Automatización Inteligente y Gemelo Digital para la Industria 4.0 y 5.0 SS/2025-2025-II/110/INT (Interno)

Objetivo General

Que los estudiantes participantes apliquen y fortalezcan sus conocimientos en Automatización de Procesos, Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y Gemelo Digital, mediante el desarrollo de actividades de diseño, simulación, validación y aplicación práctica en laboratorio. Este servicio social tiene como propósito consolidar competencias orientadas a la digitalización de procesos, la integración de sistemas inteligentes, la conectividad en tiempo real y el análisis de datos en la nube, contribuyendo a la formación de ingenieros capaces de innovar y dar respuesta a los retos tecnológicos de la Industria 4.0 y 5.0.

Justificación

En el marco de la Industria 4.0 y 5.0, la formación en automatización industrial enfrenta el reto de la falta de sistemas integrados y prácticas de laboratorio que reflejen escenarios reales de digitalización y conectividad. Esto convierte en indispensable la creación de materiales, prototipos y simulaciones que permitan a los estudiantes aplicar sus conocimientos en procesos inteligentes. La incorporación de tecnologías IoT y la implementación de Gemelos Digitales representan herramientas clave, ya que permiten monitorear, analizar y optimizar procesos en tiempo real, además de generar entornos virtuales que replican el comportamiento de los sistemas físicos. De esta manera, el servicio social no solo fortalece el aprendizaje práctico y la investigación académica, sino que también prepara a los estudiantes para responder a los requerimientos modernos de la automatización avanzada y la industria inteligente.

Desarrollo

Los estudiantes participantes en este servicio social desarrollarán actividades orientadas al diseño, simulación y validación de sistemas automáticos secuenciales. Su trabajo consistirá en plantear, implementar y comprobar mediante entornos de simulación diversos problemas de automatización de procesos, siguiendo una secuencia progresiva de temas generales.
Dentro de las tareas asignadas a los estudiantes de servicio social, se encuentran
1. Diseño y simulación digital de procesos industriales
2. Modelado de Gemelos Digitales básicos, replicando sistemas físicos de laboratorio en entornos virtuales para validar su operación y desempeño.
3. Programación de PLCs en arquitecturas maestro–esclavo, aplicando comunicación industrial (Modbus/TCP, Profinet, Ethernet/IP).
4. Configuración e integración de variadores de velocidad en esquemas de control de motores eléctricos, con simulación previa en software.
5. Diseño y armado de tableros de control inteligentes, incorporando dispositivos de protección, comunicación y monitoreo.
6. Implementación de redes Ethernet industriales para conectar PLCs, sensores y actuadores, integrando protocolos estándar.
7. Desarrollo de soluciones IIoT, conectando sensores y dispositivos a plataformas en la nube para adquisición y análisis de datos.
8. Construcción de arquitecturas de monitoreo remoto, diseñando concentradores de datos y pasarelas de comunicación.
9. Desarrollo de aplicaciones en Node-RED para la visualización y supervisión de procesos industriales en tiempo real.
10. Diseño de aplicaciones móviles que permitan a los usuarios monitorear una planta industrial desde dispositivos inteligentes.
11. Documentación técnica de proyectos, incorporando normas, estándares y buenas prácticas de automatización industrial.

Recursos

Actualmente se cuenta con laboratorios para el desarrollo de estas tareas en el laboratorio de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico (Liidet) ubicado en el plantel Casa Libertad. Este laboratorio cuanta con Espacio de trabajo equipado y silla ergonómica para el desarrollo de actividades individuales o colaborativas. Equipo de cómputo con acceso a internet, procesador y memoria suficientes para ejecutar software de simulación y programación. Software de simulación preferentemente de uso libre o académico, así como equipo de medición básico (multímetros, osciloscopios, generador de funciones, etc.) y el herramental básico (pinzas, desarmadores, taladros, dremels, tarjetas para prototipo, cautines, etc.) para el desarrollo de estos sistemas. Además, se cuenta con material y dispositivos como; madera, aluminio, motores de CD, acrílico, etc. En cuanto a equipo industrial, PLC básico de laboratorio, con módulo de entradas/salidas digitales y analógicas, para la implementación práctica de programas. Variador de velocidad para prácticas de control de motores eléctricos. Material y equipo de laboratorio eléctrico/electrónico, como fuentes de alimentación, relevadores, cableado, dispositivos de protección y tableros de control. Acceso a redes de comunicación industrial, con dispositivos que permitan configurar protocolos como Ethernet/IP, Modbus/TCP y Profinet. Sensores y actuadores básicos (interruptores, finales de carrera, sensores de proximidad, solenoides, etc.) para prácticas de integración. Apoyo académico y asesoría por parte de profesores responsables del proyecto.

Evaluación

La evaluación del avance de los estudiantes en el servicio social se basará en la entrega periódica de evidencias y reportes, de acuerdo con las actividades asignadas por el responsable del proyecto. Los criterios principales de seguimiento serán:
1. Captura y análisis del problema: identificación clara de los requerimientos técnicos y definición del sistema a automatizar.
2. Diseño y simulación: desarrollo de modelos digitales, programación de PLC, creación de tableros y pruebas en software de simulación.
3. Validación de resultados: comprobación del funcionamiento del sistema propuesto, ya sea en entorno simulado, físico o mediante un gemelo digital.
4. Integración de tecnologías de Industria 4.0: uso de IIoT, protocolos de comunicación, redes industriales y monitoreo en la nube.
5. Documentación técnica: elaboración de informes con diagramas, estándares aplicados, manuales de prácticas y justificación de los resultados obtenidos.
6. Presentación de avances: exposición periódica ante el responsable del proyecto, destacando los logros, dificultades y propuestas de mejora.

El cumplimiento de estas actividades permitirá medir el grado de desarrollo de

Resultados

Al final de este proyecto se espera contar con uno o varios sistemas automatizados inteligentes, según el número de estudiantes participantes. El desarrollo de cada sistema se estructurará en etapas modulares, permitiendo que distintas secciones como control de PLC, integración de sensores y actuadores, comunicación industrial y simulaciones digitales, que serán trabajadas por diferentes estudiantes. Posteriormente, estas secciones se integrarán para conformar el producto final completo, reflejando un sistema de automatización avanzado compatible con los conceptos de Industria 4.0, IIoT y gemelos digitales. De manera paulatina se espera obtener: • Experimentos resueltos y ejercicios propuestos para cada práctica, abarcando automatización de procesos, programación de PLC, integración de redes industriales y simulaciones de gemelos digitales. • Documentación de cada práctica que sirva como guía de referencia, incorporando diagramas, estándares aplicados y resultados esperados de las simulaciones y experimentos. • Creación de un Gemelo Digital funcional de al menos un sistema de automatización, que replique su comportamiento físico para análisis, optimización y pruebas de escenarios. • documentación técnica completa, incluyendo manuales, diagramas de control, normas aplicadas, resultados de simulación, pruebas de validación y conclusiones sobre la eficiencia del sistema. • Informe final de avance y presentación de resultados, demostrando la integración de conceptos de Industria 4.0, digitalización de procesos y automatización avanzada, evidenciando las competencias adquiridas y el impacto académico del trabajo.

Actividades	Licenciatura	Solicitados
Actividades: Investigación del estado del arte sobre las tendencias en automatización 4.0 y 5.0 a) Manejo de herramientas de trabajo del laboratorio de Ingeniería (Multímetros, Osciloscopios, fuentes, taladro, Dremel, etc.) b) Diseño y construcción de tarjetas electrónicas. c) Programación en lenguaje "Escalera” y texto estructurado. d) Diseño de diagramas eléctricos en Eplan y AutoCAD Electric 5) Interpretación de los problemas, diseño de soluciones, simulación de los diseños, validación de resultados obtenidos, reporte y organización de gráficas y resultados, elaboración de graficas e ilustraciones relacionadas con los problemas a resolver y clasificación de resultados.	Ingeniería en Sistemas Electrónicos Industriales	10
Actividades: Investigación del estado del arte sobre las tendencias en el Internet Industrial de las Cosas (IoT) b) Desarrollo de estrategias y configuraciones de red para evitar retardos en el tráfico de datos provenientes de sensores inteligentes c) Programación en lenguaje "Python" para el procesamiento y manipulación de la información. De preferncia en la nuve. d) Desarrollo de aplicaciones moviles para la comunicación con servidores. 5) Interpretación de los problemas, diseño de soluciones, simulación de los diseños, validación de resultados obtenidos, reporte y organización de gráficas y resultados, elaboración de ilustraciones relacionadas con los problemas a resolver y clasificación de resultados.	Ingeniería en Sistemas Electrónicos y de Telecomunicaciones	10