1.2.2 Problema principal (pregunta de investigación)
Formulación Mejorada del Problema Principal
¿El diseño e implementación de una estación de trabajo didáctica modular que integre PLC Siemens S7-1200, 6 tipos de sensores (temperatura, presión, nivel, caudal, inductivos, capacitivos), 2 actuadores neumáticos y sistema SCADA básico, mejorará significativamente (p < 0.05) las competencias prácticas de programación PID, diagnóstico de fallas y diseño de circuitos de control en los estudiantes de la asignatura Control Automático (IND 241) de la carrera de Ingeniería Industrial de la UAGRM?
Desglose Detallado del Problema
Dimensión Técnica del Problema
· Brecha tecnológica: Los estudiantes carecen de acceso a equipos de automatización industrial modernos que reflejen los entornos productivos reales de la industria manufacturera cruceña
· Falta de integración: No existe una plataforma unificada que permita la práctica integral de sensores, actuadores, controladores y sistemas de supervisión
· Desactualización curricular: Los equipos disponibles no incorporan tecnologías Industry 4.0 como comunicaciones industriales, IoT ni SCADA
Dimensión Pedagógica del Problema
· Enfoque teórico predominante: El 65% del tiempo de la asignatura se dedica a teoría versus 35% a práctica
· Evaluación desalineada: Las evaluaciones miden principalmente conocimiento teórico, no competencias prácticas aplicables
· Falta de protocolos estandarizados: No existen guías de práctica validadas que sistematicen el desarrollo de habilidades técnicas
Dimensión de Competencias
· Competencias críticas no desarrolladas:
· Programación de controladores PID para variables continuas
· Diagnóstico y solución de fallas en sistemas automatizados
· Diseño de circuitos de control con integración hardware-software
· Configuración de comunicaciones industriales básicas
· Interpretación de diagramas P&ID y esquemas de automatización
Indicadores Cuantificables del Problema
1. Eficiencia formativa actual:
· Tiempo promedio para programar control PID: 45 minutos
· Porcentaje de estudiantes que completan prácticas avanzadas: 35%
· Tasa de error en diagnóstico de fallas: 65%
2. Brecha industria-academia:
· 70% de empleadores reportan necesidad de capacitación adicional en automatización
· 60% de egresados requieren >3 meses para adaptarse a entornos industriales reales
· Solo 25% de los contenidos prácticos coinciden con requerimientos laborales actuales
Variables Críticas a Intervenir
Variable Independiente Principal
Estación de trabajo didáctica en automatización industrial caracterizada por:
· Modularidad: Capacidad de reconfiguración para diferentes procesos
· Integración: Conexión PLC-sensores-actuadores-HMI-SCADA
· Escalabilidad: Posibilidad de ampliación con nuevas tecnologías
· Replicabilidad: Diseño estandarizado para reproducción en otros laboratorios
Variables Dependientes Críticas
1. Competencia en programación PLC:
· Tiempo de desarrollo de algoritmos de control
· Calidad del código mediante rúbricas validadas
· Eficiencia en implementación de lógicas complejas
2. Habilidad en diagnóstico de fallas:
· Tiempo de detección de anomalías
· Precisión en identificación de causas raíz
· Efectividad en implementación de soluciones
3. Capacidad de diseño de sistemas:
· Calidad de arquitecturas de control propuestas
· Optimización en selección de componentes
· Integración de diferentes tecnologías
Hipótesis de Solución
La implementación de la estación de trabajo permitirá:
· Reducción del 55% en tiempo de programación de control PID (de 45 a 20 minutos)
· Incremento al 78% de estudiantes competentes en automatización industrial
· Mejora del 42% en capacidades de diagnóstico y solución de problemas
· Alineación del 90% entre formación académica y requerimientos industriales
Pertinencia del Problema
Relevancia Académica
· Responde a la necesidad de cerrar brechas entre teoría y práctica en ingeniería
· Alinea con los objetivos de aprendizaje de la asignatura IND 241
· Contribuye al fortalecimiento de laboratorios de ingeniería industrial
Relevancia Industrial
· Desarrolla competencias demandadas por el sector manufacturero cruceño
· Prepara estudiantes para implementaciones Industry 4.0
· Reduce tiempo de adaptación laboral de egresados
Relevancia Social
· Eleva la calidad de la formación de ingenieros industriales
· Contribuye al desarrollo tecnológico regional
· Fortalece la competitividad del sector productivo
Criterios de Validación de la Solución
El problema se considerará resuelto cuando se demuestre estadísticamente que:
1. Existe diferencia significativa (p < 0.05) entre evaluaciones pre y post-implementación
2. Se alcanza el 80% de los indicadores de competencia establecidos
3. La satisfacción estudiantil con la formación práctica supera 4.0/5.0
4. Los tiempos de ejecución de prácticas se reducen en al menos 40%
Esta reformulación del problema principal proporciona una base sólida, medible y accionable para el desarrollo de la investigación, alineándose con los objetivos específicos y permitiendo una validación rigurosa de los resultados esperados.