SIMULACIÓNDE PROCESOS PRODUCTIVOS

1. SIMULACIÓNDE PROCESOS PRODUCTIVOS M. EN I. ELOY DIMAS CELESTINO

2. El desarrollo de nuevas tecnologías en el área de la computación ha traído innovaciones igualmente importantes en los terrenos de toma de decisiones y el diseño de procesos y productos. • En este sentido una de las técnicas se mayor impacto es la simulación. • La simulación se refiere a un gran conjunto de métodos y aplicaciones que buscan imitar el comportamiento de sistemas reales, generalmente en una computadora con un software apropiado. • La simulación es un término muy general dado que se utiliza en muchos campos, industrias y aplicaciones, por lo mismo, en la actualidad se cuenta con una gran cantidad de software de simulación en temas muy diversos. Simulación

3. Por ejemplo: • Determinar la mejor localización de una nueva planta • Diseñar un nuevo sistema de trabajo • La programación requerida de algún sistema automático. • Analizar un a planta de manufactura con máquinas, personas, métodos de transporte, bandas transportadoras y espacio de almacenamiento • Un banco con diferentes tipos de clientes, servidores e instalaciones como ventanillas de cajeros, cajeros automáticos, etc. Introducción • Un aeropuerto con pasajeros que facturan, que pasan por seguridad y que van a la puerta de embarque y embarcan; vuelos de salida que compiten por los remolcadores de empuje y de retorno, pistas de aterrizaje. • Una red de distribución de plantas, almacenes y enlaces de transporte. • Un supermercado con control de inventarios, cajas y servicio al cliente. • Etc.

5. ¿Qué es manufactura? • Es la transformación de materias primas en productos terminados o semi-terminados. • La manufactura en su dinámica está conformada por un conjunto de operaciones que conforman un proceso total y que en ocasiones se asocia con sistema de producción. • Todo proceso se debe administrar y se entiende por administración: como la encargada de la planificación, organización, dirección y control de los recursos (humanos, financieros, materiales, tecnológicos, del conocimiento, etc.) de una organización con el fin de obtener el mayor beneficio posible. INTRODUCCIÓN

6. Simulación: “diseñar un modelo matemático o lógico a partir de un sistema real y experimentar sobre dicho modelo para describir, explicar y predecir el comportamiento del sistema real” • Simulación: Evaluar un modelo numéricamente en un periodo de tiempo de interés a través de una computadora, durante este periodo se recolectan datos para estimar las características verdaderas del sistema. Conceptos básicos

7. Imitar un sistema real mediante ordenador • No aspira a encontrar una solución analítica • – No está enfocado a obtener resultados exactos • – Permite estudiar modelos reales complejos • Sistema real = Componentes + Estructura + Entorno • – Fabricación: programación, control de inventarios • – Servicios al público: bancos, oficina de correos,... • – Logística y distribución • – Servicios de salud: urgencias, quirúrgico • – Sistemas de ordenadores • – Telecomunicaciones • – Operaciones militares • – Protección civil: planes de emergencias, juicios,... ¿Qué hace la simulación?Sistemas reales

8. Estudiar su comportamiento • – Medir su calidad, mejorarlo o controlarlo • – Diseñarlo (si no existe) Objetivo

9. 1. Modelos discretos/continuos • 2. modelos probabilistícos /deterministicos • 3. Modelos estáticos /dinámicos Modelos

10. No se puede o debe interrumpir el sistema • No es costeable experimentar con el sistema real • Es imposible cuando el sistema todavía no existe • El sistema es demasiado completo para usar una solución analítica RAZONES DE LA SIMULACIÓN Ventajas de la simulación • Mucho sistemas reales no pueden ser descritos por modelos matemáticos. La simulación es el único medio de análisis en estos casos. • Varios sistemas se comparan usando simulación para elegir el mejor • Simulación permite estudiar un sistema con un marco de tiempo largo en un tiempo comprimido. Tambien es posible analizar expandiendo el tiempo.

11. Otras generalidades El comportamiento de un sistema durante determinado tiempo puede ser estudiado por medio de un modelo de simulación. Este modelo usualmente toma su forma a partir de un conjunto de postulados sobre la operación del sistema real.

13. Amplia visión del efecto producido por cambios en el sistema de manufactura, ya sea que exista o no. • Gran capacidad de crear modelos realistas • Beneficios potenciales: • Incrementar producción, reducir inventarios • Incrementar utilización de máquinas y trabajadores, reducir requerimientos de capital Beneficios de la simulación

14. Ejemplo • SITUACIÓN • En un momento determinado un contenedor tiene 100 litros de cierto componente. El contenido es vertido a una velocidad de 1 litro por minuto. PROPÓSITO Deseamos saber cuanto tiempo toma que el contenedor se vacíe.

15. Formas de solucionarlo • CÁLCULO: • Si la velocidad de vaciado es de 1 litro por minuto y la capacidad del contenedor es de 100 litros, el vaciado tomará 100 minutos. MEDICIÓN Asumiendo que no sabemos como calcular, y simplemente tomamos el tiempo con un reloj. El vaciado se terminará cuando el reloj marque 100 minutos. SIMULACIÓN Si no tenemos un contenedor, podemos decidir poner 100 gramos de azúcar en una pequeña caja y entonces hacer un agujero en la caja de tal forma que un gramo de azúcar salga por minuto. Medimos el tiempo que toma a la caja quedarse vacía y concluimos que ese mismo tiempo es probablemente el tiempo de vaciado del contenedor.

16. Sistema Concepto Modelo La simulación proporciona un modelo virtual en el que se puede experimentar

17. Simulación vs Modelos Analíticos • La simulación no es la única forma de estudiar un sistema; otra posibilidad es construir un modelo analítico. Modelo analítico Máx Z = 3* unidades producidas – 2* tiempo de ocio de operadores Sujeto a: 2 Número de operadores  8 10  velocidad de la banda  100 5  Tamaño del lote  20 Solución Optima

18. Modelo de simulación Modelo de Simulación Xo Yo Datos de entrada Resultados Proceso . . . . . Inconveniencia de los modelos analíticos • Dificultad de encontrar el modelo de ecuaciones que representen al sistema real • Dificultad para resolver el modelo

19. Datos de entrada Xo Y óptima Modelo de Simulación Xn Yn Proceso . . . Inconvenientes de un modelo de simulación

20. ¿Puede un problema ser solucionado analíticamente? Si ¿Se desea una solución analítica? Si No No Solucionar analíticamente ¿Es posible la experimentación? Si ¿Es deseable? Si No No Experimentar en la realidad SIMULACIÓN ¿Cómo decidir cual es mas conveniente?

21. Etapas para realizar un estudio de simulación • Definición del sistema • Formulación del modelo • Colección de datos • Implementación del modelo en la computadora • Validación • Experimentación • Interpretación • Documentación

22. System • Simulation • Statistics • Software Las cuatro “Ss” de la simulación • La simulación es conveniente cuando: • Se requiere analizar cambios en la información y su efecto • Se desea experimentar con diferentes diseños o políticas • Se desea verificar soluciones analíticas • Un modelo analítico es imposible o difícil de construir • Se desea estudiar un sistema real y resulta peligroso o costoso hacerlo en el propio sistema real y la posibilidad de hacerlo mediante un modelo analítico resulta imposible o inconveniente.

23. Aplicaciones de manufactura Ingeniería industrial Manufactura esbelta (Lean Manufacturing) Evaluación de Inversión en equipo Reducción de inventario en proceso Planeación de mantenimiento Manejo de materiales Distribución de planta Justo a tiempo Planeación de capacidad Programación de centros de trabajo Balanceo de líneas Evaluar cambios de tecnología

25. Se dice que un sistema consiste de entidades, actividades, recursos y controles. Estos elementos definen el quien, que, donde, cuando y como del procesamiento de las entidades. • En Promodel hablamos acerca de que el sistema esta compuesto por: Locaciones, entidades, recursos, llegadas y proceso. • una entidad es el objeto de interés en un sistema. Un atributo es una propiedad de una entidad. La actividad se realiza en un periodo de tiempo. Un evento esté definido como la ocurrencia instantanea que puede cambiar el estado del sistema. A su vez el estado del sistema puede definirse por la colección de variables necesarias para describir el sistema a cualquier tiempo, relativas al objeto de estudio. Sistema y sus componentes

26. Ejemplos:

27. En promodel, todo se ajusta al paradigma de locaciones, entidades, recursos, llegadas y proceso. Las locaciones, entidades y recursos son las COSAS en el sistema. Las llegadas y el proceso definen QUÉ HACEN LAS COSAS. Locaciones: (Locations) Las locaciones representan lugares físicos fijos en elsistema donde ocurren las cosas. Las locaciones pueden ser objetos comomáquinas, fila de espera, banda de transporte , un escritorio o una estación detrabajo. Entidades: (Entities) Cosas que “se mueven a través” del modelo se llaman“entidades”. Algunos ejemplos incluyen piezas, productos, personas o documentos.Las entidades viajan de locación a locación, realizando actividades. Llegadas: (Arrivals) Cuando una entidad aparece inicialmente en una locación en elmodelo, se le llama llegada. Las llegadas pueden ocurrir de acuerdo altiempo, o aalguna otra condición.

28. Proceso: (Processing) El proceso describe las operaciones que toman lugar cuandouna entidad está en una locación, como la cantidad de tiempo que la entidadpermanece ahí, los recursos que necesita para completar el proceso y cualquier otracosa que sucede en la locación, incluyendo seleccionar el siguiente destino. Recursos: (Resources) Un tipo de objeto que se utiliza por entidades o locacionespara realizar algun tipo de actividad, como un operario o un montacargas.

29. Los elementos de un sistema interactúan con otros subsistemas dando como resultado un sistema complejo. Tratar con un sistema complejo en organizaciones significa tratar con una situación problemática todavía no administrable. Es decir: Se sabe que existe un problema, pero no se entiende ni se logra estructurarlo. Un sistema complejo se caracteriza por la interdependencia de un número grande de elementos, una multiplicidad de percepciones y una nueva experiencia por ser vivida.

30. Ejemplo Elabore un diagrama de flujo que describa el comportamiento del procedimiento dela reinscripción de la universidad

31. CONSTRUCCION DE MODELOS • Existen tres formas de modelos: • Icónico.- versión a escala del objeto real y con sus propiedades relevantes más o menos representadas. • Analógico.- modelo con apariencia distinta al original, pero con comportamiento representativo. • Analítico.- relaciones matemáticas o lógicas que representen leyes físicas que se cree gobiernan el comportamiento de la situación bajo investigación.

32. CONSTRUCCION DE MODELOS • Su utilidad puede tener los siguientes matices: • Ayuda para aclarar el pensamiento acerca de un área de interés. • Como una ilustración del concepto. • Como una ayuda para definir estructura y lógica • Como un pre requisito al diseño.

33. V=IR M1 D K1 Max Z=5X1+2X2sa X1-X2£9 ¥Xj³0 M2 K2 Estado estable Dinámico Ecuaciones algebraicas Ecuaciones diferenciales Determinista Relaciones estadísticas y probabilísticas Simulación de eventos discretos No-determinista Y=a+bX

34. Sistema Experimentarcon elsistema Experimentarcon un modelodel sistema Modelofisico Modelomatemático Soluciónanalítica SIMULACION

35. Simulación de Sistemas Frecuentemente nos encontramos que sistemas y subsistemas del mundo real pueden ser descritos a través del enfoque de Líneas de Espera o Teoría de Colas Población Linea de espera Servidor

36. Simulación de Sistemas • En teoría de colas hablamos de conceptos como: • Población • Cliente • Sistema • Linea de espera (cola, fila) • Servidor • Llegadas • Salidas

37. Oficina de Viajes Llamada en espera Llamada en espera Clientes Llamada en espera

38. Llegadas Evento de llegada Servidor?ocupado SI NO La unidad trata de formar en la cola La unidad entra a servicio Cola llena? La unidad no entra al sistema SI No La unidad pasa a formar a la cola Proceso de Entrada

39. Salidas Otra unidad Esperando? No Si La unidad abandona la cola Poner servidoren ocio El servidor atiende a la unidad La unidad sale del sistema Proceso de Salida

40. Ejercicios Construya el diagrama de flujo para las llegadas y salidas del sistema de los siguientes casos: La recepción de un hotel Un taller de pintura de autos Un banco de servicios financieros una embotelladora de refrescos Un centro de distribución una fábrica de refrigeradores

42. ELEMENTOS DEL MODELO

43. Causas por las que un modelo de simulación no podría tener éxito Tamaño insuficiente de la corrida: se debe cuidar que las variables de respuestas hayan alcanzado cierta estabilidad. Ejemplo: la tasa de producción de una línea de producción al inicio de la jornada. Variable de respuesta mal definida: no permite tomar decisiones que tengan impacto en la operación del sistema. Ejemplo: políticas de producción y nivel de inventario de producto terminado. Errores al establecer la relación entre las variables aleatorias Errores al determinar el tipo de distribución asociado a las variables aleatorias del modelo. Falta de análisis estadístico de los resultados Uso incorrectos de la información. Se debe depurar y reorganizar los datos para su uso Falta o exceso de detalle del modelo