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Simuladores de Eventos Discretos

PROPÓSITOS DE LA CLASE. 

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Proveer al estudiante de un entendimiento de la teoría y proceso del modelado de la simulación. Conoce los principales lenguajes de simulación y simuladores, sus características, y sus aplicaciones en las organizaciones. Aprender a utilizar un simulador. Simular un problema aplicado a un sistema productivo. Comprender el papel de la simulación en la resolución de problemas de ingeniería.

“En esta unidad introductoria se abordan algunos conceptos elementales en relación con los sistemas, los modelos y la simulación. También se indican las principales ventajas y desventajas de los modelos de simulación y su clasificación. Uno de los puntos mas importantes de esta unidad es el establecimiento de los pasos a seguir para realizar un estudio de simulación, estos pasos son la base para el desarrollo de las siguientes unidades.”

Contenido 1. 2. 3.

Haciendo memoria Simuladores (Arena, ProModel, Witness, etc.) Aprendizaje y uso de un simulador: a) Características del software b) Elemento del modelo c) Menús principales d) Construcción del modelo e) Practica usando el simulador aplicado a un sistemas productivos.

1. Haciendo memoria ¿Qué es Simulación? 

Son métodos y aplicaciones usadas para imitar sistemas reales, usualmente mediante el uso de la computadora, analizando los datos con el fin de mejorar el rendimiento del sistema. (Law y Kelton, 1991).

Simulación. La simulación es la representación de la operación de algún proceso o sistema del mundo real a través del tiempo. Ya sea hecha manualmente o en una computadora, la simulación involucra la generación de una historia artificial de un sistema y su observación para obtener inferencias relacionadas con las características operativas del sistema real [Banks et. al., 2001].

El comportamiento de un sistema a través del tiempo es estudiado mediante el desarrollo de un modelo de simulación. Este modelo comúnmente toma la forma de un conjunto de supuestos respecto a la operación del sistema, estos supuestos son expresados en forma de relaciones matemáticas y lógicas entre los objetos de interés del sistema. Después que ha sido desarrollado, validado y verificado el modelo, puede ser utilizado para investigar una amplia variedad de preguntas del tipo ``¿qué pasa si...?", acerca del mundo real. La simulación también puede ser utilizada para estudiar sistemas en su etapa de diseño, antes de que dichos sistemas sean construidos.

De esta manera los modelos de simulación pueden ser utilizados tanto como una herramienta de análisis para predecir los efectos de cambios en sistemas existentes, así como una herramienta de diseño para predecir el comportamiento de sistemas nuevos.

La Historia. La técnica de simulación de sistemas es una herramienta de análisis, cuyo uso se ha extendido a diversas áreas recientemente. Su inicio se ubica en la década de los cuarentas cuando Von Neumann y Ulam la utilizaron para analizar y resolver problemas complejos en el campo de la física, en los que la solución analítica no siempre es factible o es demasiado costosa. El uso de la computadora, con las facilidades y ventajas que esto implica, hizo posible que la simulación de sistemas ampliara las áreas y objetivos de su aplicación [Rodriguez et. al., 1991].

Sistemas  

Sistema – proceso o servicio, real o planeado Ejemplos:           

Servicios de manufactura Operaciones bancarias Operaciones de un aeropuerto Operaciones de transporte/logística/distribución Servicios Hospitalarios Red de computadoras. Sistema de autopistas Procesos de negocios Plantas químicas Restaurantes de comida rápida Supermercado

Trabajar con el Sistema? 

Estudiar el sistema – medir, mejorar, diseñar, controlar

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Jugar con el sistema real 

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Ventaja: se observan las características y eventos que ocurren en la realidad

Qué pasa cuando no es posible jugar directamente con el sistema que se pretende estudiar:  

Sistema no existe Podría ocasionar disturbios en el sistema, resulta caro, o es peligroso.

Modelos 

Modelo – Conjunto de suposiciones/aproximaciones acerca de cómo un sistema trabaja  

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Estudiar el modelo en lugar del sistema real. Pueden probarse una amplia variedad de ideas con el modelo Validación del modelo:  

Se representa la realidad completamente? Nivel de detalle

Físicos (iconográficos) Lógicos (matemáticos)

Diferentes tipos de simulación 

Estática vs. Dinámica 

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Cambio continuo vs. Cambio discreto 

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El estado del sistema cambia continuamente o sólo en puntos discretos del tiempo?

Determinista vs. Estocástica 

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El tiempo juega un papel importante en el modelo?

Todo es seguro o hay incertidumbre?

La mayoría de los modelos operacionales: 

Dinámicos, cambio discreto, estocásticos

Experimentación con el Sistema. La Figura 1.1. muestra las distintas alternativas que se pueden seguir para realizar experimentos con un sistema, desde luego, el mayor realismo es alcanzado al experimentar con el sistema real, lo cual constituye la principal ventaja de esta alternativa; sin embargo, esto tiene numerosas desventajas, entre ellas está el hecho de que el sistema real debe existir antes de que los experimentos puedan ser realizados en él, mientras que el objetivo podría ser el diseño de un sistema que aún no existe. Por otro lado, si el sistema ya existe y está en operación, por razones económicas y/o políticas podría no ser factible interrumpir su utilización con el objeto de realizar la experimentación. Aún en el caso de que el sistema real pudiera ser utilizado para la experimentación, se requerirían generalmente grandes cantidades de tiempo para llevar a cabo los experimentos. Además, los resultados observados durante la experimentación con el sistema real no se pueden generalizar

2.- Simuladores (Arena, ProModel, Witness, etc.) Simulación por computadora 

La simulación por computadora se refiere a los métodos utilizados para estudiar una amplia variedad de modelos de sistemas  

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Evaluada numéricamente en una computadora Utiliza software para imitar las características y operaciones del sistema, a través del tiempo

El poder de la simulación está en el estudio de sistemas complejos

COMPARACIÓN DE PAQUETES DE SIMULACIÓN CON LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN 

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Una de las decisiones más importantes que debe preocupar a un modelador o un analista debe ser el estudio de la opción del software a emplear. Si la selección del software no es lo suficientemente flexible o es demasiado difícil para usar, entonces el proyecto de simulación puede producir resultados erróneos o ni siquiera pobra completarse. Un automático paquete de simulación muestra resultados con un significativo decremento de tiempo y una reducción en el costo del proyecto global. El lenguaje básico de programación que emplean es C Un paquete de simulación de propósito general puede usarse para cualquier aplicación, pero podría tener los rasgos especiales con toda seguridad en algunos otros.

Clasificación 

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Manufactura. AutoMod [Banks (2004) and Broks (2005)], Enterprise Dynamics [Incontrol (2005)], Flexsim [Flexsim (2005)], ProModel [Harrell et al. (2004) and PROMODEL (2005b)], QUEST [Delmia (2005)], and WITNESS [Lanner (2006)]. Redes de Comumicación. OPNET Modeler [OPNET (2005)] and QualNet [Scalable (2005)]. Procesos de Reingeniería y Servicios. ProcessModel [ProcessModel (2005)], ServiceModel [ PROMODEL (2005c)], and SIMPROCESS [CACI (2005)]. Cuidado de la Salud. MedModel [PROMODEL (2005a)]. Centros de Contacto. Arena Contact Center Edition [Rockwell (2005b)]. Cadena de Suministros, Suplí Chain Builder [Simulatión Dynamics (2005)]. Animación (auto-suficiente). Proof. Animation [Wolverine (2006)] and Systemflow 3D Animador [Systemflow (2005)].

Usuarios graves de simulación! 

Un examen de la Cumbre Mundial 2007 del WSC (Winter Simulation Conference) “www.wintersim.org” dice que más de 300 documentos fueron presentados este año, y el número de documentos que hacen referencia a los diversos paquetes de simulación en la actuación de los líderes mundiales en la conferencia, incluyó los siguientes productos:

3.- Aprendizaje y uso de un simulador: 

ProModel es un simulador con animación para computadoras personales. Permite simular cualquier tipo de sistemas:  Manufactura,  Logística,  Manejo de materiales, etc.  Puedes simular bandas de transporte, grúas viajeras, ensamble, corte, talleres, etc.

a) Características del software Generalidades de ProModel 

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.

b) Elemento del modelo Esquema de funcionamiento 

La simulación con ProModel es la forma como se animan las interacciones entre los elementos (locaciones, entidades, ...) y la lógica definida.

c) Menús principales y d) Construcción del modelo

Locaciones 

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Representan los lugares fijos en el sistema a dónde se dirigen las entidades por procesar, el almacenamiento, o alguna otra actividad o fabricación. Deben usarse locaciones para modelar los elementos como las máquinas, áreas de espera, estaciones de trabajo, colas, y bandas transportadoras.

Editor de locaciones 

El Editor de locaciones consiste en tres ventanas:  La ventana de Gráficos ubicada hacia la esquina inferior izquierda de la pantalla,  La tabla de edición de locaciones a lo largo de la parte superior de la pantalla, y  La ventana de Layout (Esquema) ubicada hacia la esquina inferior derecha de la pantalla.

Entidades 

Todo lo que el sistema procesa es llamado "Entidad", también puede pensarse en ellas como las partes en los sistemas de manufactura, personas, papeles, tornillos, productos de toda clase.

Editor de Entidades 

Consiste en:  Una tabla de edición para especificar las propiedades de la entidad en el sistema, y  Una ventana grafica para seleccionar uno o más gráficos para representar la entidad.

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Path Networks 

Se pueden conceptualizar como rutas, rieles o caminos fijos por los cuales se mueven los recursos (operarios, maquinas, etc.) para transportar entidades.

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Editor de Path Networks 

En ésta tabla se reúne la información básica de la "ruta"

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Recursos 

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Un recurso es un operario, o una maquina que sirve para transportar, realizar operaciones puntuales, mantenimientos o asistencias complementarias para el procesamiento de entidades. Hay recursos dinámicos y estáticos,

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Editor de Recursos 

Consiste de la tabla de edición de recursos y la ventana de gráficos; las dos se usan para definir las características de los recursos.

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Proceso  

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Define las rutas y las operaciones que se llevaran a cabo en las locaciones para las entidades en su viaje por el sistema. También puede decirse que generalmente se conocen o hacen parte de la información recolectada del sistema, los diagramas de proceso o operación, estos se transcribirán al computador para formar el proceso.

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Editor de Proceso 

El editor de proceso consta de cuatro ventanas que se despliegan simultáneamente.

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Arribos 

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Al transcurrir la simulación nuevas entidades entran al sistema, esto es un arribo. Un arribo puede consistir en personas, materia prima, información, los sistemas necesitan una entrada para activar el funcionamiento de los procesos al interior de ellos.

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Editor de Arribos 

El editor de arribos consta de tres ventanas que aparecen la pantalla juntas,  La tabla de edición,  La ventana de herramientas y  Ventana de layout ó esquema.

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Información General 

Permite especificar como el nombre; las distancia, así como toman las imágenes etc

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información básica del modelo unidades por defecto de tiempo y la librería grafica de la cual se para crear locaciones, entidades,

Construcción de la lógica  Dentro

de los elementos que conforman los modelos en ProModel, existen cuadros o ventanas de lógica.

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Ejemplo 

Fabricación de Engranes (notas) 

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Analizar 

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Modelo original  Con tiempos constantes (1 )  Con tiempos aleatorios (2) Modelo con recursos ( 2 ) Modelo con bandas transportadoras ( 2 ) Modelo con preparación de cajas y traslado a un almacén (5) Utilización del equipo

Probar escenarios

Bibliografía 

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SIMULATION MODELING AND ANALYSIS Third Edition Averill M. Law W.David Kelton Ed. McGraw-Hill Simulation A Modeler´s Apprach James R. Thompson Ed. Vic Barnett SIMULACIÓN CON SOFTWARE ARENA Cuarta Edición W. David Kelton Randall P. Sadowski David T. Sturrock Ed. McGraw-Hill