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• Maritzii Alonso

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Simulación de procesos con Arena INTRODUCCIÓN Arena es un software de simulación orientado a eventos y orientado a procesos. Orientado a eventos porque el estado del modelo cambia en función de la ocurrencia de diversos eventos. Orientado a procesos porque hay un diagrama de flujo que indica el procesamiento que siguen las entidades del modelo. Definimos el modelo empleando la orientación a procesos, y la simulación se realiza en función de los eventos. Simulación Según Robert Shannon (1975) “La simulación es el arte de diseñar y desarrollar un modelo computarizado de un sistema o proceso y conducir experimentalmente con este modelo con el propósito de entender el comportamiento del sistema del mundo real o evaluar varias estrategias con los cuales puedan operar el sistema”.

Naylor et al. (1966), define así: "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".

Shubik (1960): “La simulación de un sistema o de un organismo es la operación de un modelo que se le llama simulador y es la representación del sistema. Este modelo o simulador estará sujeto a diversas manipulaciones, las cuales serían imposibles de realizar, son demasiado costosas o imprácticas. La operación de un modelo puede estudiarse y con ello conocer las propiedades concernientes al comportamiento del sistema o subsistema real”.

La simulación es de utilidad para empresas que desean experimentar con un nuevo sistema, ya sea en atención al cliente o para un determinado proceso de producción, porque usualmente es más económico realizar un proyecto piloto de experimentación para el nuevo sistema. Éste podría tener una falla intrínseca, difícil de observar, pero que representaría un costo evitable al realizar una simulación.

Para simular un sistema se debe tener conocimiento de la secuencia de los sucesos y como se abordarán en el modelo, es decir, el tipo enfoque que se ha de utilizar para seguir las sutiles variaciones en el sistema a medida que entran y salen las entidades, cómo son registradas dichas variaciones y a cuáles se le dará mayor prioridad.

¿Qué es Simulación? “Simulación es el proceso de diseñar un modelo que represente un sistema real y realizar experiencias con la finalidad de aprender el comportamiento del sistema o de evaluar diversas estrategias (dentro de los límites impuestos por un criterio o un conjunto de ellos) para comprender el funcionamiento del sistema.” Robert Shannon, 1975.

Aplicaciones de la Simulación 

Sistemas de producción: planificación, control de inventarios, líneas de productos, programación.



Sistemas de servicios: admisión de hospitales, operaciones en ventanillas de bancos, grandes superficies, restaurantes de comida rápida.



Sistemas de distribución: almacenes, red de distribución.



Sistemas informáticos: redes de comunicación, ordenadores, software y hardware, protocolos.



Sistemas económicos y financieros.



Otros: teoría de juegos, situaciones de emergencias por catástrofes, etc.

Sistema Es una colección de elementos organizados que interactúan juntos hacia el logro de un objetivo común.

Sistema de Biblioteca Elementos del sistema:  Libros  Revistas  Cd´s  Videos  Periódicos  Sillas  Mesas  Computadores  Salas de consulta  Salas de lectura  Bibliotecarios

 Auxiliares

Sistema de Matricula Elementos del sistema:  Alumnos  Ticket de pago  Computador  Internet  Horario preliminar  Software  Reporte de matrícula

Sistema de Compras Elementos del sistema:  Cliente  Lista de elementos a comprar  Computador  Medio o canal de comunicación  Comprador  Software  Reporte de compra

Sistema Es un conjunto de elementos usados para ejecutar un proceso, para lo cual requiere además, recursos y controles. Un sistema comprende un proceso, pero también incluye los recursos y los controles para poder realizar el proceso.

Definición de los sistemas Estructural •

Se define el sistema identificando y describiendo cada una de sus partes.

•

Se considera que luego de hacer esto se puede conocer al sistema.

Funcional •

Se define el sistema considerando cada una de sus partes como una caja negra y conociendo las interrelaciones que existen entre ellas.

•

Se conoce el sistema, si es que se conoce su dinámica.

Proceso Proceso: Es un conjunto de operaciones, actividades o tareas que crean una salida con base en una o más entradas.

Elementos de un Sistema

Entidades: Son los items que transitan por el sistema para ser procesados o recibir un servicio.

Las entidades se pueden caracterizar por el costo, el orden, la prioridad, el estatus, entre otros factores. -

Animados

-

Inanimados

-

Intangibles

Actividades: Son las tareas que se realizan en un sistema; pueden estar involucradas directa o indirectamente en el procesamiento de las entidades. Las actividades tienen una duración y por lo general involucran el uso de recursos. Recursos: Son los medios para poder ejecutar las actividades. Proveen el soporte de máquinas, equipos, personal y facilidades en general para llevar a cabo las actividades. -

Animados

-

Inanimados

-

Intangibles

Controles: Los controles gobiernan cómo, cuándo y dónde son ejecutadas las actividades; también determinan las acciones que se deben tomar cuando cierto evento o condición ocurre.

Propiedad de los sistemas Sinergia. La interrelación de las partes es mayor o menor que la simple suma de las partes. Entropía Indica el grado de desorden del sistema. Se puede reducir la entropía ingresando información al sistema. Equilibrio homeostático. Equilibrio dinámico. Regular las funciones que existen dentro de el para mantener una condición estable y permanente.

¿Dónde están los sistemas?

Los sistemas son constructos mentales. Corresponden a la representación mental de los objetos del mundo real. Cada sistema depende del punto de vista del observador (modelador). Corresponden a modelos de la realidad (modelo mental) Diferentes Personas  Diferentes Visiones  Diferentes Sistemas

Modelos •

Es una abstracción de la realidad.

•

Es una representación de la realidad que ayuda a entender cómo funciona.

•

Es una construcción intelectual y descriptiva de una entidad en la cual un observador tiene interés.

•

Se construyen para ser transmitidos.

•

Supuestos simples son usados para capturar el comportamiento importante.

Un modelo es un sistema desarrollado para entender la realidad y en consecuencia para modificarla. No es posible modificar la realidad, en cierta dirección, si es que no se dispone de un modelo que la interprete.

¿Para qué sirve un modelo?

Modelos Mentales y Formales •

Modelos Mentales. Depende de nuestro punto de vista, suele ser incompletos y no tiene un enunciado preciso, no son fácilmente transmisibles. Ideas, conceptualizaciones

•

Modelo Formales. Están basados en reglas, son transmisibles. Planos, diagramas, maquetas

Arena El aumento de la capacidad de procesamiento de los computadores, unido a las mayores posibilidades gráficas de los mismos, ha contribuido a la aparición de software de simulación más “amigable”, que facilita al usuario el proceso de elaboración, validación y experimentación de modelos mediante el uso de herramientas gráficas dentro de un entorno de ventanas. Dentro de este grupo se ubica ARENA desarrollado por ROCKWELL SOFTWARE.

ARENA combina la facilidad de uso de los simuladores de alto nivel con la flexibilidad de los lenguajes de simulación. ARENA se nos presenta como una Herramienta “Orientada al Proceso”, por cuanto permite la descripción completa de la experiencia que una entidad desarrolla al interior del sistema conforme fluye a través de él.

Dada la orientación al proceso, el desarrollo de modelos en ARENA se estructura sobre una base grafica asociada a la construcción de diagramas de flujo, que describirán la serie de pasos que debe seguir una entidad conforme avanza en nuestro sistema.

Es decir ARENA posibilita la construcción de los modelos sin la necesidad de codificar los programas. Para ello ARENA provee de una serie de Módulos gráficos que nos permitirán desarrollar las descripciones de los procesos asociados a los sistemas que modelaremos.

Bases para el uso de Arena. Arena es un software que permite modelar sistemas de producción y de servicios para simular o representar su comportamiento y operación. Permite:  Modelar un proceso para definir, documentar y comunicar.  Simular el funcionamiento futuro de un sistema para entender sus relaciones complejas e identificar las oportunidades de mejora.  Visualizar las operaciones con gráficas y animaciones dinámicas.  Analizar el sistema bajo nuevas configuraciones y alternativas para elegir la mejor. El software está basado en un diagrama de flujo del sistema, que debe ser sencillo de inicio y se puede ir complicando hasta abarcar todo el sistema. Como se usa Arena?

Ventana del Modelo: Contiene los siguientes elementos:  Vista de diagrama de flujo: contiene el diagrama, animación y elementos gráficos de la simulación.  Vista de hoja de Cálculo: contiene la información del modelo, permite el acceso a todos los parámetros y elementos del modelo. Los bloques básicos para un diagrama de flujo y para poder simular usando Arena son: MÓDULOS DE FLUJO Un módulo es el elemento básico para la construcción de modelos en ARENA, estos módulos están ubicados en la barra de proyectos. En este manual se describirán módulos necesarios para el diseño de sistemas básicos. Es importante mencionar que la lógica básica se define como una red por donde circulan entidades (automóviles, clientes, productos, cajas, documentos, etc) por esta red desde un punto inicial hasta un punto final por donde salen.

 Bloque Create Es el punto de inicio para las entidades en un modelo de simulación. Las entidades son las personas, artículos, productos, etc, que se mueven dentro del sistema modelado. Se crean

Create 1

0

usando un horario o definiendo un tiempo entre llegadas. Es la entrada al sistema.



Bloque Process Éste bloque es el método principal para procesar en la simulación. Tiene opciones para ocupar y liberar a los recursos restringidos del sistema. También se puede usar como un submodelo que contenga más operaciones y procesos.

Process 1

0  Bloque Decide

0

Éste bloque permite la toma de decisiones en el sistema, ya sea basadas en probabilidades o en condiciones. Normalmente tiene dos salidas: veradero (true) o falso (false), pero puede tener más.

True

Decide 1

0

False



Bloque Assign

Assign 1



Éste bloque se usa para asignar nuevos valores a las variables, atributos de las entidades, figuras de las entidades u otras variables del sistema.

Bloque Batch

Batch 1

0

Éste bloque se usa como un mecanismo para agrupar y formar lotes, los cuales pueden ser permanentes o temporales. Los lotes se construyen con un número específico de entidades. Se forma una cola hasta que se junten el número requerido para formar el lote. Una vez formado, se crea una nueva entidad representativa.



Bloque Separate

0

Éste bloque se usa para crear copias de una entidad o para separar lotes temporales.

Separate 1 Original

0 

Duplicate

Bloque Record Éste bloque se usa para llevar estadísticas de la simulación.

Record 1



Bloque Dispose

Dispose 1

0 Es el bloque final de las entidades de la simulación.



Bloque Match Éste bloque sincroniza la salida de distintas entidades en el proceso. Una vez que se reúnen el número especificado de ellas, se permite su avance al siguiente bloque.

Match 1

MÓDULOS DE DATOS La introducción de datos se realizar desde el Basic Process Panel, al seleccionar cualquiera de los módulos se muestra los datos configurables en la vista de hoja de cálculo.

Módulo ENTITY Este módulo representa y muestra las entidades generadas para el sistema (clientes, piezas, automóviles, etc), un concepto ampliado de entidad lo tienen en la primera sección de este material. Las entidades pueden crearse directamente en el módulo Entity y luego utilizarlas en los módulos o también pueden generarse automáticamente dentro del módulo Create, y luego personalizarlas en el módulo Entity.

A cada entidad que va a circular por el sistema se puede configurar la imagen inicial, presencia en los reportes estadísticos, etc. Módulo QUEUE Este módulo representa las colas en los servicios, cuando un recurso que se quiere utilizar esta ocupado. Al clicar este módulo se ven las colas que están configuradas en el sistema antes de iniciar la ejecución del modelo. En el módulo QUEUE se configura el tipo de cola (FIFO, LIFO, etc), presencia en los reportes, etc.

Módulo RESOURCE Este módulo de dato representa o define los recursos en el sistema, incluyendo información de los costos y disponibilidad de recursos. Los recursos pueden tener una capacidad constante o basada en una programación, los recursos también podrían fallar y deben configurarse. Por eso que al clicar sobre este módulo se ve en la vista de hoja de cálculo todas estas secciones configurables.

Modulo VARIABLE Este módulo de dato se utiliza para representar o definir una dimensión de variable y valores iniciales. Las variables pueden ser referenciadas en otro modulo (por ejemplo el modulo DECIDE), pueden ser reasignadas con nuevos valores gracias al módulo ASSIGN, y pueden ser usadas en alguna expresión. Existen varias formas de ir cambiando los valores de las variables, durante la ejecución del sistema. Por ejemplo una variable nos serviría para saber el número de personas atendidas por hora.

Módulo SCHEDULE Este módulo de dato puede ser usado en combinación con el modulo recurso para definir o representar una operación programada para un recurso o con una modulo CREATE para definir la programación de llegadas. Módulo SET

El módulo de dato representa o define varios tipos de fijados, incluyendo recursos, counters, tallies, tipo de entidades y figuras de las entidades. Los recursos fijados pueden utilizarse en el módulo PROCESS. Counters y Tallies se utilizan en el módulo RECORD.

MARCO CONTEXTUAL

Sus aplicaciones se centran en el análisis de procesos de gestión administrativa y servicios en Seguros, Banca o Finanzas, o flujos y procesos de fabricación no intensivos en manejo de materiales. Abarcan campos diversos, destacando el análisis de sistemas de producción y logística industrial, distribución, nodos de transporte y almacenaje, servicios, así como logística integral y el análisis de toda la cadena de suministro. Está especialmente indicado en el análisis de líneas de fabricación y envasado/empaquetado de grandes velocidades de producción, que son fundamentales en industrias de alimentación y bebidas, industria farmacéutica, química y cosméticos, e industria electrónica. Permite evaluar el ROI asociado a la implantación de nueva tecnología y equipos de proceso, validar el diseño de líneas, evaluar mejoras en líneas existentes.

Experimentar con condiciones de operación que podrían ser peligrosas o de elevado coste económico en un sistema real. Por otro lado la toma de decisiones basada únicamente en el estudio realizado mediante la simulación, conlleva un elevado riesgo si el modelo e el cual se baso el estudio no ha sido validado y las fases del proyecto convenientemente verificadas.

Las técnicas de simulación pueden ser utilizadas como una metodología de trabajo barata y segura que permite responder satisfactoriamente a preguntas del tipo “¿Qué ocurriría si realizamos éste cambio . Cuando las capacidades y la sofisticación de los lenguajes y paquetes de simulación empezaron a aumentar drásticamente sobre los años 40, el concepto de cómo y cuándo usar simulación cambió. Al principio, sobre finales de los años 50 y la década de los 60, la simulación era una herramienta cara y especializada que era usada generalmente sólo por grandes corporaciones que requerían grandes inversiones de capital (corporaciones del acero y aeroespaciales). El uso de la simulación tal como se conoce hoy en día empezó sobre los años 70 y principios de los 80. Los ordenadores comenzaron a ser más rápidos y baratos y el valor de la simulación empezó a ser descubierto por otras industrias, aunque la mayoría de las compañías eran aún bastante grandes. Sin embargo, la simulación se convirtió en la herramienta elegida por muchas compañías, sobre todo industria pesada y automoción, para determinar por qué ocurrían los desastres y, en algunas ocasiones, para saber dónde encontrar la causa del fallo.

Durante los 80 la simulación empezó a establecer sus raíces en los negocios debidos en gran parte a la introducción del ordenador personal y la animación. Aunque aún se usaba para analizar los fallos de los sistemas, mucha gente solicitaba la simulación antes de que la producción empezara. A finales de los 80, la utilidad de la simulación fue reconocida por muchas grandes firmas, varias de las cuales realmente hicieron de la simulación un requerimiento antes de la aprobación de cualquier inversión importante de capital. Sin embargo, la simulación no estaba aún lo bastante extendida y rara vez era usada por pequeñas firmas. La simulación realmente empezó a madurar sobre los 90. Muchas empresas pequeñas incorporaron esta herramienta. Una mejor animación, fácil de usar, ordenadores más rápidos, fácil integración con otros paquetes y la aparición de simuladores han ayudado a que la simulación se convierta en una herramienta estándar en muchas compañías. La manera en que la simulación se está usando también está cambiando, ahora se usa con antelación, en la fase de diseño y, frecuentemente, actualiza los cambios que deben ser realizados en los sistemas de operaciones. Esto proporciona un modelo de simulación que permite ser usado para el análisis de sistemas en muy corto plazo. La simulación también ha invadido el servicio de la industria, donde está siendo aplicada en muchas áreas no tradicionales. Los mayores impedimentos a los que se enfrentan la simulación desde que se ha convertido en una herramienta bien utilizada y universalmente aceptada son el tiempo necesario para llevar a cabo el desarrollo del modelo y los conocimientos y habilidades de modelado requeridos para ser capaz de desarrollar una simulación con éxito. No obstante, la velocidad de cambio en la simulación se ha acelerado en los últimos años y hay razones para pensar que seguirá este rápido crecimiento en un futuro próximo.

Versiones de Arena. Versión 5.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 11.0, 12.0, 13.0 y 14.0 la cual es la versión más recomendable para el uso de la misma.