Diseño de la arquitectura de - bdigital.unal.edu.co · Los requerimientos de trazabilidad en la administración de la cadena de suministro se co- locan más y más estrictos en orden

Diseño de la arquitectura de una solución de software

para la trazabilidad de frutas: El caso del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz

Jorge Martin Kanayet Pradilla

Universidad Nacional de ColombiaFacultad de Ingeniería de Sistemas e Industrial

Bogotá D.C, Colombia2017

Diseño de la arquitectura de una solución de software

para la trazabilidad de frutas: El caso del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz

Jorge Martin Kanayet Pradilla

Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ingeniería de Sistemas y Computación

Director (a): Ph.D. (c). Delio Alexander Balcázar Camacho

Codirector (a):MSc. Carlos Eduardo Sánchez Díaz

Línea de Investigación:Innovación y Logística

Grupo de Investigación:Sociedad, Economía y Productividad - SEPRO

Universidad Nacional de ColombiaFacultad de Ingeniería de Sistemas e Industrial

Bogotá D.C, Colombia2017

Por un brillo más resplandeciente, colores más intensos y vidas más felices. Por un mundo lleno de personas y sonrisas, armonía y tranquilidad, compañía y apoyo, fuerza y pasión, entrega y dedicación, talento y com-promiso, humildad y sinceridad. Todo por un objetivo común: luz, vida y transformación.

Agradecimientos

El resultado de la presente investigación ha sido el producto de múltiples fuerzas que han sido fundamentales para llevar a cabo este trabajo. Inicialmente un especial agradecimien-to al proyecto y al grupo de investigación SEPRO de la Universidad Nacional de Colombia por su compromiso y esfuerzo por crear soluciones que generen y apoyen el desarrollo de nuestra nación. A cada persona del grupo un especial agradecimiento por su tiempo y dedicación. Una distinguida mención a mi director Alexander Balcázar quién dedicó innu-merables horas para ser un guía profesional entregando sus consejos y comentarios en cada etapa de la investigación.

También un especial agradecimiento a mis padres y familiares, quienes han estado siem-pre pendientes de mi adecuada preparación para el cumplimiento de mis objetivos acom-pañándome en cada paso con mucho esfuerzo y dedicación durante mañanas, tardes y noches de comprensión, aliento y apoyo incondicional.

Adicionalmente, quiero entregar un reconocimiento a todos mis amigos que han estado a mi lado durante todo este proceso y me han brindado su permanente apoyo para culminar el recorrido de un nuevo reto académico y personal.

Por último, hay una persona que hoy no me acompaña presencialmente para disfrutar y compartir estas nuevas alegrías, pero ha sido un ejemplo para continuar y persistir a lo largo de la vida. Me enseñó que pese a las dificultades que se presentan día a día, es im-portante mantener la cabeza siempre en alto. Mi abuela María Tabares de Pradilla siempre fue una mujer guerrera y decidida. Ella en medio de sus palabras, cuentos y risas a todos nos transmitió un mensaje de amor y cariño que aún mantiene a nuestra familia unida. A través de estas palabras le hago un especial reconocimiento por todo lo que nos brindó a cada uno de nosotros, son cinco generaciones que la vida le permitió conocer de su legado y que con seguridad a cada una ellas les entregó su amor incondicional.

Resumen

En el mundo actual existen múltiples dificultades para realizar la trazabilidad a diferentes productos en cada uno de los eslabones de las cadenas de abastecimiento. La falta de información y conocimiento sobre el estado, lugar, cantidad, peso, entre otros aspectos importantes de los bienes, genera problemas para la toma de decisiones e implementación de mejoras dentro de cada uno de los procesos para garantizar que al final de la cadena, los productos que se entregan al usuario final conserven la calidad deseada.

En el presente estudio enmarcado en la provincia del Sumapaz para el caso específico del tomate de árbol, se han detectado varios retos en la trazabilidad dentro de la cadena de abastecimiento, específicamente en el proceso de transporte de la fruta que se identifican a lo largo del documento y que, a través de un análisis de la situación actual, permite pro-poner una solución a estas dificultades. La forma de abordar la problemática es utilizando las ventajas que ofrece el hardware y el software para el monitoreo y rastreo de los produc-tos bajo una arquitectura que se plantea como resultado de la investigación, apoyando y soportando la trazabilidad en la cadena de suministro de la fruta en cuestión y que a partir de ella sea posible acceder a los datos ordenados, centralizados y estructurados desde cada uno de los orígenes que notifican las condiciones del producto durante el transporte del mismo.

Palabras clave: (01) Arquitectura, (02) Trazabilidad, (03) Hardware, (o4) Software, (05) Datos

Abstract

In the current world, there are multiple difficulties to perform traceability for different products in each link of the supply chain. The lack of information and knowledge about state, place, quantity, weight, among other important aspects, implies problems for making decisions and enhancements implementations within each process to guarantee at the end of the chain, products delivered to the final user keep the desired quality.

In the present study framed in the Sumapaz province for the specific case of the Tamarillo has been detected many issues and challenges in traceability within the supply chain, speci-fically in tamarillo’s transport process, mentioned in this document based on current situation analysis to purpose a possible solution for these difficulties. The way to address this issue is using the advantages that hardware and software provide, to monitor and trace the products through an architecture designed as investigation’s result, supporting the traceability in the supply chain to provide a structured, centralized and organized data that is populated with each data origin, loading from different points the obtained conditions of the product during the transport process.

Keywords: (01) Architecture, (02) Traceability, (03) Hardware (04) Software, (05) Data

Contenido

Introducción .................................................................................................................... 17Objetivos de la investigación ...................................................................................... 22Estructura de la investigación ..................................................................................... 23

1. Marco teórico ............................................................................................................. 25

2. Metodología ................................................................................................................ 332.1 Situación actual ................................................................................................... 352.2 Datos a medir ...................................................................................................... 352.3 Metodología de desarrollo de software ............................................................... 37

3. Desarrollo de la metodología .................................................................................... 393.1 Requerimientos del sistema .............................................................................. 393.2 Estructura general ............................................................................................... 423.3 Modelo relacional ................................................................................................ 553.4. Estructuras de soporte ........................................................................................ 573.5 Evaluación de la implementación ...................................................................... 593.5.1 Hardware .......................................................................................................... 593.5.2 Software ............................................................................................................ 60

4. Consideraciones finales y conclusiones ................................................................ 63

5. Bibliografía ................................................................................................................. 67

Lista de figuras

Pág.

Figura 1. Principales departamentos productores de tomate de árbol en 2013. 27

Figura 2. Modelo de la metodología ágil: Scrum 38Figura 3. Etapas del proceso de comercialización del tomate de árbol. 42

Figura 4. Representación a alto nivel de la solución planteada 45

Figura 5. Capas del modelo incluyendo componentes o subsistemas. 48

Figura 6. Diagrama detallado de conectividad en la capa de software. 52

Figura 7. Modelo relacional propuesto. 56

Lista de gráficas

Pág.

Gráfica 1. Arquitectura general de IoMT. 28Gráfica 2. Cuadro general de la cadena de abastecimiento alimenticia 30 en la era del internet de las cosas (IoT). Gráfica 3. Metodología de la investigación 34

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1. Lista de software de trazabilidad para alimentos. 22

Tabla 2. Avances tecnológicos en la cadena de abastecimiento de alimentos. 31

Tabla 3. Requerimientos funcionales y no funcionales del componente móvil. 40

Tabla 4. Requerimientos funcionales y no funcionales del componente en la nube. 41

Tabla 5. Resumen de componentes de Hardware. 59

Tabla 6. Costo total por componente de software en la arquitectura. 60

Introducción

En la actualidad y en el mundo existe el comercio de productos frescos, tales como frutas, verduras, cárnicos, entre otros. Detrás de la cadena de abastecimiento hay ac-tividades logísticas encargada de soportar un correcto manejo de estos productos. La trazabilidad es importante en la cadena de suministro de alimentos para asegurarle a los consumidores su integridad (Yu-Chia Hsu, An-Pin Chen, & Chun-Hung Wang, 2008).

A lo largo de los años, la complejidad en la cadena de abastecimiento ha ido aumen-tando ya que se presentan nuevos retos a la hora de comercializar productos a lo largo del globo terrestre, pues esto implica mayor competencia y por lo tanto la necesidad de ofrecer productos con altos niveles de calidad para que los consumidores finales conti-núen adquiriendo estos productos frescos nuevamente, sin dejar de lado la necesidad de controlar la forma de transporte de los mismos, ya que tiempo atrás el comercio era principalmente dentro de una misma región (Retamales, 2011).

Actualmente las cadenas de abastecimiento operan a través de zonas horarias, múltiples sistemas de transporte, consolidadores y ambientes económicos y políticos volátiles ha-ciendo de la cadena de abastecimiento un complejo y enredado conjunto de operaciones interconectadas (Khan, Silva, & Kandl, 2012).

Los requerimientos de trazabilidad en la administración de la cadena de suministro se co-locan más y más estrictos en orden de asegurar la calidad de los productos y la seguridad alimentaria de de la población. Aquellos requerimientos son particularmente difíciles de alcanzar en el sector de alimentos agronómicos, especialmente los vegetales frescos y listos para comer, donde existen necesidades específicas (Mainetti, Patrono, Stefanizzi, & Vergallo, 2013).

Países en Europa han implementado sistemas de trazabilidad en productos agrícolas. En Indonesia también hay un conjunto de regulaciones del ministerio y leyes, pero no han sido totalmente efectivos (Sadewo, Putra, & Priyandari, 2016).

18Diseño de la arquitectura de una solución de software para la trazabilidad de frutas:

El caso de del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz

Con estos retos y necesidades que se han ido presentando, las compañías requieren realizar un seguimiento de los productos que ofrecen, según investigaciones hechas respecto a la trazabilidad y su automatización, tiempo atrás con los códigos de barras y estudios de respuesta de servicios de alimentos eficientes se identificaron $847 millones en ahorros en algunos casos de aplicación (Jiayue Ren, 2015).

La evolución en este ámbito frente a la trazabilidad de las cadenas de abastecimiento ha sido a lo largo del mundo y en consecuencia ha tenido presencia en Colombia y en el departamento de Cundinamarca, en donde se cosechan múltiples tipos de frutas que tienen propiedades particulares como producto, lugar en el cual se está realizando el énfasis de esta tesis (Huertas et al., n.d.).

Existen estudios que respaldan y apoyan el control de la calidad de los productos duran-te la cadena de abastecimiento y los inconvenientes que allí se presentan, por tal motivo se ha llegado al detalle de tener en cuenta varios factores, por ejemplo, entender la sus-ceptibilidad o resistencia de magullarse (el producto) es importante en el desarrollo de estrategias para reducir el problema (Opara & Pathare, 2014).

Dentro de nuestro entorno regional se han venido presentando varios desafíos que tie-nen cabida a un estudio profundo que incorpore la investigación y la experiencia a nivel global para los distintos productos que se distribuyen en gran cantidad de condiciones en mercados exigentes (Departamento Nacional de Planeación, 2016).

Debido a la importancia de un buen manejo de estos alimentos, en muchos países exis-ten normas y leyes de sanidad y protección para que los consumidores tengan la con-fianza de adquirir productos en buen estado. Sin embargo, la inspección de la calidad de estos productos presenta retos específicos porque algunas características claves como la apariencia no pueden ser fácilmente definidos (Kondo, 2010).

Frente al reto que se había creado de tener trazabilidad a los productos que se producen, se han desarrollado con el tiempo una gran variedad de herramientas y estándares que soportan la logística de la cadena de abastecimiento, entre ellos se encuentran formas de marcar e identificar productos, unidades, lotes, fecha de producción, fecha de venci-miento entre otras, con el fin de tener un mayor control interno de inventarios y también la opción de hacer seguimiento a lo que se produce centralizada o descentralizada (Wilson & Clarke, 1998).

19Introducción

Con la creación de estándares se presentaba la dificultad de administrar de una forma automatizada los inventarios que alguna vez se hacían manualmente bajo esta estructu-ra, utilizando papel y lápiz con revisiones constantes y desgastantes a cargo de personal designado para cumplir esta tarea de revisar producto por producto las bodegas, hacien-do seguimiento a cada unidad que ingresaba o salía. Esto significaba la entrada a los sistemas de software que a través del uso de computadores permiten realizar el proceso mencionado ágilmente dando paso a nueva generación de la forma en cómo trabaja y se efectúa la trazabilidad de los productos a nivel general (Khan et al., 2012).

En particular, dentro de este estudio el objetivo para realizar la trazabilidad en la cadena de abastecimiento se encuentra una fruta que se produce en Cundinamarca: el tomate de árbol.

Dentro de la revisión en la literatura y pasados estudios referentes al tema de trazabi-lidad, resulta ser necesario la detección de herramientas principalmente basadas en software que hayan sido propuestas interna y externamente del territorio seleccionado.

Algunas de las soluciones comerciales del mercado tienen una gran variedad de funcio-nalidades detectadas, por ejemplo, el registro de materias primas, lotes, códigos, fechas, características, condiciones de fabricación, turnos, operarios, máquinas, condiciones de almacenaje, embalajes utilizados, transportistas, distribución y fechas de realización de cada traza (basado en las características del software IOAlimentos).



Tabla 1. Lista de software de trazabilidad para alimentos.

Nombre del software Breve descripción.

IOAlimentosEs un ERP para el sector cárnico para la gestión de la trazabi-lidad alimentaria.

TractusEs un programa de gestión de la trazabilidad alimentaria desde su recogida hasta su envasado y posterior salida comercial.

CoreFed Software de control y gestión de trazabilidad alimentaria.

Selenne

Es un programa de gestión de trazabilidad alimentaria, contie-ne trazabilidad y generación de lotes, trazabilidad por pieza, traza en procesos productivos, trazabilidad inversa, gestión del etiquetado y gestión de etiquetado.

TrazaGestSoftware para el control y gestión de la trazabilidad, captura, almacena y relaciona la información.

Libra ERPEs un sistema de gestión de trazabilidad en alimentación, cár-nicos, farmacéuticos, metales, construcción, entre otros.

AutomaticTraceEs una aplicación para el seguimiento del producto desde la finca o parcela hasta el cliente final.

Gestión5Es una aplicación diseñada para la gestión completa de cual-quier empresa del sector alimentario, especializada en cárnicos.

Trazabilidad Alimentaria QBS

Es un software que permite la gestión de productos, y control de almacén con informes de trazabilidad.

TrazaEs un sistema de trazabilidad alimentaria, inventarios y solu-ciones de movilidad, entre otros.

iLeanSoftware de trazabilidad con fácil integración a otros sistemas de gestión.

ClaveigesEs un sistema para gestionar el aprovisionamiento, trazabili-dad, lote y caducidad de los productos, controlando el proceso completo de trazabilidad en la cadena de suministro.

21Diseño de la arquitectura de una solución de software para la trazabilidad de frutas: El caso de del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz

AtlasTraceSistema de trazabilidad alimentaria con indicadores de proce-sos, transformación, distribución, entre otros.

DiprogesEs un software de gestión alimentaria para empresas de em-butidos, cárnicas, distribuidoras que cuenta con un programa de trazabilidad.

OfigestrazEs un módulo complementario a Ofiges, que apoya a la traza-bilidad, cuenta con el manejo de dar de alta lotes, números de serie, entre otros

SolinCloudEs un software que facilita la gestión de la trazabilidad que per-mite un eficaz y rápido seguimiento de cualquier lote o partida

NedcoEs un software de gestión de distribución alimentaria. Gestiona el inventario por ubicación con trazabilidad

Fuente: Elaboración propia a partir de las páginas web de los proveedores de software

Otras opciones no lo hacen con software, utilizan personal para realizar el seguimiento y trazabilidad, por ejemplo, en Colombia la compañía SGS Colombia S.A.S ofrece estos servicios para los diferentes interesados.

Así como se han desarrollado sistemas y empresas para apoyar la trazabilidad de produc-tos frescos (frutas, verduras, cárnicos, medicinas, entre otros), también existen estudios relacionados e investigaciones que permiten evidenciar las necesidades particulares y las soluciones que deben ser diseñadas a la medida de cada caso.

Por ejemplo, alguno de los más importantes hace referencia al estudio de soluciones para las cadenas de suministro para alimentos utilizando diferentes tecnologías que aportan un valor al proceso y a la trazabilidad.

Un caso puede contemplarse bajo el uso de RFIDs, en donde su principal mejora es una velocidad de lectura más rápida y una distancia de lectura mucho más veloz, lo que puede ayudar a reducir el costo de labores manuales y los tiempos de proceso (Pang, Chen, Han, & Zheng, 2015)



Adicionalmente, con la evolución de herramientas y recientes desarrollos con sensores ina-lámbricos y tecnologías de redes de información y comunicación han creado una nueva era del internet de las cosas (Zhang et al., 2015), lo que ha contribuido a un crecimiento de tec-nologías que permiten su interconectividad y por lo tanto, la creación de nuevas soluciones a las necesidades detectadas en las cadenas de abastecimiento.

Teniendo en cuenta todas estos desarrollos y avances específicos por los retos presen-tados a lo largo del mundo, existe un caso particular para Colombia, en la cadena de suministro del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz, en el transporte de la fruta hasta Bogotá, la capital de Colombia. Allí existe una ausencia de información sobre la trazabilidad de los productos, desde que este sale de los productores hasta que llega al punto de distribución mayorista. Esa ausencia de información es en ambos sentidos, el productor no sabe lo que pasa cuando su producto sale de la finca o del centro de acopio, y el distribuidor no sabe lo que ha pasado con el producto cuando llega al almacén. De esta situación se desprende la siguiente pregunta de investigación ¿Cuál debe ser la ar-quitectura de un sistema de software para realizar la trazabilidad del tomate de árbol en la cadena de abastecimiento comprendida entre la provincia de Sumapaz hasta Bogotá?

Objetivos de la investigación

El objetivo principal del documento es diseñar una arquitectura para la creación de una herramienta de software que contribuya a la trazabilidad del tomate de árbol en la provin-cia de Sumapaz (municipio de Fusagasugá) durante su cadena de abastecimiento en el proceso de transporte.

Para ello es necesario cumplir otros objetivos que apoyarán a alcanzar la meta del objetivo principal, el primero es determinar los diferentes factores que son importantes para realizar la trazabilidad del tomate de árbol, el segundo de ellos es generar una estructura de software para la trazabilidad que se integre a la cadena de abastecimiento del caso de estudio.

Otro de ellos s proponer la estructura de un repositorio que permita el almacenamiento de la información relevante para realizar controles de calidad sobre los factores detectados, que principalmente hace referencia a la base de datos en donde se almacenará la información obtenida al hacer la trazabilidad de las condiciones del producto.

23Diseño de la arquitectura de una solución de software para la trazabilidad de frutas: El caso de del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz

Por otro lado, es necesario diseñar un modelo relacional capaz de albergar los datos ne-cesarios para proporcionar información relevante sobre el estado de los productos en el caso de estudio, con el fin de tomar todos los datos y almacenarlos de una forma ordenada y estructurada.

Teniendo en cuenta que es necesario recibir y proveer los datos, otro objetivo secundario es identificar y seleccionar los protocolos para la transmisión de datos sobre la red selec-cionada, para la creación de interfaces de comunicación entre origen, bases de datos y usuarios finales que se complementa con el diseño de un sistema de software capaz de soportar el envío y recepción de datos que alimente el centro de almacenamiento.

Estructura de la investigación

El presente documento está compuesto por varios capítulos enfocados, el primero de ellos a entregar una breve introducción de los sistemas de arquitectura de trazabilidad con cierto énfasis en los productos frescos. Por otro lado, se menciona posteriormente el marco teórico y los estudios actuales realizados que están relacionados al tema de la arquitectura para la trazabilidad y trayendo los más relevantes que se pueden aplicar al contexto descrito.

Posteriormente a lo largo del tercer capítulo se hablará de algunas metodologías exis-tentes para los diferentes proyectos de software y cómo una de ellas puede ajustarse a las necesidades detectadas en el análisis de la situación actual y cómo se aplicaría en el modelo desarrollado a lo largo del documento.

El modelo propuesto a detalle será presentado en el cuarto capítulo, incorporando hardwa-re y software y la forma como se integran entre ellos para crear una solución a la medida para el caso de estudio, para llegar finalmente al resultado de la arquitectura propuesta.

Finalmente se entregarán las consideraciones y conclusiones obtenidas del documento y posibles trabajos e implementaciones futuras con base a la arquitectura propuesta durante el cuarto capítulo. Por último, se encontrarán las referencias del trabajo.

1. Marco teórico

Permanentemente las compañías han tenido la necesidad de realizar un seguimiento de los productos que ofrecen y tener un control de inventarios cada día más completo. Lo an-terior a raíz de las crecientes regulaciones dentro del proceso de globalización y comercio nacional e internacional. A esto se suma una mayor demanda de consumidores con nece-sidades mucho más exigentes en la adquisición de productos de alta calidad (Hu, Zheng, & Liu, 2012).

Esto resulta ser importante debido a que en el mundo actual se presentan problemas de controles de calidad en la cadena de abastecimiento y en caso que algo falle es necesario detectarlo a tiempo para evitar el consumo de estos alimentos o productos para los clientes finales. Por otra parte, las herramientas que hay hoy en día en el mercado para realizar la trazabilidad de estos productos se basan únicamente en el control de unidades, inventa-rios, fechas de producción y distribución, dejando el vacío en la traza de las condiciones en las que están siendo transportados, tales como la temperatura, humedad, presión, entre otras (Yu-Chia Hsu et al., 2008).

Para la fruta propuesta en este estudio, el tomate de árbol, desde hace varios años los cultivos y sus respectivos productores distribuyen su mercancía a sus alrededores para el consumo masivo, pero durante el proceso de abastecimiento existen debilidades que a través de un completo seguimiento del flujo de trabajo e identificación del mismo, se pue-den establecer mecanismos de seguimiento para consultar esta información que resultan ser provechosos para múltiples personas interesadas en la mejor calidad posible de estos productos que sufren daños durante la producción y distribución de los mismos (Cámara de Comercio de Bogotá, 2015).

Por tal motivo se crea la necesidad de incorporar a los modelos actuales de trazabilidad (unidades, lotes, etc), una herramienta que ofrezca información detallada del estado de un producto durante su cadena de abastecimiento.



Para la realización de dicha herramienta se propone la realización de un estudio que in-dique pertinentemente la forma en la que el software ayude a reconocer el estado de los productos y de esta manera ejercer controles de calidad que den garantía a cada uno de los parámetros requeridos para la correcta conservación de los alimentos y que puedan ser consumidos sin ningún inconveniente. Con la facilidad de contar con dispositivos mó-viles, sensores y redes de comunicación con las que se cuentan hoy en día es posible detectar y consultar las condiciones generales y el estado de los productos en un momen-to dado que pueden ser de gran interés para cada uno de los involucrados dentro de la cadena de abastecimiento (Badia-Melis, Mishra, & Ruiz-García, 2015).

En resumen del objeto de estudio, se presenta a continuación una breve descripción de la fruta en cuestión que clarifique un poco el contexto general en la que se desarrolla este trabajo y las principales características que tiene junto a los principales departamentos productores en Colombia.

El tomate de árbol, conocido por su nombre científico (Cyphornandra betacea) es un ar-busto de 3 a 4 metros de altura con hojas simples y aovadas. Su origen es de los andes y se encuentra principalmente en las huertas familiares desde el norte de Argentina hasta el sureste de México y las Antillas (Rodriguez Nodals, n.d.).

Este arbusto crece entre 1800 y 2600 metros de altura sobre el nivel del mar, con un rango temperatura entre 13 y 25 grados centígrados para una humedad relativa entre 70 y 80%. Respecto a las condiciones hídricas requiere de una precipitación anual entre 1500 y 2000 mm y un ph entre 5.5 y 6.5. Una de las principales debilidades de esta planta es la sensi-bilidad frente al exceso de agua (Cámara de Comercio de Bogotá, 2015).

El fruto producido por este arbusto tiene diferentes usos de acuerdo a las variedades que existen, entre ellos se utilizan para fines industriales, culinarios y medicinales. Los tipos de esta fruta están dados por la combinación entre color y forma, por ejemplo, el rojo común, amarillo redondo, amarillo común y rojo morado (más conocido como tamarillo). Existe un tipo adicional de color rojo naranja con rayas verdes y café que tiene la particularidad de no tener semillas y su pulpa es de color naranja (Cámara de Comercio de Bogotá, 2015).

Los principales países productores del tomate de árbol son Nueva Zelanda, Kenia, Vietnam y España, en contraparte los principales importadores fueron China, Hong Kong, Indonesia y Rusia para el año 2012. En Colombia particularmente los principales departamentos de

27Marco teórico

cultivo son Antioquia, Cundinamarca, Tolima, Boyacá y Huila, mencionados desde el ma-yor productor hasta el menor en cantidad de toneladas (Cámara de Comercio de Bogotá, 2015). A continuación, figura 1, una gráfica con los números por departamento.

Figura 1. Principales departamentos productores de tomate de árbol en 2013.

Fuente: (Agronet, 2014).

Previamente se han elaborado trabajos e investigaciones que brindan soluciones las problemáticas detectadas en la cadena de abastecimiento y en la trazabilidad que sobre ella se debe realizar. Con el fin de incorporar un contenido apropiado, el presente marco teórico expone una breve descripción de dos arquitecturas diseñadas en el pasado por autores que han aceptado el reto de establecer y crear soluciones para diferentes con-textos, y una breve mención de una revisión literaria hecha por un autor acerca de las tendencias y avances en el tema de la trazabilidad alimenticia.



La primera arquitectura a mencionar es la propuesta por Zhang, quien utiliza como princi-pio el concepto de IoT <<Internet of Things>> con un énfasis en IoMT <<Internet of Manu-facturing Things>> el cual es una extensión específica al campo de la manufactura (Zhang et al., 2015). El objetivo principal de esta arquitectura planteada por el autor es la captura de información en tiempo real, teniendo en cuenta la tecnología de IoMT y el desarrollo de un esquema de integración de componentes.

Gráfica 1. Arquitectura general de IoMT.

Elaborado por: Yingfeng Zhang.

La gráfica 1 describe la arquitectura general de una solución que incorpora a través de 4 capas, un mecanismo de comunicación entre los dispositivos y archivos de configuración, sensores, reglas e información de valor para la toma de decisiones y planeamiento dentro de las cadenas de abastecimiento.

29Marco teórico

El nivel inferior representa el bloque de los dispositivos que tienen capacidad de comunicar-se entre ellos, compartiendo los datos que se detectan en cada una de las estaciones de trabajo de manufactura. Apoyado en un conjunto de datos de configuración almacenados para la gestión de los elementos que allí se encuentran durante el proceso.

El segundo nivel, de abajo hacia arriba es el encargado de capturar los datos generados por cada uno de los eventos que se disparan para la recepción a través de los sensores y los datos que se perciben del entorno, posteriormente a través de un servicio web se reciben los datos y se almacenan en una base de datos de tiempo real.

Con los datos almacenados, se puede proceder a la creación de una nueva capa encar-gada de la manipulación de los datos, en donde se definen ciertas reglas para la orga-nización de los mismos y proveer una estructura a través de un esquema general que permite reconstruir los sucesos de cada uno de los eventos a diferentes horas para darle valor a los datos que se extraen dentro del proceso en sí.

Por último, hay una base de datos de conocimiento de la que se puede extraer la in-formación allí alojada para presentar reportes, desarrollar aplicaciones y servicios que soportan la visualización de estadísticas, condiciones de los productos en las etapas de la manufactura y en general la toma de decisiones a partir de referencias reales tomadas del día a día en el ámbito operativo.

Una segunda aproximación que se realizó frente a la trazabilidad, particularmente para la cadena de abastecimiento de alimentos, la trabajó Pang en el año 2012, en donde trae al campo de conocimiento el diseño de una solución que también incorpora IoT con el enfoque de tres puntos principales: la creación de valor, portafolio de sensores y fusión de la información.

Teniendo en cuenta que cada autor concibe cada reto y pregunta de investigación de una forma diferente, Pang planteó e implementó una arquitectura que se adapta la cadena de abastecimiento alimenticia que él explica con la gráfica 2 y a partir de ella hace las consideraciones necesarias para proveer una estructura con tres capas de fusión de información (en sitio, en sistema y en la nube) para describir una solución más allá de la trazabilidad (Pang et al., 2015).



Gráfica 2. Cuadro general de la cadena de abastecimiento alimenticia en la era del internet de las cosas (IoT).

Elaborado por: Zhibo Pang.

La gráfica anterior es una fiel representación de la cadena de abastecimiento desde el punto de partida de la producción de los alimentos hasta la venta de ellos en cada uno de los puntos de distribución.

El gran valor que de allí se extrae, es la abstracción que se hace del mundo real y sus escenarios a niveles lógicos en una arquitectura de un mundo virtual con sus respectivas conexiones y relaciones en cada espacio y tiempo. Adicionalmente se destaca la importan-cia de las redes y del internet de las cosas para llegar a cada esquina de la cadena y de allí extraer la información relevante para almacenar en servidores, con el apoyo de una amplia estructura de telecomunicaciones y dispositivos que entregan dichos datos a usuarios que tengan acceso a ellos, para interpretarlos y generar acciones a partir de condiciones reales detectadas durante todo el proceso.

Por último, en el año 2015 se efectuó una minuciosa investigación por parte de Badia-Me-lis, en donde a través de una tabla identifica las principales tecnologías utilizadas para apoyar la trazabilidad de alimentos. A continuación, en la tabla 2 se enumeran cada una de ellas con el concepto detrás de ellas que cada autor expone en sus soluciones.

31Marco teórico

Tabla 2. Avances tecnológicos en la cadena de abastecimiento de alimentos.

Tecnología Concepto Autor

RFID

Mayor tasa de lectura que códigos de barra tradicionales Hong et al. (2011)

RHD probado, mejor que numeración de lotes Kelepouris et al. (2007)

Trazabilidad fría para combatir logisticas alimenticias Amador and Emond (2010)

Trazabilidad fría para productos sensibles a la temperatura Ruiz-García et al. (2010)

Sistema de razabilidad de la molienda de trigo Qian et al. (2012)

Integración de RHD e impresora de códigos de barras para la cadena de abastecimiento de ganado/carne

Feng et al. (2013)

Rastreo de ruedas de queso Barge et al. (2014)

Mejora en la trazabilidad del vino blanco Catarinucci et al. (2011)

Logística inteligente de alimentos Zou et al. (2014)

NFC

Consumidor final conoce la historia del producto Mainetti, Mele et al. (2013)

Información de trazabilidad de productos IV gama

Mainetti, Patrono et al. (2013)

Comprar seguramente los alimentos Yu-Yi Chen et al. (2014)

Detector de gas en etiqueta NFC Trafton MIT (2014)

Identificación única y calidad de inventarios

en vivo

Modelo de control de trazabilidad para cordero empacado al vacío Mack et al. (2014)

RHD, biométricos e identificación para la verificación de la identidad del ganado Shanahan et al. (2009)

Trazabilidad de la granja al tenedor usando códigos de barra GS1-128 Mc Carthy et al. (2011)

Data-Matriz de códigos de barra sobre los picos de pollos Mc Inerney et al. (2010)

Análisis isotópico

Aproximación para la autenticidad de agro-productos y trazabilidad usando análisis isotópico

Zhao et al. (2014)

Identificación de isótopos de res y cordero Horaceck y Min (2010); Perini et al. (2009)

Clasificación de leche, arroz, vino y aceite de oliva

Molkentin y Giesemann (2007); Suzuki et al. (2008); Dutra et al. (2011); Camin et al. (2010)

Fuente: Tomado de Badia-Melis

La tabla anterior permite tener una visión general de los trabajos que se han desarrollado desde el 2007 hasta el 2014 y los autores involucrados en cada uno de ellos bajo diferentes contextos. De allí se puede extraer que hay seis tipos de tecnologías que son usadas: RFID, NFC, identificación única y calidad de inventarios en vivo, análisis isotópico, quimiometría y NIRS, y por último codificación de barras de la vida.

Entre las tecnologías que se presentan en esta revisión, se puede ver que una de las más concurridas y aceptadas a lo largo de los 7 años es la RFID, ocupando el primer lugar en número dentro de las mencionadas y apoyando la trazabilidad de diferentes cadenas de abastecimiento, por ejemplo, para el queso y el vino blanco, entre otras. De este modo, la RFID sigue siendo una herramienta que promete para el control de la trazabilidad (Badia-Melis et al., 2015).

Tecnología Concepto Autor

Quimiometría y NIRS

Trazabilidad de cereal, aceite de oliva, té y trigo usando NIR y MIR

Cozzolino (2014); Bevilacqua et al (2012); Ren et al. (2013); Gonzalez-Martin et al. (2014)

Resonancia magnética cercana para el origen geográfico y la calidad de productos alimenticios tradicionales

Consonni y Cagliani (2010)

Análisis quimiométrico para identificación de vino Versari et al. (2014)

Código de barras

de la vida

Análisis de ADN aplicado para la trazabilidad de alimentos marinos, carne, leche, plantas comestibles y alimentos procesados y residuos de frutas

Becket et al. (2011); Cai et al. (2011); Arcuri et al. (2013); De Mattia et al (2011)

2. Metodología

El presente trabajo reúne varias investigaciones hechas previamente en el ámbito de la trazabilidad en las cadenas de suministro para diferentes tipos de productos y servicios a lo largo del mundo, con las necesidades y los retos específicos que tiene cada contexto y sus diversas restricciones que existen. De este modo, esta investigación contempla la revisión literaria de estudios anteriores y las soluciones que para algunas de ellas se han optado para resolver el problema de la trazabilidad y de allí extraer los conceptos y componentes que pueden aportar a la resolución de la pregunta de investigación.

De este modo, la presente investigación se convierte de tipo exploratorio por lo men-cionado en el párrafo anterior, y proyectivo, ya que se requiere de intervención de cada elemento extraído para la generación de un nuevo modelo que incorpore e integre perfectamente los componentes, con el fin de plantear una nueva arquitectura que res-ponda a las necesidades específicas identificadas, sin dejar de lado la posibilidad de incorporar nuevas tecnologías no utilizadas en otros estudios que quizás puedan ser de gran utilidad y beneficio.



Gráfica 3. Metodología de la investigación

Fuente: Elaboración Propia

35Metodología

2.1 Situación actual

Una de las mejores formas de conocer qué está ocurriendo en un lugar, es involucrán-dose con el proceso que se desea estudiar, por esto, existen actualmente múltiples es-tudios de detección de necesidades en la trazabilidad de ciertos eslabones de la cadena de abastecimiento del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz, de donde se extraen los datos requeridos para la construcción de la solución que se describirá posteriormente en este documento.

Por tal motivo, el presente caso de estudio tiene en cuenta avances anteriores realizados dentro del grupo de investigación SEPRO, que dan una mayor visibilidad sobre el caso particular del tomate de árbol en la provincia de Sumapaz y cómo es realizado el proceso de transporte desde el origen al destino.

Algunos de los datos claves a adquirir al momento de realizar la trazabilidad, es el pleno conocimiento de las variables que se desean rastrear para poder establecer una solu-ción a la medida. También, es importante tener en cuenta el alcance del proyecto y su extensibilidad a nuevas características que puedan surgir a futuro y que el modelo pueda adaptarse a ciertos cambios sin la necesidad de una reconstrucción total.

El grupo de investigación SEPRO, en otros estudios ha identificado previamente cuáles son las necesidades y las variables que requieren de trazabilidad a lo largo del proceso de transporte en la cadena de abastecimiento de la fruta en cuestión. Dichas variables serán mencionadas a continuación y con base a ellas, se realizará la arquitectura para el cumplimiento del objetivo principal de este trabajo.

2.2 Datos a medir

Dependiendo de cada lugar y momento, ha resultado fundamental conocer cada uno de los elementos que requieren ser rastreados oportunamente para tener un acercamiento a la problemática real, por lo tanto, el producto en cuestión debe tener ciertas condiciones a las cuales se les hará trazabilidad y algunas de ellas con mayor prioridad e importancia, para tener visibilidad sobre ellas y entregar la información requerida a los involucrados del proceso de transporte en la cadena de abastecimiento.



Un estudio realizado en el grupo de investigación SEPRO de la Universidad Nacional de Colombia, se detectó que existen cuatro de variables involucradas en la cadena de abaste-cimiento en cuestión son temperatura, humedad relativa, impacto mecánico y nivel de CO2.

Las cuatro variables fueron clasificadas en tres tipos principales organizadas así: la tem-peratura y la humedad relativa se consideran como el tipo de factor ambiental, el impac-to mecánico está dentro del tipo de daño físico y por último, el nivel de CO2 es de tipo intensidad respiratoria.

Cada variable fue seleccionada por un motivo particular, para el caso de la temperatura y la humedad relativa (agrupadas en el tipo de factor ambiental) el beneficio identificado fue la posibilidad de detectar estos valores con el fin de tomar decisiones e implementar soluciones para la administración apropiada del producto. Según un estudio del grupo de investigación se encontró que, por cada 10°C adicionales a la temperatura óptima, el ritmo de deterioro del tomate de árbol aumenta al doble e incluso al triple.

Respecto a la variable del impacto mecánico, es importante determinar la respuesta a esta situación y la medición de esta variable debido al movimiento constante, el estado de las vías y el apilamiento de la fruta en múltiples canastas agrupadas pueden generar daños a la misma por sus propiedades de resistencia. Bajo estas circunstancias es probable que las condiciones generen reacciones enzimáticas que aceleran el proceso de respiración lo que reduce la vida de la fruta. Por este motivo, también se pueden provocar magulladuras, cambios de color, apariencia y cambios de textura al tacto.

Por último, la emisión de CO2 permite identificar la tasa de respiración de un producto agrí-cola (en este caso el tomate de árbol) permitiendo determinar las condiciones ambientales necesarias para la correcta conservación de la calidad del producto en un mayor tiempo. Es decir, entre mayor sea la respiración de la fruta, es inversamente proporcional su tiempo de vida útil. Adicionalmente, altos niveles de CO2 en el entorno implican decoloración y de-terioro interno generando mal sabor y depresiones superficiales en la cáscara de la fruta.

Por estos motivos, temperatura, humedad, impacto mecánico y el nivel de CO2 serán las variables que se tendrán como base para el desarrollo de la arquitectura de la presente in-vestigación y que será desarrollada en el capítulo 4 para llevar a cabo la trazabilidad de estas condiciones durante el transporte del tomate de árbol desde Fusagasugá hasta Bogotá.

37Metodología

2.3 Metodología de desarrollo de software

Debido a que el presente documento incorpora soluciones de software dentro de la ar-quitectura propuesta como solución, resulta ser necesario conocer cuáles metodologías pueden ser aplicadas a la hora que se desee llevar a cabo el proyecto de software para la construcción de cada uno de los sistemas que se necesitan desarrollar.

Para conocer las metodologías existentes, es necesario reconocer que existen dos grandes tipos de ellas, las robustas y las ágiles (Ramsin & Paige, 2008). Cada una de ellas cuenta con sus ven-tajas y desventajas que serán brevemente descritas en este documento, con el fin de seleccionar cuál se adapta mejor a la solución que será propuesta durante el cuarto capítulo de este trabajo.

El primer y más antiguo de los dos grupos de metodologías, es llamado robusto (o meto-dologías tradicionales). Como su nombre lo indica, son metodologías que tienen una gran cantidad de artefactos y entregables o lo largo del proyecto, con pasos estrictos para finalizar etapas hasta lograr el objetivo planteado inicialmente.

Una forma clásica de desarrollo de software de grandes sistemas es el modelo cascada, donde el desarrollo comienza definiendo y analizando los requerimientos y finaliza en el mantenimiento del software (Duka, 2013).

El segundo grupo y más reciente es llamado ágil, que consta de metodologías que son mu-cho más prácticas y se distinguen por hacer lo realmente necesario, dejando a un lado la formalidad y la documentación excesiva que podía darse en el grupo de las metodologías robustas o tradicionales.

Cada uno de los tipos, tiene metodologías reconocidas que han ganado mayor popularidad con el tiempo, por ejemplo, dentro del primer tipo de las robustas, RUP y el modelo cascada han sido las principales, mientras que, para las ágiles, algunas de las más populares son SCRUM y XP.

Éstas dos últimas, son metodologías ágiles que hacen parte de diferentes estudios en donde se hacen comparaciones importantes, y la elección de estas dos están dadas porque son las más citadas en la literatura y el número incremental de equipos de desarrollo que adoptan o están considerando adoptar alguna de las dos (Fernandes & Almeida, 2010).



Teniendo en cuenta lo anterior descrito referente a las dos razones de ser las metodologías ágiles más populares y con base en su flexibilidad a la hora de desarrollar proyectos de sof-tware que pueden cambiar y variar en el tiempo a diferencia de los modelos tradicionales, se puede concluir que cualquiera de las dos metodologías ágiles por su gran evolución pueden ser adecuadas para la situación actual y el contexto definido en este estudio.

Con el énfasis puesto sobre las metodologías ágiles, se selecciona Scrum por su amplia aceptación y adaptación a múltiples de los actuales proyectos que se desarrollan hoy en día, además, porque tiene en cuenta diferentes puntos de vista, incluyendo al dueño del producto quién finalmente dice si está satisfecho o no con el producto final. Por tal motivo, a continua-ción, se muestra en la figura 2 el modelo que utiliza la metodología ágil scrum y cada uno de los actores y los roles que cada uno de ellos debe cumplir en cada uno de los «sprints», que hacen referencia a cada ciclo de revisión de avances y progresos en el proyecto.

Figura 2. Modelo de la metodología ágil: Scrum

Fuente: Tomado de: Adoption of Agile Methodology in Software Development (Duka, 2013)

3. Desarrollo de la metodología

El tomate de árbol, según lo descrito previamente, es una fruta que se cultiva en diferen-tes lugares del país, uno de esos lugares se encuentra localizado en el municipio de Fusagasugá de la provincia del Sumapaz. Dicho lugar por su cercanía a la capital del país es uno de los cultivadores que comercializa esta fruta en el mercado bogotano.

El cultivo y la producción del tomate de árbol se hace en las fincas de algunos agricul-tores de la zona mencionada y se transporta a Bogotá para su venta en los centros de distribución. Las fincas pequeñas y medianas se agrupan entre ellas para llenar camiones que transportan la fruta por aproximadamente 80 kilómetros bajo múltiples condiciones, mientras que las más grandes son capaces de abastecer el camión completo por sí solas únicamente con esta fruta.

Antes de dar aproximaciones erradas, es importante realizar un diagrama detallado con la situación actual para identificar las necesidades y fallos detectados por los productores y aquellos que surjan en el análisis de los datos encontrados. Conocer las necesidades reales y poder comparar entre lo que se tiene hoy en día y la situación futura al implemen-tar la solución que se proponga, es una forma de medir el impacto que provee la solución diseñada a lo largo de este trabajo.

3.1 Requerimientos del sistema

Los requerimientos de la mayoría de proyectos que incorporan software se dividen en fun-cionales y no funcionales. Los funcionales son aquellos que representan las características que deben ser desarrolladas en las aplicaciones, por ejemplo, las vistas o formularios, la lógica que debe aplicar y los cálculos, la manipulación de los datos y en general el compor-tamiento que debe tener la aplicación en los diferentes flujos que debe seguir en cada una de las transacciones disponibles.



En contraste, existen los requerimientos no funcionales que hacen referencia a todos aque-llos aspectos que tienen que ver con la estabilidad y características que no hacen parte de los casos de uso de la aplicación, por ejemplo, características de diseño de las páginas, la cantidad de usuarios que se deben soportar simultáneamente en el sistema, entre otras.

Teniendo en cuenta la diferencia entre los dos tipos de requerimientos que existen, se enuncian a continuación los funcionales primero, para posteriormente mostrar los no fun-cionales. Ambos fueron detectados a partir de la situación actual y del levantamiento de información que se hizo previamente. Debido a que hay múltiples sistemas que deben intervenir en la arquitectura a diseñar, se hace una división inicial de los requerimientos teniendo en cuenta el lugar en dónde se va a realizar el procesamiento de cada uno ellos.

Dentro de la tabla 3 se presentarán los requerimientos iniciales detectados funcionales y no funcionales que deben ser desarrollados en la solución tecnológica alojada en cada uno de los puntos (camiones) de transporte.

Tabla 3. Requerimientos funcionales y no funcionales del componente móvil.

Tipo Caso de uso

Funcional

Inicializar la detección de datos de los sensores

Capturar los datos detectados por el sensor de humedad

Capturar los datos detectados por el sensor de temperatura

Capturar los datos detectados por el sensor de CO2

Capturar los datos detectados por el sensor de impacto mecánico

Ordenar datos capturados por los sensores

Almacenar los datos detectados por el sensor de humedadAlmacenar los datos detectados por el sensor de temperatura

Almacenar los datos detectados por el sensor de CO2

Almacenar los datos detectados por el sensor de impacto mecánico

Detectar disponibilidad de red

Verificar datos enviados por la red

Consultar registros almacenadosEnviar datos por la red

Eliminar registros duplicados

41Desarrollo de la metodología

Tipo Caso de uso

Funcional

Exponer el servicio web para recepción de datos remotos

Almacenar datos recibidos a través de servicio web

Exponer el servicio web para consulta de datos internos

Actualizar registros con fecha y hora de recepción

Reconocer el dispositivo que está enviando los datos

Devolver al dispositivo origen un mensaje de confirmación

No funcional

Necesidad

Administrar dinámicamente el espacio total de almacenamiento en la nube

Seleccionar el protocolo que más se ajusta a las necesidades actuales La información debe estar centralizada, almacenando los datos reportados desde los múltiples dispositivos

Tipo Necesidad

No funcional

Contemplar periodos de tiempo sin servicio de internet

Capacidad reducida de almacenamiento (Máximo 8GB)

Solución para la alimentación de energía para los dispositivos

Fuente: Elaboración propia

La segunda tabla de esta sección (Tabla 4) contempla los requerimientos funcionales y no funcionales para el segundo componente, el cuál debe estar alojado en remotamente en donde se centralice la información de los múltiples orígenes y que tenga una amplia capacidad de almacenamiento.

Tabla 4. Requerimientos funcionales y no funcionales del componente en la nube




3.2 Estructura general

En la figura 3 se muestra el caso de las fincas pequeñas y medianas haciendo la recolec-ción y agrupación de su producción para realizar la carga, cabe recalcar que este tipo de situación se da con el objetivo de minimizar los costos de transporte que hay en cada viaje de ida y regreso desde cada una de las fincas hasta su destino en la capital.

Figura 3. Etapas del proceso de comercialización del tomate de árbol.


De acuerdo a la figura 3, se pueden detectar varias etapas previas a la llegada del tomate de árbol a sus diferentes destinos de la capital del país, nombras como carga, transporte y descarga. Las etapas anteriores de cultivo y posteriores a su entrega en los puntos de destino como puede ser la sub-comercialización son descartadas pues no caben dentro del marco es-tablecido. Así como la figura 3 lo muestra, el seguimiento que se desea realizar está dentro del rango de carga y descarga, lo que implica y sugiere un mayor conocimiento de lo que acon-tece con la fruta durante su periodo de transporte desde su punto origen hasta su destino.


Inicialmente la carga se realiza sumando la producción de cada una de las fincas en las que se recolecta el producto para llenar el camión. Al finalizar la carga en cada uno de los puntos de origen, el transportador se encarga de llevar el contenido a Bogotá pasando por diferentes condiciones a lo largo del recorrido, desconociendo el estado de la mercancía que lleva al interior del camión.

El transporte se hace terrestre por la cercanía y la facilidad que encuentra en los reco-rridos, otro tipo de transporte aparte de no ser viable, podría resultar demasiado costo-so para pequeños productores que no cuentan con una enorme cantidad de producción por las características que cada una de las fincas con las que cada una cuenta.

La trazabilidad de estas frutas y en general de los productos frescos es una tarea tediosa, debido a la cantidad de las variables que juegan un rol importante en la con-servación de los mismos para que se mantengan a lo largo del tiempo en buenas con-diciones, desde que se están subiendo al camión hasta que se entregan en el punto de distribución.

Durante el recorrido pueden ocurrir muchas situaciones que pueden desencadenar en el deterioro del producto, por ejemplo, el aumento o disminución de la temperatura du-rante algunos tramos, el aumento o disminución de la presión atmosférica, la humedad, aceleración del vehículo, tiempos de inmovilidad, localización, cantidad de dióxido de carbono, oxigeno, etileno, vibración, choque y luz, entre otras.

Posterior a todo el recorrido terrestre efectuado, hay un proceso de descarga que el productor necesariamente no conoce, y posiblemente no sabe ni siquiera en qué lugar fue dejado el producto que cosechó ni las condiciones en las que fue entregado en cada uno de los puntos, lo que genera un desconocimiento total de lo que ocurre con cada carga y su calidad.

Debido a esta situación que se menciona y el proceso de transporte que adolece de una forma de realizar un seguimiento a la fruta al interior del camión, el presente es-tudio sugiere un posible mecanismo para la detección de algunas de las variables que más afectan la integridad y las propiedades del tomate de árbol en las etapas de carga, transporte y descarga.



En la figura 4 que se presenta más adelante, se muestra un flujo general de lo que puede contener una solución que genere la trazabilidad del proceso en cuestión en el presente trabajo. Puede haber múltiples soluciones, unas más o menos costosas que otras, utilizando diferentes formas para llegar al resultado esperado, pero en este caso la solución está basada en dos componentes tecnológicos: el hardware y el software.

A lo largo de los años, la tecnología ha sido un gran referente para la automatización de múltiples tareas y la reducción de errores manuales cometidos por humanos. Hoy en día la tecnología tiene un rol fundamental en la generación de nuevos productos y servicios que favorecen y facilitan tareas que alguna vez resultaban costosas en términos generales.

La evolución a lo largo de los años tanto del hardware como del software ha resultado fundamental para la creación de nuevos dispositivos con la capacidad de almacenar gran cantidad de datos y de procesarlos en muy poco tiempo, con la finalidad de auto-matizar múltiples tareas, que en particular para este caso resulta ser la tarea de reali-zar la trazabilidad del tomate de árbol en el corredor de Fusagasugá en la provincia de Sumapaz hasta llegar a Bogotá utilizando los camiones de transporte terrestre.

Considerando estos aspectos, la figura 4 contiene a alto nivel una propuesta tecnológi-ca para cada una de las etapas que se van a observar con detalle durante el proceso objetivo y hacer la traza de cada una de las variables seleccionadas y descritas en la sección 2.2.


Figura 4. Representación a alto nivel de la solución planteada.


A partir de la figura anterior, se puede detectar que cada una de las tres etapas cuenta con diferentes capas incluyendo los componentes tecnológicos mencionados, tanto el hardware como el software, de los cuales se desprenden unas capas adicionales referentes a los datos, interfaz y dispositivos que complementan la solución.

Para la primera etapa de carga, a nivel de hardware es necesario contar con diferentes sensores con la capacidad de captar los datos que provienen del ambiente e incorporarlos a unidad central que mantendrá los dispositivos activos y los controlará para que ejecuten las tareas asignadas apropiadamente. La razón de esta unidad principal es clara cuando se entiende que un sensor por sí sólo, es sólo un objeto con la capacidad de medir, como lo es un termómetro sin una persona que tenga la habilidad y la capacidad de activarlo adecuadamente sobre el objeto que quiere medir, para posteriormente leerlo e interpretar los resultados.



Esta unidad principal de control y procesamiento dentro de la solución propuesta es una Raspberry PI Zero que una de las últimas versiones de las tarjetas embebidas fabricadas por Raspberry. El motivo de la selección de esta tarjeta es que tiene una gran facilidad para ser transportada ya que tiene un tamaño manejable y es duradera, adicionalmente tiene la capacidad de almacenamiento y procesamiento que cubre las necesidades detectadas en el marco del proyecto.

Para esta misma etapa de carga, el software es un sistema que permite almacenar prin-cipalmente los datos obtenidos a través de los sensores que se encuentran en la capa de hardware. Además, requiere de diferentes módulos de administración de los datos que permita mantenerlos y evitar pérdidas inesperadas.

En la capa de datos, lo que se busca es la transmisión de los mismos a través de la red cuando haya una conexión disponible a internet y así poder almacenar los datos centralizadamente. Estos datos serán guardados en la nube y recibidos de los múltiples orígenes de datos ubicados en cada uno de los vehículos de transporte, de donde se están obteniendo a través de los sensores relevantes para la trazabilidad del tomate de árbol.

En la siguiente capa, la interfaz es un componente que se encarga, como su nombre lo indica, ser una interfaz de comunicación entre el sistema transmisor y el sistema receptor. El sistema transmisor en este contexto es la capa dueña de los datos con la tarea de en-viarlos por la red a los diferentes puntos de destino (dispositivos) y el sistema receptor son todos aquellos dispositivos que toman los datos, la convierten en información y la presen-tan de una forma amigable. Estos dispositivos hacen parte de la última capa presentada dentro de la figura 4, que tiene como fin presentar adecuadamente los datos recolectados, administrados y organizados en las demás capas.

Lo anterior se encuentra ligado a la primera etapa, que tiene relación con la carga de la fruta a su medio de transporte, es decir, al camión. Posteriormente existen dos etapas complementarias del proceso de distribución en la cadena de abastecimiento estudiada en presente documento, referentes al transporte y a la descarga de producto. Si bien, las tres etapas cuentan con las mismas capas mencionadas previamente y cuentan en su ma-yoría con las mismas funcionalidades. Las diferencias principales radican en los datos a recolectar a través de los sensores a nivel de hardware y el punto específico en dónde se guardarán a nivel de software. Esto es debido a que en algunas etapas, ciertas variables tienen mayor influencia o relevancia dentro de la cadena de abastecimiento que en otras.


Para tener una completa visibilidad del comportamiento y de las condiciones que tiene el tomate de árbol, es necesario realizar un seguimiento general, desde el punto de ori-gen hasta el punto de destino con la capacidad de recuperar y visualizar la información que se ha obtenido a lo largo del tiempo. La reconstrucción basada en los datos que se recopilaron en determinados momentos, contribuye a la trazabilidad y por eso resulta ne-cesario la participación del modelo en las tres etapas planteadas en las cinco diferentes capas del modelo.

Teniendo en cuenta lo anterior y la explicación del modelo a un alto nivel, es necesario ex-plicar con mayor detalle los elementos que se pueden observar, de este modo, la siguiente figura 5 aportará y dará mayor claridad a algunas de las estructuras de los componentes que conforman cada una de las capas en cuestión. Es importante recalcar que cada com-ponente o subsistema del modelo juega un papel fundamental dentro de la arquitectura que se plantea como solución a la problemática detectada y por eso mismo requiere de una explicación con mayor detalle de las funcionalidades de cada una de ellas.



Figura 5. Capas del modelo incluyendo componentes o subsistemas.



Como se indica en la figura 5, la capa de hardware consta de sensores conectados a una Raspberry. El modo de conexión de estos sensores depende del tipo de tecnología que incorpore cada una de ellas, bien puede ser alámbrica o inalámbrica. Por facilidad de instalación se sugiere una conexión alámbrica a través de uno o varios puertos USB que aparte de facilitar la comunicación y evitar problemas de interferencia, entregan en ocasiones el voltaje suficiente para el encendido de los sensores que requieren de ener-gía eléctrica para su correcto funcionamiento. El modo inalámbrico requerirá su propio sistema de alimentación eléctrico.

La Raspberry, dentro de la misma capa de hardware, debe tener la capacidad de mante-nerse encendida siempre, por lo tanto, debe contar con algún mecanismo portátil durante el recorrido que sirva como proveedor de energía eléctrica. Por tal motivo existen varias alternativas que de acuerdo a la facilidad del contexto se pueden aplicar. Una de ellas es el manejo de una batería de larga duración que se mantenga activa y funcional, por otro lado, se puede crear un mecanismo que permita integrar la Raspberry al sistema eléctrico del camión, mitigando el problema de una posible descarga de la batería propuesta en la primera opción.

Aparte de los sensores y la Raspberry, es necesario contar con mecanismo de transmisión de datos, como se indica en la figura 5 expuesta previamente, debe existir una antena o método de envío de datos a través de internet cuando la conexión esté disponible en algu-nos de los puntos del recorrido, con el fin de cargar la información a la base de datos que se encuentra en la nube y que los interesados del estado de la fruta y de las condiciones puedan tener acceso a dicha información.

El método de transmisión de datos necesariamente debe ser inalámbrico, ya que resulta imposible tener un cable de red con conexión a internet que este a lo largo de los aproxi-madamente 80 kilómetros que hay desde el lugar de origen hasta Bogotá. Por tal motivo se hace necesario soportar el envío de los datos a través de las diferentes antenas ubicadas por los diferentes operadores que ofrecen este servicio de internet inalámbrico.

En la figura 5, dentro de la capa de hardware existe en la parte posterior una serie de sen-sores que se conectan con la Raspberry y se encargan de la detección cada cierto periodo de tiempo de las condiciones generales del ambiente que rodea el tomate de árbol.



Para la selección de los sensores necesarios y relevante para el presente caso de uso, fue necesario realizar un documento de caracterización de la fruta en cuestión. Los sensores aparecen listados en la sección 2.2. de esta investigación, estos fueron extraí-dos de un trabajo previo hecho en el grupo de investigación SEPRO de la Universidad Nacional de Colombia.

Al tener la capa de hardware lista, interconectada y funcional, la capa de software se encarga de los sistemas desarrollados lógicamente para la administración de todos los datos capturados dentro de la capa anterior preparada. Estos datos tendrán un ciclo de vida basado en las transiciones y la ubicación en la que se encuentren, ya que pueden ser temporales o permanentes para su consulta.

En el primer nivel de la capa de software, se encuentra la primera base de datos de traza-bilidad en la que se almacenan los datos recién capturados en la capa de hardware. Para tener espacio de almacenamiento, es fundamental contar una tarjeta micro SD en donde haya varias Gigabytes de almacenamiento, idealmente entre 4 y 8.

Los datos son recibidos aleatoriamente y sin organizar desde los sensores y debe existir un subsistema encargado de atraparlos para su posterior procesamiento, en este punto los datos son sólo números sin sentido y sin relación. Por tal motivo, es necesario contar con un adicional subsistema, uno que tenga que la capacidad de organizarlos de una forma adecuada y entendible, agrupando los datos como conjuntos y asignándoles la fecha y hora que permitan reconstruir punto a punto lo que acontece.

Posterior a la detección y agrupamiento (ordenamiento de datos), para evitar pérdida de información es requerido un sistema que permita almacenarla en una base de datos tem-poral que es instalada localmente. El motivo de la instalación de una base de datos local es la incapacidad que hay durante el recorrido de garantizar una conexión a la base de datos permanente a través de internet para cargar la información, debido a falta de co-bertura en algunos tramos de las carreteras comprendidas entre Fusagasugá y Bogotá, o sencillamente por la caída del servicio de algún operador que facilita el acceso a internet.

La base de datos local se encuentra instalada sobre la Raspberry, lo que implica una capacidad limitada de almacenamiento y que tiene que ser constantemente depurada para evitar algún tipo de error generado por insuficiencia de memoria para salvar información. Posteriormente en este documento se explicará cómo debe ser el manejo de esta base de datos local.


Para completar este primer nivel de la capa de software, teniendo en cuenta las limitacio-nes previamente mencionadas respecto a la capacidad de almacenamiento en la base de datos temporal, surge la necesidad de implementar un mecanismo que permita llevar la información allí almacenada a un lugar con mayor cantidad de recursos que no sólo contenga la información capturada de un camión, sino que pueda guardar la de múltiples simultáneamente en un único lugar donde la información se encuentre centralizada y disponible para consultar.

Este sistema encargado de transportar la información de una base de datos temporal a una permanente, juega un rol fundamental en la trazabilidad pues debe garantizar la integridad de la información. Debido a esto, debe tener la capacidad de administrar correctamente las conexiones entre ambas bases de datos vía internet, detectando los momentos apropiados durante el trayecto en donde encuentra opción de enviar la información por la red.

Perfectamente se podría pensar que la carga de información se puede hacer al llegar a Bo-gotá, ya que es una zona que posee una mayor cobertura de red para el envío y recepción de datos, evitando costes adiciones de implementar un sistema encargado de detectar co-nectividad durante el recorrido, pero el motivo para no adoptar este modelo es la posibilidad de presentarse algún tipo de inconveniente en el recorrido, como pueden ser accidentes de tránsito, fallas mecánicas o imprevistos de diferentes tipos que imposibiliten la llegada del camión a la capital del país y en consecuencia la posible pérdida de información que se encuentra en la base de datos temporal.

Adicional a lo anterior, la ventaja de la carga frecuente de información a la base de datos permanente alojada en la nube es la posibilidad que se le da los diferentes interesados de consultar la información con mayor rapidez, puesto que cada vez que la conexión está dis-ponible, se efectúa el envío de datos a través de la red y así quedará disponible y segura en la nube. La forma de conexión entre ambas bases de datos se detallará más adelante dentro de esta sección del documento.

Cuando la información en la base de datos alojada en la nube se encuentra correctamente cargada, esta información debe encontrarse lista para poderse visualizar en diferentes puntos. Con el objetivo de permitir múltiples accesos a la información sin entregar las cre-denciales a los usuarios, se plantea la exposición de un servicio web que puede ser con-sumido a través de internet, permitiendo a cualquier persona acceder a esta información desde cualquier lugar del mundo a través de una conexión a internet.



A nivel general, los servicios web han tenido un impacto positivo en la industria tecnológica ya que tienen la facilidad de integrarse y adaptarse a diferentes tipos de tecnologías, ar-quitecturas y sistemas que puedan existir, brindando una gran flexibilidad de uso incorpo-rando estándares de utilización de los mismos. Esta sección dentro del segundo nivel de la capa de software se ha nombrado como interfaz ws, haciendo referencia a web services o servicios web (respectiva traducción al español).

Finalmente, en la parte inferior de la figura 5, se encuentran aquellas aplicaciones que con-sumirán la información disponible, desplegando de una forma clara y sencilla de interpretar, cada uno de los eventos y puntos trazados dentro de los recorridos efectuados. En este pun-to es donde se puede identificar otra ventaja del uso de una base de datos centralizada, ya que permite la agrupación de diferentes factores y así estudiar los comportamientos que se dan bajo diversas perspectivas, entregando no únicamente datos sueltos, sino la posibilidad de hacer un análisis mayor utilizando y aplicando algún tipo de técnica de análisis de datos.

Figura 6. Diagrama detallado de conectividad en la capa de software.



La figura 6, presenta en un mayor nivel de detalle la capa de software planteada, dentro de ella se pueden encontrar varios componentes que permiten la intercomunicación entre cada uno de los dispositivos locales receptores de información y el destino final de la infor-mación en las diversas aplicaciones que pueden consumir y organizar estos datos.

Partiendo de la parte inferior de la figura 6, el sistema local 1 hace referencia al sistema que se encuentra instalado y ejecutado en las Raspberry que hay en cada uno de los camiones transportadores, por tal motivo se numera y se realiza la distinción para iden-tificar que puede haber múltiples sistemas locales recopilando datos al mismo tiempo y por eso requiere de un identificador que permita conocer el origen de los mismos para poderlos diferenciar.

Como parte de los sistemas locales, en cada una de ellas hay alojada una base de datos dueña de la información capturada del ambiente, que cobra sentido cuando esta se puede consultar e interpretar. En consecuencia, el éxito del modelo está en la correcta recopilación de la información desde diversas fuentes en un único lugar.

Para alcanzar esta meta, se propone la creación de un mecanismo de control de transmi-sión de datos a través de la red. Para lograr esto se identifican tres subsistemas básicos: detección de conexión, consulta de datos y envío de los mismos, que claramente deben estar comunicados entre sí para trabajar armónicamente.

El primer subsistema de detección de conexión, está encargado de la tarea de verificar si existe conectividad disponible a internet, para lograr esto existen varios mecanismos útiles, uno de ellos es el manejo de un ping que permite saber si se tiene alcance a la base de datos expuesta en la nube.

La verificación de la disponibilidad de red, al igual que la frecuencia de captación de los da-tos por medio de los sensores, debe ser un parámetro configurable con el fin de aumentar o reducir el número de intentos en un periodo de tiempo.

El segundo subsistema tiene como objetivo consultar los datos almacenados local y tem-poralmente en la base de datos instalada sobre la Raspberry y entregarlos a un nuevo subsistema que realiza el envío correspondiente a través de la red. Un punto a recalcar de este segundo subsistema es que debe tener la capacidad de controlar el estado de



la base de datos para evitar cualquier tipo de error debido al espacio insuficiente para el almacenamiento de los datos, debido a que estas unidades centrales de procesamiento no cuentan con un gran espacio y es posible que pueda llegar a un punto en el que no se pueda guardar lo que se recibe por parte de los sensores.

Teniendo en cuenta lo descrito en el párrafo anterior, es de extrema importancia que haya un módulo encargado de validar que los datos fueron enviados y recibidos correctamente en la nube, para proceder a eliminarlos en la base de datos local, garantizando la dispo-nibilidad y los recursos necesarios de almacenamiento para la captura de una próxima medición programada.

El tercer y último subsistema del sistema local 1, no es más que un simple módulo que con-sume un servicio web expuesto en internet, cuyo objetivo es el envío de los datos a través de la red, con la responsabilidad de notificar que la transacción que se realizó con éxito y de esta forma activar la eliminación de los datos locales. Como un flujo alterno detectado, es que pudo haber algún error en la transacción y debe restaurar las condiciones iniciales para que no haya pérdida de información, de este modo el envío se puede hacer en un nuevo posterior intento manteniendo la integridad de los datos.

De acuerdo al servicio expuesto, los datos pueden ser entregados utilizando XML o JSON, para servicios SOAP o REST respectivamente. La implementación de cualquiera es viable, dado que son protocolos que cuentan con una gran flexibilidad y adaptación en múltiples ambientes bajo diferentes lenguajes de programación. Cada uno de ellos cuenta con sus ventajas y desventajas, por ejemplo, SOAP al ser lanzado primero que REST, ha tenido una mayor evolución y desarrollo a lo largo de los años, pero REST al detectar algunas de las falencias en términos del peso de los datos transmitidos a través de la red, resulta ser mucho más liviano. De acuerdo a lo mencionado anteriormente, los datos que son enviados a la nube no son muchos, por el contrario, son muy precisos y organizados, reduciendo no-tablemente la cantidad que se van a enviar, por tal motivo y sin la limitante de tener una gran cantidad de información, se sugiere el uso de SOAP tomando provecho de su evolución y gran cantidad de características implementadas a lo largo del tiempo.

Dentro de la figura 6, también se encuentra enmarcado un sistema remoto alojado en la nube con tres componentes básicos que sirven principalmente para la administración de la información guardada en la base de datos, desde la captura o recepción hasta su entrega a los múltiples posibles consumidores.


El primer subsistema que se encuentra en la nube, es un servicio expuesto como se mencio-nó previamente para recibir la información de múltiples sistemas locales instalados en los dife-rentes camiones de transporte. Adicionalmente, debe agregar información referente a la fecha y hora de recepción de los datos y el origen (dispositivo que los envía) para llevar un control en la base de datos que se encuentra en la nube para realizar la traza de la comunicación.

Al recibir los datos, se debe ejecutar el proceso de almacenamiento en la base de datos permanente (nube) para centralizar y guardar la información, cuando el proceso sea com-pletado exitosamente se debe retornar con un mensaje de confirmación de recepción y guardado para que los sistemas locales procedan con las rutinas establecidas. En caso de algún fallo se debe notificar igualmente a los sistemas locales para que se vuelva a intentar una vez más el proceso.

Por otro lado, la base de datos tendrá almacenada toda la información obtenida a través del tiempo para todos los camiones transportadores y los datos de las todas las variables que miden las condiciones que rodean el tomate de árbol. La idea de este modelo es que sea extensible en caso que se desee en algún momento implementar un nuevo sensor para la detección de otra condición o variable.

Con la información guardada ya sólo resta publicarla, esto se puede hacer de igual forma usando servicios web con SOAP. Por tal motivo se expone un método de consulta de datos que, al recibir una solicitud, recupera la información de la base de datos y la entrega al cliente final para que él la pueda organizar y presentar de la forma requerida, tomando los datos que sean relevantes para el tipo de reporte que se desee entregar. De este modo los datos son entregados en XML y recibidos por las aplicaciones desarrolladas para los usuarios finales y/o interesados de la información obtenida sobre la trazabilidad del tomate de árbol.

3.3 Modelo relacional

Para la trazabilidad, el almacenamiento de información es fundamental para poder re-construir lo que sucedió en el proceso de carga y transporte de la fruta en cuestión. Por tal motivo es necesario diseñar un modelo de base de datos que permita guardar los datos estructuradamente, teniendo en cuenta dos aspectos. El primero hace referencia a que el modelo planteado tenga la capacidad de guardar la información prevista correctamente.



Por otro lado, el segundo aspecto es que el modelo tenga flexibilidad para incorporar nue-vos elementos que pueden cambiar con el tiempo, por ejemplo, la existencia de nuevos transportadores, nuevos sensores, nuevas fincas productoras, entre otros.

El modelo propuesto en la figura 7, también tiene en cuenta las necesidades detectadas que se adaptan al contexto descrito en el presente documento, por ejemplo, se contempla que un mismo camión pueda obtener cargas de diferentes fincas registradas y la posibili-dad de tener múltiples transportadores que puedan llevar el tomate de árbol desde la finca hasta los puntos de distribución en la capital del país.

Dada la diferenciación de los aportes de cada finca, el modelo se hace extensible para el cálculo del porcentaje de ganancias obtenidas por cada una de las distribuciones hechas en Bogotá, lo que permite una mejor forma de llevar las cuentas y asignar el dinero que corresponde para cada una de las fincas.

Figura 7. Modelo relacional propuesto.



De acuerdo a la estructura de tablas que se puede identificar a partir del modelo, se puede observar que existen algunas tablas que requieren de una alimentación de datos previa para que haya integridad en los mismos a la hora de realizar la trazabilidad de las condiciones detectadas en la tabla DATOS_X_LOTE.

Por tal motivo, la tabla FINCA debe ser pre-poblada con los datos de todas las fincas que harán parte de este nuevo sistema que permite realizar la trazabilidad de sus productos, de este modo al hacer una carga de un lote completo (compuestos por varias cargas in-dividuales por finca) pueden tener un control claro de su participación en cada uno de los envíos a la capital del país.

La alimentación de estos datos debe ser realizada a través de un sistema, en el que, a la hora de realizar la carga, se puede seleccionar la finca productora y su aporte en términos de unidades, peso y fecha de la carga para tener el control de todas las cargas que ha efectuado a lo largo del tiempo.

3.4. Estructuras de soporte

Para llevar a cabo la implementación de la estructura propuesta y del modelo relacional, es necesario la instalación y el desarrollo de software. A lo largo de esta sección se detallarán algunos elementos a tener en cuenta para poner en marcha la solución descrita.

El primer elemento a nivel de software a tener en cuenta, es la instalación de los drivers sobre la Raspberry PI para que los diferentes sensores puedan funcionar correctamente, esta instalación se debe llevar a cabo a través de una serie de comandos puesto que no existe necesariamente una forma gráfica para realizar este proceso. Para realizar este paso, es evidente que se debe contar con los instaladores para cada uno de ellos en caso de ser necesario, porque dependiendo del sensor, al ser conectado a la Raspberry, algunos de ellos instalan por defecto sus controladores.

Por otro lado, la Raspeberry debe tener instalada una base de datos local para almacenar la información temporal, para cumplir este paso, se puede hacer uso de una base de datos Post-greSQL que no tiene precio y resulta ser liviana para el dispositivo que se va a utilizar. Esta base de datos instala varias características, incluyendo el administrador de base de datos que permitirá posteriormente realizar el almacenamiento y consulta de los datos almacenados.



Los sistemas que deben ser desarrollados para manipular los datos recibidos y guardarlos en la base de datos, pueden ser fácilmente desarrollados con la metodología previamen-te seleccionada, apoyándose del uso de un lenguaje que tiene varios compiladores que pueden ser instalados en los diversos sistemas operativos, por lo que se sugiere el uso de python para realizar esta tarea.

La nube en cambio, tiene otras características y por ello debe contener otro tipo de sof-tware que soporte un gran almacenamiento y permita crear las interfaces de recepción y transmisión de los datos a los dispositivos finales, así que la nube tendrá dos secciones principales para su funcionamiento.

El primero de ellos, es el desarrollo de las interfaces a través de servicios web, que de antemano requerirán un servidor de aplicaciones para la recepción de los datos a través de internet, que podría ser Apache TomEE, ya que incorpora varios mecanismos de apo-yo para el desarrollo de JavaBeans que permiten estructurar el proyecto y que también soportan el manejo de los servicios web a ser expuestos por internet. A través de esta instalación, lo más prudente es realizar un desarrollo en Java, para hacer la captura de los datos que se reciben por internet y almacenarlos en la base de datos, de igual forma la exposición del servicio para enviarlos a los diversos dispositivos que usar la información.

La base de datos a instalar puede variar dependiendo del servicio en la nube que se desee utilizar, entre ellas, dos de las más populares son AWS (Amazon Web Services) y Microsoft Azure con SQL Database y Amazon Relational Database respectivamente. Cada una de ellas cuenta con su propia base de datos lista para instalar, con las opciones de ampliación y crecimiento de acuerdo a la ocupación que haya con el tiempo. Importante para recalcar, las dos bases de datos mencionadas son relacionales puesto que el modelo propuesto lo es.

Por último, para llegar a los interesados hace falta la parte del desarrollo a los usuarios fina-les, que pueden ser sitios web utilizando Portofino, o aplicaciones móviles para poder ver la información alojada en la nube. Algunos desarrollos pueden estar igualmente alojados en la nube, en un sitio web para observar el comportamiento de los datos con una conexión directa a la nube, que también puede estar hecho en Java, como las demás interfaces.

Mientras tanto, dispositivos móviles pueden recuperar la información a través de los servicios web expuestos e internet, haciendo desarrollos especiales para Android y iOS para presentar los datos que se encuentran cargados en la nube, para ello se requiere la


adquisición de las licencias de desarrollo en caso que desee publicar la o las aplicacio-nes a través de los centros de descargas. En la siguiente sección se realizará un breve resumen de estos costos y cuándo aplican para ambos casos.

3.5 Evaluación de la implementación

Dentro de esta sección de la investigación, se realizará una breve evaluación de los costos de implementación de los múltiples componentes descritos en el numeral 4.2, tanto para hardware como para software, con el fin de entregar una estimación aproximada de la inver-sión requerida para construir y desarrollar la arquitectura propuesta en esta investigación.

Es importante recalcar que los costos presentados dentro de esta evaluación no tienen en cuenta el trabajo de caracterización realizado previamente, ni tampoco el trabajo técnico para el ensamble de las piezas y los componentes de hardware para construir el dispositivo móvil. Únicamente se mencionarán los costos por horas de desarrollo y los costos generados por la adquisición de cada uno de los elementos de hardware requeridos en la solución.

3.5.1 Hardware

A continuación, se presenta en la tabla 4 los valores de cada elemento que se debe adquirir para la construcción de la capa de hardware descrita en la sección de la estructura general.

Tabla 5. Resumen de componentes de Hardware (en pesos colombianos).

Dispositivo Costo aproximadoRaspberry PI Zero 150.000

Tarjeta micro SD 8 GB 40.000

Computador 2.000.000

Cable USB – Micro USB 10.000

Módulo RFID SL030 70.000

Módulo FONA 808 400.000

SIM CARD 10.000



Dispositivo Costo aproximadoSensor de temperatura y humedad AM2302 20.000

Sensor de impacto mecánico ADXL345 25.000

Sensor CO2 15.000

Batería LI-ion 50.000

Regulador 5V 10.000

Regulador 3.3V 10.000Regulador 3.7V 10.000

Total 2.820.000

Componente Costo de desarrollo por hora

Horas requeridas Total

PostgreSQL 20.833 8 166.667

Portofino 20.833 32 666.667

Python 25.000 72 1.800.000

Virtual Box 20.833 4 41.667

Repositorio Bitbucket 20.833 4 83.333

Navegador Web 0 0 0Git 0 0 0

Ubuntu 16.04 20.833 4 83.333Raspbian 25.000 24 600.000

Fuente: Recopilación a partir de varias fuentes

3.5.2 Software

Al igual que el caso del hardware, también es necesario conocer los valores de las licencias para poder realizar la respectiva implementación de la capa de software, adicionalmente una estimación a muy alto nivel de cuánto puede cobrar un desarrollador que maneje los lenguajes y las herramientas propuestas, ya que de acuerdo a su experiencia puede tomar un mayor o un menor tiempo para llevar a cabo la construcción de la capa de software.

Todo el software fue gratuito*.

Tabla 6. Costo total por componente de software en la arquitectura (en pesos colombianos)


Fuente: Recopilación a partir de varias fuentes

*Los costos de AWS pueden incrementar de acuerdo a la ocupación de la base de datos, ancho de banda, entre otros. Suponer 8 GB inicialmente.

De las dos tablas que hay en esta sección 4.5 se puede identificar que el software no tuvo ningún costo por temas de licencia, pero a nivel de desarrollo fue necesario realizar una in-versión de 8.008.334 en pesos colombianos, mientas que la adquisición de los elementos de hardware para la construcción de cada dispositivo fue de 2.820.000 también en pesos colombianos, para un total de 10.828.334. Cada dispositivo deberá ser instalado en cada uno de los camiones de transporte para que los sensores y la Raspberry PI puedan hacer la detección y el envío de los datos a su destino en la nube.

Componente Costo de desarrollo por hora

Horas requeridas Total

AWS (Amazon Web Services) 16.667 80 2.166.667IDE Desarrollo Python 0 0 0Apache TomEE 25.000 8 200.000JDK 0 0 0JRE 0 0 0Java 25.000 88 2.200.000

Total - - 8.008.334

4. Consideraciones finales y conclusiones

Posteriormente a la realización de esta investigación, es pertinente recalcar algunos puntos importantes que apoyen y fortalezcan diferentes áreas de trabajo y estudio para utilizarlos como base para futuros proyectos y retos presentados.

El primer punto y más importante desde la perspectiva global y los resultados esperados, se puede determinar que el diseño de la arquitectura para la trazabilidad durante el proce-so de transporte del tomate de árbol en la provincia del Sumapaz fue llevado a cabo satis-factoriamente, ya que de acuerdo a la situación actual mencionada en la sección 3.1 y el problema identificado en la pregunta de investigación descrita en la introducción tuvieron una respuesta satisfactoria con la solución planteada en la sección 4.2.

El segundo punto a resaltar es el cumplimiento de la detección de las variables a medir, para este caso las necesidades específicas fueron la captura de los datos para la hume-dad, la temperatura, el nivel de CO2 y el impacto mecánico que servirán como insumo de la información principal para realizar la trazabilidad de las condiciones principales y más importantes en este contexto que aparecen en la sección 3.2.

Adicionalmente, se llegó a un diseño de la estructura del software que debe ser desarro-llado e instalado en los diferentes dispositivos tanto locales (móviles) como en la nube, ge-nerando apropiadamente la interconectividad para garantizar la trazabilidad y la integridad de los datos que fue documentada en el numeral 4.2.

Para complementar la estructura del software, fue necesario diseñar adicionalmente dos estructuras complementarias para el desarrollo del mismo y el almacenamiento de los da-tos administrados por las aplicaciones, para el cumplimiento de estos objetivos se utilizaron herramientas específicas, bitbucket con git y AWS respectivamente, los dos primeros con el fin de tener en control de las versiones en el desarrollo de software y el segundo como servicio en la nube para el despliegue de interfaces, instalación de aplicaciones y una base de datos relacional para albergar la información obtenida en los objetivos previos.



Al haber cumplido estos objetivos, fue necesario diseñar un modelo relacional para el almacenamiento de la información en la base de datos. Este diseño fue construido y descrito detalladamente en el numeral 4.3 de este documento, en donde se contempla-ron las necesidades reales de la situación problemática mencionada en la introducción y se incorporaron nuevos elementos para la extensibilidad del modelo en caso que sea necesario ampliarlo para la medición de otras variables.

Para la selección de protocolos, dentro de la solución propuesta, se sugirió la utilización del protocolo SOAP en la sección 4.2 para la implementación de los servicios web, pero se detectó que esto no es una cadena de fuerza para tener que ser de esta manera, el uso de REST tam-bién es viable dentro de la arquitectura y puede ser seleccionado uno u otro, dependiendo de la experiencia y los conocimientos que tenga el desarrollador con cualquiera de los protocolos.

Como otros autores citados en el marco teórico, se llega a la misma conclusión de la ne-cesidad de conocer el contexto y detectar cuáles son los puntos críticos para el mismo, ya que diferentes entornos generan nuevos retos que son muy difícilmente generalizables, y aunque la arquitectura de la solución propuesta puede servir a otros lugares, siempre será necesaria la intervención para modificar y ajustar los parámetros que requieren mayor o menor prioridad para diseñar propuestas a la medida.

También, se puede encontrar que realizar la trazabilidad con completa minucia resulta ser demasiado costoso, ya que eso significa la adquisición de múltiples dispositivos capaces de captar cualquier variación y alteración del producto a rastrear, en este caso particular, el tomate de árbol.

Otro punto a destacar es que las soluciones que existen hoy en día pueden ser mucho más robustas a las de años atrás, dado el gran avance que ha tenido la tecnología y la forma como se pueden interconectar múltiples dispositivos tanto de software como de hardware, con la posibilidad de tener un gran espacio de almacenamiento en la nube, capaz de recibir información de múltiples orígenes y albergarla en el tiempo.

Respecto al tema de los costos, es factible diseñar una arquitectura robusta y muy compleja, monitoreando múltiples variables, pero tendrá un gran valor con elementos que quizás para cada contexto puede ser subutilizado, por tal motivo se sugiere de antemano conocer las necesidades reales de cada problema y pensar si realmente vale la pena invertir en algún componente que puede tener un costo elevado para el beneficio que pueda tener dentro de la solución.

65Consideraciones finales y conclusiones

Con el enfoque hacia el tipo de solución propuesta, cabe recalcar que la tecnología puede ser una gran amiga a la hora de construir y automatizar ciertos procesos que en el pasado fueron manuales, facilitando tareas como las de monitoreo y evitando en cierta medida los errores humanos que puedan surgir.

Tocando el tema técnico, existe un concepto supremamente importante que hoy en día permite la integración perfecta de la arquitectura sin la necesidad de intervención humana. Gracias a los servicios web (o bien conocidos en inglés como web services) brindan una gran facilidad y flexibilidad para la combinación de diferentes tecnologías que permiten la interconectividad entre los diferentes dispositivos de rastreo y la base de datos alojada en la nube, haciendo que el proceso sea automatizado con un envío continúo de información a través de la red.

La arquitectura propuesta en la presente investigación, tiene la oportunidad de hacerse extensible para la medición de otras variables en caso de ser necesario, tanto la interco-nectividad como el diseño del modelo relacional de la base de datos fue pensada y creada pensando hacia el futuro y posibles nuevos retos que puedan surgir con el tiempo, lo que le bastante flexibilidad y a la hora de implementarse, se puede tener la certeza que no será necesario reemplazarse por algo diferente a corto o mediano plazo.

El tema de la trazabilidad siempre presentará nuevos retos a nivel mundial, cada vez los mercados son mucho más complejos y requerirán de nuevas intervenciones para darle vi-sibilidad a «la caja negra» que hay detrás de cada uno de los procesos que se encuentran dentro de la cadena de suministro.

Algo extremadamente importante que se debe destacar de la investigación, es la necesi-dad de la generación de soluciones simples que respondan a situaciones reales, ya que a veces los diseños con mayor cantidad de elementos resultan tener una cantidad innu-merable de componentes interconectados, con sistemas de control avanzados cuando la necesidad detectada requiere de algo tan sencillo como lo puede ser la unión del «punto a» con el «punto b» a través de determinado conector. Por tal motivo, resulta ser sumamente importante la detección del problema para tener una vista global de la situación actual, para posteriormente tener la capacidad de establecer una metodología de trabajo para llegar a una verdadera solución.



Para la realización del proyecto y ponerlo en marcha, es evidente que se debe contar con personal que conozca de hardware y software, con el apoyo principalmente de un desarro-llador que domine los temas de manejo de servicios web y conectividad a bases de datos, especialmente relacionales para la implementación del modelo entidad-relación que se encuentra en la sección 4.3 del presente trabajo.

En trabajos futuros, se puede dar un mayor alcance a esta investigación con la migración de los datos obtenidos en la base de datos alojada en la nube a un portal gubernamental de mayor acceso, como lo es el sitio https://www.datos.gov.co/ en donde la información está disponible para ser consultada (también a través de servicios web) y desde allí realizar desarrollos para la presentación y visualización de los datos cargados de una forma periódica a un público más grande.

5. Bibliografía

Badia-Melis, R., Mishra, P., & Ruiz-García, L. (2015). Food traceability: New trends and recent advances. A review. Food Control, 57, 393–401. https://doi.org/10.1016/j.food-cont.2015.05.005

Cámara de Comercio de Bogotá. (2015). No Title. Bogotá. Retrieved from http://www.ccb.org.co/content/download/13726/175108/file/Tomate

Departamento Nacional de Planeación. (2016). El campo colombiano: un camino hacia elbienestar y la paz. Bogotá. Retrieved from https://colaboracion.dnp.gov.co/CDT/Agri-culturapecuarioforestal y pesca/El CAMPO COLOMBIANO UN CAMINIO HACIA EL BIENESTAR Y LA PAZ MTC.pdf

Duka, D. (2013). Adoption of Agile Methodology in Software Development, 5. Retrievedfrom http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.unal.edu.co/stamp/stamp.jsp?arnumber=6596295

Fernandes, J. M., & Almeida, M. (2010). Classification and Comparison of Agile Methods. In 2010 Seventh International Conference on the Quality of Information and Communi-cations Technology (pp. 391–396). IEEE. https://doi.org/10.1109/QUATIC.2010.71

Hu, H., Zheng, H., & Liu, S. (2012). Determination of Navel Orange Safety Production Tra-ceability Information Based on HACCP (pp. 140–146). Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-27281-3_18Huertas, I., Msc, F., Mario, I., Verástegui, R., Fernández, L. C., & Puentes, L. A. (n.d.). La

Dinámica de Sistemas: Un Paradigma de Pensamiento Modelo de Dinámica de Siste-mas para las Frutas Orgánicas -El Lulo System Dynamics Model for Organic Fruits -The Lulo. Retrieved from http://www.urosario.edu.co/Administracion/documentos/9-Dina-micas/020_1701714020/

Jiayue Ren. (2015). RFID enable food supply chain traceability and safety. In 2015 International Conference on Logistics, Informatics and Service Sciences (LISS) (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/LISS.2015.7369741

Khan, N., Silva, S., & Kandl, T. (2012). A software based solution to facilitate end to end information supply chain visibility. In ICSSSM12 (pp. 850–855). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICSSSM.2012.6252359

Kondo, N. (2010). Automation on fruit and vegetable grading system and food traceability. Trends in Food Science & Technology, 21(3), 145–152. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2009.09.002



Mainetti, L., Patrono, L., Stefanizzi, M. L., & Vergallo, R. (2013). An innovative and low-cost gapless traceability system of fresh vegetable products using RF technologies and EPCglobal standard. Computers and Electronics in Agriculture, 98, 146–157. ht-tps://doi.org/10.1016/j.compag.2013.07.015

Opara, U. L., & Pathare, P. B. (2014). Bruise damage measurement and analysis of freshhorticultural produce—A review. Postharvest Biology and Technology, 91, 9–24. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2013.12.009

Pang, Z., Chen, Q., Han, W., & Zheng, L. (2015). Value-centric design of the internet-of-things solution for food supply chain: Value creation, sensor portfolio and information fusion. Information Systems Frontiers, 17(2), 289–319. https://doi.org/10.1007/s10796-012-9374-9

Ramsin, R., & Paige, R. F. (2008). Process-centered review of object oriented software development methodologies. ACM Computing Surveys, 40(1), 1–89. https://doi.org/10.1145/1322432.1322435

Retamales, J. B. (2011). World temperate fruit production: characteristics and challenges. Revista Brasileira de Fruticultura, 33(spe1), 121–130. https://doi.org/10.1590/S0100-29452011000500015

Rodriguez Nodals, A. (n.d.). Tomate de árbol. Retrieved April 9, 2017, from https://www.ecured.cu/Tomate_de_árbol

Sadewo, A. B., Putra, A. S. I., & Priyandari, Y. (2016). Design of business process on traceability fresh fruits and vegetables export based on regional regulation. In Procee-dings - Joint International Conference on Electric Vehicular Technology and Industrial, Mechanical, Electrical and Chemical Engineering, ICEVT 2015 and IMECE 2015 (pp. 304–308). https://doi.org/10.1109/ICEVTIMECE.2015.7496698

Wilson, T. P., & Clarke, W. R. (1998). Food safety and traceability in the agricultural supply chain: using the Internet to deliver traceability. Supply Chain Management: An Interna-tional Journal, 3(3), 127–133. https://doi.org/10.1108/13598549810230831

Yu-Chia Hsu, An-Pin Chen, & Chun-Hung Wang. (2008). A RFID-enabled traceability system for the supply chain of live fish. In 2008 IEEE International Conference on Au-tomation and Logistics (pp. 81–86). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICAL.2008.4636124

Zhang, Y., Zhang, G., Wang, J., Sun, S., Si, S., & Yang, T. (2015). Real-time information capturing and integration framework of the internet of manufacturing things. Interna-tional Journal of Computer Integrated Manufacturing, 28(8), 811–822. https://doi.or-g/10.1080/0951192X.2014.900874

Documents

Diseño de la arquitectura de - bdigital.unal.edu.co · Los requerimientos de trazabilidad en la administración de la cadena de suministro se co- locan más y más estrictos en orden