¿Investigar por investigar?

Editorial Vol.26 No.3

Proposal of a Dynamic Algorithm for the Maintenance and Vehicle Routing Problem with Time Windows

Context: In the context of business organizations, every process in which the product is immersed has a cost and time associated with it. The area of maintenance planning and scheduling is no exception; however, it is an aspect in which few companies specialize, tending to be outsourced. In this sense, the application of combinatorial models is a tool with a high potential to improve the overall performance of the organization through the understanding of the integral maintenance process. Method: A two-phase (maintenance and routing) dynamic algorithm is proposed which considers a set of clients distributed in a maintenance network (distance), where each of the technicians start from the same central node (depot), which, in turn, is the endpoint of each assigned route. The objective is to minimize the total cost associated with the development of preventive and corrective maintenance of all machines to be evaluated. With this purpose, the formulation of the mathematical problem for each of the phases and its interrelation method is proposed. Then, performance measures are expressed to evaluate the achieved objectives. Results: The results satisfy a consistent alternative for the resolution of problems of the NP-Hard type, which generates a high level of complexity to the model. That is, it proposes a tool for solving problems of these characteristics in low computational response times and with appealing results. Conclusions: The combined maintenance and routing model using a dynamic algorithm addresses the maintenance and routing problem satisfactorily. The model shows good results with respect to the comparison optimization model in percentage gaps of performance measures lower than 5%. As for the computational time required, a reduction of up to 98% was achieved, which makes it an ideal alternative for highly complex scenarios. Finally, achieving a higher level of characterization, employing multi-objective decision criteria and a greater number of constraints to the problem, is proposed in future research. Acknowledgements: To the High-Performance Computing Center (CECAD - Centro de computación de Alto Desempeño) of Universidad Distrital Francisco José de Caldas for their support, as well as for providing us with a virtual machine to run the proposed mathematical model, which was an essential element in the results obtained.

Air Quality Measurement Using an IoT Network: a Case Study

Context: The evaluation of air quality in Colombia is localized; it does not go beyond determining whether the level of the polluting gas at a specific point of the monitoring network has exceeded a threshold, according to a norm or standard, in order to trigger an alarm. It is not committed to objectives as important as the real-time identification of the dispersion dynamics of polluting gases in an area, or the prediction of the newly affected population. From this perspective, the presence of polluting gases was evaluated on the university campus of Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, located north of the city of Bogotá, and the affected population was estimated for the month of October, 2019, using the Kriging geostatistical technique. Method: This study is part of the design and construction of an auxiliary mobile station that monitors and reports complementary information (CO and SO2 gases) to that provided by the Guaymaral meteorological station, located in the north of Bogotá. This information is transmitted through an IoT network to a server, where a database is created which stores the information on polluting gases reported by the 14 stations of the Bogotá air quality monitoring network, the information sent by the auxiliary station, and the statistical information of the population present on the university campus. Pollutant gas data and population information recorded from October 1st to 31st, 2019, are the input for data analysis using the Kriging interpolation method and predicting the affected population on said campus. Results: There is a particulate matter concentration of 29 µg/m3 of PM10 in the coliseum and 12,6 µg/m3 of PM2,5 in building G, in addition to 9,8 ppb of O3 in building I, 14,9 ppb of NO2 in that same building, 0,79 ppb of CO in building C, and 0,65 ppb of SO2 also in building C, thus allowing to infer, according to the Bogotá air quality index, a favorable air quality for a population of 2.131 people who visited the campus university during the aforementioned period. Conclusions: The correct integration of the data in the web server and their analysis, carried out in the R language, allowed determining the approximate indicators of the polluting factors around Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. Additionally, to determine the affected population, these indicators were correlated with the information on the registered population that entered the campus during the period under study. Based on the results obtained, it was concluded that the air quality on the campus of Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito is favorable, and that 2.131 people benefited daily from these conditions.

SSOP Three-Dimensional Reconstruction of Tibia and Fibula for Applications in Biomechanical Fracture Models

Context: Non-fatal injuries represent a public health issue. Among them, lower limb fractures have a large impact on the costs related to orthopedic treatments. In this work, a three-dimensional reconstruction of the tibia and fibula was performed for biomechanical applications with the purpose of defining the 3D reconstruction parameters that allow reducing patients’ radiation exposure and computational costs. Method: For the 3D reconstruction, a computerized tomography taken from a volunteer was used, as well as two software applications specialized in DICOM image reconstruction (Mimics Research and 3DSlicer). The number of images included in the volume was modified, and the results were compared. The quality of the reconstructed volumes was verified by comparing the reference volume reconstructed with the total number of images/slices vs. the modified volumes. The MeshLab software was used for this purpose. The analyzed parameters were the distance differences between the reference and the alternative models, as well as the qualitative curvature analysis. Results: The ANOVA results for the Max (maximum distance between meshes) response shows that software and slices are significant factors. However, the software-slices interaction did not have a significant influence. As for the RMS (root mean square) distance response, software, slices, and the software-slices interaction are not significant. For the Mean distance response, slices and the software-slices interaction are not significant. Nevertheless, software significantly influences the response. These results suggest a potential way to reduce the computational cost and the patient’s radiation exposure in future biomechanical and preoperatory analyses, since the same quality can be obtained by including fewer 2D images in the reconstruction. Conclusions: The reconstructed surfaces are smoother when Mimics is used, even though the same smoothness factor was employed in both software applications during the reconstruction. When 16 slices are used (retained every 16 images from the complete original model), the distance differences increased for both bones (tibia and fibula). For the RMS, reducing the number of slices and using either one of the two applications analyzed would not show any significant differences in the reconstruction, thus allowing the potential reduction of radiation exposure of the patient. Acknowledgements: The authors are grateful to Universidad Nacional de Colombia for funding the project “Estado de esfuerzos en un elemento de osteosíntesis en la consolidación de una fractura de miembro inferior”.

Modelos logísticos estocásticos aplicados a la cadena de suministro: una revisión de la literatura

Contexto: El análisis de la complejidad de los sistemas conlleva la evolución de los modelos de representación de la realidad, la logística ha avanzado de un contexto empresarial a la cadena de suministro, los modelos básicos de logística con parámetros determinísticos requieren representar el comportamiento real estocástico. En este sentido, aparecen la combinación de los modelos de inventario, la localización y el ruteo con enfoque estocástico aplicados a cadenas de suministro. Método: Se desarrolló una revisión sistemática de la literatura en las bases de datos bibliográficas ScienceDirect, ScholarGoogle, SpringerLink, Scopus, SemanticScholar y Scielo, así como en ResearchGate. De los 79 artículos referenciados, el 65 % comprenden entre el 2015 y 2019. Resultados: Se identifican y describen los modelos, a partir de lo cual se propone una taxonomía en cuatro combinaciones, tres de modelos diádicos: LIP, IRP, LRP y un modelo tríadico: LIRP. Se identifican los parámetros estocásticos utilizados en los modelos, los tipos de modelos, los métodos de solución, las funciones objetivo contempladas y el número de eslabones de la cadena contemplados, a partir de los cuales se proponen taxonomías de los diferentes tipos de modelos. Por último, se presentan líneas de trabajo para futuras investigaciones. Conclusiones: La evolución de modelos determinísticos a estocásticos representa un incremento en la complejidad, lo que obliga a desarrollar nuevos métodos de solución con capacidad de encontrar soluciones factibles. Ha sido de reciente interés el desarrollo de modelos y problemas con medidas de desempeño ambiental, social y riesgo humanitario, en el último periodo toman relevancia modelos tríadicos multiproducto y multiperiodo.

Extraordinary Passive Safety in Cars Using a Sensor Network Model

Context: The automobile industry has included active and passive safety. Active safety incorporates elements to avoid crashes and collisions. Some elements are ABS brakes and stabilization bars, among others. On the other hand, passive safety avoids or minimizes damage to the occupants in the event of an accident. Some passive safety features include seat belts and front and curtain airbags for the driver and other occupants. Method: In this research work, we propose a new category called Extraordinary Passive Safety (XPS). A model of a sensor network was designed to inspect the conditions inside the car to detect fire, smoke, gases, and extreme temperatures. The sensors send data to a device (DXPS) capable of receiving and storing the data. Results: Each sensor collects data and sends it to the DXPS every period. The sensor sends 0s while there is no risk, and 1s when it detects a risk. When the DXPS receives a 1, the pattern is evaluated, and the risk is identified. Since there are several sensors, the reading pattern is a set of 0s (000000). When a pattern with one or more 1s (000100, 010101) is received, the DXPS can send an alert or activate a device. Conclusions: The proposed solution could save the lives of children left in the car or people trapped when the car catches fire. As future work, it is intended to define the devices to avoid or minimize damage to the occupants such as oxygen supply, gas extraction, regulating the temperature, among others.

Escenario técnico y económico para la valorización integral a pequeña escala de residuos de naranja en Colombia

Contexto: Se estudió la valoración integral de cáscara de naranja bajo un esquema de biorrefinería en el que se obtiene aceite de naranja (con hidrolato como subproducto y la valorización del aceite mediante la extracción de limoneno en etapas posteriores), pectina y harina para uso como suplemento en alimentación animal. Método: El proceso consistió en cuatro etapas generales: i) extracción y obtención de aceite e hidrolato de naranja mediante el proceso de arrastre de vapor, ii) obtención de limoneno, iii) extracción de pectina por medio de hidrolisis ácida, y iv) obtención de pienso a partir de procesos de centrifugado y secado. Resultados: Los experimentos y las caracterizaciones se realizaron a escala laboratorio, donde a partir de 700 g de cáscara (húmeda) se obtuvieron 3,34 mL de aceite (80-85 % limoneno), alrededor de 500 mL de hidrolato y cerca de 260 g de residuos sólidos (secos). De estos últimos, a partir de lotes de 50 g de material seco, se obtuvieron 9,7 g de pectina y alrededor de 40,3 g de harina para suplemento en alimentación animal. Conclusiones: Según el análisis técnico-económico para la escala de producción utilizada y para el contexto nacional, se logran indicadores positivos como el valor presente neto (27’271.933) y la tasa interna de retorno (5,27 %), que muestran la alternativa de inversión interesante como para ser considerada una opción de valoración de residuos por pequeños y medianos productores de cítricos en el país.

Aproximación al comportamiento del flujo de efectivo con Dinámica de Sistemas

Contexto: El flujo de efectivo es un elemento esencial para la toma de decisiones dentro de las organizaciones, dado que al conocer el flujo de efectivo de un periodo se puede determinar si se están generando ganancias o pérdidas. Por lo tanto, es de vital importancia conocer el comportamiento del flujo de efectivo para disminuir el riesgo de presentar déficit de efectivo en el futuro. Método: Se realizó una revisión bibliográfica identificando características y variables que intervienen en el flujo de efectivo de una organización común. Además, se planteó un modelo que permite representar el comportamiento del flujo de efectivo en las organizaciones utilizando las variables encontradas en la revisión bibliográfica y el cual se desarrolla mediante dinámica de sistemas Resultados: En Se obtuvo un modelo que se desarrolla mediante dinámica de sistemas en el que se integran las variables del flujo de efectivo y, a su vez, permite crear escenarios de simulación en los que se modifican estas variables y se determina el comportamiento del flujo de efectivo en el tiempo. Conclusiones: Con una correcta parametrización de variables, utilizando cifras y estados reales, es posible emplear el modelo propuesto como una plataforma de experimentación para estimar el impacto de implementar distintas políticas orientadas a mantener el nivel del flujo de efectivo y evaluar su viabilidad

Caracterización de tráfico para el servicio de Video Streaming en vivo sobre DASH en redes 4G basado en analizadores sintácticos

Contexto: El tráfico de datos móviles generado por los servicios de video aumenta a diario. Para enfrentar dicha situación, los proveedores de servicios de telecomunicaciones deben conocer el comportamiento del tráfico de video y así ajustar los recursos de la red que permitan satisfacer y mantener los niveles de calidad requeridos por los usuarios. Los estudios de caracterización de tráfico en redes 4G para el servicio Live Video Streaming (LVS) son escasos y los disponibles son obtenidos a partir de escenarios de simulación en los cuales no se consideran las condiciones reales de funcionamiento de este tipo de redes. Método: Este trabajo se centra en encontrar un modelado que caracterice el tráfico a partir de las funciones de densidad de probabilidad del servicio LVS bajo la técnica de streaming adaptativo DASH en redes LTE. Las trazas analizadas para realizar el estudio del modelado fueron adquiridas en escenarios reales de emulación considerando las condiciones de funcionamiento frecuentemente presentadas en la prestación real del servicio, para lo cual se definieron cinco escenarios de prueba. Resultados: Se presenta la descripción, a partir de la parametrización de algunas funciones de densidad de probabilidad encontradas, de diferentes modelos de tráfico del servicio bajo estudio y para cada uno de los escenarios de prueba preestablecidos en una red 4G-LTE. Conclusiones: A partir de los resultados, se concluye que el modelo de tráfico depende de las condiciones de cada escenario y que no existe un modelo único que describa el comportamiento general del servicio LVS bajo la técnica de streaming adaptativo DASH en una la red LTE emulada.

Un enfoque desde la ingeniería de software a una solución tecnológica de IoT y aprendizaje automático que permita monitorear y controlar las variables medioambientales en un cultivo de café

Contexto: La ingeniería de software nos permite abordar el diseño y desarrollo de software desde la aplicación práctica del conocimiento científico. En el caso de esta solución de IoT y el enfoque de aprendizaje automático en el monitoreo y control de las variables medioambientales en un cultivo de café, nos permite visualizar determinados artefactos del sistema en su interacción con los usuarios y en el comportamiento con otros artefactos o dispositivos que integran una solución tecnológica. Método: Para el presente trabajo, se plantea la aplicación de la ingeniería del software desde un enfoque conceptual y del comportamiento del sistema. Para cumplir con estos objetivos se optó por emplear el lenguaje unificado de modelado (UML) de forma tal que se pudieran representar los componentes más importantes de la solución tecnológica desde una perspectiva estática a través de los diagramas de casos de uso y desde el punto de vista dinámico a través de los diagramas de secuencia. Resultados: Mediante la aplicación del UML, fue posible desarrollar el modelamiento conceptual y del comportamiento de ciertos artefactos y componentes. Este conocimiento permitió identificar la interacción entre componentes y dispositivos físicos (máquina a máquina) y la interacción hombre-máquina, es decir, la relación entre usuarios y procesos que componen la solución tecnológica. Conclusiones: A través de la ingeniería de software y más específicamente del UML, pudimos establecer la importancia de conocer los diferentes artefactos que componen un sistema o aplicación desde un enfoque técnico y funcional diferente, pudiendo recopilar información valiosa sobre el comportamiento de ciertos artefactos del sistema, así como de la interacción entre usuarios y procesos.