Transcript unidad 1 simulacion de sist prod

M. EN I. ELOY DIMAS CELESTINO
 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.
 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.
• 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.
 ¿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.
 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.
 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,...
 Estudiar su comportamiento
 – Medir su calidad,
mejorarlo o controlarlo
 – Diseñarlo (si no existe)
 1. Modelos
discretos/continuos
 2. modelos
probabilistícos
/deterministicos
 3. Modelos estáticos
/dinámicos
 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
 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.
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.
 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
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.
 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.
Sistema
Concepto
Modelo
La simulación proporciona un
modelo virtual en el que se puede
experimentar
 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
• Dificultad de encontrar el modelo de ecuaciones que representen
al sistema real
•Dificultad para resolver el modelo
Modelo de simulación
Xo
Datos de
entrada
Modelo de
Simulación
Proceso . . . . .
Yo
Resultados
Datos de
entrada
Xo
Xn
Y óptima
Modelo de
Simulación
Proceso . . .
Yn
¿Cómo decidir cual es mas conveniente?
¿Puede un problema ser solucionado analíticamente?
Si
¿Se desea una solución analítica?
Si
No
Solucionar analíticamente
No
¿Es posible la experimentación?
Si
¿Es deseable?
Si
No
Experimentar en la realidad
No
SIMULACIÓN
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
Las cuatro “Ss” de la simulación
 System
 Simulation
 Statistics
 Software
 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.
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
 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.
Ejemplos:
Sistemas
Entidades
Atributos
Actividad
Enventos
Variablesde
estado
Banco
Clientes
Cuenta de
cheques
Hacer
depósitos
Llegada,
salida
# de cajeros
ociosos
Producción
Máquinas
Velocidad,
capacidad
Soldado,
estampado
Fallas
Estatus de la
máqina
Comunica
ción
Mensajes
Tamaño,
destino
Transmi
sión
Llegada al
destino
# de
mensajes
esperando
Invetario
Almacén
Capacidad
Almacenar
Demanda
Inventario
devuelto
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 el
sistema donde ocurren las cosas. Las locaciones pueden ser objetos como
máquinas, fila de espera, banda de transporte , un escritorio o una estación de
trabajo.
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 el modelo, se le llama llegada. Las llegadas pueden ocurrir de acuerdo al
tiempo, o a alguna otra condición.
Proceso: (Processing) El proceso describe las operaciones que
toman lugar cuando una entidad está en una locación, como la
cantidad de tiempo que la entidad permanece ahí, los recursos
que necesita para completar el proceso y cualquier otra cosa
que sucede en la locación, incluyendo seleccionar el siguiente
destino.
Recursos: (Resources) Un tipo de objeto que se utiliza por
entidades o locaciones para realizar algun tipo de actividad,
como un operario o un montacargas.
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.
Ejemplo
Elabore un diagrama de flujo que
describa el comportamiento del
procedimiento dela reinscripción de
la universidad
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.
CONSTRUCCION DE MODELOS
Su utilidad puede tener los siguientes matices:
1. Ayuda para aclarar el pensamiento acerca de un
área de interés.
2. Como una ilustración del concepto.
3. Como una ayuda para definir estructura y lógica
4. Como un pre requisito al diseño.
V=IR
M1
D
K1
Max Z=5X1+2X2
sa
X1-X29
¥Xj0
M2
K2
Estado estable
Y=a+bX
Dinámico
Determinista
Ecuaciones
algebraicas
Ecuaciones
diferenciales
No-determinista
Relaciones
estadísticas y
probabilísticas
Simulación
de eventos
discretos
Sistema
Experimentar
con el
sistema
Experimentar
con un modelo
del sistema
Modelo
fisico
Modelo
matemático
Solución
analítica
SIMULACION
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
Simulación de Sistemas
En teoría de colas hablamos de conceptos como:
• Población
• Cliente
• Sistema
• Linea de espera (cola, fila)
• Servidor
• Llegadas
• Salidas
Oficina de Viajes
Clientes
Llamada en
espera
Llamada en
espera
Llamada en
espera
Proceso de Entrada
Llegadas
Evento de llegada
Servidor
?
ocupado
SI
La unidad trata de
formar en la cola
Cola llena
?
No
La unidad pasa a
formar a la cola
NO
La unidad
entra a servicio
SI
La unidad no
entra al sistema
Proceso de Salida
Salidas
No
Poner servidor
en ocio
Otra unidad
Esperando?
Si
La unidad abandona
la cola
El servidor atiende
a la unidad
La unidad sale
del sistema
Ejercicios
Construya el diagrama de flujo para las llegadas y salidas del sistema de
los siguientes casos:
a) La recepción de un hotel
b) Un taller de pintura de autos
c) Un banco de servicios financieros
d) una embotelladora de refrescos
e) Un centro de distribución
f) una fábrica de refrigeradores
ELEMENTOS DEL MODELO
SISTEMA: piezas, almacen temporal, el
operario, el torno
ENTIDADES: las piezas, que
representan los flujos de entrada al
sistema
ESTADO DEL SISTEMA: Se puede
observar que en 1 hora y 10 minutos
de simulación, el almacén hay 9 piezas
esperando, el operario esta
transportando, el torno no esta
trabajando pero ya procesó 4 piezas.
Se pueden observar otros parámetros
EVENTOS: puede ser el tiempo de
descanso del operario, salida de una
pieza después de ser procesada
LOCACIONES: el almacen temporal y el
torno
RECURSOS: el operario que transporta
la pieza.
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