ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ESPOCH

SIMULACIÓN DE PROCESOS

Objetivos declarativos 1. Planear el diseño de sistemas automatizados de manufactura mediante la revisión de los aspectos técnico -económicos del grupo de piezas a manufacturar, la adecuada selección de la tecnología de manufactura automatizada, equipo, maquinaria, sistemas de transportación y manejo de materiales, así como de la distribución de planta. 2. Introducir los conceptos básicos de modelación de sistemas a eventos discretos mediante el empleo de un paquete computacional (PROMODEL) aplicado a ejemplos de sistemas automatizados de manufactura.

Objetivos actitudinales Fomentar la capacidad de análisis y síntesis, la visión internacional y la conciencia de las necesidades del país al empleo de sistemas automatizados. Objetivos procedimentales Desarrollo del tema mediante la exposición del profesor, lecturas y trabajos realizados por los estudiantes a través de, investigaciones, la resolución de ejercicios y del uso del paquete computacional de modelación de sistemas a eventos discretos.

LABORATORIOS:

1. Introducción a Promodel 4.22. Ambiente del Promodel, Menú y Tutorial3. Ejecutando una simulación con Promodel4. Construyendo el primer modelo5. Módulo de salida de Promodel6. Verificación y validación del modelo7. Simulación del análisis8. Comparando sistemas alternativos9. Optimización de la simulación con SimRunner10. Análisis de casos de estudio11. Elaboración del modelo de aplicación final

La evaluación del curso será de carácter permanente mediante la presentación de ejercicios propuesto en cada reunión y trabajos adicionales relacionados con la temática; y, además de la presentación y defensa de un trabajo aplicativo final que aborde las temáticas de las unidades.

1. Descubrir el comportamiento de un sistema.

2. Postular teorías o hipótesis que expliquen el comportamiento observado.

3. Usar teorías para predecir el comportamiento futuro del sistema. Mirar los efectos que se producirían en el sistema mediante los cambios dentro de él o en su método de operación

4. Comprender, analizar y mejorar las condiciones de operación relevantes del sistema

Simulación: Técnica que imita el comportamiento de un sistema del mundo real cuando evoluciona en el tiempo.

La simulación no es una técnica de optimización. Es una técnica para estimar las medidas de desempeño del sistema modelado.

Modelo de simulación: Conjunto de hipótesis acerca delfuncionamiento del sistema expresado como relaciones matemáticas y/o lógicas entre los elementos del sistema.

Proceso de simulación: Ejecución del modelo a través del tiempo en un ordenador para generar muestras representativas del comportamiento del sistema.

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DEFINICIÓN: Simulación es una técnica numérica para realizar experimentos en una computadora digital. Estos experimentos involucran ciertos tipos de modelos matemáticos y lógicos que describen el comportamiento de sistemas de negocios, económicos, sociales, físicos, químicos ,etc., a través de largos períodos de tiempo.

Se basa en un muestreo aleatorio: la salida de la simulación está sujeta a variaciones aleatorias y debe ser examinada utilizando pruebas de inferencia estadística.

Un sistema es una colección de elementos que actúan e interactúan para lograr algún fin lógico.

El estado de un sistema es el conjunto de variables necesarias para describir el estado del sistema en un momento dado.

La simulación es la posibilidad de replicar situaciones reales o que podría serlo, para determinar estadísticamente su comportamiento

La optimización permite escoger entre una multitud de opciones la que mas se adapte a las necesidades del problema.

Simulación de procesos empresariales:• Diseño de procesos químicos.• Control de inventarios.• Diseño de sistemas de distribución.• Programas de mantenimiento.• Diseño de sistemas de espera.• Programación del trabajo.

Simulación de problemas comerciales y económicos:• Determinación de precios.• Conducta de los clientes.• Procesos de mercado.

Simulación de estrategias y tácticas de guerra.Simulación de sistemas biomédicos.

Mundo real Simplificación

Recolectar datos

Definir parámetros

Modelo artificial

Configurar escenarios

Ejecutar simulación

Análisis de resultados

Los modelos de simulación se diseñan para el análisis del comportamiento de sistemas como función del tiempo.

•Simulación discreta: Las variables de estado cambian solo en puntos discretos o contables en el tiempo. Ejemplo: cola en un banco.

•Simulación continua: Las variables de estado cambian en forma continua a través del tiempo. Ejemplo: movimiento de las partículas de un fluido

SISTEMA

MODELO

Tipos de modelos

Modelo Físico

Modelo Analógico

Modelo Analítico

Modelo de simulación

Tipos de simulación

Continuo

Discreto

MAPA CONCEPTUAL

Un modelo de simulación estática (simulación de Monte Carlo) es una representación de un sistema en un instante de tiempo determinado.

Modelo dinámico es una representación de un sistema cuando evoluciona con el tiempo.

Un modelo de simulación determinista se refiere a relaciones constantes entre los cambios de las variables del modelo.

Un modelo de simulación estocástica contiene una o más variables aleatorias.

La simulación de eventos discretos se puede definir como conjunto de relaciones lógicas matemáticas y probabilísticas que integran el comportamiento de un sistema cuando se presenta un evento determinado

Todas las simulaciones de eventos discretos describen situaciones de colas.

Cualquier modelo de eventos discretos está formado por una red de colas interrelacionadas.

Los dos principales eventos son la llegada y la salida. Si el intervalo de tiempo entre dos eventos consecutivos es

probabilístico surge la aleatoriedad.

Salidas: objetivos del estudio expresadas mediante valores numéricos.

Entradas: valores numéricos que permiten iniciar la simulación y obtener las salidas:

Condiciones iniciales: valores que expresan el estado del sistema al principio de la simulación

Datos determinísticos: valores conocidos necesarios para realizar los cálculos que producen las salidas

Datos probabilísticos: cantidades cuyos valores son inciertos pero necesarios para obtener las salidas de la simulación. Los valores específicos de estos datos deben conocerse a través de una distribución de probabilidad.

• Tamaño insuficiente de la corrida.

• Variables de respuesta mal definida.

• Error al establecer las relaciones entre las variables aleatorias.

• Error al establecer el tipo de distribución asociado a las variables aleatorias

• Falta de un análisis estadístico de los resultados.

• Uso incorrecto de la información obtenida

• Falta o exceso de detalle del modelo

En un proyecto de simulación la construcción del modelo ocupa como máximo la quinta parte del tiempo total del estudio.

Esto quiere decir que la construcción de un modelo es solo el paso final en un estudio para hacer una simulación.

PASO 1: ELABORAR UN PLAN DE ESTUDIO.PASO 2: DEFINIR EL SISTEMA.PASO 3: CONSTRUIR EL MODELO.PASO 4: EJECUTAR EXPERIMENTOS.PASO 5: ANALIZAR LOS RESULTADOS.PASO 6: REPORTAR LOS RESULTADOS.

Definir Objetivos.

Este paso es muy importante, sin la claridad absoluta no tiene sentido ningún esfuerzo para lograr una simulación, no es raro encontrar proyectos de simulación en donde no se sabe a dónde se quiere llegar, un modelo construido sin norte es un proyecto sin frutos apreciables. Para definir los objetivos se pueden responder las siguientes preguntas. • Qué y cómo desea medir el desempeño de la simulación?• Quién utilizará el modelo?• A quién se le presentará la información obtenida del modelo?• Qué información se espera obtener del modelo?•Qué tan importante es la decisión que se espera tomar a partir del modelo?

Identificar limitaciones o restricciones. Como en todo proyecto real existen limitaciones, es importante tenerlas presentes, para enmarcar el proyecto en la libertad que se dispone, sin contratiempos por limitaciones que no se han advertido; las limitaciones o restricciones son de tres tipos: Económicas, de tiempo y de información. Las siguientes preguntas ayudan a identificar las limitaciones o restricciones. • Cuál es el presupuesto para el estudio?• Cuáles son las habilidades que se poseen para realizar el estudio?• Se tiene acceso a la información requerida?• Qué tipo de computador se utilizará en el estudio?

Este paso comprende dos cuestiones, la primera relacionada con la determinación de la información requerida y la segunda, relacionada con el uso apropiado de las fuentes de información. • Cómo está distribuida la planta y cuáles son sus dimensiones?• Cuántos centros de trabajo tiene el proceso?• Cuáles son los tiempos de proceso en cada centro de trabajo?• Cuántos productos o subproductos se quieren introducir en el modelo?• Quién requiere un recurso y cuando y donde lo necesita?• Qué se desea medir?• Cuáles serán los indicadores que se deberán tener en cuenta?• Cuánto tiempo se simulará el proceso?• Qué tan variable es el proceso; se podría estandarizar?• Quién es la persona que utilizará el programa de simulación?

En cuanto al uso apropiado de las fuentes de información, los siguientes son los documentos o archivos más adecuados para adquirir información. • Los diagramas de proceso.• Los estudios de tiempo.• Los planos de planta.• Los diagramas de flujo.• Los pronósticos de mercadeo.• La historia que se tenga en reportes o en otro tipo de formato

La construcción de modelos con el software ProModel®, es el tema central, en el se examinrán las minuciosidades del manejo de esta herramienta para hacer esta tarea. 

En este paso, con la mirada puesta en el objetivo de la simulación se hacen replicaciones con el fin de observar los cambios que ocurren en los resultados.

Existen dos tipos de simulaciones: terminales y no terminales. Terminales. Son modelos que están perfectamente definidos en el tiempo, es decir su comienzo y final se pueden determinar por un número. Para determinar los experimentos con este tipo de modelos las siguientes preguntas nos aclaran las situaciones: • Cómo debería ser el estado inicial del modelo?• Cuál es el evento que ocasionará la finalización del modelo?• Cuántas replicaciones deberán hacerse? No terminales.Modelos en los cuales el proceso nunca termina, hay que fijar algún tipo de finalización, por ejemplo, cierto periodo de tiempo. El ejemplo más usual es una empresa que fabrica clavos.

Mediante este paso se busca encontrar los cuellos de botella del proceso o de la simulación misma; las herramientas de análisis más fuertes se hallan en los gráficos y tablas de resultados que arroja el programa de simulación; esta tarea no es sencilla, y sin ella el trabajo de simulación no conllevaría a nada, por lo cual el analista ha de interpretar los datos con la mayor inteligencia y dominio de la situación que haya adquirido

Esto es tan importante como la información obtenida y no constituye un paso de último momento sin relevancia, por el contrario la información reportada debe ser clara y concisa, la utilización de gráficos es una excelente opción. Aquí es importante reportar por lo menos los siguientes literales. • ¿De qué manera se construyó?• ¿De donde se extrajo la información?• ¿Cómo almacenar la información original?• Identificar las variables y los atributos utilizados.• Identificar a las personas que realizaron la simulación.• Establecer la fecha de la simulación.

Para el funcionamiento correcto del programa y de la clase es necesario unificar la terminología que se maneja dentro del simulador. A continuación se muestra la definición de los principales elementos utilizados por el PROMODEL

LOCACIONES: Se define como "Locación" los elementos físicos que conforman el medio ambiente de un proceso. No tienen acción ni movimiento y su función es alojar a los demás elementos del proceso. Ejemplo: edificios, escritorios, máquinas, etc.

Existen tipos especiales de "locaciones" como las bandas transportadoras, los contadores, los indicadores de estado, entre otros.

ENTIDADES: Son los elementos del procesos que van a ser víctimas de transformación o resultado de algún proceso. En otras palabras serán las materias primas, materiales en proceso, productos terminados, y en el caso de una empresa de servicio las entidades serán los clientes.

REDES: La definición de red es un poco abstracta. Las redes son rutas invisibles sobre las cuales se van a mover los "Recursos" o las "Entidades". Para que una red cumpla con su función, debe estar amarrada a las "Locaciones" por medio de "Interfaces.

RECURSOS: se llama a los elementos que permiten o son responsables de actividades dentro del proceso. En un proceso de producción los recursos serían los operarios, los vehículos (que tengan movimiento), robots, etc. En un proceso de servicio, los recursos serían los encargados de atender los clientes.

PROCESO: Un proceso se divide en dos partes principales: Operaciones y Movimientos Lógicos.

La operación es definida como la actividad transformadora que se le realiza a una entidad dada en una locación específica. Dependiendo del tipo de operación que se vaya a realizar debe ser la parametrización de la misma.

El movimiento lógico es el paso de la "Entidad" al siguiente punto del proceso. Debe tener definido un destino y un tipo de movimiento.

LLEGADAS: se definen para determinar las condiciones de entrada de las "entidades" al proceso. Esto es, ¿a dónde llegan?, ¿cuando llegan?, ¿con que frecuencia?, ¿tamaño de los lotes de llegada?, ¿total de llegadas?, entre otras.

No a todas las "entidades" es necesario definirles la llegada.

Para hacer una simulación con ProModel® se deben cumplir dos eventos: Los elementos que conforman el modelo han de estar correctamente definidos, porque el programa antes de hacer la simulación comprueba la corrección en la definición del modelo.

El modelo debe contener al menos los siguientes elementos: Locaciones, entidades, arribos y proceso. La simulación con ProModel® es la forma como se animan las interacciones entre los elementos (locaciones, entidades, ...) y la lógica definida.

Esquema del funcionamiento del software ProModel® (en turqueza los elementos indispensables para hacer una simulación con este software).

Conjunto de relaciones lógicas, matemáticas y probabilísimas que integran el comportamiento de un sistema bajo estudio cuando se presenta un evento determinado.

El objetivo del modelo de simulación consiste, precisamente, en comprender, analizar y mejorar las condiciones de operación relevantes del sistema.

a) Es muy buena herramienta para conocer el impacto de los cambios en los procesos sin necesidad de llevarlos a cabo en la realidad.

b) Mejora el conocimiento del proceso actual al permitir que el analista vea cómo se comporta el modelo generado bajo diferentes escenarios.

c) Puede utilizarse como medio de capacitación para la toma de decisiones.

d) Es más económico realizar un estudio de simulación que hacer muchos cambios en los procesos reales.

e) Permite probar varios escenarios en busca de las mejores condiciones de trabajo de los procesos que se simulan.

f) En problemas de gran complejidad, la simulación permite generar una buena solución.

g) En la actualidad los paquetes de software para simulación tienden a ser más sencillos, lo que facilita su aplicación.

h) Gracias a las herramientas de animación que forman parte de muchos de esos paquetes es posible ver cómo se comportará un proceso una vez que sea mejorado

a) Aunque muchos paquetes de software permiten obtener el mejor escenario a partir de una combinación de variaciones posibles, la simulación no es una herramienta de optimización.

b) La simulación puede ser costosa cuando se quiere emplearla en problemas relativamente sencillos de resolver, en lugar de utilizar soluciones analíticas que se han desarrollado de manera específica para ese tipo de casos.

c) Se requiere bastante tiempo —generalmente meses— para realizar un buen estudio de simulación; por desgracia, no todos los analistas tienen la disposición (o la oportunidad) de esperar ese tiempo para obtener una respuesta.

d) Es preciso que el analista domine el uso del paquete de simulación y que tenga sólidos conocimientos de estadística para interpretar los resultados.