Simulación de sistemas

Autor: Jonathan Cortez Villa Página 1

Simulación de sistemas

Resumen

Esta investigación y documentación es con el fin de dar a conocer la materia de simulación de

sistemas la cual es una materia muy enriquecedora para el campo laboral como ingeniería,

administración, Electrónica, Ciencias Médicas, entrenamiento militar, laboral, producción,

entre otros e incluso lo más impórtate para ayudarnos a calcular costos de una inversión.

Esta documentación detallo cuales son las ventajas, desventajas de la simulación además

cuales son los conocimientos previos que se deben adquirir para poder obtener ejercicios con

resultados beneficiosos para el aprendizaje de cada educando. También se contribuye con el

manejo de ProModel que es una buena herramienta que nos ayuda a implantar nuestros

resultados de manera gráfica.

Introducción

Hoy en día la simulación de sistemas es algo muy cotidiano para la comunidad en general un

ejemplo es observar los videos en youtube de cómo será el furo con respecto a comodidades

estos están enrumbados en varios ambientes como social, educativo, desde cómo será una

inversión en la actualidad asta en un fututo lo cual es de gran ayuda para los grandes y

pequeños empresarios, esto les ayuda a poder distribuir personal e incluso asegurar sus

inversiones en el mercado a los estudiantes nos ayuda en la simulación de eventos discretos es

decir al uso de las ecuaciones matemáticas y las estadísticas.


Definiciones

Las aplicaciones animadas, son muy extendidas y mejoradas principalmente por este campo,

estas aplicaciones están diseñadas para sacar de la rutina al ser humano. El uso de la

simulación también se presenta en el campo educativo permitiendo a los educandos alcanzar

un conjunto de habilidades y destrezas que permiten alcanzar actuaciones superiores.

Consiste en estudiar el contexto del problema, identificar los objetivos del proyecto,

especificar los índices de medición de la efectividad del sistema, especificar los objetivos del

modelamiento y definir el sistema que se va a modelar

Conceptos claves dentro de la simulación

Sistemas.- Es un sistema de partes inter-relacionadas entre estos estas las estructurales que

definen el sistema identificando y describiendo cada una de sus partes, funcional que

considera cada una de sus partes y conoce las interrelaciones que existen entre ellas.

Modelo.- Es una representación de la realidad que nos ayuda a entender cómo funciona. Pr

ejemplo nos ayuda para el pensamiento, experimentación, predicciones, comunicación.

Dentro de los modelos están los modelos mentales que son solamente ideas y

conceptualizaciones, modelos formales es el conocimiento implantado es decir planos,

diagramas, maquetas, etc.

Simulación.- Es la implementación de las dos anteriores es como interactuarán los sistemas y

modelos en el campo real por medio de un maquetado de gráficos y apoyar la tomas de

decisiones.

Ventajas de una simulación

Los modelos de simulación nos resuelven problemas trascendentes.

Permite la inclusión de complicaciones

Es un proceso eficiente y flexible

Nos ayuda en la capacitación para toma de decisiones.

En el campo laboral como la arquitectura nos ayudaría a estimar cálculos de un

edificio.

Repetición de experimentos.

La simulación ofrece una réplica más realista de un sistema que un análisis matemático

Desventajas de una simulación

Un buen modelo simulado puede ser demasiado costoso.

Tener buenos conocimientos de estadística para poder interpretar los resultados y

darle un buen uso a la simulación.

Carecen de un enfoque estandarizado

No existe garantía de que funcionara y de bueno resultados.

Se requiere bastante tiempo como semanas, meses para realizar un buen estudio de

simulación.


Definiciones de simulación.

1. Sistema.- Conjunto de elementos que se interrelacionan para funcionar como

un todo.

2. Entidad.- Es la representación de los flujos de entrada a un sistema.

3. Estado del sistema.- Es la condición que guarda el sistema bajo estudio en

momento determinado este estado se compone de variables o características

de operación puntuales.

4. Evento.- Es un cambio en el estado actual del sistema por ejemplo la entrada y

salida de una entidad, la finalización de un proceso.

5. Localizaciones.- Todos aquellos lugares en los que la pieza puede detenerse

para ser transformada esperar a serlo, entre estas tenemos bandas

transportadoras, máquinas, estaciones de inspección, etc.

6. Recursos.- Diferentes a las localizaciones, son necesarias para llevar a cabo una

operación por ejemplo una persona que toma varios turnos para hacer una

inspección.

7. Atributos.- Características de una entidad, ejemplo en caso de ser la entidad un

motor sus atributos serían peso, tamaño o cilindraje.

8. Variables.- Son condiciones cuyos valores se crean y modifican por medio de

ecuaciones matemáticas y lógicas, las cuales pueden ser continuas o discretas.

9. Reloj de la simulación.- Es el contador de tiempo de la simulación.

Pasos para realizar un estudio de simulación

La realización de una simulación requiere la ejecución de una serie de actividades y

análisis que permiten sacarle el mejor provecho. A continuación se mencionan los

pasos básicos para realizar un estudio de simulación, aunque en muchas ocasiones no

serán necesarios utilizarlos.

1. Definición del sistema bajo estudio.- conocer el sistema a modelar para ello se

requiere establecer supuestos modelos definiendo con claridad las variables,

interacciones entre estas y establecer con precisión los alcances.

2. Generación del modelo de simulación base.- Una vez definido lo conceptual

viene la construcción de modelo base, no es preciso que el modelo sea

demasiado detallado. La generación de este modelo es la base para el

programador de la simulación.

3. Recolección y análisis de datos.- Recopilación de la información estadística de

las variables aleatorias del modelo, en esta etapa se debe determinar qué

información es útil para la distribución de probabilidades asociadas a cada

variable. En caso de no confiar con información necesaria es necesario realizar

un estudio estadístico del comportamiento de la variable que se desea

identificar.


4. Generación del modelo preliminar.- ES la etapa en donde se integran los datos

para tener un modelo lo más cercano posible a la realidad del problema bajo

estudio.

5. Verificación del modelo.- Es la verificación de datos para comprobar la

propiedad de la programación del modelo, y comprobar que todos los

parámetros utilizados en la simulación funcionen correctamente.

6. Validación del modelo.- consiste en realizar una serie de pruebas, utilizando

información real para obtener sus comportamientos y analizar sus resultados.

Un modelo de validar los datos consiste en introducir algunos escenarios

sugeridos por el cliente y validar que el comportamiento sea congruente.

7. Generación del modelo final.- Una vez validado es hora de estudiar el

comportamiento del proceso.

8. Determinación de los escenarios para el análisis.- Una vez validado es

necesario acordar con el cliente los escenarios que se quiere analizar, una

manera muy sencilla es con un escenario pesimista, uno optimista, y uno

intermedio para la variable de respuesta más importante. Pero hay que tomar

en cuenta que no todas las variables se comportan igual ante los cambios en los

distintos escenarios.

9. Análisis de sensibilidad.- es donde se aplican las pruebas estadísticas que

permiten comparar los escenarios con los mejores resultados finales.

10. Documentación del modelo, sugerencias y conclusiones.- Esto nos permitirá el

uso de modelos generados en caso de que se requieran ajustes futuros en ello

se debe incluir los supuestos del modelo, las distribuciones asociadas a sus

variables, todos sus alcances y limitaciones y, en general la totalidad de las

consideraciones de programación, también es necesario incluir los resultados

obtenidos dentro de la simulación.


Ejercicio propuesto e implantado en ProModel

A un sistema arriban 2 tipos de piezas. La primera es un engrane que llega a una estación de rectificado donde se procesa con un tiempo de una distribución uniforme con media de 3 minutos y medio rango de 1 minutos; la distribución de probabilidad asociada a las llegadas de este engrane a la fila de la rectificadora es una distribución normal con tiempo promedio de 13 minutos y desviación estándar de 2 minutos. La segunda pieza es una placa de metal que llega a una prensa con una distribución de probabilidad exponencial con media de 12 minutos. La prensa procesa un engrane cada 3 minutos con distribución exponencial. Al terminar sus procesos iníciales, cada una de estas piezas pasa a un proceso automático de lavado que permite limpiar dos piezas a la vez de manera independiente; este proceso con distribución constante tarda 10 minutos. Finalmente, las piezas son empacadas en una estación que cuenta con 2 operadores, cada uno de los cuales empaca un engrane con distribución uniforme con media de 5 minutos y medio rango de 1 minutos y una placa con distribución uniforme con media de 7 minutos y medio rango de 2 minutos. Se sabe que los tiempos de transporte entre las estaciones son de 3 minutos con distribución exponencial. No hay almacenes entre cada proceso: sólo se tiene espacio para 30 piezas antes de la prensa y 30 antes de la rectificadora. Asuma que casa día de trabajo es de 8 hrs. Simule este sistema por 40 días. Realice:

Una vez planteado el problema primeramente debemos analizarlo y definirlo

correctamente para ello debemos esquematizar el sistema como se muestra a

continuación.

Proceso de empacado

Fila rectificadora

Prensa

Estado de labado

Operador1

engrane

Operador 2

Placa de metal

Engrane

Fila

Normal

(13,2)min

Uniforme(3,1)min

Placa Metal

Fila

Exponencial

(12)min

Exponencial(3)min

Constante (10)min

Uniforme (5,1)min

Uniforme(7,2)

Salida

Tiempo entre estaciones

Exponencial(3min)


Definición de elementos del sistema

Entidades

Pieza de engrane (30)

Pieza de metal (30)

Localizaciones.

La fila de llagada para la rectificadora con capacidad para 30 piezas

La fila de llegada para la prensa, con capacidad para 30 piezas

Proceso de rectificado, con capacidad para una pieza

Proceso de prensado, con capacidad para una pieza

Proceso de limpieza, con capacidad para limpiar 2 piezas de manera

independiente

Proceso de empaque en el que participan 2 operadores independientes.

Distribuciones

Distribución Exponencial

Distribución Normal

Distribución constante

Distribución uniforme

Variables

Totalengrandes (nos ayudaran a definir el número de engrandes procesados)

Totalplacas (nos ayudaran a definir el número de placas procesados)

Una vez realizadas estas definiciones procedemos a implantarlos a nuestro programa

de simulación en este caso ProModel.

1. Abrimos en el menú Build y elegimos Locations

2. Una vez que nos aparezcan las dos barras que son las de locations y la de

Graphics escogemos el grafico estenos ayudara a obtener una fila la

La cual será en donde se encolen cada una de las piezas seleccionaremos 2 filas

y así colocaremos los gráficos de acuerdo a las localizaciones que hemos

detallado anteriormente así mismo hay que tomar en cuenta que las filas

tienen la capacidad de 30 solamente cada una y la lavadora capacidad de 2

piezas.


3. Así mismo luego ingresamos las entidades para ello nos vamos a Biuld y Entities

para colocar cada una de ellas en este caso solo tenemos 2.

4. Definición de los arribos nos vamos a Build luego Arrivals aquí se colocaran los

tiempos de arribo a las filas en este caso es engrane Normal(13,2) y las placas

con Exponencial(12)


5. Antes de comenzar con los procesos también nos animamos y le ponemos 2

variables que nos ayuden a calcular cuantas piezas han salido por cada operario

para ello nos vamos a Build y variable(global)

Y las detallamos a cada una de ellas, al crearlas damos un clip en donde se

encuentran los dibujos para que automáticamente se creen los recuadros que

comenzaran a contar una vez iniciada la simulación.

6. Ahora procederemos a definir los procesos para cada localización nos ubicamos

en Biuld luego en Processing


7. Para trabajar con las variables nos ubicamos en la localización que las

queremos damos clip en Operation luego damos clip en el martillo de la

ventana que nos aparece, nos parecerá un recuadro en donde seleccionaremos

Build Expression, luego escogemos Variables que se encuentra al final del lado

derecho del recuadro, escogemos la variable a asignar, luego clip en Keypad y

escogemos la localización en donde queremos colocar nuestra variable y damos

clip en Paste y close.

8. Además dentro de los procesos colocamos el tiempo entre las estaciones

9. Colocamos los tiempos de simulación nos ubicamos en simulación luego en

options y colocamos nuestro tiempo de simulación


Detalle de los resultados

Name: Nombre de la localización y entidades Scheduled Time (HR): Tiempo de la simulación Capacity: Capacidad de cada una de las localizaciones Total Entries: Total de entidades que recibió cada localización durante la simulación Avg Time Entry (MIN): Tiempo promedio de estancia de las entidades en cada una de las localizaciones. Avg Contents: Promedio de entidades que se quedaron en cola Maximun Contents: Contenido máximo de entidades que se quedaron esperando Current Contents: Número de entidades al momento de finalizar la simulación % Utilization: Porcentaje de utilización de cada localización.


Bibliografía Simulación de sistemas con ProModel Autores: Eduardo Dunna Eriberto García Reyes Leopoldo Cardenas B.

Simulación de sistemas

Education

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