />
establecidas por los coeficientes Bmn.<br />
El tiempo total <strong>de</strong> simulación fue <strong>de</strong> 100 semanas,<br />
así es posible consi<strong>de</strong>rar las fluctuaciones<br />
para la tasa variable y la estanqueidad para<br />
la tasa fija.<br />
Como trabajo futuro se espera configurar el<br />
mo<strong>de</strong>lo propuesto como un Algoritmo Genético<br />
Paralelo, para mejorar los resultados ya obtenidos,<br />
así que la utilización <strong>de</strong> nuevos operadores<br />
genéticos que mantienen la integridad <strong>de</strong> la información<br />
genética en el cruzamiento como el “Ring<br />
Crossover” así como el “Arithmetic Crossover”.
162<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 156 - 162<br />
REFERENCIAS<br />
[1] J.VonNeuman, «The Theory of Self-Reproducing<br />
Automata», University of Illinois Press, Urbana,<br />
1996.<br />
[2] J. Forrester, «Industrial Dynamics», Harvard Business<br />
Review. Boston, n. 36, Julio-Agosto 1958.<br />
[3] L. H. Lee, V. Padmanabhan y S. Whang, «Information<br />
Distortion in a Supply Chain: The Bullwhip<br />
Effect», Management Science, Vol. 50, No. 12,<br />
Diciembre 2004.<br />
[4] S. Chopra y P. Meindl, «Gerenciamento da Ca<strong>de</strong>ia<br />
<strong>de</strong> Suprimentos – Estratégica, Planejamento<br />
e Operação», São Paulo: Prentice Hall, 2003.<br />
[5] J. P. P. Dias, 2003, «Gestão dos estoques numa<br />
ca<strong>de</strong>ia <strong>de</strong> distribuição com sistema <strong>de</strong> reposição<br />
automática e ambiente colaborativo», Disertación<br />
<strong>de</strong> Maestría – Programa <strong>de</strong> Post-graduación<br />
enIngeniería<strong>de</strong> Producción Escuela Politécnica<br />
<strong>de</strong> la Universidad <strong>de</strong> San Pablo.<br />
[6] J. Lu, P. Humphreys, R. McIvor, y L. Maguire,<br />
«Employing Genetic Algorithms to minimise the<br />
Bullwhip Effect in an online efficient-responsive<br />
supply chain», en 2009 IEEE/INFORMS International<br />
Conference on Service Operations, Logistics<br />
and Informatics, Chicago, IL, USA, 2009, pp.<br />
117-122.<br />
Analysis in Supply Chain Management», en 2009<br />
IEEE International Advance Computing Conference,<br />
Patiala, India, 2009, pp. 418-422.<br />
[12] J. Lu, P. Humphreys, R. McIvor, y L. Maguire,<br />
«Employing genetic algorithms to minimise the<br />
bullwhip effect in a supply chain», en 2007 IEEE<br />
International Conference on Industrial Engineering<br />
and Engineering Management, Singapore,<br />
2007, pp. 1527-1531.<br />
[13] R. Perumalsamy y J. Natarajan, «Predictive<br />
analytics using Genetic Algorithm for efficient<br />
supply chain inventory optimization», in 2010<br />
Second International conference on Computing,<br />
Communication and Networking Technologies,<br />
Karur, India, 2010, pp. 1-8.<br />
[14] W. Jianhua y H. xianfeng, «A hybrid genetic algorithm<br />
for agile supply chain scheduling optimization»,<br />
en 2010 2nd International Conference on<br />
Future Computer and Communication, Wuhan,<br />
China, 2010, pp. V1-396-V1-400.<br />
[15] N. P. Joseph y G. Radhamani, «Determining Robust<br />
Solutions in Supply Chain Using Genetic Algorithm»,<br />
en 2010 International Conference on<br />
Data Storage and Data Engineering, Bangalore,<br />
India, 2010, pp. 275-277.<br />
[7] E. Hill y W. Stevenson, «A New Method of Determining<br />
Loss Coefficients», IEEE Transactions on<br />
Power Apparatus and Systems, vol. 87, no. 7, pp.<br />
1548-1553, Jul. 1968.<br />
[8] G. Kumaran y V. S. R. K. Mouly, «Using evolutionary<br />
computation to solve the economic load<br />
dispatch problem», en Proceedings of the 2001<br />
Congress on Evolutionary Computation (IEEE<br />
Cat. No.01TH8546), Seoul, South Korea, pp.<br />
296-301.<br />
[9] H. Happ, «Optimal Power Dispatch», IEEE Transactions<br />
on Power Apparatus and Systems, vol.<br />
93, no. 3, pp. 820-830, May. 1974.<br />
[10] LanshunNie, xiaofeixu, y Dechen Zhan, «Collaborative<br />
Planning in Supply Chains by Lagrangian<br />
Relaxation and Genetic Algorithms», en 2006<br />
6th World Congress on Intelligent Control and Automation,<br />
Dalian, China, 2006, pp. 7258-7262.<br />
[11] P. Radhakrishnan, V. M. Prasad, y M. R. Gopalan,<br />
«Genetic Algorithm Based Inventory Optimization
Clasificación ABC Multicriterio: Tipos <strong>de</strong> Criterios<br />
y Efectos en la Asignación <strong>de</strong> Pesos<br />
Carlos Alberto Castro Zuluaga<br />
M.Sc. en Ingeniería Industrial, Universidad <strong>de</strong> los An<strong>de</strong>s<br />
Docente Tiempo Completo, Universidad EAFIT<br />
Investigador Grupo <strong>de</strong> Investigación en Gestión <strong>de</strong> Producción y<br />
Logística, Universidad EAFIT<br />
Me<strong>de</strong>llín, Colombia<br />
ccastro@eafit.edu.co<br />
Mario César Vélez Gallego<br />
PhD. in Industrial and Systems Engineering,<br />
Florida International University<br />
MSc. in Industrial and Systems Engineering,<br />
Georgia Institute of Technology<br />
Docente Tiempo Completo, Universidad EAFIT<br />
Investigador Grupo <strong>de</strong> Investigación en Gestión <strong>de</strong> Producción y<br />
Logística, Universidad EAFIT Me<strong>de</strong>llín, Colombia<br />
marvelez@eafit.edu.co<br />
Jaime Andrés Castro Urrego<br />
Estudiante <strong>de</strong> Ingeniería <strong>de</strong> Producción,<br />
Universidad EAFIT Me<strong>de</strong>llin, Colombia<br />
jcastrou@eafit.edu.co<br />
Resumen— Tradicionalmente la clasificación ABC es<br />
realizada en las empresas con el objetivo <strong>de</strong> <strong>de</strong>finir e implementar<br />
una política <strong>de</strong> control <strong>de</strong> inventarios a todos<br />
los productos pertenecientes a una misma categoría. La<br />
clasificación <strong>de</strong> los productos en categorías se realiza<br />
<strong>de</strong> acuerdo a su importancia o relevancia por algún tipo<br />
<strong>de</strong> criterio, que normalmente es el consumo o utilización<br />
anual (para materias primas o repuestos) o la <strong>de</strong>manda<br />
o las ventas anuales (para productos terminados), utilizando<br />
para esto el bien conocido principio <strong>de</strong> Pareto.<br />
Sin embargo, en ocasiones es altamente recomendable<br />
y necesario hacer uso <strong>de</strong> criterios adicionales que permitan<br />
realizar una diferenciación más efectiva <strong>de</strong> las<br />
existencias. Por ello, este artículo presenta una recopilación<br />
<strong>de</strong> criterios útiles para realizar la clasificación<br />
ABC <strong>de</strong>l inventario, <strong>de</strong>scribe en qué consiste cada uno<br />
y cómo pue<strong>de</strong> ser medido. Adicionalmente se muestra<br />
un ejemplo <strong>de</strong> un escenario crítico <strong>de</strong> una clasificación<br />
ABC con tres criterios, en don<strong>de</strong> <strong>de</strong> acuerdo a los pesos<br />
asignados a cada uno y <strong>de</strong> las características <strong>de</strong> los productos<br />
incluidos en el proceso <strong>de</strong> clasificación, se pier<strong>de</strong><br />
la vali<strong>de</strong>z <strong>de</strong> algún criterio en el análisis.<br />
Palabras clave— Clasificación ABC, Gestión <strong>de</strong> Inventarios,<br />
Análisis Multicriterio<br />
Abstract— ABC classification is traditionally performed<br />
in companies in or<strong>de</strong>r to <strong>de</strong>fine and implement an inventory<br />
control policy for all the products within the same<br />
category. The classification of products into categories<br />
is done according to their importance or relevance for<br />
some kind of criteria, usually the consumption or annual<br />
usage (for raw materials or spare parts) or <strong>de</strong>mand or<br />
annual sales (for finished goods) using the well-know<br />
Pareto´s principle. however, sometimes it is highly recommen<strong>de</strong>d<br />
and necessary to use additional criteria in<br />
or<strong>de</strong>r to make a more effective differentiation of stocks.<br />
Therefore, this paper presents a collection of useful criteria<br />
for ABC classification; <strong>de</strong>scribes its meaning and<br />
how it must be measured. Additionally, an example of a<br />
critical stage of a classification ABC with three criteria,<br />
shows that <strong>de</strong>pending on the weights assigned and the<br />
characteristics of the products inclu<strong>de</strong>d in the classification<br />
process, the validity of some criteria are lost in<br />
the analysis.<br />
Keywords— ABC Classification, Inventory Management;<br />
Multi criteria analysis<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
En todas las empresas existen procesos <strong>de</strong><br />
toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones que involucran una gran cantidad<br />
<strong>de</strong> productos o servicios. Este tipo <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones,<br />
según proceso <strong>de</strong> planeación que se lleve a<br />
cabo, <strong>de</strong>be realizarse para familias <strong>de</strong> productos<br />
o productos individuales que afectarán la planeación<br />
<strong>de</strong> producción, el abastecimiento, la distribución,<br />
el almacenamiento o la programación, áreas<br />
fundamentales <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> cualquier organización.<br />
Uno <strong>de</strong> los procesos más importantes y más<br />
complejos que existe es el control y la gestión <strong>de</strong><br />
los inventarios, <strong>de</strong>bido a que <strong>de</strong> este <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá<br />
en gran medida el correcto funcionamiento <strong>de</strong><br />
los procesos anteriormente mencionados, ya que<br />
in<strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> la empresa existen<br />
cientos o miles <strong>de</strong> ítems que <strong>de</strong>ben ser monitoreados<br />
y controlados con el propósito <strong>de</strong> conocer<br />
sus existencias, ubicaciones, estado y <strong>de</strong>más información<br />
que es esencial para lograr realizar almacenamientos<br />
eficientes, planes <strong>de</strong> producción<br />
factibles, programas <strong>de</strong> producción reales, abastecimientos<br />
oportunos y distribuciones efectivas.<br />
Todo lo anterior finalmente va encaminado a lograr<br />
<strong>de</strong> manera superior las metas que una em-<br />
Recibido: 18/08/2011/ Aceptado: 28/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 163 - 170
164<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 163 - 170<br />
presa tiene en relación con los niveles <strong>de</strong> servicio<br />
y los costos.<br />
Dada la gran cantidad <strong>de</strong> referencias (entre<br />
materias primas, repuestos, producto en proceso<br />
y producto terminado) que tienen que administrar<br />
en un sistema <strong>de</strong> control y gestión <strong>de</strong> inventarios<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> una empresa, sería <strong>de</strong>masiado costoso<br />
y poco práctico establecer esquemas <strong>de</strong> monitoreo<br />
y control <strong>de</strong> forma individual. En su lugar,<br />
la práctica más común a nivel industrial es la <strong>de</strong><br />
agregar referencias por grupos <strong>de</strong> familias y aplicar<br />
políticas <strong>de</strong> control iguales a todo el grupo.<br />
La forma comúnmente utilizada para realizar<br />
este tipo <strong>de</strong> clasificaciones es la <strong>de</strong>nominada clasificación<br />
ABC, la cual se realiza <strong>de</strong> forma in<strong>de</strong>pendiente<br />
para materias primas (o repuestos) y<br />
para productos terminados.<br />
El enfoque tradicional <strong>de</strong> la clasificación ABC<br />
consiste en organizar todos los ítems <strong>de</strong> manera<br />
<strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte según el criterio <strong>de</strong> consumo<br />
o utilización anual (para materias primas o<br />
repuestos) o <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda o ventas anuales (para<br />
productos terminados), ambas medidas en pesos<br />
al año. Lo anterior implica que para las materias<br />
primas y los repuestos el valor <strong>de</strong>l criterio para<br />
cada ítem se calcula como el consumo anual <strong>de</strong><br />
cada materia prima multiplicado por su costo<br />
<strong>de</strong> compra, mientras que para los productos<br />
terminados se calcula como la <strong>de</strong>manda (o<br />
ventas) al año por su costo variable <strong>de</strong> fabricación<br />
(en el caso <strong>de</strong> un productor) o <strong>de</strong> compra (para<br />
un comercializador). De esta manera se espera<br />
que una cantidad reducida <strong>de</strong> ítems que se<br />
encuentran en la parte superior <strong>de</strong> la clasificación<br />
serán parte <strong>de</strong>l grupo A, y requerirán la mayor<br />
atención por parte <strong>de</strong> la gerencia; la mayor<br />
cantidad <strong>de</strong> ítems que se encuentran en la parte<br />
inferior <strong>de</strong> la clasificación son asignados al grupo<br />
C y requerirán una mínima atención <strong>de</strong> la gerencia<br />
y la cantidad restante <strong>de</strong> ítems hará parte <strong>de</strong>l<br />
grupo B y requirien mediana atención [1].<br />
La clasificación <strong>de</strong> los diferentes ítems que<br />
maneja una compañía en un grupo reducido <strong>de</strong><br />
categorías, es un análisis simple <strong>de</strong> enten<strong>de</strong>r y<br />
fácil <strong>de</strong> utilizar por la mayoría <strong>de</strong> los encargados<br />
<strong>de</strong> los inventarios en una organización, pero este<br />
análisis está limitado a un solo criterio como se<br />
mencionó anteriormente, que es ampliamente reconocido<br />
que según el tipo <strong>de</strong> ítems o <strong>de</strong> industria<br />
en don<strong>de</strong> se realice el análisis, existe una gran<br />
cantidad <strong>de</strong> criterios que <strong>de</strong>ben ser incluidos en<br />
el análisis, con el propósito <strong>de</strong> realizar una mejor<br />
clasificación. Cuando un análisis ABC incluye dos<br />
o más criterios, este problema es llamado Clasificación<br />
ABC Multicriterio (MCABC por sus siglas<br />
en inglés), el cual es un problema ampliamente<br />
estudiado en la literatura, pero poco estudiado<br />
en lo relacionado con los criterios utilizados, sus<br />
características y la problemática en algunos enfoques<br />
con la asignación <strong>de</strong> pesos a los criterios<br />
empleados en el análisis.<br />
El objetivo <strong>de</strong> este artículo es presentar una<br />
clasificación y una caracterización <strong>de</strong> los principales<br />
criterios utilizados en la MCABC, y <strong>de</strong>sarrollar<br />
un ejemplo para ilustrar cómo la selección <strong>de</strong> los<br />
criterios y la asignación <strong>de</strong> pesos es una etapa crítica<br />
en este proceso <strong>de</strong> clasificación. Una asignación<br />
incorrecta <strong>de</strong> los pesos pue<strong>de</strong> hacer incluso<br />
que alguno <strong>de</strong> los criterios incluidos en el análisis<br />
no tenga ningún efecto en el resultado final.<br />
El resto <strong>de</strong>l artículo se encuentra estructurado en<br />
cinco secciones. Esta introducción es seguida por<br />
una revisión <strong>de</strong> la literatura en lo relacionado con<br />
la Clasificación ABC Multicriterio. En la sección 3<br />
se muestran los principales criterios que se incluyen<br />
en este tipo <strong>de</strong> problemas y sus características.<br />
En la sección 4 se realiza un ejemplo don<strong>de</strong><br />
se muestra la problemática sobre la asignación<br />
<strong>de</strong> pesos en la clasificación ABC Multicriterio. El<br />
artículo finaliza con algunos comentarios y conclusiones<br />
en la sección 5.<br />
<strong>II</strong>. REVISIÓN DE LA LITERATURA<br />
La clasificación tradicional <strong>de</strong> los artículos<br />
<strong>de</strong> una compañía en un número reducido <strong>de</strong><br />
categorías es una implementación <strong>de</strong> la famosa<br />
observación <strong>de</strong> Pareto sobre la distribución<br />
<strong>de</strong>sigual <strong>de</strong> la riqueza a nivel nacional [2]:<br />
la mayor parte <strong>de</strong> la riqueza nacional es<br />
controlada por unos pocos y la mayor parte <strong>de</strong><br />
la población controla sólo una pequeña porción<br />
<strong>de</strong> la riqueza.<br />
El principio <strong>de</strong> Pareto enunciado anteriormente<br />
pue<strong>de</strong> ser utilizado en una gran cantidad <strong>de</strong> áreas<br />
gerenciales [3]. En relación al área <strong>de</strong> gestión<br />
y control <strong>de</strong> inventarios, el análisis <strong>de</strong> Pareto<br />
sugiere que no todos los ítems en el inventario <strong>de</strong><br />
una empresa <strong>de</strong>ben ser controlados igual, por lo<br />
que los ítems más importantes (grupo A) <strong>de</strong>ben
Clasificación ABC Multicriterio: Tipos <strong>de</strong> Criterios y Efectos en la Asignación <strong>de</strong> Pesos - Castro, Vélez, Castro<br />
165<br />
ser controlados y monitoreados con sistemas <strong>de</strong><br />
control <strong>de</strong> inventario más sofisticados que los<br />
utilizados para ítems menos importantes que se<br />
encuentran en el grupo B; y que los ítems <strong>de</strong>l<br />
grupo C se <strong>de</strong>ben controlar más fácilmente en<br />
comparación con los ítems <strong>de</strong>l grupo B [1].<br />
El análisis ABC clásico enunciado anteriormente<br />
ha sido cuestionado por algunos autores [4],<br />
<strong>de</strong>bido principalmente a que la importancia y la<br />
atención prestada <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la gerencia a cada ítem<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> un único criterio a la hora <strong>de</strong> realizar<br />
la clasificación, sabiendo que en algunas oportunida<strong>de</strong>shay<br />
características y atributos que <strong>de</strong>berían<br />
ser consi<strong>de</strong>rados y posiblemente afectan su<br />
importancia. Consi<strong>de</strong>re, por ejemplo, un repuesto<br />
vital para el funcionamiento <strong>de</strong> una máquina, el<br />
cual es fundamental <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l proceso productivo<br />
<strong>de</strong> una empresa, pero que sea muy económico<br />
y con un consumo anual mo<strong>de</strong>rado. Sin duda, este<br />
repuesto requeriría <strong>de</strong> una atención mayor por<br />
parte <strong>de</strong> la gerencia si en la clasificación se hubiera<br />
consi<strong>de</strong>rado la criticidad <strong>de</strong>l ítem y no sólo<br />
su consumo o utilización en términos monetarios.<br />
Cuando el análisis ABC incluye dos o más<br />
criterios, en la literatura científica el problema<br />
es <strong>de</strong>nominado Clasificación Multicriterio<br />
<strong>de</strong>l Inventario (MCIC o MCABC) Análisis<br />
ABC Multiciriterio (por sus siglas en inglés,<br />
respectivamente), el cual ha sido tratado<br />
por varios autores. En los primeros trabajos<br />
sobre el problema [4,5] se planteó una<br />
metodología con dos criterios para el análisis<br />
ABC por medio <strong>de</strong> una matriz cruzada tabular.<br />
Desafortunadamente, <strong>de</strong> acuerdo con algunos<br />
autores [6], la metodología se vuelve complicada<br />
y difícil <strong>de</strong> manejar, cuando tres o más criterios<br />
se incluyen en el análisis.<br />
Otros métodos más recientes empleados<br />
para resolver el problema MCABC incluyen: el<br />
Análisis Multivariado <strong>de</strong> Clusters, en el que<br />
ítems con características y atributos similares se<br />
agrupan para su análisis y posterior clasificación<br />
[7]; Proceso Analítico Jerárquico (AHP por<br />
sus siglas en inglés), en el cual se obtiene<br />
una única medida escalar <strong>de</strong> la importancia<br />
<strong>de</strong> los ítems <strong>de</strong>l inventario para su posterior<br />
clasificación con base en el resultado obtenido<br />
[6-8]; utilización <strong>de</strong> metaheurísticos, como los<br />
algoritmos genéticos [9] y las re<strong>de</strong>s neuronales<br />
artificiales [8,10] aplicados a la clasificación<br />
ABC multivariada y, recientemente, la<br />
optimización lineal pon<strong>de</strong>rada [11-14] ,<br />
enfoque muy similar al concepto <strong>de</strong> Análisis<br />
Envolvente <strong>de</strong> Datos (DEA por sus siglas en<br />
inglés) y la clasificación por medio <strong>de</strong> la lógica<br />
fuzzy [15]. Finalmente, hay investigaciones<br />
que combinan métodos, don<strong>de</strong> se aplica el<br />
método ABC con multicriterio y la matriz <strong>de</strong><br />
adquisición/índice <strong>de</strong> rotación, su utilización<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la situación concreta <strong>de</strong> la<br />
aplicación [16].<br />
Hasta don<strong>de</strong> se pudo constatar en la<br />
revisión <strong>de</strong> la literatura no se encontró<br />
ninguna publicación en la cual se caractericen<br />
y clasifiquen los criterios más utilizados en la<br />
clasificación ABC multicriterio. Tampoco se<br />
pudo encontrar un análisis sobre el impacto<br />
<strong>de</strong> las diferentes formas <strong>de</strong> asignar los pesos<br />
a los criterios en el resultado final <strong>de</strong> la<br />
clasificación<br />
<strong>II</strong>I. CRITERIOS PARA LA CLASIFICACIÓN ABC<br />
Con base en la revisión <strong>de</strong> la literatura que<br />
se llevó a cabo se construyó una matriz <strong>de</strong> criterios<br />
(Tabla I) en la que se <strong>de</strong>termina cuáles<br />
son algunos <strong>de</strong> los criterios más usados en el<br />
tratamiento <strong>de</strong>l problema MCIC, su unidad <strong>de</strong><br />
medida y para qué tipo <strong>de</strong> ítems aplica (señalados<br />
con una x), ya sea para materias primas,<br />
repuestos o para productos terminados, se diferencia<br />
la clasificación que se pue<strong>de</strong> hacer <strong>de</strong><br />
estos últimos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista <strong>de</strong>l fabricante<br />
y <strong>de</strong>l distribuidor.<br />
El criterio <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda/ventas anuales hace<br />
referencia a la cantidad <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s físicas que<br />
fueron <strong>de</strong>mandadas <strong>de</strong>l producto durante el último<br />
año, por ello sólo es utilizado para clasificar<br />
productos terminados por parte <strong>de</strong> fabricantes o<br />
distribuidores. Por su parte, el consumo/utilización<br />
anual se basa en el total <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s que<br />
fueron solicitadas <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el sistema productivo<br />
hacia el almacén, por lo cual este criterio sólo es<br />
tenido en cuenta para clasificar materias primas<br />
y repuestos.<br />
El criterio <strong>de</strong> inventario promedio correspon<strong>de</strong><br />
a la media <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s físicas que se mantuvieron<br />
en inventario durante todo el año para cada<br />
ítem. Este criterio es aplicable para realizar la clasificación<br />
<strong>de</strong> todo tipo <strong>de</strong> ítems: materias primas,
166<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 163 - 170<br />
repuestos y productos terminados (tanto para productores<br />
como para comercializadores).<br />
El costo unitario se basa en el costo total que<br />
representa cada unidad <strong>de</strong>l ítem, habida cuenta<br />
<strong>de</strong>l costo <strong>de</strong> producción (para productos terminados<br />
en el almacén <strong>de</strong>l fabricante) o <strong>de</strong> compra<br />
(para materias primas, repuestos y productos terminados<br />
en el almacén <strong>de</strong>l comercializador); este<br />
criterio es aplicable para todos los tipos <strong>de</strong> ítems<br />
consi<strong>de</strong>rados en la matriz.<br />
Criterios<br />
TABLA I<br />
Matriz <strong>de</strong> Criterios para la clasificación ABC<br />
Unidad <strong>de</strong><br />
Medida<br />
Entrada<br />
Materias Primas<br />
Repuestos<br />
Salida<br />
Fabricante<br />
Comercializadora<br />
Demanda/ Ventas<br />
Anual<br />
unida<strong>de</strong>s/año x x<br />
Consumo/ Utilización<br />
Anual<br />
unida<strong>de</strong>s/año x x<br />
Inventario Promedio<br />
unida<strong>de</strong>s/año x x x x<br />
Costo Unitario $/unidad x x x x<br />
Volumen m3/unidad x x x x<br />
Criticidad 0, 1, 2, 3, 4, 5 x x<br />
Costo Anual <strong>de</strong>l<br />
Inventario<br />
$/año x x x x<br />
Costo Anual Demanda/Ventas<br />
$/año x x<br />
Costo Anual Consumo/Utilización<br />
$/año x x<br />
Tiempo <strong>de</strong> Entrega<br />
Tiempo <strong>de</strong> Producción<br />
por lote<br />
unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
tiempo<br />
unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
tiempo<br />
Escasez 1, 2, 3, 4, 5 x x<br />
x x x<br />
Durabilidad 1, 2, 3, 4, 5 x x x x<br />
Sustituibilidad 1, 2, 3, 4, 5 x x<br />
Reparabilidad 1, 2, 3, 4, 5 x x x<br />
Número <strong>de</strong> Proveedores<br />
Cantidad x x x<br />
Almacenabilidad 1, 2, 3, 4, 5 x x x x<br />
Tamaño <strong>de</strong> lote Unida<strong>de</strong>s x x x<br />
Fuente: Autores<br />
x<br />
Así mismo, el criterio <strong>de</strong> volumen se refiere al<br />
espacio que ocupa una unidad <strong>de</strong> cada ítem <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong>l almacén y es aplicable a la clasificación<br />
ABC que se realice <strong>de</strong> cualquiera <strong>de</strong> los tipos <strong>de</strong><br />
ítem listados en la Tabla 1, pues es entendible que<br />
si un producto ocupa gran cantidad <strong>de</strong> espacio en<br />
el almacén, el encargado <strong>de</strong> controlar los inventarios<br />
<strong>de</strong>see tener mayor control <strong>de</strong> las existencias<br />
<strong>de</strong> dicho producto, <strong>de</strong> modo que no se ocupe más<br />
espacio <strong>de</strong>l realmente requerido y no se restrinja<br />
la cantidad <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s que se pue<strong>de</strong> mantener<br />
<strong>de</strong> las <strong>de</strong>más referencias.<br />
La criticidad se encuentra estrechamente relacionada<br />
con el costo <strong>de</strong> faltantes <strong>de</strong>l ítem [9]<br />
y se representa en una escala <strong>de</strong> 1 a 5, don<strong>de</strong> 5<br />
implica un alto costo <strong>de</strong> faltantes y una alta importancia<br />
<strong>de</strong>l ítem para el correcto <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>l<br />
sistema productivo, por ello este criterio sólo es<br />
tenido en cuenta para clasificar materias primas<br />
y repuestos.<br />
El costo anual <strong>de</strong>l inventario se basa en el costo<br />
total que implicó tener dicho ítem en el almacén<br />
durante el último año, habida cuenta <strong>de</strong>l costo <strong>de</strong><br />
pedir, <strong>de</strong> mantener y <strong>de</strong> oportunidad. Por lo tanto,<br />
este criterio <strong>de</strong> clasificación es aplicable tanto<br />
para materias primas y repuestos, como para producto<br />
terminado.<br />
El criterio <strong>de</strong> costo anual <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda/ventas,<br />
tiene en cuenta el producto entre la <strong>de</strong>manda/<br />
ventas anuales y el costo unitario <strong>de</strong> cada ítem.<br />
Este criterio es aplicable para clasificar sólo producto<br />
terminado y es uno <strong>de</strong> los más usados en<br />
la clasificación ABC tradicional. El costo anual <strong>de</strong><br />
consumo/utilización es el equivalente al criterio<br />
anterior aplicado a materias primas y repuestos,<br />
diferenciándose en que se basa en el producto<br />
entre el consumo/utilización anual y el costo<br />
unitario, este criterio es utilizado frecuentemente<br />
para clasificar los ítems que se encuentran como<br />
entrada al sistema productivo.<br />
Por otro lado, los criterios <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> entrega<br />
y tiempo <strong>de</strong> producción por lote tienen en cuenta<br />
el tiempo que transcurre <strong>de</strong>s<strong>de</strong> que se libera la<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> compra <strong>de</strong> un ítem hasta que este se<br />
encuentra en las instalaciones <strong>de</strong> la compañía<br />
(para el primer criterio) y el tiempo que transcurre<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> que se comienza a producir un lote <strong>de</strong> Q<br />
unida<strong>de</strong>s hasta que éste se encuentra fabricado<br />
en su totalidad (para el segundo criterio).
Clasificación ABC Multicriterio: Tipos <strong>de</strong> Criterios y Efectos en la Asignación <strong>de</strong> Pesos - Castro, Vélez, Castro<br />
167<br />
La escasez es medida en una escala <strong>de</strong> 1 a<br />
5 y se basa en la dificultad que implica para la<br />
compañía adquirir o comprar un ítem; este criterio<br />
es <strong>de</strong> gran importancia para aquellos ítems<br />
que son importados. Por su parte, el criterio <strong>de</strong><br />
durabilidad se refiere a la longitud <strong>de</strong> tiempo<br />
que un ítem permanece en condiciones útiles y<br />
<strong>de</strong>be ser medido en una escala <strong>de</strong> 1 a 5, don<strong>de</strong><br />
5 implica que el producto tiene un período muy<br />
corto <strong>de</strong> vida útil; la medición <strong>de</strong> este criterio<br />
<strong>de</strong>be realizarse en esta escala para permitir que<br />
a la hora <strong>de</strong> clasificar los productos, los ítems<br />
que tengan mayor valor en el criterio sean los<br />
más importantes en el proceso <strong>de</strong> control <strong>de</strong> inventarios.<br />
El criterio <strong>de</strong> sustituibilidad es útil cuando<br />
se tienen ítems que al presentar faltantes en el<br />
inventario pue<strong>de</strong>n ser sustituidos por otros sin<br />
generar cambios significativos en el sistema<br />
productivo. Este criterio es medido en una escala<br />
<strong>de</strong> 1 a 5 en la que los productos que tienen<br />
muchos sustitutos en el almacén toman un valor<br />
<strong>de</strong> 1, mientras que los productos que no tienen<br />
sustitutos toman un valor <strong>de</strong> 5. Igualmente, el<br />
criterio <strong>de</strong> reparabilidad se basa en la existencia<br />
<strong>de</strong> ítems que al presentar faltantes pue<strong>de</strong>n<br />
ser reparados y reutilizados; aquellos productos<br />
que pue<strong>de</strong>n ser reparados rápidamente toman<br />
un valor <strong>de</strong> 1 y los productos que no pue<strong>de</strong>n ser<br />
reparados toman un valor <strong>de</strong> 5.<br />
El número <strong>de</strong> proveedores <strong>de</strong> un ítem indica<br />
la cantidad <strong>de</strong> compañías que lo fabrican y <strong>de</strong><br />
las cuales se pue<strong>de</strong> obtener dicho bien. Mientras<br />
más pequeña sea esta cantidad, mayor importancia<br />
tomará la realización <strong>de</strong> un control estricto<br />
sobre las existencias <strong>de</strong>l ítem. Por otra parte,<br />
la almacenabilidad indica el nivel <strong>de</strong> peligro<br />
o dificultad en el almacenamiento <strong>de</strong> un ítem,<br />
por ello en una escala <strong>de</strong> 1 a 5, los productos<br />
que presenten mayores dificulta<strong>de</strong>s o peligro en<br />
el proceso <strong>de</strong> manejo <strong>de</strong> materiales tomarán un<br />
valor <strong>de</strong> 5. Finalmente, el criterio <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong><br />
lote se refiere a la cantidad mínima <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s<br />
que por restricciones físicas o económicas se<br />
pue<strong>de</strong>n pedir al proveedor o se pue<strong>de</strong>n fabricar.<br />
Aunque <strong>de</strong> acuerdo a la revisión <strong>de</strong> la literatura<br />
los anteriores criterios son los mayormente<br />
utilizados para realizar la clasificación ABC en el<br />
inventario <strong>de</strong> una compañía, existen otros criterios<br />
que pue<strong>de</strong>n ser utilizados en empresas <strong>de</strong><br />
acuerdo a la particularidad <strong>de</strong> sus productos y<br />
procesos y <strong>de</strong> las características que el encargado<br />
<strong>de</strong> controlar los inventarios consi<strong>de</strong>ra importantes.<br />
IV. CONSIDERACIONES y EJEMPLO<br />
ILUSTRATIVO DE LA CLASIFICACIÓN ABC<br />
MULTICRITERIO<br />
Las diferentes propuestas para dar solución<br />
al problema <strong>de</strong> la Clasificación ABC Multicriterio,<br />
tienen un elemento común y es la utilización <strong>de</strong><br />
pesos o pon<strong>de</strong>raciones a los diferentes criterios,<br />
con el fin <strong>de</strong> lograr i<strong>de</strong>ntificar mediante algún método<br />
o mo<strong>de</strong>lo, qué artículos son más importantes<br />
que otros, medidos con dos o más criterios.<br />
Estos pesos o pon<strong>de</strong>raciones se pue<strong>de</strong>n establecer<br />
ya sea <strong>de</strong> forma objetiva, mediante la utilización<br />
<strong>de</strong> algún mo<strong>de</strong>lo matemático, como, por<br />
ejemplo, el caso <strong>de</strong> las propuestas que utilizan<br />
optimización; o darlas <strong>de</strong> forma subjetiva a partir<br />
<strong>de</strong> la experiencia <strong>de</strong> los encargados <strong>de</strong>l manejo<br />
<strong>de</strong> los inventarios en las empresas, como es el<br />
caso <strong>de</strong> las propuestas que utilizan lógica fuzzy<br />
para clasificar los diferentes ítems <strong>de</strong>l inventario<br />
en pocas categorías, en don<strong>de</strong> los conocimientos<br />
y la experiencia <strong>de</strong> estas personas son muy<br />
importantes para lograr obtener clasificaciones<br />
que consi<strong>de</strong>ren varios criterios a la vez.<br />
Cualquiera sea la forma <strong>de</strong> establecer dichas<br />
pon<strong>de</strong>raciones, es importante consi<strong>de</strong>rar los<br />
efectos que pue<strong>de</strong>n tener estas pon<strong>de</strong>raciones<br />
en dicha clasificación, aspectos poco tratados<br />
por aquellos que han realizado propuestas para<br />
este tipo se problema y que fueron mencionados<br />
en la sección 2.<br />
Con el propósito <strong>de</strong> mostrar algunas precauciones<br />
que se <strong>de</strong>ben consi<strong>de</strong>rar cuando se realiza<br />
una Clasificación ABC Multicriterio se elaboró<br />
un ejemplo <strong>de</strong> un escenario crítico en el que es<br />
posible observar que <strong>de</strong> no tener cuidado con<br />
los criterios seleccionados, con los valores que<br />
toman los ítems en cada uno <strong>de</strong> ellos y con las<br />
pon<strong>de</strong>raciones dadas a los diferentes criterios,<br />
es posible que alguno <strong>de</strong> los criterios empleados<br />
pierdan importancia y, por lo tanto, vali<strong>de</strong>z a la<br />
hora <strong>de</strong> realizar la clasificación ABC. Para ello se<br />
emplearon 20 ítems con los valores <strong>de</strong> <strong>de</strong>manda,<br />
costo unitario y lead time que se muestran<br />
en la Tabla <strong>II</strong>.
168<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 163 - 170<br />
TABLA <strong>II</strong><br />
Datos Iniciales <strong>de</strong>l ejemplo<br />
ITEM DEMANDA COSTO UNITARIO LEAD TIME<br />
A 80 422 6<br />
B 514 54,07 7<br />
C 19 0,65 6<br />
D 2442 16,11 4<br />
E 650 4,61 4<br />
F 128 0,63 5<br />
G 2500 1,2 6<br />
H 4 22,05 3<br />
I 25 5,01 5<br />
J 2232 2,48 1<br />
K 2 4,78 1<br />
L 1 38,03 6<br />
M 6 9,01 2<br />
N 12 25,89 1<br />
O 101 59,5 5<br />
P 715 20,78 6<br />
Q 1 2,93 1<br />
R 35 1 3<br />
S 1 28,88 4<br />
T 4 29,86 1<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
Al realizar una clasificación ABC Multicriterio<br />
es necesario normalizar la información para<br />
cada uno <strong>de</strong> los valores mostrados en la Tabla<br />
<strong>II</strong>, ya que los diferentes criterios utilizan unida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> medida que no son comparables ni operables<br />
entre ellas (ver Tabla 1 para las unida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> medida <strong>de</strong> los diferentes criterios) como,<br />
por ejemplo, semanas y unida<strong>de</strong>s como es el<br />
caso <strong>de</strong>l lead time y la <strong>de</strong>manda. Así mediante<br />
la ecuación (1) se obtienen valores normalizados<br />
[(yn)] ij<br />
), entre 0 y 1 <strong>de</strong> todos los datos <strong>de</strong> la<br />
Tabla I, los cuales se encuentran positivamente<br />
relacionados, esto es, los valores mayores (es<br />
<strong>de</strong>cir, 1 o cercanos a 1) son <strong>de</strong> gran importancia,<br />
mientras los valores menores (cero o cercanos<br />
a cero) son menos importantes. Los resultados<br />
<strong>de</strong> la obtención <strong>de</strong> los valores normalizados<br />
se muestran en la Tabla <strong>II</strong>I.<br />
(1)<br />
don<strong>de</strong>:<br />
y ij<br />
= es el valor <strong>de</strong>l criterio j-ésimo para el i-ésimo<br />
ítem en inventario.<br />
TABLA <strong>II</strong>I<br />
Datos Normalizados, Puntaje total por ítem y clasificación Final<br />
ÍTEM<br />
DEMANDA<br />
COSTO<br />
UNITARIO<br />
LEAD<br />
TIME<br />
PUNT.<br />
TOTAL<br />
CLAS.<br />
A 0,032 1,000 0,833 0,624 A<br />
G 1,000 0,001 0,833 0,614 A<br />
D 0,977 0,037 0,500 0,504 A<br />
B 0,205 0,127 1,000 0,450 A<br />
P 0,286 0,048 0,833 0,393 A<br />
L 0,000 0,089 0,833 0,313 A<br />
J 0,893 0,004 0,000 0,296 A<br />
O 0,040 0,140 0,667 0,286 A<br />
C 0,007 0,000 0,833 0,286 A<br />
E 0,260 0,009 0,500 0,259 A<br />
F 0,051 0,000 0,667 0,243 B<br />
I 0,010 0,010 0,667 0,233 B<br />
S 0,000 0,067 0,500 0,192 B<br />
H 0,001 0,051 0,333 0,131 C<br />
R 0,014 0,001 0,333 0,118 C<br />
M 0,002 0,020 0,167 0,064 C<br />
T 0,001 0,069 0,000 0,023 C<br />
N 0,004 0,060 0,000 0,021 C<br />
K 0,000 0,010 0,000 0,003 C<br />
Q 0,000 0,005 0,000 0,002 C<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
La calificación o puntaje total obtenido por<br />
cada ítem (organizado <strong>de</strong> mayor a menor), se<br />
muestra en la columna 5 <strong>de</strong> la Tabla <strong>II</strong>I, se obtiene<br />
por medio <strong>de</strong> la ecuación (2):<br />
(2)<br />
Don<strong>de</strong> yn ij<br />
es el valor normalizado <strong>de</strong>l ítem i-ésimo<br />
con respecto al criterio j-ésimo y w j<br />
es el peso<br />
asignado al criterio j, bajo la restricción <strong>de</strong> que:<br />
(3)<br />
Aplicado el principio <strong>de</strong> Pareto <strong>de</strong> forma similar<br />
a como se hizo en [11-14], pero sobre la columna<br />
<strong>de</strong> puntaje total, se obtuvo la clasificación obser-
Clasificación ABC Multicriterio: Tipos <strong>de</strong> Criterios y Efectos en la Asignación <strong>de</strong> Pesos - Castro, Vélez, Castro<br />
169<br />
vada en la sexta columna <strong>de</strong> la Tabla <strong>II</strong>I, mediante<br />
pesos similares en los tres criterios (0,33 para<br />
<strong>de</strong>manda y costo y 0,34 para el lead time). Estos<br />
pesos fueron establecidos <strong>de</strong> esta forma con el<br />
propósito <strong>de</strong> ejemplificar algunas precauciones<br />
que <strong>de</strong>ben tenerse al utilizar varios criterios en<br />
una calificación <strong>de</strong>l inventario, y pue<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong>finidos<br />
<strong>de</strong> forma diferente según la experiencia <strong>de</strong><br />
las personas encargadas <strong>de</strong> la gestión y el control<br />
<strong>de</strong> los inventarios.<br />
Supóngase ahora que existen únicamente 2<br />
productos (ítems P y R), con lead timemuy altos<br />
(por ejemplo 200 unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> tiempo) los cuales<br />
fueron cambiados y resaltados en la Tabla IV. Los<br />
resultados obtenidos para este caso se muestran<br />
en la Tabla IV.<br />
ÍTEM<br />
TABLA IV<br />
Datos Modificados y Nueva Clasificación<br />
DEMANDA<br />
COSTO<br />
UNITARIO<br />
LEAD<br />
TIME<br />
NUEVA<br />
CLAS.<br />
CLAS.<br />
INICIAL<br />
P 715 20,78 200 A A<br />
A 80 422 6 A A<br />
R 35 1 200 A C<br />
D 2442 16,11 4 A A<br />
G 2500 1,2 6 A A<br />
J 2232 2,48 1 B A<br />
B 514 54,07 7 B A<br />
E 650 4,61 4 B A<br />
O 101 59,5 5 B A<br />
L 1 38,03 6 B A<br />
S 1 28,88 4 C B<br />
F 128 0,.63 5 C B<br />
T 4 29,86 1 C C<br />
N 12 25,89 1 C C<br />
H 4 22,05 1 C C<br />
I 25 5,01 5 C B<br />
C 19 0,65 6 C A<br />
M 6 9,01 2 C C<br />
K 2 4,78 1 C C<br />
Q 1 2,93 1 C C<br />
Fuente: Elaboración Propia<br />
Es evi<strong>de</strong>nte cómo al tener ítems con valores<br />
extremos en alguno <strong>de</strong> los criterios hace que la<br />
clasificación se altere significativamente. Así, por<br />
ejemplo, el número <strong>de</strong> artículos tipo A pasó <strong>de</strong> 10<br />
a 5, es <strong>de</strong>cir, una reducción <strong>de</strong>l 50%; los ítems<br />
tipo B pasaron <strong>de</strong> 3 a 5, o sea un incremento <strong>de</strong>l<br />
67%, mientras que los ítems tipo C se incrementaron<br />
en un 42%<br />
Des<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista <strong>de</strong> cambios <strong>de</strong> categoría,<br />
se pue<strong>de</strong> observar que el 50% <strong>de</strong> los ítems<br />
que hace parte <strong>de</strong>l análisis cambió <strong>de</strong> categoría,<br />
es <strong>de</strong>cir, artículos tipo A se convirtieron en artículos<br />
B o C; artículos B se volvieron artículos A o<br />
C; o artículos C se transformaron en artículos A o<br />
B. El restante 50% permanecieron igual. Esto <strong>de</strong>muestra<br />
que la magnitud <strong>de</strong> los valores asignados<br />
a los diferentes criterios tiene un alto impacto en<br />
las clasificación <strong>de</strong> los artículos bajo un enfoque<br />
mulcriterio, por lo que es un factor que <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rarse<br />
en este tipo <strong>de</strong> análisis.<br />
Es posible observar cómo un artículo con las<br />
característica <strong>de</strong>l ítem R (baja <strong>de</strong>manda y bajo<br />
costo) pueda fácilmente convertirse en un artículo<br />
tipo A (como evi<strong>de</strong>ntemente ocurrió) cuando<br />
otra característica (en este caso el tiempo <strong>de</strong><br />
entrega) tenga valores extremos muy altos, hace<br />
que los otros dos criterios pierdan completamente<br />
su vali<strong>de</strong>z. Este mismo comportamiento pue<strong>de</strong><br />
observarse en artículos como el ítem C y el ítem<br />
B, pero a la inversa; es <strong>de</strong>cir, pasaron <strong>de</strong> clasificaciones<br />
superiores a clasificaciones inferiores,<br />
aunque tengan características que a primera vista<br />
los ubique como artículos importantes <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
la organización.<br />
Finalmente, este tipo <strong>de</strong> efectos y contradicciones<br />
se presentan con algunas enfoques y propuestas,<br />
al asignar pesos o pon<strong>de</strong>raciones a los<br />
diferentes criterios, lo que hace que los <strong>de</strong>más<br />
criterios incluidos en el análisis pierdan vali<strong>de</strong>z,<br />
al establecer valores muy bajos en unos criterios<br />
y un valor muy alto en uno solo, para dar resultados<br />
casi idénticos a clasificaciones ABC <strong>de</strong> un<br />
solo criterio.<br />
V. CONCLUSIONES<br />
Se realizó una caracterización <strong>de</strong> los principales<br />
criterios tenidos en cuenta a la hora <strong>de</strong> realizar<br />
una clasificación ABC <strong>de</strong>l inventario, en la cual se<br />
pudo observar cómo la <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong> qué criterios<br />
utilizar para dividir los productos en categorías <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá<br />
<strong>de</strong> la particularidad <strong>de</strong> la empresa y <strong>de</strong><br />
los productos que se <strong>de</strong>see clasificar, ya sea materias<br />
primas, repuestos o productos terminados,<br />
ya que no todos los criterios pue<strong>de</strong>n (ni <strong>de</strong>ben)<br />
aplicarse en todos los casos. Así mismo, se i<strong>de</strong>nti-
170<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 163 - 170<br />
ficó que es necesario tener cuidado con la forma<br />
como se mi<strong>de</strong> un criterio, ya que <strong>de</strong> esto <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá<br />
el or<strong>de</strong>n en que se <strong>de</strong>ba hacer la clasificación:<br />
se toma como más importantes los productos con<br />
mayor magnitud o los productos que toman menor<br />
valor en el criterio, es <strong>de</strong>cir, con una relación<br />
positiva. En caso <strong>de</strong> tener relaciones negativas,<br />
es necesario convertir esta relación a una positiva<br />
mediante la expresión 1-y ij<br />
.<br />
En una clasificación ABC Multicriterio se i<strong>de</strong>ntificó<br />
que pue<strong>de</strong>n existir escenarios críticos en los<br />
que es necesario hacer un análisis cuidadoso <strong>de</strong><br />
la información para realizar la clasificación <strong>de</strong> manera<br />
a<strong>de</strong>cuada, ya que es posible que un producto<br />
llegue a tener valores <strong>de</strong>masiado altos (o <strong>de</strong>masiado<br />
bajos) en los diferentes criterios utilizados<br />
o pon<strong>de</strong>raciones tales que absorban toda la importancia<br />
<strong>de</strong>l mismo y ocasione una <strong>de</strong>generación<br />
en la clasificación <strong>de</strong> una parte <strong>de</strong> los productos,<br />
sin importar los valores que estos tomen en otros<br />
criterios. Cuando esto suceda, el encargado <strong>de</strong> la<br />
toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones <strong>de</strong>be reconsi<strong>de</strong>rar los criterios<br />
que <strong>de</strong>ben incluirse en la clasificación <strong>de</strong>l inventario,<br />
los límites <strong>de</strong> clasificación que utilice y los<br />
pesos que asigne a cada uno <strong>de</strong> dichos criterios.<br />
Finalmente, se <strong>de</strong>be señalar que aunque existe<br />
gran variedad <strong>de</strong> métodos para realizar una<br />
clasificación ABC Multicriterio, su utilidad en la<br />
industria disminuirá en la medida en que su complejidad<br />
se incremente; ya que a pesar <strong>de</strong> ofrecer<br />
buenas soluciones al problema, es esencial recordar<br />
que mientras más sencilla sea su implementación<br />
por parte <strong>de</strong> quien toma las <strong>de</strong>cisiones en<br />
una compañía, mayor será el éxito en la puesta en<br />
práctica <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> herramientas.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] E. Silver, D. F. Pyke, and R. Peterson, Inventory Management<br />
and Production Planning and Scheduling,<br />
Third Edit. New York: Wiley, 1998.<br />
[2] V. Pareto, Mannual of Political Economy (English translation).<br />
New York: A. M. Kelley Publishers, 1971.<br />
[3] P. Swamidass, Encuclopedia of Production and Manufacturing<br />
Management. Norwell, MA: Kluwer Aca<strong>de</strong>mic<br />
Publishers, 2000.<br />
[5] B. E. Flores and D. C. Whybark, “Implementing multiple<br />
criteria ABC analysis,” Journal of Operations Management,<br />
vol. 7, no. 1-2, pp. 79-85, Oct. 1987.<br />
[6] F. Y. Partovi and J. Burton, “Using the Analytic Hierarchy<br />
Process for ABC Analysis,” International Journal of<br />
Operations & Production Management, vol. 13, no. 9,<br />
pp. 29-44, 1993.<br />
[7] R. Ernst and M. A. Cohen, “Operations related groups<br />
(ORGs): A clustering procedure for production/inventory<br />
systems,” Journal of Operations Management, vol.<br />
9, no. 4, pp. 574-598, 1990.<br />
[8] F. Y. Partovi and M. Anandarajan, “Classifying inventory<br />
using an artificial neural network approach,” Computers<br />
& Industrial Engineering, vol. 41, no. 4, pp. 389-<br />
404, Feb. 2002.<br />
[9] H. Altay Guvenir, “Multicriteria inventory classification<br />
using a genetic algorithm,” European Journal of Operational<br />
Research, vol. 105, no. 1, pp. 29-37, Feb. 1998.<br />
[10] Q. Lei, J. Chen, and Q. Zhou, “Multiple Criteria Inventory<br />
Classification Based on Principal Components<br />
Analysis and Neural Network,” Methods, pp. 1058-<br />
1063, 2005.<br />
[11] R. Ramanathan, “ABC inventory classification with<br />
multiple-criteria using weighted linear optimization,”<br />
Computers & Operations Research, vol. 33, no. 3, pp.<br />
695-700, Mar. 2006.<br />
[12] P. Zhou and L. Fan, “A note on multi-criteria ABC inventory<br />
classification using weighted linear optimization,”<br />
European journal of operational research, vol. 182, no.<br />
3, pp. 1488–1491, 2007.<br />
[13] A. Hadi-Vencheh, “An improvement to multiple criteria<br />
ABC inventory classification,” European Journal of<br />
Operational Research, vol. 201, no. 3, pp. 962-965,<br />
Mar. 2010.<br />
[14] W. Ng, “A simple classifier for multiple criteria ABC<br />
analysis,” European Journal of Operational Research,<br />
vol. 177, no. 1, pp. 344-353, Feb. 2007.<br />
[15] C. Chu, G. Liang, and C. Liao, “Controlling inventory<br />
by combining ABC analysis and fuzzy classification,”<br />
Computers & Industrial Engineering, vol. 55, no. 4, pp.<br />
841-851, Nov. 2008.<br />
[16] O. Parada, “Un enfoque multicriterio para la toma <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>cisiones en la gestión <strong>de</strong> inventarios,” Revista Cua<strong>de</strong>rnos<br />
<strong>de</strong> Administración, Vol. 22 No. 38, pp. 169-<br />
187, enero-junio <strong>de</strong> 2009.<br />
[4] B. Flores and C. Whybark, “Multi Criteria ABC Analysis,”<br />
International Journal of Operations and Production<br />
Management, vol. 6, no. 3, pp. 38-46, 1986.
Diseño y Elaboración <strong>de</strong> las Tecnologías <strong>de</strong><br />
Inspección Basadas en herramientas <strong>de</strong> Limpieza<br />
para el Registro y Análisis <strong>de</strong> los Parámetros<br />
<strong>de</strong> Operación en Líneas <strong>de</strong> Transporte <strong>de</strong><br />
hidrocarburos<br />
Mario Alberto Quintero<br />
Ing. Electrónico, Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Investigador, Corporación para la Investigación<br />
<strong>de</strong> la Corrosión CIC<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
mquintero@corrosion.uis.edu.co<br />
hernán Alfonso Garnica<br />
M.Sc.(c) en Física, Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r,<br />
Corporación para la Investigación <strong>de</strong> la Corrosión CIC,<br />
Investigador Grupo FITEK,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
hgarnica@corrosion.uis.edu.co<br />
humberto Zambrano Medina<br />
Ing. Electrónico, Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r,<br />
Investigador, Corporación para la Investigación<br />
<strong>de</strong> la Corrosión CIC<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
hzambrano@corrosion.uis.edu.co<br />
Ely Dannier V. Niño<br />
MSc en Física, Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo GINTEP,<br />
Universidad Pontificia Bolivariana UPB,<br />
Investigador Grupo FITEK,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
ely.valbuena@upb.edu.co<br />
Sergio Quintero<br />
Técnico Electromecánico,<br />
Unida<strong>de</strong>s Tecnológicas <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UTS, Técnico,<br />
Corporación para la Investigación <strong>de</strong> la Corrosión CIC<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
squintero@corrosion.uis.edu.co<br />
Resumen— En este artículo se presenta el diseño y construcción<br />
<strong>de</strong> una herramienta inteligente (pig o marrano)<br />
que permite la medición <strong>de</strong> parámetros <strong>de</strong> operación <strong>de</strong><br />
tuberías para transporte <strong>de</strong> hidrocarburos y que registra<br />
señales asociadas a su dinámica <strong>de</strong> movimiento <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong> la línea <strong>de</strong> transporte. El marrano está concebido<br />
para ser utilizado <strong>de</strong> modo regular por el operador, para<br />
aprovechar principalmente corridas rutinarias <strong>de</strong> limpieza.<br />
La herramienta recoge datos a bajo costo y el análisis<br />
<strong>de</strong> los mismos aporta al operador información valiosa<br />
sobre la evolución <strong>de</strong> la tubería, el grado <strong>de</strong> residuos,<br />
la presencia <strong>de</strong> posibles daños geométricos (<strong>de</strong>fectos)<br />
e información sobre los parámetros operacionales. Esta<br />
información pue<strong>de</strong> integrarse al plan <strong>de</strong> mantenimiento,<br />
lo cual permitirá una mejor toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones y ayudará<br />
a obtener un panorama <strong>de</strong> riesgos gracias al control<br />
<strong>de</strong> los cambios que experimenta la línea con el tiempo.<br />
Palabras clave— herramienta Inteligente, Inspección<br />
en Línea, Marrano <strong>de</strong> Líneas <strong>de</strong> Transporte.<br />
Abstract— This article presents the <strong>de</strong>sign and construction<br />
of an intelligent tool (pig), which allows the<br />
measurement pipelines operation parameters for transportation<br />
of hydrocarbons and records signals associated<br />
with its dynamic movement within the transmission<br />
line. The pig is <strong>de</strong>signed to be used on a regular basis<br />
by the operator, drawing mainly runs routine cleaning.<br />
The tool collects data at low cost and analysis of the<br />
same operator brings to valuable information on <strong>de</strong>velopments<br />
in the pipeline, the <strong>de</strong>gree of waste, the presence<br />
of potential damage geometry (<strong>de</strong>fects) and in-formation<br />
on operational parameters. This information can be<br />
integrated into the maintenance plan, which will enable<br />
better <strong>de</strong>cision making and help to get an overview of<br />
risk control thanks to the changes in the line over time.<br />
Keywords— Tool Smart, Inline Inspection, Pigging.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
Las empresas transportadoras <strong>de</strong> hidrocarburos<br />
tienen como prioridad asegurar la correcta<br />
operación <strong>de</strong> las líneas <strong>de</strong> transporte. Con este fin<br />
implementan rigurosos programas <strong>de</strong> diagnóstico<br />
y mantenimiento que les permite i<strong>de</strong>ntificar, controlar<br />
y mitigar las principales amenazas a la integridad<br />
<strong>de</strong> la infraestructura, entre las cuales se<br />
encuentra la amenaza por corrosión en líneas <strong>de</strong><br />
transporte [1], [2]. En términos generales, las tecnologías<br />
<strong>de</strong> Inspección Inteligente son consi<strong>de</strong>ra-<br />
Recibido: 24/05/2011/ Aceptado: 02/08/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 171 - 176
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ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 171 - 176<br />
das las herramientas más eficaces para evaluar la<br />
integridad mecánica en las tuberías <strong>de</strong> transporte<br />
<strong>de</strong> hidrocarburos y son herramientas esenciales<br />
en la elaboración <strong>de</strong> los planes <strong>de</strong> mantenimiento<br />
y mitigación <strong>de</strong> la amenaza por corrosión [3]. En<br />
Colombia, hay aproximadamente 12 mil kilómetros<br />
<strong>de</strong> líneas que pue<strong>de</strong>n ser inspeccionadas con<br />
herramientas inteligentes [4].<br />
Las herramientas <strong>de</strong> inspección inteligente disponibles<br />
comercialmente y fabricadas exclusivamente<br />
por países industrializados representa para<br />
la industria local altos costos <strong>de</strong> inversión que dificulta<br />
el acceso a estas tecnologías y limitan la periodicidad<br />
en su uso. La Corporación para la Investigación<br />
<strong>de</strong> la Corrosión, a través <strong>de</strong> su interacción<br />
con la industria petrolera, ha i<strong>de</strong>ntificado esta necesidad<br />
y propuso el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una herramienta<br />
<strong>de</strong> diagnóstico general previo a una inspección especializada,<br />
que es utilizada en el país para evaluar<br />
la corrosión interna en la infraestructura petrolera.<br />
En este trabajo se <strong>de</strong>scribe la construcción <strong>de</strong><br />
una herramienta geométrica (marrano) que permite<br />
la medición <strong>de</strong> parámetros <strong>de</strong> operación y que<br />
registra señales asociadas a posibles anomalias<br />
geométricas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la línea [5]. El marrano está<br />
concebido para ser utilizado <strong>de</strong> modo regular por<br />
el operador, al aprovechar principalmente corridas<br />
rutinarias <strong>de</strong> limpieza; se pue<strong>de</strong> usar como herramienta<br />
semi-inteligente, herramienta <strong>de</strong> limpieza o<br />
herramienta geométrica; que permite, en sus diferentes<br />
configuraciones, reunir información valiosa<br />
sobre las ten<strong>de</strong>ncias <strong>de</strong> limpieza <strong>de</strong> las líneas en<br />
intervalos <strong>de</strong>terminados <strong>de</strong> tiempo, la formación <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>pósitos <strong>de</strong> parafina, los riesgos <strong>de</strong> taponamiento<br />
<strong>de</strong> las tuberías, el avance y la eficiencia <strong>de</strong> la limpieza<br />
a lo largo <strong>de</strong> una secuencia <strong>de</strong> marraneo, los<br />
parámetros <strong>de</strong> operación y las condiciones <strong>de</strong> flujo<br />
[6]. La herramienta <strong>de</strong>sarrollada juega un papel<br />
clave en el seguimiento <strong>de</strong> ten<strong>de</strong>ncias geométricas<br />
y operacionales como parte <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> preinspección<br />
para evaluación <strong>de</strong> la viabilidad <strong>de</strong> un<br />
proceso <strong>de</strong> marraneo con tecnología más sofisticada<br />
como MFL o ultrasonido [7].<br />
Esta información podrá integrarse en el plan<br />
<strong>de</strong> mantenimiento, lo cual permitirá la toma <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>cisiones y ayudará a obtener un panorama <strong>de</strong><br />
riesgos gracias al control <strong>de</strong> los cambios que sufre<br />
la línea con el tiempo [8]. Por tal motivo, con esta<br />
herramienta los servicios prestados, a diferencia<br />
<strong>de</strong> lo que ocurre actualmente con el mercado <strong>de</strong><br />
herramientas instrumentadas, no son <strong>de</strong> carácter<br />
puntual sino <strong>de</strong> seguimiento y control a través <strong>de</strong><br />
los años.<br />
<strong>II</strong>. DESCRIPCIÓN ExPERIMENTAL<br />
A. Descripción <strong>de</strong> la herramienta<br />
La herramienta es un dispositivo unidireccional<br />
constituido por un cuerpo, copas, discos, sensores<br />
<strong>de</strong> distancia (odómetros), sensores <strong>de</strong> presión diferencial,<br />
sensores <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación (flexómetros) y<br />
sensores <strong>de</strong> temperatura. En la Fig. 1 se muestra<br />
un esquema general <strong>de</strong> la herramienta y en la Fig.<br />
2 se presenta el diagrama virtual <strong>de</strong>l diseño <strong>de</strong> la<br />
herramienta. En la Tabla 1 se muestra los parámetros<br />
más relevantes que se tuvieron en cuenta en<br />
el diseño <strong>de</strong> la herramienta, se consi<strong>de</strong>ró que el<br />
dispositivo soporta condiciones extremas al interior<br />
<strong>de</strong> la tubería, como altas presiones y temperaturas,<br />
cambios bruscos <strong>de</strong> temperatura, vibraciones, <strong>de</strong>formaciones<br />
<strong>de</strong> la línea, cambios <strong>de</strong> dirección por<br />
las curvas presentes en el trayecto, cambios <strong>de</strong> nivel,<br />
cambios <strong>de</strong> espesores, rotaciones y la agresividad<br />
<strong>de</strong>l fluido transportado en la línea.<br />
Fuente: Los autores<br />
Fuente: Los autores<br />
FIG. 1. ESQUEMA GENERAL DE LA HERRAMIENTA<br />
FIG. 2. DIAGRAMA VIRTUAL DE LA HERRAMIENTA
Diseño y Elaboración <strong>de</strong> las Tecnologías <strong>de</strong> Inspección Basadas en herramientas <strong>de</strong> Limpieza para el Registro y Análisis <strong>de</strong> los Parámetros<br />
<strong>de</strong> Operación en Líneas <strong>de</strong> Transporte <strong>de</strong> hidrocarburos - Quintero, Zambrano, Garnica, Niño, Quintero<br />
173<br />
Entorno<br />
Parámetro<br />
Modo <strong>de</strong> Inspección<br />
Diámetro tuberías<br />
Sensores<br />
Tiempo <strong>de</strong> corrida<br />
Presión <strong>de</strong> Operación<br />
Presión Máxima <strong>de</strong><br />
Operación<br />
Presión <strong>de</strong> Diseño<br />
Temperatura Máxima<br />
<strong>de</strong> Operación<br />
Fuente: Los autores<br />
TABLA I<br />
Parámetros generales <strong>de</strong> diseño<br />
Detalle<br />
Líneas <strong>de</strong> transporte<br />
<strong>de</strong> hidrocarburos<br />
Por medio <strong>de</strong> raspadores<br />
<strong>de</strong> limpieza<br />
>12 Pulgadas<br />
Presión Absoluta<br />
Presión Diferencial<br />
Temperatura <strong>de</strong>l fluido<br />
>4 horas<br />
1200 psi<br />
2500 psi<br />
3000 psi<br />
65 oC<br />
En la Fig. 3 se presentan los distintos módulos<br />
que constituyen el sistema electrónico <strong>de</strong> la<br />
herramienta inteligente. El módulo <strong>de</strong> control está<br />
basado en un microcontrolador que constituye el<br />
cerebro <strong>de</strong>l sistema y administra los <strong>de</strong>más módulos.<br />
El módulo <strong>de</strong> acondicionamiento <strong>de</strong> señal se<br />
encarga <strong>de</strong> filtrar y digitalizar las señales análogas<br />
provenientes <strong>de</strong> los sensores, para su almacenamiento<br />
posterior en el módulo <strong>de</strong> memoria [9],<br />
[10]. Los datos almacenados son sincronizados<br />
con la fecha y hora entregada por el módulo <strong>de</strong><br />
tiempo y con la información <strong>de</strong> distancia recorrida<br />
entregada por el módulo <strong>de</strong> posicionamiento<br />
(odómetro).<br />
FIG. 3. ESQUEMA DE MÓDULOS ELECTRÓNICOS DE LA HERRAMIENTA<br />
B. Proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> dispositivos, módulos<br />
y banco <strong>de</strong> pruebas<br />
Inicialmente, se realizó la selección, el acondicionamiento<br />
y la validación <strong>de</strong> tecnologías, lo<br />
cual permitió conocer el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong> sensores<br />
<strong>de</strong> diferentes sensibilida<strong>de</strong>s y rangos.<br />
Se seleccionaron las tecnologías para el procesamiento<br />
digital <strong>de</strong> señales en tiempo real<br />
que permitieran implementar los filtros digitales,<br />
realizar la estadística y comprimir la información<br />
antes <strong>de</strong> guardarla en memoria.<br />
La etapa <strong>de</strong> <strong>de</strong>sempeño en laboratorio <strong>de</strong><br />
la tecnología en <strong>de</strong>sarrollo, se fundamenta en<br />
la creación <strong>de</strong> bancos <strong>de</strong> pruebas con <strong>de</strong>fectos<br />
inducidos en diferentes configuraciones geométricas,<br />
como se muestran en Fig. 4. El banco <strong>de</strong><br />
pruebas evalúa los arreglos <strong>de</strong> sensores y <strong>de</strong>termina<br />
patrones <strong>de</strong> <strong>de</strong>fectos que permiten mo<strong>de</strong>lar<br />
matemáticamente el fenómeno y estandarizar<br />
la i<strong>de</strong>ntificación.<br />
Esta etapa implicó la construcción <strong>de</strong>l hardware<br />
electrónico para la adquisición y procesamiento<br />
<strong>de</strong> las señales entregadas por los<br />
sensores, el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l software embebido<br />
encargado <strong>de</strong> gestionar la herramienta prototipo<br />
y el análisis computacional que permitan caracterizar<br />
y graficar las señales entregadas por los<br />
sensores.<br />
Se finaliza la construcción <strong>de</strong> los dispositivos<br />
prototipos con el estudio mecánico <strong>de</strong> las estructuras<br />
metálicas, tipo encapsulados, que permite<br />
articular y proteger la tecnología <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la herramienta<br />
<strong>de</strong> limpieza [11].<br />
FIG. 4. BANCO DE PRUEBAS MODULOS MECÁNICOS<br />
Fuente: Los autores<br />
Fuente: Los autores
174<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 171 - 176<br />
C. Sensores<br />
La búsqueda y selección <strong>de</strong> tecnologías<br />
para medir las distintas variables <strong>de</strong> interés<br />
en la herramienta PIG se realizó siguiendo los<br />
parámetros <strong>de</strong> diseño mencionados anteriormente.<br />
Se <strong>de</strong>be recordar que para realizar un<br />
diagnóstico geométrico eficaz <strong>de</strong> la tubería, se<br />
requiere correlacionar la información <strong>de</strong> variables<br />
como presión, temperaturas, <strong>de</strong>formación<br />
distancia y diámetro, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la comparación<br />
entre las mismas a través <strong>de</strong> una matriz.<br />
A continuación se <strong>de</strong>scribe el trabajo realizado<br />
en la selección <strong>de</strong> la tecnología correspondiente<br />
para cada variable a evaluar y se discuten<br />
los <strong>de</strong>talles más relevantes en selección e implementación.<br />
1) Sensores <strong>de</strong> presión<br />
Los factores más importantes consi<strong>de</strong>rados<br />
en la selección <strong>de</strong>l sensor <strong>de</strong> presión se muestran<br />
en la Tabla 2. Para las condiciones <strong>de</strong> trabajo<br />
requeridas, se seleccionó un transductor<br />
<strong>de</strong> presión basado en principios piezoeléctricos<br />
que le confiere una alta resolución y mayor<br />
estabilidad al transcurrir el tiempo.<br />
TABLA <strong>II</strong><br />
Parámetros <strong>de</strong> operación para la presión<br />
Características <strong>de</strong> Operación<br />
Rango <strong>de</strong> presión<br />
Precisión<br />
Condiciones <strong>de</strong> trabajo<br />
Disponibilidad<br />
Acondicionamien<br />
to <strong>de</strong> señal<br />
Sensibilidad<br />
Fuente: Los autores<br />
Valor<br />
Hasta 2000 psi<br />
+/- 0.5% <strong>de</strong> la<br />
Escala<br />
Buena tolerancia a<br />
ambientes corrosivos<br />
Alta y <strong>de</strong> fácil adquisición<br />
en el mercado.<br />
Modular, preferible<br />
mente<br />
encapsulado.<br />
0.5 a 1 psi.<br />
2) Sensores <strong>de</strong> temperatura<br />
Dadas las condiciones <strong>de</strong> trabajo, se seleccionó<br />
para la aplicación un sensor <strong>de</strong> temperatura<br />
tipo semiconductor. Este sensor tiene<br />
muy buenas características relacionadas con<br />
la robustez, tamaño reducido, alta precisión,<br />
acondicionamiento <strong>de</strong> señal simplificado y<br />
bajo costo. En la Fig. 5 se muestra el modo <strong>de</strong><br />
instalación <strong>de</strong>l sensor <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la cápsula mecánica<br />
con el fin <strong>de</strong> mantenerlo protegido <strong>de</strong> la<br />
corrosión y <strong>de</strong> las altas presiones.<br />
Fuente: Los autores<br />
FIG. 5. SENSORES ENCAPSULADOS Y EMPOTRADOS<br />
3) Sensores Odómetros<br />
Los odometros juegan un papel fundamental<br />
en la localización longitudinal <strong>de</strong> las anomalías<br />
<strong>de</strong>tectadas en la tubería. La tecnología<br />
seleccionada para el cálculo <strong>de</strong> la distancia<br />
está basada en sensores magnéticos. Los<br />
odómetros están constituidos por ruedas que<br />
entran en contacto con la tubería don<strong>de</strong> se<br />
instalan los sensores magnéticos <strong>de</strong> “efecto<br />
hall” que envían una serie <strong>de</strong> pulsos por cada<br />
rotación <strong>de</strong> la rueda, en la Fig. 6 se muestra<br />
el esquema <strong>de</strong>l odómetro utilizado en la herramienta.<br />
El software incorporado en el módulo<br />
<strong>de</strong> control se encarga <strong>de</strong> convertir estos pulsos<br />
en distancia recorrida.<br />
Este módulo requiere un gran procesamiento<br />
<strong>de</strong> software para po<strong>de</strong>r calcular en todo momento<br />
la distancia recorrida por la herramienta<br />
inteligente. Existen ciertos factores que afectan<br />
la exactitud <strong>de</strong> los sensores <strong>de</strong> distancia e inducen<br />
errores en el cálculo <strong>de</strong>l <strong>de</strong>splazamiento<br />
lineal real <strong>de</strong> la herramienta. Las principales<br />
fuentes <strong>de</strong> error son el <strong>de</strong>sgaste <strong>de</strong>l material<br />
en las ruedas por la fricción y la rotación <strong>de</strong> la<br />
herramienta <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la tubería; razón por la<br />
cual en la herramienta incorpora como mínimo<br />
dos odómetros los cuales proveen redundancia<br />
<strong>de</strong> información que facilita el análisis <strong>de</strong><br />
ten<strong>de</strong>ncias dinámicas.<br />
Por último, para verificar las condiciones <strong>de</strong><br />
adherencia entre la superficie <strong>de</strong> la rueda y las<br />
diversas superficies <strong>de</strong> la tubería, se ubicaron<br />
elementos que modificaron el coeficiente <strong>de</strong>
Diseño y Elaboración <strong>de</strong> las Tecnologías <strong>de</strong> Inspección Basadas en herramientas <strong>de</strong> Limpieza para el Registro y Análisis <strong>de</strong> los Parámetros<br />
<strong>de</strong> Operación en Líneas <strong>de</strong> Transporte <strong>de</strong> hidrocarburos - Quintero, Zambrano, Garnica, Niño, Quintero<br />
175<br />
fricción y se implementaron modificaciones sobre<br />
la superficie <strong>de</strong>l tubo, se simuló <strong>de</strong> este<br />
modo las variaciones que se presentan durante<br />
una corrida regular <strong>de</strong> una herramienta <strong>de</strong><br />
tal tipo.<br />
FIG. 7. ESQUEMA DEL MÓDULO DE SENSORES DE LA HERRAMIENTA<br />
FIG. 6. ESQUEMA DEL ODÓMETRO<br />
Fuente: Los autores<br />
FIG. 8. PERFIL DE PRESIÓN EN CORRIDA REAL (PRESIÓN [PSI] VS<br />
Fuente: Los autores<br />
<strong>II</strong>I. RESULTADOS y DISCUSIÓN<br />
Para la evaluación <strong>de</strong> las tecnologías se<br />
implementaron dos módulos; uno validado en<br />
una línea real y el otro en el laboratorio [12].<br />
Las tecnologías seleccionadas para la medición<br />
<strong>de</strong> presión, temperatura y distancia fueron<br />
implementadas y evaluadas en el laboratorio.<br />
Con un software especializado <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lamiento,<br />
se realizó el diseño y posteriormente la<br />
construcción <strong>de</strong> los encapsulados mecánicos,<br />
que permiten proteger la tecnología incorporada<br />
en el marrano <strong>de</strong> limpieza [9]-[12].<br />
El proceso <strong>de</strong> validación <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong><br />
la tecnología en condiciones reales, se realizó<br />
en dos pruebas <strong>de</strong> 24 horas cada una, en una<br />
línea <strong>de</strong> transporte tipo poliducto <strong>de</strong> 80km <strong>de</strong><br />
recorrido <strong>de</strong> la empresa colombiana <strong>de</strong> petróleos<br />
ECOPETROL.<br />
En la Fig. 7 se aprecia el esquema <strong>de</strong>l montaje<br />
final <strong>de</strong>l ensamble mecánico y <strong>de</strong>l módulo<br />
que contiene la cápsula <strong>de</strong> parámetros operacionales<br />
en la herramienta <strong>de</strong> limpieza.<br />
En la Fig. 8 se presenta el perfil <strong>de</strong> presión<br />
en función <strong>de</strong> la distancia recorrida registrado<br />
por la herramienta en condiciones reales [13]<br />
y en la Fig. 9 se aprecia el estado final <strong>de</strong> la<br />
herramienta <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la corrida real.<br />
Fuente: Los autores<br />
DISTACIA [M])<br />
FIG. 9. ESTADO FINAL DE LA HERRAMIENTA EVALUADA EN UN POLIDUCTO<br />
DE ECOPETROL<br />
Fuente: Los autores<br />
Estas pruebas comprobaron la repetibilidad y<br />
confiabilidad <strong>de</strong> las medidas, pues permitieron obtener<br />
perfiles <strong>de</strong>tallados <strong>de</strong> temperatura y presión<br />
<strong>de</strong> la tubería en función <strong>de</strong> la distancia recorrida y<br />
el tiempo [11]-[13]. A su vez, se pudo corroborar<br />
la robustez <strong>de</strong> la herramienta para soportar altas<br />
presiones y vibraciones. La información obtenida<br />
en la inspección se constituye en una herramienta<br />
valiosa para el cálculo <strong>de</strong> la vida útil <strong>de</strong> la tubería<br />
y <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> anormalida<strong>de</strong>s críticas entre otras<br />
[13], [14].
176<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 171 - 176<br />
IV. CONCLUSIONES<br />
La tecnología <strong>de</strong>sarrollada permite obtener información<br />
<strong>de</strong> la tubería a partir <strong>de</strong> la evaluación <strong>de</strong><br />
ten<strong>de</strong>ncias geométricas y operacionales esenciales<br />
en la viabilidad <strong>de</strong> una inspección <strong>de</strong> la línea<br />
con tecnologías especializadas. Con un posterior<br />
refinamiento <strong>de</strong> la herramienta se permitirá i<strong>de</strong>ntificar<br />
problemas <strong>de</strong> corrosión localizada, i<strong>de</strong>ntificar<br />
zonas <strong>de</strong> alto riesgo <strong>de</strong> ruptura, <strong>de</strong>finir acciones en<br />
los planes <strong>de</strong> aseguramiento <strong>de</strong> la integridad <strong>de</strong> los<br />
sistemas <strong>de</strong> transporte y optimizar mo<strong>de</strong>los matemáticos<br />
<strong>de</strong> simulación.<br />
La herramienta <strong>de</strong>sarrollada y evaluada en una<br />
línea real permite la medición <strong>de</strong> parámetros <strong>de</strong><br />
operación y anomalias geométricas en función <strong>de</strong> la<br />
distancia recorrida. El marrano C.I.C está concebido<br />
para ser utilizado <strong>de</strong> modo regular por el operador,<br />
al aprovechar principalmente corridas rutinarias<br />
<strong>de</strong> limpieza. De este modo los servicios prestados,<br />
a diferencia <strong>de</strong> lo que ocurre actualmente con el<br />
mercado <strong>de</strong> herramientas instrumentadas, no son<br />
<strong>de</strong> carácter puntual sino <strong>de</strong> seguimiento y control a<br />
través <strong>de</strong> los años. La herramienta recogerá datos<br />
a bajo costo y el análisis <strong>de</strong> los mismos aportará al<br />
operador información valiosa sobre el estado <strong>de</strong> la<br />
tubería, entre estos, el grado <strong>de</strong> residuos, posibles<br />
daños geométricos y parámetros operacionales.<br />
Esta información que podrá integrarse en el plan<br />
<strong>de</strong> mantenimiento, permitirá la toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones<br />
y ayudará a obtener un panorama <strong>de</strong> riesgos<br />
gracias al seguimiento <strong>de</strong> los cambios que sufre la<br />
línea con el tiempo.<br />
A su vez, la herramienta suministra información<br />
valiosa antes <strong>de</strong> implementar técnicas <strong>de</strong> inspección<br />
costosas como una corrida <strong>de</strong> inspección inteligente<br />
con ultrasonidos o MFL, lo cual faculta al<br />
operador para modificar esas condiciones como<br />
requisito previo a la inspección inteligente y la <strong>de</strong>tección<br />
y dimensionamiento <strong>de</strong> daños geométricos.<br />
La herramienta tiene características modulares<br />
que le confieren gran flexibilidad, ésta es una <strong>de</strong><br />
sus ventajas competitivas en el mercado.<br />
Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
Los autores agra<strong>de</strong>cen al Instituto Colombiano<br />
<strong>de</strong>l Petroleo – ICP y a la Vicepreci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong><br />
Tranportes <strong>de</strong> la Empresa Colombiana <strong>de</strong> Petróleo<br />
- ECOPETROL, por el apoyo y las facilida<strong>de</strong>s<br />
prestadas durante la prueba piloto, al Instituto Colombiano<br />
para el Desarrollo <strong>de</strong> la Ciencia y la Tecnología<br />
– COLCIENCIAS, por el apoyo financiero<br />
<strong>de</strong>l proyecto: Tecnologías PIG para la Calibración<br />
Interna y la Medida <strong>de</strong> Parámetros <strong>de</strong> Operación<br />
en Líneas <strong>de</strong> Transporte <strong>de</strong> Hidrocarburos.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] ASME B 31.8 gas transmisión and distribution piping<br />
systems.<br />
[2] ASME B 31.4 pipeline transportation systems for liquid<br />
hidrocarbons and other liquid´s.<br />
[3] The Pipeline Pigging Course. In: Pipeline Pigging & Integrity<br />
Management Conference, Clarion, 2003.<br />
[4] Programa para el Manejo <strong>de</strong> la Corrosión Interna y<br />
Prototipo <strong>de</strong> Marrano Inyector <strong>de</strong>l Sistema <strong>de</strong> Transporte<br />
<strong>de</strong> Gas Ballena-Barrancabermeja <strong>de</strong> Centragás<br />
S.A. Proyecto cofinanciado por el SENA para el sector<br />
gas, Corporación para la Investigación <strong>de</strong> la Corrosión,<br />
Jun 2004.<br />
[5] Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines.<br />
In: API Standard. First Edition, p. 1160, Nov 2001.<br />
[6] Specifications and requirements for intelligent pig inspection<br />
of pipelines, In: Pipeline Operator Forum, Version<br />
3.2, Ene 2005.<br />
[7] Pipeline Safety: Pipeline Integrity Management in High<br />
Consequence Areas Proposed Rule, 49 CFR Part. DOT,<br />
2003, p. 192 – 195.<br />
[8] In-Line Non<strong>de</strong>structive Inspection of Pipelines, In:<br />
NACE International Publication. 35100.<br />
[9] Automatic Data Acquisition System For Offshore Oil Pipeline<br />
Magnetic Flux Leakage On-Line Inspection, Tao<br />
Jin Peiwen, Shangai Jiao Tong University/Journal of the<br />
Japan Petroleum Institute, 2005.<br />
[10] Integrated Visualization for Geometry PIG Data.pdf,<br />
Bok Dong Kim Kyungpook National University, Daegu,<br />
South Korea, Department of Computer Engineering,<br />
Korea Gas Corporation, 426-790 Ansan, South Korea,<br />
2006.<br />
[11] Advances in Line Inspection Technology for Pipeline<br />
Integrity, Jeff Sutherland, BJ services, 2000.<br />
[12] R. Worthingham T. Morrison, N.S. Mangat and G. Desjardins.<br />
Bayesian Estimates Of Measurement Error For<br />
In-Line Inspection And Field Tools Proceeds of IPC. International<br />
Pipeline Conference 2002. Calgary, Alberta,<br />
Canada.<br />
[13] Desarrollo <strong>de</strong> una herramienta para <strong>de</strong>terminar las<br />
pérdidas <strong>de</strong> presión interna en líneas <strong>de</strong> transporte<br />
<strong>de</strong> hidrocarburos a través <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> sensores electromecánicos,<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> servicio 511956 entre el CIC y el<br />
ICP, diciembre <strong>de</strong> 2007.<br />
[14] Assessment and analysis of pipeline buckles, Inessa L<br />
Yablonskikh et. al., PPSA Aber<strong>de</strong>en Seminar 2007.
Algoritmo para generación <strong>de</strong> Controladores<br />
Difusos Interpretables. Aplicación a un proceso <strong>de</strong><br />
presión<br />
Juan Antonio Contreras Montes<br />
PhD. en Ciencias Técnicas<br />
Lí<strong>de</strong>r Grupo <strong>de</strong> Investigación en Control,<br />
Comunicaciones y Diseño Naval,<br />
Escuela Naval Almirante Padilla ENAP<br />
Cartagena, Colombia<br />
epcontrerasj@ieee.org<br />
Resumen— En este artículo se presenta una novedosa<br />
metodología para la generación <strong>de</strong> controladores difusos<br />
tipo singleton a partir <strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong><br />
entrada y salida. Se <strong>de</strong>scribe una técnica para construcción<br />
<strong>de</strong> las reglas difusas mediante funciones <strong>de</strong> pertenencia<br />
triangulares, con interpolación en 0.5, para la<br />
partición <strong>de</strong> los antece<strong>de</strong>ntes; mínimos cuadrados para<br />
el ajuste <strong>de</strong> los consecuentes tipo singleton y operadores<br />
tipo promedio pon<strong>de</strong>rado, en vez <strong>de</strong> operadores tipo<br />
t-norma. El aspecto más promisorio <strong>de</strong> la propuesta consiste<br />
en la obtención <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo, o controlador difuso,<br />
sin sacrificar su interpretabilidad ni recurrir a otras técnicas<br />
<strong>de</strong> inteligencia artificial. Para llevar a cabo el entrenamiento<br />
<strong>de</strong>l controlador difuso se utilizó el sistema<br />
<strong>de</strong> presión <strong>de</strong>l sistema didáctico en control <strong>de</strong> procesos<br />
<strong>de</strong> Lab-Volt, mo<strong>de</strong>lo 6090. Los datos <strong>de</strong> entrenamiento<br />
fueron tomados <strong>de</strong> una experiencia realizada con un<br />
control PI.<br />
Palabras clave— i<strong>de</strong>ntificación difusa, interpretabilidad,<br />
controlador difuso, sistema <strong>de</strong> presión.<br />
Abstract— A novel approach for the <strong>de</strong>velopment of linguistically<br />
interpretable fuzzy singleton mo<strong>de</strong>ls from experimental<br />
data is proposed. The proposed methodology<br />
uses triangular sets with 0.5 interpolations. Averaging<br />
operator, instead of T-norm operator, is used for combining<br />
fuzzy rules. Singleton consequents are employed<br />
and least square method is used to adjust the consequents.<br />
The most promissory aspect in our proposal<br />
consists in achieving mo<strong>de</strong>l without sacrificing the fuzzy<br />
system interpretability. The real-world applicability of<br />
the proposed approach is <strong>de</strong>monstrated by application<br />
to a pressure control using the LabVolt Process Control<br />
Training System (6090).<br />
Keywords— fuzzy i<strong>de</strong>ntification, interpretability, fuzzy<br />
controller, process pressure.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
La construcción <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los difusos involucra<br />
la selección y sintonización <strong>de</strong> varios parámetros<br />
como: forma y distribución <strong>de</strong> las funciones <strong>de</strong><br />
pertenencia <strong>de</strong> las variables <strong>de</strong> entrada, base <strong>de</strong><br />
David Javier Muñoz Aldana<br />
Ingeniero Electrónico<br />
Investigador Grupo <strong>de</strong> Investigación en Control,<br />
Comunicaciones y Diseño Naval,<br />
Escuela Naval Almirante Padilla ENAP<br />
Cartagena, Colombia<br />
daviermual@hotmail.com<br />
reglas, operadores lógicos empleados, forma y<br />
distribución <strong>de</strong> los consecuentes, entre otros . El<br />
gran número <strong>de</strong> parámetros requeridos para obtener<br />
un mo<strong>de</strong>lo difuso ha dificultado el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> una técnica única <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lación, especialmente<br />
en el caso <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación borrosa a partir<br />
<strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong> entrada y salida.<br />
Una <strong>de</strong> las primeras propuestas para diseño<br />
automático <strong>de</strong> sistemas difusos a partir <strong>de</strong> los<br />
datos es la propuesta por Wang [1]. Sugeno y<br />
Yasukawa [2] propusieron una metodología para<br />
i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> parámetros <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>los difusos<br />
mediante consecuentes tipo singletons, pero requiere<br />
<strong>de</strong> muchas reglas y presenta una pobre capacidad<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>scripción.<br />
Una técnica comúnmente empleada son los<br />
algoritmos <strong>de</strong> agrupamiento difuso, siendo los<br />
métodos <strong>de</strong> Fuzzy C-Means [3], el <strong>de</strong> Gustafson-<br />
Kessel [4] y sus variantes Nauck y Kruse [5] [6]<br />
los más empleados. Una metodología interesante<br />
para extraer reglas a partir <strong>de</strong> los datos en un marco<br />
<strong>de</strong> integridad lingüística es presentada por Espinosa<br />
y Van<strong>de</strong>walle [7]. Sala [8].[9] introdujo una<br />
técnica novedosa basada en el error <strong>de</strong> inferencia<br />
para aproximar funciones con partición suma 1<br />
con conjuntos triangulares, lo cual es un aporte<br />
importante a la interpretabilidad <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>los<br />
difusos; Díez et al. [10] proponen variaciones a<br />
los algoritmos <strong>de</strong> agrupamiento para mejorar la<br />
interpretabilidad y <strong>de</strong>scubrir estructuras afines locales<br />
en los mo<strong>de</strong>los difusos obtenidos. Paiva y<br />
Dourado [11] presentan un mo<strong>de</strong>lo generado por<br />
medio <strong>de</strong>l entrenamiento <strong>de</strong> una red neuro-difusa<br />
implementado en dos fases: en la primera fase,<br />
se obtiene la estructura <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo con un algoritmo<br />
clustering substractivo, lo cual permite extraer<br />
las reglas a partir <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> entrada y salida;<br />
Recibido: 29/08/2011/ Aceptado: 09/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 177 - 182
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en la segunda fase, se realiza la sintonización <strong>de</strong><br />
los parámetros <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo mediante una red neuronal<br />
que emplea retropropagación, pero impone<br />
restricciones en el ajuste <strong>de</strong> los parámetros y en<br />
la fusión <strong>de</strong> las funciones <strong>de</strong> pertenencia con el<br />
fin <strong>de</strong> garantizar la interpretabilidad <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo<br />
resultante.<br />
La metodología empleada para mostrar la obtención<br />
<strong>de</strong> controladores difusos tipo singleton<br />
a partir <strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong> entrada y<br />
salida es presentada en dos fases: inicialmente<br />
se <strong>de</strong>scribe el método <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación difusa,<br />
que indica la estructura empleada para el mo<strong>de</strong>lo<br />
difuso a obtener, así como el algoritmo <strong>de</strong><br />
i<strong>de</strong>ntificación; en la segunda fase, se presenta<br />
una aplicación en la cual se genera un controlador<br />
difuso a partir <strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong><br />
entrada y salida tomados <strong>de</strong> un proceso <strong>de</strong> presión<br />
<strong>de</strong> líquidos regulado por un controlador PI.<br />
El objetivo <strong>de</strong> esta segunda fase no es remplazar<br />
al controlador PI con un controlador difuso sino<br />
mostrar cómo la técnica <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación difusa<br />
presentada permite generar un controlador a partir<br />
<strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong> entrada y salida.<br />
De esta manera, será posible construir controladores<br />
a partir <strong>de</strong> datos generados por el control<br />
realizado por un experto humano, por ejemplo, y<br />
entonces disponer <strong>de</strong> parámetros (consecuentes<br />
singleton, funciones <strong>de</strong> pertenencia, y otros) que<br />
puedan ser ajustados para mejorar el <strong>de</strong>sempeño<br />
<strong>de</strong>l mismo<br />
<strong>II</strong>. IDENTIFICACIÓN DIFUSA<br />
A. Estructura <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo difuso<br />
En la búsqueda <strong>de</strong> un equilibrio entre la aproximación<br />
numérica y la interpretabilidad <strong>de</strong>l sistema<br />
difuso resultante se consi<strong>de</strong>ran los criterios siguientes<br />
para la selección <strong>de</strong> los parámetros [12]<br />
• Funciones <strong>de</strong> Pertenencia<br />
La partición <strong>de</strong> los universos <strong>de</strong> las variables<br />
<strong>de</strong> entrada en el proceso <strong>de</strong> aprendizaje se hace<br />
con conjuntos triangulares normalizados con solapamiento<br />
específico <strong>de</strong> 0.5. Las funciones <strong>de</strong> pertenencia<br />
triangulares permiten la reconstrucción<br />
<strong>de</strong>l valor lingüístico en el mismo valor numérico,<br />
luego <strong>de</strong> aplicar un método <strong>de</strong> concreción [13];<br />
a<strong>de</strong>más, el solapamiento en 0.5 asegura que los<br />
soportes <strong>de</strong> los conjuntos difusos sean diferentes.<br />
Los conjuntos difusos generados para la variable<br />
<strong>de</strong> salida son tipo singleton.<br />
• Distribución <strong>de</strong> las Funciones <strong>de</strong> Pertenencia<br />
Los conjuntos difusos triangulares <strong>de</strong> las variables<br />
<strong>de</strong> entrada se distribuyen uniformemente en<br />
cada universo respectivo <strong>de</strong> manera tal que cada<br />
uno <strong>de</strong> los elementos <strong>de</strong> los universos <strong>de</strong> discurso<br />
<strong>de</strong> cada variable <strong>de</strong>be pertenecer, al menos, a un<br />
conjunto difuso.<br />
• Operadores<br />
Para la combinación <strong>de</strong> los antece<strong>de</strong>ntes se<br />
emplea un operador <strong>de</strong> combinación <strong>de</strong> la clase<br />
OWA, cuya <strong>de</strong>nominación obe<strong>de</strong>ce a sus siglas en<br />
inglés (Or<strong>de</strong>red Weighted Averaging operators)<br />
• Método <strong>de</strong> Inferencia<br />
El método <strong>de</strong> inferencia empleado está dado<br />
por<br />
don<strong>de</strong><br />
(1)<br />
(2)<br />
es el grado <strong>de</strong> la salida <strong>de</strong> la j-ésima regla <strong>de</strong><br />
un sistema difuso tipo Mamdani, f(x (i) ) es la función<br />
que aproxima a la función real <strong>de</strong> salida,<br />
es el valor <strong>de</strong>l singleton correspondiente a la regla<br />
j, son los conjuntos difusos <strong>de</strong>l antece<strong>de</strong>nte <strong>de</strong><br />
la regla j activada, y L correspon<strong>de</strong> al número <strong>de</strong><br />
reglas activadas. El grado <strong>de</strong> salida <strong>de</strong> cada regla<br />
se calcula mediante un operador <strong>de</strong> combinación<br />
<strong>de</strong> la lógica borrosa <strong>de</strong> la clase promedio pon<strong>de</strong>rado.<br />
B. Algoritmo <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación difusa<br />
El algoritmo para generación <strong>de</strong> sistemas difusos<br />
interpretables a partir <strong>de</strong> los datos se basa en<br />
la minimización <strong>de</strong>l error <strong>de</strong> inferencia. El usuario<br />
sólo <strong>de</strong>be introducir los datos <strong>de</strong> las variables <strong>de</strong><br />
entrada y salida y el algoritmo ejecuta las siguientes<br />
acciones:<br />
• Determina los rangos <strong>de</strong> cada variable<br />
• Distribuye las funciones <strong>de</strong> pertenencia en los<br />
universos <strong>de</strong> cada variable <strong>de</strong> entrada<br />
• Ubica los consecuentes tipo singleton en el<br />
espacio <strong>de</strong> salida<br />
• Determina las reglas y
Algoritmo para generación <strong>de</strong> Controladores Difusos Interpretables. Aplicación a un proceso <strong>de</strong> presión - Contreras, Muñoz<br />
179<br />
• Ajusta la ubicación <strong>de</strong> los consecuentes y emplea<br />
mínimos cuadrados, para minimizar el<br />
error <strong>de</strong> aproximación.<br />
El algoritmo se <strong>de</strong>tiene cuando se ha alcanzado<br />
una métrica <strong>de</strong> error menor a la requerida por<br />
el usuario o cuando el número <strong>de</strong> conjuntos difusos<br />
por variable <strong>de</strong> entrada es mayor a 9, para no<br />
afectar la interpretabilidad <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo difuso obtenido<br />
[7]. La distribución <strong>de</strong> las funciones <strong>de</strong> pertenencia<br />
en cada universo <strong>de</strong> entrada se hace <strong>de</strong><br />
manera uniforme para garantizar que la partición<br />
resultante sea suma 1; es <strong>de</strong>cir, la suma <strong>de</strong> los<br />
grados <strong>de</strong> pertenencia <strong>de</strong> un dato en una variable<br />
<strong>de</strong> entrada será siempre igual a 1.<br />
Dado una colección <strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong><br />
inicio y final <strong>de</strong>l universo coincidan sus vértices,<br />
con valor <strong>de</strong> pertenencia uno, con sus<br />
vértices izquierdo y <strong>de</strong>recho respectivamente,<br />
como se aprecia en la figura 2. Se inicia<br />
con n = 2 conjuntos triangulares.<br />
FIG. 2. PARTICIÓN TRIANGULAR SUMA 1. A) PARTICIÓN INICIAL, N =2; B)<br />
PARTICIÓN CON N = 5<br />
entrada y salida<br />
, con<br />
, don<strong>de</strong> es el vector <strong>de</strong> entrada p-dimensional<br />
e y (i) es el vector unidimensional <strong>de</strong><br />
salida, el algoritmo <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación difusa ejecuta<br />
los siguiente pasos<br />
a. Organización <strong>de</strong>l conjunto <strong>de</strong> p variables <strong>de</strong> entrada<br />
y una variable <strong>de</strong> salida, cada una con N<br />
datos.<br />
FIG 1. ORGANIZACIÓN DEL CONJUNTO DE DATOS<br />
d. Cálculo <strong>de</strong> los consecuentes singletons mediante<br />
el empleo <strong>de</strong>l método <strong>de</strong> mínimos cuadrados.<br />
La ecuación (5) pue<strong>de</strong> expresarse <strong>de</strong><br />
la forma<br />
don<strong>de</strong><br />
(3)<br />
(4)<br />
b. Determinación <strong>de</strong> los rangos <strong>de</strong> los universos<br />
<strong>de</strong> cada variable <strong>de</strong> acuerdo con los valores<br />
máximos y mínimos <strong>de</strong> los datos asociados , .<br />
c. Distribución <strong>de</strong> las funciones <strong>de</strong> pertenencia<br />
triangulares sobre cada universo. Se tiene<br />
como condición general que el vértice con<br />
valor <strong>de</strong> pertenencia uno (valor modal) cae<br />
en el centro <strong>de</strong> la región cubierta por la función<br />
<strong>de</strong> pertenencia mientras que los otros<br />
dos vértices, con valor <strong>de</strong> pertenencia iguales<br />
a cero, caen en los centros <strong>de</strong> las dos<br />
regiones vecinas. Para po<strong>de</strong>r aproximar eficientemente<br />
los extremos inferior y superior<br />
<strong>de</strong> una función representada por los datos,<br />
es necesario que en la partición triangular<br />
las funciones <strong>de</strong> pertenencia que cubren el<br />
La ecuación (3) pue<strong>de</strong> expresarse en forma<br />
matricial como Y= Wθ+E, don<strong>de</strong> Y representa los<br />
valores <strong>de</strong> salida reales, Wθ representa la salida<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo difuso, siendo W es la matriz <strong>de</strong> grados<br />
<strong>de</strong> pertenencia obtenida <strong>de</strong> (4) y θ el vector <strong>de</strong><br />
consecuentes, y E es el error <strong>de</strong> aproximación que<br />
<strong>de</strong>be ser minimizado. Es <strong>de</strong>cir:<br />
(5)<br />
Empleando la norma <strong>de</strong>l error cuadrático se<br />
tiene<br />
(6)
180<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 177 - 182<br />
La solución a este problema <strong>de</strong> mínimos cuadrados<br />
está dada por<br />
<strong>de</strong> don<strong>de</strong> se obtiene<br />
(7)<br />
(8)<br />
controlador <strong>de</strong> velocidad <strong>de</strong> la bomba, la cual es<br />
regulada con voltaje <strong>de</strong> corriente directa <strong>de</strong> 0 a 5<br />
voltios, proveniente <strong>de</strong>l PIC, que es el controlador<br />
<strong>de</strong> presión, el cual actualmente en un controlador<br />
PI que será remplazado por el controlador difuso;<br />
PT es el transmisor <strong>de</strong> presión, que fue calibrado<br />
en el rango <strong>de</strong> [0, 5] voltios para los rangos<br />
mínimo y máximo <strong>de</strong> presión. C1 es el tanque <strong>de</strong><br />
almacenamiento.<br />
FIG. 3. SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO DE PRESIÓN<br />
Esta solución es válida si (W T W) es no singular,<br />
lo que quiere <strong>de</strong>cir que todas las reglas <strong>de</strong>ben recibir<br />
suficiente excitación durante el entrenamiento.<br />
En la práctica esto no es siempre posible, por<br />
lo que es recomendable recurrir a la aplicación <strong>de</strong><br />
mínimos cuadrados recursivos, para garantizar<br />
que la adaptación sólo afecte las reglas excitadas<br />
e. Validación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo mediante el método <strong>de</strong><br />
inferencia <strong>de</strong>scrito por (1), don<strong>de</strong> es el valor<br />
<strong>de</strong>l singleton correspondiente a la regla j.<br />
f. Terminar si la medida <strong>de</strong>l error cuadrático medio<br />
MSE es menor a una medida previamente<br />
establecida ó si el número <strong>de</strong> conjuntos por variable<br />
<strong>de</strong> entrada es mayor a 9. De otra manera,<br />
incrementar en 1 el número n <strong>de</strong> conjuntos<br />
<strong>de</strong> la variable <strong>de</strong> entrada y volver al paso c).<br />
Con el algoritmo <strong>de</strong>scrito se consigue un mo<strong>de</strong>lo<br />
difuso interpretable que sólo se requiere <strong>de</strong>l<br />
ajuste <strong>de</strong> los parámetros <strong>de</strong>l consecuente, que<br />
son tipo singleton, lo que disminuye el tiempo <strong>de</strong><br />
entrenamiento. La precisión <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo obtenido<br />
es <strong>de</strong>terminada empleando una métrica <strong>de</strong> error<br />
(error cuadrático medio). Es posible lograr una<br />
mayor aproximación (“ajuste fino”) si al finalizar el<br />
proceso mencionado se aplica el método <strong>de</strong>l gradiente<br />
<strong>de</strong>scendiente para ajustar la ubicación <strong>de</strong><br />
los valores modales <strong>de</strong> los conjuntos triangulares<br />
<strong>de</strong>l antece<strong>de</strong>nte, se conserva la partición suma<br />
1 y, por lo tanto la interpretabilidad <strong>de</strong>l sistema,<br />
como explica Espinosa et al. [7].<br />
Se utilizará el algoritmo <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación difusa<br />
para generar un mo<strong>de</strong>lo o controlador difuso<br />
que emule la acción <strong>de</strong>l controlador PI implementado<br />
en el proceso <strong>de</strong> control <strong>de</strong> presión. Inicialmente<br />
se <strong>de</strong>sarrolló una experiencia, mediante un<br />
controlador PI con banda proporcional <strong>de</strong>l 30% y<br />
un Ti <strong>de</strong> 0.05 min/rpt. Los datos utilizados para<br />
el entrenamiento son mostrados en la figura 4.<br />
Posteriormente se realizó otra experiencia con variaciones<br />
diferentes <strong>de</strong> la señal <strong>de</strong> referencia para<br />
tomar los datos que se emplearon para la validación,<br />
los cuales se muestran en la Figura 5.<br />
FIG. 4. DATOS DE ENTRENAMIENTO. A) VOLTAJE APLICADO A LA BOMBA --;<br />
B) REFERENCIA ▬; C) SALIDA DE PRESIÓN ─<br />
<strong>II</strong>I. APLICACIÓN y VALIDACIÓN DEL MéTODO<br />
PROPUESTO<br />
Se ha utilizado el sistema didáctico en control<br />
<strong>de</strong> procesos <strong>de</strong> Lab-Volt, mo<strong>de</strong>lo 6090. El montaje<br />
se muestra en la Figura 3, don<strong>de</strong> HV son las<br />
válvulas <strong>de</strong> operación manual; FI es un indicador<br />
<strong>de</strong> caudal <strong>de</strong> área variable (rotámetro); SC es el
Algoritmo para generación <strong>de</strong> Controladores Difusos Interpretables. Aplicación a un proceso <strong>de</strong> presión - Contreras, Muñoz<br />
181<br />
FIG. 5. DATOS DE VALIDACIÓN. A) VOLTAJE APLICADO A LA BOMBA --; B)<br />
REFERENCIA ▬; C) SALIDA DE PRESIÓN ─<br />
y<br />
Se utilizaron como entradas al sistema difuso:<br />
las variables error actual e(k), con rango <strong>de</strong> [-5, 5]<br />
y salida <strong>de</strong> presión actual y(k), con rango [0, 5]; y<br />
como salida el voltaje aplicado a la bomba u(k),<br />
con rango [0, 5]. El controlador difuso obtenido<br />
tiene tres conjuntos triangulares por variables <strong>de</strong><br />
entrada; por lo tanto, tiene seis consecuentes tipo<br />
singleton, ubicados en [1.9215 8.677 13.4661<br />
-7.01 -5.22 -4.05]. Los tres primeros singletons<br />
pertenecen a la variable lingüística e(k) y tienen<br />
como etiquetas: negativo, cero y positivo; los tres<br />
siguientes pertenecen a la variable lingüística y(k)<br />
y tienen como etiquetas: bajo, medio y alto. Los<br />
conjuntos lingüístico generados son mostrados en<br />
la Figura 6.<br />
Los consecuentes tipo singleton toman valores<br />
que van <strong>de</strong> un mínimo <strong>de</strong> -7.0100 a un máximo<br />
<strong>de</strong> +13.4661. Los valores negativos se <strong>de</strong>ben etiquetar<br />
como valores bajos <strong>de</strong> voltaje aplicado a<br />
la bomba.<br />
La Figura 7 muestra el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>l controlador<br />
difuso, aplicado al proceso <strong>de</strong> presión.<br />
FIG. 7. ACCIÓN DEL CONTROLADOR DIFUSO. A) VOLTAJE APLICADO A LA<br />
BOMBA --; B) REFERENCIA ▬; C) SALIDA DE PRESIÓN ─<br />
FIG. 6. PARTICIONES DIFUSAS DE LAS VARIABLES DE ENTRARA ERROR<br />
E(K) Y PRESIÓN Y(K).<br />
IV. CONCLUSIONES<br />
El error cuadrático medio alcanzado en el entrenamiento<br />
fue <strong>de</strong> 0.0342 y en el proceso <strong>de</strong> validación<br />
fue <strong>de</strong> 0.04879.<br />
La salida <strong>de</strong>l controlador difuso está dada por<br />
Y=Wθ, don<strong>de</strong><br />
Se presenta un método para la i<strong>de</strong>ntificación<br />
<strong>de</strong> sistemas a partir <strong>de</strong> datos experimentales <strong>de</strong><br />
entrada y salida, mediante mo<strong>de</strong>los difusos interpretables<br />
con ajuste <strong>de</strong> parámetros consecuentes<br />
tipo singleton mediante mínimos cuadrados. El<br />
método no requiere <strong>de</strong>l empleo <strong>de</strong> otras técnicas<br />
<strong>de</strong> inteligencia artificial para su entrenamiento y<br />
apren<strong>de</strong> <strong>de</strong> manera sencilla la acción <strong>de</strong>sempeñada<br />
por otro controlador o por un operador humano.<br />
El empleo <strong>de</strong> consecuentes tipo singleton no<br />
afecta la interpretabilidad <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo difuso ya<br />
que éstos pue<strong>de</strong>n ser etiquetados <strong>de</strong> acuerdo con<br />
su ubicación en el espacio <strong>de</strong> salida y con asignaciones<br />
<strong>de</strong> clara comprensión para un operador
182<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 177 - 182<br />
humano. Por ser un procedimiento matemático,<br />
sin restricciones, el ajuste por mínimos cuadrados<br />
pue<strong>de</strong> ubicar los consecuentes por fuera <strong>de</strong>l<br />
espacio <strong>de</strong> salida sin que esto afecte la interpretabilidad.<br />
[13] Pedriycz, W. Why Triangular Membership Functions?,<br />
IEEE Trans. Fuzzy Sets and System, vol. 64, pp.21-30,<br />
1994.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] Wang, L-x, Men<strong>de</strong>l, J.M., “Generating fuzzy rules by<br />
learning form examples”, IEEE Transactions on Systems,<br />
Man and Cybernetics, vol. 22, No 6, pp. 1414-<br />
1427. 1992.<br />
[2] Sugeno, M., Yasukawa, T., “A fuzzy logic based approach<br />
to qualitative mo<strong>de</strong>ling”. Transactions on Fuzzy<br />
Systems, vol. 1, No. 1, pp. 7-31. 1993<br />
[3] Bez<strong>de</strong>k J. C. (1987). Pattern recognition with Fuzzy Objective<br />
Function Algorithms. Ed. Plenum Press.<br />
[4] Guztafson E. E., Kessel W. C. Fuzzy Clustering with a<br />
Fuzzy Covariance Matrix. IEEE CDC, San Diego, California,<br />
pp. 503 – 516.1979.<br />
[5] Nauck, D., Kruse, R., “Nefclass - a neuro-fuzzy approach<br />
for the classification of data”, In Proceedings<br />
of the Symposium on Applied Computing, 1995.<br />
[6] Nauck, D., Kruse, R., “Neuro-fuzzy systems for function<br />
approximation”. Fuzzy Sets and System. 101(2),<br />
pp. 261-271. Jan. 1999.<br />
[7] Espinosa, J., Van<strong>de</strong>walle, J., “Constructing fuzzy mo<strong>de</strong>ls<br />
with linguistic integrity form numerical data-afreli<br />
algorithm”, IEEE Trans. Fuzzy Systems, vol. 8, pp. 591<br />
– 600, Oct. 2000.<br />
[8] Sala, A. (1998). Validación y Aproximación Funcional<br />
en Sistemas <strong>de</strong> Control Basados en Lógica Borrosa.<br />
Universidad Politécnica <strong>de</strong> Valencia. Tesis Doctoral.<br />
[9] Sala, A., Albertos, P., Inference error minimisation:<br />
fuzzy mo<strong>de</strong>lling of ambiguous functions. Fuzzy Sets<br />
and Systems, 121 (2001) pp. 95 – 111. 2001<br />
[10] Díez J. L., Navarro J. L., Sala A. (2004). Algoritmos <strong>de</strong><br />
Agrupamiento en la I<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> Mo<strong>de</strong>los Borrosos.<br />
RIAI: Revista Iberoamericana <strong>de</strong> Automática e Informática<br />
Industrial.<br />
[11] Paiva, R. P., Dourado, A., “Interpretability and learning<br />
in neuro-fuzzy systems”, Fuzzy Sets and System.<br />
147(2004), pp. 17-38. 2004.<br />
[12] Contreras, J., Misa, R., Paz, J., Building Interpretable<br />
Fuzzy Systems: A New Methodology. In proceedings<br />
of Electronics, Robotics and Automotive Mechanics<br />
Conference CERMA 2006. IEEE Computer Society. Pp.:<br />
172-178. Nov. 2006
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante<br />
algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial para<br />
un robot móvil<br />
Diego A. Tibaduiza Burgos<br />
MSc. en Ingeniería área Electrónica,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Investigador Grupo CEMOS,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
diego.tibaduiza@upc.edu<br />
Jaime G. Barrero Pérez<br />
MSc. en Potencia eléctrica,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo CEMOS,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
jbarrero@uis.edu.co<br />
Roberto Martínez Ángel<br />
PhD en Ingeniería<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Docente Emérito, Investigador Grupo CEMOS,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
rmangel@uis.edu.co<br />
Resumen— El planeamiento <strong>de</strong> caminos y la generación<br />
<strong>de</strong> trayectorias son dos aspectos relevantes al momento<br />
<strong>de</strong> dotar a un robot móvil <strong>de</strong> in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia para su movimiento<br />
en un espacio <strong>de</strong> trabajo. La utilidad <strong>de</strong> estas<br />
técnicas radica en la inclusión <strong>de</strong> variables como el tipo<br />
<strong>de</strong> sensores usados, la configuración física <strong>de</strong>l robot y<br />
su entorno, este último, pue<strong>de</strong> ser fijo o cambiante entre<br />
otros aspectos, con las cuales es posible obtener<br />
soluciones que brindan robustez al trabajo <strong>de</strong> dotar <strong>de</strong><br />
autonomía a los robots.<br />
En este artículo se presentan dos algoritmos para el<br />
planeamiento <strong>de</strong> caminos en un robot móvil <strong>de</strong> configuración<br />
diferencial, aunque como se verá es posible generalizarse<br />
a otras configuraciones. La primera <strong>de</strong> estas<br />
técnicas está basada en una emulación <strong>de</strong> la metodología<br />
conocida como campos <strong>de</strong> potencial y la segunda<br />
hace uso <strong>de</strong> los algoritmos genéticos para la obtención<br />
<strong>de</strong> los caminos. En la evaluación <strong>de</strong> las estrategias planteadas<br />
se muestran los resultados <strong>de</strong> la implementación<br />
en software basadas en un entorno físico en el que<br />
interactúan un sistema <strong>de</strong> visión artificial, transmisión<br />
inalámbrica y uso <strong>de</strong> robots móviles tipo diferencial.<br />
Palabras clave— algoritmos genéticos, campos <strong>de</strong> potencial,<br />
planeamiento <strong>de</strong> caminos, robots móviles.<br />
Abstract— The path planning and the trajectory generation<br />
are two important aspects for provi<strong>de</strong> autonomy to<br />
a mobile robot. Adding variables as the type of sensors<br />
used, the physical configuration of the robot and its environment<br />
either fixed or changing and other is possible to<br />
provi<strong>de</strong> robust solutions that work to provi<strong>de</strong> autonomy<br />
to the robots. This article presents two algorithms for<br />
path planning in a mobile robot with differential configuration,<br />
although as will be shown can be generalized<br />
to other configurations. The first of these techniques is<br />
based on an emulation of the methodology known as<br />
potential fields and the second makes use of genetic<br />
algorithms for obtaining the paths. For the evaluation<br />
of the strategies was <strong>de</strong>signed a platform that inclu<strong>de</strong><br />
an artificial vision system, wireless communication and<br />
mobile robots with differential configuration.<br />
Keywords— Genetic algorithms, potential fields, path<br />
planning, mobile robots.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
La robótica es un campo <strong>de</strong> amplias perspectivas<br />
para el <strong>de</strong>sarrollo industrial que en un tiempo<br />
relativamente corto, podría permitir a los países en<br />
<strong>de</strong>sarrollo apropiarse <strong>de</strong> técnicas que los hagan<br />
más competitivos. En este sentido las <strong>universidad</strong>es<br />
por medio <strong>de</strong> sus centros <strong>de</strong> investigación juegan<br />
un papel importante tanto en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />
prototipos como <strong>de</strong> algoritmos. De manera general,<br />
a nivel industrial, el concepto <strong>de</strong> robot se aplica en<br />
mayor medida a los robots manipuladores que <strong>de</strong>s<strong>de</strong><br />
hace ya varios años realizan tareas en procesos<br />
repetitivos que <strong>de</strong>muestran su eficacia en aspectos<br />
tales como precisión, funcionamiento ininterrumpido<br />
y manejo <strong>de</strong> cargas <strong>de</strong> gran peso.<br />
Otro tipo <strong>de</strong> robots un poco menos conocido<br />
pero cuya presencia y uso van en aumento,<br />
lo constituyen los robots móviles autoguiados o<br />
como son conocidos por sus siglas en inglés AGV<br />
[1] [2] [3], los cuales son, entre muchas aplicaciones<br />
[4], capaces <strong>de</strong> mover elementos <strong>de</strong> gran<br />
peso <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un entorno que pue<strong>de</strong> ser cambiante.<br />
Recibido: 01/09/2011/ Aceptado: 10/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192
184<br />
<strong>II</strong>TECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192<br />
En este artículo se presentan los resultados<br />
obtenidos en una tesis <strong>de</strong> maestría [6], en la que<br />
se implementaron dos algoritmos para el planeamiento<br />
<strong>de</strong> trayectorias <strong>de</strong> un robot móvil en<br />
un ambiente cambiante. En esta plataforma se<br />
en encuentra otro robot, el obstáculo móvil y la<br />
presencia <strong>de</strong> varios obstáculos fijos. El objetivo<br />
es llevar al móvil <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto origen hasta el<br />
punto <strong>de</strong>stino <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> trabajo y evitar<br />
todo tipo <strong>de</strong> colisiones. El lazo <strong>de</strong> realimentación<br />
lo constituye una cámara <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>o que permite<br />
<strong>de</strong>terminar en todo instante la posición <strong>de</strong> los dos<br />
robots y la <strong>de</strong> los obstáculos estacionarios.<br />
<strong>II</strong>. PLANEAMIENTO DE TRAyECTORIAS<br />
Una <strong>de</strong> las tareas más importantes en robótica<br />
móvil es el planeamiento <strong>de</strong> la trayectoria, ya<br />
que esta le confiere al robot la capacidad <strong>de</strong> movimiento<br />
autónomo para ejecutar sus tareas.<br />
La programación <strong>de</strong>l movimiento <strong>de</strong>l robot se<br />
<strong>de</strong>scompone en dos partes: el planeamiento <strong>de</strong><br />
caminos y la <strong>de</strong> trayectorias.<br />
El planeamiento <strong>de</strong> caminos consiste en generar<br />
una ruta libre <strong>de</strong> colisiones en un ambiente con<br />
obstáculos y su optimización con base en algún<br />
criterio. El planeamiento pue<strong>de</strong> realizarse off-line<br />
cuando el ambiente es estático, es <strong>de</strong>cir, cuando<br />
el espacio <strong>de</strong> trabajo permanece sin variaciones<br />
para toda la trayectoria, mientras que cuando el<br />
espacio <strong>de</strong> trabajo cambia continuamente y obliga<br />
al algoritmo a generar respuestas ante estos cambios<br />
la planificación <strong>de</strong>be realizarse on-line.<br />
La planeación <strong>de</strong> trayectorias consiste en fijar<br />
el movimiento <strong>de</strong> un robot móvil a lo largo <strong>de</strong> un<br />
camino planeado. Existen numerosos métodos<br />
para la planeación <strong>de</strong>l movimiento <strong>de</strong> un robot<br />
móvil en ambientes estacionarios, pero pocos se<br />
han <strong>de</strong>sarrollado para planeamiento <strong>de</strong>l movimiento<br />
on-line en un escenario variante o en un<br />
terreno <strong>de</strong>sconocido. En este artículo se <strong>de</strong>scriben<br />
dos algoritmos para planeamiento on-line,<br />
uno <strong>de</strong> ellos basado en algoritmos genéticos y el<br />
otro en campos <strong>de</strong> potencial.<br />
A. Algoritmos genéticos<br />
Los algoritmos genéticos forman parte <strong>de</strong> lo<br />
que se conoce como inteligencia artificial, y están<br />
fundamentados en la teoría <strong>de</strong> la evolución. Esta<br />
se basa en los mecanismos <strong>de</strong> selección que utiliza<br />
la naturaleza, en don<strong>de</strong> los individuos más<br />
fuertes <strong>de</strong> una población son los que sobreviven.<br />
De la genética se sabe que la manera mediante la<br />
cual estas adaptaciones al medio se transmiten<br />
<strong>de</strong> un individuo a su <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>ncia son los genes;<br />
los cuales son una estructura biológica que contiene<br />
información acerca <strong>de</strong>l medio y las habilida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>sarrolladas por sus ancestros.<br />
La implementación <strong>de</strong> un algoritmo genético<br />
simple implica tener presente características tales<br />
como la reproducción, cruce y mutación.<br />
Para realizar estas etapas el algoritmo <strong>de</strong>be<br />
ser codificado en ca<strong>de</strong>nas que se llaman cromosomas,<br />
cada una conformada por elementos característicos<br />
<strong>de</strong>nominados genes.<br />
• Codificación<br />
Si se piensa en una trayectoria, lo primero que<br />
se <strong>de</strong>be realizar es acotarla en términos <strong>de</strong> sus<br />
componentes fundamentales (genes). Para lograr<br />
esta tarea se <strong>de</strong>be <strong>de</strong>finir una codificación binaria,<br />
<strong>de</strong> forma tal que permita or<strong>de</strong>nar, como cromosomas,<br />
cualida<strong>de</strong>s tales como su dirección en<br />
el plano cartesiano y la distancia que le tomaría<br />
para ir <strong>de</strong> un punto a otro.<br />
Los cromosomas escogidos [16][17],[19] representan:<br />
monotonía <strong>de</strong> la trayectoria en x y y:<br />
cromosoma a; dirección: cromosoma β; y distancia:<br />
cromosoma δ. La estrategia <strong>de</strong> codificación<br />
<strong>de</strong> los genes para los cromosomas es la que se<br />
observa en la Tabla I.<br />
TABLA I<br />
Codificación <strong>de</strong> cromosomas<br />
Cromosoma Codificación<br />
Característica que representa<br />
a 0 Monótono en x (Mx)<br />
β 00<br />
1 Monótono en Y (MY)<br />
01<br />
10<br />
11<br />
Vertical para Mx y horizontal<br />
para MY<br />
Diagonal superior para Mx<br />
Diagonal izquierda para<br />
MY<br />
Horizontal para Mx<br />
Vertical para MY<br />
Diagonal Inferior para Mx<br />
Diagonal <strong>de</strong>recha para MY<br />
δ Según ecuación (1)<br />
Fuente: [6],[17] y [19]<br />
El número <strong>de</strong> genes <strong>de</strong>l cromosoma δ, está<br />
dado por la ecuación (1).
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial para un robot móvil - Tibaduiza,<br />
Barrero, Martínez<br />
185<br />
1+ log 2<br />
N = GenesCromosomaˍδ (1)<br />
Don<strong>de</strong> N es el número <strong>de</strong> celdas que representen<br />
el territorio a cubrir por el robot móvil. Cada<br />
pareja dirección-distancia, representa pasos <strong>de</strong><br />
distancia variable (parejas β - δ).<br />
Cuando el cromosoma <strong>de</strong> dirección es codificado<br />
en “00” el cromosoma δ pue<strong>de</strong> ser positivo o<br />
negativo, es <strong>de</strong>cir, el primer gen <strong>de</strong> este cromosoma<br />
es 0 para positivo o 1 para negativo.<br />
Si es positivo y el individuo es Mx representará<br />
una vertical positiva hacia arriba seguida <strong>de</strong> una<br />
diagonal superior <strong>de</strong>recha, si es negativo representará<br />
una vertical hacia abajo seguida <strong>de</strong> una<br />
diagonal inferior <strong>de</strong>recha.<br />
Si es positivo y el individuo es MY representará<br />
una horizontal positiva hacia la <strong>de</strong>recha seguida<br />
<strong>de</strong> una diagonal inferior <strong>de</strong>recha, si es negativo<br />
representará una horizontal negativa hacia la izquierda<br />
seguida <strong>de</strong> una diagonal inferior izquierda.<br />
La Figuras 1 y 2 muestran la distribución <strong>de</strong><br />
cada cromosoma.<br />
Fuente: [6], [19]<br />
Fuente: [6], [19]<br />
FIG. 1. EJEMPLO DE TRAYECTORIA CODIFICADA<br />
FIG. 2. MÉTODO DE CRUCE<br />
B. Campos <strong>de</strong> Potencial<br />
Esta metodología ha sido ampliamente aplicada<br />
en robótica durante varios años con éxito<br />
[5],[6],[8-13]. Esencialmente, esta metodología<br />
trata a todos los elementos <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> trabajo<br />
como elementos sometidos a fuerzas <strong>de</strong> atracción<br />
y <strong>de</strong> repulsión.<br />
El objetivo o punto <strong>de</strong> llegada se consi<strong>de</strong>ra<br />
como una carga o el polo <strong>de</strong> un imán con polaridad<br />
contraria a la <strong>de</strong>l móvil, es <strong>de</strong>cir, que tiene<br />
una fuerza <strong>de</strong> atracción, mientras que los obstáculos<br />
se comportan como cargas o imanes <strong>de</strong><br />
igual polaridad que generan, por tanto, fuerzas <strong>de</strong><br />
repulsión. Con esta <strong>de</strong>finición <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> trabajo,<br />
se proce<strong>de</strong> a llevar al móvil sobre el escenario según<br />
un gradiente hacia el objetivo y evita los obstáculos<br />
[13].<br />
Normalmente esta metodología se realiza con<br />
funciones que involucran el uso <strong>de</strong> funciones<br />
gradientes, las cuales hay que programar en el<br />
momento <strong>de</strong> su utilización y que <strong>de</strong>ben estar <strong>de</strong><br />
acuerdo con las características propias <strong>de</strong> la aplicación.<br />
Como se verá la metodología que se propone<br />
en este artículo es una forma alternativa <strong>de</strong><br />
generar campos <strong>de</strong> potencial <strong>de</strong> manera simple y<br />
<strong>de</strong> gran utilidad y que pue<strong>de</strong> ser adaptable tanto<br />
al planeamiento on-line como al off-line, sin necesidad<br />
<strong>de</strong> realizar cambios significativos en la programación,<br />
pues únicamente va a <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>r <strong>de</strong><br />
las coor<strong>de</strong>nadas actuales o instantáneas <strong>de</strong> los<br />
obstáculos. En este trabajo la obtención <strong>de</strong> las coor<strong>de</strong>nadas<br />
sólo se va a ver afectada por el tiempo<br />
<strong>de</strong> actualización <strong>de</strong> los datos obtenidos <strong>de</strong>l procesamiento<br />
<strong>de</strong> las imágenes mediante el algoritmo<br />
<strong>de</strong> visión artificial.<br />
Para su implementación, es necesario tener en<br />
cuenta las siguientes consi<strong>de</strong>raciones:<br />
• Existe una “discretización” <strong>de</strong>l terreno.<br />
• Cada punto <strong>de</strong> la pista se consi<strong>de</strong>ra afectado<br />
por un valor numérico que indica la relación<br />
<strong>de</strong> este con el punto <strong>de</strong> llegada. De esta manera<br />
cada celda <strong>de</strong>finida posee un potencial<br />
que <strong>de</strong>termina si la trayectoria pue<strong>de</strong> pasar o<br />
no por allí.<br />
• De acuerdo a la distribución numérica asignada,<br />
la trayectoria se hace <strong>de</strong> acuerdo a un<br />
potencial <strong>de</strong>scen<strong>de</strong>nte<br />
• El algoritmo pue<strong>de</strong> ser on-line si se actualizan<br />
periódicamente los valores <strong>de</strong>tectados,
186<br />
<strong>II</strong>TECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192<br />
por ejemplo, en esta investigación por una<br />
cámara o pue<strong>de</strong> ser off-line si se posee la información<br />
<strong>de</strong> la ubicación <strong>de</strong> los obstáculos<br />
al comienzo <strong>de</strong>l programa, con lo cual sólo va<br />
a ser necesario generar un camino, sin tener<br />
que revisar si algún obstáculo ha entrado en<br />
la trayectoria planeada.<br />
• El algoritmo es ajustable al área <strong>de</strong> trabajo.<br />
Con esto se trata <strong>de</strong> generar algo <strong>de</strong> robustez<br />
lo cual permite usar el mismo programa para<br />
diferentes tamaños <strong>de</strong> pista. En este caso el<br />
área <strong>de</strong> trabajo quedaría <strong>de</strong>finida por las características<br />
<strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> visión tales como<br />
altura <strong>de</strong> la cámara y lentes usados.<br />
En el caso <strong>de</strong> planeamiento on-line, la velocidad<br />
<strong>de</strong> actualización <strong>de</strong>l algoritmo va a <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>r<br />
<strong>de</strong>l tiempo que <strong>de</strong>more la actualización <strong>de</strong> los datos<br />
<strong>de</strong> la pista, es <strong>de</strong>cir, el tiempo <strong>de</strong> respuesta <strong>de</strong>l<br />
algoritmo <strong>de</strong> visión. También <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá tanto <strong>de</strong>l<br />
lenguaje usado como <strong>de</strong> la velocidad <strong>de</strong> procesamiento<br />
<strong>de</strong>l computador.<br />
De manera general es posible realizar la implementación<br />
<strong>de</strong> esta metodología en 4 etapas. La<br />
primera consiste en discretizar en una matriz el<br />
área <strong>de</strong> trabajo y por tanto <strong>de</strong>finir cada elemento<br />
<strong>de</strong> la matriz como un espacio físico en la aplicación<br />
real, en esta etapa se ubican adicionalmente<br />
en la matriz elementos tales como obstáculos,<br />
ubicación inicial <strong>de</strong>l móvil y ubicación final, ver<br />
Figura 3.<br />
Como paso siguiente se genera el potencial<br />
para el punto <strong>de</strong> llegada, para esto se empieza a<br />
llenar la matriz <strong>de</strong> forma radial <strong>de</strong> tal forma que<br />
si por ejemplo al punto <strong>de</strong> llegada se le asigna el<br />
valor <strong>de</strong> “0” los elementos adjuntos en la matriz<br />
tendrán un valor <strong>de</strong> “1”, los siguientes “2” y así<br />
sucesivamente como se muestra en la Tabla <strong>II</strong>.<br />
TABLA <strong>II</strong><br />
Potencial alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> llegada<br />
3 3 3 3 3 3 3<br />
3 2 2 2 2 2 3<br />
3 2 1 1 1 2 3<br />
3 2 1 0 1 2 3<br />
3 2 1 1 1 2 3<br />
3 2 2 2 2 2 3<br />
3 3 3 3 3 3 3<br />
Fuente:[6]<br />
Posteriormente se proce<strong>de</strong> a ubicar los obstáculos<br />
en la matriz, para esto se usan valores diferentes<br />
y muy gran<strong>de</strong>s en comparación a los que<br />
se usaron para rellenar el campo para el punto <strong>de</strong><br />
llegada (Tabla <strong>II</strong>I).<br />
TABLA <strong>II</strong>I<br />
Campo <strong>de</strong> potencial alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> un obstáculo<br />
49 49 49 49 49<br />
49 50 50 50 49<br />
49 50 200 50 49<br />
49 50 50 50 49<br />
49 49 49 49 49<br />
Fuente[6]<br />
Para incluir los obstáculos es necesario tener<br />
en cuenta las siguientes características:<br />
El obstáculo posee un área efectiva propia <strong>de</strong><br />
sus dimensiones, a través <strong>de</strong> la cual no se pue<strong>de</strong><br />
realizar una trayectoria porque habría colisión. En<br />
el caso <strong>de</strong> la Tabla 3 el obstáculo se representa<br />
con el número “200”.<br />
Cuando el obstáculo tiene una forma irregular<br />
se <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rar una zona <strong>de</strong> riesgo (ver Tabla<br />
3) para impedir que en el cálculo <strong>de</strong> la trayectoria<br />
exista una trayectoria que pueda ocasionar una<br />
colisión.<br />
Otro tipo <strong>de</strong> zona <strong>de</strong> riesgo muy frecuente se<br />
presenta cuando dos obstáculos están muy cerca<br />
uno <strong>de</strong>l otro. Existe la posibilidad <strong>de</strong> que el algoritmo<br />
genere una trayectoria que pase por entre los<br />
obstáculos, sin tener en cuenta que las dimensiones<br />
<strong>de</strong>l móvil no permitan realizar esta operación.<br />
Si se <strong>de</strong>sea que el móvil no se salga <strong>de</strong> un área<br />
<strong>de</strong>terminada, se <strong>de</strong>ben <strong>de</strong>finir como obstáculos<br />
las orillas <strong>de</strong> la zona. En la Figura 3 se muestra<br />
un ejemplo en el que se tiene la presencia <strong>de</strong> un<br />
solo obstáculo.<br />
Fuente:[6]<br />
FIG. 3. VISTA GENERAL DEL ÁREA DE TRABAJO<br />
Finalmente, el movimiento se hace al mover el<br />
móvil <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> inicio al punto <strong>de</strong> llegada<br />
y se evalúa cuál elemento <strong>de</strong> la matriz a su alre<strong>de</strong>dor<br />
posee la menor magnitud.<br />
Para probar esta estrategia, se <strong>de</strong>sarrolló una<br />
plataforma <strong>de</strong> pruebas, ver Figura 4, en la que se
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial para un robot móvil - Tibaduiza,<br />
Barrero, Martínez<br />
187<br />
involucraron 2 robots móviles tipo diferencial [18],<br />
ver Figura 5, uno <strong>de</strong> ellos para realizar el planeamiento<br />
y el otro utilizado como obstáculo y cuyo<br />
movimiento se programó <strong>de</strong> manera aleatoria sobre<br />
el área <strong>de</strong> trabajo.<br />
Fuente:[6]<br />
FIG. 4. PLATAFORMA DE PRUEBAS<br />
FIG. 5. ROBOTS MÓVILES USADOS<br />
Las imágenes captadas por la cámara son digitalizadas<br />
mediante una tarjeta <strong>de</strong> compresión <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>o<br />
PCI <strong>de</strong> 32 bits DFG/Compress y posteriormente<br />
procesadas mediante un algoritmo <strong>de</strong> visión<br />
artificial, el cual permite <strong>de</strong>terminar la posición <strong>de</strong><br />
cada objeto <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la pista. Estas coor<strong>de</strong>nadas<br />
son enviadas a los algoritmos <strong>de</strong> planificación<br />
para el cálculo <strong>de</strong> las trayectorias.<br />
• Método basado en Color<br />
Los algoritmos <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección y segmentación <strong>de</strong><br />
movimiento basados en el reconocimiento <strong>de</strong>l color,<br />
distinguen el color <strong>de</strong> los objetos <strong>de</strong> interés presentes<br />
en la escena para realizar su segmentación.<br />
Se implementaron dos mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> color el<br />
xyY y HLS [14] para realizar la <strong>de</strong>tección [6], [15],<br />
[20]. La principal razón para elegir estos mo<strong>de</strong>los<br />
radica en que tanto la información cromática<br />
como la <strong>de</strong> brillo son separadas en componentes<br />
distintas, lo cual hace a estos mo<strong>de</strong>los robustos<br />
ante los cambios <strong>de</strong> iluminación que se presenten<br />
en el escenario. A<strong>de</strong>más, al realizar <strong>de</strong>tección<br />
solamente en las componentes que contienen la<br />
información cromática, el tiempo en la segmentación<br />
disminuye, lo cual disminuye también el tiempo<br />
total <strong>de</strong> procesamiento.<br />
De manera general la metodología para el cálculo<br />
<strong>de</strong> los objetos en la escena se muestra en la<br />
Figura 7.<br />
FIG. 7. DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL ALGORITMO DE COLOR<br />
Fuente:[6]<br />
La plataforma usada es <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra y fue pintada<br />
con color negro mate para evitar brillos o sombras<br />
que puedan dar falsas lecturas al algoritmo<br />
<strong>de</strong> visión artificial (ver Figura 6).<br />
FIG. 6. VISTA DEL ÁREA DE TRABAJO<br />
Fuente:[6]<br />
Para <strong>de</strong>terminar la posición y orientación <strong>de</strong><br />
los robots y los obstáculos se utilizó una cámara<br />
ubicada dos metros por encima <strong>de</strong> la plataforma<br />
<strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra para cubrir todo el entorno <strong>de</strong> trabajo.<br />
Fuente:[6]
188<br />
<strong>II</strong>TECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192<br />
• -Comunicación<br />
La trayectoria calculada con los algoritmos<br />
<strong>de</strong> planificación <strong>de</strong> trayectorias son codificadas<br />
para su envío al móvil mediante radiofrecuencia<br />
[6],[18]. Se usan paquetes <strong>de</strong> 8 bits, 3 para <strong>de</strong>finir<br />
la dirección y 8 para <strong>de</strong>finir la distancia movilizada<br />
(ver Tabla IV).<br />
FIG. 9. CAMINO ExITOSO SIN ZONAS DE RIESGO EN LOS OBSTÁCULOS<br />
<strong>II</strong>I. RESULTADOS OBTENIDOS<br />
A continuación se presentan algunos <strong>de</strong> los resultados<br />
obtenidos mediante los algoritmos <strong>de</strong>sarrollados<br />
y que fueron ejecutados en la plataforma<br />
<strong>de</strong> pruebas.<br />
A. Planeamiento con Algoritmos Genéticos<br />
En las Figuras 8, 9 y 10 se presenta una serie<br />
<strong>de</strong> trayectorias generadas por el Algoritmo Genético<br />
con 3 obstáculos en diferentes posiciones y<br />
con diferentes tamaños <strong>de</strong> matriz para la emulación<br />
<strong>de</strong>l área física <strong>de</strong> trabajo.<br />
Byte<br />
000xxxxx<br />
001xxxxx<br />
010xxxxx<br />
011xxxxx<br />
100xxxxx<br />
101xxxxx<br />
110xxxxx<br />
111xxxxx<br />
Fuente:[6]<br />
TABLA IV<br />
Codificación para el envío por radiofrecuencia<br />
Descripción<br />
Horizontal <strong>de</strong>recha<br />
Diagonal inferior <strong>de</strong>recha<br />
Vertical inferior<br />
Diagonal inferior izquierda<br />
Horizontal izquierda<br />
Diagonal superior izquierda<br />
Vertical superior<br />
Diagonal superior <strong>de</strong>recha<br />
FIG. 8. CAMINO ExITOSO SIN ZONAS DE RIESGO EN LOS OBSTÁCULOS,<br />
GENERACIÓN 20<br />
Fuente:[6],[19]<br />
FIG. 10. CAMINO ExITOSO CON GRILLA DE 32 CELDAS, CONSIDERANDO<br />
ZONAS DE RIESGO, GENERACIÓN 205<br />
Fuente:[6],[19]<br />
B. Planeamiento con Campos <strong>de</strong> Potencial<br />
Para el algoritmo <strong>de</strong> campos <strong>de</strong> potencial se<br />
presenta en las Figuras 11, 12 y 13 los resultados<br />
al incrementar el número <strong>de</strong> los obstáculos <strong>de</strong>s<strong>de</strong><br />
1 hasta 6. En este caso el tamaño <strong>de</strong>l área <strong>de</strong> trabajo<br />
se mantuvo constante.<br />
FIG. 11. ALGORITMO DE CAMPOS DE POTENCIAL CON UN OBSTÁCULO<br />
Fuente:[6],[19]<br />
Fuente:[6]
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial para un robot móvil - Tibaduiza,<br />
Barrero, Martínez<br />
189<br />
FIG. 12. ALGORITMO DE CAMPOS DE POTENCIAL CON TRES OBSTÁCULOS<br />
Fuente:[6]<br />
FIG. 13. ALGORITMO DE CAMPOS DE POTENCIAL CON SEIS OBSTÁCULOS<br />
el número <strong>de</strong> generaciones y el tiempo <strong>de</strong> cálculo<br />
computacional. Esta relación permite usar el algoritmo<br />
genético en escenarios on-line para permitir<br />
una respuesta a<strong>de</strong>cuada que permita al móvil respon<strong>de</strong>r<br />
ante cambios en el espacio <strong>de</strong> trabajo. En<br />
este sentido, encontrar la mejor trayectoria suele<br />
requerir en algunos casos <strong>de</strong> elevados tiempos <strong>de</strong><br />
procesado (<strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> minutos), mientras que<br />
campos <strong>de</strong> potencial requiere siempre el mismo<br />
tiempo <strong>de</strong> procesado para una configuración <strong>de</strong><br />
espacio <strong>de</strong> trabajo <strong>de</strong>finida.<br />
Finalmente, para realizar una comparación<br />
entre las trayectorias obtenidas con los dos algoritmos<br />
se muestra en la Figura 14 el resultado<br />
<strong>de</strong> los algoritmos para una configuración con tres<br />
obstáculos. Como pue<strong>de</strong> observarse, ambos algoritmos<br />
logran ir <strong>de</strong> la posición <strong>de</strong> inicio a la posición<br />
final esquivando los obstáculos. La diferencia<br />
radica en el número <strong>de</strong> pasos <strong>de</strong>finidos para llegar<br />
al objetivo, en este caso en particular campos<br />
<strong>de</strong> potencial presenta una trayectoria más corta.<br />
FIG. 14. PLANEAMIENTO CON LOS DOS ALGORITMOS PARA UNAS MISMAS<br />
CONDICIONES DE ENTORNO (EN ROJO: CAMPOS DE POTENCIAL, EN<br />
Fuente:[6]<br />
NEGRO: ALGORITMOS GENÉTICOS)<br />
C. Análisis comparativo <strong>de</strong> los algoritmos<br />
Como pudo apreciarse en las Figuras anteriores,<br />
ambos algoritmos permiten realizar el planeamiento<br />
<strong>de</strong> trayectorias <strong>de</strong> manera satisfactoria. Al<br />
comparar las dos técnicas se pue<strong>de</strong>n resaltar los<br />
siguientes aspectos, el primero <strong>de</strong> ellos tiene que<br />
ver con la repetitividad <strong>de</strong> la trayectoria obtenida.<br />
Este aspecto es bastante relevante puesto que,<br />
por ejemplo, para el caso <strong>de</strong> un área <strong>de</strong> trabajo<br />
estática es posible obtener siempre la misma<br />
trayectoria mediante el algoritmo <strong>de</strong> campos <strong>de</strong><br />
potencial acá presentado, mientras que con algoritmos<br />
genéticos dada la aleatoriedad <strong>de</strong>l proceso<br />
se tienen resultados diferentes cada vez que se<br />
calcula la trayectoria con los mismos parámetros<br />
<strong>de</strong> entrada. El resultado, a su vez, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la<br />
configuración que se <strong>de</strong>fina en los parámetros<br />
<strong>de</strong>l algoritmo genético, obteniéndose trayectorias<br />
aceptables en diferentes números <strong>de</strong> generaciones<br />
para cada ejecución <strong>de</strong>l programa.<br />
Otro aspecto relevante correspon<strong>de</strong> al tiempo<br />
<strong>de</strong> cálculo <strong>de</strong> la trayectoria. En el caso <strong>de</strong>l algoritmo<br />
genético se <strong>de</strong>be buscar un equilibrio entre<br />
Fuente:[6]<br />
IV. TIEMPO DE LATENCIA<br />
Puesto que los algoritmos planteados para el<br />
caso <strong>de</strong> los entornos dinámicos recalculan la trayectoria<br />
<strong>de</strong> acuerdo a los cambios que se encuentren<br />
en el espacio <strong>de</strong> trabajo, es importante, para<br />
mostrar la viabilidad <strong>de</strong> su implementación, tener<br />
en cuenta los tiempos <strong>de</strong> procesamiento tanto <strong>de</strong>l<br />
sistema <strong>de</strong> visión artificial como el <strong>de</strong> los algorit-
190<br />
<strong>II</strong>TECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192<br />
mos <strong>de</strong> transmisión inalámbrica serial, ver Tablas<br />
V, VI y V<strong>II</strong>.<br />
Los datos <strong>de</strong> la Tabla V, VI y V<strong>II</strong> fueron obtenidos<br />
mediante un PC con las siguientes características:<br />
Sistema Operativo: Microsoft Windows xP Profesional<br />
versión 2002.<br />
Procesador: Pentium 4 <strong>de</strong> 1.50 Ghz.<br />
Memoria RAM: 256 MB.<br />
Para valorar los tiempos <strong>de</strong> ejecución <strong>de</strong> los<br />
programas basados en algoritmos genéticos y en<br />
campos <strong>de</strong> potencial en encontrar una trayectoria<br />
aceptable antes <strong>de</strong> su envío al robot móvil, se realizaron<br />
once ejecuciones <strong>de</strong> los algoritmos bajo<br />
las mismas condiciones. Las Tablas VI y V<strong>II</strong> muestran<br />
estos tiempos.<br />
Método<br />
Tiempo<br />
<strong>de</strong> latencia (s)<br />
TABLA V<br />
Tiempo <strong>de</strong> latencia <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> visión artificial<br />
Correlación<br />
Gradientes<br />
xyy hLS<br />
xyy hLS xyy hLS<br />
Adquisición 0.0735 0.0735 0.0735 0.0735 0.0735 0.0735<br />
Procesamiento 0.8108 0.3018 0.9926 0.1661 0.7742 0.3000<br />
Total 0.8821 0.3748 1.0643 0.2429 0.8515 0.3712<br />
Fuente:[6],[20]<br />
TABLA VI<br />
Tiempos computacionales para el a.g.<br />
TIEMPO POR GENERACIÓN EN SEGUNDOS<br />
TIEMPO TOTAL PARA OBTENER UNA RESPUESTA ÓPTIMA EN<br />
SEGUNDOS<br />
Fuente:[6],[19]<br />
0.054 9.2<br />
0.0071 4.3<br />
0.0069 2<br />
0.0067 4.7<br />
0.0058 12.2<br />
0.0063 5.1<br />
0.0078 0.8<br />
0.0076 4.6<br />
0.0063 9.6<br />
0.0065 7.9<br />
0.0062 11.2<br />
TABLA V<strong>II</strong><br />
Tiempos computacionales para campos <strong>de</strong> potencial<br />
TIEMPO TOTAL PARA OBTENER UNA RESPUESTA<br />
ÓPTIMA EN SEGUNDOS<br />
Fuente:[6]<br />
3.2<br />
Como pue<strong>de</strong> verse en las Tablas, los tiempos<br />
<strong>de</strong> cálculo son relativamente altos y según la aplicación<br />
podrían <strong>de</strong>tectar a tiempo si hay algún obstáculo<br />
en la trayectoria y recalcularla para llevar al<br />
móvil a su objetivo final.<br />
V. CONCLUSIONES<br />
Los algoritmos implementados, presentan<br />
buenos resultados en la búsqueda <strong>de</strong> trayectorias<br />
libres <strong>de</strong> colisión en un ambiente <strong>de</strong> trabajo previamente<br />
<strong>de</strong>finido. Para esto la plataforma <strong>de</strong>sa-
Planeamiento <strong>de</strong> caminos y trayectorias mediante algoritmos genéticos y campos <strong>de</strong> potencial para un robot móvil - Tibaduiza,<br />
Barrero, Martínez<br />
191<br />
rrollada y el algoritmo <strong>de</strong> visión jugaron un papel<br />
fundamental permitiendo comprobar que físicamente<br />
es posible implementar estos algoritmos<br />
y trabajar con ellos <strong>de</strong> manera on-line y off-line<br />
como se mostró con los tiempos <strong>de</strong> latencia.<br />
El planeamiento con algoritmos genéticos<br />
dados su función <strong>de</strong> coste y la forma como se<br />
codifica la trayectoria brinda excelentes resultados<br />
aunque estos no siempre se obtienen en<br />
la misma generación. Debido a su naturaleza<br />
aleatoria, el número <strong>de</strong> iteraciones necesarios<br />
para encontrar una solución no sólo es diferente,<br />
incluso para el mismo escenario, sino impre<strong>de</strong>cible,<br />
razón por la cual esta técnica no sería la<br />
más a<strong>de</strong>cuada, especialmente si la velocidad <strong>de</strong>l<br />
obstáculo móvil es elevada.<br />
Por otra parte, el planeamiento <strong>de</strong> trayectorias<br />
basado en campos <strong>de</strong> potencial es una alternativa<br />
sencilla y eficiente, que aunque, en esta<br />
investigación, no usó métodos <strong>de</strong> optimización<br />
para encontrar la mejor trayectoria, si permite<br />
por su simplicidad una rápida y fácil implementación.<br />
Únicamente es necesario asignar unos<br />
pesos a toda el área <strong>de</strong> trabajo para seguir las<br />
celdas con valores numéricos más pequeños y<br />
encontrar el punto <strong>de</strong> llegada.<br />
Es posible ejecutar el programa <strong>de</strong> planeamiento<br />
<strong>de</strong> trayectorias <strong>de</strong> campos <strong>de</strong> potencial<br />
para ambientes estáticos o para ambientes dinámicos,<br />
lo único que cambia en el algoritmo es<br />
la velocidad en la actualización <strong>de</strong> los datos y la<br />
velocidad <strong>de</strong>l procesamiento por parte <strong>de</strong> los<br />
sensores.<br />
El tamaño <strong>de</strong> la pista, el número <strong>de</strong> obstáculos,<br />
el punto <strong>de</strong> inicio y <strong>de</strong> llegada son ajustables<br />
en ambos algoritmos, lo que los hace más robustos<br />
y adaptables a cualquier terreno 2D.<br />
El usar zonas <strong>de</strong> riesgo en ambos algoritmos<br />
permitió que las trayectorias obtenidas manejaran<br />
una distancia con respecto a los obstáculos<br />
para evitar choques. La trayectoria obtenida en<br />
los dos algoritmos <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> básicamente <strong>de</strong> la<br />
<strong>de</strong>finición <strong>de</strong> las zonas <strong>de</strong> riesgo y <strong>de</strong>l tamaño<br />
<strong>de</strong>l móvil.<br />
Es posible hacer que cada elemento <strong>de</strong> la<br />
matriz represente un área <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la pista, así<br />
como también para el caso <strong>de</strong> terrenos pequeños<br />
hacer que cada coor<strong>de</strong>nada (x,y) corresponda<br />
a un elemento <strong>de</strong> la matriz.<br />
Cada vez que se evalúa hacia dón<strong>de</strong> se va a<br />
realizar el siguiente movimiento el algoritmo arroja<br />
la dirección para po<strong>de</strong>r ser enviada al móvil<br />
don<strong>de</strong> se interpretará y se ejecutará.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] Corecon AGV Systems. Disponible: http://www.coreconagvs.com/in<strong>de</strong>x.php.<br />
Consultada: Septiembre 30<br />
<strong>de</strong> 2011.<br />
[2] AMERDEN Inc. Disponible http://amer<strong>de</strong>n.com/in<strong>de</strong>x.html.<br />
Consultada: Septiembre 30 <strong>de</strong> 2011<br />
[3] Robótica <strong>de</strong> Servicios. Disponible: http://www.robotica<strong>de</strong>servicios.com/robots_transporte.html.<br />
Consultada:<br />
Septiembre 30 <strong>de</strong> 2011.<br />
[4] BBC News. Disponible: http://www.bbc. co.uk/<br />
news/10344849. Consultada: Septiembre 30 <strong>de</strong><br />
2011.<br />
[5] D.A. Tibaduiza, M. Anaya. “Campos <strong>de</strong> Potencial aplicados<br />
al planeamiento <strong>de</strong> caminos en robots móviles”.<br />
Revista <strong>de</strong> Ingeniería. Vol. 1 No. 3, Ene 2007.<br />
[6] D.A. Tibaduiza. “Planeamiento <strong>de</strong> Trayectorias <strong>de</strong> un<br />
robot móvil”. Trabajo <strong>de</strong> investigación <strong>de</strong> maestría.<br />
Directores: R. M. ´Ángel, J. Barrero. Universidad Industrial<br />
<strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r. 2006.<br />
[7] Anibal Ollero Baturone, Robótica, Manipuladores y robots<br />
móviles. Alfaomega, Marcombo, 2001.<br />
[8] R. Daily, D.M. Bevly. “Harmonic potential field path<br />
planning for high speed vehicles”. Proceedings of<br />
American Control Conference, 2008. Seatle, WA. ISSN:<br />
0743-1619.<br />
[9] C.W. Warren. “Global path planning using artificial potential<br />
fields”. Proceedings of IEEE International Conference<br />
on Robotics and Automation, 1989. Pp. 316-<br />
319. ISBN: 0-8186-1938-4.<br />
[10] H. xiaoxi. “Path Planning Based on Grid-Potential<br />
Fields”. Proceedings of International Conference on<br />
Computer Science and Software Engineering. 2008.<br />
Pp. 1114-1116.<br />
[11] Paul A. Vallejos, Javier Ruiz-<strong>de</strong>l-Solar, Alan Duvost.<br />
“Cooperative Strategy using Dynamic Role Assignment<br />
and Potential Fields Path Planning”. Proceedings of the<br />
1st IEEE Latin American Robotics Symposium – LARS<br />
2004, Mexico City, Mexico. October 28 – 29, 2004.<br />
[12] Laue, T., Röfer, T. (2005). Behavior Architecture for Autonomous<br />
Mobile Robots Based on Potential Fields”.<br />
In: 8th International Workshop on RoboCup 2004 (Robot<br />
World Cup SoccerGames and Conferences), Lecture<br />
Notes in Artificial Intelligence. Springer, im Erscheinen.
192<br />
<strong>II</strong>TECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 183 - 192<br />
[13] D.A. Tibaduiza, N. Chio. “Metodologías <strong>de</strong> campos <strong>de</strong><br />
potencial para el planeamiento <strong>de</strong> trayectorias <strong>de</strong> Robots<br />
Móviles”. Revista Colombiana <strong>de</strong> Computación,<br />
2008. Vol. 9. No. 2. Pp. 104-120.<br />
[14] G. Pajares, J. De la Cruz. “Visión por Computador: Imágenes<br />
Digitales y Aplicaciones”. Editorial Alfaomega.<br />
2002<br />
[15] D.A. Tibaduiza, R.M Ángel, Y. D. Amaya, J. Ruiz. “Localización<br />
Dinámica <strong>de</strong> Móviles y Obstáculos para Aplicaciones<br />
en Robótica”. Revista Colombiana <strong>de</strong> Computación.<br />
Vol. 8 No. 1. Pp. 93-120.<br />
[16] K. Suguihara, J. Smith. “Genetic Algorithms for Adaptative<br />
motion planning of an autonomous mobile robot”.<br />
Proceedings of IEEE International Symposium on Computational<br />
Intelligence in Robotics and Automation.<br />
1997.<br />
[17] K. Suguihara, J. Smith. “Genetic Algorithms for Adaptative<br />
Planning of Path and Trajectory of a Mobile Robot<br />
in 2D Terrain”. IEICE Transactions on Information and<br />
Systems. Vol. E82-D No. 1 pp. 309-317. 1999.<br />
[18] C. H. Torres, E. Y. Mendoza. Control <strong>de</strong> dos móviles en<br />
un entorno dinámico. Trabajo <strong>de</strong> grado, Directores:<br />
R. M. Ángel, D.A. Tibaduiza. Universidad Industrial <strong>de</strong><br />
Santan<strong>de</strong>r. 2006.<br />
[19] O. Navas, J. N. Ortiz. Algoritmos genéticos aplicados al<br />
planeamiento <strong>de</strong> trayectorias <strong>de</strong> un robot móvil. Trabajo<br />
<strong>de</strong> grado. Directores: R.M. Ángel, D.A. Tibaduiza.<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r, 2006.<br />
[20] Y. Amaya, J. Ruiz. Localización Dinámica <strong>de</strong> Móviles y<br />
Obstáculos para Aplicaciones en Robótica. Trabajo <strong>de</strong><br />
grado. Directores: R.M. Ángel, D.A. Tibaduiza. Universidad<br />
Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r, 2005.
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular<br />
propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
telefonía celular<br />
Aura Liliana Beltrán Blanco<br />
Ingeniera Electrónica<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Investigadora grupo RadioGIS UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
aura.beltran@radiogis.uis.edu.co<br />
homero Ortega Boada<br />
Ph.D. of Engineering Sciences<br />
Kyiv International University of Civil Aviation, Ucrania,<br />
Profesor Titular Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
homero.ortega@radiogis.uis.edu.co<br />
Celso Andrés Forero F.<br />
M.Sc.(c) Ingeniería área electrónica<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Investigador grupo RadioGIS UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
celso.forero@radiogis.uis.edu.co<br />
César Camilo Rodríguez S.<br />
M.Sc.(c) Ingeniería área electrónica<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Investigador grupo RadioGIS UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
cesar.rodriguez@radiogis.uis.edu.co<br />
Resumen— Una <strong>de</strong> las principales necesida<strong>de</strong>s, actualmente<br />
en Colombia, tiene lugar en el proceso <strong>de</strong> planeación<br />
<strong>de</strong> re<strong>de</strong>s inalámbricas, por lo cual mediante el<br />
proyecto Gisgerram se busca crear un servicio <strong>de</strong> telecomunicaciones<br />
que permita la planificación <strong>de</strong> re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> antenas celulares a través <strong>de</strong> un servidor remoto. Sin<br />
embargo, para po<strong>de</strong>r lograrlo es necesaria primero la<br />
verificación <strong>de</strong> las herramientas que serán usadas para<br />
este servicio. Dentro <strong>de</strong> este macroproyecto se <strong>de</strong>sarrolló<br />
el CellGis, en este artículo se <strong>de</strong>scribe la validación<br />
<strong>de</strong> dicha herramienta en la región andina, mediante la<br />
ejecución <strong>de</strong> campañas <strong>de</strong> medición real <strong>de</strong> potencia en<br />
4 zonas <strong>de</strong> Bucaramanga, y el contraste con las simulaciones<br />
arrojadas por CellGis con el fin <strong>de</strong> analizar el funcionamiento<br />
<strong>de</strong>l simulador <strong>de</strong> radiopropagación con el<br />
algoritmo AndinoUis implementado, lo cual permitió la<br />
<strong>de</strong>ducción <strong>de</strong> falencias. De esta forma, se realizaron las<br />
modificaciones necesarias para la correcta utilización<br />
<strong>de</strong>l patrón <strong>de</strong> radiación, mediante las mediciones se <strong>de</strong>terminaron<br />
algunos efectos que el algoritmo no tiene en<br />
cuenta, <strong>de</strong> forma que en trabajos futuros se puedan programar<br />
e implementar nuevos algoritmos que incluyan<br />
dichos factores. Paralelamente, se tomaron mediciones<br />
<strong>de</strong> radiación no ionizante en diferentes zonas <strong>de</strong> Bucaramanga,<br />
y posteriormente se verificaron los valores obtenidos<br />
con las normas que regulan la exposición con el<br />
fin <strong>de</strong> comprobar su <strong>de</strong>bido cumplimiento.<br />
Palabras clave— CellGis, Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Propagación AndinoUIS,<br />
Radiación no Ionizante, Radio propagación, Servicio<br />
<strong>de</strong> Telecomunicaciones.<br />
Abstract— One of the principal needs nowadays in colombia<br />
is in the field of wireless network planning, given<br />
this situation the gisgerram project has the aim to create<br />
a telecommunications service that allows network<br />
planning from cellular antennas via a remote server,<br />
however to be able to achieve this, it is necessary first<br />
to verify the tools that will be used for this service. cellgis<br />
was <strong>de</strong>veloped within this macro-project , therefore,<br />
this article <strong>de</strong>scribes the validation of that tool in the andina<br />
region, measurement campaigns were conducted<br />
in 4 <strong>bucaramanga</strong>’s zones, and by comparing them with<br />
the simulations in cellgis ,the functioning of the stimulator<br />
of the radio propagation was analyzed with the implemented<br />
andinouis algorithm, where the shortcomings<br />
were <strong>de</strong>tected and the adjustments were ma<strong>de</strong> through<br />
plugin-improvements, so that the algorithms which inclu<strong>de</strong><br />
the <strong>de</strong>scribed factors could be programmed and<br />
implemented in future assignments, radiation measurements<br />
were conducted in some <strong>bucaramanga</strong>’s zones,<br />
then the values obtained were were checked with the<br />
rules governing the exposure, with the purpose of to verifying<br />
its compliance.<br />
Keywords— CellGis, Non-Ionizing Radiation, Propagation<br />
Mo<strong>de</strong>l AndinoUIS, Radio propagation, Telecommunication<br />
Service.<br />
INTRODUCCIÓN<br />
Este artículo está motivado por un trabajo<br />
realizado con el fin <strong>de</strong> implementar correctamente<br />
un algoritmo <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> propagación<br />
AndinoUIS, <strong>de</strong>sarrollado por el grupo RadioGis<br />
<strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r [1],<br />
[2], sobre la herramienta <strong>de</strong> planeación <strong>de</strong> re<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> radio <strong>de</strong>nominada CellGis, <strong>de</strong>sarrollada por el<br />
grupo I2T <strong>de</strong> la Universidad ICESI [3]. El mo<strong>de</strong>lo<br />
es un aporte a las simulaciones que se realizan<br />
en las ciuda<strong>de</strong>s ubicadas en la región Andina, caracterizadas<br />
por un relieve montañoso. CellGis es<br />
una herramienta que exige la implementación en<br />
Java <strong>de</strong> los algoritmos para los mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> propagación.<br />
Para el caso <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo AndinoUIS, la<br />
implementación en Java se <strong>de</strong>scribe en [4], cuyo<br />
Recibido: 25/06/2011/ Aceptado: 04/10/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203
194<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203<br />
trabajo referenciado no presenta una validación<br />
completa con mediciones reales. Por esta razón,<br />
se busca no sólo <strong>de</strong>scribir el mo<strong>de</strong>lo AndinoUIS,<br />
su implementación sobre CellGis, sino también<br />
su validación en una red real gracias al apoyo <strong>de</strong>l<br />
operador TIGO. Finalmente, se comprueba la viabilidad<br />
<strong>de</strong> usar el Algoritmo AndinoUIS <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
la herramienta CellGis.<br />
La importancia <strong>de</strong> este trabajo es in<strong>de</strong>pendiente<br />
<strong>de</strong> CellGis, ya que el algoritmo propuesto<br />
pue<strong>de</strong> implementarse en cualquier otra herramienta<br />
<strong>de</strong> simulación <strong>de</strong> radiopropagación. Se<br />
<strong>de</strong>scribe el mo<strong>de</strong>lo AndinoUis, <strong>de</strong> igual forma,<br />
se <strong>de</strong>muestra su vali<strong>de</strong>z y se brindan resultados<br />
que reflejan lo que pue<strong>de</strong> esperarse <strong>de</strong> su implementación<br />
para simular la radiopropagación en<br />
ciuda<strong>de</strong>s con relieve ondulado como ocurre en la<br />
región andina.<br />
<strong>II</strong>. hERRAMIENTA CELLGIS<br />
CellGis es una herramienta <strong>de</strong>sarrollada en<br />
el lenguaje Java y basada en Sistemas <strong>de</strong> Información<br />
Geográfica (GIS), que permite probar e<br />
introducir diversos mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> radiopropagación<br />
para la simulación <strong>de</strong> coberturas <strong>de</strong> potencia<br />
a partir <strong>de</strong> información geográfica que se carga<br />
digitalmente en un GIS. Es un sistema para<br />
planificación <strong>de</strong> re<strong>de</strong>s celulares que brinda al<br />
usuario la posibilidad <strong>de</strong> generar un archivo <strong>de</strong><br />
proyecto con la configuración <strong>de</strong> la red celular.<br />
Es totalmente transportable entre plataformas y<br />
equipos don<strong>de</strong> esté instalado el sistema, ocupa<br />
muy poco espacio en disco <strong>de</strong>bido al uso <strong>de</strong>l estándar<br />
ZIP16 que comprime los datos, y reduce<br />
el tamaño <strong>de</strong> los archivos que genera. Durante<br />
dos años, se ha trabajado en el proyecto CellGis,<br />
la herramienta incorpora manejador <strong>de</strong> cartografía<br />
avanzado. Igualmente, se ha incorporado un<br />
algoritmo para la estimación <strong>de</strong> niveles <strong>de</strong> radiación<br />
no ionizante, según la norma ITU-T K.52.<br />
El principal objetivo <strong>de</strong> la aplicación es permitir<br />
al usuario crear una o varias re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> transmisores<br />
<strong>de</strong> comunicación inalámbrica representadas<br />
como puntos ubicados sobre un mapa; para<br />
luego, por medio <strong>de</strong> algoritmos especiales que<br />
representa a los mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> propagación, pre<strong>de</strong>cir<br />
el nivel <strong>de</strong> señal originado por esta(s) red(es),<br />
y <strong>de</strong>splegar los resultados gráficamente (Figura<br />
1) o en forma <strong>de</strong> archivo.<br />
FIG. 1. INTERFAZ HERRAMIENTA CELLGIS<br />
EL MODELO ANDINOUIS<br />
El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> propagación AndinoUIS es un<br />
aporte <strong>de</strong>l grupo RadioGis en cooperación con<br />
el grupo I2T que combina el mo<strong>de</strong>lo COST231,<br />
una modificación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo Walfisch-Ikegami<br />
y elementos <strong>de</strong> la Teoría <strong>de</strong> Difracción Uniforme<br />
(UTD) para tener en cuenta fenómenos particulares<br />
<strong>de</strong>tectados en ciuda<strong>de</strong>s ubicadas en terreno<br />
con ondulaciones, característico <strong>de</strong> ciuda<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
la región andina. El nivel <strong>de</strong> predicción dado por el<br />
mo<strong>de</strong>lo COST231-Walfisch-Ikegami es mejorado<br />
según parámetros adicionales que consi<strong>de</strong>ran los<br />
fenómenos <strong>de</strong> Difracción en la propagación establecidos<br />
en la Recomendación P. 526 <strong>de</strong> la Unión<br />
Internacional <strong>de</strong> Telecomunicaciones (ITU).<br />
A. Formulación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo AndinoUIS<br />
Al igual que el COST231-Walfisch-Ikegami, el<br />
mo<strong>de</strong>lo AndinoUis distingue entre situaciones <strong>de</strong><br />
línea <strong>de</strong> vista (LOS) y sin línea <strong>de</strong> vista (NLOS) [2].<br />
• Caso <strong>de</strong> LOS: En este caso la frecuencia y la<br />
distancia son los parámetros importantes al<br />
momento <strong>de</strong> calcular las pérdidas en el espacio<br />
libre, las distancias a consi<strong>de</strong>rar <strong>de</strong>ben ser<br />
mayores a 20m (d es expresada en Km y f en<br />
MHz).<br />
L(dB)=42.6+26log(d)+20log(f)<br />
• Caso <strong>de</strong> NLOS: En este caso el mo<strong>de</strong>lo tiene<br />
en cuenta pérdidas por espacio libre (Lo),<br />
pérdidas por difracción <strong>de</strong> múltiples filos <strong>de</strong><br />
cuchillo antes <strong>de</strong>l techo <strong>de</strong>l último edificio<br />
(Lmsd), pérdidas ocasionadas por el techo<br />
<strong>de</strong>l último edificio y un proceso <strong>de</strong> dispersión
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> telefonía celular - Beltrán, Ortega,<br />
Forero, Rodríguez<br />
195<br />
ocurrido a esta altura (Lrts) y pérdidas por difracción<br />
en los cruces <strong>de</strong> calles (Lcv).<br />
La formulación UTD está dada por:<br />
L b<br />
=L 0<br />
+L rts<br />
+L msd<br />
para L rts<br />
+L msd<br />
>0<br />
En las pérdidas por espacio Libre (Lo) sólo es<br />
relevante la frecuencia <strong>de</strong> transmisión y la distancia<br />
mínima entre transmisor-receptor.<br />
B. Difracción <strong>de</strong> Convergencia <strong>de</strong> Vías:<br />
Una convergencia <strong>de</strong> vías correspon<strong>de</strong> al área<br />
<strong>de</strong> intercepción <strong>de</strong> dos calles/ carreras en un entorno<br />
urbano o un entorno formado por un conjunto<br />
<strong>de</strong> esquinas (Figura 2), el número <strong>de</strong> esquinas<br />
lo <strong>de</strong>termina la forma <strong>de</strong> la vía. Existen dos formas<br />
básicas que son en forma <strong>de</strong> cruz (cuatro esquinas)<br />
o en forma <strong>de</strong> T (dos esquinas).<br />
FIG 2. CONVERGENCIA DE VÍAS<br />
e UTD<br />
: Magnitud <strong>de</strong> campo en el punto receptor<br />
e 0<br />
: Magnitud <strong>de</strong> campo <strong>de</strong> la fuente<br />
S 1<br />
: Distancia fuente a la esquina <strong>de</strong> difracción<br />
S 2<br />
: Distancia <strong>de</strong> esquina <strong>de</strong> difracción a punto<br />
receptor<br />
k: Número <strong>de</strong> onda<br />
D║┴: Coeficiente <strong>de</strong> difracción.<br />
La Teoría <strong>de</strong> la Difracción Uniforme proporciona<br />
una herramienta efectiva para pre<strong>de</strong>cir la<br />
difracción en las convergencias <strong>de</strong> vías. Sin embargo,<br />
su implementación sólo se logra en programas<br />
<strong>de</strong> predicción basados en el trazado <strong>de</strong><br />
rayos (ray-tracing) como por ejemplo, el CRC- Predicts,<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo AndinoUis no pue<strong>de</strong> ser<br />
implementado a cabalidad. Por esta razón en el<br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo AndinoUis se establece un<br />
replanteamiento <strong>de</strong> la forma básica <strong>de</strong> la formulación<br />
UTD, al consi<strong>de</strong>rar que se cuenta con una<br />
herramienta <strong>de</strong> planificación que maneja base <strong>de</strong><br />
datos tipo Raster y que no se trabaja con <strong>de</strong>terminado<br />
tipo <strong>de</strong> información como por ejemplo, las<br />
propieda<strong>de</strong>s eléctricas <strong>de</strong>l material <strong>de</strong> construcción<br />
<strong>de</strong> los edificios.<br />
Con esto se <strong>de</strong>fine:<br />
Fuente [2].<br />
Para mo<strong>de</strong>lar el comportamiento <strong>de</strong> la señal<br />
en dichas áreas, se parte <strong>de</strong>l análisis <strong>de</strong> Difracción<br />
en esquinas establecido por la Teoría <strong>de</strong> Difracción<br />
Uniforme (UTD), como se observa en la<br />
Figura 3. En esta figura se evi<strong>de</strong>ncia la geometría<br />
que se tiene en cuenta para los cálculos <strong>de</strong>l campo<br />
en el punto receptor.<br />
Fuente [2]<br />
FIG. 3. GEOMETRÍA BÁSICA DE DIFRACCIÓN EN ESQUINAS<br />
C. Mol<strong>de</strong>amiento <strong>de</strong>l terreno<br />
Para realizar el mo<strong>de</strong>lamiento <strong>de</strong> un entorno<br />
<strong>de</strong>bemos tener en cuenta la disposición <strong>de</strong> los<br />
obstáculos a lo largo <strong>de</strong> las trayectorias o rutas<br />
<strong>de</strong> la línea directa entre transmisor y receptor,<br />
se caracteriza <strong>de</strong> la mejor manera el impacto<br />
que ocasiona en factor <strong>de</strong>l <strong>de</strong>svanecimiento<br />
<strong>de</strong> la magnitud <strong>de</strong> la señal. Para calcular las<br />
pérdidas que ocasionan dichos obstáculos, se<br />
suele i<strong>de</strong>alizar su forma. En la radiopropagación<br />
existen dos técnicas muy conocidas que son:<br />
Difracción por filos <strong>de</strong> cuchillo y Difracción por<br />
cilindros.<br />
• Mo<strong>de</strong>lamiento <strong>de</strong>l terreno mediante el Método<br />
<strong>de</strong> Difracción por Filo <strong>de</strong> Cuchillos:
196<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203<br />
En esta aproximación, el obstáculo ya sea un<br />
edificio o una prolongación <strong>de</strong>l terreno (i.e. colina),<br />
es aproximado a un filo <strong>de</strong> cuchillo, es <strong>de</strong>cir,<br />
el obstáculo es consi<strong>de</strong>rado como media pantalla<br />
absorbente, tal como se muestra en la Figura 4. El<br />
mecanismo <strong>de</strong> difracción en este tipo <strong>de</strong> elementos<br />
representa un caso particular <strong>de</strong> la difracción<br />
por filos y esquinas.<br />
FIG. 4. MÉTODO DE DIFRACCIÓN POR FILOS DE CUCHILLO<br />
en un error significativo. Por tanto, se plantea la<br />
aplicación <strong>de</strong> la difracción por múltiple filo <strong>de</strong><br />
cuchillos y se referencian las alturas <strong>de</strong> los obstáculos<br />
respecto al receptor, aplicándolas en el<br />
mo<strong>de</strong>lo Andino UIS, quien presenta variaciones<br />
en las fórrmulas <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo COST231-Walfisch-<br />
Ikegami, quien fue planteado basándose en la<br />
aplicación <strong>de</strong> la difracción por filos <strong>de</strong> cuchillo<br />
[2].<br />
IV. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE<br />
VALIDACIÓN DE CELLGIS<br />
Fuente [2]<br />
Existen varias aproximaciones <strong>de</strong> filos <strong>de</strong> cuchillos,<br />
entre ellas se <strong>de</strong>staca el método <strong>de</strong> Deygout,<br />
la corrección <strong>de</strong> Causebrook y el método <strong>de</strong> Giovanelli<br />
[6]. Sin embargo, para calcular las pérdidas<br />
por propagación sobre un entorno <strong>de</strong> terreno<br />
irregular, se suele emplear análisis <strong>de</strong> difracción<br />
múltiple mediante la Integral para Múltiples Filos<br />
<strong>de</strong> Cuchillos Difractores, empleada también en<br />
el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> otros mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> propagación,<br />
por ejemplo, el mo<strong>de</strong>lo Walfisch-Bertoni y el ya<br />
mencionado mo<strong>de</strong>lo COST231-Walfisch-Ikegami<br />
[7],[8].<br />
D. Consi<strong>de</strong>raciones planteadas por el Mo<strong>de</strong>lo<br />
Andino UIS<br />
Las características <strong>de</strong> la topografía presente<br />
en nuestra región conduce al algoritmo a tener<br />
en cuenta las irregularida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l terreno. Los<br />
sistemas Outdoor <strong>de</strong> microceldas diseñados<br />
para zonas urbanas poseen radios <strong>de</strong> cobertura<br />
menor <strong>de</strong> un km <strong>de</strong> distancia y al ubicarnos en<br />
una zona urbana, encontramos una <strong>de</strong>nsidad<br />
<strong>de</strong> edificios bastante consi<strong>de</strong>rable, a esto se<br />
le suma las características <strong>de</strong>l terreno, lo que<br />
representa obstáculos entre la línea <strong>de</strong> vista<br />
(LOS) <strong>de</strong>l transmisor y el receptor.<br />
Al consi<strong>de</strong>rar lo anterior se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir que<br />
la predicción <strong>de</strong> las pérdidas <strong>de</strong> propagación<br />
son establecidas por una altura promedio <strong>de</strong> los<br />
obstáculos como se establece en los análisis<br />
presentados por Lee en don<strong>de</strong> se plantea que<br />
las variaciones <strong>de</strong> terreno <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un área<br />
menor a un km pue<strong>de</strong> ser omitidas sin incurrir<br />
Los procesos <strong>de</strong> validación son sistemas <strong>de</strong><br />
aseguramiento <strong>de</strong> la calidad mediante los cuales<br />
se <strong>de</strong>muestra si un proceso conduce a resultados<br />
consistentes <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> las especificaciones<br />
pre<strong>de</strong>terminadas. El proceso <strong>de</strong> validación<br />
se lleva a cabo mediante sub-procesos:<br />
Se inicia con las activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> pre-validación<br />
las cuales consisten en la recopilación <strong>de</strong><br />
la información relacionada con el proceso, se<br />
<strong>de</strong>termina la instrumentación que se va a utilizar<br />
y luego se <strong>de</strong>fine la metodología aplicada.<br />
Posteriormente se efectúa el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />
la validación, durante esta fase se recopilan las<br />
muestras <strong>de</strong> niveles <strong>de</strong> potencia y se obtienen<br />
las simulaciones respectivas para po<strong>de</strong>r hacer<br />
los análisis correspondientes.<br />
Finalmente se da un concepto <strong>de</strong> aceptación<br />
o rechazo, así como conclusiones y las recomendaciones,<br />
para realizar ajustes en caso <strong>de</strong><br />
que exista la necesidad.<br />
V. ACTIVIDADES DE PRE-VALIDACIÓN y<br />
DEFINICIÓN DE VARIABLES DE INTERéS<br />
A. Selección <strong>de</strong> la instrumentación medición<br />
espectro<br />
En las campañas <strong>de</strong> medición realizada se<br />
hace uso <strong>de</strong> diferente instrumentación:<br />
Para las dos primeras zonas se dispuso <strong>de</strong>l<br />
equipo <strong>de</strong> Drive Test con el que cuenta la Universidad<br />
Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r que está compuesto<br />
por: Analizador <strong>de</strong> Espectros R&S ZVL6,<br />
receptor GPS, par <strong>de</strong> antenas omnidireccionales<br />
mo<strong>de</strong>lo HG1911U-PRO con 11 [dBi], generador<br />
<strong>de</strong> señales ROHDE&SCHWARZ. Como se<br />
visualiza en la Figura 5.
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> telefonía celular - Beltrán, Ortega,<br />
Forero, Rodríguez<br />
197<br />
FIG. 5. EQUIPOS DE MEDICIÓN<br />
Sin embargo, con el fin <strong>de</strong> minimizar errores<br />
en los valores, y gracias al apoyo <strong>de</strong> la empresa<br />
TIGO, se trazaron dos rutas más con software<br />
<strong>de</strong> alta calidad prestados por la empresa.<br />
B. Metodología <strong>de</strong> medición espectro<br />
Se basa en las recomendaciones UIT y IEEE.<br />
• Selección <strong>de</strong> Equipos: Se basó tanto en la<br />
facilidad <strong>de</strong> su préstamo como en la necesidad<br />
<strong>de</strong> medición requerida.<br />
• Elección <strong>de</strong> las zonas: Para las dos primeras<br />
zonas medidas, <strong>de</strong>bido a que se genera<br />
la señal en la banda <strong>de</strong> telefonía móvil, se<br />
requirieron zonas en don<strong>de</strong> al generar la<br />
seña existiera las características necesarias<br />
para que la antena irradie <strong>de</strong> forma correcta.<br />
Para la zona 3 y 4 se hizo basados<br />
en la información <strong>de</strong> antenas Tigo suministradas<br />
por la empresa. Para la elección <strong>de</strong><br />
zonas se tienen en cuenta variables como:<br />
accesibilidad, disponibilidad <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> la<br />
antena transmisora, tipo <strong>de</strong> terreno, entre<br />
otras.<br />
• Definición <strong>de</strong>l Plan <strong>de</strong> Medición: Se seleccionan<br />
los parámetros más relevantes para<br />
el Drive Test a realizar como cantidad <strong>de</strong><br />
estaciones a medir, Frecuencia Central,<br />
Span, RVW, otros.<br />
• Ejecución <strong>de</strong> la campaña <strong>de</strong> medición: Se<br />
realiza la instalación y conexión <strong>de</strong> equipos<br />
en el vehículo, luego la revisión <strong>de</strong> carga <strong>de</strong><br />
batería <strong>de</strong> los instrumentos y finalmente a<br />
la ejecución <strong>de</strong> las mediciones como tal.<br />
C. Variables <strong>de</strong> Interés<br />
Entre el transmisor y el receptor, el canal inalámbrico<br />
se mo<strong>de</strong>la mediante varios parámetros<br />
claves, los que tienen relevancia en este trabajo<br />
son: tipo <strong>de</strong> terreno, climatología <strong>de</strong> la zona, altura<br />
<strong>de</strong> las antenas, obstáculos, PIRE, patrón <strong>de</strong><br />
radiación <strong>de</strong> las antenas, entorno topográfico. La<br />
altura <strong>de</strong> los obstáculos en función <strong>de</strong> la posición<br />
<strong>de</strong>l receptor es el parámetro que implica que la<br />
primera zona <strong>de</strong> Fresnel sea o no obstruida, <strong>de</strong><br />
esto <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> que existan o no pérdidas consi<strong>de</strong>rables<br />
en la intensidad <strong>de</strong> campo.<br />
Según los análisis presentados por Lee, las<br />
variaciones <strong>de</strong>l terreno <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un área menor<br />
a un km pue<strong>de</strong>n ser omitidas sin incurrir en<br />
gran<strong>de</strong>s rangos <strong>de</strong> errores. Así, las áreas han sido<br />
previamente seleccionadas <strong>de</strong> manera que cumplan<br />
con las características necesarias para poner<br />
a prueba la efectividad <strong>de</strong> la herramienta con<br />
el mo<strong>de</strong>lo AndinoUis. Se seleccionaron para ello<br />
zonas urbanas sobre colinas, zonas <strong>de</strong> <strong>de</strong>nsidad<br />
urbana con clara <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> convergencias <strong>de</strong><br />
vías, aledañas a parques y con gran arborización,<br />
entre otras.<br />
VI. DESARROLLO DE LA VALIDACIÓN<br />
A. Mediciones <strong>de</strong> espectro en la banda <strong>de</strong><br />
telefonía<br />
En este tópico se tiene gran interés por tener<br />
datos confiables <strong>de</strong> los resultados obtenidos <strong>de</strong><br />
una medición, mitigar los errores que puedan existir<br />
en la toma <strong>de</strong> la medida y garantizar la repetitividad<br />
<strong>de</strong> la variable en cuestión. Por lo tanto, para<br />
eliminar los efectos <strong>de</strong> <strong>de</strong>svanecimientos rápidos<br />
se <strong>de</strong>termina el nivel <strong>de</strong> señal recibido mediante<br />
el promedio <strong>de</strong> al menos dos mediciones sobre<br />
un mismo sector en diferente día y horario.<br />
El sistema completo es compuesto por 4 estaciones<br />
base ubicadas en puntos específicos <strong>de</strong> la<br />
Ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga: San Francisco, La Concordia,<br />
Sotomayor y el Prado abarcando diferentes<br />
tipos <strong>de</strong> terreno. A lo largo <strong>de</strong> las dos primeras zonas<br />
se genera una señal portadora, por medio <strong>de</strong><br />
un generador <strong>de</strong> señales a una frecuencia dada,<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la banda <strong>de</strong> telefonía y con <strong>de</strong>terminada<br />
potencia, conectado a una antena que servirá<br />
<strong>de</strong> transmisora, al mismo tiempo, en un vehículo<br />
dotado con el analizador <strong>de</strong> espectros y una an-
198<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203<br />
tena receptora se hace un recorrido con el fin<br />
<strong>de</strong> capturar la señal en diferentes sitios. Con<br />
la información aportada por el operador <strong>de</strong> telefonía<br />
móvil TIGO <strong>de</strong> las antenas ubicadas en<br />
algunos sectores <strong>de</strong> Bucaramanga, se realizó<br />
un estudio en otros dos sectores <strong>de</strong> la ciudad<br />
en la banda <strong>de</strong> telefonía <strong>de</strong>l operador.<br />
Es importante tener en cuenta que los valores<br />
arrojados por el analizador <strong>de</strong> espectros<br />
no pue<strong>de</strong>n ser contrastados directamente con<br />
las simulaciones que se realizan, pues el dato<br />
que se toma <strong>de</strong>l analizador ya ha pasado tanto<br />
por la antena como por el cable que conecta<br />
dicha antena al analizador, y nuestro interés radica<br />
en conocer la potencia antes <strong>de</strong> la antena<br />
receptora. Por lo tanto, es necesario aplicar la<br />
siguiente aproximación:<br />
Valor real = Valor medido - Ganancia antena<br />
+ Pédidas <strong>de</strong>l cable<br />
En una fase previa <strong>de</strong> caracterización <strong>de</strong> las<br />
antenas y <strong>de</strong> los cables utilizados se generó<br />
una tabla <strong>de</strong> correspon<strong>de</strong>ncia entre frecuencia<br />
y pérdidas <strong>de</strong> cable. Para la banda <strong>de</strong> telefonía<br />
móvil se encontró que dichas pérdidas son <strong>de</strong><br />
0,47 [dB]. La ganancia <strong>de</strong> la antena que <strong>de</strong>be<br />
tenerse en cuenta al momento <strong>de</strong> realizar el<br />
cálculo <strong>de</strong>l enlace en nuestro caso fue <strong>de</strong> 11<br />
[dBi]. Para las zonas 3 y 4 en don<strong>de</strong> se midieron<br />
las antenas <strong>de</strong> Tigo, lo relevante eran las<br />
pérdidas In Car (por el uso <strong>de</strong> un auto) <strong>de</strong> 6<br />
[dBm].<br />
B. Simulación <strong>de</strong> espectro<br />
Las simulaciones se efectúan sobre un mapa<br />
ráster <strong>de</strong> la ciudad <strong>de</strong> Bucaramanga <strong>de</strong> tipo<br />
ASC<strong>II</strong>. CellGis cuenta por <strong>de</strong>fecto un patrón <strong>de</strong><br />
radiación Isotrópico, que mo<strong>de</strong>la una antena<br />
i<strong>de</strong>al que radia potencia con ganancia unitaria<br />
uniforme en todas las direcciones, sin embargo,<br />
se sabe que las antenas utilizadas en la práctica<br />
no son isotrópicas, por lo cual se <strong>de</strong>cidió<br />
mejorar la versión con que se inició el proyecto<br />
y realizar una modificación para integrar el<br />
patrón <strong>de</strong> radiación <strong>de</strong> la antena. Tal como se<br />
muestra en la Figura 6, la interfaz gráfica <strong>de</strong><br />
CellGis en su parte inferior izquierda, muestra<br />
las coor<strong>de</strong>nadas en unida<strong>de</strong>s UTM-Bogotá y la<br />
potencia en el punto.<br />
Para generar la simulación <strong>de</strong>ben crearse los<br />
enlaces o sites, en los cuales <strong>de</strong>bemos aportar información<br />
<strong>de</strong> las alturas tanto <strong>de</strong> la antera transmisora<br />
como receptora. Posteriormente, se crean<br />
los sectores pertenecientes a cada site, cada sector<br />
nos pedirá el pire en [dBm], la frecuencia en<br />
[MHZ], es <strong>de</strong>cir, un sector contiene la información<br />
<strong>de</strong>l transmisor. Posteriormente se adiciona un<br />
site, es <strong>de</strong>cir se selecciona el lugar don<strong>de</strong> será localizada<br />
la estación base.<br />
Para planificar correctamente las re<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
celular mediante Cellgis es necesario contar con<br />
gran cantidad <strong>de</strong> información específica <strong>de</strong> las antenas,<br />
como lo son altura <strong>de</strong> la antena, altura <strong>de</strong><br />
la torre, referencia <strong>de</strong> la antena, pire, ganancia,<br />
azimut y tilt, entre otras.<br />
FIG. 6. VISUALIZACIÓN DEL VALOR DE POTENCIA<br />
Para el proyecto fueron usados dos patrones<br />
<strong>de</strong> radiación diferente <strong>de</strong> la siguiente forma:<br />
• San Francisco y La Concordia: Antena Omnidireccional<br />
• Sotomayor y El Prado: Antena <strong>de</strong> Polarización<br />
Cruz 65 referencia 742 212/ APx18 <strong>de</strong> Kathrein<br />
Mobilcom Brasil.<br />
Así se crearon mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> los dos tipos <strong>de</strong> antenas<br />
que se usaron en este proyecto en forma <strong>de</strong><br />
un archivo <strong>de</strong> 360 filas por 90 columnas en el que<br />
cada celda tiene información específica.<br />
El análisis que se <strong>de</strong>scribe a continuación se<br />
soportó en dos tipos <strong>de</strong> simulaciones, una con<br />
el patrón <strong>de</strong> antena que viene por <strong>de</strong>fecto en el<br />
CellGis (Isotrópica) y otra con el patrón real <strong>de</strong> la<br />
antena. Esto con el fin <strong>de</strong> comprobar que el AndinoUis<br />
presenta mejores resultados en la práctica<br />
que los <strong>de</strong>scritos en trabajos anteriores<br />
C. Análisis<br />
Se realiza el análisis comparativo tanto gráfico<br />
como estadístico <strong>de</strong> los resultados <strong>de</strong> la cobertu-
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> telefonía celular - Beltrán, Ortega,<br />
Forero, Rodríguez<br />
199<br />
ra generada en las respectivas simulaciones y las<br />
mediciones tomadas. El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> propagación<br />
se experimentó en las frecuencias <strong>de</strong> la banda <strong>de</strong><br />
telefonía móvil, alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 1900 [MHz], por ser<br />
la banda <strong>de</strong> TIGO. La cantidad <strong>de</strong> muestras recolectadas<br />
tanto en simulación como en mediciones<br />
<strong>de</strong> campo son bastante extensas, por esta razón<br />
sólo se comentan los datos más relevantes y los<br />
que surgen <strong>de</strong> su análisis. Se utilizaron cerca <strong>de</strong><br />
10.104 puntos <strong>de</strong> medición, cada medición ejecutada<br />
en dos diferentes jornadas.<br />
Para cada uno <strong>de</strong> los sectores se realiza un<br />
estudio estadístico que implica un análisis <strong>de</strong><br />
varianza. En este caso el estudio realizado es el<br />
ANOVA mediante el cual se pue<strong>de</strong> corroborar si los<br />
valores obtenidos experimentalmente y los simulados<br />
varían significativamente, <strong>de</strong> igual forma se<br />
procedió a obtener la diferencia entre las mediciones<br />
y las simulaciones. El análisis ANOVA para las<br />
4 zonas arrojó resultados similares que corroboró<br />
las capacida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular<br />
niveles <strong>de</strong> potencia en la zona andina, mediante<br />
el algoritmo AndinoUis.<br />
• Con el fin <strong>de</strong> valorar el efecto <strong>de</strong> la implementación<br />
<strong>de</strong> los patrones <strong>de</strong> radiación <strong>de</strong>sarrollada<br />
en este trabajo, se realizaron validaciones<br />
<strong>de</strong> dos tipos:<br />
• Validación tipo 1: se usa el patrón <strong>de</strong> radiación<br />
que trae el CellGis por <strong>de</strong>fecto, es <strong>de</strong>cir,<br />
Isotrópico.<br />
• Validación tipo 2: Se usa el patrón real <strong>de</strong> la<br />
antena introducido como parte <strong>de</strong>l trabajo <strong>de</strong>sarrollado.<br />
1) Zona 1 San Francisco:<br />
Es importante <strong>de</strong>stacar que una <strong>de</strong> las características<br />
propias <strong>de</strong> la zona y las 5 rutas realizadas<br />
para este Barrio, fue contar con condiciones<br />
topográficas casi uniformes (terreno semiplano),<br />
casi todo el trayecto contaba con Línea <strong>de</strong> Vista<br />
(LOS) hacia la estación Base BS1, <strong>de</strong>bido a la<br />
poca presencia <strong>de</strong> edificios, es un sector <strong>de</strong> gran<br />
recurrencia pues encontramos cerca una iglesia y<br />
lugares públicos. En esta primer zona se trabajó<br />
con una señal controlada, emitida por un generador<br />
<strong>de</strong> señales ubicado en la azotea <strong>de</strong> un edificio<br />
<strong>de</strong> 5 pisos, la frecuencia <strong>de</strong> la portadora seleccionada<br />
es 1.9 Ghz con una potencia <strong>de</strong> 25 dBm.<br />
Fueron usadas las antenas omnidireccionales. La<br />
antena es mo<strong>de</strong>lo HG1911U-PRO, <strong>de</strong> propiedad<br />
<strong>de</strong> RadioGis y presenta el patrón <strong>de</strong> radiación<br />
mostrado en la Figura 7.<br />
FIG. 7. ZONA SAN FRANCISCO. PATRÓN DE RADIACIÓN<br />
Para la validación <strong>de</strong> tipo 1, estadísticamente<br />
se encontró una diferencia máxima entre mediciones<br />
y simulación <strong>de</strong> 49,04 [dBm] y una diferencia<br />
promedio <strong>de</strong> 14,69 [dBm]. Estos valores nos<br />
indican que la simulación no cumple su objetivo,<br />
ni se mo<strong>de</strong>la <strong>de</strong> forma correcta el canal inalámbrico.<br />
En el caso <strong>de</strong> la validación tipo 2, se obtuvo<br />
una alta similitud entre resultados <strong>de</strong> simulación<br />
y <strong>de</strong> mediciones como se observa en la Figura 8.<br />
Al comparar la validación tipo 1 con la validación<br />
tipo 2, mediante <strong>de</strong>sviaciones estándar, se pasa<br />
<strong>de</strong> un error <strong>de</strong>l 84,454% a uno <strong>de</strong> 4,331%, lo que<br />
representa una mejora que a<strong>de</strong>más valida el funcionamiento<br />
<strong>de</strong> la herramienta con el algoritmo<br />
AndinoUis en esta zona. La <strong>de</strong>sviación estándar<br />
en este proyecto cobra gran importancia, ya que<br />
representa el alejamiento <strong>de</strong> los datos tanto <strong>de</strong><br />
medición como <strong>de</strong> simulación con respecto a su<br />
valor medio. La diferencia entre las <strong>de</strong>sviaciones<br />
<strong>de</strong> los datos <strong>de</strong> medición y los <strong>de</strong> simulación con<br />
la validación tipo 2, es <strong>de</strong> 0,265 con lo que se<br />
<strong>de</strong>muestra la eficacia <strong>de</strong>l algoritmo.<br />
FIG. 8. ZONA SAN FRANCISCO. VALIDACIÓN TIPO 2<br />
Resulta importante <strong>de</strong>stacar que en validación<br />
tipo 2 se obtuvo un coeficiente <strong>de</strong> correlación <strong>de</strong><br />
0,951, lo cual ratifica que se tiene una correla-
200<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203<br />
ción positiva alta entre los resultados <strong>de</strong> simulación<br />
y <strong>de</strong> mediciones. La diferencia promedio<br />
entre las mediciones y las simulaciones es <strong>de</strong><br />
2,765 [dBm].<br />
2) Zona 2 La Concordia:<br />
Esta zona fue seleccionada porque es un sitio<br />
<strong>de</strong> gran concurrencia, y por tener diversos sitios<br />
<strong>de</strong> comercio, por tanto, tenemos público expuesto<br />
a niveles <strong>de</strong> potencia por condiciones laborales,<br />
el barrio es un poco más pequeño que la<br />
zona 1, también el terreno que se buscaba para<br />
esta zona era más irregular y edificado. se contaba<br />
con trayectos tanto <strong>de</strong> línea <strong>de</strong> vista, como<br />
sin línea <strong>de</strong> vista hacia la estación Base BS2 con<br />
el fin <strong>de</strong> ver que tan acertado es el simulador<br />
en ambos casos. También se genera la señal, el<br />
generador ubicado en la terraza <strong>de</strong> un sexto piso,<br />
la frecuencia <strong>de</strong> la portadora es 1.914 [Mhz] con<br />
una potencia <strong>de</strong> 20 [dBm]. Al igual que en la<br />
zona anterior se hizo uso <strong>de</strong> las antenas omnidireccionales,<br />
por lo cual el patrón <strong>de</strong> radiación es<br />
exactamente el mismo.<br />
Para la validación tipo 1, se pue<strong>de</strong> resaltar el<br />
hecho <strong>de</strong> que los valores <strong>de</strong> la simulación distan<br />
significativamente <strong>de</strong> los datos experimentales,<br />
por lo cual es claro que éste tipo <strong>de</strong> simulación<br />
con antena isotrópica no es la más a<strong>de</strong>cuada<br />
para éste fin. Estadísticamente se obtiene la máxima<br />
diferencia <strong>de</strong> 68,99 [dBm] y un promedio <strong>de</strong><br />
37,90[dBm], valores inaceptables en términos <strong>de</strong><br />
planificación celular. En el caso <strong>de</strong> la validación<br />
<strong>de</strong> tipo 2, se encontró, en términos generales, una<br />
similitud entre mediciones y simulación. De todas<br />
formas se encontraron puntos don<strong>de</strong> la diferencia<br />
es un poco más notoria que en otros. En este sentido,<br />
cabe aclarar que la zona la Concordia, don<strong>de</strong><br />
se realizaron las mediciones, incluye rutas con terreno<br />
bastante irregular. A<strong>de</strong>más, entre la antena<br />
trasmisora y la antena receptora se presentaron<br />
algunos edificios <strong>de</strong> alturas variables. Sin embargo,<br />
la ten<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la simulación va acor<strong>de</strong> a la<br />
<strong>de</strong> las mediciones realizadas. Los resultados se<br />
aprecian en la Figura 9.<br />
Estadísticamente la correlación entre las simulaciones<br />
y las mediciones es <strong>de</strong> 0,934, lo que<br />
significa que ambas series <strong>de</strong> datos tienen una<br />
relación muy estrecha con lo cual se reconfirma el<br />
a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong>l CellGis con el algoritmo<br />
AndinoUIS y la implementación realizada <strong>de</strong>l patrón<br />
<strong>de</strong> radiación <strong>de</strong> la antena.<br />
3) Zona 3 Sotomayor:<br />
Zona caracterizada por tener lugares sensibles<br />
como el Colegio San Pedro y una Iglesia muy<br />
cercanos a la antena, por eso se <strong>de</strong>cidió elegirla<br />
como punto <strong>de</strong> medida, a<strong>de</strong>más un importante<br />
criterio es la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> árboles que se encuentran<br />
en la zona, <strong>de</strong> forma que se pueda mirar si la<br />
herramienta está apta para ésta clase <strong>de</strong> regiones<br />
o no, también las rutas cercanas a la estación<br />
base cuentan con varios cruces <strong>de</strong> vías; sin duda<br />
alguna, la mayor <strong>de</strong> las características que se quería<br />
abordar en esta zona era el tráfico <strong>de</strong> automóviles.<br />
De igual manera, se <strong>de</strong>staca por su condición<br />
parcial <strong>de</strong> NLOS hacia BS3, ya que sólo sobre<br />
un tramo <strong>de</strong>l trayecto existía línea <strong>de</strong> vista. Esta<br />
zona correspon<strong>de</strong> a Sotomayor, en esta ocasión<br />
no se genera señal, sino se hace el estudio con<br />
los datos que se tienen <strong>de</strong> las antenas Tigo, uno<br />
<strong>de</strong> los factores que se tuvo en cuenta para elegir<br />
cual zona medir, se basó en el hecho <strong>de</strong> tener lugares<br />
sensibles cercanos a la antena. El software<br />
utilizado se llama TEMS Investigation 11.0.3 Data<br />
Collection perteneciente a la empresa Tigo, el cual<br />
se complementa con un celular especialmente<br />
adaptado a la herramienta y un Gps usado para<br />
geo-referenciar la posición. La interfaz <strong>de</strong> la herramienta<br />
po<strong>de</strong>mos visualizarla en la figura 10.<br />
FIG.9. ZONA LA CONCORDIA. VALIDACIÓN TIPO 2<br />
FIGURA 10. SOFTWARE TEMS INVESTIGATION 11.0.3
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> telefonía celular - Beltrán, Ortega,<br />
Forero, Rodríguez<br />
201<br />
En esta tercera zona se hizo uso <strong>de</strong> una antena<br />
referencia 742 212/ APx18 <strong>de</strong> Kathrein MOBIL-<br />
COM BRASIL, la cual presenta un patrón <strong>de</strong> radiación<br />
visualizado en la Figura 11.<br />
FIG. 11. ZONA SOTOMAYOR. PATRÓN DE RADIACIÓN<br />
La ten<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> los resultados, sigue la curva<br />
<strong>de</strong> las mediciones reales. Basándose en el<br />
coeficiente <strong>de</strong> correlación que fue hallado para<br />
el área <strong>de</strong> Sotomayor <strong>de</strong> 0,931, se pue<strong>de</strong> constatar<br />
la buena correlación existente entre valores<br />
<strong>de</strong> mediciones y simulación. Aunque la diferencia<br />
máxima o <strong>de</strong>lta máximo que se encontró en<br />
el contraste <strong>de</strong> cada estación es <strong>de</strong> 8,76 [dBm],<br />
cabe aclarar que este valor pertenece sólo a una<br />
<strong>de</strong> las estaciones.<br />
FIG. 12. ZONA SOTO MAYOR. VALIDACIÓN TIPO 1<br />
FIG. 13. ZONA SOTO MAYOR. VALIDACIÓN TIPO 2<br />
Como se ha notado en zonas anteriores, en el<br />
caso <strong>de</strong> validación <strong>de</strong> tipo 1, en este sector según<br />
muestra la Figura 12, la simulación con antena<br />
isotrópica tampoco funciona, ni cobra vali<strong>de</strong>z<br />
en la ejecución <strong>de</strong> simulación, este hecho se evi<strong>de</strong>ncia<br />
en un error <strong>de</strong> 221%, se encontraron diferencias<br />
hasta <strong>de</strong> 56,25[dBm] entre los resultados<br />
<strong>de</strong> las mediciones y <strong>de</strong> la simulación.<br />
La representación <strong>de</strong> los datos en la Figura 13<br />
para la validación <strong>de</strong> tipo 2, permite contemplar la<br />
ten<strong>de</strong>ncia que tanto valores experimentales como<br />
simulados presentan para corroborar que los datos<br />
<strong>de</strong> la simulación son cercanos a los alcanzados<br />
con las mediciones. En términos estadísticos<br />
el error entre las <strong>de</strong>sviaciones estándar <strong>de</strong> ambas<br />
cantida<strong>de</strong>s es <strong>de</strong>l 10,101% que en comparación<br />
con las tres zonas anteriores es más gran<strong>de</strong>, pero<br />
que en general un error <strong>de</strong>l 10% en <strong>de</strong>sviaciones<br />
<strong>de</strong> simulación es aceptable, <strong>de</strong> acuerdo a la complejidad<br />
<strong>de</strong> un canal inalámbrico real.<br />
4) Zona 4 El Prado:<br />
Es un lugar <strong>de</strong> alta <strong>de</strong>nsidad resi<strong>de</strong>ncial, pues<br />
existe una gran cantidad <strong>de</strong> edificios a lo largo <strong>de</strong><br />
todo el recorrido, sin embargo la antena o radio<br />
base se encuentra ubicada en la parte superior<br />
<strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los edificios más altos. En la última región<br />
se hace uso <strong>de</strong> otro sector cubierto por Tigo.<br />
Se eligió por la forma <strong>de</strong> sus calles, es <strong>de</strong>cir, es<br />
una zona en la que la cuadrícula <strong>de</strong> calles y carreras<br />
está perfectamente <strong>de</strong>finida, prototipo que se<br />
usará para saber si los niveles <strong>de</strong> señal mejoran<br />
frente a estas situaciones, adicionalmente es un<br />
lugar <strong>de</strong> alta <strong>de</strong>nsidad resi<strong>de</strong>ncial. En la gran mayoría<br />
<strong>de</strong> ruta se cuenta con (LOS), para este caso<br />
el patrón <strong>de</strong> radiación es el mismo que se utiliza<br />
en el sector 3.
202<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 193 - 203<br />
En el caso <strong>de</strong> validación <strong>de</strong> tipo 1, el coeficiente<br />
<strong>de</strong> correlación hallado es <strong>de</strong> -0,293 que<br />
<strong>de</strong>muestra que no existe una buena correlación<br />
entre los datos prácticos y los valores simulados.<br />
Y, al igual que en las tres zonas anteriores la disimilitud<br />
entre las mediciones llega hasta los 51,39<br />
[dBm]. En el caso <strong>de</strong> validación <strong>de</strong> tipo 2, se obtuvieron<br />
los resultados que se aprecian en la Figura<br />
14, se pue<strong>de</strong> distinguir <strong>de</strong> forma clara la semejanza<br />
entre los datos. En don<strong>de</strong> el coeficiente <strong>de</strong><br />
correlación obtenido es <strong>de</strong> 0.972, lo cual refleja<br />
la muy buena relación que existe entre las simulaciones<br />
y mediciones, lo que se conoce como correlación<br />
fuerte.<br />
FIG. 14. ZONA EL PRADO. VALIDACIÓN TIPO 2<br />
Mediante la correcta implementación <strong>de</strong>l patrón<br />
<strong>de</strong> radiación <strong>de</strong> la antena, en CellGis se ha<br />
podido <strong>de</strong>mostrar que el Mo<strong>de</strong>lo AndinoUIS resulta<br />
apropiado para simulaciones <strong>de</strong> radiopropagación<br />
en ciuda<strong>de</strong>s ubicadas en terreno montañoso<br />
como es el caso <strong>de</strong> la Región Andina, que presenta<br />
niveles <strong>de</strong> correlación superiores a 0,9 entre<br />
resultados <strong>de</strong> medición y <strong>de</strong> simulación.<br />
El contraste gráfico <strong>de</strong> niveles <strong>de</strong> potencia en<br />
comparación con los valores dados por la simulación<br />
arroja en algunas rutas resultados más<br />
óptimos que para otras zonas, este hecho radica<br />
tanto en el <strong>de</strong>snivel <strong>de</strong> terreno, como en los cruces<br />
<strong>de</strong> las calles, puesto que el mo<strong>de</strong>lo obtiene el<br />
mayor error en sitios en don<strong>de</strong> convergen las calles,<br />
sin embargo en todos los casos mencionados<br />
presenta mejores resultados que otros mo<strong>de</strong>los<br />
conocidos.<br />
En el barrio Sotomayor, se evi<strong>de</strong>ncian algunas<br />
diferencias notables en ciertos puntos <strong>de</strong> la ruta,<br />
como consecuencia <strong>de</strong> la alta <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> vegetación<br />
y/o árboles a sus alre<strong>de</strong>dores, lo cual genera<br />
una dispersión que no es contemplada por<br />
el mo<strong>de</strong>lo AndinoUIS ni en otros mo<strong>de</strong>los disponibles<br />
en CellGis.<br />
La presencia <strong>de</strong> automóviles en los lugares <strong>de</strong><br />
medición influye directamente en los valores obtenidos,<br />
pues ellos reflejan la señal, sin embargo<br />
los problemas que puedan causar esta fuente <strong>de</strong><br />
error son inevitables.<br />
Los estudios realizados en las 4 zonas satisfacen<br />
todos los indicadores estadísticos, <strong>de</strong> forma<br />
favorable para <strong>de</strong>terminar que la herramienta<br />
está en condiciones <strong>de</strong> realizar planificación celular.<br />
Se recomienda realizar mejoras al Mo<strong>de</strong>lo AndinoUis<br />
<strong>de</strong> forma que tenga en cuenta los materiales<br />
<strong>de</strong> los diferentes edificios, la temperatura o<br />
condiciones climáticas y la presencia <strong>de</strong> árboles.<br />
De forma que tenga un aporte directo en la exactitud<br />
<strong>de</strong> la predicción <strong>de</strong> los niveles <strong>de</strong> señal, <strong>de</strong><br />
forma que el error sea aún menor.<br />
REFERENCIAS<br />
CONCLUSIONES<br />
[1] GARCÍA Alexis, ORTEGA Homero, CARREÑO Yair. Desarrollo<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> propagación Andino-UIS. Revista<br />
GTI Vol. 4. No 8, pp: 29 - 38 . Bucaramanga, Colombia.<br />
Enero – Abril. 2005. ISSN 1657-8236.<br />
[2] CARREÑO Yair. Tesis <strong>de</strong> Grado: Desarrollo <strong>de</strong>l Mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong> propagación AndinoUIS, UIS, Bucaramanga, 2005.<br />
[3] C. Ardila. “Herramienta <strong>de</strong> planificación celular Cell-<br />
Gis, Manual <strong>de</strong>l usuario. Universidad ICESI”. Disponible<br />
en: http://CellGis.net/downloads.<br />
[4] SOLANO, Jhon Camilo, JAIMES Leonardo Andrés. Implementación<br />
en Java <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> propagación andinoUIS<br />
® para planificación y análisis <strong>de</strong> re<strong>de</strong>s celulares<br />
sobre CellGis. Tesis <strong>de</strong> grado. 2008.<br />
[5] GARCÍA A, Paolo, ORTEGA B., Homero, NAVARRO C.,<br />
Andrés, RODRÍGUEZ A., Alexys. Efectos <strong>de</strong>l terreno en<br />
la propagación electromagnética en entornos urbanos<br />
sobre la región andina usando el mo<strong>de</strong>lo Cost 231.Walfisch-Ikegami<br />
y herramientas <strong>de</strong> planificación basadas<br />
en GIS. Revista electrónica No. 1. SISTEMAS & TELEMÁ-<br />
TICA. Disponible en: http://bibliotecadigital. icesi.edu.<br />
co/biblioteca_digital/bitstream/item/387/1/agarciahortega-anavarro-arodriguez_efectos-propag.pdf<br />
[6] MURILLO, Juan. Fórmulas <strong>de</strong> Radiopropagación en Decibelios.<br />
Sevilla, España.<br />
[7] CARREÑO L., Yair I, GARCÍA A, Paolo, y ORTEGA B.,<br />
Homero. Mejoramiento en la predicción <strong>de</strong> pérdidas
Validación <strong>de</strong> la herramienta CellGis para simular propagación <strong>de</strong> ondas <strong>de</strong> radio en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> telefonía celular - Beltrán, Ortega,<br />
Forero, Rodríguez<br />
203<br />
<strong>de</strong> Potencia en sistemas <strong>de</strong> comunicación móviles<br />
TDMA/IS-136 para entornos andinos mediante el uso<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo COST231-Walfisch-Ikegami, campañas <strong>de</strong><br />
medidas y el Cellview®. Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r,<br />
Escuela <strong>de</strong> Ingenierías Eléctrica, Electrónica y<br />
Telecomunicaciones, Grupo <strong>de</strong> Investigación en Radiocomunicaciones<br />
- RadioGIS, Bucaramanga-Colombia,<br />
Septiembre <strong>de</strong> 2004<br />
[8] COST 231 Final report, Digital Mobile Radio: COST 231<br />
View on the Evolution Towards 3rd Generation Systems,<br />
P. 134-140, Commission of the European Communities<br />
and COST Telecommunications, Brussels,<br />
1999.<br />
[9] GALLO, Fi<strong>de</strong>ligna, PRIETO, Martha I, GARCÍA A, Paolo,<br />
y ORTEGA B., Homero. Análisis y Comprobación <strong>de</strong> los<br />
Niveles <strong>de</strong> Densidad <strong>de</strong> Potencia en las Inmediaciones<br />
<strong>de</strong> una Celda Sectorizada en un Entorno Andino<br />
Utilizando Sistemas <strong>de</strong> Información Geográfica (GIS)<br />
Y MatLab, Universidad <strong>de</strong>l Valle en convenio con la<br />
Universitaria <strong>de</strong> Investigación y Desarrollo – Grupo<br />
Maxwell-UDI en Cooperación con el Grupo RadioGIS-<br />
UIS, Departamento <strong>de</strong> Ingeniería Electrónica, Bucaramanga-Colombia,<br />
Septiembre <strong>de</strong> 2004.<br />
[10] FORERO, Celso Andrés. Implementación <strong>de</strong> Servicio<br />
en Telecomunicaciones para Apoyo a la Gestión <strong>de</strong>l<br />
Espectro Radioeléctrico.
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas<br />
mediante fuzzy rough set: una revisión<br />
Diana Alexandra Orrego Metaute<br />
Especialista en Automatización,<br />
Universidad Pontificia Bolivariana<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo MIRP,<br />
Instituto Tecnológico Metropolitano<br />
Me<strong>de</strong>llín, Colombia<br />
dianaorrego@itm.edu.co<br />
Edilson Delgado Trejos<br />
PhD en Ingeniería con línea <strong>de</strong> investigación en Automática,<br />
Universidad Nacional <strong>de</strong> Colombia<br />
Académico Investigador, lí<strong>de</strong>r Grupo MIRP,<br />
Instituto Tecnológico Metropolitano<br />
Me<strong>de</strong>llín, Colombia<br />
edilson<strong>de</strong>lgado@itm.edu.co<br />
Resumen—Los sistemas biomédicos <strong>de</strong> última generación<br />
registran en intervalos cortos <strong>de</strong> tiempo la dinámica<br />
fisiológica mediante gran<strong>de</strong>s bases <strong>de</strong> datos. La<br />
interpretación a<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> la información difícilmente<br />
pue<strong>de</strong> hacerse por la experticia <strong>de</strong> un sólo médico, por<br />
lo tanto la toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones se basa sólo en algunas<br />
variables seleccionadas. La representación efectiva <strong>de</strong><br />
variables fisiológicas mediante fuzzy rough set tipo 1<br />
pue<strong>de</strong> ser aplicada para caracterizar y extraer la información<br />
relevante <strong>de</strong> la dinámica fisiológica; sin embargo,<br />
estas técnicas poseen el problema <strong>de</strong> la complejidad<br />
<strong>de</strong> sus algoritmos y alto costo computacional; por<br />
lo tanto, se requiere aplicar técnicas <strong>de</strong> fuzzy rough<br />
set tipo 2, asociadas a métodos axiomáticos a través<br />
<strong>de</strong> operadores <strong>de</strong> aproximación difusa baja y alta como<br />
conceptos primitivos para generar un sistema <strong>de</strong> reducción<br />
<strong>de</strong> dimensiones con ten<strong>de</strong>ncia a la disminución<br />
<strong>de</strong> costo computacional en aplicaciones <strong>de</strong> ingeniería<br />
biomédica. En este artículo se presenta la revisión <strong>de</strong>l<br />
estado <strong>de</strong>l arte sobre representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas<br />
fisiológicas mediante fuzzy rough set, con el fin<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar la capacidad que poseen este tipo <strong>de</strong> técnicas<br />
para ser incluidas en procedimientos automáticos<br />
<strong>de</strong> toma <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisiones que apoyen el concepto clínico<br />
<strong>de</strong> un especialista.<br />
Palabras clave— Conjuntos Difusos/Aproximados, Dinámica<br />
Fisiológica, Reducción <strong>de</strong> Dimensiones, Representación<br />
Efectiva, Extracción/Selección <strong>de</strong> características.<br />
Abstract— The latest generation of biomedical systems<br />
record at short time intervals the physiological<br />
dynamic in large databases. The correct interpretation<br />
of the information is difficult to obtain by the expertise<br />
of a single physician, so the <strong>de</strong>cision is based only<br />
on some selected variables. Effective representation of<br />
physiological variables by fuzzy Rough Set type 1 can be<br />
applied to characterize and extract relevant information<br />
from physiological dynamics, however the disadvantages<br />
of these techniques are the complexity of their algorithms<br />
and the high computational cost, therefore it<br />
is necessary to apply fuzzy rough set type 2 techniques<br />
, associated with axiomatic methods through low and<br />
high diffuse approximation operators as primitive concepts<br />
for generating a dimension reduction system with<br />
a ten<strong>de</strong>ncy to lower computational cost in biomedical<br />
engineering applications. This article reviews the state<br />
of the art of effective representation of physiological dynamics<br />
using fuzzy rough set, in or<strong>de</strong>r to <strong>de</strong>termine the<br />
ability of these techniques to be inclu<strong>de</strong>d in automatic<br />
<strong>de</strong>cision making procedures that support the clinical<br />
opinion of a specialist.<br />
Keywords— Fuzzy/Rough Sets, Physiological Dynamics,<br />
Dimensionality Reduction, Intrinsic Representation,<br />
Feature Extraction/Selection.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
Los prototipos <strong>de</strong> última generación en biomédica<br />
permiten mostrar en línea una cantidad enorme<br />
<strong>de</strong> datos por paciente que <strong>de</strong>scriben o simulan<br />
los múltiples procesos fisiológicos <strong>de</strong>l cuerpo<br />
humano, con el propósito <strong>de</strong> ser una herramienta<br />
para el diagnóstico y tratamiento médico [1]. Todos<br />
estos procesos son fenómenos complejos,<br />
que se acompañan o manifiestan mediante señales<br />
que reflejan su naturaleza y actividad, pue<strong>de</strong>n<br />
ser <strong>de</strong> diversos tipos: <strong>de</strong>s<strong>de</strong> señales bioquímicas,<br />
como hormonas y neurotransmisores, hasta registros<br />
<strong>de</strong> señales bioeléctricas, como electroencefalografía<br />
(EEG), fonocardiografía (FCG) o<br />
electrocardiografía (ECG), o mediciones biofísicas<br />
como presión arterial y temperatura, entre otros<br />
[2]. La caracterización <strong>de</strong> la dinámica fisiológica<br />
como señales normales o patológicas ha permitido<br />
el diseño <strong>de</strong> sistemas expertos <strong>de</strong> diagnóstico<br />
que soportan la <strong>de</strong>cisión médica, <strong>de</strong>bido a que<br />
generalmente la <strong>de</strong>cisión está basada sólo en la<br />
experticia <strong>de</strong>l especialista [3]. Sin embargo, en la<br />
mayoría <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> caracterización <strong>de</strong> la<br />
dinámica fisiológica se contemplan amplios conjuntos<br />
<strong>de</strong> características que conllevan al empleo<br />
<strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s recursos computacionales, así como<br />
en los posteriores <strong>de</strong> procesamiento y clasificación<br />
<strong>de</strong> los datos [4].<br />
Recibido: 13/08/2011/ Aceptado: 10/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
205<br />
La universalidad <strong>de</strong> las bases <strong>de</strong> datos fisiológicas<br />
<strong>de</strong> alta dimensión ha ayudado al <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> importantes investigaciones en el análisis<br />
<strong>de</strong> características, para obtener conjuntos <strong>de</strong><br />
variables <strong>de</strong> representación que aportan la información<br />
relevante y redundante <strong>de</strong>l sistema en<br />
relación con la inferencia <strong>de</strong> estados fisiológicos<br />
funcionales [5]. En el aprendizaje estadístico, el<br />
espacio <strong>de</strong> representación característico es <strong>de</strong>finido<br />
como una dimensionalidad que contiene<br />
todos los posibles valores que pueda tomar el patrón,<br />
representado por un vector aleatorio, el cual<br />
pue<strong>de</strong> ser visto como un punto n-dimensional,<br />
con el objetivo <strong>de</strong> representar el conjunto total <strong>de</strong><br />
señales <strong>de</strong> entrenamiento en un espacio don<strong>de</strong><br />
alguna métrica minimice la distancia entre patrones<br />
<strong>de</strong> una misma clase y maximice la distancia<br />
entre los <strong>de</strong> diferente clase [6]. En este contexto,<br />
la reducción <strong>de</strong> dimensiones busca encontrar la<br />
mejor representación <strong>de</strong> patrones <strong>de</strong> alta dimensión,<br />
que permita obtener un conjunto alterno y<br />
compacto con la menor dimensión posible, optimizando<br />
una función <strong>de</strong> evaluación específica en<br />
el espacio resultante y regida por una medida <strong>de</strong><br />
relevancia (estadística, geométrica, informativa o<br />
discriminante) encargada <strong>de</strong> dirigir el contexto <strong>de</strong><br />
representación [7]. En particular, la reducción <strong>de</strong><br />
dimensiones pue<strong>de</strong> obtenerse por diferentes técnicas<br />
que generalmente se han agrupado en selección<br />
y extracción <strong>de</strong> características [8]. En este<br />
sentido, la teoría <strong>de</strong> conjuntos difusos propuesta<br />
por Za<strong>de</strong>h [9] en 1965 (FST), la cual es una extensión<br />
<strong>de</strong> la noción <strong>de</strong> conjuntos clásica para mo<strong>de</strong>lar<br />
la incertidumbre en términos <strong>de</strong> clasificación<br />
<strong>de</strong> membrecía, permite evaluar los subconjuntos<br />
usando una función, o métricas <strong>de</strong> evaluación,<br />
con el fin <strong>de</strong> seleccionar las más importantes <strong>de</strong>rivadas<br />
<strong>de</strong> las clases <strong>de</strong> <strong>de</strong>cisión [10]. Un sistema<br />
básico difuso incluye elementos como fusificador,<br />
reglas, motor <strong>de</strong> inferencia y <strong>de</strong>sfusificador. La<br />
teoría <strong>de</strong> conjuntos Rough (RST) propuesta por<br />
Pawlak [11], es un método <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> características<br />
nuevo don<strong>de</strong> se preserva la semántica<br />
<strong>de</strong> las funciones, lo cual permite analizar los hechos<br />
ocultos <strong>de</strong> los datos sin necesitar información<br />
adicional, como umbrales o conocimiento <strong>de</strong><br />
expertos, para obtener un subconjunto <strong>de</strong>nominado<br />
“reducto” con las características originales <strong>de</strong><br />
mayor información. La aplicación <strong>de</strong> RST sólo se<br />
pue<strong>de</strong> realizar sobre conjuntos <strong>de</strong> datos con valores<br />
<strong>de</strong> tipo real, por lo tanto es necesario realizar<br />
una discretización previa <strong>de</strong> los datos, generando<br />
como resultado la pérdida <strong>de</strong> información [9]. La<br />
teoría <strong>de</strong> conjuntos rough, complementada con la<br />
teoría <strong>de</strong> conjuntos difusos, da lugar a un nuevo<br />
método <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> características <strong>de</strong>nominado<br />
“Fuzzy Rough Set” (FRS) [12] en el que ambas<br />
teorías, a pesar <strong>de</strong> relacionarse, son diferentes.<br />
Esta técnica híbrida genera aproximaciones rough<br />
<strong>de</strong> conjuntos difusos por medio <strong>de</strong> relaciones <strong>de</strong><br />
similaridad o particiones difusas. Adicionalmente,<br />
ofrece alto grado <strong>de</strong> flexibilidad, soluciones robustas<br />
y herramientas avanzadas para la selección<br />
<strong>de</strong> características en el análisis <strong>de</strong> datos [13].<br />
Actualmente, las investigaciones en el campo <strong>de</strong><br />
FRS se han centrado en ambientes difusos tipo<br />
1, lo cual no permite mo<strong>de</strong>lar la incertidumbre <strong>de</strong><br />
manera directa ya que se caracteriza por funciones<br />
<strong>de</strong> membrecía clásicas, don<strong>de</strong> se presentan<br />
dificulta<strong>de</strong>s en la mo<strong>de</strong>lación <strong>de</strong> incertidumbres<br />
comunes para la dinámica fisiológica por la falta<br />
<strong>de</strong> fronteras discriminantes en las clases y falta<br />
<strong>de</strong> información [14]. Los FRS tipo 2 introducen<br />
intervalos, parámetros y conjuntos difusos para<br />
<strong>de</strong>scribir la función <strong>de</strong> membrecía incierta <strong>de</strong>l<br />
conjunto difuso tipo 1, mediante la adopción <strong>de</strong><br />
conjuntos rough [15].<br />
Este artículo presenta una revisión sobre espacios<br />
<strong>de</strong> representación efectiva <strong>de</strong> la dinámica<br />
fisiológica logrados mediante fuzzy rough set con<br />
el fin <strong>de</strong> precisar la frontera <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong>l arte<br />
<strong>de</strong> temas relacionados con el entrenamiento <strong>de</strong><br />
procesos automáticos orientado a la reducción <strong>de</strong><br />
dimensiones en sistemas <strong>de</strong> soporte <strong>de</strong> diagnóstico<br />
clínico automático.<br />
<strong>II</strong>. ESPACIOS DE REPRESENTACIÓN<br />
CARACTERÍSTICA<br />
Sobre la dinámica fisiológica se <strong>de</strong>be realizar<br />
un proceso <strong>de</strong> estimación <strong>de</strong> atributos, o características,<br />
que permitan la extracción <strong>de</strong> la información<br />
intrínseca embebida en los estados funcionales<br />
<strong>de</strong>terminados por los cambios presentados<br />
en las señales que se usan para el diagnóstico <strong>de</strong><br />
cada caso particular [7]. En algunas ocasiones, el<br />
espacio resultante está compuesto por un número<br />
alto <strong>de</strong> dimensiones, lo cual se traduce en una<br />
representación fisiológica muy compleja, que a<br />
veces pue<strong>de</strong> estar conectada con el sentido clínico<br />
o simplemente pue<strong>de</strong> ser tomada como un espacio<br />
<strong>de</strong> representación abstracta (por ejemplo,
206<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215<br />
coeficientes wavelet, índices fractales, indicadores<br />
estadísticos, entre otros) [16].<br />
A. Estimación <strong>de</strong> parámetros<br />
Al proceso <strong>de</strong> atribución <strong>de</strong> una <strong>de</strong>scripción<br />
paramétrica a un objeto se <strong>de</strong>nomina estimación<br />
<strong>de</strong> parámetros, este proceso es una parte<br />
importante <strong>de</strong>l procesamiento o tratamiento <strong>de</strong><br />
datos y se basa en la regularidad estadística <strong>de</strong><br />
una gran cantidad <strong>de</strong> muestras [17]. El grado <strong>de</strong><br />
confianza <strong>de</strong>l intervalo indica la probabilidad <strong>de</strong><br />
ocurrencia <strong>de</strong> los valores estimados en él. Así, en<br />
este método <strong>de</strong> estimación es necesario saber la<br />
regularidad <strong>de</strong> distribución <strong>de</strong> las muestras, <strong>de</strong> lo<br />
contrario, las hipótesis acerca <strong>de</strong> ellas y la evaluación<br />
<strong>de</strong>l grado <strong>de</strong> incertidumbre serán erróneas,<br />
reduciendo la confiabilidad <strong>de</strong>l método [18].<br />
B. Procesamiento <strong>de</strong> datos<br />
1) Normalización<br />
En muchas situaciones prácticas un diseño<br />
es confrontado con los valores que no expresan<br />
lo mismo en ciertos rangos dinámicos [19]. Así,<br />
las características con un gran número <strong>de</strong> valores,<br />
pue<strong>de</strong>n tener una gran influencia en el costo<br />
<strong>de</strong> su función <strong>de</strong> las características con valores<br />
pequeños, aunque esto no necesariamente es reflejado<br />
en el diseño <strong>de</strong>l clasificador [20]. Un procedimiento<br />
comúnmente usado es la normalización<br />
estadística, expresada en función <strong>de</strong> la media y la<br />
<strong>de</strong>sviación estándar [7].<br />
2) Remoción <strong>de</strong> valores atípicos<br />
Los datos atípicos, también conocidos como<br />
outliers, son las observaciones que parecen tener<br />
un comportamiento distinto, o haber sido generados<br />
<strong>de</strong> forma diferente [21]. Cuando existe<br />
más <strong>de</strong> un dato atípico en la muestra, es posible<br />
que se presenten efectos <strong>de</strong> enmascaramiento,<br />
en el cual dichas observaciones se ocultan<br />
entre sí [22]. Los datos atípicos pue<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong>tectados<br />
bajo dos diferentes perspectivas, bien<br />
sea <strong>de</strong> manera univariada o multivariada [23].<br />
Calcular medidas robustas <strong>de</strong> <strong>de</strong>centralización<br />
y dispersión mediante el cálculo <strong>de</strong> la mediana<br />
o la mediana <strong>de</strong> las <strong>de</strong>sviaciones absolutas con<br />
respecto a la mediana, lo cual es una medida robusta<br />
<strong>de</strong> dispersión, permite <strong>de</strong>tectar <strong>de</strong> forma<br />
univariada la presencia <strong>de</strong> datos atípicos [7]. Adicionalmente,<br />
existen diferentes formas <strong>de</strong> comprobar<br />
la homogeneidad <strong>de</strong> la muestra, la cual<br />
refleja si los datos se separan mucho, o por el<br />
contrario se concentran alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> la media,<br />
mediante el análisis <strong>de</strong>l coeficiente <strong>de</strong> kurtosis.<br />
Este coeficiente permite medir la relación entre<br />
la variabilidad <strong>de</strong> las <strong>de</strong>sviaciones y la <strong>de</strong>sviación<br />
media. La <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> datos atípicos <strong>de</strong> forma<br />
multivariada se realiza mediante una técnica <strong>de</strong><br />
maximizar y minimizar el coeficiente <strong>de</strong> kurtosis<br />
<strong>de</strong> los datos proyectados [21] y [24].<br />
3) Verificación <strong>de</strong> la normalidad<br />
Muchas <strong>de</strong> las técnicas <strong>de</strong> análisis multivariado<br />
están basadas en mo<strong>de</strong>los paramétricos, por<br />
lo tanto, existen claras restricciones en cuanto<br />
al tipo <strong>de</strong> distribución a la que dichas variables<br />
<strong>de</strong>ben aproximarse [25]. Por otra parte, es también<br />
importante asegurar la homogeneidad <strong>de</strong> la<br />
muestra, mediante el análisis <strong>de</strong> la posible presencia<br />
<strong>de</strong> valores atípicos <strong>de</strong>bidos a errores <strong>de</strong><br />
medida u otras causas <strong>de</strong> heterogeneidad [26].<br />
Es necesario realizar la verificación <strong>de</strong> la normalidad<br />
<strong>de</strong> los datos mediante el juicio sobre la estructura<br />
Gaussiana <strong>de</strong> los datos, a partir <strong>de</strong>l análisis<br />
<strong>de</strong> los histogramas y <strong>de</strong> la respectiva prueba<br />
<strong>de</strong> hipótesis [27]. La división <strong>de</strong> valores que toman<br />
las variables aleatorias en rangos <strong>de</strong> alguna<br />
vecindad genera diferentes clases <strong>de</strong> representación,<br />
<strong>de</strong> las cuales la más conocida correspon<strong>de</strong><br />
al diagrama <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> observaciones en<br />
función <strong>de</strong> la localización <strong>de</strong> cada rango <strong>de</strong> la<br />
variable aleatoria, conocida como histograma.<br />
Sin embargo, la cantidad <strong>de</strong> intervalos <strong>de</strong> agrupación<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l volumen <strong>de</strong> la muestra [7].<br />
4) Distribución intraclases<br />
Si la prueba <strong>de</strong> verificación <strong>de</strong> la distribución<br />
da como resultado el rechazo <strong>de</strong> la hipótesis <strong>de</strong><br />
normalidad, entonces se <strong>de</strong>ben tomar medidas<br />
para transformar la observación <strong>de</strong> tal manera<br />
que pueda cumplirse la aceptación <strong>de</strong> la hipótesis<br />
sobre la normalidad <strong>de</strong> los datos intraclase [28].<br />
En este sentido el análisis <strong>de</strong> los histogramas<br />
pue<strong>de</strong> ayudar a sugerir alguna forma <strong>de</strong> acomodación<br />
<strong>de</strong> los datos. Inicialmente se pue<strong>de</strong> partir<br />
<strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> posibles transformaciones [29].<br />
En tareas asociadas al proceso <strong>de</strong> bioseñales, es<br />
común el empleo <strong>de</strong> la distribución logarítmica<br />
normal. Después <strong>de</strong> realizar la transformación,<br />
se <strong>de</strong>be realizar <strong>de</strong> nuevo la prueba <strong>de</strong> verificación,<br />
se toma aquella transformación que permita<br />
aceptar la hipótesis <strong>de</strong> normalidad intraclase, o<br />
bien, aquella que más se aproxime [7].
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
207<br />
<strong>II</strong>I. REDUCCIÓN DE DIMENSIONES.<br />
Con el objetivo <strong>de</strong> reducir dimensiones y así<br />
evitar el incremento exponencial <strong>de</strong>l número <strong>de</strong><br />
muestras fisiológicas necesarias para el entrenamiento<br />
<strong>de</strong> un sistema automático inteligente,<br />
es requerida la etapa <strong>de</strong> extracción/selección <strong>de</strong><br />
características para obtener el espacio <strong>de</strong> representación<br />
característica [30]. Por lo tanto, es importante<br />
tener presente el concepto <strong>de</strong> “maldición<br />
<strong>de</strong> la dimensionalidad” [7] en el cual se <strong>de</strong>scribe<br />
el problema que enfrentan los métodos <strong>de</strong> aprendizaje,<br />
don<strong>de</strong> aumentar el número <strong>de</strong> características<br />
conlleva a un incremento exponencial en el<br />
número <strong>de</strong> objetos <strong>de</strong> entrenamiento, es <strong>de</strong>cir,<br />
a medida que aumenta la dimensionalidad, las<br />
características <strong>de</strong>l conjunto <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> entrada<br />
tien<strong>de</strong>n a ser <strong>de</strong>masiado dispersos para entrenar<br />
los algoritmos <strong>de</strong> aprendizaje <strong>de</strong> forma eficiente<br />
y se requieren muchas más muestras <strong>de</strong> entrenamiento<br />
[31]. Es por esto que las técnicas <strong>de</strong><br />
reducción <strong>de</strong> dimensiones permiten transformar<br />
conjuntos <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s dimensiones en<br />
conjuntos <strong>de</strong> dimensiones más pequeñas, para<br />
mejorar el procesamiento <strong>de</strong> datos y revelar la estructura<br />
oculta que ayudan en la comprensión y visualización<br />
<strong>de</strong> la dinámica física o fisiológica [32].<br />
En los últimos años ha crecido el interés en<br />
las investigaciones relacionadas con reducción<br />
<strong>de</strong> dimensiones para encontrar un método que<br />
permita disminuir el número <strong>de</strong> variables <strong>de</strong> representación<br />
usando la información contenida<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l conjunto original <strong>de</strong> los datos y que<br />
preserve el significado <strong>de</strong> las características relevantes.<br />
La técnica RST pue<strong>de</strong> ser usada como una<br />
herramienta para <strong>de</strong>scubrir la <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> los<br />
datos y minimizar el número <strong>de</strong> características<br />
contenidas en el conjunto <strong>de</strong> datos sin utilizar información<br />
adicional, pero requiere <strong>de</strong> una discretización<br />
<strong>de</strong> los datos antes <strong>de</strong> aplicar el método, ya<br />
que el método no diferencia datos <strong>de</strong> valor discreto<br />
<strong>de</strong> los <strong>de</strong> valor real [33]. Como resultado se han<br />
propuesto extensiones al método RST basados en<br />
relaciones <strong>de</strong> similaridad y tolerancia. La técnica<br />
FRS (Fuzzy Rough Set) fue propuesta como una<br />
extensión <strong>de</strong>l método RST don<strong>de</strong> se encapsulan<br />
los conceptos <strong>de</strong> vaguedad mediante conjuntos<br />
difusos y duplicados, tomando conjuntos rough<br />
relacionados pero <strong>de</strong> diferente valor (discreto o<br />
real), los cuales se producen como consecuencia<br />
<strong>de</strong> la incertidumbre en el conocimiento [31].<br />
1) Extracción <strong>de</strong> características<br />
En la extracción <strong>de</strong> características todas las<br />
variables son utilizadas y los datos se transforman<br />
<strong>de</strong> un espacio <strong>de</strong> dimensión alta a uno <strong>de</strong><br />
dimensión baja, conservando la mayor parte <strong>de</strong><br />
información <strong>de</strong>seada y optimizando la dirección<br />
<strong>de</strong>l mapeo [8]. Esta transformación pue<strong>de</strong> ser una<br />
combinación <strong>de</strong> las variables originales <strong>de</strong> forma<br />
lineal o no lineal, supervisado o no supervisado<br />
[34] .La extracción <strong>de</strong> características permite mejorar<br />
el ancho <strong>de</strong> banda <strong>de</strong> los datos <strong>de</strong> entrada<br />
para un mejor <strong>de</strong>sempeño en el clasificador al<br />
proporcionar un conjunto <strong>de</strong> características relevantes<br />
con mínima redundancia [35].<br />
La literatura <strong>de</strong> extracción <strong>de</strong> características<br />
reporta dos grupos <strong>de</strong> técnicas: lineales y no lineales,<br />
siendo las primeras más comunes y a<strong>de</strong>cuados<br />
en la reducción <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> estructura<br />
lineal [36] y [32], como Análisis <strong>de</strong> Componentes<br />
Principales (PCA) [37] y Escalamiento Multidimensional<br />
(MDS) [38] mientras las segundas como<br />
Embebimiento Lineal Local (LLE) [39] e Isomap<br />
(Mapeo Isométrico <strong>de</strong> Caracter) [40] preservan<br />
las medidas <strong>de</strong> distancia cuando se mapean los<br />
datos a un espacio <strong>de</strong> dimensión reducida. Sin<br />
embargo, estos métodos tien<strong>de</strong>n a <strong>de</strong>struir la semántica<br />
fundamental <strong>de</strong> las características <strong>de</strong>spués<br />
<strong>de</strong> la reducción, como pasa en los métodos<br />
basados en transformaciones, y en otros casos requieren<br />
información adicional acerca <strong>de</strong>l conjunto<br />
<strong>de</strong> datos dado para la umbralización, como pasa<br />
en los métodos basados en entropía [41].<br />
De acuerdo con lo expuesto en la Fig. 1, las<br />
técnicas lineales comúnmente usadas para extracción<br />
<strong>de</strong> características son [42]: Análisis <strong>de</strong><br />
Componentes Principales (PCA) [43], Análisis Discriminante<br />
Lineal (LDA) [44], Análisis <strong>de</strong> Componentes<br />
in<strong>de</strong>pendientes (ICA) [45].<br />
FIG. 1. DIAGRAMA EN BLOQUES: ExTRACCIÓN DE CARCTERÍSTICAS<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto
208<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215<br />
PCA y LDA son los métodos más utilizados<br />
para extracción <strong>de</strong> características en la mayoría<br />
<strong>de</strong> aplicaciones <strong>de</strong> reconocimiento <strong>de</strong> patrones,<br />
sin per<strong>de</strong>r la información <strong>de</strong> varianza en los datos<br />
<strong>de</strong> entrada [46]. Originalmente LDA fue <strong>de</strong>sarrollado<br />
para aprendizaje supervisado, y para<br />
una mayor eficacia en la separabilidad <strong>de</strong> clases,<br />
especialmente para encontrar la función óptima<br />
discriminante lineal en problemas <strong>de</strong> clasificación,<br />
mientras PCA <strong>de</strong>terminada la información<br />
relevante para la representación <strong>de</strong> clases mediante<br />
una base ortogonal, lo cual es a<strong>de</strong>cuado<br />
para análisis <strong>de</strong> datos gausianos, sin embargo,<br />
cuando se presentan distribuciones <strong>de</strong> datos<br />
no gausianas, el método es <strong>de</strong>ficiente. En conclusión,<br />
la aplicación <strong>de</strong> LDA es limitado cuando<br />
el número <strong>de</strong> muestras por clase es pequeño,<br />
mientras en PCA se limita cuando el conjunto<br />
<strong>de</strong> entrenamiento presenta un gran número <strong>de</strong><br />
muestras [47].<br />
A diferencia <strong>de</strong> LDA y PCA, ICA pue<strong>de</strong> ser consi<strong>de</strong>rado<br />
como una generalización <strong>de</strong>l estándar<br />
PCA, el cual se caracteriza por la in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia<br />
estadística sobre los componentes extraídos y<br />
no tiene restricción <strong>de</strong> ortogonalidad. ICA ha sido<br />
<strong>de</strong> gran aplicación para la separación <strong>de</strong> fuentes<br />
estadísticamente in<strong>de</strong>pendientes y la extracción<br />
<strong>de</strong> características en el análisis <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> tipo<br />
no gausianos [48]. ICA es también una técnica<br />
<strong>de</strong> reducción <strong>de</strong> características redundantes que<br />
asegura que la información mutua entre los canales<br />
<strong>de</strong> salida filtrada es cero [49]. ICA y PCA<br />
siguen siendo mo<strong>de</strong>los lineales, lo que los hace<br />
ina<strong>de</strong>cuados para <strong>de</strong>scribir datos <strong>de</strong> distribución<br />
compleja y no lineal. Por este motivo, otras técnicas<br />
son propuestas en la literatura cuando la<br />
naturaleza <strong>de</strong> los datos es compleja y son afectados<br />
por operadores no lineales. Kernel ICA es<br />
una técnica que contiene un mapeo <strong>de</strong> núcleo<br />
no lineal apto para características que <strong>de</strong>scriben<br />
procesos no lineales. Kernel ICA no es la “Kernelización”<br />
<strong>de</strong> un algoritmo ICA existente, sino un<br />
método nuevo sobre medidas <strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia<br />
basadas en Kernel [50]. Este método ha sido ampliamente<br />
aplicado en procesamiento <strong>de</strong> imágenes<br />
para <strong>de</strong>scubrir los vectores fundamentales<br />
<strong>de</strong> la formación ellas, y son usados como mo<strong>de</strong>los<br />
temporales para extracción <strong>de</strong> características<br />
<strong>de</strong> imágenes <strong>de</strong> prueba, las cuales son completamente<br />
diferentes <strong>de</strong> las <strong>de</strong> formación [51]. Otro<br />
método muy popular reportado en la literatura<br />
para el reconocimiento facial es <strong>de</strong>nominado<br />
Fisherface, el cual usa inicialmente PCA para reducir<br />
la dimensión <strong>de</strong>l espacio <strong>de</strong> características<br />
original para N-c (don<strong>de</strong> N es el número <strong>de</strong> muestras<br />
totales <strong>de</strong> entrenamiento y c es el número<br />
<strong>de</strong> clases) y luego aplica LDA para reducir la dimensión<br />
a d (d ≤ c). En el proceso <strong>de</strong> transformación,<br />
la componente <strong>de</strong> proyección más pequeña<br />
c-1 es <strong>de</strong>scartada, lo que pue<strong>de</strong> implicar pérdida<br />
<strong>de</strong> información discriminante y la etapa basada<br />
en PCA no pue<strong>de</strong> garantizar la transformación <strong>de</strong><br />
la información intraclase, puesto que la matriz<br />
<strong>de</strong> dispersión podría ser no singular [52]. Un método<br />
más sistemático propuesto es RDA (Análisis<br />
Discriminante Regularizado), el cual trata <strong>de</strong> obtener<br />
estimaciones más confiables mediante la<br />
corrección <strong>de</strong> la distorsión <strong>de</strong> los valores propios,<br />
usando un método <strong>de</strong> regularización tipo riesgo<br />
[53]. PDA (Análisis Discriminante Penalizado) es<br />
otra versión regularizada <strong>de</strong> LDA, cuyo objetivo<br />
es, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> superar el problema <strong>de</strong>l tamaño<br />
<strong>de</strong> muestras pequeñas, suavizar los coeficientes<br />
<strong>de</strong> vectores discriminantes que mejoren la interpretación<br />
[54].<br />
PCA, LDA, RDA y PDA, clasificados como métodos<br />
<strong>de</strong> una dimensión, no son aptos para escalonamiento<br />
en aplicaciones con altas dimensiones,<br />
<strong>de</strong>bido a las largas matrices <strong>de</strong> covarianza con<br />
un número relativamente pequeño <strong>de</strong> muestras<br />
<strong>de</strong> entrenamiento, que dificultan una evaluación<br />
más precisa <strong>de</strong> la matriz [55]. Como una solución<br />
a este problema se propone el método <strong>de</strong> Análisis<br />
<strong>de</strong> Componentes Principales <strong>de</strong> 2 Dimensiones<br />
2DPCA, basado en matrices bidimensionales<br />
en lugar <strong>de</strong> vectores <strong>de</strong> una dimensión [56]. A<br />
diferencia <strong>de</strong> PCA, 2DPCA posee una matriz <strong>de</strong><br />
covarianzas mucho más pequeña, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la<br />
rapi<strong>de</strong>z para calcular los vectores propios <strong>de</strong>rivados<br />
<strong>de</strong> dicha matriz para la caracterización <strong>de</strong> los<br />
datos [57]. Partiendo <strong>de</strong> los resultados exitosos<br />
<strong>de</strong> la aplicación <strong>de</strong> 2DPCA, se propuso 2DLDA<br />
como un Análisis Discriminante Lineal basado en<br />
vectores y en matrices, que permiten evaluar la<br />
matriz <strong>de</strong> covarianzas con precisión y reducir el<br />
costo computacional. Sin embargo, 2DLDA asume<br />
el mismo nivel <strong>de</strong> tipicidad <strong>de</strong> cada muestra<br />
para la correspondiente clase [58]. Actualmente<br />
se propone el nuevo método F2DLDA (2DLDA Difuso),<br />
basado en los criterios discriminantes 2D
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
209<br />
fisherface y la teoría <strong>de</strong> conjuntos difusos, para<br />
calcular el grado <strong>de</strong> membrecía <strong>de</strong> la matriz utilizando<br />
el algoritmo FKNN (k-vecino más cercano<br />
difuso) que produce el correspondiente grado <strong>de</strong><br />
pertenencia a una clase [59].<br />
2) Selección <strong>de</strong> características<br />
La selección <strong>de</strong> características es usada para<br />
i<strong>de</strong>ntificar y remover las variables que no contribuyen<br />
al proceso <strong>de</strong> clasificación (información<br />
redundante e irrelevante) [60]. Este proceso es<br />
<strong>de</strong>scrito en [61] como la obtención <strong>de</strong> un subconjunto<br />
<strong>de</strong> características estimado mediante una<br />
función <strong>de</strong> evaluación, que se compara constantemente<br />
con el anterior hasta obtener el mejor <strong>de</strong><br />
ellos por medio <strong>de</strong>l criterio <strong>de</strong> parada. Mediante<br />
la validación se verifica la calidad que satisface<br />
las condiciones <strong>de</strong>l proceso.<br />
Como se <strong>de</strong>scribe en la Fig. 2, la selección <strong>de</strong><br />
características se compone <strong>de</strong> diferentes familias<br />
<strong>de</strong> técnicas que pue<strong>de</strong>n agruparse en tres métodos<br />
<strong>de</strong> acuerdo con el procedimiento <strong>de</strong> generación<br />
<strong>de</strong> subconjuntos y a la función <strong>de</strong> evaluación<br />
[62]: completos, que examinan todas las posibles<br />
combinaciones <strong>de</strong> N características (2 N combinaciones),<br />
los cuales son muy costosos computacionalmente<br />
pero el éxito <strong>de</strong> estas técnicas es que<br />
aseguran el hallazgo <strong>de</strong>l subconjunto óptimo, a diferencia<br />
<strong>de</strong> los heurísticos que hacen una evaluación<br />
parcial (N 2 combinaciones), pero mejoran la<br />
velocidad <strong>de</strong> procesamiento ya que el espacio <strong>de</strong><br />
búsqueda es menor, y los aleatorios que realizan<br />
una búsqueda a partir <strong>de</strong> todo el espacio posible<br />
(2 N combinaciones), con la diferencia <strong>de</strong> que usa<br />
una regla aleatoria <strong>de</strong> acuerdo a unas condiciones<br />
iniciales, las cuales podrían encontrar el subconjunto<br />
requerido sin procesar todo el espacio <strong>de</strong><br />
posibilida<strong>de</strong>s, pero el éxito <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> fuertemente<br />
<strong>de</strong> las condiciones iniciales. Los resultados <strong>de</strong> los<br />
últimos dos métodos no aseguran la obtención<br />
<strong>de</strong>l mejor subconjunto <strong>de</strong> características, pero sí<br />
<strong>de</strong>l más a<strong>de</strong>cuado según los requerimientos establecidos<br />
[61]. De acuerdo con la función <strong>de</strong> evaluación<br />
se conocen 3 grupos: embebidos, filtros y<br />
wrapper. Los métodos embebidos hacen parte integral<br />
<strong>de</strong> un predictor específico o <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la<br />
función <strong>de</strong> evaluación como lo hacen los árboles<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>cisión (DT) [63], re<strong>de</strong>s neuronales (NN) [64]<br />
y mapas auto-organizativos (SOM) [65]. Los filtros<br />
[62] son completamente in<strong>de</strong>pendientes a la función<br />
<strong>de</strong>l clasificador, pero requieren <strong>de</strong> medidas<br />
<strong>de</strong> evaluación para <strong>de</strong>terminar el mejor subconjunto<br />
(e.g., distancia, información, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia,<br />
consistencia, entre otros), mientras los wrapper<br />
[66] para su proceso <strong>de</strong> selección utilizan como<br />
medida la tasa <strong>de</strong> error <strong>de</strong>l clasificador, incluyendo<br />
el costo computacional <strong>de</strong>bido a la estrategia<br />
<strong>de</strong> clasificación usada. En estos tres métodos se<br />
obtienen generalmente mejores resultados que<br />
en los basados en la generación <strong>de</strong> subconjuntos,<br />
pero el costo computacional sigue siendo representativo<br />
[67].<br />
FIG. 2. DIAGRAMA EN BLOQUES: SELECCIÓN DE CARACTERÍSTICAS<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
En general, la literatura reporta diferentes técnicas<br />
<strong>de</strong> selección <strong>de</strong> características que incluyen<br />
algoritmos <strong>de</strong> búsqueda óptima como Branch and<br />
Bound y <strong>de</strong> Búsqueda Exhaustiva [68], sin embargo,<br />
son limitados al número <strong>de</strong> características, ya<br />
que el costo computacional aumenta <strong>de</strong> forma exponencial<br />
al número <strong>de</strong> variables. Las estrategias<br />
<strong>de</strong> búsqueda secuencial como SFS (Sequential<br />
Forward Selection) y SBS (Sequential Backward-<br />
Selection) logran el mejor subconjunto <strong>de</strong> características<br />
<strong>de</strong> acuerdo con un numero características<br />
preestablecido pero no permiten la reselección <strong>de</strong><br />
ellas [69]. El algoritmo “Plus-L-Minus-R” [70] aplica<br />
una búsqueda secuencial más compleja para<br />
dar solución a este problema pero se limita por<br />
la dificultad <strong>de</strong> seleccionar los valores a<strong>de</strong>cuados<br />
<strong>de</strong> L y R. A partir <strong>de</strong> SFS y SBS se evoluciona a<br />
las técnicas SFFS (Sequential Forward Floating<br />
Selection) y SBFS (Sequential Backward Floating<br />
Selection) que permiten la reselección <strong>de</strong> características<br />
incluidas o removidas, mejoran el costo<br />
computacional <strong>de</strong> una forma aceptable [8]. Otras<br />
técnicas robustas han sido investigadas recientemente<br />
como Algoritmos Genéticos (GAs) [71],<br />
Neuro-fuzzy [72], Relief [73], Markov Blanquet [74],<br />
basados en condicionales <strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia, in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia<br />
y relevancia, pero son algoritmos que
210<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215<br />
aún no han sido muy <strong>de</strong>sarrollados y presentan<br />
un rendimiento muy bajo según datos <strong>de</strong> la vida<br />
real [75].<br />
VI. FUZZy ROUGh SET SOBRE ESPACIOS DE<br />
REPRESENTACIÓN<br />
La teoría <strong>de</strong> conjuntos difusos fue propuesta<br />
por Za<strong>de</strong>h en 1965 [76], como un método para<br />
mo<strong>de</strong>lar la incertidumbre en términos <strong>de</strong> clasificación<br />
<strong>de</strong> membresía, el cual fue nombrado como<br />
lógica difusa tipo 1 [77]. Un sistema difuso consta<br />
<strong>de</strong> una interfaz <strong>de</strong> fusificación para transformar<br />
los datos convencionales ingresados por el operador<br />
en conjuntos difusos tipo 1, luego un sistema<br />
<strong>de</strong> inferencia usa los conjuntos difusos a<strong>de</strong>más<br />
<strong>de</strong> la base <strong>de</strong>l conocimiento para hacer inferencias<br />
por medio <strong>de</strong> un método <strong>de</strong> razonamiento, y<br />
finalmente, una interface <strong>de</strong> <strong>de</strong>sfusificación traduce<br />
la información difusa a la información convencional<br />
[78]. La función <strong>de</strong> membresía tipo 1 es<br />
totalmente bivaluada [79], y sus formas convencionales<br />
pue<strong>de</strong>n ser triangular, trapezoidal, gausiana,<br />
entre otras, a<strong>de</strong>más no permiten caracterizar<br />
incertidumbres lingüísticas, es <strong>de</strong>cir, mo<strong>de</strong>lar<br />
directamente clases <strong>de</strong> incertidumbre con base<br />
en reglas como el lenguaje natural <strong>de</strong> diferentes<br />
significados o medidas tomadas en entornos ruidosos<br />
[80], como es el caso <strong>de</strong>l entorno <strong>de</strong>rivado<br />
<strong>de</strong> la dinámica fisiológica. Si para una función <strong>de</strong><br />
membresía tipo 1 como la <strong>de</strong> la Fig. 3, se fusifica<br />
nuevamente, entonces se obtiene una función <strong>de</strong><br />
membresía tipo 2, en este caso toma valores diferentes<br />
que no son pon<strong>de</strong>rados <strong>de</strong> la misma función<br />
<strong>de</strong> membresía tipo 1, por lo tanto, se pue<strong>de</strong><br />
asignar una distribución <strong>de</strong> la amplitud en todos<br />
los puntos [78].<br />
FIG. 3. FUNCIÒN DE MEMBRESIA TIPO 2.<br />
Fuente: Hanbook of Granular Computing [78]<br />
Los sistemas difusos tipo 2, como se <strong>de</strong>scribe<br />
en la Fig. 4, reducen al mínimo los efectos <strong>de</strong><br />
la incertidumbre [81], son muy útiles en circunstancias<br />
don<strong>de</strong> es difícil <strong>de</strong>terminar una función<br />
<strong>de</strong> membresía exacta y presentan incertidumbre<br />
en la medición. Los tipo 1 son utilizados recientemente<br />
en la industria para aplicaciones <strong>de</strong> control<br />
[82]. La evolución hacia los sistemas difusos tipo<br />
2 ha tomado más tiempo <strong>de</strong> lo esperado <strong>de</strong>bido al<br />
costo computacional que requieren los algoritmos<br />
en ambientes <strong>de</strong> tiempo real [83]. La literatura reciente<br />
ha concluido que los sistemas difusos tipo<br />
1 son basados en lógica convencional (numérica,<br />
alfanumérica y binaria), mientras los tipo 2 se basan<br />
en lógica difusa, que proporcionan un mejor<br />
mo<strong>de</strong>lo para la incertidumbre inherente al problema<br />
y robustez [84].<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto<br />
FIG. 4. SISTEMA DIFUSO TIPO 2.<br />
La teoría <strong>de</strong> conjuntos rough (RST por sus siglas<br />
en inglés), inicialmente propuesta por Pawlak en<br />
1982, es un método matemático para el tratamiento<br />
<strong>de</strong> la incertidumbre, vaguedad e imprecisión en<br />
el análisis <strong>de</strong> datos. Su éxito fundamentalmente se<br />
<strong>de</strong>be a la exploración <strong>de</strong> patrones ocultos embebidos<br />
en la base <strong>de</strong> datos sin <strong>de</strong>mandar información<br />
adicional como umbrales o conocimiento <strong>de</strong> expertos.<br />
Dado un conjunto <strong>de</strong> datos con valores <strong>de</strong> atributos<br />
discretizados (entendiéndose como discretizados<br />
a la traducción <strong>de</strong> valores reales a nominales<br />
o simbólicos), la RST permite encontrar un subconjunto<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> los atributos originales que aportan<br />
la mayor información. Sin embargo, presentan limitaciones<br />
en el manejo <strong>de</strong> características ubicadas<br />
en la escala <strong>de</strong> los reales [85]. Convertir a difuso los<br />
valores reales y crear un nuevo conjunto <strong>de</strong> datos<br />
con valores simbólicos antes <strong>de</strong> aplicar RST como<br />
método para reducir dimensiones ha sido una solución<br />
a dicha limitación, pero presenta consi<strong>de</strong>rables<br />
pérdidas <strong>de</strong> información [86].<br />
En los últimos años, las investigaciones en FRS<br />
(Fuzzy Rough Set) se han centrado principalmente<br />
sobre todas las <strong>de</strong>rivaciones que pue<strong>de</strong>n surgir<br />
sobre conjuntos difusos. En [87] se propone un<br />
método que integra un algoritmo <strong>de</strong> inducción <strong>de</strong><br />
reglas difusas <strong>de</strong>nominado Quick Reduct, don<strong>de</strong><br />
mediante técnicas FRS le realiza la selección <strong>de</strong><br />
características mediante la función <strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia.<br />
Sin embargo, el algoritmo no es convergente<br />
en muchas bases <strong>de</strong> datos reales <strong>de</strong>bido a su po-
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
211<br />
bre criterio <strong>de</strong> finalización y el crecimiento exponencial<br />
<strong>de</strong> la complejidad computacional [88]. En<br />
[89], Tsang et al., establecen las bases sólidas <strong>de</strong><br />
la matemática para la reducción <strong>de</strong> características<br />
FRS. Adicionalmente, se propone un algoritmo basado<br />
en la matriz <strong>de</strong> discernibilidad para calcular<br />
todos los posibles subconjuntos <strong>de</strong> características<br />
relevantes, pero la validación es muy restringida y<br />
no se reportan resultados sobre bases <strong>de</strong> datos<br />
reales, como son las bases <strong>de</strong> datos <strong>de</strong> funcionamiento<br />
fisiológico. En [90], Maji et al., proponen<br />
un método basado en FRS usando el concepto<br />
<strong>de</strong> f-información en espacios <strong>de</strong> aproximaciones<br />
difusas, encontrando las características no redundantes<br />
y relevantes <strong>de</strong> conjuntos <strong>de</strong> datos en la<br />
escala <strong>de</strong> los reales. En [85] Wu et al., proponen<br />
el concepto <strong>de</strong> conjuntos fuzzy rough generalizado<br />
a entornos fuzzy tipo 2 para la reducción <strong>de</strong><br />
características. Adicionalmente, <strong>de</strong>sarrollaron el<br />
algoritmo “IT2 fuzzy-rough QuickReduct”, el cual<br />
utiliza la función <strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia para seleccionar<br />
las características que se pue<strong>de</strong>n agregar al<br />
candidato <strong>de</strong> reducción actual. El algoritmo termina<br />
cuando la adición <strong>de</strong> cualquier característica<br />
restante no aumenta el grado <strong>de</strong> <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong>l<br />
fuzzy rough tipo 2. La <strong>de</strong>mostración fue lograda<br />
mediante un ejemplo <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> información<br />
don<strong>de</strong> la reducción <strong>de</strong> características genera<br />
diferentes resultados cuando se compara con<br />
fuzzy rough set convencional, don<strong>de</strong> el grado <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia disminuye para fuzzy rough tipo 2<br />
por el uso <strong>de</strong> reglas condicionales sobre el amplio<br />
conjunto <strong>de</strong> características.<br />
V. CONCLUSIONES<br />
La dinámica fisiológica representada mediante<br />
señales biomédicas (e.g. ECG, FCG, EEG, EMG,<br />
entre otros) son <strong>de</strong> alta complejidad y al momento<br />
<strong>de</strong> caracterizar su dinámica se requiere <strong>de</strong> espacios<br />
<strong>de</strong> representación <strong>de</strong> alta dimensión, lo que<br />
implica el uso <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s recursos computacionales<br />
para su procesamiento, almacenamiento y<br />
transmisión. Aunque los sistemas mo<strong>de</strong>rnos <strong>de</strong><br />
cómputo, <strong>de</strong>bido a su alto rendimiento, permiten<br />
analizar cantida<strong>de</strong>s gran<strong>de</strong>s <strong>de</strong> datos en espacios<br />
<strong>de</strong> dimensiones altas, cuando el número <strong>de</strong> características<br />
se incrementa, resultan inconvenientes<br />
que requieren ser tratados para asegurar el buen<br />
rendimiento <strong>de</strong>l sistema automático. El aumento<br />
en el número <strong>de</strong> dimensiones <strong>de</strong>l espacio <strong>de</strong> características<br />
es originado, entre otras cosas, por<br />
las exigencias <strong>de</strong> calidad y precisión en la representación<br />
<strong>de</strong> los estados funcionales, teniendo<br />
en cuenta que la complejidad crece exponencialmente<br />
a medida que se adicionan dimensiones;<br />
<strong>de</strong> acuerdo con esto, el problema se relaciona<br />
con el aumento significativo <strong>de</strong>l tiempo <strong>de</strong> ejecución<br />
<strong>de</strong> los algoritmos y el exagerado costo en<br />
los estudios. En este sentido, reducir el número<br />
<strong>de</strong> dimensiones <strong>de</strong>l espacio <strong>de</strong> representación,<br />
a través <strong>de</strong> un método basado en la extracción<br />
y selección <strong>de</strong> características, que contenga información<br />
<strong>de</strong> expertos mediante la inclusión <strong>de</strong><br />
conjuntos difusos para distinguir aquellas variables<br />
que ofrezcan mayor capacidad discriminante,<br />
sin afectar negativamente la precisión <strong>de</strong><br />
clasificación, pue<strong>de</strong> llegar a reducir hasta en un<br />
amplio porcentaje los costos <strong>de</strong> procesamiento y<br />
en general costos económicos a sectores hospitalarios<br />
o <strong>de</strong> ámbito industrial que usan este tipo<br />
<strong>de</strong> aplicaciones.<br />
Las teorías <strong>de</strong> conjuntos rough y conjuntos<br />
fuzzy han <strong>de</strong>mostrado tener un buen funcionamiento<br />
cuando se crea un híbrido entre ellas,<br />
<strong>de</strong> forma que se aprovechan las bonda<strong>de</strong>s inherentes<br />
<strong>de</strong> ambas técnicas, surgiendo el método<br />
Fuzzy Rough Set (FRS). Esta nueva técnica proporciona<br />
medios <strong>de</strong> reducción <strong>de</strong> dimensiones<br />
para valores simbólicos y reales utilizando medidas<br />
<strong>de</strong> similaridad. Los conjuntos fuzzy rough<br />
reúnen los conceptos relacionados pero distintos<br />
<strong>de</strong> imprecisión e indistinguibilidad <strong>de</strong>bidas al<br />
ruido provocado por la incertidumbre natural <strong>de</strong>l<br />
conocimiento.<br />
En este artículo se presentó una revisión <strong>de</strong>l<br />
estado <strong>de</strong>l arte basado en el estudio <strong>de</strong> la hibridación<br />
<strong>de</strong> los métodos fuzzy set y rough set para<br />
la selección <strong>de</strong> características con el objetivo <strong>de</strong><br />
mo<strong>de</strong>lar la vaguedad y duplicidad como resultado<br />
<strong>de</strong> la incertidumbre en el conocimiento <strong>de</strong> la<br />
dinámica fisiológica. Aunque los algoritmos <strong>de</strong><br />
reducción <strong>de</strong> dimensiones basados en técnicas<br />
fuzzy rough set tipo 2 poseen el problema <strong>de</strong><br />
ser altamente costosos <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista<br />
computacional y son difícilmente traducibles<br />
a un lenguaje nominal o simbólico, se pue<strong>de</strong><br />
obtener mediante técnicas <strong>de</strong> fuzzy rough sets<br />
tipo 2, asociadas a métodos axiomáticos a través<br />
<strong>de</strong> operadores <strong>de</strong> aproximación fuzzy baja y<br />
alta como conceptos primitivos, para generar un
212<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215<br />
sistema <strong>de</strong> reducción <strong>de</strong> dimensiones con ten<strong>de</strong>ncia<br />
a la disminución <strong>de</strong> costo computacional<br />
para aplicaciones en ingeniería biomédica.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] A. López and C. Vázquez, “Algoritmo <strong>de</strong> compresión<br />
para la señal <strong>de</strong> pulso arterial periférico,” Universidad,<br />
Ciencia y Tecnología, vol. 9, no. 34, pp. 75-79, Junio<br />
2005.<br />
[2] D. Sánchez, “Procesado y transmisión <strong>de</strong> señales biomédicas<br />
para el diagnóstico <strong>de</strong> trastornos y enfermeda<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>l sueño,” Universidad <strong>de</strong> Cádiz, Tesis Doctoral<br />
2008.<br />
[3] M. Imhoff, R. Fried, U. Gather, and V. Lanius, “Dimension<br />
Reduction for Physiological Variables Using Graphical<br />
Mo<strong>de</strong>ling,” in AMIA 2003 Symposium Proceedings,<br />
Germany, 2003, pp. 313-317.<br />
[4] J. H. Rivera, G. Castellanos, and J. S. Mejía, “Selección<br />
efectiva <strong>de</strong> características para bioseñales utlizando<br />
el analisis <strong>de</strong> componentes principales,” Scientia et<br />
Technica, vol. 13, no. 34, pp. 127-131, May 2007.<br />
[5] L. xie and J. Li, “A Novel Feature Extraction Method<br />
Assembled with PCA and ICA for Network Intrusion Detection,”<br />
in International Forum on Computer Science-<br />
Technology and Applications, vol. 3, Chongqing, 2009,<br />
pp. 31-34, 25-27.<br />
[6] K. Hongfa and C. Yongguang, “An Interpolation Technique<br />
Based on Grey Relational Theory,” The Journal of<br />
Grey System, vol. 18, no. 1, pp. 79-83, 2006.<br />
[7] E. Delgado, G. Castellanos, and M. Vallverdú, Análisis<br />
<strong>de</strong> Relevancia en Espacios <strong>de</strong> Representación Orientado<br />
al Soporte <strong>de</strong> Diagnóstico: Aplicaciones en la<br />
Dinámica Cardíaca. Manizales: Ediciones Universidad<br />
Nacional <strong>de</strong> Colombia, 2009, vol. I.<br />
[8] L. Zhang, Y. Zhong, B. Huang, J. Gong, and P. Li, “Dimensionality<br />
Reduction Based on Clonal Selection for<br />
Hyperspectral Imagery,” IEEE Transactions on Geoscience<br />
and Remote Sensing, vol. 45, no. 12, pp. 4172-<br />
4186, Dec 2007.<br />
[9] L. A. Za<strong>de</strong>h, “FuzzySets,” Information and Control, vol.<br />
8, pp. 338-353, 1965.<br />
[10] L. Za<strong>de</strong>h, “Probability measures of fuzzy events,” J.<br />
Math. Anal. Appl., vol. 23, pp. 421–427, 1968.<br />
[11] Z. Pawlak, Rough Sets, Theoretical Aspects of Reasoning<br />
About Data. Netherlands: Kluwer Aca<strong>de</strong>mic Publishers,<br />
1991.<br />
[12] Y. Y. Yao, “A Comparative Study of Fuzzy Sets and<br />
Rough Sets,” Information Sciences, vol. 109, no. 1-4,<br />
pp. 227-242, 1998.<br />
[13] D. Dubois and H. Pra<strong>de</strong>, “Rough fuzzy sets and fuzzy<br />
rough sets,” International Journal of General Systems,<br />
vol. 17, no. 2 y 3, pp. 191–209, 1990.<br />
[14] D. Dubois and H. Pra<strong>de</strong>, Fuzzy sets and systems:<br />
theory and applications, Mathematics in Science and<br />
engineering. New York: ACADEMIC PRESS, INC, 1980,<br />
vol. 144.<br />
[15] D. Chen and S. Zhao, “Local reduction of <strong>de</strong>cision system<br />
with fuzzy rough sets,” Fuzzy Sets and Systems,<br />
vol. 161, no. 13, pp. 1871–1883, Jul. 2010.<br />
[16] E. Delgado, F. A. Sepúlveda, S. Röthlisberger, and G.<br />
Castellanos, “The Ra<strong>de</strong>macher Complexity Mo<strong>de</strong>l over<br />
Acoustic Features for Improving Robustness in Hypernasal<br />
Speech Detection. Volume. Editors: Ni,” in Computers<br />
and Simulation in Mo<strong>de</strong>rn Science. UK: WSEAS<br />
Press, University of Cambridge, 2011, pp. 130-135.<br />
[17] T. Wagner, “Nonparametric estimates of probability<br />
<strong>de</strong>nsities,” Information Theory, IEEE Transactions on,<br />
vol. 21, no. 4, pp. 438- 440, Jul 1975.<br />
[18] B. xia, D. Hong, and K. Hongfa, “Study on Grey Parameter<br />
Estimation Approach of Small Samples,” in Grey<br />
Systems and Intelligent Services, 2009. GSIS 2009.,<br />
Nov.2009, pp. 311-315.<br />
[19] D. C. Caccia, D. Percival, M. J. Cannon, R. Gary, and<br />
J. B. Bassingthwaighte, “Analyzing exact fractal time<br />
series: evaluating dispersional analysis and rescaled<br />
range methods,” Physica A: Statistical and Theoretical<br />
Physics, vol. 246, no. 3-4, pp. 609-632, December<br />
1997.<br />
[20] J. B. Bassingthwaighte and G. M. Raymond, “Evaluating<br />
rescaled range analysys for time series,” Annals of<br />
Biomedical Engineering, vol. 22, no. 4, pp. 432-444,<br />
July 1994.<br />
[21] D. Peña and F. J. Prieto, “Multivariate Outlier Detection<br />
and Robust Covariance Matrix Estimation,” Technometrics,<br />
vol. 43, no. 3, pp. 286-310, Aug. 2001.<br />
[22] A. C. Rencher, Methods of Multivariate Analysis. , 2nd<br />
ed. New York: Wiley Series in Probability and Statistics,<br />
2002.<br />
[23] D. Peña, Análisis <strong>de</strong> datos multivariantes.: Mc Graw<br />
Hill, 2002.<br />
[24] Z. M. Bokal and R.B. Sinitsyn, “Nonparametric method<br />
for estimating spoken language sound multivariate<br />
probability <strong>de</strong>nsity function,” in Microwaves, Radar<br />
and Remote Sensing Symposium, 2008. MRRS 2008,<br />
Kiev , Sept. 2008, pp. 170-171, 22-24.<br />
[25] V. Babovic, M. Keijzer, and M. Stefansson, “Chaos<br />
theory, optimal embedding and evolutionary algorithms,”<br />
Tech. Rep. TR-9800463, Danish Technical Research<br />
Council (STVF), January 2001.
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
213<br />
[26] M. L. Petrovich and M. I. Davidovich, Estimación Estadística<br />
y Prueba <strong>de</strong> Hipótesis en el Computador (Rus).<br />
Moscú: Finansy i Statistika, 1989.<br />
[27] L. Baringhaus and N. Henze, “Limit Distributions for<br />
Measures of Multivariate Skewness and Kurtosis Based<br />
on Projections,” Journal of Multivariate Analysis,<br />
vol. 38, no. 1, pp. 51–69, July 1991.<br />
[28] K. Umayahara and Y. Nakamori, “N-dimensional views<br />
in fuzzy data analysis,” in Intelligent Processing Systems1997.<br />
ICIPS ‘97. 1997 IEEE International Conference<br />
on, vol. 1, Oct. 1997., pp. 54-57.<br />
[29] T. W. An<strong>de</strong>rson and Bahadur R. R., “Classification Into<br />
Two Multivariate Normal Distributions With Different<br />
Covariance Matrices,” The Annals of Mathematical<br />
Statistics, vol. 33, no. 2, pp. 420–431, 1962.<br />
[30] E. Delgado, A. Perera, M. Vallverdú, P. Caminal, and<br />
G. Castellanos, “Dimensionality reduction oriented<br />
toward the feature visualization for ischemia <strong>de</strong>tection,”<br />
IEEE Transactions on Information Technology in<br />
Biomedicine, vol. 13, no. 4, pp. 590-598, Mar. 2009.<br />
[31] R. Jensen and Q. Shen, “Semantics-Preserving Dimensionality<br />
Reduction: Rough and Fuzzy-Rough-Based<br />
Approaches,” IEEE Transactions On Knowledge and<br />
Data Engineering, vol. 16, no. 12, pp. 1457-1471, Dec.<br />
2004.<br />
[32] F. S. Tsai and K. L. Chan, “Dimensionality Reduction<br />
Techniques for Data Exploration,” in Information, Communications<br />
& Signal Processing, 2007 6th International<br />
Conference on, Dec. 2007, pp. 1-5, 10-13.<br />
[33] G. Hu and S. Yuemei, “An Attribute Reduction Method<br />
based on Fuzzy-Rough Sets Theories,” in First International<br />
Workshop on Education Technology and Computer<br />
Science, vol. 3, China, Mar. 2009., pp. 828-831.<br />
[34] I.K Sethi, “Entropy nets: from <strong>de</strong>cision trees to neural<br />
networks,” Proceedings of the IEEE, vol. 78, no. 10, pp.<br />
1605-1613, Oct. 1990.<br />
[35] I. Guyon, S. Gunn, M. Nikravesh, and L. A. Za<strong>de</strong>h, Feature<br />
Extraction Foundations and Applications. Netherlands:<br />
Springer-Verlag, 2006.<br />
[36] D. Gering. (2002., Apr. ) Linear and Nonlinear Data Dimensionality<br />
Reduction. [Online]. http://people.csail.<br />
mit.edu/gering/<br />
[37] K. Pearson, “On lines and planes of closest fit to systems<br />
of points in space,” Philosophical Magazine, vol.<br />
2, no. 6, pp. 559-572, 1901.<br />
[38] T. Cox and M. Cox, Multidimensional Scaling, Second<br />
Edition ed. New York: Chapman & Hall, 2001.<br />
[39] S. T. Roweis and Saul L. K., “Nonlinear Dimensionality<br />
Reduction by Locally Linear Embedding,” Science, vol.<br />
290, pp. 2323-2326, Dec. 2000.<br />
[40] J. Tenenbaum, V. <strong>de</strong> Silva, and J. Langford, “A Global<br />
Geometric Framework for Nonlinear Dimensionality<br />
Reduction,” Science, vol. 290, pp. 2319-2323, Dec.<br />
2000.<br />
[41] F. S. Tsai, “Dimensionality reduction techniques for<br />
blog visualization,” Expert Systems with Applications,<br />
vol. 38, no. 3, pp. 2766–2773, 2011.<br />
[42] N. Kwak, C. Kim, and H. Kim, “Dimensionality reduction<br />
based on ICA for regression problems,” Neurocomputing,<br />
vol. 71, no. 13-15, pp. 2596-2603, August<br />
2008.<br />
[43] I. Joliffe, Principal Component Analysis, Second edition<br />
ed. New York: Springer-Verlag, 1986.<br />
[44] A. Hyvarinen, J. Karhunen, and E. Oja, In<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nt<br />
component analysis. Canada: John Wiley & Sons,<br />
2001.<br />
[45] K. Fukunaga, Introduction to Statistical Pattern Recognition,<br />
2nd ed.: Aca<strong>de</strong>mic Press, 1990.<br />
[46] A. H. Sahooliza<strong>de</strong>h, B. Z. Heidari, and C. H. Dehghani,<br />
“A New Face Recognition Method using PCA, LDA and<br />
Neural Network,” International Journal of Electrical<br />
and Electronics Engineering, vol. 2, no. 8, pp. 507-<br />
512, 2008.<br />
[47] L. H. Chan, S. H. Salleh, and C. M. Ting, “PCA, LDA and<br />
neural network for face i<strong>de</strong>ntification,” in Industrial<br />
Electronics and Applications, ICIEA 2009. 4th IEEE<br />
Conference on, xi’an, May. 2009., pp. 1256-1259, 25-<br />
27.<br />
[48] M. Soo Park, J. H. Na, and J. Y. Cho, “PCA-based Feature<br />
Extraction using Class Information,” in Systems,<br />
Man and Cybernetics, 2005 IEEE International Conference<br />
on, vol. 1, Oct. 2005., pp. 341- 345.<br />
[49] W. Jiao and Y. Chang, “Fault diagnosis of rotor systems<br />
Using ICA Based Feature Extraction ,” in Proceedings<br />
of the 2009 IEEE International Conference on Robotics<br />
and Biomimetics, Dec. 2009. , pp. 1286-1291.<br />
[50] W. Liao and J. Jiang, “Image Feature Extraction based<br />
on Kernel ICA,” in Image and Signal Processing, 2008.<br />
CISP ‘08. Congress on, vol. 2, Sanya, May. 2008., pp.<br />
763-767.<br />
[51] F.R. Bach and M.I. Jordan, “Kernel In<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nt Component<br />
Analysis,” Journal of Machine Learning Research,<br />
vol. 3, pp. 1-48., 2002.<br />
[52] W. Yang, L. Zhang, and C. Sun, “Fuzzy 2DLDA for Face<br />
Recognition,” in Pattern Recognition, 2009. CCPR<br />
2009, Chinese Conference on, Nov. 2009., pp. 1-4,<br />
4-6.
214<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 204 - 215<br />
[53] J.H. Friedman, “Regularized discriminant analysis,” Journal<br />
of the American Statistical Association, vol. 84,<br />
no. 405, pp. 165–175., Mar. 1989.<br />
[54] J. Yang, D. Zhang, A. F. Frangi, and J. Yang, “Two-dimensional<br />
PCA: a new approach to appearance-based<br />
face representation and recognition,” Pattern Analysis<br />
and Machine Intelligence, IEEE Transactions on, vol.<br />
26, no. 1, pp. 131-137, Jan. 2004.<br />
[55] H. Kong et al., “Generalized 2D principal component<br />
analysis,” in Neural Networks, 2005. IJCNN ‘05. Proceedings.<br />
2005 IEEE International Joint Conference<br />
on, vol. 1, Jul. 2005., pp. 108- 113.<br />
[56] L. Wang, x. Wang, x. Zhang, and J. Feng, “The equivalence<br />
of two-dimensional PCA to line-based PCA,”<br />
Pattern Recognition Letters, vol. 26, no. 1, pp. 57-60,<br />
January 2005.<br />
[57] J. Yang and L. Chengjun, “Horizontal and Vertical 2DP-<br />
CA-Based Discriminant Analysis for Face Verification<br />
on a Large-Scale Database,” Information Forensics<br />
and Security, IEEE Transactions on, vol. 2, no. 4, pp.<br />
781-792, Dec. 2007.<br />
[58] W.S. Zheng, J.H. Lai, and Z. Li Stan, “1D-LDA vs. 2D-<br />
LDA: when is vector-based linear discriminant analysis<br />
better than matrix-based,” Pattern Recognition, vol.<br />
41, no. 7, pp. 2156–2172, 2008.<br />
[59] W. Yan, x. Yan, L. Zhang , and C. Sun, “Feature extraction<br />
based on fuzzy 2DLDA,” Neurocomputing, vol. 73,<br />
no. 10-12, pp. 1556–1561, Jun. 2010.<br />
[60] C. Deisy, B. Subbulakshmi, S. Baskar, and N. Ramaraj,<br />
“Efficient Dimensionality Reduction Approaches<br />
for Feature Selection,” in International Conference<br />
on Computational Intelligence and Multimedia Applications,<br />
vol. 2, Sivakasi, Tamil Nadu, Dec. 2007, pp.<br />
121-127.<br />
[61] M. Dash and H. Liu, “Feature Selection for Classification,”<br />
Intelligent Data Analysis: An Internat. J., vol. 1,<br />
no. 1, pp. 131-156, 1997.<br />
[62] M. Dash and H. Liu, “Consistency-based search in feature<br />
selection,” Artificial Intelligence, vol. 151, no. 1-2,<br />
pp. 155-176, Dec. 2003.<br />
[63] K. Jaber, R. Abdullah, and N.A. Rashid, “A framework<br />
for <strong>de</strong>cision tree-based method to in<strong>de</strong>x data from large<br />
protein sequence databases,” in Biomedical Engineering<br />
and Sciences (IECBES), 2010 IEEE EMBS Conference<br />
on, Kuala Lumpur, Nov.2011, pp. 120-125.<br />
[64] I.K Sethi, “Entropy nets: from <strong>de</strong>cision trees to neural<br />
networks,” Proceedings of the IEEE, vol. 78, no. 10, pp.<br />
1605-1613, Oct. 1990.<br />
[65] T. Kohonen, Self-Organizing Maps, Third Edition ed.<br />
Berlin: Springer, 1995.<br />
[66] R. Kohav and G.H. John, “Wrappers for Feature Subset<br />
Selection,” Artificial Intelligence, vol. 97, pp. 273-324,<br />
May. 1997.<br />
[67] M. Blachnik, W. Duch, A. Kachel, and J. Biesiada, “Feature<br />
Selection for Supervised Classification: A Kolmogorov-Smirnov<br />
Class Correlation-Based Filter,” in AI-<br />
Meth Series 2009, Symposium On Method of Artificial<br />
Intelligence, Gliwice, Nov.2009, pp. 18-19.<br />
[68] P. A. Devijver and J. Kittler, Pattern Recognition: A Statistical<br />
Aproach, Prmera edición ed.: Englrwood Cliffs:<br />
Pretince Hall, 1982.<br />
[69] D. W. Aha and R. L. Bankert, “A Comparative Evaluation<br />
of Sequential Feature Selection Algorithms,” in Learning<br />
from data: artificial intelligence and statistics V.<br />
New York: Springer Verlag, 1996., ch. 19, pp. 199-206.<br />
[70] P. Pudil, J. Novovicova, and J. Kittle, “Floating Search<br />
Methods in Feature Selection,” Pattern Recognition<br />
Letters, vol. 15, no. 11, pp. 1,119-1,125, Nov. 1994.<br />
[71] M. Kudo and J. Sklansky, “Comparison of Algorithms<br />
that Selects Features for Pattern Classifiers,” Pattern<br />
Recognition, vol. 33, no. 1, pp. 25-41, Jan. 2000.<br />
[72] S. K. Pal, R. K. De, and J. Basak, “Unsupervised Feature<br />
Evaluation: A Neuro-Fuzzy Approach,” IEEE Trans.<br />
Neural Network, vol. 11, no. 2, pp. 366-376, Mar.<br />
2000.<br />
[73] K. Kira and L. Ren<strong>de</strong>ll, “A practical Approach to Feature<br />
Selection,” in Proc. Ninth Int’l. Workshop Machine<br />
Learning, San Francisco, 1992., pp. 249-256.<br />
[74] D. Koller and M. Sahami, “Towards Optimal Feature<br />
Selection,” in Proc. 13th Int’l. Conf. Machine Learning,<br />
1996, pp. 284-292.<br />
[75] P. Mitra, P. Murthy, and S. K. Pal, “Unsupervised feature<br />
selection using feature similarity,” IEEE Transactions<br />
On Pattern Analysis And Machine Intelligente,<br />
vol. 24, no. 6, pp. 301-312, Jun. 2002.<br />
[76] L. A. Za<strong>de</strong>h, “FuzzySets,” Information and Control, vol.<br />
8, pp. 338-353, 1965.<br />
[77] Z. Wang, Q. Wang, M Bai, Z. Chen, and Z. Sun, “Further<br />
exploration on relationship between crisp sets and<br />
fuzzy sets,” in Computer and Automation Engineering<br />
(ICCAE), 2010 The 2nd International Conference on,<br />
vol. 2, 2010, pp. 609-613.<br />
[78] W. Pedricz, A. Skowron, and V. Kreinovich, Handbook<br />
of Granular Computing. England: A Jhon Wiley & Sons,<br />
2008.<br />
[79] L. Zehua, J. Hai, and Y. Pingpeng, “The Theory of Triangle<br />
Type-2 Fuzzy Sets,” in Computer and Information<br />
Technology, 2009. CIT ‘09. Ninth IEEE International<br />
Conference on, Oct. 2009, pp. 57-62, 11-14.
Representación efectiva <strong>de</strong> dinámicas fisiológicas mediante fuzzy rough set: una revisión - Orrego, Delgado<br />
215<br />
[80] J.M. Men<strong>de</strong>l and Wu Hongwei, “Type-2 Fuzzistics for<br />
Symmetric Interval Type-2 Fuzzy Sets: Part 1, Forward<br />
Problems,” Fuzzy Systems, IEEE Transactions on , vol.<br />
14, no. 6, pp. 781-792, Dec. 2006.<br />
[81] J.M. Men<strong>de</strong>l, “Type-2 fuzzy sets and systems: An overview.,”<br />
IEEE Comput. Intell. Mag., vol. 2, no. 1, pp. 20–<br />
29., Feb. 2007.<br />
[82] H. Hagras, “Type-2 FLCs: A New Generation of Fuzzy<br />
Controllers ,” Computational Intelligence Magazine,<br />
IEEE , vol. 2, no. 1, pp. 30-43, Feb. 2007.<br />
[83] J.M. Men<strong>de</strong>l, R.I. John, and Liu Feilong, “On using type-<br />
1 fuzzy set mathematics to <strong>de</strong>rive interval type-2 fuzzy<br />
logic systems,” in Fuzzy Information Processing Society,<br />
2005. NAFIPS 2005. Annual Meeting of the North<br />
American, 2005, pp. 528- 533.<br />
[84] K. W. Reed, “Type-1 And Type-2 Fuzzy Systems For<br />
Detecting Visitors In An Uncertain Environment,” Dissertations,<br />
Aca<strong>de</strong>mic, University of Missouri, Columbia<br />
, Computer engineering, Columbia, Tesis Maestria<br />
2009.<br />
[85] H. Wu, H. Wu, and J. Luo, “An Interval Type-2 Fuzzy<br />
Rough Set Mo<strong>de</strong>l for Attribute Reduction,” IEEE Transactions<br />
on Fuzzy System, vol. 17, no. 2, pp. 301-315,<br />
2009.<br />
[86] E. C. Tsang, D. Chen, D. S. Yeung, x. Z. Wang, and J. W.<br />
Lee, “Attributes Reduction Using Fuzzy Rough Sets,”<br />
IEEE Transactions On Fuzzy Systems, vol. 16, no. 5, pp.<br />
1130-1141, 2008.<br />
[87] R. Jensen and Q. Shen, “Fuzzy-Rough Sets for <strong>de</strong>scriptive<br />
Dimensionality Reduction,” in Fuzzy Systems, IEEE<br />
International Conference, Honolulu, HI , USA , 2002,<br />
pp. 29-34.<br />
[88] R. B. Bhatt and M. Gopa, “On fuzzy-rough sets approach<br />
to feature selection,” Pattern Recognition Letters,<br />
vol. 26, no. 7, pp. 965-975, May 2005.<br />
[89] G. C. Tsang, C. Degang, E. C. Tsang, J. W. Lee, and D. S.<br />
Yeung, “On attributes reduction with fuzzy rough sets,”<br />
in IEEE Conferences, vol. 3, 2005, pp. 2775-2780.<br />
[90] P. Maji and S. K. Pal, “Feature Selection Using F-information<br />
Measures in Fuzzy Approximation Spaces,”<br />
IEEE Transaction on Knowledge and data Engineering,<br />
vol. 22, no. 6, pp. 854-867, Jun. 2010.
Procesamiento <strong>de</strong> imágenes bajo Windows CE<br />
utilizando el procesador ARMv 4I<br />
Jorge Andrés Álvarez Triana<br />
Ing. Biomédico, Universidad Antonio Nariño<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo GEPRO,<br />
Universidad Antonio Nariño UAN Ibagué, Colombia<br />
grindzor@gmail.com<br />
José Armando Fernán<strong>de</strong>z Gallego<br />
MSc. Automatización Industrial,<br />
Universidad Nacional <strong>de</strong> Colombia se<strong>de</strong> Manizales<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo GEPRO,<br />
Universidad Antonio Nariño UAN Ibagué, Colombia<br />
fernan<strong>de</strong>zgallego@gmail.com<br />
Resumen— En este artículo se presenta una metodología<br />
para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> aplicaciones en dispositivos<br />
embebidos y móviles para el procesamiento digital <strong>de</strong><br />
imágenes. Se muestra un ejemplo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una<br />
máscara sobel para <strong>de</strong>tección <strong>de</strong> bor<strong>de</strong>s aplicada sobre<br />
la imagen <strong>de</strong> Lena en el dispositivo Zeus Epic 520 que<br />
cuenta con el procesador ARMV4I con sistema operativo<br />
Windows CE.<br />
Palabras clave— Dispositivo embebido, Procesador<br />
ARMv 4I, procesamiento <strong>de</strong> imágenes, Windows CE.<br />
Abstract— This paper presents a methodology for the<br />
<strong>de</strong>sign of applications in embed<strong>de</strong>d and mobile dispositives<br />
for digital image processing. Shows an example<br />
of <strong>de</strong>sign using a sobel mask for edge <strong>de</strong>tection on the<br />
image of Lena in the dispositive Zeus Epic 520 which<br />
count with ARMv 4I processor with Windows CE operative<br />
system.<br />
Keywords— Embed<strong>de</strong>d dispositive, ARMv 4I processor,<br />
Image processing, Windows CE.<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
Actualmente los sistemas <strong>de</strong> cómputo utilizan<br />
procesadores programados en lenguaje C/C++<br />
como un estándar adoptado en la industria con<br />
el que se abre la posibilidad <strong>de</strong> utilizar códigos <strong>de</strong><br />
programación en diferentes arquitecturas <strong>de</strong> dispositivos<br />
mediante el compilador apropiado para<br />
cada uno. Como una primera etapa natural para<br />
un programador es realizar sus <strong>de</strong>sarrollos en lenguaje<br />
C/C++ con compiladores para Windows o<br />
Linux, con los que es posible realizar cada una <strong>de</strong><br />
las funciones implementadas a nivel <strong>de</strong> hardware<br />
con éxito, hasta este momento es transparente<br />
para el <strong>de</strong>sarrollador la forma exacta en que los<br />
datos van a ser manipulados por el procesador.<br />
Cuando se requiere <strong>de</strong>sarrollar aplicaciones<br />
en una arquitectura diferente a la <strong>de</strong> un PC convencional,<br />
es necesario ahora centrarse en el conocimiento<br />
<strong>de</strong> la arquitectura <strong>de</strong>l nuevo dispositivo,<br />
<strong>de</strong>bido a que este es ahora un nuevo espacio<br />
<strong>de</strong> trabajo con diferentes leyes <strong>de</strong> operación y que<br />
necesariamente para su programación requieren<br />
<strong>de</strong> un nuevo compilador que pueda traducir el<br />
lenguaje C/C++ a su respectivo conjunto <strong>de</strong> instrucciones.<br />
Dado que cada fabricante posee una<br />
forma diferente <strong>de</strong> configuración <strong>de</strong>l compilador,<br />
<strong>de</strong> sus dispositivos, su interfaz e interconexión<br />
con su plataforma <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo pue<strong>de</strong> llegar a ser<br />
confuso la forma <strong>de</strong> empren<strong>de</strong>r una implementación<br />
con éxito en este nuevo sistema. En este<br />
artículo se presenta la metodología utilizada para<br />
programar el procesador ARMV 4I mediante el<br />
compilador Embed<strong>de</strong>d Visual C++ 4.0 para aplicaciones<br />
bajo Windows CE 5.<br />
<strong>II</strong>. MATERIALES y MéTODOS<br />
A. Sistemas Embebidos<br />
Son dispositivos <strong>de</strong> propósito específico y <strong>de</strong>dicado,<br />
a diferencia <strong>de</strong> un PC convencional son<br />
diseñados para ejecutar un número disminuido<br />
<strong>de</strong> operaciones [1]. Estos sistemas se caracterizan<br />
por su tamaño reducido, su bajo consumo <strong>de</strong><br />
potencia y su bajo costo.<br />
En [1] el autor explica las diferencias específicas<br />
con un sistema <strong>de</strong> cómputo convencional con<br />
los siguientes argumentos:<br />
• Generalmente son <strong>de</strong> costo reducido<br />
• La mayoría poseen restricciones <strong>de</strong> tiemporeal<br />
• Existen múltiples arquitecturas <strong>de</strong> procesadores<br />
(MIPS, ARM, PowerPC y otros) cuyas características<br />
varían según la aplicación específica<br />
<strong>de</strong>l sistema embebido (procesamiento <strong>de</strong><br />
imágenes, transmisión <strong>de</strong> datos, entre otros)<br />
• Poseen recursos limitados <strong>de</strong> memoria RAM,<br />
ROM u otros dispositivos <strong>de</strong> Entrada /Salida<br />
Recibido: 04/08/2011/ Aceptado: 10/11/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 216 - 222
Procesamiento <strong>de</strong> imágenes bajo Windows CE utilizando el procesador ARMv 4I - Álvarez, Fernán<strong>de</strong>z<br />
217<br />
(E/S) en comparación con una computadora<br />
tipo PC<br />
• Un sistema embebido es diseñado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> dos<br />
perspectivas, hardware y software, habida<br />
cuenta su aplicación específica.<br />
Este tipo <strong>de</strong> sistemas suele imponer límites <strong>de</strong><br />
interacción con el usuario o restringirlo con la finalidad<br />
<strong>de</strong> evitar las modificaciones al sistema base.<br />
a). Arquitectura<br />
Los sistemas embebidos son implementados<br />
en una sola tarjeta y en esta se encuentran contenidos<br />
los recursos necesarios y suficientes para<br />
su funcionamiento, tales como memoria RAM, microprocesador<br />
y puertos <strong>de</strong> comunicación, entre<br />
otros. Ver Fig. 2. La mayoría <strong>de</strong> estos recursos no<br />
son ampliables; y si existe la posibilidad no son <strong>de</strong><br />
fácil acceso al usuario <strong>de</strong>l común a excepción <strong>de</strong><br />
los conectores y buses <strong>de</strong> datos que suministra el<br />
fabricante.<br />
b). Procesadores integrados<br />
Frecuentemente los sistemas embebidos tienen<br />
microprocesadores - integrados <strong>de</strong>nominados<br />
SOC por sus siglas en inglés system on chip.<br />
Los procesadores tipo SOC poseen integrados<br />
componentes controladores DRAM, USART, UART,<br />
ETHERNET, PCI, y otros. La arquitectura habitual<br />
<strong>de</strong> los procesadores SOC es <strong>de</strong> tipo RISC por sus<br />
siglas en inglés reduced Instruction set computer,<br />
la cual pue<strong>de</strong> apreciarse en la Fig. 1.<br />
Fig. 1. ARQUITECTURA DE PROCESADOR SOC TIPO RISC TOMADO DE [1]<br />
La secuencia metodológica or<strong>de</strong>nada por pasos<br />
para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> aplicaciones en procesamiento<br />
digital <strong>de</strong> imágenes en sistemas embebidos<br />
<strong>de</strong>be ser:<br />
1) Al abordar la programación <strong>de</strong> cualquier sistema<br />
embebido es el conocimiento <strong>de</strong> su arquitectura<br />
lo que dicta las pautas, normas y<br />
recursos disponibles para tal fin.<br />
2) La comprensión <strong>de</strong>l kernel o sistema operativo<br />
<strong>de</strong>l dispositivo es fundamental, ya que<br />
incluidas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> este se encuentran disponibles<br />
las librerías necesarias para el manejo<br />
<strong>de</strong> imágenes; junto a estas es necesario<br />
revisar las incluidas por el fabricante. Si las<br />
librerías no son eficientes al aprovechar los<br />
recursos <strong>de</strong>l sistema y consumen mayor tiempo<br />
máquina <strong>de</strong>l esperado es necesario utilizar<br />
herramientas básicas <strong>de</strong>l lenguaje C/C++<br />
apoyadas por la base matemática <strong>de</strong> las técnicas<br />
<strong>de</strong>l procesamiento digital <strong>de</strong> imágenes.<br />
3) Es necesario enten<strong>de</strong>r las limitaciones <strong>de</strong>l<br />
sistema tanto en software como en hardware<br />
para aprovechar al máximo los recursos disponibles.<br />
4) El conocimiento <strong>de</strong> las herramientas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo<br />
es fundamental ya que estas difieren<br />
<strong>de</strong> las estándar siendo específicas para el dispositivo.<br />
El fabricante suele proporcionar los<br />
kits estándar <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo que se encargan<br />
<strong>de</strong> enlazar la herramienta <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo junto<br />
con las librerías <strong>de</strong>l dispositivo y su procesador.<br />
5) Es preciso un patrón <strong>de</strong> comparación <strong>de</strong> los<br />
resultados obtenidos contra una herramienta<br />
<strong>de</strong> software especializada en procesamiento<br />
digital <strong>de</strong> imágenes o librería para compiladores<br />
C/C++ estándar para realizar el ajuste<br />
finó <strong>de</strong> algoritmos.<br />
<strong>II</strong>I. LIMITACIONES DEL SISTEMA<br />
A. Procesador ARMv 4I<br />
B. Metodología<br />
Este procesador tiene una arquitectura tipo<br />
RISC <strong>de</strong> 32 bits y preparado para trabajar en ambientes<br />
industriales.<br />
Dentro las limitaciones <strong>de</strong>l procesador ARMv<br />
4I [1] se tienen:<br />
1) Punto flotante<br />
Su arquitectura es diseñada para aplicaciones<br />
móviles y embebidas optimizada para operaciones<br />
con valores enteros, pero no tiene soporte<br />
para operaciones <strong>de</strong> punto flotante [2], [3], [4],<br />
aunque es capaz <strong>de</strong> emularlas mediante instrucciones<br />
ilegales. Para utilizar este tipo <strong>de</strong> operacio-
218<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 216 - 222<br />
nes el compilador C/C++ envía ór<strong>de</strong>nes al procesador<br />
para que haga uso <strong>de</strong>l emulador interno <strong>de</strong><br />
operaciones punto flotante, lo que pue<strong>de</strong> llevar a<br />
errores inesperados por exceso <strong>de</strong> operaciones<br />
ilegales y <strong>de</strong>sbor<strong>de</strong> <strong>de</strong> pila si existe exceso <strong>de</strong> datos<br />
<strong>de</strong> este tipo.<br />
2) Velocidad<br />
La velocidad establecida para el reloj <strong>de</strong> este<br />
procesador es 520 MHz. El procesamiento en<br />
tiempo real es limitado por esta velocidad y las<br />
aplicaciones robustas <strong>de</strong>ben ser puntuales, precisas<br />
y eficientes. Es recomendable no hacer uso<br />
<strong>de</strong> gran cantidad <strong>de</strong> variables flotantes para no<br />
aumentar el tiempo <strong>de</strong> respuesta.<br />
B. Windows CE 5<br />
Dentro <strong>de</strong> las limitaciones para esta versión<br />
embebida <strong>de</strong> Windows encontramos:<br />
1) Módulos<br />
Windows CE 5 a diferencia <strong>de</strong> las versiones<br />
para PC convencional está constituido por módulos,<br />
la inclusión <strong>de</strong> estos varía según el fabricante<br />
<strong>de</strong>l dispositivo en don<strong>de</strong> está instalado. Así el<br />
fabricante <strong>de</strong>l sistema podría prescindir <strong>de</strong> funciones<br />
necesarias para el procesamiento gráfico y<br />
otras funciones requeridas.<br />
2) Procesos<br />
Windows CE 5 es multitarea, cada proceso ejecutado<br />
tiene un límite <strong>de</strong> 32 MB y restringe los<br />
recursos disponibles para la aplicación que va a<br />
<strong>de</strong>sarrollar [6], [7], [8].<br />
3) Actualización <strong>de</strong>l sistema<br />
La forma <strong>de</strong> actualización <strong>de</strong>l sistema requiere<br />
escribir la memoria Flash o Flash NAND. Si este<br />
proceso se realiza <strong>de</strong> forma incorrecta se corre el<br />
riesgo <strong>de</strong> inutilizar el dispositivo [9].<br />
necesaria la instalación <strong>de</strong> Microsoft Active Sync<br />
3.75 o superior.<br />
Pue<strong>de</strong> realizarse sincronización por medio <strong>de</strong><br />
conexión Ethernet / LAN, vía bluethoot y vía USB.<br />
El programa hace uso <strong>de</strong>l protocolo IP v4 en su<br />
versión 3.75, don<strong>de</strong> el host es Windows xP y el<br />
cliente es Windows CE permitiendo importar y<br />
exportar datos entre los dos sistemas. Microsoft<br />
Active Sync se encarga <strong>de</strong> la compatibilidad entre<br />
archivos <strong>de</strong>bido a que las cabeceras <strong>de</strong> los<br />
mismos son distintas en Windows xP y Windows<br />
CE [10].<br />
V. DISPOSITIVO DE DESARROLLO<br />
Características como bajo consumo <strong>de</strong> potencia<br />
e integración en una sola placa son propias<br />
<strong>de</strong> los sistemas embebidos. El sistema ZEUS<br />
EPIC 520 <strong>de</strong> la empresa Eurotech cumple con<br />
estos lineamientos básicos y posee características<br />
necesarias y suficientes <strong>de</strong> procesamiento y<br />
velocidad.<br />
Este dispositivo posee un procesador ARMv 4I<br />
como el usado por celulares, GPS y Tablet PC.<br />
Cuenta con una memoria RAM <strong>de</strong> 256 MB en<br />
board, memoria flash 64MB, 256kB <strong>de</strong> memoria<br />
RAM <strong>de</strong> respaldo con batería y un socket para<br />
memorias SD y MMC. A nivel vi<strong>de</strong>o y gráficos ostenta<br />
un controlador para su respectiva pantalla<br />
táctil, un controlador <strong>de</strong> captura rápida <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>o<br />
y controlador <strong>de</strong> vi<strong>de</strong>o <strong>de</strong> salida VGA. Interfaces<br />
<strong>de</strong> comunicación entrada salida como Ethernet,<br />
RS 232, RS 422, RS 485, USB 1.1 y soporte para<br />
mo<strong>de</strong>m wireless [5]. En la Fig. 2 se muestra el<br />
diseño esquemático <strong>de</strong>l dispositivo.<br />
Fig. 2. DISEÑO ESQUEMÁTICO DEL DISPOSITIVO EMBEBIDO<br />
ZEUS EPIC 520<br />
IV. SINCRONIZACIÓN WINDOWS CE 5 –<br />
WINDOWS xP<br />
Al <strong>de</strong>sarrollar una aplicación para cualquier<br />
dispositivo embebido es necesario sincronizar datos<br />
entre el sistema <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo y el dispositivo<br />
sobre el cual se programa.<br />
Para el caso <strong>de</strong>l software <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo Embed<strong>de</strong>d<br />
Visual C++ la sincronización <strong>de</strong> datos es<br />
puntual a la versión <strong>de</strong>l software requiriendo <strong>de</strong><br />
Windows xP o inferior mínimo Windows 2000. Es
Procesamiento <strong>de</strong> imágenes bajo Windows CE utilizando el procesador ARMv 4I - Álvarez, Fernán<strong>de</strong>z<br />
219<br />
VI. SOFTWARE DE DESARROLLO<br />
Al <strong>de</strong>sarrollar una aplicación para un dispositivo<br />
embebido es necesaria la instalación <strong>de</strong>l set<br />
estándar <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, por su sigla en inglés SDK,<br />
proporcionadas por el fabricante. El software <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>be ser capaz <strong>de</strong> interpretar el SDK y<br />
permitir seleccionarlo <strong>de</strong> una lista.<br />
A. Embed<strong>de</strong>d Visual C++<br />
Este software <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo está orientado a<br />
aplicaciones móviles o embebidas. Su interfaz<br />
gráfica es semejante a la <strong>de</strong> Visual C++ 6.0, enfocada<br />
a la programación en el API (Aplicativo <strong>de</strong><br />
interfaz <strong>de</strong> programación) <strong>de</strong> Windows CE en sus<br />
diferentes versiones, sin <strong>de</strong>jar <strong>de</strong> lado el <strong>de</strong>sarrollo<br />
estándar C++.<br />
1) Configuración <strong>de</strong>l software<br />
El programa pue<strong>de</strong> configurarse <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
menú Tools. Los submenús necesarios para la<br />
configuración son los siguientes:<br />
a) Menú Options<br />
Muestra diferentes opciones organizadas por<br />
pestañas como se muestra en la Fig. 3. Entre las<br />
cuales encontramos configuración <strong>de</strong>l editor, tabulaciones,<br />
ajuste (<strong>de</strong>bug), compatibilidad, <strong>de</strong>scarga<br />
(download), construir (build), directorios,<br />
espacio <strong>de</strong> trabajo, macros y forma. Don<strong>de</strong> las<br />
pestañas fundamentales para la configuración<br />
son <strong>de</strong>scarga, directorios y espacio <strong>de</strong> trabajo.<br />
Fig. 3. CUADRO DE DIÁLOGO DEL MENÚ OPCIONES<br />
La pestaña directorios permite enlazar librerías<br />
y los SDK al procesador y plataforma <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo.<br />
Los enlaces se logran al escribir la ruta<br />
<strong>de</strong>l directorio que contiene los archivos necesarios<br />
según sea el tipo incluir (inclu<strong>de</strong>), librerías (library),<br />
origen (source) o ejecutable. Para enlazar<br />
librerías a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> especificar las rutas <strong>de</strong> directorio<br />
es necesario una vez creado un proyecto ir<br />
al menú proyecto (Project) pestaña enlace (link) e<br />
incluir los nombres <strong>de</strong> los módulos <strong>de</strong> librería .lib<br />
en la opción Object/library modules.<br />
La pestaña <strong>de</strong>scarga (download) permite administrar<br />
que datos propios <strong>de</strong>l ejecutable son enviados<br />
al dispositivo y cambiar el tiempo <strong>de</strong> espera<br />
para <strong>de</strong>tectar la sincronización con el dispositivo.<br />
En la pestaña espacio <strong>de</strong> trabajo (workspace)<br />
encontramos las opciones que nos permiten vigilar<br />
el programa mientras corre en modo ajuste<br />
(<strong>de</strong>bug). Las esenciales son salida (output) que<br />
visualiza lo compilado y posibles errores, observar<br />
(watch) que permite vigilar la variables, memoria<br />
(memory) que permite ver recursos disponibles y<br />
en cola (call stack) que permite vigilar el estado<br />
<strong>de</strong> pila. La importancia <strong>de</strong> estas opciones radica<br />
en la limitación <strong>de</strong> recursos que se tiene por parte<br />
<strong>de</strong>l dispositivo por lo cual es imperioso vigilar y observar<br />
para prevenir y corregir errores.<br />
b) Menú Configurar director <strong>de</strong> plataforma<br />
(configure Platform Manager)<br />
Des<strong>de</strong> este menú es posible administrar los<br />
dispositivos instalados por el SDK <strong>de</strong>l fabricante<br />
así como los emuladores <strong>de</strong> pocket PC o <strong>de</strong> Windows<br />
CE, que permiten configurar el método <strong>de</strong><br />
sincronización con el dispositivo. Es recomendable<br />
ajustarlo a Microsoft Active Sync y hacer el<br />
test <strong>de</strong> sincronización.<br />
B. Proyecto en Embed<strong>de</strong>d Visual C++.<br />
Como es tradición en los ambientes <strong>de</strong> trabajo<br />
<strong>de</strong> Microsoft visual studio para ejecutar el código<br />
es necesario crear un nuevo proyecto, la diferencia<br />
radica en la posibilidad <strong>de</strong> elegir el procesador<br />
con el cual se <strong>de</strong>sea trabajar [10] en este caso<br />
particular el procesador ARMv 4I ver Fig.4.<br />
Fig. 4. CUADRO DE DIÁLOGO NUEVO PROYECTO
220<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 216 - 222<br />
También posee la alternativa <strong>de</strong> elegir una<br />
plantilla <strong>de</strong> aplicación previamente configurada,<br />
o elegir una guía <strong>de</strong> configuración <strong>de</strong> la<br />
aplicación. Aunque venga previamente configurado<br />
o se utilice la guía <strong>de</strong> configuración es<br />
recomendable configurarlo manualmente como<br />
se ha <strong>de</strong>scrito anteriormente.<br />
Una vez creado el proyecto po<strong>de</strong>mos seleccionar<br />
el SDK, procesador y dispositivo a utilizar<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> la barra <strong>de</strong> herramientas configuración<br />
<strong>de</strong> WCE, <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> esta barra encontramos dos<br />
modos <strong>de</strong> compilación / ejecución; un modo<br />
ajuste (Debug) y un modo (lanzamiento) (release).<br />
El modo ajuste (<strong>de</strong>bug) compila y ejecuta<br />
conjuntamente el embed<strong>de</strong>d visual C++ con<br />
el dispositivo. El modo lanzamiento (release)<br />
ejecuta totalmente el código en el dispositivo y<br />
este sirve para guardar en la memoria <strong>de</strong>l dispositivo<br />
él ejecutable.<br />
C. Punto <strong>de</strong> entrada Winmain en Windows<br />
CE.<br />
A diferencia <strong>de</strong> C/C++ estándar don<strong>de</strong> se utiliza<br />
la función main en el compilador embed<strong>de</strong>d<br />
visual c++ es necesario utilizar Winmain. Los<br />
parámetros <strong>de</strong> esta función son <strong>de</strong>finidos por el<br />
sistema operativo y son universales para todas<br />
las clases <strong>de</strong> arquitectura <strong>de</strong> Windows. Cada<br />
parámetro pasa al sistema operativo como código<br />
<strong>de</strong> salida. Winmain se encarga <strong>de</strong> traducir<br />
y trasladar mensajes, y <strong>de</strong> cargar los aceleradores<br />
internos <strong>de</strong> Windows para ejecutar procedimientos<br />
<strong>de</strong> ventana. [7], [8] y [10].<br />
D. Portabilidad <strong>de</strong>l código<br />
El código no es portable ni compatible con<br />
otras versiones <strong>de</strong>l mismo, por ejemplo un código<br />
escrito para la versión 5 pue<strong>de</strong> no ser ejecutado<br />
en la versión 6.<br />
La portabilidad <strong>de</strong>l código entre procesadores<br />
asumiendo la misma versión <strong>de</strong> Windows y<br />
los mismos contenidos, <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> que sean <strong>de</strong><br />
la misma familia o compatibles, por ejemplo un<br />
código compilado con un procesador ARMv 4I<br />
no es portable a un procesador x86, pero si es<br />
compatible con un ARMv 4T.<br />
E. Archivo ejecutable<br />
El archivo .exe generado por el compilador es<br />
<strong>de</strong>scargado al sistema <strong>de</strong> ficheros <strong>de</strong>l dispositivo.<br />
La permanencia <strong>de</strong>l mismo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l dispositivo<br />
en sí; para el caso <strong>de</strong>l ZEUS EPIC 520<br />
[5], [10] este es guardado en directorio raíz a la<br />
parte <strong>de</strong> ficheros en RAM, por lo que al cortar<br />
la alimentación <strong>de</strong>l dispositivo el ejecutable se<br />
pier<strong>de</strong>. Esto se soluciona mediante la entrada<br />
que posee el dispositivo para memorias externas<br />
SD o USB que retengan los datos <strong>de</strong> forma<br />
permanente. Para caso <strong>de</strong> dispositivos móviles<br />
como Pocket PC o teléfonos móviles es guardado<br />
en la memoria removible <strong>de</strong>l dispositivo.<br />
V<strong>II</strong>. LECTURA y ESCRITURA DE LA<br />
CABECERA DEL FORMATO BMP<br />
Las librerías contenidas en Windows CE para<br />
carga <strong>de</strong> imágenes son poco eficientes a nivel<br />
velocidad por lo tanto es necesario utilizar un<br />
métodos alternativos <strong>de</strong> carga como lo es leer<br />
la imagen directamente <strong>de</strong>s<strong>de</strong> un buffer binario.<br />
Durante este trabajo es utilizado el formato BMP;<br />
formato <strong>de</strong> archivo básico usado para imágenes<br />
digitales en Windows. Este es soportado por la<br />
mayoría <strong>de</strong> versiones <strong>de</strong> Windows.<br />
El formato BMP es compuesto por:<br />
1) Cabecera <strong>de</strong> archivo.<br />
2) Cabecera <strong>de</strong> mapa <strong>de</strong> bits<br />
3) Tabla <strong>de</strong> color<br />
4) Datos crudos <strong>de</strong> la imagen.<br />
La cabecera <strong>de</strong>l archivo mostrada en la Figura<br />
4 es formada por los primeros 14 bytes.<br />
Don<strong>de</strong> los primeros dos bytes indican el tipo <strong>de</strong>l<br />
archivo que pue<strong>de</strong>n ser en formato hexa<strong>de</strong>cimal<br />
(4D42) ó en ASC<strong>II</strong> (BM). Los siguientes cuatro<br />
bytes indican el tamaño <strong>de</strong>l archivo, seguidos<br />
<strong>de</strong> dos bytes reservados. Los bytes restantes<br />
dan un valor offset a los datos <strong>de</strong> imagen [6].<br />
La cabecera <strong>de</strong> mapa <strong>de</strong> bits es conformada<br />
por 40 bytes mostrados en la Figura 4 b). Inicia<br />
con el tamaño <strong>de</strong> la cabecera siempre <strong>de</strong><br />
40 seguida <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> la imagen en alto y<br />
ancho; si el valor <strong>de</strong>l alto es un número negativo<br />
significa que la imagen está invertida o fue<br />
almacenada <strong>de</strong> abajo hacia arriba. El siguiente<br />
campo contiene los planos <strong>de</strong> color don<strong>de</strong> 1 es<br />
representa imágenes blanco y negro, y 3 para<br />
imágenes <strong>de</strong> color RGB. Los siguientes 2 bytes
Procesamiento <strong>de</strong> imágenes bajo Windows CE utilizando el procesador ARMv 4I - Álvarez, Fernán<strong>de</strong>z<br />
221<br />
indican los bits por pixel, por ejemplo, 8 es para<br />
256 niveles <strong>de</strong> grises. El campo que correspon<strong>de</strong><br />
a compresión activa la compresión si está<br />
en uno y <strong>de</strong>sactiva en cero. Los siguientes dos<br />
campos expresan la resolución horizontal y vertical,<br />
están medidos en pixeles por metro. Por<br />
último los dos campos relacionados con color<br />
ayudan a <strong>de</strong>scomprimir e interpretar los colores<br />
junto con la tabla <strong>de</strong> color [11].<br />
Fig 5. ESTRUCTURA DE LA TRAMA DE DATOS DE LAS CABECERAS DEL<br />
FORMATO BMP. A) CABECERA DE ARCHIVO, B) CABECERA DE MAPA DE<br />
BITS [6]<br />
Fig. 6. MÁSCARAS DE SOBEL VERTICAL Y HORIZONTAL<br />
La fig. 6 muestra la matriz I que representa<br />
la imagen <strong>de</strong> entrada suponiendo que es <strong>de</strong><br />
3x3. Las ecuaciones 1 y 2 muestran como se<br />
calculan los gradientes Gm x<br />
y Gm y<br />
[12], [13] .<br />
Fig. 7. MATRIZ I QUE REPRESENTA LA IMAGEN DE ENTRADA<br />
1.<br />
Más allá <strong>de</strong> las cabeceras se cuenta con la<br />
tabla <strong>de</strong> color, que funciona reasignando un valor<br />
<strong>de</strong> entrada a un valor <strong>de</strong> color.<br />
La parte final <strong>de</strong> la trama correspon<strong>de</strong> a los<br />
datos almacenados <strong>de</strong> la imagen en la extensión<br />
BMP, datos que <strong>de</strong>ben ser interpretados<br />
con la tabla <strong>de</strong> color.<br />
Para aumentar la velocidad <strong>de</strong> procesamiento,<br />
la lectura <strong>de</strong>l archivo se realiza con la función<br />
fopen para la carga <strong>de</strong>l archivo y fread con<br />
su respectiva cabecera .<br />
Para escritura se utiliza la función fopen con<br />
la ban<strong>de</strong>ra w para escribir un nuevo archivo y<br />
adicionalmente se utiliza fwrite para agregar<br />
nuevos datos a la trama <strong>de</strong>l archivo [11].<br />
V<strong>II</strong>I. RESULTADOS<br />
En el dispositivo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo se realizó<br />
un ejercicio <strong>de</strong> implementación con el filtro <strong>de</strong><br />
SOBEL que se muestra en la Fig. 6. Las ecuaciones<br />
utilizadas para obtener el valor total <strong>de</strong>l<br />
gradiente son (1) y (2). En don<strong>de</strong> las operaciones<br />
básicas <strong>de</strong>sarrolladas son suma, resta potenciación<br />
y radicación al procesar los datos<br />
obtenidos por medio <strong>de</strong> la memoria flash y la<br />
memoria <strong>de</strong>l programa.<br />
2.<br />
3.<br />
Para obtener el gradiente total <strong>de</strong> salida se<br />
utiliza la ecuación 3 don<strong>de</strong> Gp es la imagen <strong>de</strong>l<br />
gradiente total calculado [12], [13].<br />
La Fig.8 muestra la imagen <strong>de</strong> entrada I y<br />
las imágenes <strong>de</strong> salida Gm x,<br />
Gm y<br />
y Gp con 8<br />
bits <strong>de</strong> resolución en escala <strong>de</strong> grises y con 8<br />
bits <strong>de</strong> resolución. En el primer cuadrante se<br />
muestra la imagen <strong>de</strong> entrada Lenna en formato<br />
BMP; en el segundo y tercer cuadrante<br />
se muestra el resultado <strong>de</strong> aplicar el operador<br />
sobel vertical y horizontal. La imagen <strong>de</strong>l cuarto<br />
cuadrante muestra el resultado final <strong>de</strong> la<br />
implementación <strong>de</strong>l filtro sobel mediante C/<br />
C++ que hace uso <strong>de</strong>l embed<strong>de</strong>d visual C++<br />
para el sistema embebido Zeus Epic 520 con<br />
procesador ARMv 4I.
222<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 216 - 222<br />
Fig. 8. RESULTADO DE APLICAR EL OPERADOR SOBEL SOBRE LA IMAGEN<br />
EN EL DISPOSITIVO ZEUS EPIC 520<br />
total conocimiento <strong>de</strong> la herramienta utilizada y su<br />
respectivo entorno <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] C. Hallinan,”Embed<strong>de</strong>d Linux primer”, Prentice hall,<br />
september 2006, capítulo 2.<br />
[2] ARMv 5 Reference manual, ARM ltda, 2005 disponible<br />
en http://infocenter. arm.com/help/in<strong>de</strong>x.jsp?topic=/<br />
com.arm.doc.ddi0100i/in<strong>de</strong>x.html, 2007 copyrigth.<br />
[3] Devian, “ArmEabiPort”, disponible en http://wiki.<strong>de</strong>bian.org/ArmEabiPort,<br />
capítulo 4.<br />
[4] ARM,“Procedure Call Standard for the ARM® Architecture”,<br />
ARM IHI 0042D, current through ABI release<br />
2.08, October 2009.<br />
Los datos <strong>de</strong> salida <strong>de</strong>l filtro <strong>de</strong>ben ajustarse a<br />
la resolución máxima <strong>de</strong> 8 bits.<br />
El tiempo empleado por el dispositivo al leer,<br />
<strong>de</strong>tectar bor<strong>de</strong>s y escribir la imagen <strong>de</strong> salida en<br />
formato BMP fue <strong>de</strong> 1,89 s.<br />
xI. CONCLUSIONES<br />
Los sistemas <strong>de</strong> procesamiento actuales <strong>de</strong><br />
tipo embebido cuentan con una arquitectura limitada<br />
y diferente a los sistemas <strong>de</strong> cómputo<br />
tradicional, las implementaciones en esta nueva<br />
arquitectura <strong>de</strong>ben estar soportadas por el estudio<br />
previo <strong>de</strong>l sistema don<strong>de</strong> se quiere realizar<br />
el procesamiento <strong>de</strong> los datos con el objetivo <strong>de</strong><br />
conocer sus herramientas y limitaciones propias.<br />
Antes <strong>de</strong> elegir un dispositivo embebido es una tarea<br />
fundamental conocer la aplicación específica<br />
que se quiere realizar, el entorno <strong>de</strong> trabajo don<strong>de</strong><br />
se alojará el dispositivo y las garantías <strong>de</strong> programación<br />
tales como librerías, programas <strong>de</strong> sincronización<br />
y <strong>de</strong>sarrollo que garanticen un acompañamiento<br />
al programador al empren<strong>de</strong>r su tarea.<br />
En el ejemplo <strong>de</strong> aplicación que se muestra<br />
en este artículo se recopila no solamente la realización<br />
<strong>de</strong> una máscara espacial a una imagen,<br />
sino una tarea <strong>de</strong> investigación y documentación<br />
previa que <strong>de</strong>be seguirse al momento <strong>de</strong> programar<br />
una arquitectura embebida. El filtro <strong>de</strong> sobel<br />
implementado no cuenta con limitaciones numéricas<br />
<strong>de</strong> procesamiento y su resultado es el mismo<br />
que se obtendría con otro sistema <strong>de</strong> procesamiento<br />
clásico, este resultado se logra con el<br />
[5] ARCOM, “ZEUS Windows CE Development kit Manual”,<br />
2001 ARCOM.<br />
[6] Microsoft msdn, “Windows CE 5.0”, disponible<br />
en http://msdn.microsoft. com/enus/library/<br />
gg144991%28v= WinEmbed<strong>de</strong>d.0%29.aspx, 2011<br />
Microsoft.<br />
[7] S.Phung, “Profesional Windows CE 6.0”, Wiley Publishing<br />
inc, 2009.<br />
[8] S. Pavlov, P. Belevsky, “Windows CE 6.0 Fundamentals”,<br />
Microsoft Press. 1998.<br />
[9] Microsoft msdn, “Platform buil<strong>de</strong>r Users Gui<strong>de</strong> Windows<br />
CE 5.0”, disponible en http://msdn.microsoft.<br />
com/en-us/library/aa448756.aspx, 2011 Microsoft.<br />
[10] P. González, “Manual básico <strong>de</strong> Embed<strong>de</strong>d Visual C++<br />
4.0”, Universidad <strong>de</strong> Oviedo, 2004.<br />
[11] D. Phillips, “Image processing in C”, “2nd ed. R&D Publications,<br />
2000, pp 7-21 , pp 47 -56.<br />
[12] W. K. Pratt, “digital image procesing”, Wiley-Interscience<br />
Publication,JOHN WILEY & SONS, INC, 3th edition,<br />
pp 453 – 454.<br />
[13] Q. Ying-Donga, C. Cheng-Songa, C. San-Benb, L. Jin-<br />
Quana,” A fast subpixel edge <strong>de</strong>tection method using<br />
Sobel–Zernike moments operator”, Image and Vision<br />
Computing 23, 2005, pp 11–17.
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong><br />
componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> software empresarial – caso: División <strong>de</strong><br />
Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad<br />
Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Fernando Antonio Rojas Morales<br />
M. Sc. en Ciencias Computacionales,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Docente Tiempo Completo, Investigador Grupo G<strong>II</strong>B,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
frojas@uis.edu.co<br />
Robinson Delgado Rojas<br />
M. Sc.(c) Ingeniería <strong>de</strong> Sistemas e Informática,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Ing. Diseño y Desarrollo,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
rob<strong>de</strong>l@uis.edu.co<br />
Fredy humberto Vera Rivera<br />
M. Sc. Ingeniería <strong>de</strong> Sistemas e Informática,<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r<br />
Docente Tiempo Completo, Universidad Santo Tomás,<br />
Investigador Grupo UNITEL, Universidad Santo Tomás USTA<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Freve9@hotmail.com<br />
Resumen— El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en componentes<br />
es un nuevo paradigma <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo que<br />
permite la implementación <strong>de</strong> sistemas rápidamente,<br />
a partir <strong>de</strong> componentes <strong>de</strong> software previamente <strong>de</strong>sarrollados.<br />
El repositorio <strong>de</strong> componentes es la pieza<br />
principal <strong>de</strong> este mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo ya que permite<br />
la administración, selección, i<strong>de</strong>ntificación, cualificación<br />
y ensamblaje <strong>de</strong> componentes <strong>de</strong> software.<br />
En este artículo se explica el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, y<br />
cómo se diseñará un repositorio <strong>de</strong> componentes para<br />
dar soporte al proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial.<br />
Para el diseño se tendrán en cuenta todos los<br />
requerimientos funcionales y no funcionales que <strong>de</strong>be<br />
contemplar un repositorio <strong>de</strong> componentes, que soporte<br />
el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en componentes.<br />
La implementación <strong>de</strong> este repositorio se aplicará a la<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información DSI, <strong>de</strong> la Universidad<br />
Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS, como mejora al mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo allí implantado, para optimizar este<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo por componentes, ya que con el<br />
repositorio se permite disminuir los tiempos <strong>de</strong> búsqueda,<br />
selección e i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> los componentes.<br />
A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> mejorar los tiempos <strong>de</strong> respuesta <strong>de</strong> atención<br />
a las solicitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mantenimiento y <strong>de</strong>sarrollo<br />
que allí se generan, ya que las <strong>de</strong>moras se disminuyen<br />
al máximo al obtener e i<strong>de</strong>ntificar <strong>de</strong> forma rápida los<br />
componentes que <strong>de</strong>ben ser revisados o integrados en<br />
los sistemas solicitados. También se elimina el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> componentes <strong>de</strong> forma repetida y <strong>de</strong>scontrolada<br />
por la falta <strong>de</strong> la herramienta que permita monitorear<br />
y centralizar los componentes <strong>de</strong>sarrollados.<br />
Palabras clave— Componentes, Ingeniería <strong>de</strong> Software<br />
basada en componentes, Repositorio <strong>de</strong> componentes.<br />
Abstract— The component-based <strong>de</strong>velopment mo<strong>de</strong>l<br />
is a new paradigm of <strong>de</strong>velopment that allows the implementation<br />
of systems quickly, starting of software<br />
components <strong>de</strong>veloped previously. The component’s<br />
repository is the main tool of this <strong>de</strong>velopment mo<strong>de</strong>l<br />
since it allows the administration, selection, i<strong>de</strong>ntification<br />
and assembly of software components.<br />
In this paper the <strong>de</strong>velopment mo<strong>de</strong>l will be explained,<br />
as well as the <strong>de</strong>sign of a component’s repository<br />
to give support to the <strong>de</strong>velopment process of business<br />
software. For this <strong>de</strong>sign all the functional and<br />
non-functional requirements having component´s repository<br />
and giving support to components-based <strong>de</strong>velopment<br />
mo<strong>de</strong>l will be taken into account.<br />
The <strong>de</strong>ployment of this repository will be applied to Information<br />
Services Division of Universidad Industrial<br />
<strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS in or<strong>de</strong>r to improve the <strong>de</strong>velopment<br />
mo<strong>de</strong>l implanted here, optimizing this <strong>de</strong>velopment<br />
components mo<strong>de</strong>l. This repository can <strong>de</strong>crease times<br />
of searching, selection, and i<strong>de</strong>ntification of<br />
components. Besi<strong>de</strong>s, it shortens response times of<br />
attention to the maintenance requirements and the<br />
<strong>de</strong>velopment that these generate. This is due to the<br />
fact that the <strong>de</strong>lays <strong>de</strong>crease to the maximum by getting<br />
and i<strong>de</strong>ntifying quickly the components that it<br />
would be verified or integrated in the requested systems.<br />
Also, it eliminates the <strong>de</strong>velopment of repeated<br />
and not controlled components due to the lack of a<br />
tool that allows overlook and centralizes the components<br />
<strong>de</strong>veloped.<br />
Keywords— Component, Component – Based Software<br />
Engineering, Component’s Repository.<br />
Recibido: 11/06/2011/ Aceptado: 23/09/2011/ ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233
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ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233<br />
I. INTRODUCCIÓN<br />
El mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en componentes<br />
es una clase <strong>de</strong> enfoque que permite el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> software mediante la existencia <strong>de</strong> componentes<br />
<strong>de</strong> software preexistentes. Este enfoque<br />
conlleva gran<strong>de</strong>s cambios en el ciclo <strong>de</strong> vida [1].<br />
Entre las ventajas <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado<br />
en componentes se encuentran la mejora en la<br />
producción <strong>de</strong> software y la disminución <strong>de</strong>l costo<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> disminuir el tiempo <strong>de</strong><br />
mantenimiento y pruebas [2].<br />
Ya que los componentes son piezas <strong>de</strong> software<br />
in<strong>de</strong>pendientes, con una lógica <strong>de</strong> negocios<br />
e interfaces bien <strong>de</strong>finidas para el acceso a sus<br />
funcionalida<strong>de</strong>s, se pue<strong>de</strong> pensar en el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> software como la creación y ensamble <strong>de</strong> estos<br />
componentes, pero para ello es indispensable<br />
contar con una herramienta que permita almacenar,<br />
catalogar, seleccionar y ensamblar los componentes<br />
<strong>de</strong> interés para el <strong>de</strong>sarrollador [3].<br />
En la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información se<br />
cuenta con un grupo consi<strong>de</strong>rable <strong>de</strong> componentes<br />
<strong>de</strong>sarrollados pero no se tiene una herramienta<br />
que permita la a<strong>de</strong>cuada implementación <strong>de</strong>l<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo. Por ello se plantea la construcción<br />
<strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes que<br />
optimice el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la DSI.<br />
Para la implementación <strong>de</strong> este repositorio se<br />
han llevado a cabo varias etapas <strong>de</strong> carácter obligatorio<br />
que permiten i<strong>de</strong>ntificar las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
requeridas por la DSI en el repositorio. Etapas<br />
como la obtención <strong>de</strong> los requerimientos <strong>de</strong> la DSI<br />
para implantación <strong>de</strong>l repositorio, funcionalida<strong>de</strong>s<br />
que <strong>de</strong>be prestar el repositorio en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> contar con algunas restricciones<br />
propias <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la DSI.<br />
Para ello se <strong>de</strong>be i<strong>de</strong>ntificar el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>l dominio,<br />
capturar los requerimientos <strong>de</strong> dicho mo<strong>de</strong>lo,<br />
elegir la arquitectura <strong>de</strong> software, construcción y<br />
población <strong>de</strong>l repositorio entre otras [4].<br />
A continuación se explicará brevemente la metodología<br />
utilizada durante el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la propuesta.<br />
<strong>II</strong>. METODOLOGÍA<br />
Para el diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes que permita dar soporte<br />
al mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Desarrollo Basado en Componentes<br />
CBD (Component-Based Development), es necesario<br />
conocer plenamente los requerimientos<br />
<strong>de</strong> este paradigma <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo. Para ello<br />
se ha realizado un estudio <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo<br />
y su funcionamiento <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la División<br />
<strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información, ya que éste será<br />
implementado para dar soporte a esta empresa<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software.<br />
Como primera medida se ha recolectado la<br />
mayor información posible acerca <strong>de</strong> los procedimientos<br />
y falencias <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo implementado<br />
allí, <strong>de</strong> este estudio particular y el conocimiento<br />
acerca <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en<br />
componentes nace un problema que se <strong>de</strong>be<br />
consi<strong>de</strong>rar.<br />
A. Problema <strong>de</strong> investigación<br />
Debido a que el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software<br />
<strong>de</strong> la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> información<br />
es el CBD y no cuenta con una herramienta que<br />
permita la administración <strong>de</strong> los componentes<br />
<strong>de</strong>sarrollados que pue<strong>de</strong>n ser utilizados en el<br />
proceso, nace un problema que <strong>de</strong>be ser resuelto<br />
y es el siguiente:<br />
¿Cómo optimizar la disposición <strong>de</strong> componentes<br />
implementados para mejorar el proceso <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software en la División <strong>de</strong> Servicios<br />
<strong>de</strong> Información?<br />
Como parte <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong> este problema<br />
surge la necesidad <strong>de</strong> un sistema que permita,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la centralización <strong>de</strong> los componentes<br />
<strong>de</strong>sarrollados, acciones como consultar, seleccionar<br />
e i<strong>de</strong>ntificar componentes que puedan ser<br />
integrados en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> un nuevo sistema<br />
software.<br />
Para <strong>de</strong>terminar la forma <strong>de</strong> satisfacer las necesida<strong>de</strong>s<br />
y/o falencias <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> software implementado en la DSI, se <strong>de</strong>be realizar<br />
algunas preguntas que permitan <strong>de</strong>sglosar el<br />
problema planteado.<br />
B. ¿Cómo i<strong>de</strong>ntificar los componentes que<br />
cumplen con los requerimientos <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollador<br />
para su reutilización?<br />
Para i<strong>de</strong>ntificar un componente <strong>de</strong>bidamente<br />
es necesario <strong>de</strong>finir las características relevantes<br />
<strong>de</strong> este, y así crear su ficha <strong>de</strong> especificación para<br />
que el <strong>de</strong>sarrollador pueda utilizarla para la plena<br />
i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong>l componente requerido.
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso:<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r - Rojas, Delgado, Vera<br />
225<br />
C. ¿Qué alternativas <strong>de</strong> arquitectura se pue<strong>de</strong>n<br />
utilizar para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong><br />
componentes reutilizables?<br />
Es necesario <strong>de</strong>finir la estructura que se utilizará<br />
para la construcción <strong>de</strong>l repositorio, ya que<br />
<strong>de</strong> ella <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> la relación entre los componentes<br />
registrados y el sistema repositorio.<br />
D. ¿Qué estructura <strong>de</strong> datos se <strong>de</strong>be crear con<br />
el fin <strong>de</strong> implementar un repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
funcional y completo?<br />
Para implementar un repositorio que cumpla<br />
las expectativas y requerimientos <strong>de</strong> la División,<br />
se <strong>de</strong>be diseñar una estructura <strong>de</strong> datos que<br />
contemple todos estos requerimientos y funcionalida<strong>de</strong>s<br />
exigidas, <strong>de</strong> tal forma que pueda<br />
integrarse al mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la DSI y<br />
permitir la solución <strong>de</strong> la problemática allí evi<strong>de</strong>nciada.<br />
E. ¿Cómo se <strong>de</strong>be especificar un componente<br />
<strong>de</strong> software para permitir su plena i<strong>de</strong>ntificación?<br />
Para especificar un componente <strong>de</strong> software<br />
se <strong>de</strong>be luego <strong>de</strong> <strong>de</strong>finir un procedimiento <strong>de</strong> especificación,<br />
registrar su ficha en el repositorio<br />
y permitir la consulta <strong>de</strong> dicha ficha por el <strong>de</strong>sarrollador<br />
con el fin <strong>de</strong> facilitar la i<strong>de</strong>ntificación o<br />
rechazo <strong>de</strong>l componente.<br />
A continuación se <strong>de</strong>finirán algunos conceptos<br />
básicos acerca <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo CBD<br />
y su herramienta principal.<br />
<strong>II</strong>I. REPOSITORIO DE COMPONENTES –<br />
GENERALIDADES<br />
A continuación se <strong>de</strong>tallará en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo, la importancia <strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong> componentes,<br />
sus funcionalida<strong>de</strong>s y beneficios.<br />
A. El Proceso <strong>de</strong> Desarrollo Basado en Componentes<br />
(CBD)<br />
El proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en componentes<br />
permite elevar la eficiencia <strong>de</strong>l proceso<br />
mismo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> componentes. Este<br />
proceso pue<strong>de</strong> dividirse en 2 gran<strong>de</strong>s áreas<br />
[5], enfocadas básicamente a la producción <strong>de</strong><br />
componentes, y a la utilización <strong>de</strong> los mismos<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l repositorio para la integración <strong>de</strong><br />
nuevos sistemas.<br />
B. El Repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
El reposito <strong>de</strong> componentes es herramienta<br />
que permite buscar, hallar y administrar los componentes<br />
<strong>de</strong> software que se utilizarán para el<br />
<strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> una nueva aplicación <strong>de</strong> negocios<br />
[5]. Un repositorio <strong>de</strong> componentes <strong>de</strong>be soportar<br />
algunas activida<strong>de</strong>s principales <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo<br />
<strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo CBD, tales como: búsqueda, selección,<br />
verificación y almacenamiento [5].<br />
En la actualidad existen varios repositorios<br />
<strong>de</strong> componentes, algunos <strong>de</strong> carácter gubernamental<br />
y otros comerciales, como el CRECOR,<br />
GIRO y +1Reuse Repository, entre otros [2] [6]<br />
[7]. Estos ofrecen algunas funcionalida<strong>de</strong>s, <strong>de</strong><br />
las que se esperan <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes,<br />
pero no cuentan con algunas funcionalida<strong>de</strong>s<br />
que pue<strong>de</strong>n ser importantes para<br />
empresas que <strong>de</strong>sarrollan y utilizan dichos<br />
componentes, a diferencia <strong>de</strong> la mayoría <strong>de</strong><br />
empresas que <strong>de</strong>sarrollan componentes y son<br />
creados en su mayoría para utilización o integración<br />
por terceros. Entre algunas <strong>de</strong> estas<br />
funcionalida<strong>de</strong>s se pue<strong>de</strong>n observar la búsqueda<br />
o i<strong>de</strong>ntificación por medio <strong>de</strong> la estructura<br />
<strong>de</strong> datos o tablas que toca el componente en la<br />
base <strong>de</strong> datos, otra funcionalidad importante<br />
es la <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r observar un componente en funcionamiento<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el repositorio mismo, ya que<br />
éste permite eliminar cualquier duda acerca <strong>de</strong>l<br />
componente elegido.<br />
En la construcción <strong>de</strong> un repositorio se <strong>de</strong>be<br />
tener en cuenta <strong>de</strong>finir la forma <strong>de</strong> búsqueda <strong>de</strong><br />
componentes en el repositorio, es <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>finir<br />
el sistema <strong>de</strong> congruencia entre los parámetros<br />
<strong>de</strong> búsqueda y la metadata <strong>de</strong>l componente.<br />
También <strong>de</strong>finir las funciones que se van a permitir<br />
ejecutar <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el repositorio, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong><br />
información que se va a visualizar y grabar en el<br />
momento <strong>de</strong>l registro <strong>de</strong>l componente.<br />
C. Funcionalida<strong>de</strong>s Principales <strong>de</strong> un Repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes.<br />
Algunas principales funcionalida<strong>de</strong>s que <strong>de</strong>be<br />
contemplar un repositorio <strong>de</strong> componentes son:<br />
1) Búsqueda<br />
Esta actividad hace referencia a encontrar <strong>de</strong>ntro<br />
<strong>de</strong> un espacio o un conjunto <strong>de</strong> componentes<br />
aquel que provea las funcionalida<strong>de</strong>s requeridas<br />
por el sistema que se <strong>de</strong>sarrolla.
226<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233<br />
2) Selección.<br />
Los componentes candidatos son hallados, <strong>de</strong><br />
ellos se toma el que mejor se acomo<strong>de</strong> a los requerimientos<br />
y funcionalida<strong>de</strong>s.<br />
3) Verificación<br />
Esta actividad podría ser parte <strong>de</strong> la selección<br />
<strong>de</strong>l componente, ya que contempla activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong><br />
pruebas <strong>de</strong> funcionalidad <strong>de</strong>l componente separado<br />
<strong>de</strong>l sistema.<br />
4) Almacenamiento.<br />
Cuando un componente es terminado y está<br />
<strong>de</strong>bidamente probado, este <strong>de</strong>be po<strong>de</strong>r registrarse<br />
en el repositorio, para hacer parte <strong>de</strong> él, para<br />
ello <strong>de</strong>be registrarse también la metadata <strong>de</strong>l<br />
componente junto con su ficha <strong>de</strong> especificación.<br />
D. Elección <strong>de</strong> la Arquitectura<br />
En la actualidad existen varias arquitecturas<br />
que pue<strong>de</strong>n adoptarse para el diseño <strong>de</strong> un repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes, entre ellas se tienen:<br />
mo<strong>de</strong>lo-vista-controlador, Arquitectura por capas<br />
y Arquitectura orientada a servicios (SOA) [8]. De<br />
la elección <strong>de</strong> la arquitectura <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> el funcionamiento<br />
y la forma <strong>de</strong> interacción entre los diferentes<br />
subsistemas <strong>de</strong>l repositorio, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la<br />
interacción <strong>de</strong>l usuario y el repositorio en sí.<br />
E. Beneficios<br />
Entre los principales beneficios <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo basado en componentes se tienen la<br />
economía en el tiempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, tiempo para<br />
pruebas, tiempo <strong>de</strong> mantenimiento y la mejora en<br />
la calidad <strong>de</strong>l software <strong>de</strong>sarrollado, todas estas<br />
<strong>de</strong>bido al <strong>de</strong>sarrollo anticipado y reutilización <strong>de</strong><br />
software que permite probar y utilizar software<br />
una sola vez y ser implementado en varios sistemas<br />
con la plena seguridad <strong>de</strong> su correcto funcionamiento.<br />
Se explicará <strong>de</strong>talladamente cómo se implementó<br />
el repositorio <strong>de</strong> componentes para la División<br />
<strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad<br />
Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r.<br />
IV. DISEñO E IMPLEMENTACIÓN DEL<br />
REPOSITORIO DE COMPONENTES UIS<br />
Se explicará en <strong>de</strong>talle los pasos y requerimientos<br />
que se tuvieron en cuenta para el diseño y <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong> componentes requerido<br />
por la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la<br />
Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r UIS. Sección<br />
encargada <strong>de</strong>l mantenimiento y <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> todos<br />
los sistemas informáticos académicos y administrativos<br />
institucionales.<br />
A. Adquisición <strong>de</strong> requerimientos<br />
Para la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información<br />
<strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r es <strong>de</strong><br />
vital importancia que el repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
cumpla con una serie <strong>de</strong> funcionalida<strong>de</strong>s<br />
que permitan optimizar el proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo<br />
basado en componentes allí implementado,<br />
para ello es importante <strong>de</strong>finir algunos requerimientos<br />
que este repositorio <strong>de</strong>be contemplar.<br />
Para obtener estos requerimientos es importante<br />
tener en cuenta la experticia <strong>de</strong>l grupo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrolladores<br />
<strong>de</strong> software <strong>de</strong> la DSI con el fin <strong>de</strong><br />
obtener información acerca <strong>de</strong> qué y cómo <strong>de</strong>be<br />
hacerse para obtener información <strong>de</strong>l componente<br />
y qué datos son realmente relevantes en<br />
el momento <strong>de</strong>l registro. Adicionalmente, se tiene<br />
en cuenta algunos parámetros que si bien no<br />
permiten la flexibilidad <strong>de</strong>l sistema, si agilizan<br />
el procedimiento <strong>de</strong> registro y búsquedas. Entre<br />
ellos se tienen la utilización <strong>de</strong> atributos <strong>de</strong><br />
tipo string en vez <strong>de</strong> tablas <strong>de</strong> <strong>de</strong>scripciones, y<br />
el uso <strong>de</strong> campos redundantes para consultas<br />
por personas con diferente conocimiento <strong>de</strong> la<br />
programación (tablas – entida<strong>de</strong>s).<br />
Entre ellas están las funcionalida<strong>de</strong>s propias<br />
<strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes: almacenamiento,<br />
búsqueda, selección e i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong><br />
componentes, pero adicionalmente se <strong>de</strong>sean<br />
algunas funcionalida<strong>de</strong>s y adaptaciones propias<br />
<strong>de</strong> la DSI, que no permiten la implementación<br />
<strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong>l mercado, por ello,<br />
se recomienda el <strong>de</strong>sarrollo e implantación <strong>de</strong><br />
un repositorio propio que implemente las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
requeridas y que adicionalmente<br />
proporcione estas funcionalida<strong>de</strong>s particulares<br />
propias <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la DSI. Uno<br />
<strong>de</strong> los aspectos que se <strong>de</strong>be tener en cuenta<br />
en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l repositorio es la posibilidad<br />
<strong>de</strong> ver en funcionamiento el componente al<br />
momento <strong>de</strong> su selección. A<strong>de</strong>más, por política<br />
<strong>de</strong> la DSI, no se registrarán en el repositorio<br />
componentes <strong>de</strong> diferentes casas <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo,<br />
sólo se almacenarán componentes <strong>de</strong>sarrollados<br />
por la DSI.
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso:<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r - Rojas, Delgado, Vera<br />
227<br />
B. Funcionalida<strong>de</strong>s y/o servicios<br />
Dado que es un buen sistema, uno que sea<br />
útil, aprovechable, fiable, flexible, accesible y disponible<br />
[11], y que el repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
<strong>de</strong> software <strong>de</strong> la DSI posea estas características,<br />
se <strong>de</strong>finieron las funcionalida<strong>de</strong>s y servicios <strong>de</strong>l<br />
repositorio <strong>de</strong> componentes para la División <strong>de</strong><br />
Servicios <strong>de</strong> Información servicios las que se consi<strong>de</strong>ran<br />
propias <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
típico: registro, almacenamiento, búsqueda y selección<br />
<strong>de</strong> componentes [1], [9]. Adicionalmente<br />
se contemplan otras funcionalida<strong>de</strong>s que hacen<br />
<strong>de</strong> este repositorio la herramienta i<strong>de</strong>al para ser<br />
utilizada por los <strong>de</strong>sarrolladores <strong>de</strong> la DSI, entre<br />
las principales se encuentra la opción <strong>de</strong> observar<br />
el componente en funcionamiento <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el repositorio<br />
con el fin <strong>de</strong> disipar cualquier duda acerca<br />
<strong>de</strong> su funcionamiento. También se <strong>de</strong>sea almacenar<br />
información acerca <strong>de</strong> cómo implementar el<br />
componente o como se hace el llamado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el<br />
sistema en <strong>de</strong>sarrollo. Para permitir la fiabilidad,<br />
accesibilidad y disponibilidad <strong>de</strong>l repositorio, se<br />
han seguido algunos estándares <strong>de</strong> programación<br />
y <strong>de</strong>sarrollo establecidos por la DSI como la elaboración<br />
<strong>de</strong> prototipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo para plasmar<br />
los requerimientos en un mo<strong>de</strong>lo y ser validados<br />
por el personal encargado <strong>de</strong> la DSI.<br />
C. Definición <strong>de</strong> la arquitectura<br />
La selección <strong>de</strong> la arquitectura es importante,<br />
ya que se <strong>de</strong>fine cómo funcionará el repositorio internamente,<br />
es <strong>de</strong>cir, cómo permitirá interactuar al<br />
usuario con sus funcionalida<strong>de</strong>s y la estructura <strong>de</strong><br />
la base <strong>de</strong> datos. La Ingeniería <strong>de</strong> Software Basada<br />
en Componentes (CBSE: Component-Based Software<br />
Engineering), <strong>de</strong>fine varias arquitecturas que<br />
pue<strong>de</strong>n utilizarse en aplicaciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong><br />
software. Para el caso particular <strong>de</strong> la DSI, se tomará<br />
el mismo mo<strong>de</strong>lo arquitectónico implementado<br />
para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> los componentes, es la arquitectura<br />
por capas [8], ya que esta estructura es la<br />
básica <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> aplicación en JAVA EE5,<br />
tecnología adoptada por la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong><br />
Información, estándar en el cual se planteará el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong> componentes.<br />
Las aplicaciones Java EE5 constan <strong>de</strong> tres capas<br />
principales: La cliente, la <strong>de</strong>l servidor Java EE,<br />
que se subdivi<strong>de</strong> en dos: la web y <strong>de</strong> lógica <strong>de</strong>l<br />
negocio y, la <strong>de</strong> información empresarial, como se<br />
muestra en la Fig. 1.<br />
FIG. 1. ARQUITECTURA POR CAPAS<br />
Fuente: SUN MICROSYSTEM, The Java EE5 tutorial. 2008
228<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233<br />
D. Beneficios <strong>de</strong>l repositorio<br />
El repositorio <strong>de</strong> componentes es pieza fundamental<br />
en la ingeniería <strong>de</strong> software basada en<br />
componentes, ya que permite la centralización,<br />
unificación <strong>de</strong> los componentes y optimización en<br />
los tiempos <strong>de</strong> búsqueda, selección y pruebas <strong>de</strong><br />
los componentes.<br />
En el proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software implementado<br />
en la DSI no se cuenta con un repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes, razón por la cual la búsqueda<br />
e i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> componentes requería <strong>de</strong> una<br />
buena cantidad <strong>de</strong> tiempo y no garantizaba la i<strong>de</strong>ntificación<br />
ni existencia real <strong>de</strong> un componente, ya<br />
sea por la falta <strong>de</strong> documentación o por el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong>scontrolado <strong>de</strong> componentes causado por la<br />
necesidad <strong>de</strong>l componente sin <strong>de</strong>sarrollar aún.<br />
Los beneficios que traerá el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> componentes<br />
en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> DSI son:<br />
Mejora en los tiempos <strong>de</strong> búsqueda, selección<br />
e i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> componentes, mejora en los<br />
tiempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, ya que no se tendrán que<br />
<strong>de</strong>sarrollar nuevos componentes por no encontrarse<br />
en un sitio centralizado, mejora en los tiempos<br />
<strong>de</strong> pruebas, ya que las pruebas <strong>de</strong>dicadas a<br />
los componentes no <strong>de</strong>ben hacerse nuevamente,<br />
ya que están <strong>de</strong>bidamente probados, mejora la<br />
calidad <strong>de</strong> software, ya que los <strong>de</strong>sarrollados son<br />
implementados por las personas que saben <strong>de</strong> la<br />
lógica <strong>de</strong>l negocio, se optimiza el tiempo <strong>de</strong> mantenimiento,<br />
ya que se mejora la documentación<br />
<strong>de</strong> los componentes y se unifica la utilización <strong>de</strong><br />
componentes <strong>de</strong>bido a la unicidad <strong>de</strong> los mismos.<br />
E. Estructura <strong>de</strong> datos<br />
Para el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
se <strong>de</strong>ben tener en cuenta las especificaciones<br />
y requerimientos <strong>de</strong>finidos para él. El<br />
mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> datos o estructura diseñada <strong>de</strong>be soportar<br />
las funcionalida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>finidas y permitir la<br />
administración <strong>de</strong> los componentes. Para el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong> componentes <strong>de</strong> la DSI se<br />
diseñó el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> datos que muestra la Fig. 2.<br />
El prototipo <strong>de</strong> repositorio para la División <strong>de</strong><br />
Servicios <strong>de</strong> Información contempla las funciones<br />
para las que fue concebido, entre las restricciones<br />
establecidas figura el almacenamiento <strong>de</strong><br />
componentes <strong>de</strong>sarrollados sólo por la DSI, el <strong>de</strong>sarrollo<br />
<strong>de</strong> componentes en el estándar JAVA EE5 y<br />
la documentación requerida <strong>de</strong>l componente que<br />
se contempla en la metadata o en la información<br />
para búsqueda e i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong>l componente.<br />
Dentro <strong>de</strong>l prototipo se contemplan búsquedas<br />
por nombre <strong>de</strong> la tabla en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong><br />
datos, entida<strong>de</strong>s relacionadas, funcionalidad y<br />
autor entre otras. Adicionalmente se registrará<br />
información relacionada con la implementación<br />
<strong>de</strong>l componente.<br />
FIG. 2. ESTRUCTURA DE DATOS DEL REPOSITORIO DE COMPONENTES DSI<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso:<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r - Rojas, Delgado, Vera<br />
229<br />
F. Especificación <strong>de</strong>l componente<br />
La especificación <strong>de</strong> componente es una<br />
parte importante en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo,<br />
ya que permite la plena i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong>l componente,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> guardar la información<br />
relevante <strong>de</strong>l mismo <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong><br />
componentes.<br />
Esta información permitirá su plena i<strong>de</strong>ntificación<br />
e integración por parte <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollador que lo<br />
consulte. Los atributos o datos <strong>de</strong> la especificación<br />
se <strong>de</strong>finen según los parámetros <strong>de</strong>finidos para<br />
búsqueda, i<strong>de</strong>ntificación y selección <strong>de</strong>l componente,<br />
a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> otra información <strong>de</strong> importancia<br />
que se <strong>de</strong>see guardar <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el mismo momento <strong>de</strong><br />
registrarlo en el repositorio <strong>de</strong> componentes.<br />
TABLA I<br />
ficha <strong>de</strong> especificación <strong>de</strong>finida para los componentes <strong>de</strong>sarrollados por la división <strong>de</strong> servicios <strong>de</strong> información <strong>de</strong> la UIS<br />
FICHA DE ESPECIFICACIÓN DEL COMPONENTE<br />
NOMBRE Nombre <strong>de</strong>l componente FEChA:<br />
Fecha <strong>de</strong><br />
creación<br />
VERSIÓN 1.0<br />
DESCRIPCIÓN<br />
Descripción breve <strong>de</strong>l componente, qué hace, las funcionalida<strong>de</strong>s que maneja, domino <strong>de</strong> aplicación al cual pertenece.<br />
ESPECIFICACIÓN DE IMPLEMENTACIÓN<br />
TIPO VISUALIZACIÓN<br />
Tecnología en la cual fue implementado el componente, junto con sus versiones.<br />
INTERFAZ<br />
Nombre <strong>de</strong> la interfaz que <strong>de</strong>fine los servicios <strong>de</strong>l componente.<br />
SERVICIOS<br />
Define la signatura <strong>de</strong> los servicios que presta el componente.<br />
SERVICIOS EAR<br />
Define la signatura <strong>de</strong> los servicios que presta el componente en un ear.<br />
FUENTE DE DATOS<br />
Define el archivo don<strong>de</strong> se encuentra el data source <strong>de</strong>l componente.<br />
PRECONDICIONES<br />
Definen los requisitos que se <strong>de</strong>ben cumplir antes <strong>de</strong> entrar a utilizar el componente.<br />
POSTCONDICIONES<br />
Definen los requisitos que se <strong>de</strong>ben cumplir <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> utilizar el componente.<br />
ESPECIFICACIÓN NO FUNCIONAL<br />
GRADO DE<br />
REUTILIZACIÓN<br />
DISTRIBUCIÓN<br />
Es el puntaje obtenido por el componente en el análisis <strong>de</strong> reutilización realizado en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> componentes.<br />
Define la forma como se <strong>de</strong>be instalar y utilizar el componente en las plataformas soportadas.<br />
ESPECIFICACIÓN DE IDENTIFICACIÓN<br />
TABLAS<br />
Define las estructuras <strong>de</strong> datos que están involucradas en el proceso.<br />
ENTIDADES<br />
Define las entida<strong>de</strong>s relacionadas directamente con la lógica <strong>de</strong>l componente.<br />
PALABRAS CLAVE<br />
Define o relaciona las palabras que i<strong>de</strong>ntificarán el componente con los criterios <strong>de</strong> búsqueda.<br />
SISTEMA<br />
Sistema bajo el cual el componente fue <strong>de</strong>sarrollado, y por lo cual pertenece su lógica <strong>de</strong> negocio.<br />
FUNCIONALIDAD<br />
Define las funcionalida<strong>de</strong>s realizadas por el componente (INSERT, UPDATE).<br />
AUTOR<br />
Nombre <strong>de</strong> la persona que <strong>de</strong>sarrolló <strong>de</strong> componente.<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto
230<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233<br />
En una ficha <strong>de</strong> especificación pue<strong>de</strong>n distinguirse<br />
varios tipos <strong>de</strong> atributos, cada uno pue<strong>de</strong><br />
agruparse según su función <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>sarrollo, es así que pue<strong>de</strong>n observarse atributos<br />
<strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong>l componente como nombre,<br />
firma, versión y <strong>de</strong>scripción general, entre otros.<br />
También se distinguen atributos orientados a la<br />
búsqueda y selección, atributos como palabras<br />
clave, autor, funcionalida<strong>de</strong>s, entida<strong>de</strong>s u objetos<br />
relacionados con el componente entre otros.<br />
A<strong>de</strong>más existen otros atributos que sirven para<br />
documentación complementaria <strong>de</strong>l componente,<br />
como precondiciones y postcondiciones <strong>de</strong>l componente<br />
o arquitectura <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l mismo.<br />
Cabe anotar que para algunos <strong>de</strong>sarrolladores<br />
ciertos atributos pue<strong>de</strong>n pertenecer a varios<br />
<strong>de</strong> estos tipos o por el contrario pertenecer a otro<br />
tipo <strong>de</strong>l que se especificó en este documento.<br />
G. Implementación <strong>de</strong>l repositorio<br />
Para la implementación <strong>de</strong> este repositorio, se<br />
<strong>de</strong>be tener en cuenta los pasos o activida<strong>de</strong>s anteriores<br />
que permiten plasmar las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
y requerimientos <strong>de</strong>mandados por la División <strong>de</strong><br />
Servicios <strong>de</strong> Información. Estas funcionalida<strong>de</strong>s<br />
o activida<strong>de</strong>s que <strong>de</strong>be realizar el <strong>de</strong>sarrollador<br />
o programador en el repositorio <strong>de</strong> componentes<br />
se ilustran mejor en el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> caso <strong>de</strong> uso<br />
que se muestra en la Fig. 4.<br />
Fig. 4. MODELO DE CASO DE USO DEL REPOSITORIO DE COMPONENTES DSI<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso:<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r - Rojas, Delgado, Vera<br />
231<br />
Para la implementación <strong>de</strong>l repositorio se <strong>de</strong>finen<br />
algunos EJB´s que permitirán agrupar las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
y/o activida<strong>de</strong>s que se podrán ejecutar<br />
en el repositorio, entre los que se encuentran:<br />
Registro, búsqueda, selección y reportes entre<br />
otros, cada una <strong>de</strong> estos EJB posee funcionalida<strong>de</strong>s<br />
propias <strong>de</strong> su lógica, por ejemplo el EJB <strong>de</strong><br />
búsqueda cuenta con métodos o funciones <strong>de</strong><br />
consulta, comparación, consistencia, visualización,<br />
inspección y recuperación.<br />
Existe diferencia entre inspeccionar y recuperar,<br />
ya que recuperar consiste en i<strong>de</strong>ntificar y extraer<br />
según el criterio <strong>de</strong> concordancia, e inspeccionar<br />
no requiere criterio pre<strong>de</strong>finido [6].<br />
Para las funciones <strong>de</strong> registro se <strong>de</strong>ci<strong>de</strong> agrupar<br />
los componentes en 2 gran<strong>de</strong>s familias que<br />
son componentes con interfaz y Componentes <strong>de</strong><br />
servicios o <strong>de</strong> recuperación <strong>de</strong> información.<br />
H. Interface <strong>de</strong> usuario<br />
La interfaz <strong>de</strong> usuario permite la interacción<br />
con el repositorio <strong>de</strong> componentes, que habilita<br />
las opciones implementadas según el rol <strong>de</strong>l<br />
usuario.<br />
En esta interfaz el usuario podrá acce<strong>de</strong>r a<br />
sus funciones principales como el registro <strong>de</strong>l<br />
componente, situación en la cual <strong>de</strong>berá diligenciar<br />
la ficha <strong>de</strong> especificación <strong>de</strong>l componente<br />
diseñada especialmente para i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong><br />
cada componente. Adicionalmente podrá consultar<br />
los componentes, al acce<strong>de</strong>r a ellos inicialmente<br />
por medio <strong>de</strong> una consulta <strong>de</strong> criterios <strong>de</strong><br />
selección, entonces, podrá observar las propieda<strong>de</strong>s<br />
y funcionalida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cada componente mostrado<br />
como resultado <strong>de</strong> la consulta. El repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes permite que el implementador<br />
observe toda la información <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los<br />
componentes mostrados por la consulta con el fin<br />
<strong>de</strong> permitir al <strong>de</strong>sarrollador i<strong>de</strong>ntificar plenamente<br />
el componente a<strong>de</strong>cuado para su sistema en<br />
<strong>de</strong>sarrollo.<br />
Entre la información que el implementador o<br />
<strong>de</strong>sarrollador pue<strong>de</strong> visualizar <strong>de</strong> un componente<br />
se encuentran los datos <strong>de</strong> implementación,<br />
como interfaces, servicios y tipos <strong>de</strong> componentes,<br />
a<strong>de</strong>más se pue<strong>de</strong>n observar datos no funcionales<br />
y <strong>de</strong> selección e i<strong>de</strong>ntificación como entida<strong>de</strong>s,<br />
funcionalidad, tablas y autor, entre otros.<br />
Ahora se presenta en la Fig. 5, la interface<br />
principal <strong>de</strong> consulta, don<strong>de</strong> el <strong>de</strong>sarrollador podrá<br />
elegir los criterios <strong>de</strong> búsqueda para realizar<br />
la consulta en el repositorio <strong>de</strong> componentes.<br />
Fig. 5. INTERFAZ DE USUARIO PARA CONSULTA DE COMPONENTES<br />
Fuente: Autor <strong>de</strong>l proyecto
232<br />
ITECKNE Vol. 8 Número 2 • ISSN 1692 - 1798 • Diciembre 2011 • 223 - 233<br />
I. Registro <strong>de</strong> componentes<br />
Antes <strong>de</strong>l registro <strong>de</strong>l componente se <strong>de</strong>be<br />
<strong>de</strong>terminar qué componentes <strong>de</strong>ben ir en el repositorio,<br />
esto se hace por medio <strong>de</strong> los criterios<br />
<strong>de</strong> reusabilidad que nos entregan una calificación<br />
<strong>de</strong>l componente [4][8], la cual nos permite<br />
<strong>de</strong>terminar si el componente como tal cuanta<br />
con un alto grado <strong>de</strong> reusabilidad. Para el registro<br />
y almacenamiento <strong>de</strong> cada componente en el<br />
repositorio es indispensable contar con los datos<br />
básicos <strong>de</strong> la ficha <strong>de</strong> especificación exigida por<br />
el repositorio para el registro, ya que esta información<br />
será utilizada para su posterior i<strong>de</strong>ntificación,<br />
a<strong>de</strong>más se <strong>de</strong>be contar con los archivos<br />
fundamentales <strong>de</strong>l componente, estos archivos<br />
para el caso<br />
particular <strong>de</strong> los componentes seleccionados<br />
por la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información (EJB),<br />
estos archivos son:<br />
1) JAR <strong>de</strong> Entida<strong>de</strong>s<br />
Archivo que contiene el mapeo <strong>de</strong> las entida<strong>de</strong>s<br />
– estructura <strong>de</strong> datos.<br />
2) JAR <strong>de</strong> Servicios<br />
Archivo don<strong>de</strong> se implementa o escriben los<br />
métodos o funciones que se ofrecen al usuario,<br />
estas funciones <strong>de</strong>ben estar claramente documentadas.<br />
3) JAR <strong>de</strong> interfaz <strong>de</strong> usuario<br />
En este archivo <strong>de</strong> distribución, se implementan<br />
las diferentes interfaces <strong>de</strong> usuario que el<br />
componente mostrará al usuario en el momento<br />
<strong>de</strong> su ejecución, es <strong>de</strong> notar que no todos los componentes<br />
requieren interfaces, ya que algunos <strong>de</strong><br />
ellos ofrecen el retorno <strong>de</strong> información no visible<br />
para el usuario final, es <strong>de</strong>cir, retornan objetos<br />
con información que será tomada por otro proceso<br />
o componente.<br />
4) EAR <strong>de</strong> servicios<br />
Los EAR o “Enterprise Archives” son básicamente<br />
los JAR servicios empaquetados con archivos<br />
META-INF, esto <strong>de</strong>bido a la estructura <strong>de</strong>l Java<br />
Application Server” que requiere dicha estructura<br />
para su reconocimiento.<br />
5) Datasource.xml Verificación<br />
Los archivos <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong>finen la conexión<br />
con la base <strong>de</strong> datos, es <strong>de</strong>cir, contienen la información<br />
<strong>de</strong>l usuario, servidor y base <strong>de</strong> datos para<br />
establecer la conexión.<br />
J. Búsqueda y selección <strong>de</strong> componentes<br />
Para la consulta <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l repositorio se contemplan<br />
varias áreas <strong>de</strong> búsqueda, para <strong>de</strong>finir<br />
estas áreas, se tuvo en cuenta la distribución y<br />
conocimiento <strong>de</strong> las personas involucradas directamente<br />
en el proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo, es así<br />
como para algunas personas es importante la<br />
funcionalidad misma <strong>de</strong>l componente, para otras<br />
es <strong>de</strong> mayor relevancia las entida<strong>de</strong>s u objetos<br />
que se tocan en la lógica <strong>de</strong>l negocio <strong>de</strong>l componente.<br />
Para el personal <strong>de</strong> la DSI la información<br />
pue<strong>de</strong> variar según su función <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo,<br />
por ello algunas personas tienen cierto conocimiento<br />
con el cual <strong>de</strong>ben hacer las búsquedas,<br />
como conocimiento <strong>de</strong> la estructura <strong>de</strong> la base<br />
<strong>de</strong> datos, pero no <strong>de</strong> la forma en que fueron <strong>de</strong>nominados<br />
dichos objetos en el proceso <strong>de</strong> mapeo.<br />
Igualmente suce<strong>de</strong> con las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
y palabras clave <strong>de</strong> búsquedas <strong>de</strong>finidas para<br />
cada componente.<br />
Según todos estos requisitos, se <strong>de</strong>finieron<br />
varios patrones <strong>de</strong> búsqueda que pue<strong>de</strong>n ser<br />
seleccionados por el <strong>de</strong>sarrollador en el momento<br />
<strong>de</strong> consultar el repositorio en busca <strong>de</strong> algún<br />
componente que cumpla con las funcionalida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>seadas, entre los patrones <strong>de</strong> búsqueda se<br />
encuentran palabras clave, funcionalidad, entida<strong>de</strong>s,<br />
tablas, autor, sistema y tipo <strong>de</strong> componente,<br />
entre otros. Todos estos contemplados en<br />
el diseño <strong>de</strong>l repositorio.<br />
Luego que el <strong>de</strong>sarrollador selecciona los<br />
patrones <strong>de</strong> búsqueda y ejecuta la consulta, el<br />
repositorio visualiza al <strong>de</strong>sarrollador la lista <strong>de</strong><br />
componentes que cumplen con uno o más criterios<br />
seleccionados. De esta lista el <strong>de</strong>sarrollador<br />
podrá acce<strong>de</strong>r a la información completa <strong>de</strong>l<br />
componente con el fin <strong>de</strong> i<strong>de</strong>ntificar completamente<br />
las funcionalida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l mismo y así elegir<br />
o <strong>de</strong>scartar dicho componente. Si el <strong>de</strong>sarrollador<br />
<strong>de</strong>sea podrá hacer uso <strong>de</strong> la funcionalidad<br />
<strong>de</strong> prueba <strong>de</strong>l componente, con la cual podrá ver<br />
el componente en funcionamiento, con el fin <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scartar cualquier duda acerca <strong>de</strong>l funcionamiento.<br />
V. CONCLUSIONES<br />
De este trabajo se obtuvo el diseño <strong>de</strong> un repositorio<br />
<strong>de</strong> componentes que permite dar soporte<br />
al mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo basado en componentes
Diseño e implementación <strong>de</strong> un repositorio <strong>de</strong> componentes software para soportar el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> software empresarial – caso:<br />
División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información <strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r - Rojas, Delgado, Vera<br />
233<br />
implementado por la División <strong>de</strong> Servicios <strong>de</strong> Información<br />
<strong>de</strong> la Universidad Industrial <strong>de</strong> Santan<strong>de</strong>r,<br />
este trabajo fue elaborado por miembros <strong>de</strong>l<br />
Grupo <strong>de</strong> Investigación en Ingeniería Biomédica<br />
<strong>de</strong> la Universidad - G<strong>II</strong>B. El <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> este repositorio<br />
se basó prácticamente en suplir las necesida<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la DSI, y<br />
<strong>de</strong> mejorar sustancialmente algunas falencias <strong>de</strong>l<br />
mo<strong>de</strong>lo consecuencia <strong>de</strong> la falta <strong>de</strong>l repositorio <strong>de</strong><br />
componentes.<br />
La estructura <strong>de</strong> almacenamiento fue implementada<br />
en el motor <strong>de</strong> base <strong>de</strong> datos Informix<br />
Dinamic Server 11.5, y sus interfaces al usuario<br />
en ambiente gráfico para facilitar su utilización y<br />
navegabilidad.<br />
Como trabajos futuros se recomienda revisar<br />
los procedimientos <strong>de</strong> la DSI relacionados directamente<br />
con el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo en don<strong>de</strong> se<br />
<strong>de</strong>fina la utilización obligatoria <strong>de</strong>l repositorio en<br />
la implementación <strong>de</strong> los sistemas allí <strong>de</strong>sarrollados,<br />
y el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> los componentes por las<br />
áreas <strong>de</strong> la DSI que conozcan la lógica <strong>de</strong>l negocio<br />
sobre la cual <strong>de</strong>be funcionar el componente,<br />
áreas como académica, recursos humanos y financiera,<br />
entre otras.<br />
[7] Jiang Guo. Research Associate. Monterey - Luqi. Department<br />
of computer Science. Monterey. A Survey of<br />
Software Reuse Repositories. USA.<br />
[8] Vera R, Freddy H. Rojas, Fernando. Artículo. Propuesta<br />
<strong>de</strong> un proceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> componentes software<br />
reutilizables. Revista Gerencia Tecnológica Informática.<br />
Volumen 7 – Numero 19. Diciembre <strong>de</strong> 2008.<br />
[9] Min<strong>de</strong>r Chen, Edgar H. Sibley. Using a CASE Based Repository<br />
for Systems Integration. George Mason University.<br />
IEEE 1991.<br />
[10] SUN MICROSYSTEM, The Java EE5 tutorial. 2008.<br />
[11] STEVENS Perdita, POOLEY Rob. Utilización <strong>de</strong> UML en<br />
ingeniería <strong>de</strong>l Software con Objetos y Componentes.<br />
PERSON Addison Wesley. 2ª. ed. Madrid, 2007.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] Ivica Crnkovic, Michael Chaudron, Stig Larson. Component-Based<br />
Development Process and Component<br />
Lifecycle. Swe<strong>de</strong>n. 2006.<br />
[2] Jihyun Lee, Jinsam Kim, and Gyu-Sang Shin. Faciliting<br />
Reuse of software components using repository Technology.<br />
Republic of Korea. 2003.<br />
[3] Clemens Szyperski, Component Software: Beyond<br />
Object-Oriented Programming. Addison-Wesley. 1998<br />
[4] James Petro, Michael E. Fotta and David B. Weisman.<br />
Mo<strong>de</strong>l-Based Reuse Repository – Concepts and Experience.<br />
1995.<br />
[5] Jung Eun Cha, Young-Jung Yang, Mun-Sub Song and<br />
Hang Gon Kim. Design and Implementation of component<br />
repository for supporting the component based<br />
<strong>de</strong>velopment process. Software Engineering Department,<br />
Electronic and Telecomunications Research<br />
Institute and Dept. of Computer Engineering, Catholic<br />
University of Deagu. Korea 2001.<br />
[6] Hernán<strong>de</strong>z Díez Carmen, Laguna Serrano Miguel A,<br />
García Peñalvo Francisco J. La biblioteca <strong>de</strong> Reutilización<br />
GIRO. España
Instrucciones a los autores<br />
Revista ITECKNE<br />
Instrucciones Generales<br />
• Los trabajos se aceptan para la publicación previo proceso <strong>de</strong> revisión <strong>de</strong> su calidad académica y científica.<br />
• Todo artículo postulado para publicación <strong>de</strong>be ser original o inédito, y no pue<strong>de</strong> estar postulado para publicación<br />
simultáneamente en otras revistas. En la página web <strong>de</strong> la Revista Iteckne se halla disponible la<br />
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Editorial, junto con el artículo. La revista Iteckne requiere a los autores que concedan la propiedad <strong>de</strong> sus<br />
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comunicados y transmitidos públicamente en cualquier forma o medio, así como su distribución en el<br />
número <strong>de</strong> ejemplares que se requieran y su comunicación pública, en cada una <strong>de</strong> sus modalida<strong>de</strong>s,<br />
incluida su puesta a disposición <strong>de</strong>l público a través <strong>de</strong> medios electrónicos, ópticos o <strong>de</strong> otra cualquier<br />
tecnología, para fines exclusivamente científicos, culturales, <strong>de</strong> difusión y sin fines <strong>de</strong> lucro.<br />
• El Comité Editorial hace una primera evaluación, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la cual, el trabajo pue<strong>de</strong> ser rechazado sin<br />
evaluación adicional o se acepta para la evaluación <strong>de</strong> los pares académicos externos. Por lo anterior, no<br />
se asegura a los autores la publicación inmediata <strong>de</strong> dicho artículo. La <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong> rechazar un trabajo<br />
es <strong>de</strong>finitiva e inapelable.<br />
• Los trabajos pue<strong>de</strong>n ser rechazados en esta primera evaluación porque no cumplen con los requisitos <strong>de</strong><br />
redacción, presentación, estructura o no son suficientemente originales y/o pertinentes con la publicación<br />
a editar. Los trabajos que son aceptados en esta primera etapa, son enviados a los pares académicos<br />
externos (árbitros) expertos en el área respectiva, cuyas i<strong>de</strong>ntida<strong>de</strong>s no serán conocidas por el autor<br />
y, a su vez, los pares evaluadores tampoco conocerá la(s) i<strong>de</strong>ntidad(es) <strong>de</strong>l(los) autor(es).<br />
• Si el trabajo es aceptado, pero con la recomendación <strong>de</strong> hacer modificaciones, se le <strong>de</strong>volverá al (los)<br />
autor(es) junto con las recomendaciones <strong>de</strong> los árbitros para que preparen una nueva versión corregida<br />
para lo cual disponen <strong>de</strong>l tiempo que le indique el Comité Editorial. Los autores <strong>de</strong>ben remitir la nueva versión<br />
con una carta física o correo electrónico en la que expliquen <strong>de</strong>talladamente los cambios efectuados,<br />
<strong>de</strong> acuerdo con las recomendaciones recibidas. El Editor junto con el Comité Editorial <strong>de</strong>terminarán su<br />
aceptación, consi<strong>de</strong>rando el concepto <strong>de</strong> los evaluadores y las correcciones realizadas por el(los) autor(es).<br />
• La lista <strong>de</strong> todos los árbitros se publicará en la revista, como miembros <strong>de</strong> un Comité <strong>de</strong> Árbitros, sin<br />
anunciar el artículo calificado. Los árbitros realizarán la evaluación <strong>de</strong> acuerdo al formato correspondiente<br />
establecido por la revista y sólo serán publicados los artículos que superen en la calificación cualitativa<br />
en la escala <strong>de</strong> 1 a 50, 35 puntos.<br />
• En todos los casos se comunicarán a los autores los resultados <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> evaluación con los argumentos<br />
que sustenten la <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong>l Comité Editorial y/o el Comité <strong>de</strong> Arbitraje.<br />
• Un árbitro podrá calificar dos (2) artículos <strong>de</strong> diferentes autores al tiempo, <strong>de</strong> igual forma un artículo podrá<br />
ser calificado por dos árbitros diferentes, ya sean internos, nacionales o internacionales.<br />
• Los integrantes <strong>de</strong>l Comité Editorial y Comité <strong>de</strong> Arbitraje, no <strong>de</strong>berán evaluar sus propios productos, en<br />
caso tal que actúen como autores <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la misma publicación.<br />
• Los trabajos no publicados serán archivados como artículos rechazados o en proceso <strong>de</strong> aceptación.<br />
• La dirección <strong>de</strong> la revista ITECKNE no se responsabiliza por el contenido <strong>de</strong> los artículos, ni por su publicación<br />
en otros medios. El contenido <strong>de</strong> cada artículo es responsabilidad exclusiva <strong>de</strong> su(s) autor(es) y<br />
no compromete a la Universidad.<br />
• Los artículos <strong>de</strong>berán ser enviados en medio magnético (extensión .doc) a la siguiente dirección física<br />
y/o correo electrónico.
Revista ITECKNE<br />
División <strong>de</strong> Ingenierías<br />
Universidad Santo Tomás<br />
Carrera 18 Nº 9-27<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Tel: +57 7 6800801 Ext. 1421<br />
e-mail: iteckne@gmail.com<br />
Forma <strong>de</strong> Presentación <strong>de</strong> los Artículos.<br />
La presentación <strong>de</strong> cada publicación estará <strong>de</strong> acuerdo con el diseño básico <strong>de</strong> la línea Editorial. Deberá<br />
mantener, entre otros aspectos, la congruencia entre el contenido y el público al que va dirigida. Todos los<br />
documentos postulantes a ser publicados <strong>de</strong>berán tener las partes requeridas y cumplir con los apartados<br />
<strong>de</strong>scritos a continuación:<br />
De las partes <strong>de</strong>l documento<br />
El documento <strong>de</strong>be contener:<br />
• Titulo<br />
• Autor (es)<br />
• Resumen<br />
• Abstract<br />
• Palabras clave<br />
• Keywords<br />
• Introducción<br />
• Contenido <strong>de</strong>l documento<br />
• Conclusiones<br />
• Apéndice(s)<br />
• Agra<strong>de</strong>cimientos<br />
• Bibliografía<br />
De la redacción<br />
Para lograr un buen estilo se recomienda respetar rigurosamente la sintaxis, la ortografía y las reglas gramaticales<br />
pertinentes. Se <strong>de</strong>be redactar en forma impersonal (la forma impersonal correspon<strong>de</strong> a la forma<br />
reflexiva, por ejemplo: se hace, se <strong>de</strong>fine, se <strong>de</strong>finió, se contrastó). El trabajo <strong>de</strong>be estar exento <strong>de</strong> errores<br />
dactilográficos, ortográficos, gramaticales y <strong>de</strong> redacción. Para resaltar, pue<strong>de</strong> usarse letra cursiva o negrilla.<br />
De la Puntuación<br />
• Después <strong>de</strong> punto seguido se <strong>de</strong>ja un espacio; y <strong>de</strong> punto aparte una interlínea.<br />
• Los dos puntos se escriben inmediatamente <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la palabra, seguidos <strong>de</strong> un espacio y el texto<br />
comienza con minúsculas.<br />
De los requerimientos físicos <strong>de</strong>l artículo<br />
A continuación se presentan apartados <strong>de</strong> cumplimiento general en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l artículo:<br />
• El tamaño <strong>de</strong> la página será carta, con márgenes superior e inferior <strong>de</strong> 20 mm; izquierdo y <strong>de</strong>recho<br />
<strong>de</strong> 25 mm.<br />
• El documento se <strong>de</strong>sarrollará en dos columnas con separación central <strong>de</strong> 4,3 mm (ver plantilla revista<br />
Iteckne).<br />
• El diseño <strong>de</strong> encabezado y pie <strong>de</strong> página <strong>de</strong>be estar a un centímetro <strong>de</strong> la hoja.<br />
• El contenido <strong>de</strong>l documento <strong>de</strong>be <strong>de</strong>sarrollarse a espacio sencillo, <strong>de</strong>jando una línea cada vez que se<br />
<strong>de</strong>sea iniciar un párrafo.<br />
• El texto <strong>de</strong>l contenido <strong>de</strong>l artículo se formalizará con tipo <strong>de</strong> fuente Arial tamaño 10.<br />
• La numeración <strong>de</strong>l documento se iniciará <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la Nomenclatura en caso <strong>de</strong> existir una, hasta las<br />
conclusiones <strong>de</strong>l documento. Los agra<strong>de</strong>cimientos, apéndices y referencias bibliográficas, no son consi<strong>de</strong>radas<br />
como Secciones numeradas <strong>de</strong>l documento.
• Las tablas <strong>de</strong>berán llevar numeración continua, comenzando en Tabla I., referenciando posteriormente<br />
su título, en mayúscula sostenida, ubicado en la parte superior <strong>de</strong>l cuerpo <strong>de</strong> la tabla con tabulación<br />
central, en tipo <strong>de</strong> letra Arial, tamaño 8. (Ver plantilla revista Iteckne).<br />
• Las Figuras <strong>de</strong>berán llevar numeración continua, comenzando en Fig. 1. referenciando posteriormente<br />
su título, en mayúscula sostenida, ubicado en la parte superior <strong>de</strong>l cuerpo <strong>de</strong> la figura, con tabulación<br />
central, en tipo <strong>de</strong> letra Arial, tamaño 8. Nótese que "Fig." se ha escrito abreviada y hay doble<br />
espacio antes <strong>de</strong>l texto.<br />
• Las figuras incluidas en el contenido <strong>de</strong>l artículo <strong>de</strong>ben ser originales, suficientemente claras, para<br />
facilitar la edición <strong>de</strong> la revista.<br />
• Todas las figuras <strong>de</strong>ben ser enviadas por separado en formato jpg con una resolución entre 240 y 300<br />
dpi (puntos por pulgada).<br />
• Las tablas y figuras <strong>de</strong>l documento, <strong>de</strong>berán ir referenciadas (Fuente: xxx) en el cuerpo <strong>de</strong>l artículo.<br />
Dicha referencia <strong>de</strong>be ir en letra Arial tamaño 7, en la parte inferior <strong>de</strong> la figura o tabla, tabulado a la<br />
izquierda.<br />
• Las columnas <strong>de</strong> la última página <strong>de</strong>ben ser concluidas con un largo igual o simétrico.<br />
• Las referencias ubicadas al final <strong>de</strong>l documento, <strong>de</strong>berán ir enumeradas consecutivamente (Número<br />
entre corchetes [1], y con el siguiente formato (Ver plantilla revista Iteckne):<br />
Artículos <strong>de</strong> revistas científicas<br />
Autor(es), Nombre <strong>de</strong> la publicación, Título <strong>de</strong> la revista, Volumen, Número, páginas y año. Deben<br />
ir en fuente Arial, Tamaño 7.<br />
Ejemplo: J. F. Fuller, E. F. Fuchs, and K. J. Roesler, “Influence of harmonics on power distribution<br />
system protection,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 3, no.2, pp. 549-557, Apr. 1988.<br />
Libros<br />
Autor, Nombre <strong>de</strong>l libro, Edición, Editorial, Año, páginas.<br />
Ejemplo: E. Clarke, Circuit Analysis of AC Power Systems, vol. I. New York: Wiley, 1950, p. 81.<br />
• En cuanto a las abreviaturas y símbolos, <strong>de</strong>ben utilizarse solo abreviaturas estándar, evitando<br />
utilizarlas en el título y el resumen. Se <strong>de</strong>ben colocar al inicio <strong>de</strong>l artículo en la parte <strong>de</strong> NO-<br />
MENCLATURA. El término completo representado por la abreviatura <strong>de</strong>be prece<strong>de</strong>r dicha abreviatura<br />
o nomenclatura. En caso <strong>de</strong> no existir la parte <strong>de</strong> NOMENCLATURA, el término completo<br />
representado por la abreviatura <strong>de</strong>berá aparecer la primera vez que aparece la abreviatura en<br />
el cuerpo <strong>de</strong>l texto, a menos que se trate <strong>de</strong> una unidad.<br />
• Las viñetas usadas para señalización especial, será el punto, <strong>de</strong> fuente Symbol y tamaño 8.<br />
• Los artículos <strong>de</strong>ben contener el día <strong>de</strong> recepción <strong>de</strong>l artículo y el día <strong>de</strong> aceptación por parte <strong>de</strong>l<br />
Comité Editorial.<br />
• En caso <strong>de</strong> que los artículos contengan fórmulas matemáticas, <strong>de</strong>ben estar digitadas en fuente<br />
Arial 10, mediante el Microsoft Editor <strong>de</strong> ecuaciones.<br />
• El diseño <strong>de</strong> la revista <strong>de</strong>be contener leyenda bibliográfica en cada uno <strong>de</strong> los artículos y en la<br />
portada <strong>de</strong> la revista.<br />
• El artículo <strong>de</strong>berá tener un mínimo <strong>de</strong> 4 caras <strong>de</strong> hoja y un máximo <strong>de</strong> 20 caras <strong>de</strong> hoja <strong>de</strong> contenido,<br />
en el formato establecido por la revista.<br />
De las referencias bibliográficas<br />
• Para citar referencias Bibliográficas ver la plantilla <strong>de</strong> la revista Iteckne. Se recomienda a los autores<br />
tener 15 referencias como mínimo <strong>de</strong> bibliografía consultada.
INSTRUCTIONS TO ThE AUThORS,<br />
ITECKNE JOURNAL<br />
General instructions<br />
• The articles are accepted for publication after their aca<strong>de</strong>mic and scientific quality have been reviewed.<br />
• All articles postulated for publication must be original or unpublished, and cannot be postulated for publication<br />
simultaneously in other journals. The <strong>de</strong>claration of originality and copyright assignment is available in<br />
the Iteckne Journal webpage. The authors must sign it and send it to the Publishing Committee, along with<br />
the article. The Iteckne journal requires the authors to grant the property of their author’s rights, so that their<br />
article and materials are reproduced, published, edited, fixed, communicated and publicly transmitted in any<br />
form or means, as well as their distribution in any required number of units and their public communication,<br />
in each of their modalities, including putting them at the disposal of the public through electronic, optical or<br />
any other means of technology, for exclusively scientific, cultural, broadcasting and nonprofit aims.<br />
• The Publishing Committee makes a first evaluation, after which the work can be rejected without any additional<br />
evaluation or accepted for evaluation of the external aca<strong>de</strong>mic pairs. The previous statement does not<br />
assure the immediate publication of the article. The <strong>de</strong>cision to reject a work is <strong>de</strong>finitive and unquestionable.<br />
• The works can be rejected in this first evaluation because they do not fulfill the writing requirements, presentation,<br />
structure or are not original enough and/or pertinent with the publication to be published. The works<br />
that are accepted in this first stage are sent to the external aca<strong>de</strong>mic peers (referees) experts in the respective<br />
area, whose i<strong>de</strong>ntities will not be known by the author and, similarly, the evaluating peers will not know<br />
the i<strong>de</strong>ntity/ies of the author /s.<br />
• If the work is accepted, but with the recommendation to make modifications, it will be given back to the<br />
author/s along with the recommendations from the referees so that he/they prepare a new corrected version<br />
within the time indicated by the Publishing Committee. The authors must send the new version with a physical<br />
letter or an e-mail in which they explain in <strong>de</strong>tail the changes ma<strong>de</strong>, in accordance with the received recommendations.<br />
The Publisher along with the Publishing Committee will <strong>de</strong>termine its acceptance, consi<strong>de</strong>ring<br />
the concept of the evaluators and the corrections ma<strong>de</strong> by the author/s.<br />
• The list of all the referees will be published in the journal, as members of a Referees Committee, without<br />
announcing the <strong>de</strong>scribed article. The referees will carry out the evaluation according to the corresponding<br />
format established by the journal and they will only publish the articles with over 35 points in the qualitative<br />
qualification scale from 1 to 50.<br />
• The authors will always be informed about the results of the process of evaluation that sustain the <strong>de</strong>cision of<br />
the Publishing Committee and/or the Referees.<br />
• An aca<strong>de</strong>mic peer (referee) will be able to gra<strong>de</strong> two (2) articles by different authors at once; similarly, an<br />
article can be gra<strong>de</strong>d by two different referees, which can be internal, national or international.<br />
• The members of the Publishing and Referees Committees must not evaluate their own products, in case they<br />
act like authors within the same publication.<br />
• The non-published works will be filed as rejected articles or articles in process of acceptance.<br />
• The editorial board of the ITECKNE journal does not take responsibility for the content of the articles, nor for<br />
their publication in other means. The content of each article is exclusive responsibility of their authors and<br />
not the University’s.<br />
• The articles must be sent electronically (extension .doc) to the following physical address and/or e-mail
Revista ITECKNE<br />
División <strong>de</strong> Ingenierías<br />
Universidad Santo Tomás<br />
Carrera 18 N 9-27<br />
Bucaramanga, Colombia<br />
Tel: +57 7 6800801 Ext. 1421<br />
e-mail: iteckne@gmail.com<br />
Presentation of Articles<br />
The presentation of each publication will be in agreement with the basic <strong>de</strong>sign of the Publishing line. It must<br />
maintain, among others aspects, congruence between the content and the audience at which it is aimed. All the<br />
documents sent for publication must fulfill what it is <strong>de</strong>scribed below:<br />
Concerning the parts of the document.<br />
The document must contain:<br />
• Title<br />
• Author/s<br />
• Summary<br />
• Abstract<br />
• Key words Keywords<br />
• Introduction<br />
• Content of the document<br />
• Conclusions<br />
• Appendix (s)<br />
• Acknowledgements<br />
• Bibliography<br />
Concerning the writing.<br />
In or<strong>de</strong>r to obtain a good style it is recommen<strong>de</strong>d to respect the syntax, spelling and grammar rules rigorously.<br />
The article must be written in impersonal form (it corresponds to the passive form, for example: it is done, it is<br />
<strong>de</strong>fined, it was <strong>de</strong>fined, it was contrasted). The work must be free of typing, orthographic, grammar and writing<br />
errors. Italics or bold type can be used to highlight.<br />
Concerning the punctuation.<br />
• Leave one space after a period; and start a new line after a full-stop.<br />
• Colons are written immediately after the word, followed by a space and the text begins with small letters.<br />
Concerning the physical requirements of the article.<br />
Sections of general fulfillment in the <strong>de</strong>velopment of the article are mentioned below:<br />
• The article must be written on letter size paper/format, with top and bottom margins of 20 mm; left and right,<br />
25 mm.<br />
• The document must be in two-column format with a central space of 4.3 mm (see template in Iteckne journal).<br />
• The <strong>de</strong>sign of the hea<strong>de</strong>r and footer must be of 1 centimeter.<br />
• The content of the document must be written on single space, leaving a line when starting a new paragraph.<br />
• The font must be Arial 10.<br />
• The document numbering must begin with the Nomenclature, if there is one, and end with the conclusions<br />
of the document. The acknowledgements, appendices and bibliographical references, are not consi<strong>de</strong>red as<br />
numbered sections in the document.<br />
• The tables will take continuous numbering, beginning with Table I., referencing afterwards their title, in all<br />
caps, located at the top part of the table with center tab, in Arial 8. (see template in Iteckne journal).<br />
• The Figures will take continuous numbering, beginning with Fig 1. referencing afterwards their title, in all caps,<br />
located at the top part of the figure with center tab, in Arial 8. Note that " Fig." has been written abbreviated<br />
and with double space before the text.<br />
• The figures in the content of the article must be original, clear enough to facilitate the edition of the journal.
• Every Figure and Table inclu<strong>de</strong>d in the paper must be referred to from the text (Source: xxx). These references<br />
must go in Arial 7, in the lower part of the figure or table, left tab.<br />
• The columns in the last page must have an equal or symmetrical length.<br />
• The references located at the end of the paper, must be numbered consecutively (Number between square<br />
brackets [1], and with the following format (see template in Iteckne journal):<br />
Articles for scientific journals:<br />
Author/s, Name of the publication, Title of the journal, Volume, Number, pages and year. They must go in<br />
Arial 7.<br />
Example: J.F. Fuller, E.F. Fuchs, and K.J. Roesler, “Influence of harmonics on to power distribution system<br />
protection,” IEEE Trans. Power Delivery, bowl. 3, no.2, pp. 549-557, Apr. 1988.<br />
Books:<br />
Author, Name of the book, Edition, Editorial, Year, pages.<br />
Example: E. Clarke, Circuit Analysis of AC Power Systems, bowl. I. New York: Wiley, 1950, P. 81.<br />
• As for the abbreviations and symbols, only standard abbreviations must be used, avoiding using them in the<br />
title and the summary. They must be placed at the beginning of the article in the NOMENCLATURE part. The<br />
complete term represented by the abbreviation must prece<strong>de</strong> this abbreviation or nomenclature. If there is<br />
no NOMENCLATURE, the complete term represented by the abbreviation must appear in the text the first time<br />
it’s written, unless it is a unit.<br />
• The bullet points used for special signaling must be in Symbol source size 8.<br />
• The articles must contain the day of reception of the article and the day of acceptance by the Publishing<br />
Committee.<br />
• In case the articles contain mathematical formulas, they must appear in Arial 10, written with the Microsoft<br />
equation editor.<br />
• The <strong>de</strong>sign of the journal must contain bibliographic entries in each one of the articles and on the cover.<br />
• The article must have a minimum of 4 pages and a maximum of 20 pages, in the format established by the<br />
journal.<br />
Concerning the bibliographical references.<br />
To mention Bibliographical references, see the Iteckne journal template. It is recommen<strong>de</strong>d for the authors to<br />
have a minimum of 15 references of checked bibliography, as the main policy of the journal is research and this<br />
way, we would be promoting research among the authors of the publications for the ITECKNE journal.<br />
La Revista ITECKNE, Vol. 8 No. 2, se terminó <strong>de</strong><br />
imprimir en el mes <strong>de</strong> enero <strong>de</strong> 2012 en los talleres<br />
Distrigraf, <strong>de</strong> Bucaramanga, Colombia.<br />
El tiraje consta <strong>de</strong> 300 revistas.