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Diseño de metaheurística y modelo matemático para asignación de horarios en el programa de ingeniería industrial en la PUJ Cali
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2024) Hernández Rendón, Felipe; Vidal Duque, Nicolás; Morillo Torres, Daniel
La asignación de horarios (Timetabling) es un problema combinatorio, desafiante, laborioso y repetitivo en distintos sectores; este trata de ordenar una cantidad finita de personal, espacios o recursos a bloques horarios. En el University Course Timetabling (UCT) los cursos deben tomar lugar y distribuir las sesiones académicas evitando cruces lógicos como: un profesor no puede dictar dos materias a la misma hora, un estudiante no puede asistir a dos clases simultáneamente, entre otros. Las universidades e instituciones educativas de nivel superior en Colombia optan por resolver estos problemas de manera manual mediante la prueba y error. Debido a la volátil calidad de las soluciones y complejidad de tipo NP-Hard, la metodología actual en las instituciones usualmente resulta en soluciones lejanas al óptimo. Para abordar este problema en del Programa de Ingeniería industrial en la PUJ como caso aplicado, se diseñó un algoritmo de dos etapas: una metaheurística de tipo búsqueda local iterativa y un método de inicialización a partir de un modelo de programación lineal entera-mixta. Mediante un diseño de experimentos Taguchi se establecieron los parámetros para optimizar el desempeño del algoritmo. Como objetivo se maximizaron las preferencias cumplidas por profesor y la reducción de cruces entre materias que se pueden adelantar o atrasar, a su vez que se eliminaron conflictos entre asignaturas que comparten semestre, profesor y salón. Como consecuencia de la implementación, se redujo en un 99,37% el tiempo asociado al proceso de asignación de horarios semestral, como también un aumento del 14,8% respecto a las preferencias de los profesores. De esta forma la institución obtiene una mayor eficiencia implementando herramientas de automatización y optimización al mismo tiempo que se consideran factores sociales como las preferencias.
Diseño de un producto que simule las condiciones táctiles y vestibulares del útero para favorecer el desarrollo sensorial en bebés prematuros en la unidad de cuidado intensivo neonatal
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2025) Monroy Lasso, Juan; Aguilar Zambrano, Jaime Alberto; Corchuelo Guzmán, Valentina
El nacimiento prematuro representa un desafío global significativo, con más de 13 millones de bebés nacidos prematuros en 2020, lo que equivale a uno de cada diez nacimientos [1]. Estas condiciones pueden dar lugar a complicaciones graves, como deficiencias motoras o parálisis cerebral en un porcentaje considerable de estos neonatos [2]. Este proyecto tiene como objetivo desarrollar un dispositivo de estimulación táctil y vestibular que simule las condiciones táctiles y de contención del útero materno para apoyar el desarrollo neurosensorial de bebés prematuros en unidades de cuidado intensivo neonatal (UCIN). Para el diseño del producto se utilizó el método TRIZ y el Diseño Axiomático para los procesos de análisis del problema y para la síntesis del producto. En el proceso de análisis se realizó una revisión de literatura científica, el análisis de patentes y consultas con expertos en neonatología y fisioterapia. El prototipo incorpora un diseño biomimético inspirado en las propiedades mecánicas del útero, utilizando materiales como siliconas catalizadas con platino para emular la elasticidad y contención uterina [3]. Además, se realizaron simulaciones de elementos finitos (FEA) para evaluar la seguridad y la funcionalidad del diseño, comparando el comportamiento del material con las condiciones reales del útero [4]. El prototipo incluye un sistema electrónico con sensores y actuadores para proporcionar estímulos táctiles y vestibulares ajustables. Las pruebas de validación realizadas en un entorno simulado de UCIN mostraron una alta compatibilidad con los protocolos hospitalarios y una percepción positiva de su seguridad y efectividad por parte del personal médico. Este dispositivo no solo busca mejorar el desarrollo físico y neurosensorial de los bebés prematuros, sino también reducir el estrés de los padres, fomentando el vínculo familiar [2]. Las mejoras futuras incluyen explorar otros materiales, realizar simulaciones más avanzadas, y diseñar el producto personalizable para varios tamaños. Este proyecto constituye un paso innovador en la ingeniería biomédica, con potencial para transformar el cuidado neonatal en los bebes prematuros.
Evaluación de Representaciones Basadas en Physarum polycephalum para la Solución del Problema de Ruteo de Vehículos con Restricciones de Capacidad (CVRP)
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2025) Blanco Ríos, Laura Sofía; Paz Roa, Juan Camilo
El presente trabajo de grado realiza una evaluación del aporte de representaciones basadas en el moho Physarum polycephalum en algoritmos de solución para problemas de distribución de redes, en particular, para el problema de ruteo de vehículos con restricciones de capacidad (CVRP). En el desarrollo del trabajose implementa un algoritmo híbrido de optimización por colonia de hormigas con ciertas representaciones basadas en el comportamiento del moho mucilaginoso Physarum polycephalum, para posteriormente realizar una evaluación comparativa entre los resultados en eficiencias con tres experimentos y determinar el aporte de la implementación de estos conceptos en la solución de dicho problema con dicho algoritmo.
Graph based Image fusion and features extraction for remote sensing applications
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2024) Jiménez Sierra, David Alejandro; Benítez Restrepo, Hernán Darío; Vargas Cardona, Hernán Darío
Recientemente los avances en la tecnología de sensores han conllevado a un incremento en la disponibilidadde imágenes (a una alta resolución espacial y espectral) hiper-espectrales, multi-espectrales(ME), y de radar de apertura sintética (SAR), las cuales permiten describir un objeto o un fenómeno. Cada sensor captura diferente información que explica distintas características físicas. Por ejemplo, un sensor SAR captura información relacionada a características de la superficie (como la aspereza, estructura geométrica, y orientación), y un sensor ME captura la reflectancia de los objetos a diferentes longitudes de onda. Sin embargo, la información obtenida en tierra por un solo sensor es limitada para sacar conclusiones confiables sobre algún fenómeno como la detección de cambios en la cobertura del suelo y el crecimiento de biomasa. Por el contrario, las técnicas de fusión de imágenes integran información espectral, espacial y temporal de diferentes sensores con el fin de obtener información apropiada y generar imágenes adecuadas para la percepción humana y de maquina. La fusión de imágenes es el proceso de combinar dos o más imágenes en una sola, la cual debe de ser más informativa y por lo tanto útil en diferentes aplicaciones de sensado remoto (i.e. geología, agricultura, miliar, etc). Por ende, generalmente es deseado el uso de datos capturados por diferentes sensores. Aunque la fusión de datos contribuye a mejorar el desempeño en tareas de clasificación y detección en sensado remoto, es una tarea que es compleja. Por ejemplo, las diferentes resoluciones, unidades,dimensiones, y formatos son retos impuestos por los datos sin procesamiento alguno. Además, los datos homogéneos (i.e. datos captados por el mismo sensor) presentan pequeñas variaciones intraclase y distorsiones por brillo (artefactos), para el caso de datos heterogéneos (i.e. datos captados por diferentes sensores) los pixeles poseen diferentes firmas y por lo tanto siguen un comportamiento estadístico diferente lo cual dificulta la extracción de información relevante de los datos fusionados. En consecuencia, puede ser necesario el uso de pre-procesamiento y post-procesamiento. A pesar de que numerosos métodos propuestos en las últimas décadas para la fusión de datos que se enfocan en la extracción de características, embebimiento de espacios, modelamiento de datos, adaptación de dominio, transformación de datos, aprendizaje por transferencia, y traducción de imagen a imagen, el análisis estructural inducido por los grafos no ha sido ampliamente explorado. Más precisamente, los actuales algoritmos de fusión basados en grafos han mostrado su habilidad para lidiar con la variabilidad que presentan el formato de los datos y han permitido de una manera flexible representar la relación entre entidades de datos. No obstante, los métodos de fusión de datos basados en grafos no explotan la información prior embebida en los datos (i.e. procesamiento de señales en grafos), son altamente impactados por la forma de representar una imagen (i.e. pixelescomo nodos, super-píxeles como nodos, y parches como nodos), y la regla de fusión que se utiliza usualmente depende más de la matriz de pesos que de las bases espectrales.
Modelo de aprendizaje automático para proyección de ventas de los servicios publicitarios en el metro de Medellín
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2025) Tabares Álvarez, Julio César; Villarreal Trujillo, Sergio; Cárdenas Rojas, Jhonny Alejandro; García Arboleda, Isabel Cristina
El proyecto "Modelo de Aprendizaje Automático para Proyección de Ventas de los Servicios Publicitarios en el Metro de Medellín" busca desarrollar un modelo predictivo basado en técnicas de aprendizaje automático para optimizar las estrategias comerciales del Metro de Medellín. El Metro, con aproximadamente 1.3 millones de usuarios diarios, busca aumentar su participación de ingresos no tarifarios al 15% para 2025, donde la publicidad juega un papel clave. Actualmente, la empresa enfrenta desafíos en la comercialización de sus servicios publicitarios, por lo que este estudio propone una solución basada en la analítica de datos. En el proyecto se utilizó la metodología CRISP-DM, la cual abordó cinco fases clave: comprensión del negocio, preparación de datos, modelado, proyección y validación. Se obtuvieron y se realizó la limpieza de las bases de datos de afluencia de pasajeros y ventas de publicidad desde 2020 hasta 2024, permitiendo identificar patrones de consumo y demanda. El análisis inicial evidenció que la publicidad en estaciones, representan el 38.62% de las ventas, por lo que el proyecto decidió enfocarse en este segmento. Se evaluaron modelos de aprendizaje estadístico para seleccionar el que mejor optimice la predicción de las ventas con base en el desempeño y ajuste de cada modelo, con el fin de mejorar la toma de decisiones en la comercialización de este segmento. Además, se diseñó un tablero dinámico para el análisis de datos y la visualización de los resultados de los modelos. Para la validación y selección del mejor modelo, se utilizaron criterios como la métrica CPM, el ajuste visual, tiempo de ejecución de los modelos, facilidad de implementación y cantidad de estaciones con mejor desempeño. Como resultado se obtuvo que Holt Winters 2 fue el mejor modelo teniendo en cuenta estos criterios.
Modelo para la planeación agregada de la producción en la Industria Licorera del Cauca utilizando técnicas de machine learning para el pronóstico de la demanda
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Arciniegas Sánchez, Nora Fernanda; Mendoza Chacón, Jaime Humberto; Segura Mosquera, Juan Manuel
El análisis de la planeación de la demanda es un proceso crítico para las organizaciones, debido a su alta complejidad y cuyo propósito es distribuir de manera óptima los recursos a lo largo de la cadena de suministro. Durante muchos años se han desarrollado y evolucionado diferentes métodos que permiten a las organizaciones lograr optimizar sus procesos, sin embargo, algunos no responden totalmente a los requerimientos dadas las particularidades de las organizaciones, además, de los constantes cambios a nivel tecnológico, hace necesario que las organizaciones adapten rápidamente sus procesos para responder a dichos cambios y generar ventajas competitivas frente a sus competidores. Dicho lo anterior, la Industria Licorera del Cauca ha buscado generar iniciativas que permitan la optimización de sus recursos, el crecimiento y la expansión a nuevos mercados, es por ello, que el equipo de producción realizó un análisis de la definición del negocio de la Industria Licorera del Cauca, en donde se determinó la necesidad de realizar una óptima gestión de la cadena de suministro, enfocándose en la planeación efectiva de la demanda, impactando significativamente en los procesos de la cadena. Este proyecto, inició con la caracterización de los procesos de preparación y envasado de aguardiente a través del diseño del VSM (Value Stream Map) y un análisis causal el impacto de los cuellos de botella en el proceso de producción, adicionalmente, se realizó un análisis de la capacidad para cada uno de los procesos para analizar su estabilidad con relación a los requisitos y características de las actividad y producto, así mismo, la generación de valor para el cliente; se efectuó un análisis exploratorio de la información de la demanda para cada una de las presentaciones de aguardiente tradicional y sin azúcar, lo que permitió establecer los métodos para el preprocesamiento de la información y selección de variables para la predicción, se seleccionaron 11 modelos tradicionales, econométricos y machine learning en donde se determinó que la aplicación de modelos basados en la familia del ARIMA, árboles decisión y redes neuronales, estos se adaptan a los patrones de demanda de cada uno de los productos de la Industria Licorera del Cauca.
Programación eficiente de servicios de aseo mediante la simulación y evaluación de reglas de despacho basadas en prioridad y centralidad de redes
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2025) Guevara Guevara, Luis Fernando; Uribe Marín, Silver Andrés; Paz Roa, Juan Camilo
La gestión eficiente del servicio de limpieza en instituciones educativas es clave para garantizar ambientes adecuados para el aprendizaje, especialmente en contextos donde el uso intensivo de aulas y los cambios de clase frecuentes limitan el tiempo disponible para el aseo. Este trabajo aborda dicho desafío mediante la evaluación comparativa de reglas de despacho en un entorno universitario, con énfasis en la limpieza de salones durante los breves intervalos entre clases. El problema de decisión surge en un contexto con programación académica diaria variable, disponibilidad incierta de los salones (pues algunas clases no terminan puntualmente) y alta sensibilidad de los usuarios a la limpieza de espacios que efectivamente utilizarán. A pesar de su relevancia operativa, este tipo de problemas ha sido poco abordado en la literatura de programación de servicios. Lo que conlleva a que en las operaciones reales de aseo estos elementos críticos no se consideren y se aseen salones sin necesidad inmediata, mientras otros con alta demanda quedan desatendidos. El estudio simula y compara tres esquemas de asignación: una regla tradicional basada en cercanía geográfica, una regla basada en prioridad de uso y un modelo híbrido fundamentado en centralidad, combinando heurísticas clásicas con conceptos de teoría de redes. A través de un modelo de simulación de eventos discretos implementado en Arena y validado estadísticamente, se demuestra que las reglas basadas en prioridad y centralidad mejoran significativamente el impacto del servicio con un incremento del 120% (entendido como la atención oportuna de salones críticos), sin comprometer la productividad general. Asimismo, se valida el uso de centralidad como una estrategia eficaz para combinar múltiples criterios de asignación en sistemas de despacho en tiempo real. Los hallazgos constituyen un aporte novedoso tanto para la literatura sobre programación de operaciones como para la práctica en la gestión de servicios institucionales, y sientan las bases para el desarrollo de módulos de decisión en sistemas inteligentes de asignación dinámica, con potencial para escalarse a otros edificios o instituciones, optimizar recursos, mejorar las condiciones laborales del personal de aseo y elevar la percepción de calidad del servicio por parte de los usuarios.
Propuesta de integración de la cadena de abastecimiento del Aguacate Hass en Colombia
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Estrella Oliva, Francisco Javier; González Gutiérrez, Mateo; Orejuela Montenegro, Carlos Alberto; Rosero Serrano, Isabel Cristina; Garzón Canizalez, Luis Hernando
El aguacate Hass es el cuarto fruto tropical más importante del mundo y uno de los más exportados de Colombia, este presenta un incremento de consumo del 7% anual, por lo que el sector agroindustrial debe estar preparado para la creciente demanda extranjera. En este documento, se identifica el funcionamiento de la cadena de abastecimiento del Aguacate Hass en Colombia, donde se encuentra mayor dependencia hacia el modo carretero en el sistema de transporte de carga. Por lo que se evidencia una oportunidad de mejora que se centra en la deficiencia del modo carretero, debido a los costos logísticos elevados y problemas en el establecimiento de rutas. En este sentido, tras una investigación de la literatura se optó por un modelo de programación lineal mixta, con la combinación de dos modos de transporte, por lo que se presenta el diseño de una red intermodal que integra la cadena de abastecimiento del aguacate Hass. Los resultados se obtuvieron mediante el desarrollador GUROBI-(Plataforma NEOS). Se concluye que el modelo propuesto reduce costos logísticos en 1,08% respecto a la meta establecida de 0,2% (Política Nacional Logística). Consecuentemente, se incrementa la participación intermodal en la ruta crítica a un 26,2%. Mediante la variación del modelo en escenarios (Neutro-optimista-pesimista) para el costo por faltante, no hay cambios en los flujos y el modelo prefirió no dejar demanda insatisfecha para clientes con costos elevados. Adicionalmente, se verificó, que la variación de la capacidad del tren en la cantidad de vagones genera un cambio en el costo. El impacto ambiental se pronosticó con el software RStudio y simulación Montecarlo en el que se concluye que el modo carretero genera 11,901% veces más gCO2 que utilizando el modo intermodal. Finalmente, también se obtiene un impacto social en el que se destaca el incremento de empleos directos e indirectos.

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