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Universidad de los Andes 
Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Arquitectura empresarial para la integración de 
gemelos digitales en el Puerto de Buenaventura 
 
Juan Camilo Higuera Ruiz 
 
2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Asesores: 
 Carlos Andrés Lozano 
Germán Adolfo Montoya 
 
 
Resumen 
 
El proyecto “Arquitectura de infraestructura con gemelos digitales para el Puerto de 
Buenaventura” plantea implementar un gemelo digital en el puerto de Buenaventura con el 
objetivo de mejorar su competitividad. Sin embargo, esta propuesta solo incluye la 
arquitectura de TI de esta solución. Este trabajo propone integrar dicha arquitectura con la 
arquitectura empresarial de la empresa. Esta integración se realiza partiendo de 
requerimientos de arquitectura, los cuales son tenidos en cuenta para diseñar una arquitectura 
de referencia y una arquitectura objetivo para el puerto de Buenaventura siguiendo los 
lineamientos del framework TOGAF. 
 
Tabla de contenido 
Resumen ....................................................................................................................... 3 
Tabla de Ilustraciones ................................................................................................... 7 
1. Generalidades ............................................................................................................ 8 
1.1 Antecedentes del problema ............................................................................................ 8 
1.2 Justificación ................................................................................................................... 8 
2. Objetivos ................................................................................................................. 10 
2.1 Objetivo General ......................................................................................................... 10 
2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................... 10 
3. Marco Teórico ......................................................................................................... 11 
3.1 Gemelo Digital (Digital Twin) ...................................................................................... 11 
3.2 Caso de éxito en puertos: Puerto de Livorno ................................................................ 11 
3.3 Propuesta de gemelos digitales en el puerto de Buenaventura ...................................... 14 
3.4 Arquitectura Empresarial ............................................................................................ 16 
3.5 TOGAF ........................................................................................................................ 16 
3.6 Retos de implementación ............................................................................................. 17 
4. Requerimientos de Arquitectura ............................................................................... 19 
4.1 Integrar la propuesta de arquitectura de TI basada en gemelos digitales ..................... 19 
4.2 Soporte a procesos actuales .......................................................................................... 19 
4.3 Escalabilidad ............................................................................................................... 19 
5. Dominios de Arquitectura ........................................................................................ 20 
5.1 Arquitectura de negocio ............................................................................................... 20 
5.2 Arquitectura de aplicación ........................................................................................... 20 
5.2 Arquitectura de Datos .................................................................................................. 20 
5.3 Arquitectura Técnica ................................................................................................... 20 
6. Arquitectura de Referencia ...................................................................................... 22 
6.1 Arquitectura de negocio ............................................................................................... 22 
6.1.1 Llegada de Navieras al Puerto ........................................................................................................ 22 
6.1.2 Carga de Mercancía a las Navieras ................................................................................................ 23 
6.1.3 Descarga de Mercancía a las Navieras ........................................................................................... 24 
6.1.4 Vista de Funciones ......................................................................................................................... 25 
6.2 Arquitectura de Aplicaciones ....................................................................................... 26 
6.3 Arquitectura de datos .................................................................................................. 29 
6.4 Arquitectura Técnica ................................................................................................... 31 
7. Arquitectura de Solución ......................................................................................... 33 
7.1 Plataforma de gemelo digital........................................................................................ 33 
7.2 Infraestructura requerida ............................................................................................ 33 
7.2.1 Sensor LIDAR .................................................................................................................................. 33 
7.2.2 Sensor de temperatura y humedad ............................................................................................... 34 
7.2.3 Lector RFID ..................................................................................................................................... 34 
7.3 Diagrama de integración .............................................................................................. 35 
7.4 Mapa de ruta de implementación ................................................................................. 36 
8. ................................................................................................................................ 39 
Conclusiones ............................................................................................................... 39 
9. Recomendaciones .................................................................................................... 39 
Bibliografía ................................................................................................................. 40 
 
 
 
Tabla de Ilustraciones 
Ilustración 1: Diagrama con los componentes del gemelo digital en el puerto de Livorno. 12 
Ilustración 2: Un set Oculus permite observar el área de almacenamiento de manera virtual.
 .............................................................................................................................................. 13 
Ilustración 3: Un set Oculus permite tener una vista de pájaro al área de carga. ................. 13 
Ilustración 4: Diagrama de almacenamiento. [3].................................................................. 15 
Ilustración 5: Diagrama de procesamiento de alto nivel. [3] ¡Error! Marcador no definido. 
Ilustración 6: Diagrama de comunicaciones. [3] .................................................................. 15 
Ilustración 7:Ciclo de despliegue de arquitectura................................................................. 17 
Ilustración 8: Proceso de llegada de navieras ....................................................................... 23 
Ilustración 9: Proceso de carga. ............................................................................................24 
Ilustración 10: Proceso de descarga...................................................................................... 25 
Ilustración 11: Vista de funciones ........................................................................................ 26 
Ilustración 12: Vista de Aplicaciones ................................................................................... 26 
Ilustración 13: Uso de aplicaciones en llegada de navieras .................................................. 27 
Ilustración 14: Uso de aplicaciones en descarga de mercancía ............................................ 28 
Ilustración 15: Uso de aplicaciones en carga de mercancía ................................................. 28 
Ilustración 16: Modelo de datos ........................................................................................... 30 
Ilustración 17:Diagrama de almacenamiento [3].................................................................. 30 
Ilustración 18: Vista de Infraestructura ................................................................................ 31 
Ilustración 19:Diagrama de integración ............................................................................... 35 
Ilustración 20: Mapa de ruta de implementación ................................................................. 36 
 
 
1. Generalidades 
1.1 Antecedentes del problema 
 
El puerto de Buenaventura es uno de los puertos más importantes de Colombia, moviendo el 
42% de todo el comercio exterior del país [1]. Durante los últimos años, este puerto ha 
reducido su competitividad a nivel nacional e internacional a causa de múltiples factores 
físicos, administrativos y legales. Esta reducción de su competitividad se vio reflejada en el 
año 2019 donde la carga total transportada se redujo en un 26,2% en comparación con el año 
anterior [2]. 
 
El proyecto de grado “Arquitectura de infraestructura con gemelos digitales para el Puerto 
de Buenaventura” [3] propone un diseño de arquitectura de TI para el puerto de Buenaventura 
enfocándose en el uso de gemelos digitales. En este proyecto se modelan diagramas de 
almacenamiento, comunicación y procesamiento realizados a partir de un levantamiento de 
requerimientos funcionales y no funcionales para el gemelo digital. A partir de esta 
arquitectura de TI planteada, es posible realizar un modelo de arquitectura empresarial que 
acople el gemelo digital a los demás sistemas, datos y procesos que componen actualmente 
al puerto de Buenaventura para acelerar el proceso de integración del gemelo digital dentro 
de la empresa. 
 
1.2 Justificación 
 
Así como Cearly et al. [4] refuerzan la idea de que la integración de los gemelos digitales en 
la arquitectura empresarial es primordial, otros autores como Puleri et al. [5] demuestran que 
la implementación de gemelos digitales en puertos es una herramienta muy útil para estas 
empresas ya que permite optimizar el uso de los recursos del puerto y de esta manera mejorar 
su competitividad. En el puerto de Livorno fue posible integrar un gemelo digital dentro de 
las operaciones diarias, permitiendo que, por ejemplo, los contenedores y cajas sean ubicados 
de manera eficiente, teniendo así un mayor aprovechamiento del espacio. De igual manera, 
las primeras implementaciones de dicha integración realizadas por Ilin et al. [6] y Bao et al. 
[7] son un excelente primer paso para integrar las dos arquitecturas mencionadas. 
 
Por otro lado, muchos de los problemas que tiene la sociedad portuaria de Buenaventura para 
aumentar su competitividad se deben a factores políticos, y debido a que es una empresa 
privada, esta debe hacer todos los esfuerzos posibles para mejorar, y la implementación de 
gemelos digitales es una de las mejores opciones. Por esta razón es de suma importancia 
realizar un diseño de arquitectura empresarial que logre impulsar el crecimiento de la 
competitividad del puerto. 
 
Adicionalmente, tanto la empresa como el país se vería beneficiado por un incremento en la 
competitividad del puerto de Buenaventura. Al ser el puerto más importante de Colombia, 
mejorar la situación actual del mismo permitiría aumentar las exportaciones e importaciones 
al país, ayudando así a la reactivación económica del país después de la pandemia del 
COVID-19. Para muchos productores nacionales, sería más atractivo exportar sus productos 
si el puerto es eficiente y competitivo. De la misma manera, los importadores podrían 
importar más productos al país más eficientemente, reduciendo sus costos y así mismo los 
precios que los consumidores finales pagan. 
 
Finalmente, así como se demostró en el proyecto de grado “Arquitectura de infraestructura 
con gemelos digitales para el Puerto de Buenaventura” que la implementación de gemelos 
digitales en el puerto de Buenaventura es una oportunidad excelente para el puerto, incluir 
dicha propuesta dentro de su arquitectura empresarial es el paso a seguir especialmente al 
considerar que se realizará específicamente para dicha empresa y por lo tanto se acoplaría a 
sus necesidades precisas. 
 
2. Objetivos 
 
2.1 Objetivo General 
 
Diseñar un modelo de articulación de la infraestructura de TI de un sistema de gemelos 
digitales con la arquitectura empresarial para el puerto de Buenaventura. 
 
2.2 Objetivos Específicos 
 
- Establecer los requerimientos del negocio para la integración del gemelo digital con 
su arquitectura empresarial. 
- Definir una arquitectura de referencia con los componentes necesarios para la 
integración del gemelo digital con el negocio. 
- Determinar los lineamientos adecuados con el fin de que la arquitectura de referencia 
cumpla con su objetivo de integrar el gemelo digital. 
- Proponer una arquitectura objetivo donde se determine cómo la empresa puede 
integrar el gemelo digital con su arquitectura empresarial. 
 
3. Marco Teórico 
 
3.1 Gemelo Digital (Digital Twin) 
 
El modelamiento de procesos empresariales es una herramienta muy importante para las 
empresas ya que les permite conocer y analizar cómo son sus procesos y así automatizarlos, 
optimizarlos o mejorarlos. Sin embargo, en los últimos años se ha ido más allá de 
simplemente modelar los diferentes procesos de negocio de las organizaciones. Se han 
implementado herramientas llamadas gemelos digitales (Digital Twins) los cuales permiten 
no solo modelar los procesos y los actores y elementos que interactúan en ellos, sino también 
tener una réplica exacta del proceso de manera digital. Esto permite que el gemelo digital 
evolucione de la misma manera que lo hace el proceso real [8]. 
 
La utilidad de estos gemelos digitales es inmensa ya que permiten realizar simulaciones de 
estos procesos en tiempo real, además de que es posible predecir el resultado de ciertas 
acciones antes de realizarlas en el proceso físico. Esto es posible gracias a la exactitud con la 
que se modela el gemelo y a la actualización constante que este debe tener. Estas 
simulaciones y predicciones permiten, entre otras cosas, la optimización de procesos, la 
reducción de costos de simulaciones, y especialmente es una herramienta que le ayuda a los 
administradores y gerentes a tener una mejor idea de cómo se implementan los procesos de 
negocio en la realidad y así mismo ayuda a la toma de decisiones ya que brinda gran 
información acerca de los procesos que modela [9]. 
 
3.2 Caso de éxito en puertos: Puerto de Livorno 
 
El puerto de Livorno, en la región de la Toscana en Italia decidió implementar un gemelo 
digital del puerto para mejorar su eficiencia y ser más competitivo a nivel local e 
internacional. Para esto, cómo se muestra en la ilustración 1, utilizaron redes 5G que recogen 
datos obtenidos por sensores 3D, LIDARs, y cámaras de amplio rango dinámico o WDR por 
sus siglas en inglés. En la imagen 1 se puede observar un diagrama con dichos componentes. 
Estos sensores obtienen datosen tiempo real que pueden ser utilizados por un sistema de 
control de operaciones que utiliza inteligencia artificial para planear la logística del puerto 
de la manera más eficiente y segura [5]. 
 
 
Ilustración 1: Diagrama con los componentes del gemelo digital en el puerto de Livorno. 
Obtenido de: https://www.ericsson.com/4ae36f/assets/global/qbank/2020/12/07/digital-twin-
1262759ceb9f7224444f5c8bdc97f21271038c.jpg?im= 
 
El gemelo digital es usado para automatizar la logística de movimiento y almacenamiento de 
contenedores, especialmente aquellos no estandarizados. Mediante el uso de cámaras y 
sensores, el gemelo digital puede seguir el movimiento de la carga por medio del uso de 
realidad aumentada, visualizada en las ilustraciones 2 y 3, los operarios pueden ver 
claramente y en tiempo real el sitio donde deben colocar los contenedores. El puerto también 
usa realidad virtual para ver el estado del puerto y del almacenamiento dentro de este en 
tiempo real, con una gran cantidad información disponible, de manera segura y rápida. Las 
imágenes 2 y 3 muestran cómo es utilizada la realidad virtual para optimizar los procesos en 
el puerto [5]. 
 
 
https://www.ericsson.com/4ae36f/assets/global/qbank/2020/12/07/digital-twin-1262759ceb9f7224444f5c8bdc97f21271038c.jpg?im=
https://www.ericsson.com/4ae36f/assets/global/qbank/2020/12/07/digital-twin-1262759ceb9f7224444f5c8bdc97f21271038c.jpg?im=
 
Ilustración 2: Un set Oculus permite observar el área de almacenamiento de manera virtual. 
Obtenido de: https://www.ericsson.com/4ae53d/assets/global/qbank/2020/12/07/oculus-
126277495e808703bb179c524cc1c16e58df97.jpg?im= 
 
 
Ilustración 3: Un set Oculus permite tener una vista de pájaro al área de carga. 
Obtenido de: https://www.ericsson.com/4ae554/assets/global/qbank/2020/12/07/virtual-birds-eye-
126283b515ecd4fbe2dfa9c035c6d2e9914fdb.jpg?im= 
Esta implementación ha sido altamente beneficiosa para el puerto de Livorno ya que ha 
permitido mejorar su competitividad y optimizar varios procesos. Ejemplos de este éxito son 
la reducción del tiempo de la fase de registro de 3 a 2 minutos, la reducción del tiempo de 
movimiento de carga en una máquina elevadora de 8 a 7 minutos, la reducción del 10% en el 
espacio requerido para el almacenamiento de carga, y el tiempo de descarga de un buque se 
redujeron en promedio de 18 a 16 horas. Esto demuestra la utilidad que tienen los gemelos 
digitales en los puertos modernos y cómo pueden ser utilizados en conjunto con otras 
tecnologías para mejorar la eficiencia en los procesos. 
 
https://www.ericsson.com/4ae53d/assets/global/qbank/2020/12/07/oculus-126277495e808703bb179c524cc1c16e58df97.jpg?im=
https://www.ericsson.com/4ae53d/assets/global/qbank/2020/12/07/oculus-126277495e808703bb179c524cc1c16e58df97.jpg?im=
https://www.ericsson.com/4ae554/assets/global/qbank/2020/12/07/virtual-birds-eye-126283b515ecd4fbe2dfa9c035c6d2e9914fdb.jpg?im=
https://www.ericsson.com/4ae554/assets/global/qbank/2020/12/07/virtual-birds-eye-126283b515ecd4fbe2dfa9c035c6d2e9914fdb.jpg?im=
3.3 Propuesta de gemelos digitales en el puerto de Buenaventura 
 
En el trabajo de grado “Arquitectura de infraestructura con gemelos digitales para el Puerto 
de Buenaventura” Laura Arias [3], propone la integración de gemelos digitales en el Puerto 
de Buenaventura. Para realizar esta integración, se identificaron los procesos de negocio más 
importantes, los requerimientos funcionales y no funcionales de la arquitectura y por último, 
se propuso un diseño de la arquitectura de infraestructura. Esta es la propuesta de integración 
en la que se basará este proyecto. 
 
La infraestructura propuesta tiene tres diagramas principales donde se describen los 
elementos más importantes y sus relaciones con el fin de hacer posible la integración del 
gemelo digital en el puerto. En primer lugar, se presenta un diagrama de almacenamiento 
compuesto de 3 capas; adquisición de datos, preprocesamiento y Cloud. En segundo lugar, 
se desarrolló un diagrama de procesamiento de alto nivel en la nube donde los datos obtenidos 
por la primera capa son procesados utilizando módulos de AWS. Finalmente, se desarrolló 
un diagrama de comunicaciones donde se especifican los protocolos usados para la 
comunicación entre los sensores que adquieren los datos, los servidores donde se almacenan 
estos datos y se procesan y finalmente la aplicación que consume esta información. Estos 
diagramas pueden ser observados a continuación, en las ilustraciones 4, 5, y 6. 
 
 
 
 
Ilustración 4: Diagrama de procesamiento de alto nivel. [3] 
 
 
 
Ilustración 5: Diagrama de almacenamiento. [3] 
 
 
 
 
Ilustración 6: Diagrama de comunicaciones. [3] 
 
3.4 Arquitectura Empresarial 
 
La arquitectura empresarial es un término ampliamente estudiado, sin embargo, existen 
varias definiciones aceptadas. En general, es posible definirlo como el conjunto de modelos 
y otros tipos de representaciones que simbolizan los sistemas, procesos, datos y actores 
empresariales y sus interacciones. Esta arquitectura permite entender la manera en la que los 
sistemas se acoplan a los procesos y objetivos de una organización, además de proveer 
herramientas que permiten analizar y promover cambios desde un alto nivel de abstracción. 
 
Porras [10], muestra los diferentes componentes que debe tener una arquitectura empresarial 
completa. Principalmente, dentro de la arquitectura empresarial se encuentran la arquitectura 
de negocio, la arquitectura de datos, la arquitectura de aplicaciones y la arquitectura 
tecnológica, además de las metas, visión y estrategia de la compañía. En este caso habrá un 
enfoque en integrar los modelos de arquitectura de TI presentados anteriormente con el resto 
de la organización para lograr observar cómo toda la organización es transformada a partir 
de la propuesta de gemelos digitales. 
 
3.5 TOGAF 
TOGAF (The Open Group Architechture Framwork) es una metodología creada por The 
Open Group para estandarizar la arquitectura empresarial. Es usada por múltiples empresas 
alrededor del mundo ya que provee consistencia en los métodos, comunicaciones y 
estándares usados por arquitectos empresariales. En su última versión, el estándar incluye 
una estructura modular que tiene una mayor usabilidad y permite plantear cada módulo 
individualmente, un marco de contenido para mejorar la consistencia, una gran cantidad de 
guías y conceptos además de la posibilidad de usar distintos estilos de arquitectura [11]. En 
la ilustración 7 se muestra el proceso para el despliegue de arquitectura empresarial según el 
estándar TOGAF. 
 
 
 
Ilustración 7:Ciclo de despliegue de arquitectura. 
Obtenido de: https://www.opengroup.org/sites/default/files/adm_tog-r2.png 
 
3.6 Retos de implementación 
 
Drews et al. [12] analizan en su artículo “Internet of Things-Specific Challenges for 
Enterprise Architectures: A Cross-Case Comparison of Explorative Projects from the 
smartPORT Initiative” seis proyectos de la iniciativa smartPORT en el Puerto de Hamburgo 
en Alemania. Estos 6 proyectos utilizan IoT para solucionar problemas de eficiencia en el 
puerto utilizando “Smart Bricks”, es decir, un elemento del puerto al que se le agrega al 
menos un sensor, y “Fog Systems”, los cuales se encargan de agregar y transformar datos 
brutos. 
 
Los autores encuentran que a pesar de que fue posible realizar modelos relativamente 
sencillos de arquitectura empresarial para cada uno de los proyectos, existen algunos retos 
que deben ser afrontados a la hora de empezar un proyecto de integración entre IoT y 
arquitectura empresarial. 
 
En primer lugar, a medida que se agregan nuevos proyectos, las necesidades de integración 
se vuelven bastante complejas y por esta razón es necesario que la arquitectura propuesta 
tenga la capacidad de adaptarse a nuevos proyectos sin necesidad de ser replanteada 
totalmente. En segundolugar, la heterogeneidad entre los dispositivos de IoT agrega 
complejidad a la integración y por lo tanto es necesario analizar cada dispositivo, su rol y 
cómo podría ser cambiado por otro dispositivo ya utilizado antes en la arquitectura. En tercer 
lugar, la capa de Cloud puede volverse altamente heterogénea y se puede perder la 
oportunidad de compartir información entre diferentes proyectos, por lo tanto, es necesario 
desplegar una capa de Cloud común para todos que permita una integración sencilla y rápida 
además de evitar la heterogeneidad entre proveedores de servicios Cloud. Finalmente, es 
necesario tener suficiente granularidad en la evaluación de los sensores para así evaluar su 
comportamiento constantemente y encontrar los orígenes de posibles errores fácil y 
rápidamente. 
 
4. Requerimientos de Arquitectura 
 
4.1 Integrar la propuesta de arquitectura de TI basada en gemelos digitales 
 
El principal requerimiento de arquitectura es la integración de la propuesta de arquitectura 
de TI basada en gemelos digitales explicada anteriormente. Esta integración es la que 
permitirá implementar el gemelo digital en el puerto al incluir los posibles cambios que debe 
tener la organización para tomar el mayor provecho de este. Por otro lado, se explicará a 
mayor profundidad la combinación de la arquitectura de TI propuesta con los procesos y 
sistemas actuales que no requieren actualización, reduciendo así el tiempo y los costos de 
implementación. 
 
4.2 Soporte a procesos actuales 
 
Los procesos existentes donde la intervención del gemelo digital es mínima deben ser 
soportados por la arquitectura objetivo para continuar con su operación normal. Sin embargo, 
existen procesos actuales que deben ser mejorados y actualizados para integrar el gemelo 
digital, es importante que en la transición entre la arquitectura actual y la arquitectura objetivo 
se retrasen lo menos posible los procesos realizados en el puerto para evitar aumentar la 
ineficiencia que sufre el puerto y hacer llamativa la posibilidad de integrar el gemelo digital 
en la organización. 
 
4.3 Escalabilidad 
 
Ya que esta arquitectura se diseña con el objetivo de mejorar la eficiencia y la competitividad 
del puerto de Buenaventura, se requiere que sea escalable, es decir, que permita el 
crecimiento de la empresa y de sus operaciones. De esta manera el puerto no debe estar sujeto 
a limitaciones si implementa la arquitectura objetivo y además se asegura que, en caso de 
éxito, seguirá funcionando y no se tendrá que invertir en otro proyecto de arquitectura. 
5. Dominios de Arquitectura 
 
Con el propósito de dividir claramente las diferentes partes que componen la arquitectura 
empresarial, TOGAF define 4 dominios para desarrollar un proyecto de arquitectura. 
 
5.1 Arquitectura de negocio 
La arquitectura de negocio comprende toda la información de estrategia empresarial, 
gobernanza, y procesos de la organización. Esta arquitectura permite proponer cambios a 
nivel organizacional y plantear estrategias que lleven al éxito de estos cambios. En este caso 
será de gran utilidad ya que es de vital importancia tener en cuenta los procesos de negocio 
más importantes del puerto para decidir cuáles deben ser actualizados y realizar esta 
actualización considerando el requerimiento de soporte a los procesos actuales [13]. 
 
5.2 Arquitectura de aplicación 
La arquitectura de aplicación permite tener un plano de las aplicaciones individuales que van 
a ser desplegadas, sus interacciones entre sí y las interacciones que estas tienen con los 
procesos de negocio más importantes en la organización. En el contexto de este proyecto, 
permitirá integrar las nuevas aplicaciones que deben ser desplegadas para implementar el 
gemelo digital, con los procesos de negocio y aplicaciones actuales más importantes [13]. 
 
5.2 Arquitectura de Datos 
La arquitectura de datos define todo lo relacionado con el manejo de información en la 
organización, es decir, el almacenamiento, administración y mantenimiento, así como los 
modelos de datos físicos y lógicos. Para esta arquitectura se incluirá la arquitectura de datos 
propuesta para la implementación del gemelo digital junto con los elementos más importantes 
de la arquitectura de datos actual de la organización [13]. 
 
5.3 Arquitectura Técnica 
Esta arquitectura comprende todo el hardware, software e infraestructura de TI necesaria para 
desarrollar y desplegar aplicaciones de negocio. En este caso, se incluirá parte de la 
arquitectura de TI propuesta para la implementación de gemelos digitales, teniendo en cuenta 
la integración con las aplicaciones que serán mantenidas [13]. 
 
6. Arquitectura de Referencia 
 
 
6.1 Arquitectura de negocio 
 
Cómo se mencionó anteriormente, el primer paso para definir la arquitectura de referencia es 
definir la arquitectura de negocio. En este caso, el enfoque está en los procesos y actores de 
la organización ya que el objetivo del gemelo digital es principalmente mejorar la eficiencia 
de los procesos y reducir el tiempo que le toman a sus actores realizar las actividades de cada 
uno de estos. A continuación, se mostrarán y se explicarán los modelos respectivos de la 
arquitectura de negocio. 
 
6.1.1 Llegada de Navieras al Puerto 
El primer proceso, en la ilustración 8, es el proceso de llegada de navieras al puerto. Este 
proceso es de vital importancia ya que la organización y planeación necesaria para este 
proceso, permitirá aumentar el número de navieras que llegan al puerto. En primer lugar, las 
navieras deben enviar un requerimiento de atraque al puerto donde indiquen la fecha y hora 
estimada de llegada, las características de la naviera y los servicios que necesitan en el puerto; 
posteriormente, se debe asignar un muelle para la naviera por el tiempo necesario. Esta 
actividad puede ser realizada por el gemelo digital, manteniendo una base de datos con la 
información de los muelles y la ocupación de estos por navieras. Esto permitirá un uso más 
eficiente de recursos y evitará que este proceso sea manual ya que de esta manera se reducirán 
errores y se reducirá el tiempo necesario para esta actividad. 
 
A continuación, se deben enviar las instrucciones de acceso al muelle a la naviera, incluyendo 
las condiciones meteorológicas de interés. Parte de esta información meteorológica puede ser 
obtenida a partir de sensores que brinden información al gemelo digital y de esta manera 
brindar información en tiempo real a las navieras. Finalmente, después de la llegada de la 
naviera, esta debe ser amarrada al muelle. 
 
 
Ilustración 8: Proceso de llegada de navieras 
 
6.1.2 Carga de Mercancía a las Navieras 
El segundo proceso modelado en la ilustración 9, es el proceso de carga de mercancía a las 
navieras. La importancia de este proceso en la arquitectura empresarial se debe a que es de 
los procesos más lentos en cualquier puerto y reducir su tiempo de ejecución aumentaría 
significativamente la eficiencia del puerto. 
 
En este caso, el gemelo digital permitirá identificar fácilmente la ubicación de la mercancía 
a cargar dentro del puerto, así como la ubicación deseada de la mercancía dentro de la naviera. 
De esta manera se pueden diseñar las rutas más eficientes para la carga de mercancía, 
teniendo en cuenta las restricciones ambientales y el estado de carga y descarga de las demás 
navieras. El gemelo digital también puede ayudar al asignar operarios para mover la carga de 
manera automática, mejorando la eficiencia de los empleados manteniendo las mejores 
condiciones de salud y seguridad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilustración 9: Proceso de carga. 
 
6.1.3 Descarga de Mercancía a las Navieras 
Este proceso, que se muestra en la ilustración 10, así como elanterior, puede ser más eficiente 
y el uso de un gemelo digital puede ayudar con este objetivo. En este caso, el gemelo digital 
puede identificar la ubicación de la mercancía a descargar dentro de la naviera, a 
continuación, puede asignar las bodegas y los espacios de almacenamiento según las posibles 
restricciones de la mercancía, y así como en el proceso anterior puede ser usado para asignar 
operarios para mover la mercancía de la manera más eficiente y segura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilustración 10: Proceso de descarga 
 
 
6.1.4 Vista de Funciones 
La vista de funciones, en la ilustración 11, permite entender las funciones que tiene el puerto 
de Buenaventura y cómo se asocian estas funciones con otros actores de negocio. En este 
caso, se puede apreciar cómo las navieras usan funciones como la carga y descarga de 
mercancía, el envío de indicaciones e informes y la asignación de muelles y los vehículos de 
carga también utilizan funciones como la carga y descarga de mercancía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilustración 11: Vista de funciones 
 
6.2 Arquitectura de Aplicaciones 
 
 
Ilustración 12: Vista de Aplicaciones 
 
La vista de aplicaciones, en la ilustración 12, permite observar qué aplicaciones tiene la 
organización y cómo se relacionan entre ellas. En este caso, la principal aplicación es el 
gemelo digital. Esta aplicación se relaciona con todas las demás, brindándoles información 
y datos. En el caso de la página web, permite tener información en tiempo real acerca del 
estado del puerto, la ocupación de muelles y las condiciones meteorológicas. La aplicación 
de carga y descarga les permite a los operarios de máquina conocer las ubicaciones de la 
mercancía que debe ser movida, así como la manera más eficiente de mover dicha mercancía. 
El ERP y el CRM son aplicaciones empresariales que aumentan la eficiencia de procesos 
empresariales. 
 
 
 
Ilustración 13: Uso de aplicaciones en llegada de navieras 
 
En la ilustración 13 se observan los servicios utilizados por las actividades del proceso de 
llegada de navieras. En este caso, el ERP permite asignar los muelles y controlar la 
información administrativa y contable del proceso. Sin embargo, estos servicios del ERP son 
soportados por datos que brinda el gemelo digital acerca del estado de los muelles. Por otro 
lado, el gemelo digital a través del servicio de envío de información permite enviar a las 
navieras las instrucciones de acceso al puerto teniendo en cuenta sus posibles restricciones y 
necesidades. Esto es posible gracias a la información meteorológica y ambiental que tiene el 
gemelo digital. 
 
 
Ilustración 14: Uso de aplicaciones en descarga de mercancía 
 
 
Ilustración 15: Uso de aplicaciones en carga de mercancía 
 
 
En los procesos de carga y descarga las aplicaciones que proveen servicios para el desarrollo 
de sus actividades son el gemelo digital y la aplicación de carga y descarga. El gemelo digital 
permite la identificación de mercancía en el puerto y las navieras, así como la asignación de 
la ubicación de almacenamiento de mercancía en el puerto. También permite administrar 
operarios al planear su asignación a medida que se requieran. Por otro lado, la aplicación de 
carga y descarga les permite ver a los operarios mapas e instrucciones de movimiento de 
mercancía con el objetivo de reducir el tiempo necesario para llevar a cabo esta actividad y 
reducir las posibilidades de error. Así mismo, permite brindar recomendaciones de acuerdo 
con el tipo de carga que se transporta. El uso de los servicios de aplicaciones se puede 
observar en las ilustraciones 14 y 15. 
 
6.3 Arquitectura de datos 
 
En el modelo de datos, presentado en la Ilustración 16, se observan los diferentes conceptos 
modelados, sus atributos y los tipos de datos de cada atributo. Uno de los principales 
conceptos dentro del modelo es la visita, la cual modela cada visita de una naviera al puerto. 
Esta visita debe tener unas fechas de inicio y fin, además de que se le debe asignar un muelle 
y una motonave específicos junto con sus características. Así mismo, se puede incluir la 
información de la mercancía para carga o descarga de acuerdo con las necesidades de la 
naviera. La carga o mercancía tiene una ubicación dentro del puerto y puede ser movida en 
un horario específico entre dos ubicaciones distintas. Así mismo, cada ubicación tiene unas 
condiciones ambientales que permiten saber si es apta para la mercancía que requiera ciertas 
condiciones especiales de temperatura o humedad. 
 
 
Ilustración 16: Modelo de datos 
 
 
 
Ilustración 17:Diagrama de almacenamiento [3] 
 
La Ilustración 17 presenta el diagrama de almacenamiento propuesto por Arias (2021), 
modela las 3 capas de almacenamiento propuestas para el gemelo digital, así como el proceso 
que se debe hacer entre cada capa. En este caso, en la primera capa, se realiza la adquisición 
de datos a partir de sensores. Posteriormente, en la segunda capa se realiza el 
preprocesamiento de estos datos y se distribuyen en bases de datos específicas para cada 
concepto. A continuación, se realiza un proceso ETL donde se transforman los datos y se 
integran en una sola base de datos que pasa a la tercera capa en la nube donde se pueden 
hacer diferentes tipos de análisis y utilizar herramientas de ciencia de datos. 
 
6.4 Arquitectura Técnica 
 
 
Ilustración 18: Vista de Infraestructura 
 
La vista de infraestructura, en la ilustración 18, permite ver los diferentes componentes de 
hardware y cómo se conectan entre sí. En este caso, se tienen los diferentes tipos de sensores 
como cámaras, sensores de temperatura, sensores de humedad y lectores RFID. Estos 
sensores se conectarían a través de internet por medio del protocolo TCP/IP al servidor del 
gemelo digital donde se alojará el software del gemelo digital junto con su base de datos. 
Este servidor por su lado se conectaría por medio de una red de área local (LAN) con el 
servidor de la aplicación de carga y descarga además de los diferentes clientes del gemelo 
digital. Así mismo, la red LAN podría ser usada para conectar teléfonos celulares al servidor 
de carga y descarga para usar esta aplicación. 
 
 
7. Arquitectura de Solución 
 
7.1 Plataforma de gemelo digital 
 
Para la implementación de las aplicaciones y servicios del gemelo digital, es posible utilizar 
la plataforma iTwin. Esta plataforma ofrece varios beneficios que permiten ser una opción 
viable para el puerto de Buenaventura. En primer lugar, es una plataforma abierta, lo que 
permite que sea utilizada por cualquier persona. Por otro lado, ofrece una alta escalabilidad, 
logrando ser una excelente opción no solamente para las operaciones de hoy en día, sino que 
también permite crecer a medida que crece la empresa. Así mismo, ya que la empresa no 
tiene experiencia en la implementación de gemelos digitales, esta opción le permite reducir 
la complejidad de este proceso al proveer los servicios de seguridad, infraestructura e 
integración de datos a la medida del negocio, contando con una amplia experiencia en este 
campo, la empresa solo debe encargarse del desarrollo de las aplicaciones. Finalmente, 
ofrecen una asesoría personalizadapara el desarrollo de proyectos de gemelos digitales, 
permitiendo tener la experticia necesaria para el éxito del proyecto [14]. 
 
7.2 Infraestructura requerida 
 
Para la obtención de los datos necesarios para el gemelo digital es necesario realizar una 
inversión significativa en infraestructura, específicamente, en dispositivos como cámaras, 
sensores LIDAR, sensores de humedad y temperatura, lectores y antenas de RFID. Cada uno 
de estos dispositivos debe ser capaz de soportar los requerimientos del gemelo digital y de la 
empresa y por lo tanto deben ser escogidos cuidadosamente. A continuación, se presenta una 
posible selección de dispositivos. 
 
7.2.1 Sensor LIDAR 
 
Un sensor LIDAR permite crear un mapa en 3D del ambiente donde se encuentra por medio 
de la emisión de ondas de luz. En este caso, este tipo de sensores permitirán que el gemelo 
digital tenga información acerca de la ubicación y el movimiento de contenedores, personas 
y carga en general que se encuentre en un área en específico. Teniendo esto en cuenta, se 
observa la necesidad de tener sensores que se adapten a las condiciones meteorológicas, 
además de tener la capacidad computacional para obtener la información necesaria en tiempo 
real. 
 
El sensor LIDAR Ouster OS0 permite obtener el rendimiento requerido por el gemelo digital, 
además de ser bastante versátil en sus capacidades de operación. En primer lugar, es un sensor 
gran angular, lo que permite obtener más información utilizando el mismo sensor. En este 
caso, el campo de visión es de 90°. Por otro lado, el sensor es resistente al agua y es capaz 
de detectar objetos a través de la lluvia, la niebla y el humo. Finalmente, su SOC (system on 
a chip) permite procesar 5,2 millones de puntos por segundo, logrando un excelente 
rendimiento de acuerdo con las necesidades del gemelo digital [15]. 
 
7.2.2 Sensor de temperatura y humedad 
 
Ya que ciertos tipos de carga necesitan condiciones específicas de temperatura y humedad, 
se necesita un sensor que pueda enviar esta información en tiempo real al gemelo digital. 
Estos sensores se pueden instalar en las bodegas del puerto y permitirán el monitoreo en 
tiempo real de estas condiciones. El sensor Laird Sentrius RS1 es un sensor de temperatura 
y humedad que permite utilizar una conexión LoRaWAN (Low Range Wide Area Network) 
para enviar la información recolectada. Este sensor se acopla bastante bien a las necesidades 
del puerto y del gemelo digital ya que su conectividad permite enviar información 
rápidamente utilizando poca energía, permitiendo que el sensor tenga un mantenimiento 
mínimo. Además, tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento, permitiendo ser 
usado para controlar tanto temperaturas bajas como temperaturas altas [16]. 
 
7.2.3 Lector RFID 
 
Con el objetivo de identificar exactamente qué carga está en las bodegas del puerto, es posible 
utilizar lectores de identificación por radio frecuencia o RFID por sus siglas en inglés. Estos 
lectores permiten utilizar ondas de corto alcance para recibir información de identificadores 
instalados en la carga y así tener información en tiempo real acerca de la carga contenida en 
cada bodega. [17] Teniendo en cuenta el fin de estos lectores, es posible recomendar el lector 
RFID de ultra alta frecuencia Chainway URA8. Este sensor permite conectarse a internet a 
través de WiFi o mediante una red celular 4G. Adicionalmente, permite conectar hasta 8 
antenas, logrando tener una gran cobertura en lugares grandes como bodegas. Finalmente, 
puede leer hasta 900 etiquetas por segundo, soportando un flujo constante de mercancía desde 
y hacia las bodegas [18]. 
 
7.3 Diagrama de integración 
 
 
Ilustración 19:Diagrama de integración 
 
El diagrama de integración, presentado en la ilustración 19, muestra la manera en la que los 
componentes de las diferentes arquitecturas propuestas en la sección de arquitectura de 
referencia. En primer lugar, se encuentran los elementos más importantes de la arquitectura 
de infraestructura en color verde. El servidor del gemelo digital se conecta mediante una red 
de internet TCP/IP a los diferentes sensores y además proporciona los servicios de 
infraestructura necesarios a las aplicaciones. Las aplicaciones, por su parte consumen los 
servicios de infraestructura, así como los datos y metadatos provenientes de la arquitectura 
de información. La arquitectura de aplicaciones, por su parte, provee los servicios de 
aplicación que son posteriormente consumidos por el negocio, específicamente en los 
procesos y en las funciones que tiene la organización. 
 
 
7.4 Mapa de ruta de implementación 
 
 
 
Ilustración 20: Mapa de ruta de implementación 
 
En el mapa de ruta de implementación del proyecto se encuentran los pasos y entregables 
principales para la implementación de la arquitectura propuesta. En primer lugar, se debe 
realizar un presupuesto general del proyecto que incluya los costos de la compra de 
dispositivos, su instalación, el desarrollo e integración de aplicaciones para el gemelo digital. 
Con la aprobación de este presupuesto, es posible continuar con la compra e instalación de 
los dispositivos para la obtención de datos para el gemelo digital. A continuación, se debe 
contratar un equipo especializado que pueda desarrollar e integrar las aplicaciones necesarias 
para la operación del gemelo digital. Así mismo, estas aplicaciones deben integrarse con las 
demás aplicaciones del negocio. El primer entregable es el presupuesto general del proyecto 
que debe ser aprobado por la empresa, así mismo, la empresa debe aprobar las aplicaciones 
desarrolladas y probarlas usando casos realistas antes de su despliegue total. A continuación, 
se describirán detalladamente cada uno de los pasos y entregables en el proceso de 
implementación del gemelo digital. 
 
El primer paso para la implementación del gemelo digital es presupuestar el proyecto. Para 
este fin es necesario que se calculen los costos de toda la arquitectura empresarial. Es decir, 
se deben calcular los costos de capital asociados a la infraestructura que debe ser adquirida, 
así como los costos de implementación y desarrollo de las aplicaciones del gemelo digital. 
Adicionalmente, se deben calcular los costos de administración de infraestructura si se llegara 
a seleccionar un proveedor de infraestructura como servicio (IAAS). Por otro lado, también 
es importante que se tengan en cuenta los costos de personal adicional que se necesita para 
la implementación y mantenimiento del gemelo digital. Finalmente, se debe entregar un 
presupuesto para que pueda ser aprobado por las directivas de la compañía. 
 
La aprobación del presupuesto se debe realizar en conjunto con todas las áreas involucradas 
en la implementación del gemelo digital con el fin de que cada rubro del presupuesto sea 
debidamente argumentado y así mismo se entiendan las necesidades financieras de la 
empresa y se tengan en cuenta los posibles ahorros que se puedan realizar en la 
implementación. 
 
A continuación, se debe realizar la compra y la instalación de los elementos de infraestructura 
especificados en el presupuesto. Para que este proceso se realice óptimamente, es necesario 
que, al momento de la compra de dichos elementos, se tengan cotizaciones válidas para evitar 
sobrecostos. Así mismo, se deberían tener planos con un alto grado de especificidad para la 
instalación de la infraestructura. Finalmente, es necesario que se realicen pruebas exhaustivas 
de cada uno de los elementos instalados con el fin de evitar posibles problemas en las 
siguientes etapas. 
 
Una vez que todos los elementos de infraestructura se instalen, es posible continuar con el 
desarrollo y prueba de aplicaciones del gemelo digital. Para este fin, es necesario tener un 
equipo especializado en el desarrollo de este tipo de aplicaciones ya que de esta manera se 
lograráaumentar la calidad de las aplicaciones y se reducirá el riesgo de errores y fallas. La 
empresa tendrá la responsabilidad de proveer al equipo de desarrollo un informe detallado 
con cada requerimiento de las aplicaciones con el fin de alinear los objetivos de la compañía 
y el equipo. Posteriormente, se deben probar cada una de las aplicaciones desarrolladas 
utilizando escenarios realistas y buscando cumplir con cada uno de los requerimientos 
entregados. Al terminar, se deben entregar las aplicaciones a la organización, donde se deben 
aprobar para continuar con la integración de aplicaciones. 
 
El último paso es la integración de aplicaciones, para el cual, es necesario integrar los nuevos 
servicios de aplicaciones con las aplicaciones y sistemas existentes con el fin de aprovechar 
las funcionalidades del gemelo digital. Esta integración también debe ser realizada por un 
equipo especializado y debe ser probada exhaustivamente. 
 
Al terminar la implementación del gemelo digital, debe haber una revisión periódica de los 
sistemas y como se mencionó anteriormente, se deben contratar personas expertas para 
mantener el gemelo digital funcionando correctamente. Adicionalmente, es necesario que se 
realicen pruebas continuamente y se evalúe el desempeño del gemelo digital y sus 
aplicaciones. Finalmente, es necesario que la empresa evalúe el valor que le está agregando 
esta inversión periódicamente, con el fin de tomar decisiones acerca de la continuación del 
proyecto a largo plazo. 
 
8. Conclusiones 
• La implementación de un gemelo digital en el puerto de Buenaventura podría mejorar 
significativamente el rendimiento del puerto, así como se evidenció en el puerto de 
Livorno. 
• Tener una arquitectura empresarial robusta, escalable y capaz de integrarse con los 
sistemas actuales es de suma importancia para el éxito del proyecto. 
• Se propone desarrollar una aplicación para el gemelo digital que ofrezca servicios 
para optimizar los procesos de llegada de navieras, carga y descarga de mercancía ya 
que estos son los principales procesos de las operaciones del puerto de buenaventura 
y permitirán aumentar la competitividad del puerto. 
• También se propone desarrollar una aplicación de carga y descarga que utilice los 
mismos datos del gemelo digital para ayudar a los operadores de maquinaria con estos 
procesos. 
• Se propone usar sensores de temperatura, LIDAR y RFID para proporcionar los datos 
necesarios al gemelo digital. 
 
9. Recomendaciones 
 
• Para el éxito del proyecto es de suma importancia que todas las áreas de la 
organización estén de acuerdo con todas las ideas planteadas. 
• Es necesario realizar un estudio de costos para evaluar la viabilidad económica de 
este proyecto en el puerto de Buenaventura. 
• Las tecnologías y la infraestructura propuesta en este proyecto deben ser reevaluadas 
periódicamente con el objetivo de evitar la obsolescencia de estos elementos. 
 
Bibliografía 
 
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robotics | Ouster,» 2021. [En línea]. Available: https://ouster.com/products/scanning-
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[16] Laird, «RS1xx LoRa Sensors | Humidity &RTD Temperature Sensor,» 2021. [En 
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[19] M. Puleri, T. Pepe, G. Bottari y R. Sabella, «A look at digital twins in port operations,» 
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