Unidad 1. Introducción a la simulación

Simulaciรณn

Contenido 1. Introducción a la simulación 2. Fundamentos matemáticos y estadísticos.

3. Modelado utilizando software especializado en simulación de eventos discretos.

4. Áreas de Aplicación 5. Introducción a análisis estadístico de los resultados de simulación 6. Aplicación de simulación en la industria

Formación Anáhuac El Ingeniero Anáhuac, a partir de las herramientas que la simulación le proporciona , diseña modelos organizacionales que mejoran las condiciones laborales de las personas y permiten la toma de decisiones empresariales de forma más adecuada y responsable, siempre pensando en el beneficio de la sociedad.

Competencias profesionales Ingeniero Industrial para la DirecciĂłn: Construye modelos con la confiabilidad deseada, reconociendo el intercambio entre manejo analĂ­tico y realismo, incorporando incertidumbre en los procesos al interior de un sistema y su interacciĂłn con el entorno.

Competencias profesionales Ingeniero en Negocios 1. Construye modelos matemáticos con la confiabilidad deseada, reconociendo el intercambio entre manejo analítico y realismo, incorporando incertidumbre en los procesos al interior de un sistema y su interacción con el entorno.

2. Diseña esquemas de procuración de recursos así como de distribución de bienes y servicios, estableciendo de ser necesario alianzas con clientes y proveedores para garantizar la presencia en el mercado al menor costo.

Competencias profesionales Ingeniero en sistemas y tecnologías

Optimiza los recursos tecnológicos y de personal de la empresa, con el apoyo de la información generada por la evaluación del desempeño técnico y económico de sistemas, empleando las correspondientes herramientas y metodologías de investigación y medición de: procesos y proyectos.

Unidad 1 Introducciรณn a la Simulaciรณn

Objetivo de la unidad • • • •

Conocer los conceptos básicos de la simulación.

Definir el alcance de un modelo.

Conocer las aplicaciones de la simulación.

Conocer la metodología para la construcción de un modelo de simulación.

• Conocer los simuladores de vanguardia

1.1 Definiciones • Simulación • Sistema • Modelo • Estados del sistema • Entidad • Variable • Atributo • Recurso • Eventos

Simulación “Simulación se refiere a una extensa colección de métodos y aplicaciones para imitar el comportamiento de sistemas reales .”

Kelton W. “Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital. estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo.”

Thomas Naylor

Simulación “Simulación es el desarrollo de un modelo lógico matemático de un sistema, de tal forma que se tiene una imitación de la operación de un proceso de la vida real.”

Jerry Banks

Simulación La simulación es una herramientas que nos permite representar un sistema al: • Diseñar, por ejemplo: Flujo del sistema, layout, celda de manufactura, etc.

Simulaciรณn โ ข Analizar un sistema, por ejemplo: Determinar capacidad de producciรณn, determinar tiempos de entrega, conocer el flujo de material, nivel de inventario, etc.

Simulación Evaluar el cambio (modificación de las variables del sistema), por ejemplo: • Mayor o menor número de trabajadores.

• Incremento de tiempos de procesos.

• Cambio de costos de producción.

• Nueva maquinaria.

Sistema “Colección de entidades que actúan e interactúan juntos para alcanzar un fin común. En la práctica, un sistema en la simulación depende totalmente de los objetivos de un estudio en particular.”

Law y Kelton

“Conjunto de dos o más elementos interrelacionados entre si que trabajan para lograr un objetivo en común.”

Ludwing von Bertalanffy

Sistema "Un conjunto de entidades caracterizadas por ciertos atributos, que tienen relaciones entre sĂ­ y estĂĄn localizadas en un cierto ambiente, de acuerdo con un cierto objetivo".

Francisco Puleo

Modelo de simulaciĂłn Un modelo es una representaciĂłn simplificada de un sistema elaborada para comprender, predecir y controlar el comportamiento de dicho sistema.

Estados del sistema Es la condición que guarda el sistema bajo estudio en un momento de tiempo determinado, se define como la descripción de todos las actividades, elementos y atributos que ocurren en el instante dado.

El estado del sistema se compone de variables o características de operación por ejemplo el número de piezas que hay en el sistema en ese momento y de variables acumuladas, o promedio por ejemplo el tiempo promedio que permanece la entidad en una fila.

Variables Son condiciones cuyos valores se crean y modifican por medio de ecuaciones matemรกticas y relaciones lรณgicas.

Las variables pueden ser nombradas para conocer los niveles de producciรณn.

***Recuerda que las variables pueden inferirse por el estado del sistema.

Entidad Es la representaciรณn de flujos de entrada y salida en un sistema; al entrar a un sistema una entidad es el elemento responsable de que el estado del sistema cambie.

Ejemplos: los clientes que llegan a la caja de un banco, las piezas que llegan a un proceso, o el embarque de piezas que llega a un inventario.

Atributo Es una característica de una entidad.

Por ejemplo, si la entidad es un motor, los atributos serian: • Su color • Peso • Tamaño

Azul

Naranja

Los atributos son muy útiles para diferenciar entidades sin necesidad de generar una nueva, y pueden adjudicarse al momento de la creación de la entidad, o asignarse y/o cambiarse durante el proceso.

Recursos Como su nombre lo indica, representan todo recurso como personal, equipo o espacio. Cuando estรกn disponibles, los recursos son ocupados por la entidad y al terminar son liberados.

Evento Es un cambio en el estado actual del sistema; por ejemplo, la entrada o salida de una entidad, la finalizaci贸n de un proceso en un equipo, la interrupci贸n o reactivaci贸n de una operaci贸n, o la falla de una maquina.

.

Ejemplo 1 Una empresa manufacturera recibe ciertos piezas para ensamble, estas piezas son colocadas en un almacén temporal en donde esperan a ser procesadas.

Un operario transporta 3 piezas del almacén a una maquina X, esto lo realiza durante toda su jornada de 8 horas.

Desarrolle un modelo que incluya el número de piezas que hay en el almacén y que esperan a ser atendidas y el número de piezas procesadas en la maquina X.

Identificación de los elementos de la simulación anteriores:

de acuerdo con las definiciones

Sistema: En este caso, el sistema esta conformado por el conjunto de elementos interrelacionados para el funcionamiento del proceso: las piezas, el almacén temporal, el operador, la maquina.

Entidades: en este modelo solo hay una entidad; las piezas, que representan los flujos de entrada al sistema del problema bajo análisis.

Estado del sistema: Número de piezas en el almacén, piezas procesadas, tiempo restante de proceso, en un momento determinado.

Atributos: las piezas pueden ser de tres tamaños diferentes. En este caso un atributo llamado tamaño puede agregarse a la información de cada pieza que llega al sistema, para mas adelante seleccionar el tipo de operación que deberá realizarse y el tiempo necesario para llevarla a cabo de acuerdo con dicho atributo.

Variables: Tenemos dos variables definidas en este caso: el numero de piezas en el almacén y el numero de piezas procesadas en el torno. ***Las variables de estado se definen a través del estado del sistema.

Eventos: de entre otros, podemos considerar como eventos de este sistema el tiempo de descanso de este operador o la salida de una pieza tras ser procesada.

Recursos: en este modelo un recurso es el operador que transporta las piezas del almacĂŠn a la maquina, y la misma maquina.

1.2 Alcance de un modelo de simulación

“Si no sabes a donde vas, ¿cómo vas a saber cuando llegues allí?”

Alcance de un modelo de simulación Los modelos de simulación pueden abarcar cualquier parte de un sistema o todo el sistema, por ejemplo abarcar la célula de manufactura de un producto hasta la evolución de la organización a largo plazo considerando la incorporación de más células de trabajo.

Alcance de un modelo de simulación

Al ser los modelos abstracciones del sistema real es necesario definir el alcance en cuanto al interés que guía el modelo (OBJETIVO). Así se pueden identificar tareas y recursos clave, o enfatizar el flujo de las entidades a lo largo del proceso, las relaciones entre procesos y productos, etc.

¿Cómo identificar el alcance?

1. Determinar el objetivo • ¿Por qué estoy simulando?

• ¿Para qué me sirve el modelo?

• ¿Qué quiero obtener?

2. Establecer KPI (key performance indicator) • Ejemplo: Cantidad de piezas producidas, tiempo promedio de espera, costos totales, etc.

¿Cuando usar la simulación?

• Observar el efecto de las alteraciones de un sistema en el comportamiento del modelo.

• Adquirir conocimiento sobre el Sistema a través del diseño de un modelo de simulación.

• Experimentar con nuevos diseños o políticas antes de su implementación.

• Determinar requisitos de una maquina a través de la simulación de diferentes capacidades.

• Mostrar animación.

¿Cuándo no usar la simulación?

• • • • •

El problema puede ser resuelto por otras vías .

No hay recursos o tiempo para ella.

No hay datos, ni siquiera estimaciones.

No hay tiempo ni personal para verificar/validar el modelo.

Se despiertan unas expectativas poco razonables.

1.3 Aplicaciones de la simulación •

Ocio Muchos videojuegos se basan en la simulación.

•

Aviación

Túneles de viento simulados para un mejor diseño de los aviones.

Formación de los pilotos.

•

Producción

La Simulación se usa para optimizar el equipamiento productivo y la planificación de la producción.

Áreas de aplicación

Industria

• Producción • Gestión de proyectos • Diseño

Logística

• Modelos de trafico • Cadena de suministro • Distribución

Servicios

• Gestión hospitalaria • Tiempos de servicio

¿Por qué usamos la Simulación?

Podremos usarla como: • Una herramienta de análisis para predecir el efecto de los cambios a aplicar sobre un sistema existente.

• Una herramienta de diseño para predecir el rendimiento de un nuevo sistema.

Muchos sistemas del mundo real son tan complicados que no pueden ser resueltos mediante ecuaciones.

• La Simulación puede analizar este tipo de sistemas complejos

Ejemplo de aplicación • • • • •

Diseñar/mejorar un centro de expediciones.

Diseñar/mejorar el flujo de visitantes a un parque de atracciones.

Diseñar/mejorar una línea de montaje de automóviles.

Diseñar/mejorar los procesos en un banco.

Diseñar/mejorar el tratamiento del equipaje en un aeropuerto.

Ventajas de la Simulación • • • • • • •

Predice rendimientos con precisión.

Elimina riesgos e incertidumbres.

Puede descubrir valor oculto.

Reduce despilfarros.

Valida procesos de mejora (lean, 6σ) Explora alternativas sin interferir con el funcionamiento del sistema.

Ayuda a la toma de decisiones en inversión (p.ej., nueva maquinaria).

Desventajas de simulación • • • •

La construcción de modelos requiere de cierto entrenamiento.

Los resultados de la simulación pueden ser difíciles de interpretar.

El modelo de simulación y su análisis puede ser lento y/o costoso.

La simulación proporciona información , no soluciones.

1.4 Metodología

Información

Diseño

Análisis

Modelo de simulación

El proyecto de simulación 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Definir el objetivo de estudio.

Entender el Sistema.

Determinar el alcance del modelo y el nivel de detalle .

Recolección de datos de entrada.

Construir el modelo (iterativo).

Verificar la lógica del modelo y los datos.

Validar los resultados.

Diseñar y ejecutar experimentos.

Analizar e interpretar los resultados.

Documentar y presentar resultados.

El proyecto de simulaciรณn

¿Cuáles son los errores más habituales?

• • • • • • • • •

No comprender los objetivos del estudio.

Abarcar demasiado o con demasiado detalle.

No tener en cuenta la variabilidad.

No obtener los datos necesarios.

No verificar/validar el modelo.

Malinterpretar la aleatoriedad en los resultados.

Falta de credibilidad.

Entregas fuera de plazo.

Los resultados son descriptivos – no prescriptivos.

1.5 Simuladores de vanguardia • • • • •

SIMIO Witness Flexsim PlantSimulation PROMODEL

Bibliografía • Pegden, D., Sturrock D. (2013). Rapid Modeling Solutions; Introduction to Simulation and Simio. Fourth Edition. Simio LLC. • Recuperado de: http://www.simio.com.learningsimio_chapter_00_introductionandov erview.ppt • Información consultada en: http://www.wintersim.otg