FACULTAD DE CIENCIAS EMPRESARIALES CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE SISTEMAS EMPRESARIALES “LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA IIoT CON RESPECTO A LA EFICIENCIA OPERATIVA DENTRO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO Y ENVASADO DE AGUA CASO CONSORCIO FRAP – GLACIAL, LIMA 2019” Tesis para optar el título profesional de: INGENIERO DE SISTEMAS EMPRESARIALES Presentado por: Daniel Mauricio Chiri Navarro (0000-0002-4991-9283) Asesor: Nora Gina Del Pilar Tejada Vidal (0000-0002-8498-9826) Lima - Perú 2021 ACTA DE SUSTENTACIÓN DE TESIS Lima, 16 de Junio del 2023 Los integrantes del Jurado de tesis: Presidente Carlos Federico Díaz Sánchez Miembro 1 Jean Merry Salas Rojas Miembro 2 Luis Torres Cabanillas Se reúnen para evaluar la tesis titulada: “LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA IoT CON RESPECTO A LA EFICIENCIA OPERATIVA DENTRO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO Y ENVASADO DE AGUA CASO CONSORCIO FRAP – GLACIAL, LIMA 2019” Presentado por el bachiller. CHIRI NAVARRO, DANIEL MAURICIO Para optar al título profesional de INGENIERO DE SISTEMAS EMPRESARIALES Asesorado por: TEJADA VIDAL, NORA PILAR Luego de haber evaluado el informe final de tesis y evaluado el desempeño del estudiante de la Carrera de Ingeniería de Sistemas Empresariales en la sustentación, concluyen de manera unánime ( ) por mayoría simple ( x) calificar a: Tesista: CHIRI NAVARRO, DANIEL MAURICIO Nota (en letras): Trece Aprobado ( X ) Aprobado - Muy buena ( ) Aprobado - Sobresaliente ( ) Desaprobado ( ) Los miembros del jurado firman en señal de conformidad. DÍAZ SÁNCHEZ, CARLOS FEDERICO TEJADA VIDAL, NORA PILAR Presidente del Jurado Asesor(a) SALAS ROJAS, JEAN MERRY TORRES CABANILLAS, LUIS Miembro 1 Miembro 2 ANEXO: FORMATO DE DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD DE CONTENIDO DE INFORME FINAL DE TESIS O TRABAJO DE INVESTIGACIÓN UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD DE CONTENIDO DE INFORME FINAL DE TESIS / TRABAJO DE INVESTIGACIÓN1 Lima, 13 de agosto del 2023 Señor, Carlos Zavalaga Reyes Director General de Investigación, Desarrollo e Innovación Universidad Científica del Sur Presente. – De nuestra consideración, Yo: Daniel Mauricio Chiri Navarro, estudiante/egresado de la carrera de Ingeniería de Sistemas Empresariales de la Universidad Científica del Sur, en conjunto con el asesor/la asesora de tesis Dra. Nora Gina Del Pilar Tejada Vidal, declaramos que este informe final de tesis/trabajo de investigación titulado: “La Aplicación de la Tecnología IIoT con respecto a la eficiencia operativa dentro de la planta de tratamiento y envasado de agua Caso Consorcio Frap – Glacial, Lima 2019”, sustentado para obtener el título/grado de Ingeniero de Sistemas Empresariales es original. Es decir, no contiene plagio parcial ni total, cuando se utilizó información de fuentes externas se reconoció la autoría mediante la adecuada citación y los resultados obtenidos son producto entero de mi (nuestra) investigación y no han sido falseados ni fabricados. Todo esto en cumplimiento del Código de ética en la investigación, Reglamento del Comité de Integridad Científica, Reglamento de Propiedad Intelectual, Normas y procedimientos de los trabajos de investigación para la obtención de títulos profesionales y grados académicos 2, que afirmamos conocer en su totalidad. Por ello, en caso de identificarse alguna situación de plagio, falsificación o fabricación de resultados, nos allanamos al proceso de investigación que establezca la Universidad y las posibles sanciones que pudieran surgir. Firmamos en conformidad con lo declarado, Firma tesista Firma del asesor de tesis DNI: 42744280 DNI:08782351 1 En conformidad con la Resolución del Consejo Directivo N° 084-2022-SUNEDU/CD 2 Los documentos están en: https://investigacion.cientifica.edu.pe/reglamentos/ La versión vigente de este documento es la que se encuentra el repositorio de Office 365. Cualquier copia impresa se considera copia NO CONTROLADA y se debe verificar su vigencia. 1 INFORME DE REVISIÓN DE ORIGINALIDAD Título del documento evaluado. La aplicación de la tecnología IoT con respecto a la eficiencia operativa dentro de la planta de tratamiento y envasado de agua caso Consorcio FRAP – GLACIAL, Lima 2019 Autores. Daniel Mauricio Chiri Navarro. Mecanismo de revisión de originalidad. Evaluación con Turnitin (ID 2181507960). Resultado de la evaluación. 9% Revisado por. Helbert Rubén Borja García. Comentarios sobre la revisión. Filtros usados: excluir fuentes de menos de 12 palabras, se excluyeron citas. ii Dedicatoria “Dedicado a mis queridos padres Daniel y Gloria, quienes me han impulsado a realizar mis sueños con su ejemplo y apoyo incondicional y a mi Tío Raúl por la influencia que tuvo para escoger este camino” iii Agradecimientos Primeramente, agradezco a Dios por haberme dado la oportunidad de seguir este camino, haberme bendecido en mi vida, a mis diversos profesores quienes me acompañaron a lo largo de la etapa educativa impartiéndome su conocimiento y brindándome sus enseñanzas, por último, a Rosmery, mi compañera de vida, que estuvo desde el inicio de esta travesía. GRACIAS iv Índice de contenido i Dedicatoria ................................................................................................................................... ii Agradecimientos .......................................................................................................................... iii Índice de contenido ..................................................................................................................... iv 1. Índice de tablas ................................................................................................................ vi 2. Índice de Figuras .............................................................................................................. vi Resumen ....................................................................................................................................... 1 Abstract ........................................................................................................................................ 2 Introducción ................................................................................................................................. 3 1. CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 5 1.1. Descripción de la realidad problemática ......................................................................... 5 1.2. Formulación del problema .............................................................................................. 8 1.2.1. Problema general ............................................................................................... 8 1.2.2. Problemas específicos ......................................................................................... 8 1.3. Objetivos de la investigación .......................................................................................... 8 1.3.1. Objetivo general ................................................................................................. 8 1.3.2. Objetivos específicos .......................................................................................... 8 1.4. Justificación de la investigación ...................................................................................... 9 1.4.1. Justificación Nivel Económico ............................................................................. 9 1.4.2. Justificación Teórica. ........................................................................................... 9 1.4.3. Justificación Metodológica.................................................................................. 9 1.4.4. Justificación Nivel Práctico. ............................................................................... 10 1.4.5. Justificación Nivel Social ................................................................................... 10 1.5. Limitaciones de la investigación ................................................................................... 10 1.6. Viabilidad de la investigación ....................................................................................... 11 1.6.1. Viabilidad Técnica ............................................................................................. 11 1.6.2. Viabilidad Económica ........................................................................................ 11 1.6.3. Viabilidad Temporal ......................................................................................... 11 1.6.4. Viabilidad Ética ................................................................................................. 11 2. CAPITULO II: MARCO TEORICO ........................................................................................ 12 2.1. Antecedentes de la investigación ................................................................................. 12 2.1.1. Internacionales. ................................................................................................ 12 2.1.2. Nacionales. ....................................................................................................... 15 v 2.2. Bases teóricas ............................................................................................................... 18 2.2.1. OEE (Efectividad Total de los Equipos) .............................................................. 19 2.2.2. Tecnología IIoT ................................................................................................. 23 2.2.3. Impacto de la Tecnología IIoT en la Eficiencia Global de los Equipo OEE ............ 27 2.2.4. Ciberseguridad en la aplicación de la Tecnología IIoT ........................................ 32 2.3. Definiciones conceptuales ............................................................................................ 33 2.3.1. IIoT ................................................................................................................... 33 2.3.2. OEE Eficiencia Operativa de los Equipos ............................................................ 33 2.4. Formulación de hipótesis .............................................................................................. 34 2.4.1. Hipótesis general .............................................................................................. 34 3. CAPITULO III: DISEÑO METODOLÓGICO .......................................................................... 36 3.2. Diseño de la investigación ............................................................................................ 36 3.3. Tipo ……………………………………………………………………………………………………………………………38 3.4. Enfoque ........................................................................................................................ 36 3.4.1. Cuantitativo ...................................................................................................... 36 3.4. Población ..................................................................................................................... 37 3.5. Muestra ....................................................................................................................... 38 3.6. Operacionalización de variables ................................................................................... 38 3.7. Técnicas para la recolección de datos ........................................................................... 38 3.7.1. Descripción de los instrumentos ........................................................................ 38 3.7.2. Validez y confiabilidad de los instrumentos ....................................................... 38 3.8. Técnica para el procesamiento y análisis de datos ........................................................ 40 3.9. Aspectos éticos ............................................................................................................ 40 4. CAPITULO IV: RESULTADO ............................................................................................... 41 4.1. Cálculo del OEE (Eficiencia General de Equipos): ........................................................... 41 4.2. Aplicación de IIOT ......................................................................................................... 50 4.2.1. Aplicación en la Sopladora ........................................................................................... 52 4.2.2. Aplicación en la Envasadora ......................................................................................... 55 4.2.3. Resultados de la Aplicación de IIoT ............................................................................... 59 4.2.4. Prueba de Normalidad ................................................................................................. 63 4.2.5. Contrastación de la Prueba de Hipótesis General .......................................................... 65 4.2.6. Contrastación de la Prueba de Hipótesis Especifica ....................................................... 66 5. CAPITULO V: DISCUSION, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................. 70 5.1. Discusión ...................................................................................................................... 70 5.2. Conclusiones ................................................................................................................ 72 vi 5.3. Recomendaciones ........................................................................................................ 74 6. ANEXOS .......................................................................................................................... 82 6.1. Anexo 1: Matriz de consistencia 6.2. Anexo 2: Matriz de operacionalización 6.3. Anexo 3: Validación de Experto al Instrumento 6.4. Anexo 4: Matriz de Criticidad 6.5. Anexo 5: Base de Datos Informe de Producción Periodo Enero – Diciembre 2019 6.6. Anexo 6: Base de Datos Informe de Producción Enero 2022 Tecnología IIoT 6.7. Anexo 7: Imágenes Planta de Tratamiento y Envasado de Agua Consorcio Frap - Glacial 6.9. Anexo 9: Constancia emitida por la institución donde se realizó la investigación 6.10. Anexo 10: Constancia Validez y Confiabilidad del Instrumento 1. Índice de tablas Tabla 1 Diagrama de Pareto Defectos Envasadora ............................................................................. 21 Tabla 2 Formato de Llenado Línea de Producción.............................................................................. 39 Tabla 3 Resultado Mensual OEE Periodo Enero - diciembre 2019 ..................................................... 42 Tabla 4 Frecuencias de paradas no programadas o fallas en la Maquina Sopladora Enero – Diciembre 2019 ................................................................................................................................... 47 Tabla 5 Frecuencias de paradas no programadas o fallas en la Maquina Envasadora Enero – Diciembre 2019 ................................................................................................................................... 48 Tabla 6 Modelo Sensor Parada No Programada Sopladora ............................................................... 50 Tabla 7 Modelo Sensor Parada No Programada Envasadora ............................................................. 51 Tabla 8 Resultados Eficiencia Operativa Enero 2022- IIoT ................................................................. 60 2. Índice de Figuras Figura 1 Ecuación OEE ......................................................................................................................... 19 Figura 2 Clasificación OEE ................................................................................................................... 20 Figura 3 Gráfico de Pareto .................................................................................................................. 22 Figura 4 Sumatoria de Industria 4.0 - IIoT .......................................................................................... 23 Figura 5 Beneficios IIoT ....................................................................................................................... 25 Figura 6 Modelo de Tacho de Basura utilizando un entorno Firebase ............................................... 27 Figura 7 Riel de Traslado de Preformas para el Calentamiento previo al Soplado ............................ 28 Figura 8 Ingreso de Preforma para su Calentamiento (Soplado-Molde) ............................................ 29 Figura 9 Estirado Soplado de un Preforma ......................................................................................... 29 Figura 10 Brazos Encapsuladores Envasadora .................................................................................... 30 Figura 11 Dosificación de Nitrógeno ................................................................................................... 31 Figura 12 Indicadores Periodo Enero - diciembre 2019 ..................................................................... 43 Figura 13 Informe Estadístico Dimensión Rendimiento Periodo Enero - diciembre 2019 ................. 44 vii Figura 14 Informe Estadístico Dimensión Disponibilidad Periodo Enero - diciembre 2019 ............... 45 Figura 15 Informe Estadístico Dimensión Calidad Periodo Enero - diciembre 2019 .......................... 45 Figura 16 Correlación de la Variable Dependiente y sus Dimensiones Periodo Enero - diciembre 2019 .................................................................................................................................................... 46 Figura 17 Diagrama de Pareto Frecuencia PNP Sopladora ................................................................. 48 Figura 18 Diagrama de Pareto Frecuencia PNP Envasadora .............................................................. 49 Figura 19 Grafica de área de soplado incluyendo la Tecnología IIoT - Temperatura Externa ............ 53 Figura 20 Grafica de área de soplado incluyendo la Tecnología IIoT - Temperatura Interna ............ 54 Figura 21 Gráfica de Sistema de Comunicación Arduino Uno-Sensor RH505- Llave Térmica / Contactor ............................................................................................................................................ 55 Figura 22 Grafica de Sistema de Comunicación Arduino Uno - Sensor de par de galgas - Tapa encapsulada ........................................................................................................................................ 56 Figura 23 Grafica de Sistema de Comunicación en el Tanque - Sensores - Arduino Uno .................. 57 Figura 24 Grafica de Sistema de Comunicación Dispensador de Nitrógeno - Sensores - Arduino Uno ............................................................................................................................................................ 58 Figura 25 Grafica de Sistema de Comunicación Bomba de Agua - Sensores - Arduino Uno .............. 59 Figura 26 Indicadores Pre – Post Aplicación IIOT ............................................................................... 61 Figura 27 Informe Estadístico OEE Periodo Enero – Diciembre 2019 ................................................ 61 Figura 28 Informe Estadístico OEE IIOT Periodo Enero 2022 ............................................................. 62 Figura 29 Gráfica Test Shapiro – Wilk Periodo OEE IIOT Enero 2022 ............................................... 64 Figura 33 Estadístico de Prueba de U de Mann-Whitney entre OEE Periodo Enero-Diciembre 2019 y OEE Periodo Enero 2022 ..................................................................................................................... 65 Figura 34 Estadística de Prueba de U de Mann-Whitney entre Rendimiento Periodo Enero- Diciembre 2019 y Rendimiento Periodo 2022 .................................................................................... 66 Figura 35 Estadística de Prueba de U de Mann-Whitney entre Disponibilidad Periodo Enero- Diciembre 2019 y Disponibilidad Periodo Enero 2022 ....................................................................... 67 Figura 36 Estadística de Prueba de U de Mann-Whitney entre Índice de Calidad Periodo Enero- Diciembre 2019 e Índice de Calidad Periodo Enero 2022................................................................... 68 Resumen La siguiente investigación tuvo como finalidad dar a conocer los estudios realizados en la elaboración de una metodología de prevención utilizando la tecnología IIoT dentro de la planta de tratamiento y envasado de agua en la empresa Consorcio Frap S.A.C., obteniendo resultados que aumentaron considerablemente la eficiencia operativa. Se parte de la entrega de descripción del problema y de los objetivos generales y específicos de la investigación. Una vez descrito el problema, se evaluó el periodo Enero – Diciembre 2019 con los formatos de llenado de producción para identificar las causas raíz de las restricciones que habían reducido la eficiencia operativa, para ello se utilizó el Diagrama de Pareto, reconociendo a las máquinas soplador y envasadora como generadoras de mayor número de deficiencia, es en ese momento que la eficiencia operativa es llamada Eficiencia Global de las Máquinas OEE. Esta investigación tiene un enfoque cuantitativo, es de tipo diseño de preprueba – postprueba y tiene un diseño preexperimental. Para obtener información, se utilizaron los indicadores OEE de pre-aplicación (enero-diciembre 2019) y post aplicación (enero 2022) se determinó los resultados con el software de análisis estadístico Minitab Statistical Software, así como también el software estadístico R con prueba de Normalidad y Prueba U de Mann-Whitney. Esta investigación cumplió con demostrar que la tecnología IIoT logro aumentar significativamente la Eficiencia Global de los Equipos, la cual esta alineada con sus dimensiones rendimiento, disponibilidad e índice de calidad. Palabras claves: IIoT, Eficiencia Operativa, Disponibilidad, Productividad, Calidad 1 2 Abstract The purpose of the following research was to present the studies conducted in the development of a prevention methodology using IIoT technology in the water treatment and bottling plant of Consorcio Frap S.A.C., obtaining results that increased operational efficiency. The starting point is the description of the problem and the general and specific objectives of the research. Once the problem was described, the period January - December 2019 was evaluated with the production filling formats to identify the root causes of the restrictions that had reduced the operational efficiency, for this the Pareto Diagram was used, recognizing the blower and packaging machines as generators of greater number of deficiency, it is at that moment that the operational efficiency is called Overall Efficiency of the Machines OEE. This research has a quantitative approach, it is of pre-test - post-test design type and has a pre-experimental design. To obtain information, the pre-application (January-December 2019) and post-application (January 2022) OEE indicators were used, the results were determined with the statistical analysis software Minitab Statistical Software, as well as the statistical software R with Normality test and Mann-Whitney U Test. This research was able to demonstrate that IIoT technology was able to significantly increase the Overall Equipment Efficiency, which is aligned with its performance, availability, quality index dimensions. Keywords: IIoT, Operational Efficiency, Availability, Productivity, Quality