Desarrollo de modelo digital para la predicción de fallos en basculas de piso mediante análisis de datos iot

Este proyecto tiene como propósito diseñar e implementar un sistema de gemelo digital aplicado a las básculas de piso industriales de la empresa básculas y balanzas de la costa (Bascosta), ubicada en la región caribe de Colombia. La propuesta se basa en la recopilación continua de datos provenientes...

Full description

Autores:
Bolaño Pérez, Kathleen Johana
Granados Ruiz, Alejandra María
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad de Ibagué
Repositorio:
Repositorio Universidad de Ibagué
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/5898
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12313/5898
Palabra clave:
Análisis de datos IoT
Basculas de datos - Fallos
Ciencia de datos
Modelado Predictivo
Series de tiempo LSTM
Gemelo digital
Colombia
Iot
Data science
Predictive modeling
LSTM Time series
Digital twin
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description Este proyecto tiene como propósito diseñar e implementar un sistema de gemelo digital aplicado a las básculas de piso industriales de la empresa básculas y balanzas de la costa (Bascosta), ubicada en la región caribe de Colombia. La propuesta se basa en la recopilación continua de datos provenientes del sector IoT en donde se instalaron en los equipos, las cuales registraban variables como temperatura de la celda de carga, resistencia del sensor, multi voltaje y peso en operación. Con esta información, se construye una réplica digital precisa que permite observar y analizar el comportamiento real de las básculas en distintos contextos de uso. Como parte de desarrollo inicial, se ejecutó una fase de prueba mediante una simulación guiada que genera datos sintéticos. Este ambiente controlado reproduce tantas condiciones normales de funcionamiento de escenarios cercanos a fallos. Hp la transmisión de la información se realiza en tiempo real a través del protocolo MQTT, el cual codifica en formato JSON, lo que facilita su envío y análisis de los datos durante el proceso. El núcleo del sistema se fundamenta de aprendizaje automático supervisado, cuyo objetivo desclasificar el estado de las básculas en 2 categorías: operativas o con riesgo de fallo; para ello, los modelos analizan datos multivariados sin procesar, identifican patrones irregulares y eso siguen variables capturadas con posibles deterioros mecánicos o electrónicos. El entrenamiento de los algoritmos se realiza con los datos generados en las simulaciones, con el fin de anticipar comportamientos que indiquen que se requiera intervención técnica en el momento. El resultado esperado él la puesta en marcha de una herramienta inteligente de mantenimiento predictivo que fortalezca la capacidad de respuesta de la empresa. A través de procesamiento de datos en tiempo real, el sistema permitirá transformar la información operativa en alertas útiles y acciones priorizadas. Esto facilitará la planificación de intervenciones según la gravedad de los posibles fallos, al mismo tiempo reducirá los costos generados por paros no programados y prolongará la vida útil de los equipos, hoy mejorando la productividad y la gestión técnica de Bascosta.
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Como parte de desarrollo inicial, se ejecutó una fase de prueba mediante una simulación guiada que genera datos sintéticos. Este ambiente controlado reproduce tantas condiciones normales de funcionamiento de escenarios cercanos a fallos. Hp la transmisión de la información se realiza en tiempo real a través del protocolo MQTT, el cual codifica en formato JSON, lo que facilita su envío y análisis de los datos durante el proceso. El núcleo del sistema se fundamenta de aprendizaje automático supervisado, cuyo objetivo desclasificar el estado de las básculas en 2 categorías: operativas o con riesgo de fallo; para ello, los modelos analizan datos multivariados sin procesar, identifican patrones irregulares y eso siguen variables capturadas con posibles deterioros mecánicos o electrónicos. El entrenamiento de los algoritmos se realiza con los datos generados en las simulaciones, con el fin de anticipar comportamientos que indiquen que se requiera intervención técnica en el momento. El resultado esperado él la puesta en marcha de una herramienta inteligente de mantenimiento predictivo que fortalezca la capacidad de respuesta de la empresa. A través de procesamiento de datos en tiempo real, el sistema permitirá transformar la información operativa en alertas útiles y acciones priorizadas. Esto facilitará la planificación de intervenciones según la gravedad de los posibles fallos, al mismo tiempo reducirá los costos generados por paros no programados y prolongará la vida útil de los equipos, hoy mejorando la productividad y la gestión técnica de Bascosta.The purpose of this project is to design and implement a digital twin system applied to industrial floor scales manufactured by Básculas y Balanzas de la Costa (Bascosta), located in the Caribbean region of Colombia. The proposal is based on the continuous collection of data from the IoT sector where the equipment was installed, which recorded variables such as load cell temperature, sensor resistance, multi-voltage, and operating weight. With this information, an accurate digital replica is constructed that allows the actual behavior of the scales to be observed and analyzed in different contexts of use. As part of the initial development, a test phase was carried out using a guided simulation that generates synthetic data. This controlled environment reproduces both normal operating conditions and scenarios close to failure. The information is transmitted in real time via the MQTT protocol, which encodes it in JSON format, facilitating the sending and analysis of data during the process. The core of the system is based on supervised machine learning, which aims to classify the status of the scales into two categories: operational or at risk of failure. To do this, the models analyze raw multivariate data, identify irregular patterns, and track variables captured with possible mechanical or electronic deterioration. The algorithms are trained using data generated in simulations in order to anticipate behaviors that indicate the need for immediate technical intervention. The expected result is the implementation of an intelligent predictive maintenance tool that strengthens the company's response capacity. Through real-time data processing, the system will transform operational information into useful alerts and prioritized actions. This will facilitate the planning of interventions according to the severity of potential failures, while reducing the costs generated by unscheduled downtime and extending the useful life of equipment, thereby improving Bascosta's productivity and technical management.MaestríaMaster en Analítica de Datos para la Toma de Decisiones EmpresarialesRESUMEN DEL PROYECTO.....6 INTRODUCCIÓN.....7 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y ORGANIZACIONAL.....8 1.1 Marco Teórico General.....8 CAPÍTULO 2. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS.....9 2.1 Planteamiento del Problema.....9 CAPÍTULO 3. ALINEACIÓN ESTRATÉGICA Y VALOR ORGANIZACIONAL.....10 3.1 Ventaja Competitiva Asociada.....10 3.2 Generación de Valor para la Organización.....11 3.3 Beneficios Esperados (Corto, Mediano y Largo Plazo).....12 4.1 Descripción de la Organización.....13 4.2 Solución Técnica Empleada.....14 4.2.1 Fuentes de Datos.....14 4.2.2 Tratamiento de Datos (ETL).....16 4.2.3 Diccionario de Datos.....23 4.2.4 Arquitectura de Datos.....24 4.2.5 Métodos y Algoritmos Utilizados.....26 4.2.6 Herramientas y Lenguajes de Programación.....29 4.2.7 Códigos y Scripts Documentados.....30 4.2.8 Validación Técnica de la Solución.....32 4.3 Fases de Desarrollo del Proyecto.....33 CAPÍTULO 5. RESULTADOS, INDICADORES Y RIESGOS.....36 5.1 Resultados Obtenidos.....36 5.2 Indicadores de Éxito (KPIs).....38 5.3 Aspectos Éticos y Riesgos del Proyecto.....40 CAPÍTULO 6. CIERRE ACADÉMICO Y ANEXOS.....41 6.1 Conclusiones.....41 6.2 Recomendaciones.....42 6.3 Anexos.....43 CAPÍTULO 7. BIBLIOGRAFIA.....4344 páginasapplication/pdfBolaño Pérez, K.J. & Granados Ruiz, A.M. (2025). Desarrollo de modelo digital para la predicción de fallos en basculas de piso mediante análisis de datos iot. [Tesis de grado, Universidad de Ibagué] . https://hdl.handle.net/20.500.12313/5898https://hdl.handle.net/20.500.12313/5898spaUniversidad de IbaguéCiencias Economicas y AdministrativasIbaguéNegocios InternacionalesFernández, M. (2022). TC Comparación de Modelos Machine Learning Aplicados al Riesgo de Crédito. Universidad de Concepción: Concepción, Chile.Bustamante-Limones, A., Rodriguez-Borges, C., & Pérez-Rodriguez, J. A. (2024). Evaluación del uso de gemelos digitales en los sistemas de producción. AiBi Revista de Investigación, Administración e Ingeniería, 12(3), 195-204.Chiquito, M. V., Plua, J. C. G., Chong, M. B., & Chong, C. B. (2020). Gemelos digitales y su evolución en la industria. Recimundo, 4(4), 300-308Peña, S. (2017). Análisis de datosDAToS, T. D. (2014). Tipos de datos y escalas de medida. Rev Chil Anest, 43, 109-111.Chuquimarca, C. E. T., & Maita, S. S. (2022). Análisis comparativo entre arquitecturas de sistemas IoT. Revista de Investigación en Tecnologías de la Información: RITI, 10(21), 55- 70.Chen, F., Huo, Y., Zhu, J., & Fan, D. (2020, November). A review on the study on MQTT security challenge. In 2020 IEEE International Conference on Smart Cloud (SmartCloud) (pp. 128-133). IEEE.Dinculeană, D., & Cheng, X. (2019). Vulnerabilities and limitations of MQTT protocol used between IoT devices. Applied Sciences, 9(5), 848.Bascosta. (2025, 4 octubre). Inicio - Bascosta. Bascosta - Soluciones Inteligentes de Pesaje. https://www.bascosta.com/info:eu-repo/semantics/closedAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_14cbAtribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/Análisis de datos IoTBasculas de datos - FallosCiencia de datosModelado PredictivoSeries de tiempo LSTMGemelo digitalColombiaIotData sciencePredictive modelingLSTM Time seriesDigital twinDesarrollo de modelo digital para la predicción de fallos en basculas de piso mediante análisis de datos iotTrabajo de grado - MaestríaTextinfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TMinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionPublicationORIGINALTesis.pdfTesis.pdfapplication/pdf1794181https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/bffa466f-5867-4497-aad3-c7d67d9f0ce5/download7da8e3f9a0c882e50116c5aa496281beMD51Acuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdfAcuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdfapplication/pdf181788https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/921ba1f7-1b4e-4bec-a89d-76a4519be156/downloada614be6ad62acc5a1698a88090f1c3b9MD52Formato de autorizacion (1).pdfFormato de autorizacion (1).pdfapplication/pdf220973https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/33ac1321-56ca-4157-b219-dce6ccbad858/download812a6cc98086b97755423a8a9174732cMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8134https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/ccb8327d-f64f-4362-b2fa-c3cc0de06629/download2fa3e590786b9c0f3ceba1b9656b7ac3MD54TEXTTesis.pdf.txtTesis.pdf.txtExtracted texttext/plain72097https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/aa8e996d-8a60-460d-b30c-7ba0da891fb1/download1c7176ecf5e816ec99c326f8ed6c0263MD55Acuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdf.txtAcuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdf.txtExtracted texttext/plain5700https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/f9c356a8-3808-4645-b0f5-b4bd2d0ffcb4/downloaddbb459258fca602d32c3419b01b1fe7eMD57Formato de autorizacion (1).pdf.txtFormato de autorizacion (1).pdf.txtExtracted texttext/plain3820https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/293176cb-6100-458d-a8a1-e00bf304c39d/download5f9583b609d76acbd9884e7dc1229e72MD59THUMBNAILTesis.pdf.jpgTesis.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13854https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/0539b195-7684-440a-b18b-fd5852964e56/downloadccc4f9bd71722cf6be24bdaf163d7106MD56Acuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdf.jpgAcuerdo de confidencialidad y propiedad intelectual.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg20570https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/8a3203d0-a608-44f6-8ae7-824f360c48c3/downloadd90ccbb352e427f713bc56b69fcaeca7MD58Formato de autorizacion (1).pdf.jpgFormato de autorizacion (1).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg23068https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/4c25bf45-a81d-4bca-8b20-66a9ded63346/download4c5a9ed22748b3ed0e420f8c7a6963e7MD51020.500.12313/5898oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/58982025-11-06 03:01:42.723https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/https://repositorio.unibague.edu.coRepositorio Institucional Universidad de Ibaguébdigital@metabiblioteca.comQ3JlYXRpdmUgQ29tbW9ucyBBdHRyaWJ1dGlvbi1Ob25Db21tZXJjaWFsLU5vRGVyaXZhdGl2ZXMgNC4wIEludGVybmF0aW9uYWwgTGljZW5zZQ0KaHR0cHM6Ly9jcmVhdGl2ZWNvbW1vbnMub3JnL2xpY2Vuc2VzL2J5LW5jLW5kLzQuMC8=