Ingenieria Solidaria Vol. 4

Director

Ing. Édgar Alexánder López Gómez Decano de la Facultad de Ingeniería, seccional Bogotá

Editora

Jannette Rincón

Consejo editorial

Ing. Luis Ernesto Silva Decano de la Facultad de Ingeniería, seccional Barrancabermeja

Ing. Luis Eduardo Bastidas Facultad de Ingeniería, seccional Santa Marta

Ing. Nancy Duarte Pabon Decana de la Facultad de Ingeniería, seccional Bucaramanga

Ing. Jorge Gómez Gallon Decano de la Facultad de Ingeniería, seccional Medellín

Ing. José Carvajal Lombana Decano de la Facultad de Ingeniería, seccional Cali

Consultores-evaluadores

Phd. Felix Álvarez Paliza (Cuba)

Phd. Roberto Vicente Rodríguez (Cuba)

Msc. Juliana María López de la Cruz (Holanda)

Msc. Luis Carlos Torres Soler (Colombia)

Lic. Lizbeth Zabala Portillo (Colombia)

Comisión de publicación

Ing. Leonardo Molina Coordinador Programa de Ingeniería de Sistemas, seccional Bogotá

Ing. Gloria Acosta Saavedra Coordinadora Programa de Ingeniería Electrónica, seccional Bogotá

Ing. Francisco Estefan Ramírez Coordinador Programa de Ingeniería Industrial, seccional Bogotá

Ing. Nubia María Prado Coordinadora Programa de Ingeniería de Sistemas, seccional Quibdó

Ing. Gustavo Narvaez de la Rosa Coordinador Programa de Ingeniería Industrial, seccional Pasto

Ing. Jhon Jairo Motta Calderon Coordinador Programa de Ingeniería de Sistemas, seccional Popayán

Ing. Nelson Palma González Coordinadora Programa de Ingeniería de Sistemas, seccional Espinal

Lic. Gloria Jeannette Rincón AponteProfesora Facultad de Ingenierías

Facultad de IngenieríaUniversidad Cooperativa de Colombia

Volumen 4, Número 4

enero-julio de 2007

Revista semestral

Revista Ingeniería Solidaria

Avda. Caracas No 37-63

Bogotá, Colombia

[email protected]

Fax: 3204041

Distribución y canje:

Avda. Caracas No 37-63

PBX: 3323565 Ext. 131

Supervisión editorial:

Editorial Universidad Cooperativa de

Colombia, EDUCC

Luisa Fernanda Muñoz., directora

Corrección de estilo:

Corrección de pruebas:

Janette Rincón Aponte

Diagramación:

Miguel Angel Muñoz

Textos en inglés:

Germán Correa Morales

Fotomecánica e impresión:

Teoría del Color

Medellín, Colombia

Carlos Mario Pérez L.

Gerente

La responsabilidad por las

opiniones emitidas corresponde

exclusivamente a sus autores.

La revista y los autores no

responden por lo que se haga o

deje de hacer por razón de las

opiniones aquí consignadas.

R E V I S T A

INGENIERIA SOLIDARIA2008.indd 1INGENIERIA SOLIDARIA2008.indd 1 25/06/2008 09:52:01 a.m.25/06/2008 09:52:01 a.m.

María José Díaz-Granados

U N I V E R S I D A D C O O P E R A T I V A D E C O L O M B I A

M I E M B R O S :C O M U N A , C O O P D E S A R R O L L O , C O R P A E D A ,F U N D A C I Ó N U N I V E R S I T A R I A M A R Í A C A N O

César Augusto Pérez GarcíaRector

Juan Carlos Pérez SotoDirector Seccional

Miembros Consejo SuperiorDirectivas nacionales

Principales José Corredor Núñez (Presidente)

Laureano Rodríguez ErazoJosé Joaquín Gómez Rondón

César Augusto Pérez GonzálezMáximo Darío Pérez Soto

Colombia Patricia Pérez MuñozOmar Arturo Vargas Vargas

Próspero Posada D‘MierCésar Augusto Pérez García

SuplentesRymel Serrano UribeEduardo Yunda Sánchez Adolfo Carrasco PinzónJorge Mario Uribe VélezRoque Julio Moreno EstévezGloria Patricia Rave IglesiasJonás Antonio Flórez ArdilaMaría Consuelo Moreno OrregoAdolfo León Palacio Sánchez

FA C U LTA D D E IN G E N I E R Í A

Luis Ernesto SilvaDecano, Seccional Barrancabermeja

Édgar A. López GómezDecano, Seccional Bogotá

Nancy Duarte PabonDecano, Seccional Bucaramanga

José Carvajal LombanaDecano, Seccional Cali

Jorge Gómez GallónDecano, Seccional Medellín

Luis Eduardo BastidasDecano, Seccional Santa Marta


Contenido

Editorial 5

Ciencia y Tecnología

APLICACIONES DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

EN EL SECTOR AGROPECUARIO COLOMBIANO 8

ANDRÉS MAURICIO HUALPA ZÚÑIGA

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA 12

A. RUBIANO

W. GÓMEZ

L. LLANO

O. MELO

AGENTES INTELIGENTES AUTÓNOMOS 18

ÁLVARO ROJAS DAZA

COMPONENTES BÁSICOS PARA UNA RED SEGURA BAJO VPN 27

EDGAR BUSTOS CALDAS

DISEÑO DE UN TUTOR INTELIGENTE

AGENTES INTELIGENTES 35

DIANA MILENA LEÓN ROMERO

ADRIANA LUCÍA NEUTO CALDERÓN

EFECTOS TERMOELÉCTRICOS: LA TERMOCUPLA 41

H. M. CÁRDENAS

J. H. FORERO

H. S. RUIZ

ESTABLECIMIENTO DEL MODELO DE RUTEO CON VARIAS FUENTES CON

ASIGNACIÓN DE CARGAS (CASO APLICATIVO SECTOR LÁCTEO-COLOMBIA) 46

ÓSCAR JAVIER HERRERA OCHOA

INFLUENCIA DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA EN LA LOGÍSTICA

INTERNA DE UNA EMPRESA MANUFACTURERA 55

HERNANDO ALEXANDER GUTIÉRREZ SÁNCHEZ


PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL DESARROLLO DE PROGRAMAS DE

SOFTWARE EN CONTEXTOS WEB 64

JAVIER DARÍO FERNÁNDEZ LEDESMA

MARCOS ALEXIS HINCAPIÉ CIFUENTES

FANNY RAQUEL PEREA MESA

LOS WEBLOGS COMO COMUNIDADES VIRTUALES – CASO DE ESTUDIO

http://www.barrapunto.com 73

JAIRO AUGUSTO CORTÉS MÉNDEZ

Docencia

ESTRATEGIA PEDAGÓGICA: ENTRE LA CONCEPTUALIZACIÓN TEÓRICA Y

PRÁCTICA EN LA ENSEÑANZA EN ELECTRÓNICA 81

RAFAEL ALBERTO BETANCOURT U.


El escritor es un ingeniero del alma humana.Josef Stalin

No existen más que dos reglas para escribir: tener algo que decir y decirlo.Oscar Wilde

Una vez más la revista Ingeniería Solidaria comparte con la comunidad aca-démica de la Universidad Cooperativa de Colombia el compendio de escritos de carácter tecnológico, pedagógico, investigativo y social, de estudiantes y docentes de los programas de la Facultad de Ingeniería, producto de su de-dicación y empeño, quienes se esfuerzan por informar y divulgar la cultura investigativa en espacios de discusión, argumentación y crítica científi ca.

Cabe anotar que esta publicación se proyecta como una propuesta peda-gógica más, que se articula vertiginosamente con la investigación en el aula, entre el docente y el estudiante, conservando armonía con los contenidos

programáticos, el currículo y la investigación. Es por ello que Ingeniería Solidaria se propone de nuevo incentivar el hábito de la escritura y la lectura en aquellos que buscan ampliar su horizonte del saber, a través de los artículos depositados en ella, fruto del desarrollo intelec-

tual de estudiantes y docentes de la comunidad académica de los programas de ingeniería de la Universidad Cooperativa de Colombia.

Si bien es cierto que la investigación en ingeniería pretende contribuir al logro de metas en la búsqueda del desarrollo de instrumentos tecnológicos que impacten a la sociedad actual en benefi cio del incremento de las capacidades que tiene el ser humano para inferir conocimiento como avance indiscutible de la ciencia, no se puede desconocer que desde hace algún tiempo se ha venido incentivando la innovación en el aula, soportada en actividades culturales que demuestran el talento humano creativo, tales como expo-proyectos y la jornada de ciencia, tecnología y sociedad, las cuales se rigen bajo el sistema investigativo institucional, sumado al esfuerzo idóneo de los investigadores de las facultades de ingeniería.

Por tanto, extendemos la invitación a toda la comunidad universitaria de los programas de ingeniería para que participe activamente con sus escritos generados a partir de procesos de refl exión individual y colectiva en la bús-queda de la excelencia académica y profesional, para que se conviertan en punto de apoyo literario de los demás miembros de su entorno social. De igual forma, el Consejo Editorial agradece sustancialmente a los autores de los artículos por la oportunidad de presentar sus trabajos y ponerlos a con-sideración del público lector.

Edgar Alexander López Gómez Director

Editorial


MisiónIngeniería Solidaria es un medio de divulgación de la cultura investigativa y científi ca, generador de espacios de crítica, argumentación y discusión, que busca crear en la comunidad académica la socialización de los avances investigativos.

VisiónIngeniería Solidaria será un medio de divulgación científi ca y académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Cooperativa de Colombia que busca tener reconocimiento nacional e internacional por medio de sus publicaciones con los criterios de una revista indexada.

Objetivos1. Facilitar la divulgación de las investigaciones y avances educativos,

tecnológicos y científi cos desarrollados por los docentes, estudiantes y egresados de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Cooperativa de Colombia.

2. Obtener el reconocimiento de indexación por Colciencias.3. Proporcionar temas de discusión e intercambio entre la comunidad

académica de la Universidad Cooperativa de Colombia.4. Fomentar la cultura de la investigación en la comunidad académica. 5. Integrar las Facultades de Ingeniería de la Universidad Cooperativa de

Colombia; las cuales pueden participar como miembros activos del Comité Editorial, como escritores o pares de la publicación.


ResumenEn este artículo presenta a manera general una referencia

histórica de la problemática que ha afectado el desarrollo del

sector agropecuario en Colombia. Se hace relevancia espe-

cialmente al insufi ciente apoyo tecnológico en años anteriores,

difi cultando el diseño, planifi cación y ejecución de proyectos

que generen ventajas competitivas y productivas a este sector.

También se hace énfasis en la participación que puede ejercer

un profesional de ingeniería industrial en actividades de de-

sarrollo en el sector agropecuario, contribuyendo activamente

en el planteamiento de alternativas y/o en proyectos relacio-

nados con este “campo empresarial”, como varios expertos lo

catalogan de acuerdo con el fuerte crecimiento que ha tenido

en las últimas décadas. Las áreas específi cas en las cuales se

analizará la aplicación de la ingeniería industrial en el sector

agropecuario son la de planeación de producción y administra-

ción de proyectos.

Palabras clave: recurso natural, tasa de crecimiento, proyecto.

APLICACIONES DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

EN EL SECTOR AGROPECUARIO

COLOMBIANO

A N D R É S M A U R I C I O H U A L P A Z Ú Ñ I G A *

Abstract This article presents, in a general way, a historical reference

to the problem which has affected the development of the

agricultural sector in Colombia. It is especially important to

emphasize the insuffi cient technology support in previous

years, hampering the design, planning and implementation of

projects that generate productive and competitive advantages

in this sector.

It also emphasizes the involvement that can carry a profes-

sional of industrial engineering in development activities in

the agricultural sector, contributing actively in the approach

of alternatives and / or related projects “business fi eld”, as a

number of experts catalogued according to the strong growth

that has taken in recent decades. Specifi c areas which will

discuss the implementation of the industrial engineering in

agriculture sector are the production planning and project

management.

Key words: Natural resource, growth rate, project.

APPLICATIONS OF INDUSTRIAL ENGINEERING IN THE COLOMBIAN FARMING FIELD

* Ingeniero industrial, aspirante a la maestría de ingeniería industrial de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá. Docente de la Universidad Cooperativa de Colombia, programa de ingeniería industrial, seccional Bogotá.

Correo electrónico: [email protected]

INGENIERIA SOLIDARIA2008.indd Sec1:8INGENIERIA SOLIDARIA2008.indd Sec1:8 25/06/2008 09:52:03 a.m.25/06/2008 09:52:03 a.m.

9 E N E R O - J U L I O D E 2 0 0 7 • I N G E N I E R Í A S O L I D A R I A

A P L I C A C I O N E S D E I N G E N I E R Í A I N D U S T R I A L E N E L S E C T O R A G R O P E C U A R I O C O L O M B I A N O AN D R É S MA U R I C I O HU A L P A ZÚ Ñ I G A

“El punto de partida ha sido siempre el convencimiento de que Colombia necesita al campo, al sector agropecua-rio, para su desarrollo”. 1

INTRODUCCIÓN

Colombia, por su posicionamiento geográfi co, cuenta con una variedad de pisos térmicos en donde existe gran diversidad de fl ora y fauna, recursos naturales y amplias extensiones de tierras fértiles, las cuales son propicias para el cultivo y crecimiento de productos agrícolas y pecuarios. Entre los principales productos agrícolas encontramos claros ejemplos como el café, arroz, azúcar, palma africana, banano, tabaco, entre otros. Adicionalmente se practican actividades pecuarias como la ganadería en sus diferentes líneas (vacuna, caballar, caprina, porcina) y demás especies menores (avícola, piscícola, cunicultura, apicultura). Todas estas actividades han presentado un desarrollo considerable comparado con el de años anteriores, a pesar de la gran infl uencia de factores limitantes que ocasionaron un bajo desempeño productivo del sector agropecuario en la eco-nomía colombiana.

Estos factores limitantes se consideran como una proble-mática generada al sector, debido a que establecían barreras que impedían utilizar de una manera óptima el potencial de recursos naturales que posee el país. Sin embargo, estos factores han sido objeto de estudio por expertos en diferen-tes ramas profesionales, en donde se puede determinar una participación activa de la ingeniería industrial, la cual se ha preocupado por desarrollar tecnologías y metodologías tendientes a optimizar sistemas en las más diversas áreas, como en este caso el sector relacionado con el campo.

PROBLEMÁTICA EN EL SECTOR

AGROPECUARIO

De acuerdo con algunos precedentes y situaciones que han ocurrido en el país, se pueden evidenciar varios facto-res que impidieron en un principio el fortalecimiento de actividades agropecuarias.

Entre estos aspectos, encontramos una inestabilidad política y económica que generaba barreras al comercio agropecuario, caso específi co la estrategia de sustitución de importaciones aplicada a mediados del siglo XX. Esta estrategia incentivaba especialmente a la industria manu-facturera, sin tener en cuenta al sector primario de extrac-

1 Palabras del doctor Santiago Montenegro Trujillo, director del Departamento Nacional de Planeación, 2003.

ción y explotación de los recursos naturales el cual tenía insufi ciente innovación tecnológica.

En el año de 1991, el gobierno aplicó un programa integral de reformas conocido como “la apertura”. Este programa consistía esencialmente en aplicar reformas para la liberalización del comercio y la reducción de aran-celes, buscando estimular al sector agrícola, incentivar la participación del sector privado y ampliar el acceso a los mercados de exportaciones, los cuales habían permanecido subdesarrollados a causa de la política de sustitución de importaciones. Sin embargo esta estrategia se frenó debido a una serie de obstáculos que aparecieron simultáneamen-te. (Brizzi, Gómez y McMahon, 2003) “Una caída de los precios internacionales de la mayoría de los productos agrícolas, un aumento de las tasas de infl ación provocada por una política monetaria permisiva y en 1992 una de las peores sequías de la historia de Colombia”, limitando así algunas esperanzas de desarrollo del sector agropecuario.

La problemática social presentada en las últimas décadas es otro aspecto que ha infl uenciado de manera negativa al sector agropecuario. Desde el momento en que se forman grupos al margen de la ley, se comienza a generar una serie de situaciones como la apropiación forzada de las tierras, la cual ocasiona un desplazamiento de los campesinos a los centros urbanos obligándolos a cambiar las actividades que normalmente ejercían en el campo. A esto se le adiciona la práctica de cultivos ilícitos, los cuales causan un daño ambiental y social, ya que deterioran los terrenos dispuestos a esta actividad, generando un impacto en los ecosistemas rurales con un valor incalculable y con alteraciones irrever-sibles. De la misma manera las personas que participan en procesos de transformación de la hoja de coca a la pasta de coca, se ven afectadas en su salud y comportamiento. Estos cultivos comenzaron a tener un incremento notable en el país desde el año de 1995, cuya superfi cie se multiplicó más del doble (de 50.900 a 122.500 hectáreas) y se calcula que más de 250.000 familias trabajaban directamente en ellos dejando de lado todas las actividades agropecuarias. Estos hechos coincidieron como la difi cultad principal que afecta el desarrollo del sector rural y además como un problema de primer orden para todos los colombianos.

Desde el punto de vista productivo, específi camente desde la profesión del ingeniero industrial, se pueden citar varios problemas que afectan al sector agropecuario, entre los cuales se clasifi can principalmente los elevados costos por unidad de producción, es decir, “un producto en el cual se invierte mucho, pero se gana poco”. En parte esto se debe a la existencia de sistemas de producción con una tecnología e infraestructura defi ciente que limita la pro-


10 I N G E N I E R Í A S O L I D A R I A • E N E R O - J U L I O D E 2 0 0 7


ducción de cultivos altamente perecederos, un mal manejo poscosecha en el cual no se fortalece la comercialización de los productos, ya sea por falta de mecanismos de informa-ción y divulgación de mercados potenciales o la existencia de grupos intermediarios que monopolizan los mercados, la insufi ciente investigación que se ha invertido en ello, limitando la planifi cación y coordinación de propuestas emanadas al sector agropecuario, y el bajo porcentaje de utilización de las tierras fértiles. (Se estima que Colombia tiene 18 millones de hectáreas, de las cuales sólo cultiva cuatro). Estos problemas reducen la efi ciencia de los sis-temas de producción agropecuaria limitando la capacidad real de producción, en donde no existe un correcto uso de los recursos naturales, generando residuos que no son reutilizados nuevamente en el sistema y aumentando el nivel de costos del mismo.

FORTALECIMIENTO DEL CAMPO EN LAS

ÚLTIMAS CUATRO DÉCADAS

A pesar de todos los inconvenientes que afectaron con gran relevancia al sector agropecuario, se puede determinar que en Colombia se han vivenciado etapas de expansión económica las cuales han tenido un comportamiento alterno en distintos años. Según un informe investigativo de desarrollo económico elaborado por el Banco Mundial, desde el año de 1970 se comienza a incrementar la tasa de crecimiento en Colombia, superando el promedio histórico. Este aumento se ve refl ejado en parte por el incremento en la producción de alimentos básicos y adicionalmente la producción agropecuaria con fi nes de exportación.

Esta expansión fue liderada por el café, el cual creció sobre la base, no del mercado interno, sino del mercado mundial. La importancia actual del café no sólo proviene de su papel como uno de los principales rubros de exportación de Colombia, sino también porque los ingresos de muchas familias rurales dependen de él.

Actualmente el sector agrícola representa el 14% del PIB, el 23% de la fuerza del trabajo y el 28% de las exportacio-nes totales convirtiéndose en un escenario de importantes inversiones y oportunidades.

En la siguiente gráfi ca se puede observar el compor-tamiento alterno que ha tenido la producción de bienes agropecuarios en el país en los últimos años:

Gráfi ca 1. Evolución del porcentaje del PIB total y el PIB agropecuario

Fuente: artículo Periódico Portafolio Copyright

ALTERNATIVAS DE DESARROLLO

El enfoque de ingeniería industrial ha tenido grandes cambios generados en gran medida por los acontecimientos y las tendencias mundiales, los cuales han modifi cado las necesidades de producción y las actividades asociadas a la planeación y el control de las mismas.

Actualmente el ingeniero industrial está en capacidad de intervenir en áreas como los son la planeación de la pro-ducción y administración de proyectos e investigación. El manejo de estas áreas proporciona una serie de aplicaciones que pueden ser implementadas en el sector agropecuario dando solución a problemas presentados desde el punto de vista productivo en el país.

PLANEACIÓN DE LA PRODUCCIÓNEn esta área existe gran aplicabilidad de ingeniería indus-

trial, ya que implica inicialmente desarrollar una planeación de la demanda de productos, utilizando diferentes métodos de cálculo de pronósticos (cualitativos y cuantitativos), teniendo en cuenta características como la tendencia y la estacionalidad a través del tiempo. Este aspecto es de gran importancia en el sector agropecuario puesto que en él hay que analizar factores de clima, planeación de cultivo de productos altamente perecederos, disposición y volumen de insumos, entre otros. Una vez establecido el pronóstico de la demanda, el ingeniero deberá realizar una planeación de la producción. El objetivo de ésta es determinar la com-binación óptima entre el nivel de producción (toneladas a producir), el nivel de fuerza de trabajo (cantidad de operarios que necesita para distintas etapas en el cultivo) y el inventario disponible (materias primas, fertilizantes, concentrados, etc.), considerando adicionalmente los costos



A P L I C A C I O N E S D E I N G E N I E R Í A I N D U S T R I A L E N E L S E C T O R A G R O P E C U A R I O C O L O M B I A N O AN D R É S MA U R I C I O HU A L P A ZÚ Ñ I G A

asociados a cada uno de éstos y los inventarios de productos cosechados, debido a que el plan agregado está relacionado con la optimización de recursos.

Los modelos de plan agregado corresponden en su mayoría a situaciones específi cas de acuerdo con las carac-terísticas del producto, ya sea agrícola o agropecuario. Es responsabilidad del ingeniero conocer los principios para la generación de planes agregados.

ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOSEs de interés para el ingeniero industrial diseñar proce-

sos efi cientes, los cuales puedan realizar una producción a gran escala. Para lograrlo es necesario comenzar con la formulación de un proyecto en donde se tenga en cuenta factores como el presupuesto que involucre los costos, el tiempo, la tecnología de punta que interviene en el proceso, las especifi caciones del producto deseado y el desempeño que tendrá el mismo en el mercado. Estos factores tienen una relación entre sí, ya que los cambios en alguno de ellos repercutirán al menos en uno de los otros. Por ejemplo, en un proyecto al cual se realice una reducción del presu-puesto necesariamente tendrá un impacto en el aumento del tiempo de ejecución y la tecnología disminuyendo la calidad de sus especifi caciones. Por esta razón, se deben planear y controlar de forma independiente los factores que intervienen al momento de implementar un proyec-to. Esencialmente, para que exista un fortalecimiento del sector agropecuario deben diseñarse proyectos enfocados a la producción óptima, en donde exista una explotación adecuada de los recursos naturales en pro del cuidado del medio ambiente.

CONCLUSIONES

De acuerdo con el enfoque que se pretende al consolidar la utilización óptima de los recursos naturales, la adopción de tecnologías apropiadas y la formulación y planeación de proyectos aplicados al sector agropecuario en un solo sistema de producción, se lograría incentivar el crecimien-to del sector agropecuario en Colombia comparado con otros países. Este crecimiento fomentaría el alcance de la modernización, creando empleo y elevando el bienestar en el campo rural. Lo importante no es qué se produce, sino cómo se produce, utilizando métodos o tecnologías apro-piadas a bajo costo, en donde el ingeniero industrial juega un papel muy importante de desarrollo en el país.

BIBLIOGRAFÍAARANGO LONDOÑO, G. 2000. Estructura económica colom-

biana. 9 edición.

Mc-Graw Hill.

AVRAMOVIC, D. 1972. Desarrollo económico de Colombia, problemas y perspectivas, Informe del Banco Mundial. Bogotá D.C. Biblioteca del Banco Popular.

GIUGALE, M.; LAFOURCADE, O. y LUF, C. 2003. Colombia: fundamentos económicos de la paz. Editorial Alfaomega.

NOVOA, A. R.y ESCOBAR NAVIA, R. 1995. Retos y posibi-lidades del sector agropecuario en el siglo XXI. Santafé de Bogotá: programa colombiano para el avance de la investi-gación Procadi.

SUÁREZ, F. 1999. Fundamentos de estadística: aplicada al sector agropecuario. Bogotá. Eberhard Editores Ltda.

BRIZZI, A.; GÓMEZ, N., y McMAHON, M. (eds.). 2003. Colombia: fundamentos económicos para la paz.


ResumenLa energía fotovoltaica es una de las fuentes renovables más

importantes; presenta grandes ventajas en comparación con las

fuentes convencionales de energía, ya que por usar la radiación

visible del sol es una fuente inagotable y al no requerir de la

combustión es una fuente limpia de energía; siendo una de las

preocupaciones mundiales el desarrollo de nuevas tecnologías

y herramientas, se ha iniciado el proceso de investigación,

diseño e implementación de nuevas formas de utilización de los

recursos fotovoltaicos, para optimizar el funcionamiento de los

mismos e informar a la comunidad académica de la importancia

del mencionado tema. Durante este proceso se construyó un

soporte que permite ubicar las celdas fotovoltaicas teniendo

en cuenta el ángulo fi jo de incidencia del sol sobre la tierra,

logrando obtener un mejor desempeño en cualquier época del

año; se implementó una página web que permite monitorear

remotamente el comportamiento del voltaje en los paneles; ade-

más se fabricó un módulo didáctico en el que se tiene acceso a

las variables y opciones del sistema tales como el voltaje DC, el

regulador, el inversor y voltaje del panel y las baterías.

Palabras clave: Celdas fotovoltaicas, radiación solar, energía solar.

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA

A . R U B I A N O *

W. G Ó M E Z * *

L . L L A N O * * *

O . M E L O * * * *

AbstractThe photovoltaic energy is one of the most important re-

newable sources; that presents major advantages compared

to conventional sources of energy, and that by using visible

radiation from the sun is an inexhaustible source and does

not require combustion as a clean source of energy; being

one of the global concerns the development of new techno-

logies and tools has begun the process of research, design

and implementation of new forms of utilization of photovol-

taic resources, to optimize the operation of the same and

inform to the academic community of importance of the

aforementioned subject. During this process a support that

allows locating the photovoltaic cells was built, taking into

account the fi xed angle of incidence of the sun on Earth,

achieving the best practice in any season; a website that

allows remotely to monitor the behavior voltage panels was

established; also a module teaching was manufactured in

which it has access to the variables and options of the sys-

tem such as the DC voltage, the regulator, the investor and

voltage panel and batteries.

Key words: Photovoltaic cells, solar radiation, solar energy.

UTILIZATION OF PHOTOVOLTAIC ENERGY

* Ingeniero en mecatrónica, joven investigador Universidad Militar Nueva Granada, grupo Volta, docente cátedra Universidad Cooperativa de Colombia, [email protected]

** Ingeniero mecánico, MSc. Docente tiempo completo, Universidad Militar Nueva Granada, líder del grupo de investigación Volta, [email protected].

*** Ingeniero mecánico, docente tiempo completo, director del programa de ingeniería mecatrónica Universidad Militar Nueva Granada, investigador del grupo Volta, [email protected]

**** Estudiante ingeniería mecatrónica, Universidad Militar Nueva Granada, auxiliar de investigación grupo Volta, [email protected].



A P R O V E C H A M I E N T O D E L A E N E R G Í A F O T O V O L T A I C AA . R U B I A N O - W . G Ó M E Z

L . L L A N O - O . M E L O

INTRODUCCIÓN

Los combustibles fósiles son compuestos orgánicos extraídos del subsuelo, con el objetivo de producir energía usando la combustión, algunos generadores energéticos son el carbón, el gas natural y el petróleo, siendo éstas las principales fuentes de energía actualmente; por su natura-leza dichas fuentes no son renovables y adicionalmente la comunidad internacional en la conferencia de las naciones unidas celebrada en Río en 1992 reconoció que dicho sistema energético era el responsable de algunos de los problemas medioambientales actuales más relevantes como son el incremento de la concentración de CO2 y la lluvia ácida (Chica, 2001).

Por lo mencionado anteriormente se evidencia la nece-sidad de incursionar en el desarrollo de nuevas opciones energéticas renovables que ofrezcan ventajas ambientales y a su vez efectivas respecto al sistema energético conven-cional; dentro de estas alternativas encontramos la energía eólica, fotovoltaica y solar térmica. La energía fotovoltaica ofrece ventajas ambientales ya que la generación eléctrica es descentralizada pudiéndose utilizar directamente en los lugares donde ésta es requerida; teniendo presente que no es necesaria la combustión, el proceso de generación no causa ruido ni emisiones nocivas al ambiente, evitando los efectos ambientales destructivos ya mencionados. En sín-tesis el aporte de las energías renovables en el ámbito socio económico permitirá un suministro de energía para usos productivos en áreas rurales, contando con equipamiento moderno, sistemas de iluminación, medios audiovisuales, se verá benefi ciada la infraestructura escolar en zonas rurales alejadas, hospitales y centros de atención podrán operar de manera continua en sitios donde las condiciones económi-cas debido al costo energético no lo permitían, tal como se menciona en las metas de desarrollo del milenio universales y de Colombia para el 2015 (Conpes Social 091, 2005).

Con el objetivo de aportar a esta importante tarea se ha iniciado el proceso de aplicar esta tecnología en la Univer-sidad Militar Nueva Granada; para dicha labor se pretende incursionar con nuevas tendencias como el seguimiento de la variación del voltaje vía web de los generadores fotovol-taicos para reducir costos de mantenimiento y optimizar la gestión del capital humano; por otro lado se diseñó una estructura de soporte para los que tienen las condiciones adecuadas para el aprovechamiento de dicha fuente de energía, además de brindar un aporte signifi cativo sensi-bilizando la comunidad académica respecto del uso de la energía fotovoltaica y sus ventajas.

DESARROLLO DE TIPO INVESTIGATIVO

Fotovoltaica es la conversión directa de luz en electri-cidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad (Knier, 2007)

Las celdas solares han sido ideadas para lograr obtener energía a partir de la utilización de la luz solar, en este sen-tido se trata de imitar el proceso biológico de la fotosíntesis (Grätzel, 2005)

Un tipo de celdas solares que ha despertado mucho interés por su futuro promisorio, son las celdas solares de material nanocristalino sensibilizado por un tinte, en las cuales se lleva a cabo un proceso similar a la fotosíntesis en dos aspectos:

1. La utilización de un tinte orgánico para absorber la luz produciendo un fl ujo de electrones.

2. La utilización de multicapas para hacer más efi ciente tanto la absorción de luz como la recolección de electrones (Smestad, 1998)

Los paneles solares con los que se llevó a cabo esta investigación, presentan el comportamiento descrito an-teriormente con una confi guración particular de 36 celdas solares monocristalinas de silicio incluyendo diodos bypass. Laminadas entre hojas de acetato de vinilo de etileno (EVA) y cristal templado de hierro bajo de alta transmisibilidad con un espesor de 3 mm.

Tabla 1. Características eléctricas panel BP275 de la compañía BPSolar.

Maximum power (Pmax) 75W

Voltage at Pmax (Vmp) 17,0V

Current at Pmax (Imp) 4,45A

Warranted minimum Pmax 70W

Short-circuit current (Isc) 4,75A

Open-circuit voltage (Voc) 21,4V

Temperature coeffi cient of Isc (0,065±0,015)%/°C

Temperature coeffi cient of voltage -(80±10)mV/°C

Temperature coeffi cient of power -(0,5±0,05)%/°C

NOCT 47±2°C

Maximum series fuse rating 20A

Para el óptimo funcionamiento de las celdas solares, es necesario conocer la correcta ubicación de las mismas de acuerdo con la posición geográfi ca, logrando que éstas reciban la mayor cantidad de luz durante el día.




Por tal razón también es relevante, además de las características físicas y eléctricas, hacer un estudio de la ubicación del panel de acuerdo con las condiciones del sitio de instalación.

Según el Atlas de radiación de Colombia, se sabe que el sol tiene una inclinación fi ja de 23,45º respecto del eje de rotación de la tierra; así mismo es conocido que para lograr el máximo desempeño de las celdas fotovoltaicas, éstas de-ben recibir la radiación visible del sol perpendicularmente al plano en que están ubicadas.

La fi gura 1 muestra la diferencia entre el plano paralelo al ángulo fi jo de incidencia solar y el plano tangente a la latitud de Bogotá, que para el caso correspondería al ángulo de inclinación de los paneles solares.

Figura 1. Ángulo de incidencia del sol sobre Colombia

En la parte superior de la atmósfera terrestre, sobre una superfi cie perpendicular a la radiación se presenta una potencia promedio de 1367 W/m2 (Ideam, 2003)

ETAPAS DE DISEÑO

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PARA EL PANELSe diseñó una estructura que permite la movilidad de los paneles en sentido norte-sur y oriente-occidente, permitien-do la rotación de éstos en los ejes X, Y de tal forma que se aproveche al máximo la radiación solar en cada época del año de acuerdo con la posición geográfi ca de Bogotá; estos grados de libertad se consiguen debido a que posee 2 ejes ubicados perpendicularmente, permitiendo rotaciones en los ejes nombrados anteriormente.

La estructura fue construida en ángulo ASTM A-36de 1 ½” * 1/8” de espesor, para los tensores se utilizaron platinas de 4”*12”* ¼” de espesor.

Figura 2. Estructura de soporte de los paneles

Se realiza el análisis por elementos fi nitos haciendo uso del software Cosmos de la compañía SolidWorks®, con el objetivo de comprobar que la estructura diseñada soportara el peso de los paneles y lluvia intensa con granizo sobre el panel a 0º.

Considerando que el peso de lo paneles y el granizo, una capa de 15 cms., será soportado por 4 ángulos unidos formando una estructura rectangular de un metro cuadrado de área, suponemos una carga de 1500Pa, basándonos en esta información, en las restricciones en los apoyos y en el material usado, se obtienen los siguientes resultados:

Figura 3. Resultado de esfuerzos según criterio de Von Misses





Figura 4. Resultados de desplazamientos

En las gráfi cas anteriores podemos observar los puntos críticos con un máximo esfuerzo de 45.7 GPa y el desplaza-miento máximo es de 6.37 mm, por lo cual se deduce que la estructura es adecuada para soportar los paneles.

Figura 5. Estructura y paneles ubicados en la cubierta de la Universidad

Militar Nueva Granada

DISEÑO DEL SISTEMA ELECTRÓNICOCon el objetivo de aprovechar la energía suministrada por los paneles para aplicaciones Ac y DC se deben utilizar circuitos externos como reguladores de DC, e inversores; la selección de los materiales que componen estos circuitos depende de la carga externa que se le aplicará al panel didáctico siendo la máxima 50W, la corriente de carga de la batería es de 5 A y la tensión de la batería es de 12v, los bloques que componen este circuito serán detallados a continuación.

REGULADOREl funcionamiento del regulador está compuesto por 2 tiristores que dependiendo del estado de la carga de la batería se polarizan uno u otro. (Figura 6)

Figura 6. Circuito regulador

Si la carga de la batería es baja, el voltaje en el poten-ciómetro también es bajo, este voltaje es muy pequeño para hacer conducir al diodo zener de 11 voltios. Así el diodo zener se comporta como un circuito abierto y SCR2 se mantiene en estado de corte. A medida que la carga de la batería aumenta, el voltaje en el potenciómetro también aumenta, llegando a tener un voltaje sufi ciente para hacer conducir al diodo zener. Cuando el diodo zener conduce, dispara al tiristor (SCR2) que ahora se comporta como un corto.

Cuando el tiristor (SCR2) conduce se crea una división de tensión con las resistencias R1 y R3, haciendo que el voltaje en el ánodo del diodo D3 sea muy pequeño para disparar al tiristor (SCR1) y así se detiene el paso de corriente hacia la batería (terminando la carga). Cuando esto ocurre la batería está completamente cargada (Marder et al., 2004).

INVERSORPara alimentar y proteger dispositivos que funcionan con corriente AC es necesario un inversor que convierta nuestra corriente DC almacenada en la batería en corriente AC (Rodríguez, 2004).

Para diseñar un inversor es necesario distinguir 4 bloques que lo componen:

1- Entrada, 2- Oscilador, 3- Amplifi cador, 4- Elevador y salida

Al defi nir estos 4 bloques es más claro el funcionamiento del circuito y en caso que se presente un daño, este será más fácil de ubicar y reparar.

Bloque 1. Este es el acople de la entrada DC de la batería que a su vez está siendo alimentada por el panel fotovoltaico.




Bloque 2. En este bloque encontramos un oscilador a 60 Hz debido a que todas las cargas AC necesitan de una frecuencia; esta frecuencia es de 60 Hz, pues es la frecuencia del AC de uso doméstico.

Bloque 3. En este bloque se ubican 2 transistores de potencia que amplifi can la señal de la tarjeta osciladora y aplican su salida al transformador elevador.

Bloque 4. Este bloque lo conforma un único elemento, un transformador de 10 V en la bobina primaria y 120 V en la bobina secundaria. Finalmente se diseña el circuito de salida, para ubicar tanto el regulador como el inversor en un mismo circuito; basta con un acople de tierras, la unión del inversor con la batería y unos diodos de protección.

Figura 7. Bloques del circuito

Figura 8. Circuito fi nal

En el diseño de la carcasa del panel didáctico es posible medir la entrada fotovoltaica, carga de la batería, entrada DC al inversor, salida DC del mismo y la salida total tanto AC como DC.

Figura 9. Carcasa del panel didáctico

IMPLEMENTACIÓN DEL SEGUIMIENTO DE LA

VARIACIÓN DEL VOLTAJE VÍA WEB DE LOS

GENERADORES FOTOVOLTAICOS

Se diseñó una tarjeta de adquisición de datos cuyo objetivo es realizar una conversión análoga-digital onchip del microcontrolador de la variación del voltaje entregado por los paneles, esta información es enviada al computador, para luego almacenarla en una base de datos.

Los datos almacenados se observan en internet por me-dio de una página web, ásta fue diseñada con el objetivo de visualizar en tiempo real una gráfi ca donde se muestra el comportamiento fotovoltaico de los paneles durante 24 horas, el historial de días anteriores y horas específi cas. Esta información está almacenada en un espacio proporcionado por la universidad en su servidor, la página puede ser consul-tada en la siguiente dirección: www.volta.umng.edu.co

Figura 12. Grafi ca voltaje de las celdas 24 horas





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Resumen¿Agentes tontos? ¿Puede la inteligencia surgir de un grupo de

máquinas tontas? ¿Podemos estudiar la inteligencia utilizando

agentes tontos? Investigadores universitarios forman parte de

una comunidad creciente, la cual cree que el enfoque basado

en agentes tontos permitirá a los investigadores en inteli-

gencia artifi cial (IA) construir sistemas más inteligentes y a los

científi cos cognitivos estudiar la inteligencia con más amplitud.

Estos investigadores están alejándose del enfoque tradicional

de la inteligencia artifi cial que modela el comportamiento

inteligente diseñando e implementando un agente complejo. La

aproximación con un único agente ha tenido éxito en domi-

nios racionales especializados como juegos, razonamiento y

planifi cación de trayectorias. Sin embargo, parece importante

reconocer todos los éxitos de la naturaleza, especialmente

porque parece estar repleta de agentes inteligentes.

Palabras clave: agentes tontos, inteligencia artifi cial, sistemas

inteligentes.

AGENTES INTELIGENTES AUTÓNOMOS

Á L V A R O R O J A S D A Z A *

“La inteligencia artificial, en adelante IA, puede considerarse como una

de las disciplinas más nuevas, siendo curiosamente considerada a la vez

como una gran desconocida y una de las que más interés profano despier-

ta. Esto es debido a que poca gente tiene claro qué es, sin embargo es con-

siderada por una gran mayoría de científicos como la disciplina donde

han pensado alguna vez en trabajar”.

AbstractFool agents? Can intelligence emerge from a group of dumb

machines? Can we consider intelligence using fool agents?

Investigators in universities are part of a growing community,

which believes that the approach based on fool agents will

allow researchers in Artifi cial Intelligence (AI) to build smar-

ter systems and scientists study cognitive intelligence more

broadly. These researchers are away from the traditional

approach of the Artifi cial Intelligence by modeling the intelli-

gent behavior designing and implementing a complex agent.

The approximation with a single agent has been successful

in specialized rational domains like games, reasoning and

trajectories planning. However, it seems important to recognize

all the successes of nature, especially because it appears to be

full of intelligent agents.

Key words: Fool agents, artifi cial intelligence, intelligent

systems.

FREELANCE INTELLIGENT AGENTS

* Ingeniero de Sistemas. Magíster en Administración y Matemáticas. Profesor de la Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, seccional Bogotá. Correo electrónico: [email protected]



A G E N T E S I N T E L I G E N T E S A U T Ó N O M O S Á L V A R O R O J A S D A Z A

En algunos proyectos de agentes tontos, los agentes están aislados intentando optimizar su rendimiento. En otros dominios, los agentes no están aislados y pueden interactuar. El comportamiento de los agentes puede in-volucrar su coordinación con otros agentes. El dominio de los problemas actualmente investigados incluye el control sensorial y motriz, el estudio del comportamiento social, el modelado de modos cognitivos interactivos (como el lenguaje) e, incluso, la resolución de problemas complejos integrando a dichos agentes.

En los últimos años la IA ha ido evolucionando, quizás con mayor celeridad que otras disciplinas, motivada pro-bablemente por su propia inmadurez. Todo esto ha llevado a que la IA actualmente abarque una gran cantidad de áreas, desde algunas muy generales como razonamiento, búsqueda, etc., a otras más específi cas como los sistemas expertos, sistemas de diagnóstico, entre otros.

Podríamos indicar, sin lugar a dudas, que la IA puede ser aplicada hoy en día a infi nidad de disciplinas científi cas, y es que la IA es susceptible de aparecer allí donde se requiera el intelecto humano. En este aspecto cada nueva incursión de la IA en un campo diferente supone el empleo de una metodología de aplicación propia del investigador que lo intenta pues a diferencia de otras disciplinas, no existen ciertos estándares o criterios consensuados que unifi quen el proceso de aproximación de la IA a otras áreas y, en consecuencia, a problemas reales. La aparición de una metodología común a la hora de abordar la aplicabilidad de la IA puede resultar un elemento muy positivo en la corta vida de esta disciplina.

Actualmente en la IA ha surgido un nuevo paradigma conocido como “paradigma de agentes”, el cual está toman-do un gran auge entre los investigadores. Dicho paradigma aborda el desarrollo de entidades que puedan actuar de forma autónoma y razonada. Si retomamos la defi nición dada ante-riormente, donde se consideraba a la IA como un medio para el desarrollo de sistemas que piensen y actúen racionalmente, podemos pensar que la IA, en su conjunto, trata realmente de construir dichas entidades autónomas e inteligentes.

De acuerdo con esta visión, se puede considerar a la IA como una disciplina orientada a la construcción de agentes inteligentes donde se integran las diferentes áreas que ésta comprende. Desde hace relativamente poco tiempo esta idea está siendo ya adoptada por investigadores en la ma-teria; el propio Stuart Russell ha remodelado su conocido libro Inteligencia Artifi cial, un enfoque moderno (Russell, 1996) para dar un enfoque de la IA orientado totalmente al desarrollo de agentes. Es importante resaltar que en el mo-mento en que se disponga de una metodología clara para la

construcción de dichos agentes inteligentes, la aplicabilidad de las técnicas de IA a cualquier tipo de problema podrá abordarse de una manera más clara y unifi cada.

De momento, se puede asegurar que, hoy en día, existe una idea generalizada dentro de la IA de que nos encon-tramos ante el nacimiento de una nueva tecnología, la de agentes inteligentes, que permite abordar de una manera más apropiada la construcción de sistemas inteligentes más complejos aplicados a muy diversos campos.

AGENTES INTELIGENTES

La IA puede ser enfocada desde la perspectiva del desa-rrollo de agentes inteligentes. Esta idea, la cual puede ser considerada como un nuevo reto a corto plazo, está siendo avalada y respaldada por numerosos investigadores en la materia; sirva a modo de ejemplo la siguiente frase: “Los agentes constituyen el próximo avance más signifi cativo en el desarrollo de sistemas y pueden ser considerados como la nueva revolución en el software”. Esta frase fue pronunciada por el doctor Nicholas Jennings en su discurso al recoger el premio al mejor investigador novel del último congreso internacional de inteligencia artifi cial celebrado en Estocolmo (IJCAI, 99).

Resulta mucho más impactante aún cuando tal afi rma-ción se ve refrendada por numerosos indicadores, como por ejemplo el gran interés despertado tanto a nivel académico como industrial. Frente a una afi rmación de este tipo, surgen obligatoriamente ciertas preguntas de carácter general: ¿En qué consiste este nuevo paradigma?, ¿qué es un agente?, ¿cómo se caracteriza un agente?, ¿qué nos ofrece de nuevo?

Algunas de estas preguntas son difíciles de responder, entre otras cosas debido a que estamos hablando de una tecnología en ciernes y todavía existen lagunas a nivel conceptual y de desarrollo.

Quizá la mejor forma de poder mostrar de qué estamos hablando, es por medio de un sencillo ejemplo: suponga-mos que, como usuarios de Internet, realizamos de forma periódica ciertas operaciones como pueden ser el consultar las noticias de diversos periódicos electrónicos, buscar y obtener ese nuevo artículo de investigación disponible en formato electrónico, comprar un ejemplar de ese libro que no encontrábamos o eliminar aquellos mensajes que nos llegan y que no nos interesan.

Para la realización de dichas operaciones, en la actualidad disponemos de una serie de herramientas que realizan dichas labores atendiendo a nuestras peticiones. Imaginémonos aho-ra que dispusiésemos de una entidad inteligente intermedia entre nosotros y la red que realizase dichas labores y que




además fuese aprendiendo de nuestras peticiones, de tal forma que, llegado un momento, pudiésemos encontrarnos con que automáticamente se nos generara un resumen de prensa con las noticias más interesentes para nosotros recogidas y fi ltradas de los más importantes periódicos electrónicos existentes; se nos presentase con una periodicidad apropiada el conjunto de nuevos artículos que se han publicado en la red sobre una temática que nos interesa o una lista de libros en los que podríamos estar interesados, de tal forma que, al decidirnos por alguno de ellos, se nos indicase dónde podríamos obtener el precio más económico. Además, se encargaría también de priorizar, ordenar los mensajes de correo electrónico, así como de eliminar automáticamente los que no nos interesasen. Y así podríamos pensar muchas más cosas.

Esta entidad sería capaz de aprender nuestros gustos y actuar tal y como lo haríamos nosotros, pero adelantán-dose y realizando tareas que nosotros podríamos realizar si dispusiésemos de más tiempo. Pues bien, dicha entidad se podría considerar como un agente; este agente, conocido como agente de información, realizaría toda la gestión, de una forma racional, de la información proveniente de Internet para un usuario concreto.

QUÉ ES UN AGENTE?Al igual que ocurre con la propia defi nición de la IA,

se pueden encontrar propuestas en la literatura un gran número de defi niciones del concepto de agente, sin que ninguna de ellas haya sido plenamente aceptada por la comunidad científi ca, siendo quizás la más simple la de Russell (Russell, 1996), que considera un agente como una entidad que percibe y actúa sobre un entorno.

Es decir, para Stuart Russell y Peter Norvig, un “agen-te” es todo aquello que puede verse como percibiendo su entorno a través de sus sensores y accionando sobre dicho entorno por medio de sus efectores. Es decir, interactúa con su entorno respondiendo mediante sus efectores cuando percibe algo por intermedio de sus sensores.

Figura 1.

Basándonos en esta idea, se pueden caracterizar distintos agentes de acuerdo con los atributos que posean (y que van a defi nir su comportamiento) (Botti,1999) para resolver un determinado problema.

El enfoque basado en agentes considera que la genuina inteligencia sólo es posible si se cuenta con un cuerpo situado dentro de un entorno físico y que se desarrolla epigenéticamente dentro de un medio social, aspecto to-talmente descuidado en los anteriores paradigmas. En otras palabras, el nuevo enfoque de la IA moderna se basa en tres ideas centrales (Zlatev y Balkenius, 2001):

“Están corporizados” (embodiment): los agentes físicos tienen un cuerpo y experimentan el entorno de manera directa. Sus acciones tienen una realimentación inmediata sobre sus propias percepciones.

“Están situados” (situatedness): los agentes físicos están inmersos dentro de un entorno tanto físico como social. Interaccionan con el mundo, el cual infl uye –de forma directa– sobre su comportamiento.

“Desarrollan un proceso epigenético” (epigenetic develo-pment process): los agentes físicos van desarrollando com-plejas estructuras cognitivas que emergen como resultado de la interacción dentro de un entorno físico y social.

En la mayoría de las ocasiones, los agentes no son de-sarrollados de forma independiente sino como entidades que constituyen un sistema. A este sistema se le denomina multi-agente (Huhns, 1998). En este caso los agentes deben o pueden interactuar entre ellos. Las interacciones más habituales como son informar o consultar a otros agentes permiten a los agentes “hablar” entre ellos, tener en cuenta lo que realiza cada uno de ellos y razonar acerca del papel jugado por los diferentes agentes que constituyen el sistema.

La comunicación entre agentes se realiza por medio de un lenguaje de comunicación de agentes (ACL – agent communication language).

Para efectos del presente artículo, puede decirse que un “agente inteligente autónomo” (de ahora en más, AIA) es aquel que “acciona”, “aprende” y “alcanza sus objetivos”.

ACCION APRENDIZAJE OBJETIVOS

AcciónDesde el punto de vista conceptual, y de manera muy

sintética, se podría decir que un AIA es un sistema de estímulo y respuesta que acumula “experiencias”. Percibe un estímulo, lo procesa y genera una respuesta tendiente a lograr un objetivo. El estímulo es toda aquella información que ingresa a su cerebro, a través de los sensores (externos




e internos). La respuesta es el envío de información a los efectores según la elección de la acción apropiada para dicha situación. Una experiencia es un par estímulo-respuesta y el resultado de la acción.

AprendizajeDe forma muy general, se puede decir que la actividad

del AIA –natural o sintético– es “descubrir, almacenar y utilizar patrones”. Estos patrones pueden descubrirse, o en-contrarse, básicamente en tres “lugares” diferentes: entre los ingresos (entre la información que ingresa por los sensores), entre los egresos (entre la información que egresa por los efectores) y entre los pares ingreso-egreso (en la correlación que se establece entre la información que ingresa por los sensores y la información que egresa por los efectores).

Muchos AIA aprenden no solamente a partir de sus propias experiencias, sino también de observar y copiar a otros. Esto signifi ca que, en una situación dada, prueban variaciones de la acción o acciones completamente nuevas, notan el efecto y, si la acción fue benefi ciosa (si permitió al agente acercarse más a su objetivo), se guarda la experiencia. Esta experiencia se archiva como la triada situación-acción-benefi cio. En los animales –incluso en los seres humanos– este benefi cio se “codifi ca” como placer (apetencia, atrac-ción) o dolor (rechazo, repugnancia) y lo recibe el cerebro desde el cuerpo. La diferencia entre los seres humanos y los demás animales, vale aclarar, es que los primeros aprenden mucho mejor y más rápido que los segundos.

Fines y objetivos. El fi n de un AIA natural es sobrevivir. No obstante, en

general, un fi n está compuesto de varios objetivos (por ejemplo, respirar, alimentarse, descansar, moverse, etc.). La atención instantánea se dirige siempre hacia el primer ob-jetivo que no se encuentre satisfecho en ese momento. Los demás, transitoriamente, no se toman en cuenta. De todas maneras, si surge un objetivo mucho más importante, la atención es redirigida hacia éste, con lo cual se interrumpen las acciones encaminadas a satisfacer el actual objetivo.

De manera similar, un AIA sintético elabora los objetivos de ese momento, los ubica en una lista y, de ella, elige el que más benefi cios le aporta de acuerdo con su experiencia acumulada.

La ubicación de la acción dentro de la lista (es decir, la evaluación de la próxima acción a ejecutar) está siempre acompañada por una “emoción”. Las emociones indican el estado de logro de los fi nes y/o de los objetivos propios o de los otros. En los AIA naturales, la emoción está acom-pañada por reacciones químicas que, a veces, nublan el pensamiento racional.

ESQUEMA GENERAL

El AIA ejecuta cíclicamente un conjunto de procesos relacionados. De forma sintética, se puede decir que: a) percibe su entorno inmediato, b) procesa esos datos y se-lecciona una acción, c) ejecuta dicha acción, d) almacena la experiencia y e) repite el ciclo.

Figura 2. Esquema del agente

ETAPA DE PERCEPCIÓNA través de sus sistemas sensoriales (sensores), el AIA

absorbe estímulos procedentes de su entorno/intorno (“sensación”). Identifi ca el canal por donde ingresan los datos, reconoce los patrones y los asocia con conceptos (“creencias”). Luego, el AIA verifi ca si ya tiene un “con-cepto” para el dato que recibe. Si no lo tiene, crea un “concepto compuesto”, cuyas partes son los diferentes datos sensoriales. El AIA reconoce, entonces, la “situación actual” (el contexto en que se encuentra en ese preciso momento) a partir de esos “conceptos”.

ETAPA DE PROCESAMIENTOGuiado por su sub-objetivo, el AIA elige la situación fi nal

a la que quiere arribar. Una vez hecho esto, y a partir de su situación actual y de sus experiencias almacenadas, el AIA es capaz de generar un plan; es decir, el conjunto de posibles pasos a seguir para ejecutar una acción (“deseo”). Luego, confecciona un árbol de búsqueda con diferentes alternativas (“opciones”). Por último, selecciona una única “rama” de ese árbol (“intención”).

ETAPA DE ACCIÓNSi el AIA fue capaz de construir un plan, ejecuta la

próxima acción indicada en dicho plan. Es decir, envía las órdenes correspondientes a sus efectores. Si no fue capaz de construir un plan, actúa por mera curiosidad (o sea, elige




aquellas acciones que lo acercan a un objeto desconocido). Si esto no es posible, actúa por simple azar (o sea, elige acciones de forma aleatoria). Por último, pondera el “grado de satisfacción” de la acción ejecutada (“placer”).

ETAPA DE ALMACENAMIENTOEn esta etapa, el AIA registra (en su memoria) la presente

experiencia y la nueva situación. La “experiencia” es una terna constituida por la situación que se ha presentado, la acción realizada y del “grado de satisfacción” obtenido.

Sin embargo, en algunos programas el benefi cio es parte de la regla y consiste en la aprobación por parte de la persona.

Figura 3. Ciclo de revalidación iterativa

El ciclo se repite en un proceso de revalidación itera-tiva, ya que se tomó una acción según una determinada creencia inicial.

DEFINICIONES

Es importante defi nir algunos términos, ya que se van a utilizar a lo largo del trabajo.

ENTORNOEl AIA está situado dentro de algún determinado “en-

torno, ambiente o contexto”. Dicho entorno lo envuelve total y absolutamente e intercambia con él materia, energía e información.

Para ello, el agente debe tener la capacidad de percibir dicho entorno (a través de sus sensores) y ejecutar acciones que, de alguna manera, lo alteren (a través de sus efectores). Tal es el grado de co-dependencia que, si cambia el entorno, tal vez no pueda hablarse de agente. En efecto, si un animal es lanzado al espacio, sin duda, morirá al poco tiempo; de la misma manera, en un ambiente oscuro, un robot dotado sólo con sensores visuales se vuelve totalmente inútil.

El entorno es el que determina –en gran medida– los parámetros del agente: la cantidad de sensores y efectores, su ubicación y alcance, la complejidad de los algoritmos,

la estructura de control, etc. Habitualmente el AIA sólo tendrá un control parcial sobre su medio ambiente. En efecto, una misma acción ejecutada por el agente en dife-rentes situaciones puede originar efectos muy distintos. Por este motivo, el agente debe estar preparado para tolerar la incertidumbre de saber si tuvo o no éxito, e incluso poder tolerar el equivocarse (y aprender de tal equivocación).

CONCEPTOSUn “concepto” es el elemento básico del pensamiento y

el patrón o patrones que el AIA descubre entre partes de un mismo ingreso y entre partes de un mismo egreso. A partir de ellos, y de manera progresiva, la máquina va formando una estructura interrelacionada e interdependiente (una especie de red conceptual cognitiva), que utiliza para elegir acciones y predecir situaciones.

Los conceptos más básicos, más concretos, surgen del reconocimiento (por parte del AIA) de patrones espaciales y temporales, a partir de sus percepciones. Por un proceso progresivo de abstracción, el AIA es capaz de construir conceptos más y más abstractos. Por ejemplo, el concepto “árbol” está conectado al concepto más abstracto (más ge-neral) “vegetal”; es decir, un árbol es un caso particular de vegetal. De forma similar, el concepto abstracto “animal” está conectado con el más concreto (más específi co) “ma-mífero” y éste al más concreto (más específi co) “ratón”.

REGLAS DE ACCIÓNLos patrones que se descubren entre partes de un mismo

par ingreso-egreso (o estímulo - respuesta), se denominan “correlaciones, leyes o reglas de acción”, que el AIA alma-cena como una estructura de datos (junto con el resultado de la acción ejecutada).

Estas reglas son similares a las “producciones” usadas en sistemas expertos. También se componen de un ingreso y su egreso correspondiente; sin embargo, no están expresadas con palabras sino con conceptos.

La elección de la acción se realiza sobre la base de un mecanismo de selección entre las reglas ya almacenadas en la memoria. Estas reglas se van construyendo, por un lado, a partir de la experiencia exterior y, por otro lado, a partir de generalizaciones basadas sobre otras reglas previamente aprendidas.

Los AIA guardan en su memoria las reglas estímulo-res-puesta y los conceptos, y los utilizan para hacer predicciones y para decidir qué acción conviene ejecutar a continuación. En los AIA naturales se guardan por intermedio de conexio-nes entre neuronas de un grupo neuronal; en los AIA sinté-ticos, en cambio, se guardan por intermedio de bits en un




conjunto de chips electrónicos. A pesar de que se acumulan continuamente a lo largo de toda la vida, aquellas reglas y aquellos conceptos de poca utilidad pronto se olvidan.

SITUACIONESHablando específi camente de un AIA sintético, una “si-

tuación” podría defi nirse como un “conjunto de conceptos interrelacionados”. Por ejemplo, la situación interna des-pués de “leer” el teclado está compuesta por dos conceptos: “despierto” y “palabras leídas”.

En este nivel de análisis, el AIA no entiende palabras, pero sí conceptos porque él mismo los creó y sabe trabajar con ellos. Otras situaciones se componen de diferentes cantidades de conceptos. Por otro lado, una “situación” es una parte (entre otras) de una regla. En efecto, una regla (entre otras partes) se compone de diferentes “situaciones”: inicial, intermedia y fi nal; excepto en el caso de que se trate de una regla elemental, en donde la situación intermedia no existe.

Figura 4. Modelo de clases del AIA

ANÁLISIS DE MEDIOS-FINES

El “espacio de la tarea” es una forma de representar el problema. Está constituido por un conjunto de situaciones: el primero es el inicial; el fi nal, es el propósito; entre ambos, un grupo de movimientos que pueden tener diferentes tipos de restricciones. Pero el AIA que intenta solucionar el problema no trabaja (en realidad) con este espacio sino que construye una representación mental basada en su percepción de la tarea; es decir, edifi ca el “espacio del problema”.

La metodología más aceptable que se puede emplear es la denominada “análisis de medios-fi nes”, que en sí se trata de un método para moverse a través del espacio del problema, descomponiendo un objetivo general lejano en un conjunto de subobjetivos más próximos y sencillos que se deben resolver secuencialmente. En esta metodología se buscan las diferencias entre la situación presente y el objetivo (la

situación fi nal). Es decir, se compara (en todo momento) el subobjetivo que alcanza cada acción (los medios) con los subobjetivos que se deben alcanzar (los fi nes). Una vez que se encuentra esa diferencia, se intenta disminuirla: cuando se elimina completamente la diferencia se ha alcanzado el objetivo fi nal.

¿CÓMO SE CARACTERIZA UN AGENTE?

Un agente va a venir caracterizado por una serie de califi cativos, los cuales vienen a denotar ciertas propieda-des a cumplir por el agente. Esto nos lleva a plantear otra defi nición bastante aceptada de agente donde se emplean tres califi cativos básicos. Esta defi nición ve a un agente como un sistema de computación capaz de actuar de for-ma autónoma y fl exible en un entorno, entendiendo por fl exible que sea:

· Reactivo, el agente es capaz de responder a cambios en el entorno en que se encuentra situado.

· Pro-activo, a su vez el agente debe ser capaz de intentar cumplir sus propios planes u objetivos.

· Social, debe poder comunicarse con otros agentes mediante algún tipo de lenguaje de comunicación de agentes.

Hemos identifi cado una serie de características o apelli-dos que de por sí debe tener un agente.

Atendiendo a esta idea, para poder asociar a una herra-mienta el término “agente” debe ser capaz de cumplir los requerimientos anteriormente expuestos. Actualmente, un pequeño porcentaje del SW de propósito general existente se adapta a dicha defi nición.

Pero, en defi nitiva, ¿cuáles son las características básicas y de qué más características disponemos para poder califi car a un agente? Revisemos algunas de las características que en la literatura se suelen atribuir a los agentes en mayor o menor grado para resolver problemas particulares y que han sido descritos por autores tales como Franklin y Graesser (1996), y Nwana (1996), éstas son:

· Continuidad temporal: se considera un agente un proceso sin fi n, ejecutándose continuamente y desarrollando su función.

· Autonomía: un agente es completamente autónomo si es capaz de actuar basándose en su experiencia. El agente es capaz de adaptarse aunque el entorno cambie severamente. Por otra parte, una defi nición menos estricta de autonomía sería cuando el agente percibe el entorno.




· Sociabilidad: este atributo permite a un agente comunicar con otros agentes o incluso con otras entidades.

· Racionalidad: el agente siempre realiza “lo correcto” a partir de los datos que percibe del entorno.

· Reactividad: un agente actúa como resultado de cambios en su entorno. En este caso, un agente percibe el entorno y esos cambios dirigen el com-portamiento del agente.

· Pro-actividad: un agente es pro-activo cuando es capaz de controlar sus propios objetivos a pesar de cambios en el entorno.

· Adaptabilidad: está relacionado con el aprendizaje que un agente es capaz de realizar y si puede cambiar su comportamiento basándose en ese aprendizaje.

· Movilidad: capacidad de un agente de trasladarse a través de una red telemática.

· Veracidad: un agente no comunica información falsa a propósito.

· Benevolencia: un agente está dispuesto a ayudar a otros agentes si esto no entra en confl icto con sus propios objetivos.

No existe un consenso sobre el grado de importancia de cada una de estas propiedades para un agente. Sin em-bargo, se puede afi rmar que estas propiedades son las que distinguen a los agentes de simples programas. Según hemos visto en la defi nición de Wooldridge, las características de autonomía, reactividad, pro-actividad y sociabilidad son las características básicas. Podríamos encontrar otras defi niciones donde varían ligeramente las características a aplicar a un agente básico.

Tal como indica el doctor H. van Dyke Parunak (1999) en su trabajo, un agente es como una navaja del ejército suizo en el que se puede ver la defi nición básica como sólo la navaja y en el que si se necesita algún accesorio más se le añade y, si no se necesita, no hay necesidad de acarrear con todos los accesorios.

¿QUÉ NOS OFRECE DE NUEVO?

Toda nueva tecnología debe poder ofrecer algo novedoso, algo con qué venderse; en el caso del mundo de los agentes inteligentes, la mejor forma de hacerlo es plantear algún ejemplo de utilización de esta nueva tecnología.

Podemos destacar dos áreas como serían las aplicaciones industriales y las comerciales (Jennings, 1998):

· Dentro del marco de las aplicaciones industriales, la tecnología basada en agentes es considerada muy

apropiada para el desarrollo de sistemas industriales distribuidos.

Dentro de esta línea podríamos destacar aquellas aplicaciones que se encargan de:

· Control de procesos: gestión autónoma de edifi cios inteligentes en cuanto a su seguridad y consumo de recursos, gestión del transporte de electricidad, control de un acelerador de partículas, monitoriza-ción y diagnóstico de fallos en plantas industriales, como por ejemplo nucleares o refi nerías, control en el proceso de bobinado del acero y robótica. En otro tipo de área se han desarrollado aplicaciones para el control del tráfi co aéreo en aeropuertos como el de Sidney en Australia.

· Producción: aspectos como la planifi cación y sche-duling de la producción o fabricación de productos serían tratados desde la perspectiva de agencia. Se ha aplicado con éxito, por ejemplo, a sistemas encarga-dos de las fases de ensamblaje, pintado, almacena-miento de productos, etc. Algunos ejemplos serían Aaria, Abacus, Cortes, Mascot, Sensible Agents, Yams, etc.

· Por otro lado, también está siendo empleado en aplicaciones comerciales, sobre todo a nivel de apli-caciones de red, tanto en internet como en redes corporativas, podemos distinguir entre:

· Gestión de información: como por ejemplo el fi l-trado inteligente de correo electrónico (Agentware e InfoMagnet), de grupos de noticias o la recopi-lación automática de información disponible en la red (Letizia, AT1, BullsEye, Go-Get-It, Got-It, Surfbot y WebCompass). Tareas para las cuales el agente necesita ser capaz de almacenar, aprender y manipular las preferencias y gustos de cada usuario, así como sus cambios. La imposibilidad en ocasiones de gestionar todo tipo de información suministrada por la red ha provocado que el agente se especialice en la búsqueda de determinados tipos de documentos (CiteSeer). Otra posible línea sería la planifi cación de la agenda personal, en otras palabras, disponer de una secretaría virtual o asistente personal.

· Comercio electrónico: en este caso la tecnología se emplea para proporcionar el entorno virtual donde realizar posibles operaciones comerciales (compra-venta de productos) o también para realizar tareas de búsqueda de productos (comparando precios, consultando disponibilidad) todo ello de manera automatizada (Jango, BargainFinder, Kasbah). En este caso, el agente debe poder comunicarse con las




tiendas en línea utilizando protocolos que permitan trabajar con las interfaces de estas tiendas; actualmen-te, los usuarios pueden comprar y vender artículos comunes como libros y CD de música.

El empleo de agentes aumentará el impacto del comercio electrónico en un futuro muy cercano, revelando así mismo cómo los agentes basados en la web pueden proporcionar un enorme poder añadido a los consumidores.

· Monitorización: proporcionan al usuario la infor-mación cuando sucede un determinado aconteci-miento; por ejemplo cuando la información ha sido actualizada, trasladada de lugar o borrada (WBI de IBM, BullsEye y Smart Bookmarks). Este tipo de agentes permite tener alerta a un usuario frente a eventos en la red interesantes para él mismo. La for-ma en que este tipo de agentes sirve la información a su usuario puede ser el indicar únicamente qué página o páginas han cambiado y desde cuándo ha sucedido esto o llegar a bajarse el texto de las páginas actualizadas, fi ltrando en este caso imágenes, gráfi cos y demás.

· Mediador de diferentes fuentes de información: se están realizando esfuerzos en la línea de desarrollar agentes que permitan interoperar a diferentes fuentes de información independientemente del sistema en que se hayan desarrollado.

No son éstas las únicas áreas donde podemos encontrar ejemplos. Otra área de interés son las aplicaciones médicas, donde la idea es disponer de agentes que realicen de forma autónoma tareas que pueden ser automatizadas en un hos-pital, como por ejemplo: la monitorización de pacientes en cuidados intensivos, empleado para monitorear y controlar a pacientes ingresados en unidades de cuidados intensivos y la atención al paciente, estos sistemas se encargarían de seguir el tratamiento de un paciente controlando todos los aspectos relativos a la enfermedad que tenga el mismo.

También es posible encontrar aplicaciones dentro del área del entretenimiento como pueden ser juegos (la apli-cación de esta tecnología en juegos permite disponer de juegos más sofi sticados, con características inteligentes don-de se pueden incorporar personajes virtuales que pueden funcionar de forma casi autónoma) y el teatro interactivo y cine, donde se permite a un usuario interpretar el papel de un personaje en una obra donde el resto de los personajes pueden ser virtuales.

Como puede observarse, las aplicaciones son múltiples, sin embargo, el empleo de agentes es aún limitado. El desa-

rrollo a nivel industrial y/o empresarial de agentes requiere de técnicas que reduzcan el riesgo inherente en toda nueva tecnología. Dos maneras de reducir dicho riesgo son:

· Presentar la nueva tecnología como una extensión incremental de métodos ya conocidos y probados.

· Proveer herramientas de ingeniería explícitas que den soporte a métodos aceptados por la industria encargada del desarrollo de tecnologías.

CONCLUSIONES

La temática tratada y comentada en este artículo no es ciencia fi cción, sino que corresponde a la recopilación de investigaciones de lo que, se supone, nos espera de aquí a pocos años. La IA ha dado un paso más hacia delante.

Existen ya prototipos que están siendo probados tanto en el ámbito académico como industrial y ya empiezan a aparecer los primeros productos comerciales.

Cabe indicar que, como siempre ocurre cuando aparece una nueva tecnología, no debemos pensar que todo son agentes y lo que había antes no es válido. Las opciones a la hora de emplear agentes, tal y como hemos descrito, son múltiples, pero no conviene creer que cualquier problema es tratable de forma sencilla con una aproximación de sistema basado en agentes. Es posible que en ocasiones el empleo de técnicas clásicas resulte más adecuado en función de la naturaleza del problema a resolver.

A esta primera serie de productos comerciales la podría-mos denominar como la primera generación de sistemas basados en agentes, dando quizás un poco más la razón a quien opina que “los agentes constituyen la nueva revolu-ción en el software”.

En concreto, el concepto de agente/sistema multi-agente supone el siguiente paso en la evolución de la IA y el enfo-que con el que va a ser abordado en el futuro el desarrollo de sistemas inteligentes, en un cada vez más amplio y diverso dominio de problemas como medicina, industria, comercio electrónico, entretenimiento, educación, etc.




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ResumenSiempre que se piense en seguridad para una red de área local

(lan) o global (wan) se deben tener en cuenta las alternati-

vas tecnológicas más óptimas que el mercado ofrece, como

ejemplo “vpn, ipsec, claves públicas, fi rewall” elementos que,

acompañados de un buen diseño de red y estrictas políticas de

seguridad, pueden garantizar parcialmente un alto porcen-

taje de seguridad en su red; puesto que siempre los muros

infranqueables son violados y, en su mayoría, son atacados

internamente, por lo cual es casi imposible mantenerla segura

sin descuidar los ataques externos (hackers).

Palabras clave: red, seguridad, estándares.

COMPONENTES BÁSICOS PARA UNA

RED SEGURA BAJO VPN

E D G A R B U S T O S C A L D A S *

AbstractWhenever you think of security is for a local area network

(lan) or global (wan) should take into account the most optimal

technological alternatives that the market offers, as an example

“vpn, ipsec, public keys, fi rewall” elements that, accompanied

by a good network design and stringent security policies,

can guarantee part of a high percentage of security in their

network, since insurmountable walls are always violated, and,

mostly, are attacked internally, making it nearly impossible to

keep it safe without neglecting the external attacks (hackers).

Key words: Network, security, standards.

BASIC COMPONENTS FOR A SECURE NETWORK UNDER VPN

* Ingeniero de sistemas. Especialista en las áreas de ingeniería de software, multimedia para la docencia, redes de computadoras. Magister en telemática. Profesor de la Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería seccional Bogotá. Correo electrónico: [email protected]




INTRODUCCIÓN

La seguridad es uno de los aspectos más importantes del diseño lógico de las redes. A veces se pasa por alto durante el diseño de una red, pues se considera una cuestión operativa en vez de una cuestión de diseño. No obstante, si se tuviera en cuenta en el momento del diseño se podrían evitar problemas de rendimiento y escalabilidad de la red.

Por otra parte, este planteamiento surge de un interés particular del investigador por las telecomunicaciones, y de la convicción de que son los diseñadores de redes, más que quienes operan los sistemas, quienes deben tener las capacidades y competencias para proponer alternativas de solución tecnológica que mejoren, agilicen y hagan efectivos los procesos.

ESTÁNDARES Y TECNOLOGÍAS DE SEGURIDAD

Cuando se inicia un proceso de diseño del sistema de seguridad de una red de datos, en primer lugar el diseñador se debe regir según los estándares de seguridad actuales, ejemplo ISO/IEC 17799:2000. Lo anterior implica un conocimiento de las tecnologías vigentes, dando lugar a un segundo momento que corresponde a la aplicación del diseño del sistema de seguridad y porcentaje del manejo operativo que se le ha venido dando a este proceso al interior de las organizaciones.

Con relación a las tecnologías vigentes, es importan-te detenerse en el análisis del uso de las redes privadas virtuales, VPN. Actualmente, las VPN aportan grandes benefi cios para obtener una red segura y como una estrate-gia tecnológica de seguridad la VPN debe estar basada en función de las necesidades que tienen las organizaciones, las cuales se resumen en las demandas actuales de los servicios IP VPN.

Tecnológicamente se podría conceptuar que las VPN son arquitecturas de red más escalables y fl exibles que las WAN tradicionales, debido a que permiten a las organizaciones agregar o eliminar sus sistemas localizados remotamente, producción, clientes, soporte, normas y consumidores de forma fácil y poco costosa.

Además, la seguridad bajo el esquema de VPN requiere que la conexión a través de internet sea cifrada. El servidor de acceso remoto exige el uso de protocolos de autenticación y cifrado. Los datos confi denciales quedan ocultos a los usuarios de internet, pero los usuarios autorizados pueden tener acceso a ellos a través de la VPN.

Entre las principales características de las VPN se pueden mencionar:

DISEÑO DE RED SIMPLIFICADOEsto debido a que con la tecnología VPN se simplifi ca

en términos de diseño de arquitectura, fl exibilidad y man-tenimiento, debido a que se reducen los costos asociados a la gestión de red.

ADMINISTRACIÓN CENTRALIZADAEn cuanto a la compatibilidad, como las VPN aceptan

la mayor parte de los protocolos de red más comunes (incluidos TCP/IP, IPX y NetBEUI), este tipo de redes puede ejecutar de forma remota cualquier aplicación que dependa de estos protocolos de red específi cos. Algunos proveedores soportan la característica de administración centralizada de sus productos VPN; esto representa una fuerte característica de seguridad y un buen mecanismo para la resolución de problemas.

PRIORIDAD DE TRÁFICOEsto agrega gran fl exibilidad a las organizaciones que

contratan el servicio, en cuanto a la utilización de los enlaces de internet, debido a que se puede decidir en qué orden se preserva el ancho de banda según el tipo de tráfi co permitido y de acuerdo con su importancia, protegiendo la red: VPN y fi rewall. La mayoría de las organizaciones hoy día protegen sus instalaciones mediante fi rewalls. Estos dispositivos deben confi gurarse para que permitan pasar el tráfi co VPN. Tal como se muestra en la fi gura 1, donde el servidor VPN está colocado detrás del fi rewall, en la zona desmilitarizada (DMZ) o en la propia red interna.

Figura 1. Prioridad de Tráfi co

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS VPN

Como se mencionó, una red privada virtual es un esque-ma económico y fl exible de comunicación que proporciona las características y los benefi cios propios de una red priva-da, sin la necesidad de invertir en la infraestructura que ésta requiere, pero también posee ventajas y desventajas que a continuación se enumeran:



C O M P O N E N T E S B Á S I C O S P A R A U N A R E D S E G U R A B A J O V P N E D G A R B U S T O S C A L D A S

VENTAJAS DE LAS VPN· Ahorro en costes· No se compromete la seguridad de la red empresarial· El cliente remoto adquiere la condición de miembro

de la LAN (permisos, directivas de seguridad)· El cliente tiene acceso a todos los recursos ofrecidos

en la LAN (impresoras, correo electrónico, base de datos)

· Acceso desde cualquier punto del mundo (siempre y cuando se tenga acceso a internet)

DESVENTAJAS DE LAS VPN· No se garantiza disponibilidad ( NO Internet o NO

VPN)· No se garantiza el caudal (red pública)· Gestión de claves de acceso y autenticación delicada

y laboriosa· La fi abilidad es menor que en una línea dedicada· Mayor carga en el cliente VPN (encapsulación y

cifrado)· Mayor complejidad en la confi guración del cliente

(proxy, servidor de correo)· Una VPN se considera segura, pero no hay que ol-

vidar que la información sigue viajando por internet (no seguro y expuestos a ataques).

SEGURIDAD IP

Con la explosión del uso masivo de internet, tanto los ordenadores personales como las redes de ordenadores, pue-den ser vulnerables a diversos tipos de ataques. Internet ha pasado a ser sin ningún tipo de dudas la mayor red pública de datos, a través de la cual se facilitan comunicaciones personales y empresariales y en este caso educativas en todo el mundo. El volumen de tráfi co de datos que se mueve en internet crece exponencialmente de forma diaria.

Entre las principales consecuencias de estos ataques se encuentran la pérdida de datos de vital importancia, violación de la privacidad y caída de la red durante largos periodos, por lo tanto la implementación de sistemas de seguridad que protejan la red es de vital importancia. A continuación se destacan los siguientes aspectos de IPSec.

IPSec se ha convertido en el estándar criptográfi co para los servicios de nivel IP, ofreciendo confi dencialidad, integridad y autenticación de los extremos. El estándar es obligatorio para soluciones IPv6, para el cual fue de-fi nido, y ha sido adaptado para soluciones IPv4, en las que es optativo.

El principal concepto que defi ne IPSec es el de asociación de seguridad (SA). Una SA representa una conexión lógica unidireccional entre dos entidades IPSec, y ofrece servicios de seguridad al tráfi co mantenido por ella. Estos servicios de seguridad son proporcionados por dos cabeceras que son añadidas al nivel IP: AH (Authentication Header) y ESP (Encapsulating Security Payload). La primera ofrece integridad en las conexiones, autenticación de origen y opcionalmente servicio anti-reenvío. La segunda es más completa y además de los servicios ofrecidos por AH ofre-ce confi dencialidad. Tanto AH como ESP se basan en la existencia de una suite criptográfi ca previamente negociada para el autenticado y cifrado de los paquetes, tal y como se verán.

La implementación IPSec utilizada ha sido KLIPS (Ker-neL IP Security) incluida en el software FreeS/WAN. Esta solución permite establecer túneles seguros sobre redes no confi ables, siendo los paquetes IP enrutados entre los SG separados por cualquier topología de red. El resultado es una conexión IP virtual que nos permite defi nir nuestra VPN.

INTERCAMBIO DE CLAVES: IKELos mecanismos de seguridad de IPSec se basan en que

las entidades deben establecer una negociación, en la cual ambas partes se ponen de acuerdo en los algoritmos cripto-gráfi cos utilizados, en qué claves utilizar, y otros parámetros. Esta negociación no se puede establecer a nivel de red, por lo que es necesario un protocolo de nivel superior. El estandar actual es IKE (Internet Key Exchange), también conocido como Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP/Oakley). Este protocolo se basa en una negociación en dos fases. En la primera se establece una SA ISAKMP con la cual las entidades realizan la negociación y autenticación. En la segunda se establece una SA que será usada para la comunicación entre los extremos.

INFRAESTRUCTURA DE CLAVE PÚBLICALa solución que ofrece los mecanismos y elementos

necesarios de gestión de información criptográfi ca para el establecimiento de comunicaciones seguras es lo que se llama PKI (Public Key Infrastructure) o infraestructura de clave pública.

Un entorno de VPN implica, normalmente, que grandes grupos de usuarios y nodos intercambien información sobre canales inseguros. Desde este punto de vista, una PKI certi-fi cando los valores de clave pública usados es necesaria para proveer de dinamismo al establecimiento de canales seguros.




Existen dos puntos de unión entre una PKI y una VPN. El primero es cuándo se deben emitir certifi cados para los usuarios, de modo que deba verifi carse la identidad de cada entidad que lo solicite, siendo en este caso los administradores de red los responsables para la certifi cación de los sistemas. La información privada es almacenada en una tarjeta inteligente, mientras que la información pública es publicada en un direc-torio accesible para todos los usuarios de la organización.

La políticas de seguridad en la privacidad de las redes ha ido cobrando, desde hace más de una década, un lugar bien importante en el entorno del desarrollo de la informática, ya que las empresas se sienten amenazadas por el crimen informático y buscan incansablemente tecnologías que las protejan del mismo, para lo cual destinan partidas en sus presupuestos destinadas a fortalecer la seguridad de la información y de las comunicaciones.

El mantener una red segura fortalece la confi anza de los clientes en la organización y mejora su imagen cor-porativa, ya que muchos son los criminales informáticos (agrupaciones, profesionales, afi cionados y accidentales) que asedian día a día las redes. De forma cotidiana estos hackers aportan novedosas técnicas de intrusión, códigos malignos más complejos y descubren nuevos vacíos en las herramientas de software.

Así, el manejo de adecuadas políticas de seguridad es fundamental para la integración de las organizaciones en el entorno de internet, bajo modelos de extranet, ya que ésta se halla expuesta a una serie de vulnerabilidades externas y de las cuales debe quedar completamente protegida.

Por otra parte, una adecuada confi guración del fi rewall es esencial, pero también debe tener en cuenta otros aspectos, como protegerse de ataques y virus a través de los servidores de correo, evitar que sus servidores web sean manipulados malintencionadamente o que sufran un ataque de “dene-gación de servicio” (DNS).

Igualmente los dispositivos de detección de intrusión deben estar atentos a proteger el tráfi co de la red, buscando patrones de ataque. En caso de detectar un ataque, estos dispositivos generarán alarmas e informarán al fi rewall para que ponga fi n a la conexión de los atacantes a la red.

Para aumentar al máximo la seguridad de la red se puede dotar a los usuarios móviles de token cards o de certifi cados digitales evitando así el uso de passwords de acceso por terceras personas no autorizadas.

La seguridad es, a menudo, el primer objetivo persegui-do por las organizaciones dado que internet es considerada una red “demasiado pública” para realizar comunicaciones privadas.

Sin embargo y aplicando las correspondientes medidas de protección y seguridad, internet puede convertirse en una red altamente privada y segura. Para poder alcanzar este punto, toda red debe cumplir principalmente tres objetivos de seguridad:

Proporcionar la seguridad adecuada: un sistema mí-nimo de seguridad debe, al menos, validar a los usuarios mediante passwords con el fi n de proteger los recursos de accesos no autorizados. Además, la inclusión de métodos de encriptación permitirá la protección del tráfi co a lo largo de su tránsito.

Además, proporcionar facilidad de administración: la elección de seguridad para la VPN debe ser sencilla de ad-ministrar, así como las funciones de administración deben ser seguras frente a posibles accesos ilegales. Así mismo, el sistema de seguridad en el acceso a la red debe ser totalmente transparente a los usuarios.

En cuanto a los pros y contras de los sistemas de segu-ridad para las redes son los siguientes:

Aunque el desarrollo de estos sistemas logra un alto por-centaje de seguridad, este no logra un 100% debido a las intrusiones de hackers y manipulaciones internas y externas que pueden hacer los usuarios e intrusos en la red. Igual-mente a continuación se realiza un análisis de tecnologías de seguridad y sus ventajas y desventajas.

Tabla 1. Análisis comparativo de las tecnologías de seguridad




OTROS ELEMENTOS IMPORTANTES PARA

MANTENER UNA RED SEGURA

Lo más importante para la aplicabilidad de una red segura es establecer correctamente las políticas de seguridad y de acceso. Una característica fundamental de este tipo de sistema de seguridad en la red privada virtual es que debe ser capaz de verifi car la identidad de los usuarios y restringir el acceso a la VPN a aquellos usuarios que no estén autorizados. Así mismo, debe proporcionar registros estadísticos que muestren quién accesó, qué información y cuándo.

El objetivo fundamental del diseño de arquitectura del sistema de seguridad que se ha tenido en cuenta, es conseguir un sistema que en su conjunto sea de alta disponibilidad (tolerante a fallos) y escalable (que pueda crecer en el futuro), de tal forma que la atención, servicio y transmisión de la información a los usuarios de la red privada virtual se vea garantizada y pueda incrementarse según la demanda.

Las funciones a tener en cuenta, cubiertas por el sistema se pueden sintetizar en las siguientes:

· Se recomienda situar el sistema de gestión de ancho de banda y tráfi co (calidad de servicio) entre el router de conexión a internet; el más recomendable sería mediante routers Cisco optimizados para VPN. Estos routers pro-porcionan a partir del software Cisco IOS la capacidad de enrutamiento completa a nivel 3, incluyendo protocolos de routing externo (BGP), encriptación mediante IPsec y 3DES, fuerte perímetro de seguridad gracias al fi rewall y al IDS incluido en el software y defi nición de calidad de servicio necesarios (QoS) además de la gestión del ancho de banda. Todo esto va a permitir la creación de una red privada virtual escalable, segura y efi ciente, y la primera línea de cortafuegos (segmento WAN).

· Cortafuegos. La arquitectura propuesta está compuesta por dos líneas de cortafuegos soportadas en productos de distintos fabricantes. De esta manera se consigue un mayor nivel de seguridad ya que el intruso tendría que atacar y superar las defensas de dos productos distintos y al mismo tiempo separar y segmentar los servicios de acuerdo con el público objetivo al que están destinados. El sistema de cortafuegos formará una arquitectura de dos niveles proporcionando mayor estabilidad, seguri-dad y rendimiento al servicio:- Nivel 1. Cortafuegos perimetrales, encargados de

fi ltrar todas las conexiones provenientes tanto de internet como de otros organismos. Esta solución de cortafuegos permitiría a la red en el caso que decidiera adquirir otra conexión adicional a internet, aunque

sea de otro proveedor, realizar una gestión de las líneas internet, proporcionando mecanismos de alta disponibilidad con balanceo de carga entre líneas, sin necesidad de incorporar hardware adicional.

- Nivel 2. Cortafuegos internos, encargados de fi ltrar todas las conexiones provenientes de los cortafue-gos perimetrales y de los usuarios de la red VPN o intranet. Este tipo de cortafuegos debe contar con las siguientes características técnicas: dispositivos de hardware dedicado que permitan poner en marcha las políticas de seguridad de la organización y que restrinja los accesos a los recursos de la red según los permisos y el sentido del tráfi co, no generar im-pacto en el funcionamiento de la red, algoritmo de seguridad adaptativo, NAT/PAT, realizar funciones de fi ltrado de paquetes y de proxy simultáneamente, confi guración redundante, fi ltrado de URL, IPSec para VPN, bloqueo y fi ltrado de ActiveX y Applets de JAVA, protección del correo mediante chequeo de comandos SMTP, prevención de ataques de frag-mentación y prevención de ataques masivos.

· Antivirus. El sistema de antivirus se conectará direc-tamente al cluster de cortafuegos perimetrales. De este modo, todo el tráfi co que pase por dichos cortafuegos, sensible de ser analizado, se reenviará al antivirus, el cual lo analizará en busca de patrones de virus conocidos. En el caso de que detecte algún virus, actuará sobre unas políticas defi nidas. Es recomendable que los sistemas de antivirus y diferentes consolas de administración y trata-miento de históricos estén situados en su propio segmento de red (segmento gestión), exclusivo para ellos. Siguiendo las premisas del presente diseño, estos productos se debe-rían instalar en confi guración de alta disponibilidad.

Al mismo tiempo, se implanta un sistema antivirus residente en los puestos de trabajo, los servidores depar-tamentales, los servidores web y los servidores de correo, los cuales se gestionan mediante una única consola, ubi-cada en el segmento de gestión, desde la que se realizan las actualizaciones y descargas de fi rmas en los referidos equipos. Este sistema antivirus tendrá una tecnología distinta del otro antivirus perimetral, para así obtener una protección mayor frente a posibles ataques.

Una solución segura ha de ser diseñada para empresas u organizaciones con redes multiplataforma, y para aquellas que necesiten administrar en forma centralizada la seguridad de su red. Puesto que es una solución que impide a los virus y a cualquier otro tipo de contenido malicioso entrar en las redes corporativas, de entidades de cualquier tamaño.




· Sondas de detección de intrusión. El sistema de detección de intrusión será el encargado de analizar el tráfi co, de determinados segmentos de la red, en busca de intentos de ataque a los sistemas que conforman la plataforma internet/intranet. En el caso de que detecte un intento de ataque, actuará mediante unas políticas de-fi nidas. En todos y cada uno de los segmentos de red que se defi nan en el sistema, actuará al menos un sensor de red para detectar posibles intrusiones en el sistema. Este sistema analiza el tráfi co de red en tiempo real. Además se incluyen las sondas necesarias para todos los servidores críticos del sistema. Se dispondrá de tres sondas ubicadas en los segmentos de DMZ, intranet y BBDD.

VPN. Para el acceso de usuarios móviles (conectados a través de internet), se establecerá un sistema de seguri-dad basado en VPN (en modo túnel + cifrado del canal), asegurando la privacidad de las comunicaciones extremo a extremo. Cada usuario móvil tendrá un cliente VPN y el servidor VPN será el cluster de cortafuegos inter-nos. La autenticación de usuarios se realizará contra un servidor AAA.

Gestión de históricos. Para tener un control unifi cado de lo que acontece en cada uno de los clusters de cortafuegos (cortafuegos perimetrales y cortafuegos internos), se dotará a la plataforma de un servicio centralizado de históricos.

· Segmento DMZ. Se utiliza para proporcionar los servi-cios a los clientes y como interfase entre la red interna e internet. En este segmento se albergarán los siguientes equipos:- Servidor web. Encargado del servicio web corporativo

para las dependencias de una organización.- Servidores web otras sucursales regionales.- Servidor DNS secundario. Encargado de resolver los

nombres de las máquinas que conforman la platafor-ma internet/intranet. Es una réplica (acceso en modo sólo lectura) del servidor DNS primario, ubicado en el segmento intranet.

- Servidor relay correo. Encargado de realizar las si-guientes funciones: relay de correo entrante y saliente de los usuarios de la red, relay de correo entrante y saliente de los usuarios de otros organismos, servidor SMTP de los usuarios de la red y servidor SMTP de los usuarios de otros nodos.

· Segmento buzones. Tiene como fi nalidad proporcio-nar los servicios de correo electrónico externo. En este segmento se albergarán los siguientes equipos: servidor POP3. Encargado de servir los mensajes de correo de los usuarios de otras dependencias y estudiantes.

· Segmento gestión. Su utilidad consiste en independizar y asegurar la gestión y administración del equipamiento de seguridad. En este segmento se albergarán los siguientes equipos: servidor AAA. Encargado de realizar la autenti-cación de los usuarios que se conectan a través de la VPN, consolas de gestión. Encargadas de la administración de los dos clusters de cortafuegos (perimetrales y cortafuegos internos), de la gestión centralizada de históricos, del ges-tor de ancho de banda y de los dos antivirus, el servidor y la consola del sistema de detección de intrusiones y en este segmento se incorporará también la consola gráfi ca y el servidor de gestión de red y sistemas.

· Segmento LAN. Sirve para agrupar a los usuarios inter-nos de una organización. En este segmento se albergarán los siguientes equipos: equipos usuarios red interna. PC de los usuarios que conforman la red interna.

· Segmento intranet. Dedicado a dar servicios de intranet a los funcionarios de la organización. En este segmento se albergarán los siguientes equipos: servidor web in-tranet. Encargado del servicio web intranet de la red, servidor IMAP. Encargado de recibir los mensajes de correo de los usuarios de la red, servidor DNS primario. Encargado de resolver los nombres de las máquinas que conforman la plataforma internet/intranet de la red. Es el máster (acceso en modo lectura/escritura). Tiene una réplica en el segmento DMZ (DNS secundario).

· Segmento BBDD. Utilizado para asegurar y aislar el repositorio general de datos. En este segmento se alber-garán los siguientes equipos: servidor BBDD. Encarga-do de almacenar los datos de las distintas aplicaciones que posee la red.

· Otras consideraciones. El proceso de apertura y servi-cio a los clientes mediante procedimientos informáticos conlleva a que en el futuro se tengan que utilizar transac-ciones SSL para garantizar la seguridad de determinados procesos. Puesto que este sistema criptográfi co de clave pública es lento, ya que requiere mayores recursos de procesado, se hace necesario incorporar tarjetas acelera-doras a los servidores que proporcionen estos servicios. Se realizarán, de acuerdo con un calendario prefi jado, análisis para verifi car las posibles vulnerabilidades del sistema y así tenerlo actualizado.

Todos los equipamientos enunciados se gestionan y administran mediante consolas y servidores ubicados en el segmento de gestión. Con respecto a las consolas de gestión y supervisión es necesario realizar las siguientes consideraciones: no es recomendable la integración de las consolas de los productos de cortafuegos en una única, debido principalmente a razones de seguridad,




por lo que recomendamos que se use la propia consola de cada producto.

No obstante, será necesario integrar en la fase de im-plantación un sistema centralizado de gestión de red y sistemas con el sistema de gestión de los equipos y productos de seguridad. De esta manera se controla y verifi ca la disponibilidad de los servicios 24X7.

Hay que tener muy presente que toda esta tecnología no tendrá validez si no se realiza al mismo tiempo un programa de concientización e información de usuarios y administradores. En los usuarios externos conviene utilizar un sistema de autenticación fuerte basado en tokens de usuario con introducción de una contraseña diferente cada vez que se conecte.

· Descripción de la arquitectura. Ver gráfi ca 2. Este diseño propuesto está destinado a dar soporte a los servicios que una red preste en internet a sus clientes. Esta arquitectura está soportada por grandes bloques la plataforma de seguridad y los distintos segmentos que conforman la red. A continuación, se describen los segmentos usados.

Segmentos

Para dotar a la plataforma de un mayor rendimiento y seguridad se ha dividido la red en segmentos, según el tipo de servicios y el tráfi co generado. En los siguientes apartados se da una breve descripción de los segmentos que albergan.· Segmento WAN. Dedicado a la conexión lan con la red

externa. En este segmento se albergarán los siguientes equipos:

· Servidor web universidad virtual. Encargado del servicio web corporativo para las dependencias de la universidad virtual.

· Servidores web. Otras sucursales regionales de la uni-versidad.

· Servidor DNS secundario. Encargado de resolver los nombres de las máquinas que conforman la plataforma internet/intranet de la universidad. Es una réplica (ac-ceso en modo sólo lectura) del servidor DNS primario, ubicado en el segmento intranet.

· Servidor relay correo. Encargado de realizar las si-guientes funciones: relay de correo entrante y saliente de los usuarios, relay de correo entrante y saliente de los usuarios de otros organismos, servidor SMTP de los usuarios de la universidad y servidor SMTP de los usuarios de otros nodos.

Es importante destacar que este proyecto de infraestruc-tura sirve como marco para asegurar la confi dencialidad,

integridad y disponibilidad de las operaciones y además para que todas las personas y organismos vinculados a la red puedan utilizarlos a la hora de proporcionar a éstos los servicios que ellos requieren.

Se trata de elaborar una referencia válida, homogénea para todos y, al mismo tiempo, adaptable a las distintas exigencias de seguridad que se presenten de acuerdo con las demandas externas.

Grafi ca 2. Diseño conceptual de la red segura

RED USUARIOSINTERNOS

INTERNET

WEBOTRAS SUCURSALES

REGIONALES

SERVIDORAAA

ENRUTADOR INTERNET

GESTOR DEBANDA ANCHA

CONSOLASGESTION

GRAFICARED SISTEMA

FIREWALL WEBU.V

DNSSEC.

RelaycorreoSMTP

FIREWALLANCHO BANDA

ANTI-VIRUSHISTORICOS

IDS

DNSPRIMARIO

WEBIMAP

SERVIDORBBDD

CERTIFICADOR DIGITALSERVICIOS

Application

OTRAS ORGANIZACIONES

SERVER POP3

ESTUDIANTES

ANTIVIRUS

USUARIOS INTERNOS PC

SERVIDOR DE BUZONES

SEGMENTO DMZ

SEGMENTO GESTION

SEGMENTO INTRANET

SEGMENTO LAN

Firewall

PROXY

Minicomputer

IDS

CONSOLAIDS

CONSOLAIDS

CONSOLAIDS

PROXY

SEGMENTO BBDD

CONCLUSIÓN

Con el desarrollo del artículo se realizó un análisis orien-tado a determinar los aspectos más relevantes relacionados con la implementación de un diseño de sistema de seguri-dad para la red, el cual sirva como herramienta de apoyo en la obtención de una comunicación segura.

Así mismo, con la propuesta de los elementos tecnológicos a tener en cuenta, se espera brindar soluciones de manejo de la información en red; por otra parte es importante destacar que un buen diseño de un sistema de seguridad representa una gran solución para una red en cuanto a protección de datos, confi dencialidad e integridad de éstos.




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ResumenUn tutor inteligente posee capacidad para mostrar compor-

tamientos y habilidades dirigidas a los objetivos propuestos,

utilizando técnicas de la inteligencia artifi cial, tales como: la

planifi cación, optimización y búsquedas para representar el

conocimiento; e interactúa y coopera con otros tutores de soft-

ware o con personas. Dicho tutor tiene un diseño en módulos,

básicos en su composición, permitiendo así el uso de herra-

mientas que pueden ser proporcionadas por la inteligencia

artifi cial, logrando una metodología efi ciente para el estudiante.

El diseño de los módulos para un tutor inteligente involucra ar-

quitecturas adecuadas que permitan desempeñar las funciones

correspondientes; se debe considerar el comportamiento que

posee el estudiante (módulo de alumno), los conocimientos

que se van a brindar al estudiante, y su organización (mó-

dulo pedagógico), la selección del material a utilizar (módulo

didáctico) y la comunicación que va a manejar el tutor (módulo

de interfaz). Los agentes se utilizan para el modelado de los

sistemas inteligentes, ya que permiten percibir el ambiente

mediante sensores y responden o actúan en dicho entorno, a

través de efectores.

Palabras clave: tutor, inteligencia artifi cial, diseño.


AGENTES INTELIGENTES

D I A N A M I L E N A L E Ó N R O M E R O *A D R I A N A L U C Í A N E U T O C A L D E R Ó N * *

AbstractAn intelligent tutor has the capacity to show behaviors and

skills aimed at the targets, using artifi cial intelligence te-

chniques, such as planning, optimization and searches; to

represent knowledge, and interact and cooperate with other

software or tutors with people. This tutor is designed in modu-

les, basic in its composition, thus allowing the use of tools that

can be provided by artifi cial intelligence, achieving an effi cient

methodology for the student. The design of the modules for an

intelligent tutor involves suitable architectures to carry out the

corresponding functions, it is considered the behavior that the

student has (module student), knowledge that will provide the

student, and its organization (teaching module), the selection

of material to use (training module) and the communication

that the tutor is going to handle (interface module). The agents

are used for modeling of intelligent systems, because allow

perceiving the environment through sensors and respond or act

in such an environment, through effectors.

Key words: Tutor, artifi cial intelligence, design.

DESIGN OF AN INTELLIGENT TUTORINTELLIGENT AGENTS

* Estudiante de ingeniería de sistemas, Universidad Cooperativa de Colombia, sede Bogotá. Correo electrónico: [email protected]** Estudiante de ingeniería de sistemas, Universidad Cooperativa de Colombia, sede Bogotá. Correo electrónico: [email protected]




INTRODUCCIÓN

Los tutores inteligentes utilizan técnicas de la inteligencia artifi cial para representar el conocimiento y darlo a conocer a los estudiantes, además intentan solucionar problemas comunes en la educación, que se generan cuando los estu-diantes no tienen progreso.

Se busca crear tutores inteligentes que tengan capaci-dades en el desarrollo de los procesos de enseñanza, así como las metodologías que puedan brindar los mejores resultados sin que sea necesaria la intervención de un tutor humano.

Es importante tener en cuenta que un agente autónomo es un sistema situado en determinado ambiente, que siente ese entorno sobre él a través del tiempo, que va en busca de sus propios objetivos de forma que afecte lo que pueda percibir en el futuro. Un tutor humano tiene ojos, oídos y otros órganos, que le sirven de efectores; mientras que los agentes de software, utilizan cadenas de bits codifi cados como percepciones o acciones.

En este ensayo se darán a conocer aspectos y técnicas que infl uyen en el diseño de un tutor inteligente; las estrategias, elementos, propiedades y módulos para el desarrollo de esta herramienta; y a la vez se hablará de aspectos relacionados con los agentes inteligentes, que permitirán tomar la mejor decisión respecto al mejor ambiente que se puede utilizar en una situación determinada.

El diseño se ha fundamentado en la elaboración de pro-cesos, los cuales apoyen a los estudiantes en el proceso de aprendizaje para que puedan enfrentar problemas en su vida real, relacionándolos con sus conocimientos. Este diseño se puede defi nir a partir del análisis del perfi l que posea el estudiante, determinando sus necesidades y preferencias para así establecer el tutor más adecuado.


Los sistemas de tutor inteligente representan de forma separada el tema que se enseña (módulo didáctico) y las estrategias para enseñarlas (módulo pedagógico), además se encuentran las características del estudiante (módulo de alumno), procurando una enseñanza individualizada, y por último poseen la interfaz de comunicación tutor-alumno llamado módulo de interfaz.

En el diseño de un tutor inteligente se debe tener en cuenta una arquitectura adecuada, que básicamente es aquella que utiliza un tutor humano: se debe conocer el comportamiento que posee el estudiante, este es analizado en el modulo de alumno, los conocimientos que se van a

brindar al estudiante, así como su organización, se estudian en el módulo pedagógico; la selección del material que se va a utilizar en el módulo didáctico y la comunicación que va a manejar el tutor inteligente se desarrolla en el módulo de interfaz.

En el módulo de interfaz, como su nombre lo dice, el tutor debe utilizar una interfaz para interactuar con el estudiante, con diferentes métodos, para garantizar una buena comunicación con el estudiante; la comunicación posee dos componentes, las explicaciones y la presentación del tema; además se dan a conocer sugerencias, se solicita información, se indican los errores que se cometan; lo que se busca en este nivel es que el tutor suministre todas las herramientas que necesite el estudiante para comunicarse y de igual manera el estudiante utiliza este soporte para corregir sus trabajos y mejorarlos.

El módulo pedagógico posee los conocimientos y toda la información que sea necesaria para una correcta enseñanza, utilizando enfoques y teorías pedagógicas; es importante tener en cuenta este módulo en el diseño del tutor, con él se puede manejar la estructura del contenido que se va a tratar para no tener ningún problema en los resultados del curso.

El dominio pedagógico es necesario porque en él se encuentran todos los conocimientos que se van a presentar al estudiante; pueden estar controlados por un componente multimedia, que permite dejar ejercicios que se involucren con el tema que está tratando el alumno; esto puede ser mediante autoevaluaciones; además permite llevar niveles de conocimiento para el aprendizaje del estudiante, que primero debe pasar por un tema específi co, es decir, un nivel, y luego de haber alcanzado ese nivel puede pasar a un siguiente nivel de conocimiento, así se evalúa su aprendiza-je; si no pasa por un nivel propuesto no puede acceder a un nivel más avanzado ya que esto indica que no ha alcanzado los objetivos planeados en el anterior nivel.

Otro módulo que cabe destacar en el diseño del tutor inteligente es el didáctico, en el que el tutor determina todo el material que se va a trabajar con el estudiante y las eva-luaciones que se van realizar, teniendo en cuenta que cada vez aumentará el nivel de exigencia. El módulo didáctico es el encargado de tomar las decisiones necesarias para realizar el curso, escoge el material didáctico adecuado que va a ser de utilidad para los estudiantes y que va a servir según el tema que esté tratando cada estudiante; también este mó-dulo determina la accesibilidad que tienen los estudiantes al contenido propuesto en el curso, a los distintos niveles a los que puede ir avanzando el estudiante y las evaluaciones que se van realizando en estos niveles.



D I S E Ñ O D E U N T U T O R I N T E L I G E N T EA G E N T E S I N T E L I G E N T E S

D I A N A M I L E N A L E Ó N R O M E R O

A D R I A N A L U C Í A N E U T O C A L D E R Ó N

La evaluación por niveles se realiza para implementar un nivel de exigencia en cada módulo, de acuerdo con los resultados alcanzados por el estudiante; si el estudiante se desempeña en un área de trabajo de forma consecuente, se puede decir que alcanzó los conocimientos que se preten-dían en ese nivel y que de esta manera puede pasar a otro nivel en el cual el grado de difi cultad es mayor, los temas a tratar son más difíciles y se pueden incluir temas que tengan que ver con el nivel anterior; si por el contrario, el estudiante no alcanza los logros que se proponían en un nivel, tiene que retomarlo para que pueda adquirir cono-cimientos que fueron vistos con anterioridad para lograr el objetivo propuesto.

El tutor puede hacer distintas evaluaciones según como lo crea necesario, puede hacer evaluaciones sobre conceptos que ha obtenido el estudiante en el transcurso del curso, también puede realizar evaluaciones según los temas trata-dos para saber qué profundidad en los temas ha adquirido cada estudiante, y así determinará si está siendo capacitado y si está adquiriendo los conocimientos necesarios para su formación.

En el módulo estudiante, donde es importante obtener información para conocer la persona que realizará el curso con el tutor, se tiene en cuenta la mejor forma de enseñar determinado dominio, el tema a enseñar, el nivel de cono-cimientos que se disponga, la historia del estudiante, sus características y las preferencias que éste tenga en cuanto a los elementos que prefi era en el proceso de aprendizaje. El estudiante debe conocer cómo es el funcionamiento del tutor con el cual va a interactuar; para ello debe tener cono-cimientos sobre los componentes que posee el mecanismo, las interrelaciones de dichos componentes, la forma en que operan los componentes y en general todo el mecanismo.

Este módulo de estudiante se realiza para saber con qué tipo de personas se está involucrando el tutor, de esta forma determinar en qué módulo didáctico se puede adaptar para un mejor desenvolvimiento en el curso; pero para lograr esto se deben tener en cuenta algunos aspectos; como se había escrito antes, el material didáctico que se le va a suministrar al alumno ya que es muy útil para su proceso de aprendizaje. Se debe ir controlando el alumno para saber qué nivel de aprendizaje ha alcanzado, si el material didáctico que ha utilizado le ha servido para mejorar sus conocimientos y de esta manera saber de qué forma se le brinda más conoci-miento para culminar su curso. Un aspecto importante que debe tener un módulo de estudiante es que debe conocer una serie de datos sobre el estudiante ya que van a ser de suma importancia al generar informes sobre el desempeño que tuvo dicho estudiante; además permite que por medio

de los datos de un estudiante, un profesor humano pueda califi car el desempeño que tuvo en el curso.

También en este módulo se debe conocer la rapidez con que un estudiante va adquiriendo conocimientos, el tiempo que invierte al realizar ejercicios propuestos o responder preguntas, y así conocer qué tipo de aprendizaje utiliza; ya sea el aprendizaje memorístico que se logra al repetir varias veces algún proceso, pero lo que hace el estudiante es adquirir conceptos tal y como están escritos sin desglosarlos completamente para entenderlos con sus propias palabras; también el aprendizaje deductivo que se logra cuando el alumno aprende conceptos que fueron ejemplifi cados para un mayor entendimiento; el aprendizaje inductivo requiere que los estudiantes comparen y contrasten diversos estímulos y otros tipos de aprendizaje que puede utilizar el estudiante en su desempeño educativo, entre otros.

Cuando un estudiante quiere explorar algún compo-nente específi co, es porque desea conocer acerca de ese componente y también busca conocer la forma como opera el mecanismo de un tutor inteligente.

Para determinar lo que el estudiante conoce, se realizan interpretaciones sobre sus acciones: primero se identifi ca el conocimiento que tiene sobre los componentes que in-tegran el tutor, luego se identifi ca el nivel de comprensión que posea el estudiante sobre el funcionamiento del tutor, y por último, se identifi can los métodos empleados por el estudiante para resolver el problema que posea el sistema.

El módulo tutor es donde se aplican los procesos de enseñanza, en el que se encuentran defi nidos los objetivos que se busca alcanzar, las estrategias para alcanzarlos, se selecciona el material a utilizar, se proporcionan técnicas didácticas, y todo el material a enseñar, que consta de unos protocolos pedagógicos almacenados en una base de datos, de un planifi cador de los contenidos y un analizador del perfi l del estudiante, en el que se analizan las características que posea y luego se selecciona la estrategia de pedagogía más conveniente.

Este módulo posee el conocimiento sobre las estrategias y tácticas, que son seleccionadas en función de las carac-terísticas del estudiante, determinando también la manera mediante la cual se va a presentar la información, ejecutan-do el diagnóstico del conocimiento del estudiante.

Existen diferentes tareas que debe realizar un tutor, este debe poseer una jerarquización en cuanto a las metas que se deben cumplir durante el proceso de enseñanza; para esto se deben tener identifi cados los objetivos que se estén llevando a cabo y conocer qué resultados se buscan al terminar el proceso con el tutor; se deben descubrir las necesidades que tenga un estudiante, y modifi car las estrategias de enseñanza




en el momento que sea necesario, se supervisan los avances hacia los objetivos y se seleccionan los procesos pedagógicos que sean más efectivos para lograr mejores resultados en el estudiante durante el curso tutor.

Además se deben explicar los conceptos en diferentes formas cuando sea necesario, así el estudiante obtendrá mayor comprensión; esto se realiza con la ayuda del agente docente, el agente alumno, el gestor de estrategias y el ge-nerador de lenguaje natural; se deben realizar varios ejem-plos sobre los conceptos, evaluar al estudiante, orientarlo cuando éste lo requiera y supervisar sus tareas, utilizando la comunicación con los otros estudiantes para obtener así un aprendizaje colaborativo.

En la tabla 1 se puede observar una estructura para el módulo tutor, allí se muestra el comportamiento que debe llevar a cabo de acuerdo con ciertas reglas, acciones, conductas en cuanto a los objetivos y la estructuración de estrategias.

Tabla 1. Condiciones y acciones, tomado de Sierra E.

Condiciones Descripción Clasifi cación

R1

Inferir acerca de conocimiento sobre el mecanismo con base en una sola acción del educando.

Conocimiento sobre el mecanismo.

R2

Inferir acerca de conocimiento sobre el mecanismo con base en una serie de acciones del educando.

Conocimientosobre el mecanismo.

R3

¿Está el estudiante utilizando una secuencia de dividir para conquistar en la resolución del problema?

Conocimientosobre resoluciónde problemas.

R4¿Está el estudiante utilizando una secuencial en la resolución del problema?


R5¿Comprende el estudiante la operación de los componentes?

Conocimientosobre componentes.

R6¿Está usando el estudiante la guía de resolución de problemas?


R7¿Está llevando a cabo el estudiante acciones repetitivas?

Conocimientosobre el mecanismo/conocimiento sobre resolución de problemas.

En la fi gura 1 se presenta la estructura teórica de un tutor inteligente. Se observa que al implementarla, se tiene el sola-pamiento de funciones que se muestra en la fi gura 2, debido a que no están bien diferenciadas las distintas interfaces y que muchos de los conocimientos particulares del domi-nio (pertenecientes al módulo de dominio) se encuentran dentro de los módulos del tutor y del estudiante.

Figura 1. Esquema de un sistema tutor inteligente teórico según Costa G.

Figura 2. Esquema de un sistema tutor inteligente implementado según

Cataldi.

En las implementaciones de los sistemas de tutores inteli-gentes se observan muchas funciones que están relacionadas tanto en el módulo tutor como en el módulo estudiante, de tal forma este problema requiere no solamente una defi nición más clara de las interfaces para diferenciar los módulos en su implementación, sino que necesita de un análisis profundo para identifi car cuál de los módulos es el encargado de realizar cada una de las funciones del tutor inteligente.

En la fi gura 3 se muestran interfaces bien defi nidas, para obtener módulos independientes del dominio.



D I S E Ñ O D E U N T U T O R I N T E L I G E N T EA G E N T E S I N T E L I G E N T E S

D I A N A M I L E N A L E Ó N R O M E R O

A D R I A N A L U C Í A N E U T O C A L D E R Ó N

Figura 3. Arquitectura básica de un sistema tutor inteligente según Cataldi.

La arquitectura de un sistema de tutor inteligente puede servir como marco en un proceso de aprendizaje constructi-vo. Para ello es importante tener en cuenta tres componen-tes fundamentales de los sistemas de tutor inteligente: los diseñadores de modelos con aprendizaje constructivo, los cuales diseñan el conocimiento del dominio de acuerdo con la naturaleza de las situaciones, los contextos o las posibles interacciones. Para este caso no se requieren las descripcio-nes de los objetos del dominio, sino las descripciones de las fuentes disponibles en determinadas situaciones.

El modelo del estudiante de un sistema de tutor inteli-gente se utiliza para analizar las interacciones del estudiante con referencia al modelo de dominio, con el fi n de detectar falta de conocimiento o posibles errores para establecer una intervención de instrucciones. Se almacena información específi ca para cada estudiante de forma individual. El mó-dulo pedagógico determina los planes instruccionales, inter-pretando el modelo del estudiante con respecto al currículo que refl eja el modelo del dominio. El papel pedagógico del sistema no debe determinar los eventos instruccionales, sino proporcionar espacios de interacción al estudiante, basados en un modelo de ofrecimientos de situaciones potenciales, en términos de ítems de conocimientos, los cuales se pueden aprender a través de eventos o situaciones particulares. La interfaz, es la que intermedia la interacción entre el tutor y el estudiante, presenta el material indicado de acuerdo con el nivel de entendimiento del estudiante y mantiene la coherencia en las explicaciones.

En la actualidad muchos de los ambientes de aprendizaje computarizado y de enseñanza utilizan para la realización de proyectos basados en sistemas de tutores inteligentes, tecnología de agentes, sustituyendo módulos de la arquitec-tura tradicional por conjuntos de agentes que trabajan en forma unida, utilizando técnicas de la inteligencia artifi cial e integrándolas en sistemas multiagentes.

Un agente es un sistema capaz de percibir a través de sensores las informaciones del ambiente donde está inser-

tado y de reaccionar a través de efectores. Por lo tanto un agente inteligente es aquel que responde al ambiente con la mejor decisión posible en determinada situación. Un agente debe tener como mínimo autonomía, ejecutando sus acciones sin interferencia directa de agentes humanos o de otros agentes computacionales, teniendo control total de sus acciones; habilidad social, comunicación con otros agentes del ambiente, ya sean humanos o computacionales; capacidad de reacción, percibir y reaccionar ante las altera-ciones del ambiente en el cual está insertado.

Un sistema multiagente es un conjunto de agentes, es decir, es un conjunto de procesos, personas, moléculas, autónomos que no comparten memoria, ni realizan elec-ciones en forma sincrónica, pero que interactúan entre sí, intercambiando información y compartiendo recursos. Cada agente tiene una visión única del problema y al mismo tiempo interactúa con otros agentes con el fi n de encontrar soluciones globales a los problemas planteados. Las opciones de los agentes en el momento de dar solución a un problema, pueden estar determinadas por medio de estrategias u otros agentes con los cuales se interactúa.

El uso de agentes en sistemas inteligentes educativos aporta ventajas tales como: reacción a las acciones del usuario, credibilidad, modelado de sistemas cooperativos, debido a que cada agente es un módulo único e indepen-diente del otro, siendo así más fácil adicionar o incluir otros agentes al sistema. Por otra parte los ambientes de enseñanza basados en arquitecturas multiagentes permiten el soporte del desarrollo de sistemas de forma más robusta, más rápida y con menos costos.

CONCLUSIONES

Un sistema de tutor inteligente es un sistema de enseñan-za asistido por computador, el cual permite que el sistema decida inteligentemente teniendo un comportamiento similar al de un tutor humano y que utiliza técnicas de la inteligencia artifi cial como: la planifi cación, la optimización y la búsqueda; con el fi n de representar el conocimiento y de dirigir una estrategia de enseñanza adecuadamente.

El diseño de un tutor inteligente es utilizado actualmen-te para el desarrollo de la ciencia, debido a que se ha ido amplifi cando día a día y cada vez más rápido; esto conlleva a que se generen mayores conocimientos en los seres hu-manos; por tal razón se hace necesaria la implementación de medios más sofi sticados y efi caces para lograr un mejor proceso de enseñanza al estudiante.

Mediante el diseño de un tutor inteligente se permite que el estudiante interactúe de forma consecuente y efi caz




con el sistema de tutor inteligente, como si lo estuviera haciendo con un tutor humano; con esto se indica la im-portancia de la inteligencia artifi cial, debido a que gracias a ésta se logran crear mecanismos que interactúen con los seres humanos, y que a su vez estos mecanismos aparenten ser como un ser humano.

La arquitectura básica de un sistema de tutor inteligente tiene en cuenta la forma como se enseña, qué es lo que se enseña, y a quién se enseña. En el diseño de un tutor inteligente se relacionan cuatro componentes básicos del sistema: módulo de alumno, módulo pedagógico, módu-lo didáctico y módulo de interfaz; facilitando el diseño, permitiendo integrar los proyectos antiguos con los nue-vos proyectos, haciendo que los estudiantes desarrollen habilidades mentales aplicando las técnicas y utilizando las herramientas propuestas por el tutor inteligente, así como las metodologías que brinden los mejores resultados en los estudiantes, sin que sea necesaria la intervención de un tutor humano.

Los agentes inteligentes deben ser racionales, y por ende tomar la mejor decisión posible en determinado momento. Para ello es importante un sistema autónomo, que en la medida en que su conducta además de estar defi nida por una base de conocimientos integrados va a estar defi nida también por su propia experiencia.

BIBLIOGRAFÍADE CASTRO, C.; GARCÍA, A.. Tutores inteligentes para cursos

multimedia interactivos,kwww.pangea.org/inet/publicacio-nes/01_inetemas/23_inetemas/11_23_Carlos%20de%20Castro.htm. 27 de septiembre de 2007.

CATALDI, Z. Diseño de sistemas tutores inteligentes con tecnolo-gía de agentes: los agentes docentes en el módulo tutor. http://www.inf.ufsc.br/resi/edicao10/Artigo101Cataldi.pdf.

COSTA, G. Nuevo enfoque metodológico para el diseño de los sistemas tutores inteligentes a partir de un acercamiento distribuido. http://www.fi.uba.ar/laboratorios/lsi/R-IE-MA-2-5-2005.pdf.

MERELO, J. J. Agentes autónomos inteligentes. http://www.redcientifi ca.com/doc/doc199904190010.html [27 de sep-tiembre de 2007].

SIERRA, E. Sistemas tutoriales inteligentes centrados en reparación de mecanismos. Una Propuesta metodológica de diseño. www.itba.edu.ar/capis/webcapis/RGMITB/comunicacionesrgm/JISIC-2004-etodologia-diseno-sistemas-tutoriales-nteligentes.pdf.


RESUMENLa termoelectricidad es parte de la ciencia física que estudia

los fenómenos que se presentan al generar energía eléctrica a

partir del calor. Existen tres efectos asociados con la termoelec-

tricidad: el efecto Seebeck, que consiste en unir dos cables de

materiales diferentes formando un circuito y se presenta una

corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente

temperatura. El efecto Peltier deduce que cuando una corriente

eléctrica fl uye a través de una juntura de dos metales diferen-

tes, se libera o absorbe calor dependiendo del sentido que tenga

la corriente y el fl ujo de calor va a ser proporcional a ésta. El

efecto Thompson, explica que el calor liberado es proporcional

a la corriente y por ello cambia de signo al cambiar la dirección

de la corriente, liberándose calor cuando la corriente circula del

punto más caliente hacia el más frío, la absorción o liberación

de calor por parte de un conductor homogéneo es sometido a

un gradiente de temperatura por el que circula una corriente. En

el presente artículo se dará una explicación cualitativa de cada

efecto, para deducir un marco matemático sólido.

Palabras clave: efectos termoeléctricos, energía eléctrica,

termoelectricidad.

EFECTOS TERMOELÉCTRICOS:

LA TERMOCUPLA

H . M . C Á R D E N A S *

J . H . F O R E R O * *

H . S . R U I Z * * *

ABSTRACTThe thermal power is part of the physical science that studies

the phenomena that are submitted to generate electricity, from

heat. There are three effects associated with thermal power:

The Seebeck effect, which combines two wires of different

materials forming a circuit and provides an electric current

when the seams are at different temperatures. The Peltier

effect, suggests that when an electric current fl ows through a

junction of two different metals, are freed or absorbs heat, de-

pending on the direction that has the fl ow and heat fl ow will be

commensurate with this. The Thompson effect explains that the

heat released is proportional to the fl ow and thus change the

sign by changing the direction of fl ow, heat released when the

current circulates the hottest point toward colder, absorption or

release heat by part of a homogeneous driver is subjected to a

temperature gradient by circulating a stream. In this article, we

will give a qualitative explanation of each effect, for deriving a

mathematical solid framework.

Key words: Thermoelectric effects, electric power, thermal

power.

THERMOELECTRIC EFFECTS: THE TERMOCUPLA

* Contacto: [email protected] ** Universidad Cooperativa de Colombia, Bogotá D.C.*** Universidad Nacional de Colombia, Bogotá D.C.




APLICACIONES Y FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Los efectos termoeléctricos tienen diversas aplicaciones en el área de la electrónica, entre ellas encontramos: los sensores termocuplas o termopares, están compuestos por la unión de dos metales diferentes en sus extremos; en dicha unión se crea una diferencia de potencial que depende de la temperatura; en los procesos de refrigeración y calefacción, se utilizan grandes cantidades de junturas, ordenadas de forma tal que extrae una cantidad de calor de un extremo, con el fi n de transportarla al lado opuesto; en transformación de energía, también se hacen presentes los efectos termoeléctricos a partir de las termopilas y generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), que son arreglos de termocuplas conectados en serie y de esta forma se obtienen voltajes más altos.

Para el estudio de los efectos termoeléctricos se usan dos cantidades físicas, la densidad de corriente JN y la densidad de fl ujo calorífi co JQ, la densidad de corriente defi ne la corriente eléctrica por unidad de área, mientras la densidad fl ujo calorífi co deduce el calor por unidad de área y por unidad de tiempo, que se establece en una longitud debido a la diferencia de temperaturas entre dos puntos de la misma. De esta manera se establecen las afi nidades termodinámicas que por cuestiones de brevedad omitiremos, estas densida-des se expresan de la siguiente manera.

T

LT

LJN11

1211 (1)

TL

TLJQ

112212 (2)

A partir de la fi gura 1, se expresa la diferencia de poten-cial y la diferencia térmica representada en la variable L12,

producida en las junturas de los conductores A y B, en los puntos L11 y L22 que contiene a μ1Τ1 en L11 y μ2Τ2 en L22 respectivamente, ∇ es el gradiente de potencial y ∇ 1/T es el gradiente de temperatura.

Figura 1. Esquema de circuito de termocupla.

Donde A y B son materiales conductores; μ1, μ2, μd y μi, puntos donde se calcula la diferencia de potencial en el circuito; T1, T2 y T´ puntos donde se toma la temperatura en el circuito.

A partir de las ecuaciones (1) y (2) es posible analizar los efectos que se describen a continuación.

EFECTO SEEBECKEn un análisis cualitativo, en la teoría de electrones libres

en los metales, los electrones se mueven al azar, sin sufrir el efecto de fuerza alguna y están rodeados de otros iones en forma simétrica, cerca de la superfi cie de un material, debido a la rotura de simetría; si se colocan dos materiales formando una juntura, la diferencia en densidades electró-nicas a ambos lados de la interfase se traduce en una fuerza neta sobre los electrones, que tienden a moverse del material con mayor densidad a aquel con menos, que induce a la aparición de un campo eléctrico y consecuentemente a una diferencia de potencial en la juntura.

En un análisis cuantitativo, supongamos un circuito de termocupla como el ilustrado en la fi gura 1 con las temperaturas T2 > T1. En ausencia de corriente (JN = 0), se obtiene a partir de la ecuación (1) que el gradiente de potencial es:

TTLL

11

12 (3)

Al integrar sobre los distintos caminos de la corriente en los conductores A y B de la fi gura 1 se tiene que:

2

1 11

1212 dT

LTL

A

A (4)

2

11

12´2

dB

B

d dTLTL (5)

i

B

B

i dTLTL

1 11

121

´ (6)

Despejando la diferencia μd - μi al eliminar μ1 y μ2 se obtiene:

2

1 11

12

11

12´´ dTTLL

TLL

B

B

A

A

id (7)



E F E C T O S T E R M O E L É C T R I C O S : L A T E R M O C U P L A

H . M . C Á R D E N A S

J . H . F O R E R O

H . S . R U I Z

Teniendo en cuenta que no hay diferencia de tempera-tura en el voltímetro, el voltaje es simplemente (donde e es la carga del electrón).

2

1 11

12

11

12´´

dTeTLL

eTLL

eV B

B

A

Aid (8)

Que deduce el poder termoeléctrico de una termocupla representado por ∈ , defi nido como el cambio de voltaje por unidad de cambio de temperatura. Se elige el signo ∈ como positivo si el incremento de voltaje implica una co-rriente desde A hacia B, en la juntura a mayor temperatura por consiguiente se tiene que:

A

A

B

B

AB eTLL

eTLL

TV

11

12

11

12

2 (9)

De la misma manera se defi ne el poder termoeléctrico absoluto de cualquier material como:

A

A

AB eTLL

11

12 (10)

La cual expresa fácilmente el poder termoeléctrico de una termocupla, como la diferencia entre los poderes ter-moeléctricos de cada material, representado en la ecuación (11) (Seebeck, 1822).

ABAB (11)

EFECTO PELTIEREn un análisis cualitativo existe un campo eléctrico en la

juntura entre dos materiales distintos. Cuando una fuente externa induce un fl ujo de electrones en el sentido del campo eléctrico, los electrones deben transformar energía cinética en energía potencial. Al ser más lento el movimien-to de los electrones, su temperatura también disminuye y viceversa, por efecto del campo extra.

Figura 2. Esquema de un refrigerador termoeléctrico. Este dispositivo hace

uso del efecto Peltier para mantener refrigerado algún sistema.

En un análisis cuantitativo, si consideramos la conduc-tividad eléctrica σ, la conductividad térmica κ y el poder termoeléctrico ∈ como tres constantes signifi cativas de un material, podemos rescribir las ecuaciones (1) y (2) de la siguiente forma:

TeT

TeTJ N

11 2

2 (12)

TTT

TeTJQ

11 2232

(13) ∈ ∇

En una juntura de dos materiales A y B por los que cir-cula una corriente eJN puede verse que el fl ujo de energía JU = JQ + μJN sería discontınuo sobre la juntura. Dicha discontinuidad no puede deberse al segundo sumando, por permanecer constantes μ y J en ambos lados de la juntura, la magnitud de la corriente de calor debida al efecto Pel-tier es la diferencia de energía debido a las junturas de los conductores A y B ilustrados en la fi gura 1.

AQ

BQ

AU

BU JJJJ (14)

La condición de temperatura constante a lo largo de la juntura permite la reescritura de las ecuaciones (12) y (13) quedando la ecuación (14) así:

( )(ABAQ

BQ TJJ ∈−∈=− (15)

A partir de la ecuación (15) se defi ne el coefi ciente Peltier πΑΒ como el calor absorbido en la juntura al circular una unidad de corriente desde el conductor A al conductor B, expresado en la ecuación (16) (Callen, 1985).

ABN

AQ

BQ

AB TeJ

JJ (16) ( )(ABT ∈−∈

EFECTO THOMPSONEn un análisis cualitativo consiste en la absorción

ó liberación de calor por parte de un conductor ho-mogéneo, sometido a un gradiente de temperatura por el que circula una corriente. El calor liberado es proporcional a la corriente y por ello cambia de signo al cambiar la dirección de la corriente. Libe-rándose calor cuando la corriente circula del punto más caliente hacia el más frío.




Figura 3. Efecto Thompson. Al circular una corriente I, por un conductor

homogéneo de área A, se absorbe o libera calor debido al gradiente de

temperatura T(x), del punto más caliente hacia el más frío.

En un análisis cuantitativo de las ecuaciones (12) y (13) se obtiene una nueva ecuación, eliminando de éstas la dependencia en 1/T ∇ μ y rescribiendo JQ en términos de JN se obtiene:

TTeJTJ NQ

12 (17)

El efecto Th ompson implica la aparición de un fl ujo de calor al circular una corriente a través de un material. Supongamos un conductor por el cual circula un fl ujo de calor, mas no una corriente eléctrica. Esto induce a la aparición de una distribución de temperaturas en el material. Supongamos ahora que cada punto del material es conectado a un baño térmico de igual temperatura. La igualdad de temperaturas entre el material en cada punto y el baño correspondiente implica que no habrá intercambio de calor entre éstos y el material. Si ahora se inyecta una corriente eléctrica, ocurrirá un intercambio de energía entre el material y los reservorios. Realizada la divergencia de la densidad de fl ujo de energía JU = JQ + μJN tenemos:

( ) NQNQU JJJJJ •∇+•∇=+•∇=•∇ mm ∇ (18)

Reemplazamos JQ de la ecuación (17) y ∇ de la ecuación (12) se obtiene:

NNNU JT

eTJeT

TeJTJ 11 22

2 (19)

Recordemos que en ausencia de corriente eléctrica

(JN = 0) no hay intercambios de energía en el sistema por tanto 0=•∇ UJ . Si reemplazamos esta expresión en la ecuación (19) se ve que la distribución de tempe-raturas es tal que anula dicho término resultando:

21NNU eJeJTJ (20) 1

Si tenemos en cuenta que el poder termoeléctrico ∈ es función de la temperatura local, se obtiene que:

TdTd (21)

Reemplazando (21) en (20) el resultado nos conlleva a defi nir que:

21NNU eJeJT

dTdTJ (22) 1

Donde el segundo término es el calor de joule, producido por la corriente eléctrica en un medio resistivo. El primer término representa el calor de Th ompson, absorbido de algún reservorio térmico al atravesar una corriente eJN por el gradiente térmico ∇ T en la juntura de dos conductores de distinto material.

A partir de la ecuación (22) se deduce el coefi ciente Th ompson como el calor Th ompson absorbido por unidad de corriente eléctrica y de gradiente térmico, expresado en la ecuación (23).

dTdT (23)

De esta forma el coefi ciente Th ompson está relacionado con la derivada térmica del poder termoeléctrico (Ziman, 1964).

CONCLUSIÓN

El efecto Seebeck nos demuestra la aparición de una dife-rencia de potencial en el extremo abierto de una juntura de dos metales diferentes cuando su otro extremo es sometido a cierta temperatura, mientras el efecto Peltier deduce lo contrario al efecto Seebeck, se genera una diferencia térmica en las junturas de dos materiales distintos cuando en una de ellas presenta una diferencia de potencial, y por último el efecto Th ompson explica más detalladamente los dos efec-tos anteriores describiendo la interrelación termodinámica entre ambos, en el cual se absorbe o libera calor cuando una



E F E C T O S T E R M O E L É C T R I C O S : L A T E R M O C U P L A

H . M . C Á R D E N A S

J . H . F O R E R O

H . S . R U I Z

corriente recorre un material en el que existe un gradiente de temperaturas, además el efecto Th ompson tiene cierta relación con el efecto joule, producido por el choque que sufren las moléculas en un conductor por el que circula una corriente eléctrica, elevando la temperatura del mismo.

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ResumenEste trabajo de investigación presenta el diseño para el esta-

blecimiento de un modelo que conjuga el diseño de rutas de

distribución a varios clientes de un sistema, utilizando varias

fuentes del sistema (plantas de proceso u operadores logísti-

cos) con la asignación de carga o cantidades a transportar de

cada uno de éstos a los diferentes clientes, de manera que se

reduzcan los costos al máximo.

Se determinará su desarrollo mediante un ejercicio aplicativo

dentro de un sistema nodal en una cadena de abastecimiento

defi nida. Esto se hará con el fi n de mostrar la forma de uso y

los resultados que arroja dicho modelo en un entorno típico de

su aplicación.

Palabras clave: logística de distribución, programación lineal,

optimización, modelo de ruteo, modelo de transporte.

ESTABLECIMIENTO DEL MODELO DE RUTEO CON VARIAS FUENTES

CON ASIGNACIÓN DE CARGAS (caso aplicativo sector lácteo-

Colombia)

Ó S C A R J A V I E R H E R R E R A O C H O A *

AbstractThis research paper presents the design for the establishment

of a model that combines the design of distribution routes to

several customers in one system, using various sources of the

system (process plants or logistic operators), with the alloca-

tion of loading or amounts to carry each of these to different

customers so as to reduce costs as much as possible.

It will determine its development through an exercise of appli-

cation within a nodal system in a supply chain defi ned. This will

be done in order to show how to use and the results that model

throws in a typical environment of its application.

Key words: Logistics distribution, linear programming, optimi-

zation, model of route, model of transport.

ESTABLISHMENT OF MODEL OF ROUTE WITH SEVERAL SOURCES WITH ALLOCATION OF CHARGES (case application dairy industry, Colombia)

* Ingeniero industrial, tesista de la maestría en ingeniería industrial, UDFJC. Coordinador del Comité de investigación de ingeniera industrial, UCC, Bogotá. Docente catedrático en investigación de operaciones de la ECCI. Correo electrónico: [email protected].



ESTABLECIMIENTO DEL MODELO DE RUTEO CON VARIAS FUENTES CON ASIGNACIÓN DE CARGAS( C A S O A P L I C A T I V O S E C T O R L Á C T E O - C O L O M B I A ) Ó S C A R J A V I E R H E R R E R A O C H O A

INTRODUCCIÓN

Desde la perspectiva de la cadena de abastecimiento (Handfi eld y Nichols, 1999) donde “se debe armonizar todas las actividades asociadas con el fl ujo y transformación de bienes desde la etapa de las materias primas hasta el usuario fi nal en los dos sentidos, desde arriba y hacia abajo dentro de la cadena de abastecimientos”, es que se presentan difi cultades para las compañías encargadas de desarrollar la manipulación de sus productos a lo largo de la cadena, tra-yendo como consecuencia sobre costos de manejo logístico, especifi cados por la falta de una adecuada planeación de las rutas y fuentes a utilizar para el transporte óptimo de sus mercancías hacia sus clientes (Kumar, 2000).

De esta forma, se tiene el reto de planear y coordinar la distribución de las mercancías manejadas, dando solu-ción específi ca al problema de asignación de rutas de los diversos centros de procesamiento o de tráfi co de paquetes a los diversos centros de consumo o clientes dentro de la operación logística desarrollada por una fi rma o conjunto de empresas dentro de la cadena de abastecimiento, además de establecer dentro de este enfoque, las cantidades óptimas a transportar para que de esta manera se minimicen los costos asociados a dicha operación de distribución, y así se alcancen, en últimas, los dos objetivos que persigue toda actividad logística, que son la satisfacción de las necesidades de los clientes (internos y externos), así como la efi ciencia en las operaciones (Council Logistics Management, 1992), por ello es de gran importancia para regiones y sectores como los que tiene el sur de América, debido a las diversas posibilidades u opciones de transporte y ruteo a los diferen-tes clientes con que puede contar una empresa o un sector organizado en las condiciones de estos países.

Se determinara su desarrollo mediante un ejercicio aplicativo dentro de un sistema nodal en una cadena de abastecimiento defi nida (sector lácteo en Colombia). Esto se hará con el fi n de mostrar la forma de uso y los resulta-dos que arroja dicho modelo en un entorno típico de su aplicación.

MARCO TEÓRICO

Como es conocido, la principal fuente técnica para la toma de decisiones por su aplicación a la solución de problemas en localización de servicios en una comunidad, o la reducción de costos en un sistema de producción, etc., es la investigación de operaciones (Méndez, 2000), teniéndose de esta manera el mejor curso de acción (óp-timo) de un problema de decisión con la restricción de

recursos limitados. Cuando se habla de investigación de operaciones se asocia casi exclusivamente a la aplicación de técnicas matemáticas para representar por medio de un modelo y analizar problemas de decisión. Teniendo en cuenta este aspecto es que toma importancia la utilización de modelos matemáticos, los cuales son entendidos como representaciones matemáticas de situaciones reales que se podrían usar para entender mejor dichas situaciones o tomar mejores decisiones (Winston, 2005).

Por ello se abordará el establecimiento de un modelo que conjugue el diseño de rutas de distribución a varios clientes de un sistema, utilizando varias fuentes del sistema (plantas de proceso u operadores logísticos) con la asignación de carga o cantidades a transportar de cada uno de éstos a los diferentes clientes de manera que se reduzcan los costos al máximo, mediante los dos modelos ya existentes de ruteo y de transporte dentro de la disciplina de la investigación de operaciones.

Por otro lado y teniendo en cuenta las características del modelo propuesto, se explicitarán los parámetros de los modelos sobre los cuales se basará este último, tenién-dose de esta manera la combinación de los dos criterios del establecimiento de rutas a la vez que se determinan las cantidades óptimas a transportar, teniendo como limitantes o restricciones las mismas para cada uno de estos modelos, las cuales son:

· Restricciones de conectividad (modelo de ruteo); que establecen la asignación de las plantas de proceso u operadores logísticos a los diferentes clientes, debido a que éstos solo pueden ser abastecidos o atendidos por una de las plantas de proceso u operadores logísticos.

· Restricciones de recorrido (modelo de ruteo); que limitan los recorridos a seguir por cada una de las plantas de proceso u operadores logísticos debido a costos, distancias o tiempos máximos permitidos.

· Cantidad de unidades de productos disponibles por cada una de las plantas de proceso u operadores logísticos, (modelo de transporte).

· Cantidad de unidades de productos demandados por los diferentes clientes del sistema, (modelo de transporte).

ANTECEDENTES

MODELOS RELACIONADOS CON RUTASEste tipo de problemas han sido muy estudiados con

resultados publicados (Wren, 1999); se modelan como




problemas clásicos de optimización combinatoria, progra-mación lineal entera, y, en muchos casos, se resuelven en forma exacta.

El problema del diseño y optimización de rutas y fre-cuencias ha sido menos estudiado. (Baaj y Mahmassani, 1991) enumeran las siguientes difi cultades:

1. Formulación del problema: en defi nir las variables de decisión (en particular la elección de línea por parte del que transporta) y la función objetivo.

2. No linealidad y no convexidad del problema.3. Naturaleza combinatoria del problema, con variables

discretas.4. Múltiples objetivos: existe un trade-off principal-

mente entre los objetivos de los usuarios del sistema, y los operadores, lo que hace que pueda existir no una sola solución óptima, sino varias soluciones no dominadas. Una solución es no dominada cuando no existe otra solución que mejore la función en algún objetivo sin empeorar el resto.

5. Disposición espacial de las rutas: formalización de una buena disposición de ellas.

Las primeras herramientas de diseño óptimo de rutas y frecuencias surgen en la década de los setenta, basadas en ideas intuitivas, sin una formulación del modelo y su función objetivo, en algunos casos sin exploración del espacio de soluciones. En la década de los ochenta se formulan algunas funciones objetivo, y se incorporan nuevos parámetros tales como el cubrimiento de la demanda, factor de carga (propor-ción de pasajeros parados respecto a la cantidad de asientos) y transferencias de los buses (Axhausen y Smith, 1984). En la década de los noventa aparecen otros enfoques, como la utilización de meta-heurísticas y la exploración del espacio de soluciones. La facilidad de integrar módulos existentes y de incorporar interfases gráfi cas, estimula el desarrollo de nuevos métodos, los que se diferenciarán por su:

a. Adaptabilidad: respecto de los datos disponibles, principalmente aquellos relativos a la topología de la red de tránsito y a la demanda de viajes (matrices origen-destino);

b. Interactividad: con el usuario, de modo de permitir la incorporación de conocimiento humano (técnico humano) en el proceso de toma de decisiones;

c. Efi ciencia: calidad en los resultados y tiempos de procesamiento razonables;

d. Flexibilidad: en cuanto al horizonte de planifi cación, los primeros métodos refi rieron a planifi caciones de corto y mediano plazo.

Modelo del viajeroEl problema del viajante, más conocido como traveling

salesman problem (TSP) es uno de los problemas más estudiados en el campo de la optimización debido a sus características singulares (Watson et al., 1997). Básicamente consiste en encontrar la ruta mínima pasando por todos los puntos de una red, relacionados éstos mediante unas “distancias”. Estas distancias pueden estar dadas, principal-mente, en unidades de tiempo, espacio o costo. La idea es, por tanto, minimizar la suma de las distancias de los tramos de la ruta completa que permite recorrer todos los puntos partiendo de un origen, también llamado depósito.

Las aplicaciones del TSP, y de los problemas derivados de éste, tienen gran cantidad de aplicaciones prácticas, especialmente en el campo de la distribución de productos y servicios. De ahí la importancia que ha alcanzado en los últimos años el estudio de este tipo de problemas. Debido a este interés, han sido muchos los métodos y algoritmos que han aparecido en los últimos años con el fi n de encontrar las soluciones óptimas del TSP.

El TSP es un problema de tipo NP-Hard. Cuando el nú-mero de puntos de la red es alto, se hace inviable el empleo de algoritmos exactos para resolver este tipo de problemas, debido a la gran cantidad de tiempo que requieren para su resolución. Es en estos casos cuando se requiere otro tipo de algoritmos que proporcionen una solución aproximada a la óptima, cuyo tiempo de computación requerido sea menor, como son los algoritmos heurísticos, y más con-cretamente, los metaheurísticos, los cuales se describen en próximas secciones.

Para el caso concreto del problema TSP se ha empleado algoritmo genético para su resolución. Con el fi n de poder analizar los resultados encontrados por el mismo, se han desarrollado algoritmos heurísticos de búsqueda local empleados por otros autores en la resolución del problema TSP (Freisleben, 1996). Estos son los algoritmos: ahorros e inserción.

Algoritmos metaheurísticosEn los problemas de decisión que normalmente se pre-

sentan en cualquier ámbito industrial, empresarial o en la vida cotidiana, partimos de una serie de recursos escasos, o bien de unos requisitos mínimos que hay que cumplir, los cuales condicionan la elección de la mejor solución a nuestra decisión. Por lo general, esta solución ha de tomarse de forma óptima. Esto mismo expresado en términos mate-máticos sería optimizar una función objetivo (la decisión), sujeta ésta a una serie de restricciones (los recursos escasos o requisitos mínimos).




Cuando tanto la función objetivo y las restricciones son lineales, este tipo de problema se puede resolver mediante programación lineal. Dentro de esta disciplina cabe destacar el algoritmo simplex. En los problemas en los que las varia-bles de decisión sean enteras y, por lo general, el espacio de soluciones esté formado por ordenaciones o subconjuntos de números naturales, se emplean los denominados pro-blemas de combinación combinatoria.

En el caso particular en que el número de variables que intervienen en el modelo sea muy elevado, el algoritmo sim-plex deja de ser efi ciente, debido al tiempo necesario para encontrar la solución óptima del modelo. Estas inefi ciencias dadas en los algoritmos para encontrar la solución óptima al problema dio origen a los algoritmos que tratan de encon-trar de modo efi ciente una solución factible (que satisfaga las restricciones del problema) cercana al óptimo.

Este tipo de algoritmos se denominan heurísticos (del griego heuriskein). Estos pueden ser defi nidos como proce-dimientos simples, a menudo basados en el sentido común, que se supone ofrecerán una buena solución (aunque no necesariamente la óptima) a problemas difíciles, de un modo fácil y rápido (Zanakis y Evans, 1981).

Así pues, varios de los factores que pueden determinar la utilización de los algoritmos heurísticos para la resolución de un problema son: cuando no existe un método exacto de resolución o éste requiere de mucho tiempo de cálculo o memoria, en el caso en que no se necesite la solución óptima o los datos sean pocos fi ables, o bien como paso intermedio en la aplicación de otro algoritmo.

Existen diferentes tipos de métodos heurísticos, em-pleándose en ocasiones de forma conjunta, tales como los métodos constructivos, de descomposición, de reducción, de manipulación del modelo, de búsquedas por entornos, etc. En la resolución de determinados problemas, éstos se pueden emplear conjuntamente. Uno de los mayores inconvenientes con los que se enfrentan estos métodos es la existencia de óptimos locales que no sean absolutos, así como el conseguir hacerse independientes de la solución inicial de la que se parta.

La tendencia actual es desarrollar métodos generales para resolver clases o categorías de problemas, conocidos como procedimientos metaheurísticos. Estos algoritmos son una clase de métodos aproximados que están diseñados para resolver problemas difíciles de optimización combinatoria, en los que los heurísticos clásicos no son ni efectivos ni efi -cientes. Los metaheurísticos proporcionan un marco general para crear nuevos algoritmos híbridos combinando diferentes conceptos derivados de la inteligencia artifi cial, evolución biológica y mecanismos estadísticos (Osman y Kelly, 1996).

A continuación se describirán los principales métodos meta-heurísticos: algoritmos genéticos, redes neuronales, búsqueda tabú, GRASP, recocido simulado y búsqueda dispersa

Modelo de transporteEn primera instancia y dentro de las actividades más

destacadas de la logística, se tratará el tema de transporte de productos, insumos, materiales, etc., tanto a nivel interno como externo de la fi rma, teniéndose defi nido por supuesto inicial, los orígenes o fuentes y los lugares de demanda o destinos.

El objetivo de este modelo es transportar desde la fuente “i” hasta los destinos “j” al menor costo posible, esto se logra mediante una asignación básica inicial (SBI) y luego mejorar-la hasta llegar a una solución óptima (Méndez, 2000).

Los datos del modelo son:

1. Nivel de oferta en cada fuente y la cantidad de de-manda en cada destino.

2. El costo de transporte unitario de la mercancía a cada destino.

La suposición básica del modelo es que el costo de trans-porte en una ruta, es directamente proporcional al número de unidades transportadas. La defi nición de “unidad de transporte” variará dependiendo de la “mercancía” que se movilice. El esquema siguiente representa el modelo de transporte como una red con “m” fuentes y “n” destinos. Una fuente o un destino está representado por un nodo, el arco que une fuente y un destino representan la ruta por la cual se transporta la mercancía. La cantidad de la oferta en la fuente i es ai, y la demanda en el destino j es bj. El costo de transporte unitario entre la fuente i y el destino j es Cij.

El desarrollo de este modelo es mediante el uso de ma-trices unimodulares, las cuales cumplen con la característica de no divisibilidad de las variables, lo que lo hace uno de los modelos de programación entera más difundidos y uti-lizados para resolver este tipo de problemas de asignación y transporte a nivel logístico.




Es de aclarar que esta técnica puede ser reemplazada por el modelo Simplex de programación lineal con sus respectivas características, pero a diferencia de este último, el algoritmo de transporte facilita este procedimiento. Este procedimien-to comienza con la asignación de los costos unitarios de transporte dentro las matrices destinadas para esto.

Utilizando un algoritmo adecuado (método) se llegará a este propósito mediante una serie de pasos determinados por cada método.

Utilizando la técnica de programación lineal se estable-cen unas inecuaciones lineales como restricción del sistema, las cuales determinan los límites que pueden tomar las variables de decisión inmersas dentro de la función objetivo establecida inicialmente. De esta forma, y generalizando, se tiene (Vargas, 1990) que para “m” orígenes y para “n” destinos, se puede decir que la oferta es igual a lo llamado ai ∀ i = 1…m; y que la demanda del destino j es igual a lo llamado bj ∀ j = 1…n.

MODELO GENERAL.

Cij = Costo de transporte por unidad del origen i al destino j.

Xij = Cantidad de unidades transportadas del origen i al destino j.

Min Z: XijCijm

i

n

j∑∑

= =1 1 función objetivo [1]

aiXijn

j≤∑

=1 ∀ i =1, m restricción de capacidad [2]

bjXijm

i≥∑

=1 ∀ j = 1, n restricción de demanda [3]

0≥Xij Restricción de no negatividad [4]

Algo para resaltar en la utilización práctica, que se debe tener en cuenta con cualquier método que se utilice, es que el problema de transporte no siempre puede aislarse y resolverse dentro de sus propios límites. El transporte es tan sólo una parte de todo el sistema de distribución de la compañía.

Es muy difícil resolver el mejor programa de transporte en términos de servicio y bajo costo. Esa área de la empresa requiere de una constante atención para incorporar los

cambios que constituyan y una difícil tarea para cualquier grupo de investigaciones de negocios.

DISEÑO DE RUTAS CON ATENCIÓN A

CLIENTES DESDE VARIAS FUENTES

El objetivo de este modelo es diseñar unas rutas de distribución a varios clientes de un sistema, utilizando varias fuentes del sistema de manufactura (Torres, 2007), haciendo parte de las actividades de distribución, y por lo tanto teniéndose como elementos de minimización dentro del modelo los siguientes parámetros:

· Distancias· Tiempos· Costos

En dicho modelo se debe defi nir previamente un recorrido máximo en una unidad de distancia que deben realizar los operadores logísticos o centros de proceso.

Este parámetro se utiliza como restricción en el desarrollo funcional del sistema en su conjunto dentro de la red nodal establecida previamente. Cabe anotar que en este modelo, cada cliente debe ser atendido solo por un centro de proceso u operador logístico, de ahí que se establece la restricción de conectividad.

MODELO GENERAL

I = Operador logístico i = 1,…,m

J = Cliente j = 1,…,n

Dij = Recorrido entre el operador logístico i y el cliente j en unidad de distancia

Dmax = Distancia máxima permitida (restricción de recorrido)

Yij = Variable de decisión tipo binario donde; 1 si i sirve a j, ó 0 si i no atiende a j

Min Z: YijDijm

i

n

j∑∑

= =1 1 Función objetivo [5]

∑=

=m

iYij

11 ∀ j = 1, n Restricción de conectividad [6]




max1

DDijYijn

j=∑

=

∀ i =1, m Restricción de recorrido [7]

BinariaYij = [8]

MARCO METODOLÓGICO

Para el desarrollo del modelo del presente trabajo, se estableció la estructura matemática para cada uno de los modelos base sobre los cuales se desarrollará el modelo logístico de abastecimiento. Estas actividades se desarro-llaron mediante el establecimiento del marco teórico y conceptual.

Con base en estas estructuras, se determinó la integración modelar acorde con las características propias de cada uno de estos modelos, obteniéndose de esta manera la cons-trucción genérica del modelo en cuestión: modelo de ruteo con varias fuentes con asignación de cargas, y desarrollándose posteriormente una aplicación a un caso típico en el eslabón de distribución de la cadena de abastecimiento de lácteos para Colombia. Cabe aclarar que esta aplicación se llevó a cabo con información hipotética, pero basada en un estudio del sector lácteo para la sabana de Bogotá realizado por el autor en el año 2002. Se tomó como ilustración de este sector, ya que mantiene las características típicas refl ejadas en el modelo desarrollado.

DISEÑO DEL MODELO DE RUTAS CON

CARGAS PARA TRANSPORTAR

ESTRUCTURA GENERAL DEL MODELO De acuerdo con la estructura de cada uno de los mode-

los anteriormente esbozados, se establece una conjunción matemática entre éstos de la siguiente manera:

MODELO GENERAL. VARIABLES DE DECISIÓN:Xij = cantidad de unidades a transportar de un mismo

tipo, desde la planta de proceso i, al centro de consumo o cliente j dentro de la red nodal del sistema de abasteci-miento.

Yij = variable binaria que activa si toma el valor de 1, o desactiva si toma el valor de 0, la utilización de la planta de proceso i, al centro de consumo o cliente j dentro de la red nodal del sistema de abastecimiento.

Parámetros:Cij = Costo unitario de transporte del producto, de la

fuente o planta de proceso i, al centro de consumo o cliente j dentro de la red nodal del sistema de abastecimiento.

CFij = Costo fi jo de transporte de la planta de proceso i, al centro de consumo o cliente j dentro de la red nodal del sistema de abastecimiento.

Cmaxij = Costo máximo permitido por el transporte desde la planta de proceso i, al centro de consumo o cliente j dentro de la red nodal del sistema de abastecimiento.

ai = capacidad disponible para el abastecimiento de la planta de proceso i

bj = requerimiento de demanda por parte del centro de consumo o cliente j

Estructura Matemática:

Min Z: ∑∑∑∑= == =

+m

i

n

j

m

i

n

jCFijYijXijCij

1 11 1 Función objetivo [9]

11

=∑=

m

iYij ∀ j = 1, n Restricción de conectividad [6]

m1

CCFijYijn

j=∑

=

∀ i =1, m Restricción de costo máximo permitido [10]

∑=

n

jXij

1 ≤ ai ∀ i =1, m Restricción de oferta o

capacidad [2]

YijXijm

i∑

=1 ≥ bj ∀ j = 1, n Restricción de demanda

o mercado [11]

Xij ≥ 0 Restricción de no negatividad [4]

BinariaYij = [8]

La ecuación [11] no es lineal, lo cual hace que varíe el desarrollo del modelo en su funcionalidad, por lo cual esta ecuación se linealizará mediante la siguiente ecuación equiparable:




bi*YijXij − [12] Para todo el conjunto de términos de la sumatoria (si se activa la variable binaria Yij, entonces Xij toma el valor del vector de restricción). De esta manera se realiza para todas las ecuaciones de demanda mercado.

Para el caso de las restricciones de capacidad, se toma la restricción de condicionalidad con respecto al valor de la oferta o capacidad de los respectivos centros de proceso u operadores logísticos, como se maneja en el modelo gené-rico de transporte, teniéndose de esta manera el siguiente modelo general:

Min Z : ∑∑∑∑= == =

+m

i

n

j

m

i

n

jCFijYijXijCij

1 11 1 Función objetivo [9]

11

=∑=

m

iYij ∀ j = 1, n Restricción de conectividad [6]

max1

CCFijYijn

j=∑

=

∀ i =1, m Restricción de costo máximo permitido [10]

bi*YijXij − = 0 ∀ i =1, …,m y j = 1,…n Restricción de demanda o mercado linealizada, tomando como vector de restricción cada valor de la demanda. [12]

∑=

n

jXij

1 ≤ ai ∀ i =1, m Restricción de condicionalidad de la oferta, tomando como vector de restricción cada valor de la oferta o capacidad. [2]

Xij ≥ 0 Restricción de no negatividad [4]

BinariaYij = [8]

Se estableció un lenguaje de corrida computacional adecuado que tenga en cuenta las características modelares de esta integración; para ello se determinó su corrida en Solver de Excel por su sencillez y porque permite trabajar modelos linealizados al igual que de manera conjunta va-riables binarias como lo establece este modelo.

Ejemplo aplicativo:Se parte de establecer el esquema nodal de interrelación

entre los diferentes integrantes del sistema; plantas de pro-ceso u operadores logísticos (orígenes o fuentes) y centros de consumo o clientes del sistema (destinos).

Para esto, se desarrolló su aplicación a un caso de red nodal en la cadena de abastecimiento de lácteos en todo el territorio colombiano, específi camente en el eslabón de dis-tribución, teniéndose como caso típico y de ejemplo cuatro plantas de proceso u operadores logísticos los cuales pueden distribuir a once clientes intermedios, los que pueden ser abastecidos según su ubicación geográfi ca y cuyo esquema general que muestra esto se presenta a continuación:

Figura 1. Esquema general de distribución (caso de cadena láctea,

Colombia).

1

2

1

2

3

5 4

3

4

8

6 11

7

1

9

Fuente: autor del trabajo.

Los encerrados entre recuadros, hacen referencia a las fuentes (plantas de proceso), y los círculos, hacen referencia a los destinos (clientes). Por otro lado para la consecución de dicho modelo aplicativo, se requiere la siguiente infor-mación de entrada:

Tablas 1-2. Información de entrada (caso de cadena láctea, Colombia)





Como se había establecido anteriormente, los valores aquí señalados son hipotéticos (no provienen de la reali-dad) pero son basados según un estudio realizado en este sector (2002), específi camente de la sabana de Bogotá. Dentro de este estudio se determinaron las proporciones de los costos entre los diferentes participantes del eslabón distribución, que hacen de la cadena de abastecimiento (Orjuela y Calderón, 2003) en el estudio lácteo de la sabana de Bogotá. UDFJC.

Por otro lado, es de anotar que el valor de la oferta o capacidad de las plantas de proceso para este caso, debe ser mayor que el de la demanda por parte de los respec-tivos clientes, aunque puede ser igual siempre y cuando cumpla con los requerimientos de factibilidad del modelo en el sistema.

Tabla 3. Respuesta arrojada por el modelo (caso de cadena láctea,

Colombia).


De acuerdo con las características propias del modelo de ruteo, aquí se tiene una asignación excluyente para cada uno de los clientes del sistema, en donde solo una de las plantas de proceso podrá abastecer los requerimientos para un mismo cliente, a la vez que se establecen las cantidades a transportar para cada uno de éstos como se puede apreciar en la tabla anterior. A continuación se muestra el esquema general de transporte para este caso en particular:

Gráfi co 1. Esquema nodal del sistema (caso de cadena láctea, Colombia).


CONCLUSIONES

El diseño de este modelo logístico, permite establecer las rutas de distribución a seguir para suplir los requerimientos a varios clientes de un sistema plenamente establecido, utilizando varias fuentes del sistema (plantas de proceso u operadores logísticos), determinándose la asignación de carga o cantidad de unidades a transportar desde cada una de estas fuentes a los diferentes clientes, obteniéndose el óp-timo con respecto a los costos asociados a esta operación.

Como aporte importante, se encuentra que este tipo de modelo no se había establecido con anterioridad, tenién-dose como de gran ayuda para aquellas personas encargadas de establecer la logística de ruteo en las empresas dedicadas a esta actividad, más aun, en aquellas situaciones en las que se tiene una gran variedad de opciones para asignar la carga a transportar desde un centro de proceso, almacenamiento




temporal o centro de operación logístico hasta los diferentes centros de consumo o clientes del sistema. Por otro lado, este modelo tiene en cuenta las capacidades o disponibilidad de oferta de los diferentes centros de proceso o de almace-namiento que se tenga en dicho sistema, lo que facilita en un momento dado la toma de decisiones de forma ágil y certera frente a los óptimos que establecen los resultados arrojados por el modelo en cuestión.

Es de tener en cuenta por otro lado, que el modelo al contemplar costos fi jos de transporte, incluye las distancias de recorrido, tiempos y demás rubros inherentes en la valoración de manera constante en el transporte de las mercancías en el sistema, pero por otra parte, también contempla los costos variables de transporte, al manejar el valor unitario que implica la movilización de los productos desde cada centro de proceso o fuente a los diferentes centros de consumo o destino; teniéndose de esta manera, una integración de los elementos de costo que intervienen en el desarrollo de la actividad de transporte a lo largo de la cadena de suministro para una empresa dedicada a esta labor logística.

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ResumenEste artículo presenta la incidencia de la distribución en

planta de una empresa manufacturera en los costos logísticos

internos generados por el fl ujo de los materiales, desde que el

producto llega a bodega (materia prima) hasta que se convierte

en producto terminado. Se van a comparar dos distribuciones

diferentes para una misma planta, determinando cuál es la

más efi ciente y valorando los costos por medio del método

carga-distancia.

Para valorar las distribuciones se ha diseñado un aplicativo en

Excel que permite determinar las distancias entre los puestos de

trabajo partiendo de los centroides de cada uno de ellos (máximo

10) y para máximo 5 productos. Además, se deben ingresar los

costos de traslado por una unidad de carga y unidad de longitud,

y las demandas de los productos por unidad de tiempo.

Palabras clave: centroides, distribución en planta, logística,

método carga-distancia.

INFLUENCIA DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA EN LA LOGÍSTICA INTERNA

DE UNA EMPRESA MANUFACTURERA

H E R N A N D O A L E X A N D E R G U T I É R R E Z S Á N C H E Z *

AbstractThis paper presents the impact of the distribution in plant of

a manufacturing company in internal logistics costs gener-

ated by the fl ow of materials from which the product arrives

to winery (raw material) until it becomes a fi nished product.

It will compare two different distributions for the same plant,

determining what is the most effi cient and valuing cost through

load-distance method.

To assess distributions it has designed an Excel application

that helps to determine the distances between jobs basis of the

centroids of each of them (maximum 10) and up to 5 products.

In addition, it must enter the costs of relocation for a loading

unit and unit length and demands of products per unit of time.

Key words: Centroids, plant distribution, logistics, charge-

distance method.

INFLUENCE OF DISTRIBUTION IN PLANT IN THE INTERNAL LOGISTICS OF A MANUFACTURING COMPANY

* Ingeniero industrial de la Universidad Industrial de Santander UIS. Candidato a maestría en ingeniería industrial Universidad FJC; docente tiempo completo Universidad Cooperativa de Colombia. Ha sido docente medio tiempo de la Corporación Unifi cada Nacional CUN; Jefe de Producción de Calzado Klasse en Bucaramanga. Correo electrónico: [email protected]




INTRODUCCIÓN

A consecuencia de la apertura de los mercados y la globalización de las economías, cada día las empresas se ven enfrentadas al desafío de nuevos retos que les exige la “competencia”, con el propósito de mejorar las relaciones con los clientes y así lograr la fi delización del producto o servicio con el consumidor fi nal, siendo éste quien conso-lide su permanencia en el mercado.

Así mismo, para que una organización tenga las herra-mientas necesarias hacia el mejoramiento continuo, no solo debe establecer objetivos que incrementen las ventas y combinen sus productos, sino que deben incluir herra-mientas que reduzcan los costos y mejoren la productividad, determinando la forma en como cada uno de los colabo-radores desarrolla sus tareas. Por consiguiente, para lograr desarrollo en la economía de una región o de un país, es importante el impulso de la actividad logística, cuyo factor es clave para enfrentar la competitividad.

A partir de este concepto, es importante conocer el signifi cado de la logística y su gran aporte en el desarrollo y crecimiento de las organizaciones.

La logística (del inglés logistics, a su vez del francés lo-gistique y loger), es defi nida por la RAE como el “conjunto de medios y métodos necesarios para llevar a cabo la orga-nización de una empresa o de un servicio, especialmente de distribuciones” (Real Academia Española de la Lengua, 2001).

También es defi nida como, “El proceso de administrar estratégicamente la adquisición, traslado y almacenamiento de materiales, partes y productos terminados de los provee-dores a través de la organización y sus canales de comercia-lización, de tal manera que las utilidades actuales y futuras se incrementen al máximo mediante la entrega de pedidos que es efectiva en costo”. (Cristopher, 1999)

Según Council of Logistics Management, se defi ne como: “El proceso de planear, implementar y controlar, en forma efi caz y efi ciente el fl ujo y almacenamiento de bienes y servicios, y la información relacionada, desde el punto de origen al de consumo de modo de satisfacer los requerimientos del cliente”. Para este artículo esta es la defi nición que se va a tener en cuenta.

ANTECEDENTES

En el ámbito empresarial existen múltiples defi niciones del término logística que ha evolucionado desde la logística militar hasta el concepto del arte y la técnica que se ocupa de la organización de los fl ujos de mercancías, energía e información. La logística empresarial cubre la gestión y la

planifi cación de las actividades de los departamentos de compras, producción, transporte, almacenaje, manutención y distribución.

La logística como actividad empresarial es antigua, como se ha dicho, tiene sus orígenes en la actividad militar, quien desarrolló esta herramienta para abastecer a las tropas con los recursos (municiones, armas, etc.) necesarios para afrontar las largas jornadas y campamentos en sitios de guerra. Al ámbito empresarial trascendió desde hace por lo menos unas cuatro décadas y ha sido en éste donde se ha encontrado su mayor campo de desarrollo.

Por lo tanto, la logística busca gerenciar estratégicamente la adquisición, el movimiento, el almacenamiento de pro-ductos y el control de inventarios, así como todo el fl ujo de información, a través de los cuales la organización y su canal de distribución se encaminan a la maximización del valor de la empresa en cuanto su liquidez y rentabilidad, en términos de costos y efectividad.

Al tener en cuenta la defi nición de logística en la sec-ción anterior, esta se refi ere al fl ujo y almacenamiento de bienes y servicios. Si se enfoca toda la atención a los fl ujos de una organización, se evidencia que existen dos clases: la primera es el fl ujo de producto procesado o terminado de la empresa hacia su cliente o el fl ujo de materiales que provienen de los proveedores a ésta; el segundo es el fl ujo que existe dentro de la organización y se encuentra defi nido como los materiales que se transportan dentro de la planta desde el almacén de materias primas hasta el almacén de producto terminado.

El primer tipo de fl ujo o fl ujo externo (se realiza por fuera de las instalaciones de la organización), es el que se tiene generalmente en cuenta en la organizaciones y para eso hay técnicas como de programación lineal, heurísticas, entre otras, que permiten obtener resultados óptimos o muy cercanos al óptimo, teniendo como objetivo minimizar los costos.

El segundo fl ujo o fl ujo interno, es aquel que las organi-zaciones tienen en cuenta pero en muchas ocasiones no lo valoran o lo cuantifi can en dinero. En la siguiente sección se dispondrá del método carga-distancia, para valorar los costos en los que se incurren por traslado de productos en proceso de un puesto de trabajo en unidad de tiempo.

La distancia entre los puestos de trabajo va relacionada con respecto a la distribución de planta y a la secuencia que posee cada uno de los productos cuando se procesan en cada uno de ellos.

Por distribución en planta se entiende: “La ordenación física de los elementos industriales. Esta ordenación, ya practicada o en proyecto, incluye, tanto los espacios nece-



I N F L U E N C I A D E L A D I S T R I B U C I Ó N E N P L A N T A E N L A L O G Í S T I C A I N T E R N A D E U N A E M P R E S A M A N U F A C T U R E R A

H E R N A N D O A L E X A N D E R G U T I É R R E Z S Á N C H E Z

sarios para el movimiento de materiales, almacenamiento, trabajadores indirectos y todas las otras actividades o servicios, así como el equipo de trabajo y el personal del taller” (Muther, 1970)

El objetivo de la distribución en planta, es la ordena-ción de los medios productivos: trabajadores, materiales, maquinaria, mobiliario y servicios auxiliares (manteni-miento, transporte, etc.). Una buena distribución es aquella que consigue una ordenación de los distintos elementos que entran a formar parte del proceso de implantación de forma que ésta sea la más económica para el trabajo, a la vez que la más segura y satisfactoria para los empleados.

El método de carga-distancia se aplica para valorar los costos en que se incurren para diferentes distribuciones de la misma planta. A continuación se presenta el desarrollo del método carga-distancia.

MÉTODO CARGA-DISTANCIA

El método carga-distancia es una herramienta que per-mite medir el recorrido que deben realizar los productos para ser procesados en los diferentes puestos de trabajo en el departamento de producción, teniendo en cuenta las cantidades que se transportan y la unidades de carga que se manejan de cada uno de ellos (peso, unidades, cajas, estibas, etc.) por unidad de tiempo (días, semanas, meses, años).

Uno de los principios fundamentales de la distribución en planta es la de disminuir el manejo de materiales y los recorridos de los productos entre los puestos de trabajo para disminuir el inventario en proceso, el riesgo de daños de los productos y aumentar la utilización de la maquinaria y los operarios, ya que el transporte, carga y descarga de materiales no le agregan valor al producto.

Los parámetros para este método son los siguientes:

• Los centroides de cada puesto de trabajo (máximo 10), en coordenadas X y Y, tomando como referen-cia un punto cualquiera de origen que pertenezca a la planta.

• La unidad de carga a transportar de cada producto y las unidades que se fabrican por periodo de tiempo de cada tipo (semanal, mensual, anual).

• Los costos por unidad de tipo de producto incurridos por unidad de desplazamiento (Ejemplo: $/metro).

• Conocer la secuencia de cada producto (es decir el orden como rota el producto a través de los puestos de trabajo).

Con estos parámetros se calculan:

• Las distancias euclidianas (por medio del triángulo de Pitágoras) para cada par de puestos de trabajo.

• La distancia por unidad de cada tipo de producto des-de que se encuentra en el almacén de materia prima hasta que llega al almacén de producto terminado.

• Se calculan los costos totales por tipo de producto (incluyendo el volumen a transportar por tipo de producto.

• Se calcula el costo total en que se incurre concernien-te al manejo y transporte para los diferentes tipos de productos que se fabrican en la planta para una determinada distribución.

CÁLCULOS DE LOS CENTROIDESLos puestos de trabajo pueden ser rectangulares, trian-

gulares o circulares. A continuación, se explica cómo hallar el centroide según la forma de éste.

Figura 1. Cuadrado o rectangular.

b

a

Si el puesto de trabajo es cuadrado o rectangular su centroide en el eje de las abcisas es a/2 y en el eje de las ordenadas es b/2. Tomando de referencia la esquina inferior izquierda de la fi gura.

Figura 2. Triangular.

Para el centroide de un puesto de trabajo con la forma del triángulo anterior es en la abcisa c/2 y en la ordenada b/3, teniendo como referencia el punto inferior izquierdo de la fi gura.




Si tenemos el siguiente triángulo:

Figura 3. Triángulo.

El centroide es en la abcisa 2/3 de c y 1/3 de b en la

ordenada, teniendo como referencia el punto izquierdo inferior de la fi gura.

Figura 4. Círculo.

El centroide del círculo es en la abcisa r/2 y en la or-denada r/2 tomando como referencia el punto de corte la tangente vertical al lado izquierdo del círculo y la tangente horizontal debajo de éste.

Para ingresar al aplicativo en excel los centroides de cada puesto de trabajo deben primero tomar un punto de referencia u origen en plano de la planta y, basado en éste, hallar los centroides para cada uno de ellos.

COSTOS DE TRASLADO POR UNIDAD DE CARGAEstos costos hacen referencia al dinero que se invierte en

los mecanismos de transporte y mano de obra para desplazar las unidades de carga de cada uno de los productos que se fabrican de un puesto de trabajo a otro.

Las unidades de los costos son unidades monetarias por unidad de carga por producto y unidad de desplazamiento (ejemplo: $/estiba*metro, dólares/caja*metro).

VOLUMEN DE CADA PRODUCTOEs la defi nición de la cantidad de unidades de carga

que se procesan en la fábrica por unidad de tiempo. Las unidades del volumen están dadas por cajas/mes, tn/día, estibas/año.

SECUENCIA DEL PROCESOLa secuencia del proceso es el orden en el que se trans-

forma cada tipo de producto desde que comienza como materia prima hasta que se convierte en producto termi-nado. Esa secuencia se expresa por la descripción en orden, de los puestos de trabajo por los cuales pasan los materiales e insumos para convertirse en bienes. No siempre todos los productos poseen la misma secuencia y esto se evidencia cuando tenemos una distribución por procesos, la cual es utilizada en la industria metalúrgica, en donde se realizan bienes que requieren puestos o centros de trabajo en di-ferente orden y la difi cultad radica en la programación de la producción.

Para la validación del software se van a tener en cuenta dos distribuciones por proceso hipotéticas de la misma plan-ta que poseen 6 puestos de trabajo y 3 tipos de productos con diferente secuencia.

APLICATIVO EN EXCELExcel es una hoja de cálculo que nos permite realizar opera-

ciones matemáticas, lógicas y diseñar cuadros para encontrar resultados en un menor tiempo y con menor esfuerzo.

Para resolver el método carga-distancia se utilizó esta he-rramienta y por medio de fórmulas y la lógica se estableció un aplicativo donde se resuelven todas las operaciones para valorar distribuciones en planta con máximo 10 puestos de trabajo y para 5 productos.

El aplicativo cuenta con 6 hojas de cálculo, en donde cada una de ellas contiene:

• En la primera hoja de cálculo se encuentra el menú con 5 opciones que son: datos iniciales, secuencia, cálculos de distancia, cálculos de recorridos y cálculos de recorridos y costo por producto y total. Al dar click en alguna de estas 5 opciones será enviado a la hoja correspondiente.

Figura 5. Aplicativo de excel para calcular distancia.

1

2

3

4

5

APLICATIVO PARA CALCULAR DISTANCIAS Y COSTOS DEL FLUJO DE MATERIALES EN UN PERIODO DETERMINADO

CALCULOS DE DISTANCIA

CALCULOS DE RECORRIDOS

CALCULOS DE RECORRIDO Y COSTOS POR PRODUCTO Y TOTAL

MENU

DATOS INICIALES

SECUENCIA





• La segunda hoja son los datos iniciales en donde se introduce la siguiente información: los centroides de cada uno de los puestos de trabajo en coordenadas X y Y; las unidades (unidad de carga) por producir al mes de cada uno de los productos; y el costo por trasladar una unidad de producto por unidad de longitud.

Tabla 1. Datos iniciales aplicativo de Excel.

Por favor ingrese los centroides en coordenadas X y Y de cada puesto de Trabajo (A, B, …..J)

Ingrese las unidades a producir de cada producto (1,2, … 5) y el costo por trasladar una carga unitariade cada producto por unidad de longitud

X Y

A 1B 2C 3D 4E 5FGHIJ

DATOS INICIALES

PRODUCTOS

UNIDADES A

PRODUCIR POR MES

COSTO POR TRASLADAR UNA

UNIDAD DEL PRODUCTO (i),

POR UNIDAD DE LONGITUD

INFORMACION SOBRE LOS PUESTOS DE TRABAJO INFORMACION ACERCA DE LOS PRODUCTOS

PUESTO DE TRABAJO

CENTROIDE C(X,Y)

• La tercera hoja es la secuencia y es donde se introduce para cada uno de los productos el orden en que rota el producto por los diferentes puestos de trabajo. El procedimiento para llenar la secuencia es poner el número 1 en la casilla en la que se intercepta el puesto de trabajo donde se encuentra el producto inicialmente (estos los representan las fi las de la matriz) y el puesto de trabajo donde debe llegar éste (representado por las columnas). Cada producto tiene su matriz correspondiente para la secuencia. Esta información es un parámetro inicial y debe ser ingresado.

Tabla 2. Secuencia de los productos.

Debe tener en cuenta que las filas (lo naranjado) corresponden a los puestos desdedonde van a partir los productos. Las columnas corresponden a donde van a llegar los productos.Debe poner el número 1 en la casilla correspondiente.

Ejemplo: La secuencia de un producto es 1-4-6-8. Debe poner el primer 1 en la casilla (1,4), el otro 1 en la casilla (4,6) y el último 1 en la casilla (6,8).

Cada producto le corresponde una matriz determinada

PUESTO DE

TRABAJO (j,k) A B C D E F G H I JA 1BCD 1EF 1GHIJ

SECUENCIA

MATRIZ DESDE HACIA PARA EL PRODUCTO 1

• La cuarta hoja es cálculo de las distancias, en la cual se halla por medio de la fórmula de distancias eucli-dianas el recorrido de cada par de centroides de los puestos de trabajo.

Tabla 3. Cálculo de las distancias.

En el siguiente cuadro se muestran las distancias calculadas para ir de un puesto de trabajo a otro.

PUESTOS DE

TRABAJO

DISTANCIAS Djk

PUESTOS DE

TRABAJO

DISTANCIAS Djk

A-B 0,0000 D-E 0,0000A-C 0,0000 D-F 0,0000A-D 0,0000 D-G 0,0000A-E 0,0000 D-H 0,0000A-F 0,0000 D-I 0,0000A-G 0,0000 D-J 0,0000A-H 0,0000 E-F 0,0000A-I 0,0000 E-G 0,0000A-J 0,0000 E-H 0,0000B-C 0,0000 E-I 0,0000B-D 0,0000 E-J 0,0000B-E 0,0000 F-G 0,0000B-F 0,0000 F-H 0,0000B-G 0,0000 F-I 0,0000B-H 0,0000 F-J 0,0000B-I 0,0000 G-H 0,0000B-J 0,0000 G-I 0,0000C-D 0,0000 G-J 0,0000C-E 0,0000 H-I 0,0000C-F 0,0000 H-J 0,0000C-G 0,0000 I-J 0,0000C-H 0,0000C-I 0,0000C-J 0,0000

CALCULO DE LAS DISTANCIAS

• La quinta hoja es la asignación de recorridos, en la cual el aplicativo en las casillas donde se colocaron los unos (en la secuencia) aparecen los valores correspon-dientes a las distancias entre los puestos de trabajo. En la casilla del total aparece el total de recorrido que debe realizar una de carga de producto.

Tabla 4. Asignación de recorridos.

PUESTO DE TRABAJO

(j,k) A B C D E F G H I J TOTALESA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0D 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0G 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0I 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0J 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

TOTAL 0

ASIGNACION DE RECORRIDOS

MATRIZ DESDE HACIA PARA EL PRODUCTO 1

• La sexta hoja es cálculos de recorridos y costo por producto y total, en donde se muestra el volumen a producir del producto por mes, la distancia recorrida por unidad de producto, el costo por trasladar una unidad de producto en la planta, distancia total recorrida por producto, costo total por producto y costo total por transporte de todos los productos.




Tabla 5. Resultados.

PRODUCTO (i)CANTIDAD A

PRODUCIR EN EL MES (Vi)

DISTANCIA A RECORRER POR

UNIDAD DE PRODUCTO (DRUi)

COSTO DE TRASLADAR UNA

UNIDAD DE PRODUCTO (I) POR

LA PLANTA (CU)

DISTANCIA TOTAL RECORRIDA POR

PRODUCTO (DTRi)

COSTO TOTAL POR PRODUCTO

(i)

1 0 0 0 0 02 0 0 0 0 03 0 0 0 0 04 0 0 0 0 05 0 0 0 0 0

00

0 10 2

DISTANCIA RECORRIDA TOTAL (DTR)COSTO TOTAL

RESULTADOS

PRODUCTO CON MENOR RECORRIDOPRODUCTO CON MAYOR RECORRIDO:

A continuación se muestra la metodología planteada para el cálculo de los costos asociados por el fl ujo interno de los materiales por la planta en un periodo determinado.

METODOLOGÍA PARA HALLAR LA DISTANCIA

RECORRIDA Y LOS COSTOS DE LOS

PRODUCTOS EN LA PLANTA POR PERIODO

DE TIEMPO

Los pasos que se deben seguir para hallar la distancia recorrida total de los productos y los costos asociados al manejo de estos son:

1. Hallar el centroide de cada puesto de trabajo. Luego hay que ubicar todos los centroides en un plano cartesiano X y Y partiendo de un punto de origen, para que sean parte de los datos iniciales.

2. Recolectar los siguientes datos: centroides obtenidos en el anterior paso (C(X,Y)), el volumen de los pro-ductos por unidad de tiempo (Vi, Ej. tn/mes, etc.) o las cargas unitarias que se trasladan por unidad de tiempo y el costo por unidad transportada en la planta de cada producto i y por unidad de longitud (CUi).

3. Defi nir la secuencia por donde pasa cada uno de los productos, hasta que se convierte en producto ter-minado. Cada matriz corresponde a la secuencia de un solo producto, donde las fi las representan dónde se encuentra el producto y las columnas hacia dónde se va a dirigir el producto.

4. Cálculo de las distancias entre cada uno de los pues-tos de trabajo:

Se parte de dos centroides Cj(Xj; Yj) y Ck(Xk; Yk)

( ) ( )22 YkYjXkXjDjk −+−=

Djk = es la distancia en unidad de longitud de cada puesto de trabajo j hacia un puesto de trabajo k.

Donde j son los puestos de trabajo donde se en-cuentra el producto tipo i y k son los puestos de trabajo a donde se va a trasladar el producto i para ser procesado.

i = 1,2,3,4 y 5 j = 1,2, …. m ; donde m es máximo 10 k = 1,2, …. m ; donde m es máximo 10 Para todos los j=k las Djk=0 Se deben calcular todas las distancias entre todos los

centroides de los puestos de trabajo. 5. Asignación de recorridos y cálculo de recorrido por

unidad de producto i: en cada una de las casillas por donde se señaló que pasaba cada uno de los pro-ductos, se le asigna el recorrido de trasladarse de un puesto de trabajo a otro por unidad o carga unitaria del producto i (i=1,2, 3, 4 y 5). Luego se procede a sumar todos los recorridos por cada producto i.

DRUi: distancia total recorrida por unidad de producto i

∑∑= =

=m

j

m

kDjkDRUi

1 1

Para cada i donde i= 1, 2, 3, 4 y 5 Cálculo total de los recorridos por cada producto: DTRi: distancia total recorrida por producto i

ViDRUiDTRi *=

Donde Vi, son las unidades o cargas que se trans-portan por unidad de tiempo para cada producto i

6. Se procede a calcular el CTi. CTi: costo total por trasladar todas las unidades o

cargas unitarias por cada producto i.

DTRiCUiCTi *=

CUi: es el costo de trasladar una unidad del producto i por la planta.

DRT: distancia total recorrida por unidad de tiempo





∑=

=5

1iDTRiDRT

CT: costo total por manejo de materiales

∑=

=5

1iCTiCT

Esta metodología va a ser aplicada en el siguiente ejercicio hipotético:

EJERCICIOLa compañía Búcaros S.A. produce un ensamblado que

consta de un bastidor, una barra y un cojinete. En la com-pañía se fabrican los tres productos y luego se ensamblan. Cada barra debe procesarse en los siguientes puestos de trabajo: forjado, taladrado, esmerilado, troquelado y en-samblado. Cada bastidor requiere de los siguientes puestos de trabajo para ser fabricado: forjado, taladrado, fresado, troquelado, esmerilado y ensamble. Cada cojinete debe procesarse en los siguientes puestos de trabajo: troquela-do, taladrado, fresado, esmerilado y ensamble. Debido al tamaño de las piezas cada una de ellas se traslada una por una; se incurre en un costo de $500, $400 y $450 por una barra, un bastidor y un cojinete, respectivamente. Como la empresa vende las piezas ensambladas las demandas de éstas son de 100 unidades al mes. A continuación se muestran las dos distribuciones a evaluar:

Figura 6. Distribución A.

Figura 7. Distribución B.

15

10 10 10 12

2

1 5

3

4 6 15

A B

D C

A cada puesto de trabajo se lo representa un número y éstos son:

• Forja: 1• Troquelado: 2• Fresado: 3• Taladrado: 4• Esmerilado: 5• Ensamble: 6

Determine cuál es la distribución que tiene menores costos de transporte y manejo de materiales.

SOLUCIÓNTeniendo en cuenta la metodología antes mencionada:

1. Se hallan los centroides para cada puesto de traba-jo de cada una de las distribuciones, teniendo en cuenta un punto de origen que va a ser el punto A para cada plano.

Tabla 7. Centroides de la distribución A y B.

PUESTO DE TRABAJO

CENTROIDE DISTRIBUCION

A

CENTROIDE DISTRIBUCION

B1 (2,5;15) (5;7,5)2 (7,5;15) (5;22,5)3 (15;15) (20;7,5)4 (25;15) (20;22,5)5 (36;22,5) (36;7,5)6 (36;7,5) (36;22,5)

2. Luego se determinan los volúmenes de producción por periodo de tiempo, en este caso para un mes y los costos de transporte.




A continuación se presentan los datos:

Tabla 8. Datos iniciales.

Producto Volumen

Costo de trasladar una

unidad de producto (I) por la planta (CU)

Barra 100 500Bastidor 100 400Cojinete 100 450

Los volúmenes de producción de cada uno de los productos son iguales ya que para el ensamblaje se necesita una unidad de cada uno de ellos. Los cos-tos de traslado por unidad de longitud ($/m) son independientes al tipo de distribución, si tenemos en cuenta que usamos los mismos recursos para el transporte.

3. Después se determina la secuencia de los respectivos productos y ésta se muestra a continuación:

Tabla 9. Secuencia de los tres productos.

Producto VolumenBarra 1-4-5-2-6

Bastidor 1-4-3-5-6Cojinete 2-4-3-5-6

Al determinar la secuencia de cada uno de los pro-ductos se tiene toda la información de entrada para utilizar el aplicativo en excel.

4. Se hallan las distancias entre los puestos de trabajo y éstas se muestran a continuación:

Tabla 10. Cálculo de distancias entre los puestos de trabajo.

PUESTOS DE

TRABAJO

DISTANCIAS Djk

PUESTOS DE

TRABAJO

DISTANCIAS Djk

1 a 2 5,0000 4 a 5 13,31351 a 3 12,5000 4 a 6 13,31351 a 4 22,5000 4 a 7 #¡VALOR!1 a 5 34,3293 4 a 8 #¡VALOR!1 a 6 34,3293 4 a 9 #¡VALOR!1 a 7 #¡VALOR! 4 a 10 #¡VALOR!1 a 8 #¡VALOR! 5 a 6 15,00001 a 9 #¡VALOR! 5 a 7 #¡VALOR!

1 a 10 #¡VALOR! 5 a 8 #¡VALOR!2 a 3 7,5000 5 a 9 #¡VALOR!2 a 4 17,5000 5 a 10 #¡VALOR!2 a 5 29,4703 6 a 7 #¡VALOR!2 a 6 29,4703 6 a 8 #¡VALOR!2 a 7 #¡VALOR! 6 a 9 #¡VALOR!2 a 8 #¡VALOR! 6 a 10 #¡VALOR!2 a 9 #¡VALOR! 7 a 8 #¡VALOR!

2 a 10 #¡VALOR! 7 a 9 #¡VALOR!3 a 4 10,0000 7 a 10 #¡VALOR!3 a 5 22,2991 8 a 9 #¡VALOR!3 a 6 22,2991 8 a 10 #¡VALOR!3 a 7 #¡VALOR! 9 a 10 #¡VALOR!3 a 8 #¡VALOR!3 a 9 #¡VALOR!

3 a 10 #¡VALOR!

Aquellas casillas que aparecen con error son puestos de trabajo que no existen, por eso no se pueden calcular esas distancias.

5. Las distancias para cada unidad de producto se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 11. Distancia recorrida por unidad de carga de cada producto.

Producto VolumenBarra 94.754

Bastidor 69.799Cojinete 64.79

Total 164.553

Para una barra, un bastidor y un cojinete se debe transportar en total 164.553 metros el ensamble.

6. El aplicativo calcula los costos y se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 12. Resultados de la distribución A.







LA PLANTA (CU)


PRODUCTO (DTRi)


(i)

BARRA 100 94,75417507 47377,08753 9475,417507 4737708,753BASTIDOR 100 69,79910312 27919,64125 6979,910312 2791964,125COJINETE 100 64,79910312 29159,5964 6479,910312 2915959,64

0 0 0 0 00 0 0 0 0

22935,2381310445632,52

9475,417507 BARRA6479,910312 COJINETE


RESULTADOS


En la tabla se puede observar que para la distribución





A se incurre en un costo de $10’445.632 para fabricar los 100 ensambles.

Ahora se evalúa la planta B y la tabla se muestra a continuación:

Tabla 13. Resultados de la distribución B.







LA PLANTA (CU)


PRODUCTO (DTRi)


(i)

BARRA 100 108,5832664 54291,63318 10858,32664 5429163,318BASTIDOR 100 67,21320344 26885,28137 6721,320344 2688528,137COJINETE 100 61 27450 6100 2745000

0 0 0 0 00 0 0 0 0

23679,6469810862691,45

10858,32664 BARRA6100 COJINETE


RESULTADOS


El costo en el que se incurre para esta distribución es de $10’862.691,45. Si se comparan las dos distri-buciones se puede evidenciar que el recorrido de la barra aumenta de 9.475.417 a 10.858.326 metros de A a la B, lo contrario sucede con los otros dos productos en los cuales se disminuye el recorrido de A a B.

La distribución que incurre en menos costo por el fl ujo interno en la planta es la A.

CONCLUSIÓN

Existen dos fl ujos importantes: el externo y el interno, sin embargo, el segundo es poco valorado y puede haber una oportunidad de mejora potencial en este lugar para las empresas manufactureras. La mejora se evidencia en el ahorro de dinero concerniente al transporte y manejo de materiales dentro de la planta y esto va relacionado íntima-mente con la distribución de la planta que se tenga.

Para valorar la mejor alternativa en cuanto a la distribu-ción de planta, se tiene en cuenta el volumen de producción de cada uno de los productos por unidad de tiempo, los costos de transporte interno por unidad de carga y unidad de longitud y la ubicación cartesiana de los puestos de trabajo de la planta para las diferentes disposiciones.

El parámetro más complicado de calcular sería el costo en el que se incurre por transporte y manejo de materia-les, pero es ahí donde se requiere la destreza de ingenieros industriales que determinen los costos específi cos de cada uno de los productos y que tengan en cuenta característi-cas tales como la unidad de carga, el peso, la forma y las especifi cidades del producto.

Debido a las tendencias de globalización y la compe-tencia cada vez más crítica en todos los mercados, se hace indispensable que los ingenieros industriales identifi quen los puntos neurálgicos de mejora en las diferentes secciones de la empresa y usen herramientas como excel, y software de programación para hacer los cálculos pertinentes para mejorar su productividad, en donde se impacten las utili-dades y la rentabilidad de la organización.

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TOMPKINS, J. A., WHITE, J. A., BOZER, Y. y TANCHOCO, J. M. A. 2007. Planeación de las Instalaciones. 3 edición. Editorial Th ompson.


ResumenEste artículo pretende formular una metodología de desarrollo

de programas de software, tomando como ejemplo el diseño

de aplicaciones orientadas a internet. Para ello, combina técni-

cas de implementación de tecnología web con la metodología

de estimación y gestión planteada por Pressman, en procura

de disminuir los riesgos de programación, aumentar el control

y seguimiento de proyectos y garantizar el éxito de cualquier

proceso de sistematización orientado a la web.

Palabras clave: internet, métricas, software.

PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL DESARROLLO DE

PROGRAMAS DE SOFTWARE EN CONTEXTOS WEB

J A V I E R D A R Í O F E R N Á N D E Z L E D E S M A *M A R C O S A L E X I S H I N C A P I É C I F U E N T E S * *F A N N Y R A Q U E L P E R E A M E S A * * *

AbstractThis article, give to formulate a methodology for the develop-

ment software programs, this give examples for designs into

applications in the web, it combine the implements technics

into web with the methodology classic of estimation and

planner, procurated to down the risk, the high the control and

to follow projects and to garentice the win of others systems

process in the web.

Keywords: internet, metrics, software.

THE METHODOLOGY PROPOURSE FOR DEVELOPMENT SOFTWARE PROGRAMS INTO WEB CONTEXT

* Profesor Ingeniería de Sistemas, Universidad Cooperativa de Colombia, sede Medellín, Grupo de Investigación: Sistemas en Operaciones y Desarrollo Aplicado (SODA). Correo electrónico: ingenierojdfl @gmail.com, ingenierojdfl @yahoo.com.

** Ingeniero Industrial, Universidad de Antioquia. [email protected]*** Ingeniera Industrial, Universidad de Antioquia. [email protected]



P R O P U E S T A M E T O D O L Ó G I C A P A R A E L D E S A R R O L L O D E P R O G R A M A S D E S O F T W A R E E N C O N T E X T O S W E B

J A V I E R D A R Í O F E R N Á N D E Z L E D E S M A

M A R C O S A L E X I S H I N C A P I É C I F U E N T E S

F A N N Y R A Q U E L P E R E A M E S A

INTRODUCCIÓN

Con el presente artículo se pretende armonizar los dife-rentes aspectos que constituyen una propuesta de desarrollo de aplicaciones web orientadas a la gestión. Las diferencias son muy marcadas y afectan a todas las fases del proceso. El método de gestión recomienda utilizar los procesos que otras metodologías tienen defi nidos y lograr entregar una estructura que responda en defi nitiva con la especifi cación y los requerimientos del usuario en un ambiente de com-prensión tanto por quien contrata el desarrollo como por quien cumple la función de la implementación.

UNA METODOLOGÍA ORIENTADA A LA GESTIÓN: APLICACIÓN METODOLÓGICA EN EL DESARROLLO DE UN ENTORNO WEB

Ámbito del proyectoEl sistema para manejo de clientes desde un sitio web

permite que un usuario, que se encuentre conectado a inter-net y que visite la página de una organización, pueda recibir información escrita y gráfi ca de la empresa, y reconocer sus procesos y productos por medio de catálogos. Además, que pueda inscribirse para obtener rebajas, descuentos, mayor información de productos, catálogos especiales o realizar compras en línea, seleccionando el tipo de producto que desea obtener del catálogo mostrado y diligenciando un formulario que contenga sus datos personales, la forma de pago y los requerimientos de entrega del producto o la información que solicita. En el formulario también puede colocar observacio-nes o comentarios referentes al producto o la empresa.

Esta información es enviada a través de la red al servi-dor de la empresa, donde se procesa, verifi ca y decide, por parte de los administradores, qué respuesta dar al usuario en cuanto a los requerimientos de información o de pro-ductos, enviando un mensaje directo de confi rmación de la transacción.

De esta manera, el usuario es registrado como visitante una vez que ingresa a la página. Este servicio que se puede solicitar al servidor de servicios de internet contratado con la empresa por medio del rastreo de la dirección IP, al igual que el registro del tiempo que permanece explorando la página, datos que pueden ser útiles a la hora de evaluar la efectividad de la presentación de la información y del marketing de la empresa. Adicionalmente, el usuario puede clasifi carse como inscriptor, si voluntariamente decide llenar el formulario que lo cataloga así, colocando sus datos per-sonales y de ubicación, defi niendo si desea ser comprador, proveedor o distribuidor asociado de los productos que ofrece la empresa en el espacio libre para comentarios.

Si el usuario desea ser comprador, debe llenar un formato más en el que especifi que las condiciones del producto, la referencia, la cantidad, la fecha esperada de entrega y las especifi caciones especiales. Al enviar esta información se generan y almacenan las diferentes bases de datos, las cuales modifi can directamente la página, especialmente si la orden ha sido de compra. Así, se cambian las existencias del producto en el catálogo, lo que, a la vez, genera las órdenes de compra o pedidos para ser despachados con sus respectivos comprobantes, luego de haber verifi cado la información del usuario.

Funciones principales

Las principales funciones de la aplicación metodoló-• gica en el desarrollo de un entorno web son:Mantener activo el sistema.• Validar al usuario.• Entregar información de la empresa y los productos.• Generar catálogo.• Inscribir al usuario.• Recoger los datos de los usuarios.• Enlazar o alimentar el sistema con los datos.• Generar la Base de Datos del UsuarioDEFINIR LA • BD (BD) del usuario.Confi rmar la transacción.• Generar pedido.• Generar factura.• Seleccionar productos.• Generar la información del producto.• Generar información de pago.• Generar la fecha de entrega del producto.• Generar inventario•

Funciones secundariasA continuación se relacionan las funciones secundarias

de aplicación metodológica en el desarrollo de un entorno web son:

Colocar sugerencias y especifi caciones adicionales • del producto o la empresa.Actualizar información de la página.• Actualizar información del producto específi co.• Actualizar o modifi car el catálogo, la página o la BD.• Modifi car, suprimir o enviar información.• Generar el reporte de usuarios nuevos, usuarios • compradores y usuarios inscritos.Cambiar datos o campos del usuario de la empresa.• Validar contraseña del administrador de la empresa.• Actualizar inventario.•




ELEMENTOS DEL DISEÑO

Página principal Contenido. Título de la empresa, eslogan de ventas,

información general de la empresa (escrita), gráfi ca de un producto en promoción con la especifi cación y precio

Enlaces para. Catálogo, inscripción, compra, relaciones, comentarios, puntos de venta.

CatálogoContenido. Diseños gráfi cos del producto, referenciados

con su número de serie o código de barras al que se le vin-cula precio, proveedor, características del material, tamaño, brillo, cantidad de existencias, marca, tipo de descuento, garantía, entre otros.

Tipo de formulariosFormulario para inscriptores. Usuarios que deseen

obtener mayor información del producto, de la forma de pago y la entrega. Contiene sólo algunos datos personales como nombre, apellido, dirección de correo electrónico, tipo de información que solicita, comentario.

Formulario de relaciones. Para usuarios inscriptores que deseen hacer nuevos negocios con la empresa, como com-pradores mayoristas, distribuidores o proveedores. Contiene: datos del suscriptor, datos de la empresa interesada, tipo de relación que desea establecer, información que desea recibir, correo electrónico, nit, comentario, entre otros.

Formulario para compradores. Para los clientes que deseen comprar directamente un producto. Contiene datos personales: nombre, apellido, dirección IP, correo electró-nico, dirección de entrega de producto, ubicación, estado, país, teléfono, correo, especifi caciones de pago, número de tarjeta de crédito, banco, fecha de entrega.

BASE DE DATOSTodos los campos de los formularios deben estar conteni-

dos en la base de datos que se genere a partir de los mismos; además de los datos de los responsables de la información en la empresa y de las órdenes generadas de acuerdo con la especifi cación y el tipo de producto.

MensajeEn éste se agradece al usuario haber confi ado en la empresa

por el hecho de colocar sus datos y se le reporta el vínculo correspondiente para encontrar la información solicitada.

PeticionesÉstas se hacen con el fi n de validar al usuario o confi r-

mar cuál es realmente la información que solicita. Éstas pueden ser:

Peticiones de contraseñas para la alteración de la infor-mación.

Peticiones para confi rmar el ingreso de un dato reciente, como direcciones, números de identifi cación o tarjetas de crédito.

Confi rmación de la orden de envió de datos.Verifi cación del diligenciamiento de todos los campos

del formulario.

EnlaceCuando el usuario hace click en el botón de enviar, el

sistema debe permitir que la información suministrada llegue a la empresa; de esta manera se alimenta la base de datos y se activa el sistema de respuesta al usuario. Para esto, debe existir un enlace en un lenguaje de programa-ción adecuado, compatible con los programas de creación tanto de la página como de la BD, es aquí donde realmente está el sentido del programa, de su funcionabilidad y confi abilidad.

Ya que se están manejando algunos datos personales de carácter privado, se exige mayor seguridad del sistema, pues cuando se utiliza la conectividad de bases de datos a través de internet, es preciso utilizar un protocolo de seguridad. Por ejemplo, el protocolo SSL ofrece privacidad a través de redes, utilizando una combinación de criptografía de clave pública y cifrado de datos en masa. Cuando se utiliza este protocolo, los clientes y los servidores pueden comunicar-se a la vez que se impide la falsifi cación, manipulación o suplantación de mensajes.

Para conseguir máxima efi cacia, los formularios que solicitan información confi dencial se deben almacenar en un directorio sin SSL, aunque confi gurado para que la información confi dencial vaya a un directorio con SSL. Este directorio se especifi ca en el botón enviar el formulario.1

Aspectos de rendimientoEl rendimiento real del sistema estará dado por la ve-

locidad y la capacidad del servidor de internet que esté utilizando la empresa, al igual que por las características del hardware que soporta la implementación, tales como confi guración y capacidad de memoria disponible de cada terminal o PC.2

1 Vásquez Q, Paula Andrea; Castillo, Wilson. Trabajo de grado. Infraestructura tecnológica para el comercio electrónico. Medellín: Universidad de Antioquia, 2001.

2 Pressman, Roger. Ingeniería del software: un enfoque práctico. 5. Ed. Madrid: McGraw-Hill, 2002, p. 601.







MétricasPuntos de funciónTabla 1. Datos sobre cálculo de puntos de función

Parámetro de medida CuentaFactor de peso Total

Simple Medio Complejo

Número de entradas de usuario 15 3 4* 6 60Número de salidas de usuario 8 4 5* 7 40Número de peticiones al usuario 7 3* 4 6 21Número de archivos 5 7 10* 15 50Número de interfases externas 2 5* 7 10 10Cuenta total 181

Tabla 2. Datos sobre factores de ajuste de complejidad

Parámetro de medida

Factor de pesoTotalSin

infl uenciaIncidental Moderada Media Signifi cativa Esencial

Copia y recuperación requeridas

0 1 2 3 4 5 3

Comunicación de datos requerida 0 1 2 3 4 5 5

Función de proceso distribuido 0 1 2 3 4 5 4

Rendimiento crítico 0 1 2 3 4 5 5Entorno operativo muy utilizado 0 1 2 3 4 5 5

Entrada de datos en línea 0 1 2 3 4 5 5

Entrada con múltiples pantallas 0 1 2 3 4 5 3

Actualización interna de archivos maestros

0 1 2 3 4 5 4

Entradas, salidas, archivos y peticiones complejas

0 1 2 3 4 5 3

Proceso interno complejo 0 1 2 3 4 5 2

Código para reutilizar 0 1 2 3 4 5 1

Conv./instal. incluida en el diseño

0 1 2 3 4 5 2

Diseño para múltiples instalaciones

0 1 2 3 4 5 4

Fácil mantener /* fácil de usar 0 1 2 3 4 5 4

Total fi 50

Para el cálculo de los puntos de función como métrica de estimación orientada al tamaño, se aplica la siguiente ecuación:

Puntos de función = Cuenta total * [0,65+0,01*sum(fi )] = 181*[0,65+0,01*(50)]= 208,15 PF.

RESTRICCIONES Y TÉCNICAS DE GESTIÓN Para efectos del desarrollo del curso se pretende llevar esta

solución sólo hasta la fase de planeación y codifi cación de al-gunas de sus funciones. No obstante, los resultados y las limi-tantes que pueden existir están en la fase de implementación ya que requiere alta disponibilidad de los medios tecnológicos y los recursos de comunicaciones, hardware, software y de la información que se quiera transmitir o publicar, al igual que de los precios de estas soluciones en el mercado.

Es probable que por facilidad en la utilización y adquisi-ción del software, no todo el desarrollo se haga con base en estándares abiertos sino que se utilicen aplicaciones ligadas a un solo proveedor y determinantes de un tipo de infraes-tructura de soporte que tal vez no haya sido contemplada en este primer bosquejo del proyecto.

ESTIMACIONES DEL PROYECTO. DATOS HISTÓ

RICOS UTILIZADOS PARA LAS ESTIMACIONESEstos datos históricos están basados en las LDC de desa-

rrollos similares realizados por otros programadores.

Tabla 3. Datos históricos para la estimación de proyectos orientados a la web

Función LDC (dato histórico)

Desarrollo de páginas sólo con vínculos y archivos de texto 84

Desarrollo de páginas con catálogos, gráfi cos e íconos 94

Desarrollo de formularios con vínculos y enlaces 76

Codifi cación de los enlaces 24

Desarrollo de las BD de clientes 54

Desarrollo de las BD de productos 68

Codifi cación de orden para generar pedido 15

Ordenes de reporte de modifi caciones o actualizaciones 24

Codifi cación de mensajes con vínculos y enlaces 12

Verifi cación de datos del usuario 45

Verifi cación del sistema, con validación de usuarios 56

Total 552

Nota: Se toma como base del caluclocálculo una (1) persona experimen-

tada haciendo el desarrollo de tiempo completo durante 15 días hábiles.

ACLARAR LA IDEA.

TÉCNICAS DE ESTIMACIÓNPara el cálculo del valor esperado en líneas de código

(LDC), se recurre a la siguiente ecuación:

E (LDC) = (a + 4m + b)/6 = (432+4*552+653)/6= 548,83 =549




Tabla 4. Datos sobre cálculo de métricas clásicas para un sistema web de

venta on-line

Proyecto Esfuerzo $ LDC Págs. doc Errores GenteM C W 5,2 650000 549 85 12 2

MCW: Manejo de clientes en la web.Salida = LDC/(persona-Mes)3 =549/2=274.5 LDC/(persona-Mes)Calidad = Errores/LDC = 12/549= 2%, confi abilidad 98%Costo del código = $4/LDC = 650.000/549= 1.184 $/LDCDocumentación = pags. doc/LDC = 85/549 = 15,5%.

Estimación de costo esfuerzo y duraciónTabla 5. Datos de estimación de costo-esfuerzo

Func

ión

optim

ista

Más

pr

obab

le

Pesim

ista

Espe

rado

$/LD

C

LDC/

Mes

Cost

o

Mes

esDesarrollo de páginas sólo con vínculos y archivos de texto

50 84 86 78,7 1.320 40 103.840,00 0,5

Desarrollo de páginas con catálogos, gráfi cos e íconos

85 93 102 93,2 1.400 65 130.433,33 0,7

Desarrollo de formularios con vínculos y enlaces

76 88 94 87,0 980 34,5 85.260,00 0,4

Codifi cación de los enlaces 24 25 34 26,3 780 8 20.540,00 0,3

Desarrollo de las BD de clientes 44 55 58 53,7 970 27 52.056,67 0,5

Desarrollo de las BD de productos 45 58 75 58,7 950 29 55.733,33 0,5

Codifi cación de orden para generar pedido 15 18 26 18,8 920 7,5 17.326,67 0,4

Ordenes de reporte de modifi caciones o actualizaciones

18 24 32 24,3 1.326 14 32.266,00 0,6

Codifi cación de mensajes con vínculos y enlaces

12 18 33 19,5 840 6 16.380,00 0,3

Verifi cación de datos del usuario 39 44 62 46,2 1.350 18 62.325,00 0,4

Verifi cación del sistema, con validación de usuarios

36 42 54 43,0 1.350 26 58.050,00 0,6

Total 444 549 993 549,3 12.186 275,6 634.211 5,2

Resumen costo del proyecto $634.211, con 549,3 LDC y un esfuerzo estimado de 5,2 meses/persona-mes p.m.

3 Se realiza la estimación con base en dos (2), personas-mes laborando ocho (8) horas diarias.

4 Se realiza la estimación con base en el salario promedio de un diseñador web equivalente a un (1) salario mínimo legal vigente para 2004.

Estimaciones por tarea y funciónTabla 6. Datos sobre estimación por tareas y función

Tarea/Función

Anál

isis

Dise

ño

Codi

fi ca

Prue

ba

Tota

l

Desarrollo de Páginas solo con vínculos y archivos de texto

0,1 0,1 0,12 0,1 0,42

Desarrollo de Páginas con catálogos, gráfi cos e iconos.

0,12 0,15 0,14 0,1 0,51

Desarrollo de Formularios con vínculos y enlaces

0,16 0,12 0,13 0,1 0,51

Codifi cación de los enlaces 0,22 0,18 0,16 0,1 0,66

Desarrollo de las BD de clientes 0,16 0,2 0,14 0,1 0,6

Desarrollo de las BD de Productos 0,16 0,2 0,12 0,1 0,58

Codifi cación de orden para generar pedido

0,1 0,1 0,08 0,08 0,36

Ordenes de reporte de modifi caciones o Actualizaciones

0,1 0,09 0,09 0,09 0,37

Codifi cación de Mensajes con Vínculos y enlaces

0,12 0,1 0,07 0,09 0,38

Verifi cación de Datos del Usuario 0,1 0,08 0,07 0,1 0,35Verifi cación del sistema, con validación de usuarios.

0,16 0,1 0,08 0,12 0,46

Total 1,5 1,42 1,2 1,08 5,2

Tarifa ($) 68.434,00 152.000 120.000 159.000

Costo ($) 102.651 215.840 144.000 171.720 634.211

ESTRATEGIAS DE REDUCCIÓN Y SUPERVISIÓN

DEL RIESGO

Para los riesgos del proyectoDistribución de horarios semanales permanentes a lo

largo del periodo de trabajo, los cuales permitan el conti-nuo y consecuente desarrollo del proyecto sin pérdida de tiempo.

Proyección de los recursos de hardware y software antes de implementar el proyecto. Para ello se debe contar con la asesoría técnica y demás expertos que permitan indicar cuáles son los elementos necesarios antes de comenzarlo.

Adecuada planeación del proyecto, de manera crítica y veraz, lo cual no permitirá que se cometan errores durante el desarrollo; además se debe contar con la ayuda de los diferentes agentes de apoyo.

Previsión de la magnitud del proyecto, con mediciones aproximadas. Para ello se debe contar con asesoría de expertos que permitan, mediante su experiencia, dimen-sionarlo.

Buena planeación desde el comienzo en forma lógica y coherente.







Para los riesgos técnicosTomar medidas preventivas por medio de una planea-

ción del proyecto (estimación, estrategia, etc.), el diseño de los diagramas y el apoyo del asesor.

Retomar errores verifi cables y solucionarlos tan pronto como sea posible; además, contar con la supervisión de agentes expertos, no aguardar hasta el fi nal del proyecto para tomar medidas correctivas.

Vacunar todo dispositivo que ingrese a los equipos; actualizar los antivirus y mantener varias copias de se-guridad.

Guardar los archivos constantemente y mantener copias en varios equipos. Esto evitará la pérdida de in-formación.

Contar con reguladores de voltaje, si hay bajas eléctricas apagar los equipos.

Verifi car continuamente el programa antes de presentar informes periódicos del proyecto que permitirá regular la ejecución de todo el programa.

Para riesgos del negocioMantener interactividad entre

necesidades del mercado, el cliente y actualización de los desarrolladores.

Buscar nuevos asesores internos o externos que cubran los vacíos de ayuda por el retiro de uno de ellos o consultar vía internet u otra biblio-grafía.

PLANIFICACIÓN TEMPORAL

Tabla 7. Plan de actividades para el desarrollo del sistema web

Tareas Subtareas

Recolección de requisitos del 1. sistema de información

Evaluar sitios web comerciales1.1 Establecer datos de entrada del formulario1.2

Análisis2. Análisis del formulario2.1 Análisis de la página web2.2 Análisis del enlace formulario página web2.3

Diseño3. Base de datos3.1 Página web3.2 Enlace3.3

Codifi cación y estructuración4. Sentencias y líneas de código 4.1 Programa4.2

Montaje y mantenimiento5. Sitio web5.1 Procesamiento de información5.2 Funcionamiento5.3

Figura 1. Diagrama de Gantt para el desarrollo del Sistema web

(Línea temporal de tareas parcial) Mes / año/ hasta día

Mes 01 Mes 02 Mes 03 Mes 04 2 19 12 19 11 25 16 23 1. Recolección de requisitos del sistema de información Evaluar sitios web comerciales Establecer datos de entrada del formulario

2. Análisis Análisis de la página web Análisis del formulario Análisis del enlace formulario página web

3. Diseño Página web Base de datos

Enlace

4. Codificación y estructuración Sentencias y líneas de código Programa

5. Montaje y mantenimiento Sitio Web Procesamiento de información Funcionamiento

Recolección de requisitos del sistema de información

Análisis

Diseño

Codificación y structuración

Montaje y mantenimiento

Figura 2. Diagrama de tareas para el desarrollo del sistema web

Organización del personal

Figura 3. Diagrama de esquema de organización del personal

INGENIERO SENIOR

PERSONALTÉCNICO

Especialista

Plantilla de soporte Bibliotecario

(profesores)

APOYO

Ingeniero senior.• Planifi ca, coordina y revisa las actividades técnicas del equipo.Personal técnico.• Dirige el análisis y las actividades de desarrollo.

RED DE TAREAS

=

Análisis Revisión de los requisitos

Revisión prelimin.

Diseño arquitectónico y de datos

Diseño procedimental

Inspección del diseño

codificación Inspección del código

Prueba de unidad

= Hito, unido, inmediato

Planificación de la prueba

Procedimiento de prueba

Revisión de la prueba

Integración Validación




Especialistas.• Expertos en telecomunicaciones, diseños de bases de datos, internet.Plantilla soporte.• Escritores, técnicos ejecutivos.Bibliotecario. • Mantiene y controla la documen-tación, los listados fuentes, los datos, los medios magnéticos, ayuda a la organización de los datos de la productividad del software; asiste a los equipos en la evaluación de la investigación y preparación de los documentos.

Informes de gestión

1. Características de los sitios web comerciales afi nes.2. Requerimientos de la página web (páginas,

contenido, información, imágenes, archivos, fl ujo, organización, vínculos).

3. Requisitos del formulario (preguntas, tiempo de entrada, tipos de caracteres).

4. Diseño de la página web y formulación.5. Base de datos (LDC, número de entradas y salidas).6. Enlace (LDC).7. Montaje: funciones ejecutables.

IMPLEMENTACIÓNLos aspectos clave de un sistema y su capacidad de opera-

ción están representados por su personal y su tecnología. La fi nalidad de la implementación consiste tanto en verifi car la aceptación que tendrán los proyectos de sistemas planeados con estos recursos, como afi rmar que se cuenta con capaci-dad sufi ciente, no sólo para solucionar la necesidad actual, sino para respaldarlo por condiciones de funcionamiento hasta que un nuevo proyecto lo reemplace de acuerdo con las nuevas necesidades estratégicas de la empresa. Los cam-bios en la capacidad del sistema generalmente mantienen una función escalonada.

En el caso de los negocios electrónicos los requerimientos para la implementación son:

Un modelo de negocio, un nombre de dominio, una conexión permanente con internet, un servidor físico, un sistema operativo de red, un servidor web, un motor de base de datos, un entorno de desarrollo de programas web. Además de esquemas para manejo de seguridad, fl ujo de transacciones, ampliación modular

MODELO DE NEGOCIO

Nombre de dominioEl nombre de dominio está relacionado con la dirección

IP que es la que permite el reconocimiento de la página en la red bajo un sistema DNC; además, relaciona el nombre de la red, el tipo, el nombre del host y la dirección IP, bajo un

servidor de nombres de la “zona” o computadores anidados (conectados en redes internas o externas). Este servicio le permite registrar el nombre de su empresa u organización, de tal manera que su website sea ubicado bajo la dirección: www.su_empresa.com y/o www.su_empresa.com.co.

Dominio de primer ordenEs aquel dominio registrado directamente ante INTER-

NIC de tipo .com, .net, .org, los cuales tienen una vigencia de dos años.

Dominio de segundo ordenEs aquel dominio registrado directamente ante UNIAN-

DES, a los cuales se les agrega el sufi jo .co (Colombia). La vigencia de este contrato también es por dos años.

Reservación de dominioDespués de cumplirse la vigencia del registro inicial,

deberá reconocerse nuevamente por un periodo de dos años, sea a través de INTERNIC, si es de primer orden o UNIANDES, si es de segundo orden.

Reserva de dominio Si desea reservar el nombre de dominio para el registro

web que piensa construir en un futuro, puede tomar esta opción, así protegerá su nombre deseado y evita que otra empresa lo registre.

Conexión permanente con internetPara esto es necesario tener acceso a internet, red LAN,

un servidor web, servidor de aplicación y un servidor de base de datos.

Servidor físico

Sistema operativo de red.• Servidor web.• Motor de base de datos.• Entorno de desarrollo de programas web.•

Los negocios electrónicos bajo los modelos CLIENTE/SERVIDOR en los cuales los programas-clientes son los navegadores que operan en el computador del usuario y los servidores se encuentran en el lugar que opera la páginas web o en el lugar donde el proveedor de servicios de internet administra las páginas web.

Una página web no es sólo un documento que contiene texto; cada página web es una composición en pantalla de un conjunto de archivos de texto, gráfi cos, animaciones, archivos de audio o de video e, incluso, otros archivos de texto. El archivo de texto de la página contiene órdenes textuales, las cuales utilizan la sintaxis del lenguaje marcado







de hipertexto o HTML, que le indican al navegador cuáles otros archivos componen la página para que el navegador los solicite al servidor web y los presente en la pantalla, siguiendo las instrucciones de HTML recibidas dentro de la página.

El poder que tiene el HTML y el World Wide Web son la capacidad para que sus páginas web sean “enlazadas” con otros documentos sin importar su ubicación. Lo anterior permite el acceso a la información en tiempo real; además se puede evitar que se presente la situación de “circuito ocupado” ya que en las redes de intercambio de paquetes, el transmisor fracciona la información en múltiples trozos serializados que son enviados por la red y reensamblados en el destino de acuerdo con su número de serie. De esta manera, pueden llevarse a cabo múltiples comunicaciones entre los mismos interlocutores o con otros interlocutores, al contrario de las redes telefónicas, en las cuales la comunicación se realiza entre dos puntos por medio de un circuito efímero que sólo tiene la du-ración de una llamada. Por tanto, la ventaja competitiva que ofrece para la empresa es la posibilidad de acceder a un mejor servicio, ágil, oportuno y seguro; tanto para satisfacer a sus clientes como para ser atendido.

Para agregar funcionalidad y conectividad a los sitios de comercio electrónico existe gran cantidad de lenguajes scripting que permiten construir interfaces interactivas, las cuales se ejecutan en el servidor y dan la posibilidad de crear los enlaces con las bases de datos, aunque si se va a construir un sitio de comercio electrónico de principio a fin se deben utilizar C++ o Java.

Existen otros lenguajes como Coldfusion, Onweblen-tegrator y demás, que ofrecen rápidas y buenas soluciones a los negocios, pero que no corren en todas las plata-formas o son menos poderosos que Java. Dependiendo de el tipo de negocio que se quiera implementar B2B (utilizar Java o Coldfusion) o B2C (utilizar Coldfusion u otros). Lo que se debe buscar es utilizar tecnologías abiertas, no dependientes de plataformas; en nuestro caso, Java es la mejor opción ya que no sólo se adapta a cualquier plataforma sin mayores esfuerzos sino que permite la implementación de la filosofía de programa-ción orientada a objetos.

Para las bases de datos es igual. Dependiendo de la complejidad se pueden utilizar tecnologías de imple-mentación en las que sea abstraída la lógica del proyecto y la accesibilidad de los datos, haciendo el sistema más eficiente. Para algunos proyectos se puede utilizar Ob-jetStore que es una base de datos orientada a objetos y para otros ORACLE.

Algunas plataformas operativas para los sitios de e-comerce son:Tabla 8. Algunas plataformas operativas para los sitios e-commerce

Plataforma 1 Plataforma 2 Plataforma 3

Sistema operativo de red

Novell netwareSun Solaris, linux,otras versiones de unís

Microsoft Windows (NT y 2000)

Servidor webNovell EnterpriseNestcape EnterpriseNescape Fastrack

ApacheNescape Enterprise

Microsof t internet information server.Personal web server

Servidor de aplicaciones

IBM websphere para Novell Netware v5.x

i-PlanetBea web Logic

Microsoft transaction server.Bea web Logic

Motor de bases de datos

OracleOracleMy SQLPosgresql

OracleMicrosoft SQLOtras

Lenguajes de programación de páginas dinámicas

JavaServer side jJava scriptNet basicPerl

JavaServer sideJava script

Active Server Pages (ASP)JavaPerlPHP

Para llevar a cabo la construcción de un sitio de comercio electrónico son muchas las tecnologías que hay que tener como soporte, especialmente en la fase de construcción, es muy probable que se utilicen protocolos como los que se describen en la tabla 9.

Tabla 9. Algunos protocolos de soporte para aplicaciones web

Tipo Descripción Funciónhttp P r o t o c o l o d e

transferencia de hipertexto

Reglas para el intercambio de archivos de textos, gráfi cos, imágenes en general multimedia.

FTP P r o t o c o l o d e transferencia de archivos

Para intercambiar archivos entre computadores conectados a internet. Actúa como servidor de solicitudes de los programas clientes, manipulados por los usuarios de la red.

DCE Distribución de los componente almacenados

Serie de protocolos que almacenan los objetos o módulos de software y como pueden interactuar a través de la red.

TCP P r o t o c o l o d e c o n t r o l d e transmisión

Su función es hacer seguimiento a los datos para entregarlos en los destinos correctos (orientado a la conexión).

UDP P r o t o c o l o d e datagrama de usuario

Se usa para aplicaciones que requieren enviar pequeñas porciones de información consumiendo recursos de procesamiento.

IP P r o t o c o l o d e internet

Por éste se envían los datos de un computador a otro en internet (dirección IP). Su capacidad es mayor que otros, especialmente para transmitir paquetes de información (protocolo sin conexión).

NAT Protocolo de los enrutadores de transacción

Permite que redes privadas se conecten a internet, además de comprobar que los paquetes entrantes sean respuestas a los requerimientos enviados desde la red interna.




CONCLUSIONESNo se trata de presentar una metodología única para la

comprensión e implementación de sistemas web; por el contrario, presentar un esquema que permita a los analis-tas y desarrolladores utilizar tanto tópicos de la ingeniería de software clásica como estimaciones y planifi cación en combinación con técnicas de modelado orientadas a objetos hacia la construcción de sistemas orientados a internet.

FUTUROS TRABAJOSEn términos de futuros trabajos se considera continuar

con una línea de investigación en problemas de actualidad de la seguridad en los servicios vía internet y las nuevas implicaciones económicas para el montaje de un sitio de comercio electrónico. Así mismo, profundizar en la com-prensión de nuevas metodologías aplicadas al modelamien-to de sistemas web, como el modelado por componentes y el uso de herramientas Case.

BIBLIOGRAFÍA

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Madrid: McGraw-Hill, 2002.

Tesis. Planeación técnica y el montaje de un sitio de comercio electrónico. Medellín: 2002. Disponible en: http://electronica.udea.edu.co/departamento/acreditacion/Anexos_archivos/ANEXO%2011%20MONOGRAFIAS%20DE%20LA%20ESPECIALIZACION%20.pdf. Consultado: Abril 12 de 2002FALTAN AUTORES.


VÁSQUEZ Q., Paula Andrea; Castillo, Wilson. Tesis. Infraestructura

PRESSMAN, Roger. Ingenieria del software: un enfoque práctico. 5. Ed.

ResumenPara abordar este estudio se contemplarán diferentes tópicos

tratados en las teorías de los weblogs y las comunidades vir-

tuales, así como éstos se pueden aplicar a un estudio de caso

como barrapunto ubicado en http://www.barrrapunto.com.

La evolución de la tecnología en sus diferentes etapas de la

humanidad ha facilitado y modifi cado las formas de relacio-

narse y comunicarse en las comunidades y las organizaciones

dando lugar a la creación de nuevos paradigmas.

Algunos de estos nuevos paradigmas se han denominado

“economía digital” originada por la globalización de las opera-

ciones fi nancieras, el acceso a las bases de datos, la velocidad

de desplazamiento de los fl ujos de información y las formas

diversas de presentación de la información.

La comunidad y las organizaciones aprovechan estas nuevas

tecnologías para, de una manera diferente, comprender y asi-

milar el conocimiento, estimular el desarrollo de la inteligencia

y enriquecer el acervo cultural.

Palabras clave: comunidades virtuales, weblogs, internet,

etnografía virtual, software libre.

LOS WEBLOGS COMO COMUNIDADES VIRTUALES –

CASO DE ESTUDIOhttp://www.barrapunto.com

J A I R O A U G U S T O C O R T É S M É N D E Z *

AbstractTo address this study various topics treated in the theories of

weblogs and virtual communities it will be contemplated, and

these can be applied to a case study as barrapunto located in

http://www.barrrapunto.com

The evolution of technology in its various stages of humanity

has facilitated and amended forms to interact and communica-

te in communities and organizations leading to the creation of

new paradigms.

Some of these new paradigms have been called “Digital

Economy” caused by the globalization of fi nancial transactions,

access to databases, the speed of information fl ows and the

various forms of reporting.

The community and organizations take advantage of these new

technologies, in a different way, to understand and assimilate

knowledge, stimulate the development of intelligence and

enrich the cultural heritage.

Key words: Virtual communities, weblogs, internet, virtual

ethnography, free software.

* Doctorado sociedad de la información y el conocimiento (2004) – Universitat Oberta de Catalunya (España), magíster en dirección universitaria – Universidad de los Andes. Especialista en multimedia educativa – Universidad Antonio Nariño, ingeniero de sistemas – Universidad Incca de Colombia.




INTRODUCCIÓN

Para irnos aproximando a lo que podemos entender por comunidad, retomamos a Rheingold (1996) “las comuni-dades virtuales son agregaciones sociales que surgen de la red cuando una cantidad sufi ciente de gente lleva a cabo estas discusiones públicas durante un tiempo sufi ciente, con sufi cientes sentimientos humanos como para formar redes de relaciones personales en el ciberespacio”. Esta “gente” en barrapunto son los editores base de la comunidad, las otras personas escriben pero con ciertas normas que fi ltran estos editores, éstas son necesarias para lograr un buen entendimiento no solo en lo on-line sino también en lo off -line. Estos procedimientos (Powers, 1997) las denomina gobierno (normas de control social y funcionamiento) y la administración de recursos a nivel de tamaño de los archivos y seguridades, patrocinios que denomina economía de la comunidad.

DESARROLLO DEL TEMA (METODOLOGÍA Y

RESULTADOS)

DESCRIPCIÓN DE BARRAPUNTOPara la descripción de este espacio virtual se observó y

participó recorriendo cada una de sus secciones y links, que por cierto son muchas las opciones y se puede uno perder fácilmente; a nivel de diseño y uso se puede decir que este espacio no ha evolucionado en cuanto a las estructuras de página que se utilizan en la actualidad. Los temas que se tratan son diversos pero predomina la información tecno-lógica, en especial todo lo relacionado con software libre.

Lo curioso es que como espacio virtual se puede vis-lumbrar su crecimiento por la opción temas/barrapunto, donde en sus inicios la participación era muy poca por no decir escasa, se proponían los temas y los comentarios en su mayoría son cero hasta fi nales de 1999; después de que la comunidad hispana se familiarizó con el espacio las participaciones sobre cada unas de las opciones ha crecido y se mantiene en promedio con 30 comentarios por tema en la opción barrapunto.

Este espacio tiene mucha información que puede intere-sar a las personas que conforman el espacio, o las que lleguen como visitantes. En esta exploración quería saber exacta-mente cómo se conformo, por qué, quiénes la iniciaron, cuál era el propósito de su creación, si se mantiene o no.

Lo que encuentro es quienes apoyan a /. que en su mayoría son grupos dedicados al estudio y desarrollo del software libre, los editores están clasifi cados de acuerdo con el número de artículos que publican y así mismo el reco-

nocimiento que van adquiriendo en los mensajes asociados a cada publicación.

Existe una clasifi cación, de acuerdo con el número de pu-blicaciones se adquiere un estatus dentro de la comunidad. Los entornos de los editores tienen opciones como hoja de vida, registrarse, buscar, archivos por años de publicación del artículo, es todo un barrapunto por entorno de editor, estructura que me llamó la atención y que sirve para identi-fi car quiénes son, cómo se pueden contactar, cómo se puede establecer comunicación y compartir experiencias como la sección de fotos de que dispone cada editor, ¡genial! Como una forma de vivenciar las experiencias de otros. Pero en sí los que han ideado barrapunto según FAQ, son un grupo de personas interesadas en el tema de software libre que se la pasaban leyendo “Slashdot y se preguntaba por qué no había nadie con ganas de hacer algo parecido en castellano. Era junio de 1999 y ya ha llovido desde entonces...”. Aunque se sale uno de barrapunto e ingresa a http://slashdot.org y la estructura del espacio virtual es muy similar en cuanto a contenidos.

Después de visitar y explorar las opciones, verifi car quié-nes eran los patrocinadores, me inscribí como usuario y me asignaron el número 23899 con nik jcortesme. Bueno, esta inscripción sirve para que no lo nombren como “pobrecito hablador”, invitando a la persona que escribe y pregunta a inscribirse para ir haciendo parte de este grupo, que como grupo y espacio creo que va más allá; han logrado crear una “comunidad virtual” en torno al software libre y temas rela-cionados. A esta comunidad se le puede aplicar la metáfora de la tecnología como texto, donde el uso depende de los intereses de cada integrante de la comunidad y la forma como quiera interactuar. Los editores son el eje fundamental de la comunidad y son los que mantienen las discusiones con los participantes en las diversas temáticas.

Barrapunto quiere posicionarse en las comunidades de habla hispana con respecto al software libre y temas afi nes, que con una mayor socialización y comercialización se puede lograr; aquí podríamos aplicar la regla número 5 de Woolgar (2005), cuanto más global más local.

Aunque sería una contradicción con la regla 1 con res-pecto al contexto social local, debido a que ya existe por ejemplo Slashdot, no se podría globalizar a todas las comu-nidades sino las de una población objetivo, en particular las de habla hispana que en esencia sería local.

Para que pueda uno ser parte de esta comunidad, no basta con inscribirse y participar en los comentarios sobre temas, debe uno convertirse en editor para hacer parte efectiva del grupo y participar así activamente en cada uno de los escenarios que se proponen.



L O S W E B L O G S C O M O C O M U N I D A D E S V I R T U A L E S – C A S O D E E S T U D I Oh t t p : / / w w w . b a r r a p u n t o . c o m

J A I R O A U G U S T O C O R T É S M É N D E Z

Los editores están perfectamente identifi cados en sus weblogs lo que no implica que las identidades no se puedan ocultar o tomar otras identidades dentro de la comunidad, pero eso parece no interesar a la comunidad; lo importante es que escribes, si lo aprueban, cuándo lo publican, si lo publican quiénes participan y cómo lo hacen, si lo que es-criben es creíble, tiene argumento o no, bueno son muchas las posiciones que se pueden tener con barrapunto y eso es bueno, depende como de la interpretación y uso que cada uno de nosotros le demos.

Tecnológicamente el grupo de barrapunto ha realizado una inversión en hardware y para ser coherentes con lo que hacen el software que utilizan es software libre, experiencia que puede extrapolarse a otros escenarios y contextos.

CARACTERÍSTICAS DE COMUNIDAD EN

BARRAPUNTO Creo que estaba equivocado con respecto a barrapunto,

pensaba que para sentirse completamente en comunidad debería uno llegar a ser un editor, pero no, con el solo he-cho de estar en el ciberespacio, ser parte de la comunidad mediante algún nick o rol, establecer contacto mediante mensajes, blogs, e-mail, con el resto de la comunidad, intercambiar contenidos que sean de interés en los dife-rentes temas propuestos, establecer algunas normas, hacen que barrapunto se pueda considerar como una comunidad virtual. Los editores de barrapunto son base de la comu-nidad, las otras personas escriben pero con ciertas normas que fi ltran estos editores, estas son necesarias para lograr un buen entendimiento no solo en lo on-line sino en también en lo off -line. Todo esto es característico de barrapunto.

Cada quien puede defi nir cuál es el uso que le quiere dar a la comunidad y en ese sentido pueden coincidir temas en las secciones de barrapunto que son de interés común y la participación, esto dependerá del tiempo de dedicación de cada participante.

Se puede interpretar que la comunidad como barrapunto no necesariamente debe existir en el mundo off -line, más bien las verdaderas comunidades virtuales son las que han surgido de la red, las otras conformaciones podrían llegar a ser virtuales en la medida en que sus acciones de la realidad sean virtualizadas; esto es entre más virtual más real, citando la cuarta regla de virtualización de Woolgar (2005).

Otras características de barrapunto como comunidad virtual:

1. Existen unos objetivos comunes y es ampliar el entorno de conocimiento sobre el software libre y las herramien-tas asociadas.

2. Existe un cierto sentido de pertenencia a un grupo cuando sus editores en forma continua están revisando las aportaciones, cuando contestan las preguntas.

3. Se comparte el mismo espacio telemático, permitiendo registrarse, enviar mensajes mediante e-mail, espacio para discusiones, para subir historias, para subir aporta-ciones sobre temas existentes en foros de discusión.

4. Los editores y creadores de barrapunto realizan mante-nimiento de la página.

5. Hay una cultura común: se comparten unos valores, unas normas y un lenguaje, en un clima de confi anza y respeto.

6. Se proponen actividades que propician interacciones entre los integrantes de la comunidad: preguntas, dis-cusiones, aportaciones informativas.

7. Los integrantes se proporcionan ayuda sobre diversos temas.

Estos son algunos argumentos que conducen a la conclu-siones de que barrapunto es una comunidad virtual.

IDENTIDAD, COLABORACIÓN Y CONFLICTO EN

BARRAPUNTOBP

IdentidadEn esencia se puede plantear que existen niveles de

identidad y que dependiendo de la comunidad esta puede jugar un papel fundamental o no para lograr algún grado de interacción. En BP la identidad se da de diversas formas: anónimo: denominado pobrecito hablador, estar inscrito bajo un nick, ser moderador de la comunidad. Las aporta-ciones que se hagan son revisadas por un moderador que verifi ca y publica en la comunidad.

La identidad es construida y reconfi gurada como se puede deducir de las hipótesis de Castells (2001): “Existen identidades legitimadoras, de resistencia y de proyecto, cada actor construye una identidad dependiendo del contexto social”. A cada participación se le va asignando una pun-tuación y clasifi cación que denominan Karma, se asumen unos niveles de Netiquette pero no son explícitos, estos niveles de relaciones y participación son controlados por los editores que fi ltran las noticias y en último su lenguaje. Bajo esta estructura pueden existir trolls, asumir múltiples identidades donde prevalece “la autenticidad real o fantasía auténtica”.

ColaboraciónLa colaboración es un bien público, esta colaboración

permite confi gurar actuaciones colectivas con colabora-ciones que impacten sobre un entorno. La colaboración es




fundamental en las comunidades online, se podría pregun-tar si éstas pueden existir sin colaboración.

En BP se puede observar la colaboración en la forma que se aporta en cada sección y temática sobre software libre y lo relacionado con la tecnología. Esta colaboración es registrada y valorada mediante el Karma (puntuación de 1 a 5) hasta llegar a 50 puntos que adquiere cada participante por su aportación.

Con la aportación que se hace en las comunidades online se pueden construir en forma colaborativa noticias, juegos, entre otros. Un ejemplo tecnológico de colaboración es el desarrollo de los sistemas basados en open source, donde el eje central está en la aportación que se hace en código.

En BP se encuentra un sistema de bitácoras que hace vislumbrar cómo se participa y colabora en la comunidad. Por ejemplo se tiene un récord por usuario, título, número de comentarios, fecha; TOP de usuarios por número de entradas; los usuarios más populares o que más amigos que tiene.

Confl ictoInternet sirve de espacio para realizar protestas sociales, es

el medio más económico para desplazar de un sito a otro sin incurrir en costos elevados, bueno en algunas comunidades, pero esto puede ser una desventaja para las comunidades que no cuenten con la infraestructura adecuada.

Las comunidades virtuales son un espacio de resolución de confl ictos sociales mediante el uso adecuado de la tecno-logía para mediar en el confl icto y así lograr que se pueda generar un ambiente de respeto y seguridad.

El confl icto está implícito cuando existe una suplanta-ción, imitación y carencia de una identidad real.

Las comunidades online son un espacio propicio para que se gesten diferentes tipos de confl ictos que se pueden vivenciar en las comunidades. En BP se puede identifi car que la forma de mediar es eliminando los mensajes que no son adecuados o dando una puntuación negativa al mensaje.

BARRAPUNTO UNA COMUNIDAD VIRTUALPara poder comprender el uso de la tecnología y todas

las potencialidades que puede ofrecer, se debe cambiar el paradigma tradicional de las personas por un paradigma tecnológico que permita el surgimiento de un lenguaje co-mún haciendo que se reduzca la complejidad y los riesgos a los que se puede enfrentar un usuario (Woolgar, 2005).

Esto quiere decir que con la evolución de las tecnologías en los últimos años, en especial las redes, se ha permitido que emerjan redes sociales, que muchas personas que conforman éstas estructuren grupos con tareas específi cas, participen en foros, blogs, la economía es más global y

digital, la educación también va por ese camino y por supuesto un incremento considerable en los negocios y el comercio por internet han cambiado nuestra forma de vivir, al igual que lo hicieron en su momento la televisión, el teléfono, el automóvil, entre otros. Claro está que no es lo mismo nacer con esta tecnología que iniciar su estudio, apropiación y cambio de paradigma.

Esto conlleva a estudiar las comunidades virtuales, a se-guir debatiendo sus implicaciones sociales, su existencia, su uso, su funcionalidad, para que se madure como estructura social, cultural y tecnológica. Como se plantea en Agnès (2004) “la comunidad es un concepto que esconde una multiplicidad de sentidos en función de los intereses de quien los usa, pero lo que puede siempre generar debate es que cualquier defi nición de comunidad que se proponga desde las ciencias sociales se encuentra íntimamente rela-cionada con los intereses que tenga cada investigador”.

Se pueden encontrar estudios con múltiples defi niciones pero se tienen ejes en común como la referencia a una lo-calidad; la presencia de relaciones y vínculos comunes y un cierto grado de interacción social; pero lo más importante de todo esto es el cambio inevitable de una comunidad tradicional a una comunidad virtual.

Las comunidades virtuales no son las comunidades tra-dicionales, éstas nacen en el ciberespacio; las comunidades no necesariamente deben existir en el mundo off -line, más bien las verdaderas comunidades virtuales son las que han surgido de la red, las otras conformaciones podrían llegar a ser virtuales en la medida en que sus acciones de la realidad sean virtualizadas; esto es, entre más virtual más real, citan-do la cuarta regla de virtualizacion de Woolgar (2005).

Es frecuente recurrir a la historia para poder sustentar tendencias y explicar conductas de las acciones y construc-ciones sociales que realiza la humanidad. En el artículo de Patrice Flichy, “Th e social construction of a network ideology”, plantea el sueño de los académicos que se tenía en los años setenta de poder intercambiar información de un punto a otro, donde las comunidades en línea fueran sustituto de las locales, y donde la comunicación automa-tizada pueda practicar una “inteligencia colectiva”.

Estos nuevos lenguajes y fenómenos sobresalen de las estructuras de software y hardware, son los imaginarios de internet administrados por una generación digital que crea su propia ideología de la “red” y su marco socio-técnico de la nueva sociedad digital.

Sobre este sueño surge el concepto de comunidad virtual propuesto y sustentado por Rheingold (1996) con muchos detractores. Los imaginarios de “internet para todos”, las



L O S W E B L O G S C O M O C O M U N I D A D E S V I R T U A L E S – C A S O D E E S T U D I Oh t t p : / / w w w . b a r r a p u n t o . c o m

J A I R O A U G U S T O C O R T É S M É N D E Z

reglas y el netiquette (código del código de caballería de los internautas) de la comunicación electrónica pueden ser en algunos países una utopía, en otros una forma de tener estatus y poder sobre la información. Pero todo esto es consecuencia del uso que cada uno dentro de las po-sibilidades le dé a internet. Los conceptos que surgen de estas apropiaciones e interpretaciones es poder considerar a internet como un artefacto cultural.

Una comunidad es un tipo especial de grupo social. Es un conjunto de personas que persiguen un fi n común, para lo cual establecen una red de relaciones producto de su interacción y comunicación, cuya conducta se rige por un conjunto de normas culturales y comparten intereses, creencias y valores comunes.

Estas normas, intereses, creencias y valores, defi nen la identidad y los límites del grupo y lo diferencian de su entorno. Existe igualmente un componente afectivo, de solidaridad mutua y un sentimiento de pertenencia al grupo, el cual permite a sus miembros identifi carse con él y sus patrones culturales característicos y distinguir quién pertenece al grupo y quién no.

El grupo social es una unidad de pensamiento, sentimien-to y acción y tiene una mayor permanencia que otros agrupa-mientos sociales. Estos aspectos están bien marcados en BP; los que no están registrados tienen muy poca credibilidad en la comunidad, mientras que si existe una identifi cación, registro, aportaciones, se vislumbra un miembro potencial mientras se mantenga en un periodo de tiempo.

Las comunidades virtuales son agrupamientos que han reproducido a nivel virtual la sociabilidad de los seres humanos, que ven en el ciberespacio y sus tecnologías, instrumentos para la comunicación y la vida en grupos sociales. En BP los usuarios registrados, los anónimos, comparten información, participan, debaten, exploran, se crea un grupo dedicado a la búsqueda de información relevante con el entorno.

Las comunidades virtuales poseen un sitio web como centro de coordinación tanto de reservorios de información como de comunicaciones. El sitio web se ha convertido en el territorio de una comunidad virtual (Silvio, 2000). Este sitio web en BP es patrocinado por Open Source Slash diseñado en Perl y sirve de espacio de comunicación entre la comunidad hispana

Powers (1997) concibe una comunidad virtual como “un lugar electrónico donde un grupo de personas se reúne para intercambiar ideas de una manera regular. En una ex-tensión de nuestra vida cotidiana donde nos encontramos con nuestros amigos, compañeros de trabajo y vecinos, en el parque, en el trabajo o en el centro comunitario...”.

Un grupo de personas que se comunican a través de una red de computadoras distribuidas se reúne en una localidad electrónica, usualmente defi nida por un software servidor, mientras el software cliente administra los intercambios de información entre los miembros del grupo. Todos los miembros conocen las direcciones de estas localidades e invierten sufi ciente tiempo con ellos como para considerarse una comunidad virtual.

Todos estos elementos son característicos de una comu-nidad con más o menos herramientas de comunicación que pueden compartir, pero si aceptamos que internet es un artefacto cultural, podemos dar múltiples signifi cados a los espacios virtuales como lo plantea Agnès (2005), “El hombre es un animal inserto de tramas de signifi cación que él mismo ha tejido…”, en BP desde su creación se ha ido consolidando una dinámica entre los editores y las personas que participan bajo múltiples identidades, pero con un fi n, compartir y suministrar información de interés para la comunidad.

En este espacio virtual cada miembro posee un espacio atemporal, donde puede participar de las diversas opciones como buscar empleo, revisar novedades de libros, compartir encuestas, participar comentando o enviando historias, en fi n, no existe un edifi cio en concreto o un espacio “real” para compartir, este es más virtual pero “real”: lo virtual añade un eje, una nueva dimensión de análisis de nuestra cotidianidad.

BP es un espacio virtual con todas las características de una comunidad virtual, permite colaborar en la difusión del software libre mediante artículos y noticias relacionados, si este espacio dejase de existir la comunidad es tan sólida a nivel mundial que no se vería afectada estructuralmente.

Uno de los propósitos de este tipo de comunidades es poderse mantener con información confi able y que aporte en el entorno del software libre, para logar esto después de varios años de funcionamiento es imprescindible mantener motivados a los usuarios y a los mismos anónimos “pobre-citos habladores”.

Cuando se adquiere estatus y calidad en las noticias y artículos, la permanencia y colaboración serán cada día más fuertes. Claro, cada una de estas comunidades tiene unos propósitos y unos signifi cados que en fi n, es inevitable estar por fuera de alguna de éstas.

Por ejemplo yahoo groups permite crear un sinnúmero de espacios virtuales temáticos, se les puede personalizar, pero tiene sus marcadas diferencias con los weblogs y su signifi cancia depende de quién los use.

CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

Como conclusión se puede afi rmar que BP como blogs




es un espacio que reúne las características de comunidad virtual, de espacio colaborativo y cooperativo; aunque hay comunidades que desaparecen, su permanencia dependerá del grado de apropiación y participación de sus integrantes, claro no desaparece la comunidad de software libre en el mundo, tan solo un eslabón de toda la estructura. A futuro se encontrarán y surgirán más comunidades virtuales por lo que se espera un uso masivo y sobre todo un estudio etnográfi co virtual de estos espacios.

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Docencia


ResumenEl propósito del presente artículo es desarrollar experiencias y

estrategias pedagógicas que permitan la integración entre la

conceptualización teórica y la práctica para que los estudiantes

encuentren un mayor interés en la temática desarrollada. Se

establecen relaciones de los conceptos adquiridos con la mo-

tivación hacia la pesquisa y búsqueda de información con un

pensamiento constructivo y crítico. Se toma como aplicación

para su análisis teórico y práctico el estudio y funcionamiento

de un amplifi cador en un integrado, en este caso el LM741; al

igual que se tiene en cuenta cuál y cómo es la ganancia en las

diferentes confi guraciones del amplifi cador operacional.

Palabras clave: amplifi cadores, amplifi cador operacional.

ESTRATEGIA PEDAGÓGICA: ENTRE LA

CONCEPTUALIZACIÓN TEÓRICA Y PRÁCTICA EN LA

ENSEÑANZA EN ELECTRÓNICA

R A F A E L A L B E R T O B E T A N C O U R T U . *

AbstractThe purpose of this article is to develop experience and

teaching strategies that allow the integration between the

theoretical conceptualization and practice for students to fi nd a

greater interest in the topic developed. It establishes relation-

ships of the concepts acquired with the motivation towards

research and fi nding information in a constructive and critical

thinking. It takes as application for its analysis and theoretical

study and practical operation of an amplifi er in an integrated,

in this case the LM741, as well as takes into account what and

how is the gain in the different confi gurations of operational

amplifi er.

Key words: Amplifi ers, operational amplifi er.

EDUCATION STRATEGY BETWEEN THE THEORETICAL CONCEPT AND PRACTICE IN EDUCATION IN ELECTRONICS

* Ingeniero electrónico. Especialista en docencia universitaria. Profesor de la Universidad Cooperativa de Colombia seccional Bogotá. Correo electrónico: [email protected]



Docencia

INTRODUCCIÓN

En el proceso docente educativo es deseable que la expe-riencia laboral e investigativa del profesor se vea refl ejada en la metodología y evaluación correspondiente. Además, la profesionalización docente es fundamental y necesaria en el proceso de formación de los nuevos ingenieros. Se parte en-tonces de una relación dual docente-estudiante que en algunos casos queda inexplorada, a la suerte. La dimensión social del hecho pedagógico se olvida en su rigurosidad, en especial la importancia que tiene en el proceso de formación de las personas que lo realizan, su formación didáctica y pedagógica. La metodología misma para el abordaje de los problemas y su solución se convierte no solo en una estrategia de investigación formativa sino que mejora la misma labor docente.

De otra parte, es importante tener en cuenta que el éxito del aprendizaje del estudiante depende mayormente del estímulo con que enfrenta el reto de aprender y contrastar la concep-ción teórica con la aplicación, desarrollando de esta manera competencias y habilidades en su formación profesional.

A mediados de los años sesenta se introdujeron los pri-meros amplifi cadores operacionales de circuito integrado. En unos pocos años estos amplifi cadores se convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos. Con ellos se pueden amplifi car señales, ate-nuarlas, fi ltrarlas, etc. Los sistemas de control analógico encuentran en el amplifi cador operacional un elemento de conmutación sumamente simple e incluso años atrás fue empleado para el diseño de computadoras analógicas (de ahí el nombre de operacionales).

Se estudiará el funcionamiento de un amplifi cador en un integrado, en este caso el LM741, cuál y cómo es la ganancia en las diferentes confi guraciones del amplifi cador operacional.

El artículo se encuentra organizado de la siguiente forma: en la segunda sección se presentan los conceptos teóricos. En la sección tres se desarrolla el análisis teórico de los cir-cuitos mediante un ejemplo de aplicación. A continuación se presenta la aplicación correspondiente. En la sección cinco se obtienen los resultados. En la siguiente sección se analizan y justifi can los resultados. Finalmente se presentan las conclusiones.

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

AMPLIFICADOR OPERACIONALEl concepto original del amplifi cador operacional procede

del campo de los computadores analógicos, en los que co-

menzaron a usarse técnicas operacionales en la época de los años cuarenta. El nombre de amplifi cador operacional deriva del concepto de un amplifi cador DC (amplifi cador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extre-madamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los tipos y disposición de los elementos de rea-limentación, podían implementarse diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características globales del circuito estaban determinadas solo por estos elementos de realimentación. De esta forma, el mismo amplifi cador era capaz de realizar diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplifi cadores operacionales dio lugar al surgimiento de una nueva era en los conceptos de diseño de circuitos.

Un amplifi cador operacional presenta cinco pines. Dos de ellos son las entradas del dispositivo; la primera de ellas llamada entrada inversora se halla indicada en los esquemas con un signo menos, la otra denominada entrada no inversora se indica mediante un signo más. Otro de los pines del am-plifi cador operacional corresponde a la salida del dispositivo mientras que las dos restantes corresponden a la alimentación requerida por el dispositivo (±Vcc). El amplifi cador opera-cional es un elemento activo con una alta razón de ganancia. Su alimentación es a través de potencia corriente directa, generalmente ±5 V hasta ± 30-32 V, el voltaje de salida VOUT no puede exceder a los voltajes de polarización.

Las características de un amplifi cador operacional ideal son las siguientes: tiempo de conmutación nulo, ganancia de tensión infi nita, impedancia de entrada infi nita, im-pedancia de salida nula, corrientes de polarización nulas, tensión de desplazamiento nula (si bien no es estrictamente cierto, la diferencia de potencial entre las entradas inversora y no inversora es nula), margen dinámico ±Vcc (la tensión de salida puede a nivel teórico alcanzar el valor de la tensión de alimentación, en la práctica se aproxima pero no puede ser igual ya que se producen saturaciones en el dispositivo). En la fi gura 1 se aprecia el amplifi cador LM741

Figura 1. Confi guración del amplifi cador LM741.

2

3 6

- +

Vx Vy

Vout 7

4 3

4

8

7

6

5

LM741

1

2



E S T R A T E G I A P E D A G Ó G I C A : E N T R E L A C O N C E P T U A L I Z A C I Ó N T E Ó R I C A Y P R Á C T I C A E N L A E N S E Ñ A N Z A E N E L E C T R Ó N I C A R A F A E L A L B E R T O B E T A N C O U R T U .

AMPLIFICADOR INVERSORLa confi guración más sencilla es la inversora. Dada

una señal analógica, el amplifi cador inversor constituye el modo más simple de amplifi car o atenuar la señal. La impedancia de entrada del dispositivo es infi nita, por lo cual no circulará corriente en el interior del amplifi cador operacional y las resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en serie. Por encontrarse estas resistencias dispuestas en serie, la corriente que atravesará ambas será la misma; podemos afi rmar por tanto:

IIN = IOUT

(Vi – Vx) / Ri = (Vx – Vo) / Rf (1)

Si tenemos en cuenta que la ganancia de tensión de un amplifi cador operacional debe atender a la relación salida/entrada:

Av = VOUT / VIN (2)

Al ser una de las características del amplifi cador la ganancia en tensión infi nita, podemos intuir que la única solución válida es disponer a la entrada del amplifi cador de una tensión nula.

(3)

Al llegar a este punto se destaca que no debe confundirse la entrada del amplifi cador constituida por los pines inver-sor y no inversor, con la entrada de la etapa amplifi cador inversor. Se llega a la conclusión de que la diferencia de potencial en la entrada del operacional debe ser nula. Puesto que en el circuito el pin no inversor se halla conectado a tierra, el valor de V será nulo o de lo contrario la diferencia de tensión en la entrada del amplifi cador no sería nula.

(4)

Este amplifi cador operacional puede atenuar o amplifi car las señales aplicadas a su entrada. El nombre de inversor viene dado por el signo negativo presente en la fórmula. Es decir, el montaje invierte la fase de la señal. La inversión

de fase no resulta signifi cativa en el tratamiento de señales alternas, ya que dichas señales varían entre semiciclos posi-tivos y negativos. Un amplifi cador inversor aplicado a una señal alterna tiene como resultado una simple inversión de fase. Sin embargo, en señales continuas el resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar una tensión continua e introducimos a la entrada de un amplifi cador inversor 2V a la salida tendremos - 4V (negativos), lo cual puede ser un inconveniente en determinadas aplicaciones.

AMPLIFICADOR NO INVERSOREste circuito presenta como característica más destacable

su capacidad para mantener la fase de la señal. El análisis se realiza de forma análoga al inversor. La diferencia de tensión en los pines de entrada del amplifi cador operacional ha de ser nula, por lo que la tensión presente en el pin inversor será la misma que la presente en el no inversor. Por hallarse las resistencias en serie, la corriente que las atravesará será la misma que la presente en el no inversor. Por hallarse las resistencias en serie, la corriente que las atravesará será la misma. En la fi gura 2 se enseña el amplifi cador no inversor.

Figura 2. Amplifi cador no inversor.

no inversor.

Vcc+ Vcc-

+ -

(5)

Resulta sencillo despejar de esta expresión la ganancia:

(6)



Docencia

Se puede apreciar cómo no existe signo negativo en la expresión (no se invierte la señal) siendo además la ganancia siempre superior a la unidad. Este circuito no permite por consiguiente atenuar señales.

AMPLIFICADOR SEGUIDOREsta sencilla confi guración ofrece una tensión de salida

igual a la tensión de entrada, no produciéndose ganancia alguna. El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de impedancias, ya que no consume corriente en su entrada (impedancia de entrada infi nita) ofreciendo señal en su salida (impedancia de salida nula). En la fi gura 3 se aprecia el amplifi cador seguidor. Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es igual a la de entrada, es decir, sigue a la de entrada.

Vout =Vin ( 7)

Figura 3. Amplifi cador seguidor.

Vcc+ Vcc-

- +

Figura 4. Amplifi cador sumador.

Vcc+ Vcc-

- +

AMPLIFICADOR SUMADOREn la fi gura 4 observamos el amplifi cador sumador,

el cual esencialmente no es más que un amplifi cador en confi guración inversora. Difi ere de este último en la red resistiva empleada en sustitución de la resistencia R1 utili-zada en el ejemplo de confi guración inversora. El desarrollo matemático es el mismo. Debido a la ganancia de tensión infi nita del amplifi cador para que la tensión de salida sea un número fi nito, la tensión de entrada debe ser nula. Puesto que uno de los pines (el no inversor en este caso) se

encuentra conectado a tierra a través de la resistencia Re, el otro pin (pin inversor) debe presentar también este valor. Debido a la impedancia de entrada infi nita del amplifi cador, la suma de intensidades que

atraviesen las resistencias R1, R2..., Rn será igual a la intensidad que atraviese la resistencia Rs (según la primera ley de Kirchhoff ). Por tanto podemos afi rmar que:

( 8 )

Despejando la tensión de salida:

( 9 )

Al llegar a este punto se debe particularizar la presente confi guración para obtener un sumador. Si se afi rma la igualdad entre las resistencias R1=R2=...=Rn y además se hace que este valor coincida con el de la resistencia Ro, se obtiene una tensión de salida igual a la suma algebraica de tensiones de entrada (con la correspondiente inversión de fase).

AMPLIFICADOR RESTADORLos amplifi cadores de diferencia se utilizan en diversas

aplicaciones en las que es necesario amplifi car la diferencia entre dos señales de entrada (fi gura 5).

Figura 5. Amplifi cador prestador.

Un amplifi cador de diferencia es un dispositivo que amplifi ca la diferencia entre dos entradas, pero que rechaza cualquiera de las señales comunes a las dos entradas.

Sea el circuito del amplifi cador operacional que se mues-tra en la fi gura 9. Recuerde que entran corrientes cero a las terminales del amplifi cador operacional.




Al aplicar la LCK en el nodo a,

(V1 –Va)/ R1 = (Va-Vo)/R2 Vo = ((R2/R1)+1) Va –R2V1/R1 (10)

Al aplicar la LCK en el nodo b, (V2 –Vb)/ R3 = (Vb -0)/ R4 Vb = ((R4/ (R3+R4)) V2 (11)

Sin embargo, Va = Vb. Por tanto Vo =R2 (1+ R1/R2) V2/R1 (1 +R3/R4) – (R2/R1) V1 (12)

Puesto que un amplifi cador diferencial debe rechazar una señal común a las dos entradas, entonces debe tener la propiedad de que Vo = 0 cuando V1 =V2. Esta propiedad existe en la situación en la que

R1/R2 =R3/R4 ( 13 )

Así, cuando el circuito del amplifi cador operacional es un amplifi cador diferencial, tenemos que

Vo = (R2/R1 )(V2-V1) ( 14 ) Si R2 =R1 y R3 = R4

El amplifi cador diferencial se vuelve un restador, con la salida Vo =V2-V1 (15)

AMPLIFICADOR INTEGRADORLos circuitos importantes del amplifi cador operacional

que usan elementos almacenadores de energía incluyen a los integradores y a los diferenciadores. Se aprecia en la fi gura 6:

Figura 6. Amplifi cador integrador.

El integrador del amplifi cador operacional se utiliza en numerosas aplicaciones, en especial en computadoras analógicas. Un integrador es un circuito del amplifi cador operacional cuya salida es proporcional a la integral de la señal de entrada. Si la resistencia de retroalimentación Rf en el amplifi cador inversor se sustituye por un capacitor, obtenemos un integrador ideal. Es interesante que podamos obtener una representación matemática de esta forma de integración. En el nodo a de la fi gura,

Ir =Ic Pero Ir =Vi/R Ic = -C dVo/dt (16)

Sustituyendo estas expresiones en la primera ecuación, e integrando ambos lados obtenemos:

Vo (t) – Vo(0) = -1/RC (17)

Para asegurar que Vo(0)= 0, siempre es necesario des-cargar el capacitor del integrador, antes de la aplicación de una señal. Suponiendo que Vo = 0,

Vo = -1/RC (18)

Lo que muestra que el circuito proporciona una tensión de salida proporcional a la integral de entrada. En la prácti-ca, el integrador del amplifi cador operacional requiere una resistencia de retroalimentación para reducir la ganancia de cd y evitar la saturación. Debe tenerse cuidado de que el amplifi cador operacional opere dentro del intervalo lineal, a fi n de que no se sature.

AMPLIFICADOR DIFERENCIADORUn diferenciador es un circuito del amplifi cador opera-

cional cuya salida es proporcional a la tasa de cambio de la señal de entrada. Se aprecia en la fi gura 7:

Figura 7. Amplifi cador diferenciador.

Si se sustituye la resistencia de entrada por un capacitor

(capacitador?), en el circuito inversor, el circuito resultante es un diferenciador. Al aplicar la LCK en el nodo a,

Ir =Ic (1) Pero Ir = -Vo / R Ic =C dvi/dt ( 18 ) y Vo =-RCdvi/dt (19)

Lo que muestra que la salida es la derivada de la entrada. Los circuitos del diferenciador son inestables electrónica-mente puesto que el diferenciador acentúa cualquier ruido eléctrico dentro del circuito. Por esta razón, el circuito diferenciador no es tan útil como el integrador.



Docencia

ANÁLISIS TEÓRICO DE LOS CIRCUITOS

APLICACIÓN 1: INVERSOR

APLICACIÓN 2: NO INVERSOR

APLICACIÓN 3: SUMADOR

APLICACIÓN 4: RESTADOR

APLICACIÓN 5: SEGUIDOR

APLICACIÓN 6: INTEGRADOR




APLICACIÓN 7: DERIVADOR

RESULTADOS

APLICACIÓN 1: INVERSOR

FRE 110 Hz 1KHz 11KHz

VT VP VP VP % error

Rin(ohm) 200 210 210 210 5

RF(ohm) 20000 19190 19190 19190 4,05

Vin(V) 0,1 0,11 0,11 0,11 0,1

Vo(V) 10 9 8 5,6 10

Av 101 90 80 56 10,89

APLICACIÓN 2: NO INVERSOR

FRE 5,12 KHz 0,504KHz 53KHz

VT VP VP VP % error

Rin(ohm) 180 160 160 160 11,11

RF(ohm) 18000 17900 17900 17900 0,56

Vin(V) 0,1 0,11 0,11 0,11 10

Vo(V) 10,1 10 10 1,7 0,99

Av 101 91 91 15 9,99

APLICACIÓN 3: SUMADOR

FRE 5,12 KHz 0,504KHz 53KHz

VT VP VP VP % error

R1=R2(ohm) 1000R1=1010

R2=986

R1=1010

R2=986

R1=1010

R2=9861,4

RF1=RF2(ohm) 101000 117000 117000 117000 15,84

Vin(V) 0,075 0,075 0,075 0,075 0,01

Vo(V) 15,15 13,5 13 1,4 10,89

Av 101 90 87 9 10,89

APLICACIÓN 4: RESTADOR

VT VP % error

R1=R2(ohm) 1000R1=1010

R2=9861,4

RF1=RF2(ohm) 101000 117000 15,84

V1(mV) 10 9,8 2

V2(mV) 50 47,9 4,2

Vo(V) 4,04 4,02 0,49

Av 101 90 10,89

APLICACIÓN 5: SEGUIDOR

VT VP % error

Vin(V) 0,1 0,1 0

Vo(V) 0,1 0,1 0

Av 1 1 0

APLICACIÓN 6: INTEGRADOR

VT VP % error

Rin(Kohm) 9,9 9,86 0,4

C(uF) 1000 998 0,2

Vin(mV) 50 49 2

Vo(V) -5,05 -5,02 0,59

Av 101 90 10,89

APLICACIÓN 7: DERIVADOR

VT VP % error

RF(Kohm) 101 100 0,99

C(uF) 1000 998 0,2

Vin(mV) 50 49 2

Vo(V) -5,05 -5,02 0,59

Av 101 90 10,89

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y PORCENTAJES

DE ERROR (E%)

Un amplifi cador operacional real difi ere del compor-tamiento ideal en dos aspectos: consume intensidades en sus entradas, e introduce errores en la comparación de las



Docencia

señales de entrada. El amplifi cador operacional ideal opera en modo diferencial y las tensiones en modo común no están en principio limitadas ni infl uyen en la respuesta. Sin embargo, un amplifi cador operacional real tiene limitado el rango de tensiones en modo común en que puede operar. La tensión máxima que puede establecer un amplifi cador operacional en su salida está limitada por las tensiones de alimentación (VCC y VEE), así como el rango de tensión necesaria para polarizar los elementos de polarización de la etapa de salida.

La tensión de saturación de salida es la tensión máxima (Vsat+) y mínima (Vsat-) que la salida del amplifi cador operacional puede alcanzar. Esta suele ser de 0,5 V a 2 V por debajo de la tensión de alimentación.

En un amplifi cador operacional ideal cuando se corto-circuitan las entradas, la salida se anula. En un amplifi cador operacional real, para que la salida se anule es necesario aplicar entre las entradas una cierta pequeña tensión que se denomina off set de voltaje de entrada. La tensión de off set de entrada es dependiente de la tensión de las fuentes de alimentación del amplifi cador operacional, y así mismo, son susceptibles a cambios con el tiempo. Las intensidades de polarización y de off set son fuertemente dependientes de la temperatura.

CONCLUSIONES

Se ha mostrado una forma de desarrollar las competen-cias en el proceso enseñanza-aprendizaje para ser aplicado en las clases, laboratorios y trabajo académico, buscando

la capacidad de integrar conocimientos precisos en la solución de problemas a través del método, mediante una pedagogía activa y participativa que favorece las relacio-nes estructurales entre el profesor y el estudiante. Para el caso de aplicación tratado se analizó el funcionamiento y manejo del amplifi cador operacional, habiendo realizado las principales confi guraciones. Teóricamente los resul-tados fueron correctos, ya que los valores obtenidos se aproximaron a los valores comerciales de dichos elemen-tos, pero en la aplicación las señales de salida no tenían la ganancia exacta o no eran completamente simétricas. En la simulación de los circuitos las diferencias entre las señales de salida teóricas y las obtenidas fueron más notables todavía, por lo que se tuvo que variar constan-temente los valores de los elementos, para poder obtener una señal semejante a las deseadas.

BIBLIOGRAFÍA BOYESTAD, R. 2004. Introducción al análisis de circuitos. 10 edi-

ción, Pearson. CARLSON B, 2005, Circuitos. Th ompson.

EDMINISTER, J. (1994). Teoría y problemas de circuitos eléctricos, Serie Schaum.

HAYT, W. H. (2007). Análisis de circuitos en ingeniería. 2 edición. McGraw-Hill.

IRWIN, D. (1996). Análisis básico de circuitos. En Ingeniería. 5 edición. Pearson Educación.

http://www.ifent.org/temas/amplifi cadores_operacionales.asp

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/2912/quees.html



La revista Ingeniería Solidaria acepta para su publicación artículos sobre investigaciones científi cas y desarrollos tec-nológicos originales e inéditos en disciplinas relacionadas con la ingeniería y las ciencias aplicadas.

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- Palabras clave en español e inglés. Deben presentarse de tres a diez palabras o frases que identifi quen los aspectos principales del artículo.

- Introducción. Debe describir el planteamiento general del trabajo, incluidos el objetivo y referenciado los an-tecedentes y el alcance.

- Marco teórico.- Desarrollo experimental. Debe hacerse con los detalles

sufi cientes, incluida la descripción de los procedimien-tos.

- Resultados. Explicación e interpretación de los hallazgos. Si es necesario, se puede presentar una discusión breve, enfocada a la interpretación de los resultados.

- Conclusiones. Implicación de los resultados y su relación con el objetivo propuesto.

- Agradecimientos. Si los hay, deben ser breves e incluir los aportes esenciales para el desarrollo del trabajo.

- Apéndices. - Referencias. La bibliografía debe ser ordenada alfabéti-

camente y poseer la siguiente estructura y tipografía:

a) Para un libro: APELLIDO Y PRIMERA LETRA DEL NOMBRE

DEL O LOS AUTORES (año): Título del libro. Número de edición. Editorial, Ciudad.

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BRE DEL O LOS AUTORES (año):”Titulo de la memoria o tesis”. Señalar si es memoria de título o tesis de grado. Universidad, facultad, Departamento o escuela, páginas. Ciudad y/o país.

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símbolos se defi nirán cuando aparezcan por primera vez, bien sea en fi guras, tablas o texto, y se dispondrán alfabéticamente al fi nal del artículo en un apéndice denominado Nomenclatura.

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y los símbolos correspondientes. En disciplinas en que la práctica corriente consiste en emplear el sistema métrico técnico (con fuerza en kilogramos) se podrá usar este sistema, pero en tal caso las cantidades irán seguidas por su equivalente SI, puesto entre paréntesis. En aquellas en que se acostumbren otras unidades, éstas irán entre paréntesis, a continuación de su equivalente en el sistema SI.

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