Esta tesis presentará el desarrollo de un sistema ciberfísico inteligente para el monitoreo y control del consumo de energía en el hogar que abarcará el diseño de los dispositivos físicos y un sistema basado en el internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) usando herramientas de computación en la nube (también conocido como Cloud Computing) para el procesamiento y transmisión de la información recolectada y comandos enviados a través de internet. Para esto se optará por una investigación preliminar y luego el desarrollo de ingeniería pertinente. También se desarrollará la aplicación web y una aplicación móvil. Además, se realizará la fabricación de los prototipos necesarios para la validación del sistema integrado con las aplicaciones mencionadas y ver su correcto funcionamiento. Luego del trabajo realizado, se puede concluir que es posible el desarrollo de este sistema y que funciona de una manera muy estable. Todo esto se valida gracias a la realización de pruebas por medio de prototipos diseñados e impresos en 3D con filamento de plástico PLA, que da la suficiente resistencia mecánica para el sistema, y su integración con las aplicaciones desarrolladas. Además, el diseño se realizó para que sea un sistema escalable capaz de soportar una gran cantidad de usuarios y que se pueda seguir adicionando diferentes tipos de dispositivos para así aumentar el confort que se tiene. En vista de que en el Perú el boom de la construcción hace que aumente exponencialmente el consumo energético por habitante, se hace necesario el desarrollo de este sistema que permita monitorear y regular el consumo de energía de una forma práctica y rápida.

La transformación digital ha traído consigo muchos beneficios y retos para las empresas; y pese a ello, aún se tiene muchos inconvenientes en adoptar un sistema centralizado para las tecnologías IoT. Las plataformas IoT son sistemas solicitados por las empresas para unificar toda la labor de gestión y operativa relativa al IoT, sin embargo, las empresas para optar por un nuevo tipo de tecnología requieren de referencias de mercado como evaluaciones en ambientes de prueba, diseños validados o experiencias en la misma tecnología en otras empresas del mismo rubro. A pesar de esto, se carece de estas pruebas, evaluaciones y estándares en las plataformas IoT actuales del mercado por lo cual se dificulta su adopción. Es así, como la presente tesis tiene como objetivo realizar la prueba, evaluación y diseño del rendimiento de una plataforma IoT empleando software de código libre. Esto se realizará mediante la implementación de todos los componentes en un centro de datos de prueba y como resultado, se podrá contrastar el beneficio de las distintas plataformas IoT en cada escenario establecido. Dado que los escenarios propuestos son en base a plataformas IoT de terceros, se busca desarrollar un nuevo sistema que cubra las mismas capacidades, y por consiguiente, sea el inicio de futuros proyectos que se complementen con lo propuesto para las tecnologías IoT Finalmente, obtenido toda la información y capacidades respecto a las plataformas, se realizó un análisis exhaustivo del porqué de cada parámetro recibido y como estos pueden beneficiar a los requerimientos empresariales de todo tamaño. Como resultado final, se propone un estudio de mercado en el cual la empresa analizara los costos de implementación para un tipo de escenario.

Con la conversión de la industria tradicional a industria 4.0, la inteligencia artificial (IA), Internet de las Cosas (IoT), el Machine Learning (ML) y la calidad de los datos (DQ) adquieren nuevas dimensiones y una notoria relevancia en el campo de la industria. Uno de los usos más solicitados de la IA en el campo de la industria es la búsqueda de la mejora de la rentabilidad, ya sea aumentando la producción, o disminuyendo los costes del propio proceso industrial. En esta tesis se abordan los dos objetivos: para la optimización de producción, se presenta un sistema para la cuantificación de energía generada para instalaciones solares fotovoltaicas. Este modelo está basado en Open Data provenientes de satélites, sensores IoT y Redes Neuronales Artificiales (ANN). Así, facilitamos a los lectores la información necesaria para decidir cuánto deberían invertir en una ubicación en concreto, en función de la producción energética deseada. En comparación con las propuestas más avanzadas, nuestra solución proporciona una capa de abstracción centrada en la producción de energía, en lugar de en los datos de radiación, y puede entrenarse y adaptarse a diferentes ubicaciones utilizando Open Data. Por otra parte, para la disminución de costes del propio proceso industrial, se presenta un modelo de ML basado en autoencoders que permite la Detección y el Diagnosis de Errores (FDD) y acorta las interrupciones del proceso productivo. El enfoque presentado explota los datos generados por el proceso industrial y entrena una arquitectura basada en ML, combinando varios algoritmos con autoencoders y ventanas deslizantes. La solución presentada ayuda a detectar precozmente las averías y se ha sido probada con datos reales procedentes de una instalación con una turbina de cogeneración de energía eléctrica. Además, se destaca que, aunque el ejemplo usado para nuestro enfoque utiliza una instalación industrial de una turbina de gas, éste puede adaptarse a otros problemas de FDD en otros procesos industriales que podrían beneficiarse de las ventajas mencionadas. Sin embargo, durante la realización del proyecto se han encontrado dos dificultades adicionales: que no existe una metodología establecida para la captación de requisitos para proyectos de ML; y que no existe información adecuada y suficiente sobre el efecto de las desviaciones de la Calidad de lo Datos (DQ) en dichos modelos ML. Por consiguiente, en esta tesis se presentan dos soluciones adicionales para dichos problemas. Para solventar la captación de requisitos en proyectos de ML, se presenta una particularización del modelo de requisitos iStar (i*). Mediante esta particularización, los recién llegados y los no expertos en el campo del ML pueden seguir una metodología que les guiará por el camino correcto a seguir, evitando modelos no válidos. El marco i* es un popular lenguaje de modelado para capturar el entorno y los requisitos de un sistema. Sin embargo, se ha construido sobre una capa de abstracción muy alta, y sus usos en un campo específico dependen en gran medida de la experiencia del diseñador. La propuesta presentada resuelve esto: especifica el marco i*, cubriendo las principales lagunas entre el ML y el modelado conceptual. Así, proporcionamos una línea de base adecuada a seguir que captura los requisitos y cumple las numerosas restricciones del campo del ML. Además, se presenta una guía basada en preguntas para aplicar dicha propuesta, y se aplica la metodología descrita en el proyecto de la turbina de gas descrito previamente. Así, se puede ver su viabilidad y cómo su uso filtra diseños no válidos. Respecto al punto de ver la cuantificación del efecto de DQ en los proyectos de ML, en esta tesis se presenta un enfoque sistemático, basado en la norma ISO 25012, para estimar el impacto de la degradación de la DQ en diferentes algoritmos, con el fin de cuantificar dicho efecto en la salida de un modelo de ML de una instalación real (la de la turbina de gas de cogeneración). Se debe destacar que en una instalación real puede haber fuertes restricciones de tiempo y espacio, y la limpieza de datos como tal no siempre es posible, por lo que el modelo de ML debe lidiar de con dichos problemas de DQ. Para ello, se ha definido una metodología mediante la cual, se contamina progresivamente los datos para disminuir dos características de D, accuracy y currentness. Como resumen, la tesis se centra en 4 puntos: optimización de un proceso industrial de generación solar fotovoltaica, mejora en el mantenimiento industrial mediante mantenimiento predictivo en una instalación real, metodología para la captación de requisitos en un proyecto de ML, y efectos de DQ sobre las salidas de los modelos de ML en un entorno industrial. Así pues, esta tesis mejora de manera integral distintos aspectos relacionados con el ML, el IoT y las instalaciones industriales. / Esta Tesis Doctoral ha sido posible gracias a la financiación recibida de diversas fuentes. En primer lugar, la beca UAIND18-08A de la Universidad de Alicante, bajo el título "Técnicas Analíticas en Sistemas IoT". El objetivo de esta beca es la realización del doctorado industrial soportado por el convenio LUCENTIALAB2-18Y, que establece el convenio de colaboración en el que la tesis está co-financiada por la Universidad de Alicante y la empresa Lucentia Lab S.L. Por otra parte, a lo largo de la tesis se ha participado en diversos proyectos, que han hecho posible el envío de artículos a diversas conferencias y revistas. Entre estos proyectos se encuentran los proyectos nacionales ECLIPSE-UA (RTI2018-094283-B-C32) y AETHER-UA (PID2020-112540RB-C43) financiados por el Ministerio de Economía y Empresa y el Ministerio de Ciencia e Innovación respectivamente, y el proyecto regional BALLADEER (PROMETEO/2021/088) financiado por la Generalitat Valenciana.

La pandemia generada por la Covid 19 generó que las universidades dejen de brindar clases presenciales y que los alumnos dejen de interactuar con los equipos que dichas universidades brindan como complemento de sus aprendizajes. Por otro lado, el internet de las cosas es la tecnología que permite conectar dispositivos a internet y las plataformas IoT las que permiten a un usuario final el monitoreo y control remoto de dichos dispositivos. En ese sentido, el objetivo principal de la tesis es el diseño e implementación de una plataforma IoT que permita el monitoreo y control remoto desde la nube del banco de psicrometría, el cual es un equipo mecánico ubicado dentro del Laboratorio de Energía de la PUCP, a un alumno a través de una interfaz web para la realización de laboratorios remotos. Para ello, se presenta la situación del Laboratorio de Energía en pandemia y se describe al equipo en cuestión. Luego, se presenta los requerimientos a cumplir, se plantea el diseño de la arquitectura y se realiza la implementación de la plataforma. También, se realiza pruebas de rendimiento y se muestra los resultados del uso de la plataforma desarrollada por alumnos en laboratorios reales. Por último, se destacan las conclusiones claves, como el diseño e implementación exitosa de la plataforma IoT. Adicionalmente, se muestra que la plataforma está siendo utilizada por estudiantes de la PUCP a la fecha en la que se escribe la tesis.

El internet de las cosas es la tecnología que permite conectar dispositivos a internet y las plataformas IoT las que permiten a un usuario final el monitoreo y control remoto de dichos dispositivos. Debido a esto, se propone la utilización de una plataforma IoT para monitorear y controlar remotamente los equipos mecánicos de la PUCP, como el banco de psicrometría ubicado en el Laboratorio de energía de la misma, para el desarrollo de laboratorios remotos. Por este motivo, el objetivo principal será el análisis y comparación de tres plataformas IoT que permitan el monitoreo y control remoto de un equipo mecánico: ThingSpeak, ThingsBoard y Kaa IoT. En la investigación, se evidencia que la plataforma que cumple con la mayoría de los requerimientos planteados para el desarrollo de un laboratorio remoto es Kaa IoT.

La presente investigación tiene un alcance de tipo exploratorio, descriptivo y explicativo, con un enfoque cualitativo con la finalidad de identificar cuál es la percepción del conocimiento que se tiene sobre la competitividad del Perú y cómo esta se puede ver influenciada con la implementación de las redes 5G. La intención es obtener información relevante que pueda ser útil para el gobierno peruano, los operadores de telefonía móvil y los referentes de empresas, que permitan conocer cuáles son las ventajas y aplicaciones de esta tecnología y cómo esta puede ayudar a mejorar el nivel de competitividad del país, la existencia de una brecha tecnológica respecto a los países con los que Perú compite y cómo se podría viabilizar la implementación de la tecnología 5G en el mediano plazo. Para ello se realizaron entrevistas semiestructuradas a 11 referentes del país que envuelven el sector público y privado, así como el punto de vista de los operadores de telefonía móvil. Los 11 entrevistados mostraron conocimientos variados respecto al tema de estudio, siendo los representantes de la telefonía móvil los más informados al respecto mientras que los representantes de empresas privadas y de entidades del sector público perciben que la tecnología 5G podría traer mejoras en la competitividad del país, sin embargo, no tienen un conocimiento profundo de cómo funcionan estos sistemas y qué ventajas podrían obtener en los diferentes sectores empresariales en los que se desenvuelven, así como a nivel de las ciudades. Los referentes de telefonía móvil indican que la tecnología 5G tiene muchas ventajas tales como su alta velocidad de transferencia de datos, baja latencia y sus altos estándares de seguridad lo que lo hace confiable. Ventajas que se traducen en varias aplicaciones que ayudan a la transformación digital de las empresas y ciudades permitiendo de esta manera ser más competitivos. Asimismo, dado el nivel de inversión en el que tienen que incurrir para su implementación en el mercado peruano, indican que el gobierno debería ser un promotor para viabilizar la instalación de esta tecnología en el mercado. Finalmente, todos los entrevistados coinciden que el no implementar las redes 5G, o tener un retraso en su implementación, será una desventaja competitiva para el Perú, opinión que ha tomado mayor peso hoy en día que se vive una pandemia mundial, misma que ha evidenciado la necesidad de contar con internet en todos los rincones del mundo para estar interconectados. / The current investigation has an exploratory, descriptive and explanatory reach with a qualitative focus for the purpose of identifying the perception of knowledge about the peruvian competitiveness and how this can be influenced with the implementation of 5G networks. The aim is to get relevant information that may be useful for the peruvian government, the mobile phone operators and the concerning companies that allow them to know what are the advantages, the uses of this technology and how it can help improve the level of the country's competitiveness, the presence of a technological gap with the countries that compete with Peru and how could it be made viable in a medium term. For that, we did semi-structured interviews to 11 specialists of the country's public and private sector, and we got the point of view of the mobile phone operators. The 11 interviewed showed diverse knowledge of the subject of study, being the representatives of the mobile phone operators the ones who were more acquainted, while the public and private sector perceive that 5G technology could bring improvement in the country's competitiveness, however they don't have a deep knowledge of how the systems work and the advantages they could get in the different business areas they work in and at the cities level. The mobile phone specialists point out that 5G technology has many advantages such as high speed in data transfer, low latency and high security standards that make it reliable. These advantages translate in several uses that help in the digital transformation of companies and cities, allowing them to be more competitive. Likewise, given the level of investment they would have to make for the implementation of this in the peruvian market, they consider that the government must be a promoter to make viable the installation of this technology. Finally, everyone agrees that to not implement 5G networks or to have a delay in it, will be a competitive disadvantage for Peru, thought that has more value now with the global pandemic, that has proved the need to have internet in every corner of the world to be interconnected.

La presente tesis tiene por objetivo principal diseñar una solución que incremente las capacidades de funcionamiento del actual Sistema de Supervisión y Control que posee la Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina de Guerra del Perú para sus estaciones remotas meteorológicas y luminosas, permitiéndole una mejor gestión, almacenamiento de la información y operación del sistema. Para ello se compararon 2 alternativas de solución: La optimización del sistema actual y el diseño de un nuevo sistema basado en el Internet de las Cosas (IoT). Se analizaron las implicaciones técnicas, energéticas y económicas de ambas alternativas, concluyéndose que el diseño de un nuevo sistema basado en IoT es más óptimo. El procedimiento para el diseño de la solución basada en IoT, se basó en el análisis comparativo de diferentes modelos de hardware y software, cálculos matemáticos y simulaciones de cobertura, simulaciones de la aplicación web y evaluaciones económicas de ambas soluciones. Se determinó emplear dispositivos de comunicación correspondientes a la tecnología LoraWAN para la transmisión de información desde las estaciones remotas hacia las estaciones de recepción ubicadas en las ciudades, para luego reenviar los datos a través de internet hacia un servidor de red y a una plataforma IoT. Se efectuaron cálculos matemáticos de cobertura, así como simulaciones con 2 softwares para determinar el alcance de los dispositivos de comunicación y se desarrolló una aplicación web para probar el funcionamiento del sistema permitiendo el acceso de clientes web a los nodos finales a través de la plataforma IoT. Por último, se elaboró una evaluación económica de las 2 soluciones propuestas, determinándose que la solución basada en IoT es más rentable, al tener un valor actual neto y tasa interna de retorno más elevado que la optimización del sistema actual. / Tesis

El IoT como tecnología requiere el uso de sensores para poder extraer los datos del entorno para poder automatizar procesos y actividades en sus distintas aplicaciones. Por otra parte, los sensores de fibra óptica son una nueva tecnología que trae un buen número de beneficios en el sensado, tales como la inmunidad a la interferencia electromagnética y la capacidad para sensar múltiples puntos utilizando un solo sensor, en este caso la fibra óptica. Por tanto, el objetivo principal de esta investigación es la evaluación de los sensores de fibra óptica de Raman y de rejilla de Bragg para las aplicaciones principales del IoT. De igual manera se piensa comparar el desempeño de estos dos sensores en las distintas aplicaciones. En la investigación se llega concluir que la gran mayoría de aplicaciones no requieren de los beneficios de los sensores de fibra óptica, sin embargo, si hay determinadas aplicaciones que su uso trae grandes beneficios a la tecnología.

En la actualidad el incremento de nuevas tecnologías se encuentra en un punto de crecimiento exponencial, involucrándose cada día más en las actividades cotidianas de las personas y las corporaciones. A nivel empresarial, en sus instalaciones se han desarrollado tecnologías en las que no se tiene como restricción principal el contar con un suministro de energía eléctrica limitado; mientras que fuera de instalaciones, donde no se cuenta con un suministro de energía eléctrica constante, se requieren baterías que la almacenen y puedan abastecer a un sistema de monitoreo o control. Una aplicación, de entre muchas, en donde el producto principal se encuentra fuera de instalaciones, es la venta de helados en triciclos conservadores de fríos. Estas unidades se encuentran en constante movimiento por zonas dentro de la ciudad durante su jornal de trabajo. Jornal en el que el producto no proporciona un feedback de valor de temperatura en el que se encuentra el helado, con ello su calidad posproducción puede verse afectada; asimismo, hay una ausencia de realimentación que permita conocer la ubicación del triciclo durante el día, de contar con esta métrica, sería posible optimizar una gestión de flotas acorde a indicadores de cantidad de ventas. El presente trabajo de investigación plantea los fundamentos para poder desarrollar una solución basada en un sistema de internet de las cosas IoT, empleando la red LPWAN de Sigfox. Sistema que tiene inicio desde la lectura de sensores de bajo consumo de potencia para poder ser visualizados en un dashboard que permita monitorear estos parámetros, guardar un registro de estos y generar estadísticas para distintos fines como supervisión, gestión, optimización y prevención.

La presente tesis tiene como finalidad proponer la transformación digital del proceso de acopio de leche, utilizando IoT, acrónimo de Internet of Things, y mejoras en procesos del área de Tecnologías de la Información (TI), con el fin de asegurar el soporte tecnológico de la mencionada transformación. El acopio de leche es uno de los principales procesos en una empresa dedicada a la elaboración de productos lácteos y la aplicación de esta transformación junto con herramientas complementarias como aplicaciones web, apps móviles y analítica, está directamente relacionada al objetivo específico de optimizar los procesos de las áreas productivas de la empresa, el cual también se vincula al objetivo estratégico de lograr en tres años un margen de EBITDA del 12%, EBITDA es un acrónimo de Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization. Adicionalmente, se mejorarán los procesos de TI, con el fin de asegurar la transformación del proceso mencionado, para lo cual nos apoyaremos en el marco de trabajo COBIT 5, COBIT es el acrónimo de Control Objectives for Information and Related Technologies. Este marco ayuda a los profesionales de TI con el gobierno, la gestión y el control de sus áreas. Al interior de COBIT 5 encontramos el marco de referencia COBIT PAM, del acrónimo Process Assessment Model. Este modelo es utilizado como herramienta de COBIT para determinar el nivel de capacidad y madurez de los procesos de TI. Finalmente, se presentarán los resultados del proyecto propuesto, con el fin de determinar los beneficios entregados a la empresa. / The purpose of this thesis is to propose the digital transformation of the milk collection process, using IoT, acronym for Internet of Things, and improvements in processes of the Information Technology (IT) area, in order to ensure the technological support of the transformation. Milk collection is one of the main processes in a company dedicated to the production of dairy products and the application of this transformation together with complementary tools such as web applications, mobile apps and analytics, is directly related to the specific objective of optimizing the processes of In the productive areas of the company, which is also linked to the strategic objective of achieving an EBITDA margin of 12% in three years, EBITDA is an acronym for Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization. Additionally, IT processes will be improved, in order to ensure the transformation of the process, for which we will rely on the COBIT 5 framework, COBIT is the acronym for Control Objectives for Information and Related Technologies. This framework helps IT professionals with the government, management and control of their areas. Inside COBIT 5 we find the COBIT PAM reference framework, of the acronym Process Assessment Model. This model is used as a COBIT tool to determine the level of capacity and maturity of IT processes. Finally, the results of the proposed project will be presented, in order to determine the benefits delivered to the company. / Tesis