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Universidad Industrial de Santander

Escuela de Estudios Industriales y

Empresariales

Ing. Edwin Alberto Garavito Hernández Diseño de Sistemas Productivos

Simulación

de Procesos

en

Diseño de Sistemas Productivos Ing. Edwin Alberto Garavito Hernández

En este capítulo se presentan prácticas asociadas a la construcción, ejecucióny análisis de resultados de modelos de simulación en ProModel.

1.1 PRÁCTICA 1: CONSTRUCCIÓN Y EJECUCIÓN DE UN MODELO BÁSICO EN

PROMODEL.

1.1.1 OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

• Comprender los elementos básicos de modelado en ProModel: estaciones, entidades, procesamiento y llegadas.
• Utilizar las herramientas para rotular estaciones en ProModel.
• Utilizar el comando WAIT para simular el tiempo de procesamiento tanto determinístico como probabilístico.
• Utilizar el comando MOVE FOR para indicar la lógica de los movimientos de las entidades.
• Construir en ProModel un modelo de simulación con múltiples estaciones y varias entidades.
• Ejecutar el modelo construido y analizar los resultados obtenidos.

1.1.2 SIMULACIÓN EN PROMODEL

ProModel es unaaplicación que se ajusta a los estándares del trabajo en Windows, y permite la utilización de menús desplegables en los cuales encontramos todos los comandos de la aplicación, cuadros de diálogo, Drag and Drop^1 , y módulos que permiten un alto nivel de flexibilidad en la construcción de los modelos.

A continuación se describen brevemente cada uno de los módulos y la mecánica de trabajo para la definición de los elementos que se involucran en ProModel.

(^1) Característica de los sistemas orientados a objetos que permiten tomar los objetos y colocarlos o

desplazarlos utilizando el puntero del cursor

1 Prácticas en PROMODEL

Diseño de Sistemas Productivos Ing. Edwin Alberto Garavito Hernández

Cap.: Es una expresión numérica que indica la cantidad de entidades que pueden ser procesadas en la estación simultáneamente.

Units: Hace referencia al número de estaciones iguales que se poseen. Si hay más de un puesto de trabajo o máquina con las mismas características, no es necesario definirlos por separado; simplemente se escribe el número en esta casilla.

DTs.: En esta columna se programan los tiempos muertos o de paradas (Downtimes),los cuales pueden representar interrupciones programadas, tales como cambios de turnos, descansos o periodos de mantenimiento, o interrupciones no programadas asociadas a las fallas en los equipos. Al oprimir el botón DTs, se despliegan las siguientes opciones:

 Clock : indica tiempos de parada que se producen en función del tiempo, independientemente de la cantidad de entidades que se hayan procesado en la estación. Por ejemplo: el tiempo empleado enuna máquina para efectuar el mantenimiento.  Entry:indica tiempos de paradaque se ocasionancuando una estación necesita ser ajustada después de procesar un cierto número de productos (entidades). Por ejemplo, cuando una impresora necesita un nuevo cartucho después de haber impreso cierta cantidad de páginas.  Usage: indica los tiempos de parada que se producen después de que una estación ha estado funcionando durante un cierto período de tiempo. Por ejemplo:la falla de una máquina debido al desgaste después de muchas horas de funcionamiento.  Setup:esta opción es utilizada para modelar situaciones en las cuales una estación procesa diferentes tipos de productos (entidades), es decir, indica los tiempos muertos que se originan cuando secambia laentidad que se está procesando por otra.  Called:Permite crear configuraciones de tiempos muertos o paradas de estación, los cuales pueden ser ejecutados usando el comando “DOWN” dentro de las instancias del modelo en las que sea posible usar comandos o programar “lógica”, excepto en los módulos “Initialization - Termination logic”.

Stats: En esta columna se especifica el nivel de detalle de la información estadística que se requiere de cada estación. Cuando se oprime este botón se despliegan tres opciones:  None:ningún tipo de información estadística es mostrada  Basic : tan sólo se genera el porcentaje de utilización y el tiempo en promedio en la estación.  Time Series: genera información básica (tiempos promedios, número total de partes, etc.) o detallada (desviaciones, acumulados, etc.)

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Cada opción abre un cuadro de edición para especificar los elementos requeridos para programar los tiempos muertos o de parada.

Rules: Aquí se definen los criterios que el sistema considerará para tomar ciertas decisiones. Cuando se oprime la pestaña “Rules”, se abre la ventana mostrada en la Figura 2.

Figura 2. Reglas de decisión

 Selecting Incoming Entities: indica cómo una estación selecciona la siguiente entidad,entre varias que están esperando para entrar.  Queuing for Output: indica el criterio con el cual se debe seleccionar la siguiente entidad cuando la estación es de múltiple capacidad.  Selecting a Unit: indica cómo se selecciona la próxima entidad que debe entrar a la estación.

Notes: En este campo se pueden escribir notas, información adicional o comentarios importantes sobre la entidad.

b) GRAPHICS: En esta ventana se muestran las gráficas disponibles para la definición de las estaciones. Adicionalmente se encuentran opciones para mejorar la calidad de las gráficas e incrementar la información disponible asociada a las estaciones del modelo (ver Figura 3):

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Los principales usos de estas herramientas son los siguientes:

 Rotular Estaciones:

En la medida que se van agregando estaciones al modelo, es conveniente que se adicione un rótulo (texto descriptivo) al icono que representa la estación en el cuadro de LAYOUT , con el fin de identificarla y facilitar la configuración de los demás elementos del modelo. Este texto se adiciona a la estación a través del menú de configuración de estaciones ( LOCATIONS ), desactivando inicialmente el cuadro de selección NEW de la ventana GRAPHICS (Ver Figura 4), esto con el fin de que el texto que se adiciona al modelo no sea tomado como una nueva estación. Se selecciona el elemento de la ventana LAYOUT al cual se le desea agregar el texto, haciendo clic en el botón de texto de la ventana GRAPHICS (Ver Figura 4) y luego en el lugar de la ventana LAYOUT donde se desea ubicar. Siempre es necesario seleccionar primero el elemento al que se desea agregar el texto.

 Luces indicadoras de estado para las Estaciones:

Aunque algunos de los iconos que se usan para representar máquinas o estaciones de trabajo dentro del modelo ya tienen consigo estas luces indicadoras, es posible agregarlas a cualquier elemento del modelo dentro de la ventana LAYOUT , siguiendo el mismo proceso de agregar texto, pero esta vez seleccionando el botón de lucesindicadoras de la ventana de GRAPHICS (Ver Figura 4). Al momento de iniciar la simulación, estas luces indicadoras cambian de color cada vez que cambia el estado de la estación. El significado de cada color se muestra mientras está corriendo la simulación a través del menú INFORMATION , ejecutando el comando STATUS LIGTH.

 Calibradores y Contadores:

El contador es útil para visualizar mientras el modelo se está simulando, el número de entidades que se encuentran en cada instante en la estación cuando ésta es de múltiple capacidad. Por su parte, si la estación es de capacidad unitaria, muestra cuando está ocupada o desocupada.

Para agregar cualquier elemento de estos al LAYOUT del modelo, se siguen los mismos pasos que se describieron en los elementos anteriores (Luces indicadoras y texto).

c) LAYOUT: En esta ventana se organiza la presentación gráfica del modelo, se configura la distribución de las estaciones, el recorrido de las entidades y las opciones de información asociada a las estaciones. Esta ventana aparece en todos los módulos del proceso de construcción del modelo.

Para definir cada estación , basta con seleccionar (con el puntero del ratón) en la ventana de gráficas (graphics) el ícono deseado; posteriormente hacer un clic en la ventana layout en la ubicación deseada para tal estación. Con esto automáticamente se creará un

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registro para la estación en la tabla locations. La información referente a la estación (nombre, capacidad, unidades, etc.) puede modificarse llevando el cursor a cada uno de los cuadros y tecleando el cambio deseado.

Por otra parte, para eliminar una estación, ésta es seleccionada en la tabla de edición de estaciones y en el menú “Edit” se escoge la opción “Delete” o se elimina de la ventana layout pulsando clic derecho-“delete”.

1.1.2.2 Construcción de entidades (Entities)

Cualquier cosa que el modelo procesa es llamada entidad. Como es el caso de piezas que se procesan, productos que se mueven a través de los procesos, personas o incluso documentos como órdenes de trabajo etc.

El módulo de construcción de entidades se visualiza al entrar al menú de construcción ( Build ) y ejecutar el comando Entities. Se observa que en pantalla aparecen dos ventanas diferentes a las que se presentaban en el módulo de construcción de estaciones, ENTITIES y ENTITY GRAPHICS; la ventana LAYOUT es la misma del módulo anterior (ver Figura 5).

Figura 5. Módulo para construcción de entidades

a) ENTITIES: En esta ventana se encuentra la tabla donde se define la entidad y sus características. En esta se debe especificar:

b

a

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Gráficas alternas^.

Opción NEW desactivada

Figura 6.Ventana de edición gráfica para entidades

Figura 7. Cambio de gráfico de entidades

La construcción de cada entidad se desarrolla en forma similar al de las estaciones. Al seleccionar un gráfico de la barra de gráficas se crea un registro en la tabla Entities ; para cambiar cualquiera de los campos de éste registro, basta con editarlo haciendo clic sobre éste y tecleando la información deseada.

1.1.2.3 Construcción del proceso (Processing)

El procesamiento describe las operaciones que tienen lugar en cada una de las estaciones, como la cantidad de tiempo que una entidad gasta en un puesto de trabajo, los recursos que se necesitan para realizar el proceso, y en general cualquier evento que ocurra o suceda en la estación, incluyendo la elección del siguiente destino de la entidad.

Este módulo se encuentra en el menú de construcción ( Build ), ejecutando el comando PROCESSING. El módulo consta de tres ventanas además de la ventana LAYOUT , que como se mencionó anteriormente aparece en todos los módulos de construcción (ver Figura 8).

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a) PROCESS: Consiste en una tabla en la que se definen las operaciones que se realizan a las entidades en cada una de las estaciones. Los campos contenidos son:

Entity: Se indica el nombre de la entidad involucrada en cada etapa del proceso. Si todas las entidades intervienen en el proceso, o se les asigna la misma ruta, puede usarse “ ALL ” que es un comando predefinido en el sistema.
Location: Se refiere a la estación donde ocurre el proceso.
Operation: Normalmente se define el tiempoque se demora la entidad en cada estación (ya sea determinístico o probabilístico). En este campo se puede definir desde un simple tiempo que represente la espera de la entidad en la estación, hasta una compleja lógica de operaciones que involucre algoritmos.

Figura 8. Módulo para construcción del proceso

En esta práctica se requiere el uso del comando WAIT para simular el tiempo de operación. A continuación se detalla la forma como es usado este comando:

WAIT : indica en ProModel el tiempo que una entidad debe permanecer inmóvil en una estación, y su uso más común es para definir el tiempo de procesamiento. Puede teclearse directamente en el campo OPERATION como se muestra en la Figura 9, o utilizando el constructor LOGIC BUILDER como se ilustra en la figura 10 y 11.

c

a^ b

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Figura 10. Acceso a “logic builder”

Figura 11. Cuadro de diálogo para construcción lógica usando funciones de distribución

En la lógica de construcción es posible indicar los parámetros requeridos en cada distribución. En el caso de la distribución normal es posible indicar la media (mean), la desviación estándar (Std Deviation)y un elemento adicional asociado a la pseudoaleatoriedad (stream). (Figura 12)

Acceso a LOGIC BUILDER

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Figura 12. Logic Builder-Distribución normal

Algunos ejemplos del comando WAIT utilizando distribuciones de probabilidad se muestran a continuación:

• WAIT N(2.5,0.5): Se está utilizando un tiempo de procesamiento distribuido en forma NORMAL con media 2.5 (unidades de tiempo definidas por defecto), y desviación estándar de 0.
• WAIT E(5): Se está utilizando un tiempo de procesamiento distribuido en forma exponencial con parámetro 5

b) ROUTING FOR “ENTIDAD” @ “ ESTACION ”: Esta ventana también presenta una tabla donde se define la ruta que la entidad seguirá luego de que se ha realizado el proceso definido en la tabla PROCESS. Los campos que pueden definirse son:

Blk: Se muestra el número (bloque) de la ruta que se ha asignado. Existe la posibilidad de tener varias rutas como opciones para asignarlas a una entidad.Por ejemplo, si se tienen dos máquinas que hacen el siguiente proceso, es posible que en un momento dado alguna esté ocupada, entonces la entidad debería pasar a la que esté disponible.
Output: Se indica el nombre de la entidad resultante del proceso. Debe ser un nombre de entidad que haya sido definida en ENTITIES. Es posible que luego de que se haya hecho un proceso, el resultado de este no sea siempre el mismo.

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Algunos ejemplos de la utilización del comando MOVE FOR se muestran a continuación:

 MOVE FOR .1: Se demora 0.1 unidades de tiempo en desplazamiento. Utiliza la unidad de tiempo definida por defecto  MOVE FOR 2 sec: Tiempo de desplazamiento de 2 segundos. Se define la unidad de tiempo directamente en la expresión, no toma la unidad por defecto.

c) TOOLS: Esta ventana nos proporciona ayudas gráficas para la definición de los procesos y la asignación de las diferentes rutas, sin necesidad de trabajar sobre las tablas PROCESS o ROUTING

La forma más fácil de crear un proceso es utilizando el puntero del ratón y la ventana LAYOUT. Seleccionando el nombre de la entidad en la ventana de herramientas ( TOOLS ), posteriormente hacer clic en la estación de inicio y luego en la estación de destino con lo que se creará un registro automáticamente en la ventana de proceso. Para añadir más líneas de enrutamiento al mismo registro, se hace clic en el botón AÑADIR RUTAS ( ADD ROUTING ) en la ventana de herramientas. Para enrutar la entidad a la salida del sistema, simplemente se hace clic en el botón ROUTE TO EXIT del cuadro de herramientas.

1.1.2.4 Definición de las llegadas (Arrivals)

Cada vez que una nueva entidad es introducida en el sistema, se le conoce como llegada. En este módulo se definen las entidades que alimentan el sistema y la forma como lo hacen. En el menú de construcción ( BUILD ) ejecutando el comando ARRIVALS aparece este módulo, el cual consta, además de la ventana de distribución ( LAYOUT ), de dos ventanas donde se especifican las características de las llegadas al sistema (ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. ).

a) ARRIVALS: En esta ventana se teclea o edita la información que hace referencia a las características de la alimentación del sistema con entidades, y consta de los siguientes campos (Ver Figura 15):

Entity: Se teclea o se selecciona el nombre de la entidad que llega al sistema. Esta entidad debe estar previamente definida en el módulo ENTITIES.



Location: Estación a la cual llega la entidad.



Qty Each (Cantidad por llegada): El número de entidades (en grupo) que llegarán en el momento específico.



First Time (Primera ocasión): La primera vez (en tiempo de reloj de simulación) que ocurrirá la llegada.

^

^ Ocurrences^ (ocurrencias): El número de repeticiones de esta llegada que habrá durante la simulación.

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Frecuency (frecuencia): Tiempo que debe transcurrir entre cada una de las ocurrencias.

Figura 15. Módulo para construcción de llegadas

b) TOOLS: En esta ventana aparecen las entidades que han sido creadas en el módulo Entities.

1.1.2.5 Ejecución de la simulación

Con la definición de las estaciones, las entidades, el proceso y las llegadas se puede construir un modelo sencillo, y ejecutar su simulación. En el menú SIMULATION de ProModel se puede ejecutar la simulación inmediatamente usando el comando RUN^4.

Debido a que pueden ocurrir errores en la simulación por comandos mal utilizados o por problemas en el sistema que lleven al bloqueo del computador, es recomendable ejecutar el comando SAVE & RUN , con lo que el modelo es guardado antes de correr la simulación.

Dentro de este mismo menú ( Simulation ), se encuentra el comando OPTIONS , el cual al ejecutarse presenta el cuadro de diálogo SIMULATION OPTIONS con comandos para configurar la simulación (ver Figura 16). Algunas de las opciones que pueden ser configuradas, se detallan a continuación:

(^4) También puede correrse la simulación con la tecla de función F

b

a

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Si no se activa este cuadro de verificación, en lugar de los tres botones que definen las fechas, aparecen dos cuadro de texto ( Run Hours y Warmup Hours ), donde se teclea el tiempo que debe durar la simulación y el precalentamiento (ver Figura 18).

Opciones para tiempo de simulación y calentamiento

Figura 18. Comandos para tiempo de calentamiento y simulación sin definición por fecha

• Clock Precision: Se especifica en este campo la precisión que se desea del reloj. Esta precisión dependerá en gran parte del tiempo de calentamiento y de simulación que se ha especificado.
• Output Reporting: Campo donde se especifica el número de réplicas. Las réplicas múltiples se ejecutan cuando hay aleatoriedad en el modelo y un conjunto de datos no necesariamente proporcionan una representación del sistema actual. Cuando activamos el comando de selección STANDARD , simplemente se teclea el número de réplicas deseadas en el respectivo cuadro de texto.

Otro comando disponible es el de Promedio de Lotes ( Batch Mean ); cuando seleccionamos esta opción las estadísticas se recolectan para cada intervalo de tiempo indicado en el campo Longitud del Intervalo ( Interval Lengt ). El método de promedio de lotes o intervalos, es una forma de recolectar muestras independientes al simular sistemas en estado estable, comparado con una alternativa de réplicas múltiples.

La ventaja contra correr réplicas múltiples es que el período de calentamiento o estabilización solamente se ejecuta una vez.

Las estadísticas periódicas ( Periodic ) son útiles en simulaciones de sistemas tipo terminal o de estado no estable, en el que el interés pude ser períodos especiales de actividad.

Una vez ha transcurrido el tiempo establecido para la simulación (o cuando se detiene la simulación), podemos observar el reporte estadístico seleccionando SI en el cuadro que aparece en pantalla.

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Este módulo de resultados se compone de dos partes principales, el reporte general y la barra de herramientas que aparece en la parte superior (ver Figura 19). El reporte general provee gran cantidad de estadísticas del desempeño del sistema, mientras que la barra de herramientas permite manipular la información en forma de gráficas de líneas, histogramas, barras, etc.

En el reporte general, los datos estadísticos están clasificados, mostrando información detallada del comportamiento de las estaciones de capacidad simple o múltiple por separado, de las entidades y de los recursos utilizados, además de las variables si se han definido.

Figura 19. Editor de salida de resultados en ProModel

1.1.2.6 Conceptualización gráfica de modelos bajo el paradigma ProModel

Para comprender con mayor facilidad la secuencia del modelo de práctica y la sintaxis que se usará en el lenguaje de ProModel, se ha desarrollado un esquema de representación gráfica, que permite al analista diseñar el modelo y llevar a cabo la primera etapa de verificación, sin necesidad de llevar al lenguaje ProModel ninguno de los elementos del modelo. Esto genera la posibilidad de analizar y mejorar la conceptualización del modelo, encontrar errores de estructura y analizar la secuencia lógica, sobre un diagrama que representa todos los elementos del modelo bajo la misma concepción estructural y sintáctica del software, pero sin hacer uso del mismo.

Esto es de gran ayuda, en la medida en que al introducir todos los datos en las tablas de registro de ProModel, la tarea de validación conceptual del modelo se hace más compleja, debido a que todos los datos se encuentran en tablas separadas y se hace difícil su visualización en conjunto. Esta herramienta se reduce a la representación del modelo a través de dos cuadros, el de llegadas y de entidades.