Simulacion - Generalidades

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  • 1. Objetivo: Entender y aplicar el Software Promodel como una herramienta que facilita la toma de decisiones en manufactura para la optimización de los recursos en una organización, a un bajo costo y mínimos riesgos.2/5/2012 1
  • 2. SIMULACIÓN La simulación es el modelaje de un proceso o sistema de manera semejante que el modelo responda al sistema real tomando su lugar a través del tiempo. Para estudiar el comportamiento del modelo, tenemos que estudiar el comportamiento actual del sistema a estudiar.2/5/2012 2
  • 3. SIMULACIÓN SISTEMA ~ ~ MODELO2/5/2012 3
  • 4. ¿POR QUÉ SIMULAR? • La simulación hace posible estudiar y experimentar con las complejas interacciones que ocurren en un sistema dado. • La observación detallada del sistema que se está simulando, conduce a un mejor entendimiento del mismo y proporciona sugerencias para mejorarlo. • La simulación de sistemas complejos puede producir un valioso y profundo conocimiento acerca de cuáles variables son más importantes que otras.2/5/2012 4
  • 5. ¿POR QUÉ SIMULAR? • La simulación puede emplearse para experimentar con situaciones nuevas acerca de las cuales tenemos muy poca o ninguna información, con el objeto de estar preparados para alguna eventualidad. • Cuando se presentan nuevos componentes de un sistema, la simulación puede emplearse para ayudar a descubrir los obstáculos y otros problemas que resulten de la operación del sistema.2/5/2012 5
  • 6. USOS DE LA SIMULACIÓN • Planeación de los diagramas de recorrido • Planeación de la capacidad • Reducción de los tiempos de ciclo • Planeación de los recursos materiales y de personal • Priorización en el trabajo • Análisis de cuellos de botella • Mejora en la calidad • Reducción de costos2/5/2012 6
  • 7. OBJETIVOS DE LA SIMULACIÓN • Visualización:  Observar qué está sucediendo en el sistema. • Cálculos:  Cuantificar qué está sucediendo en el sistema • Comunicación:  Mostrar qué está sucediendo en el sistema2/5/2012 7
  • 8. ¿CUÁNDO LA SIMULACIÓN ES APROPIADA? • Cuando se desea tomar la decisión en una operación • Cuando el proceso se está definido y es repetitivo • Cuando las actividades o eventos son interdependientes y manifiestan variabilidad • El impacto en los costos en la toma de decisiones es mayor que los costos de usar la simulación • Los costos de experimentación del sistema actual son mayores que los costos de simular el sistema.2/5/2012 8
  • 9. CONCEPTOS DE SISTEMAS Definición de Sistema: Un sistema es un conjunto de elementos que interactúan dinámicamente para lograr un objetivo común. Características en los Sistemas: • Jerarquías • Fronteras • Comunicación • Toma de decisiones2/5/2012 9
  • 10. Sistema Modelo de Xo simulación Yo Datos de Proceso Resultados entrada2/5/2012 10
  • 11. Elementos en los Sistemas: Para la simulación, se puede decir que un sistema contiene entidades, actividades, recursos y controles. Estos elementos definen el qué, quién, dónde, cuándo, por qué y cómo (5 W y H).  Entidades • Personas • Documentos • Productos2/5/2012 11
  • 12. • Actividades Procesamiento de productos Productos en movimiento Ajuste, mantenimiento y reparaciones • Recursos Recurso humano Equipos Información • Controles Secuencia de rutas Planes de producción Programas de trabajo Priorización de tareas Hojas de instrucción2/5/2012 12
  • 13. PROCEDIMIENTO PARA SIMULACIÓN Una decisión para realizar una simulación de un sistema, es la percepción que se tiene de que los resultados de la simulación pueden ayudar en la solución de problemas asociados con el diseño de nuevos sistemas o de la modificación de los existentes. Una vez que se ha elegido un proyecto para ser simulado, se debe tener una metodología para conducir el estudio con éxito. Se recomiendan los siguientes pasos de carácter general (Shannon, 1975; Gordon, 1978; Law, 1991).2/5/2012 13
  • 14. Planeación del Estudio Definición del Sistema Construcción del Modelo Realización de Experimentos Análisis de los Resultados Reporte de Resultados2/5/2012 14
  • 15. PASO 1: PLANEACIÓN DEL ESTUDIO Para este paso es necesario realizar las siguientes actividades: a). Definición de los objetivos b). Identificación de las restricciones del sistema c). Preparación de las especificaciones de la simulación d). Desarrollo de un presupuesto y un programa2/5/2012 15
  • 16. a). Definir Objetivos: Con un entendimiento básico de la operación del sistema y un conocimiento de la problemática de interés, uno o más objetivos se pueden plantear para definir el estudio. La simulación podrá ser utilizada si el objetivo esta claramente definido, y éste determina que la simulación es la herramienta más conveniente para para alcanzar lo que se pretende.2/5/2012 16
  • 17. Los objetivos más comunes para la realización de una simulación, pueden ser los siguientes: • Análisis del Desempeño. ¿Cómo el sistema se desarrolla bajo ciertas circunstancias en todas sus medidas significativas (producción, utilización, tiempos de espera, etc.)? • Análisis de la Capacidad. ¿Cuál es la máxima capacidad de producción o de procesamiento del sistema?2/5/2012 17
  • 18. • Análisis del Cumplimiento. ¿Es el sistema capaz de cumplir con los requerimientos (producción, tiempos de respuesta, etc.) y si no, qué cambios (agregar recursos, mejora de los métodos, etc.) son recomendados para hacerlo capaz? • Estudios de Comparación. ¿Qué tan buena es la configuración del sistema en cuanto el desarrollo de las actividades, comparado con otro?2/5/2012 18
  • 19. • Análisis de las Restricciones. ¿Cuáles son las restricciones o los cuellos de botella en el sistema y cuáles son las soluciones para uno o ambos, que ayuden a reducir o eliminar estas restricciones? • Comunicación Efectiva. ¿Cuáles son las variables y las gráficas que pueden utilizarse para describir el comportamiento dinámico de operación del sistema?2/5/2012 19
  • 20. b). Identificación de las restricciones: Es importante identificar las restricciones bajo las cuales el estudio debe ser conducido. Algunas de ellas pueden ser: • Presupuesto • El tiempo de respuesta • La disponibilidad de recursos • La accesibilidad de la información • Conocimiento y habilidad para realizar el estudio • Limitaciones de hardware o software2/5/2012 20
  • 21. c). Preparación de las especificaciones de la simulación Aspectos de un proyecto de simulación que tienen que considerarse en la especificación de éste, pueden ser los siguientes:  La meta a alcanzar  El alcance  Nivel de detalle  Grado de precisión  Tipo de experimentos (alternativas)2/5/2012 21
  • 22. d). Desarrollo de un presupuesto Un programa de simulación debe estar basado en un proyecto de acuerdo a la realidad en cuanto a costos y tiempo requeridos. Se puede considerar lo siguiente: • Para definir el sistema a ser modelado, normalmente se puede llevar arriba del 50% del tiempo proyectado. • Para construir el modelo, usualmente se toma una cantidad del 10 al 20% del tiempo programado. • Una vez que el modelo es construido, se puede llevar del 30 al 40% del tiempo para la realización de los experimentos, especialmente si las alternativas se tienen que comparar con otras.2/5/2012 22
  • 23. PASO 2: DEFINIR EL SISTEMA Este puede ser visualizado como el desarrollo del modelo conceptual en que la simulación será realizada. El proceso de obtener y validar la información del sistema puede ser algo difícil ya que los datos raramente están disponibles en forma que defina exactamente cómo el sistema trabaja. Algunas guías para tener en mente cuando se pretende obtener datos del sistema a simular. • Identifique la causa - efecto y sus relaciones • Observe los factores clave • Distinga entre el tiempo y las condiciones de las actividades dependientes. • Separe las variables de entrada de las de salida.2/5/2012 23
  • 24. Para organizar el proceso de obtención de datos que definen el sistema, considere los siguientes pasos: a). Determine los datos requeridos b). Determine la fuente apropiada de los datos c). Haga supuestos donde sea necesario d). Convierta los datos de entrada en una forma conveniente para su uso e). Documente y apruebe los datos2/5/2012 24
  • 25. a). Determine los datos requeridos 1. ¿Qué tipo de entidades son procesadas en el sistema y que atributos tienen? 2. ¿Cuáles son las rutas de las locaciones en el sistema (incluyendo todos los lugares donde se procesa o donde se toman decisiones de ruteo) y cuál es su capacidad (cuántas entidades pueden procesarse, acomodarse o esperar al mismo tiempo)? 3. Además de la ruta de las locaciones, ¿qué otro tipo de recurso (personal, vehículos, etc.) son usados en el sistema y cuántas unidades hay de cada tipo? 4. ¿Cuál es la secuencia de ruteo para cada tipo de entidad en el sistema?2/5/2012 25
  • 26. 5. ¿Qué actividad se realiza para cada entidad en cada locación (defina en cuanto tiempo consumido, recurso usado, número de entidades involucradas y cualquier otra decisión lógica que se tome en el lugar)? 6. ¿Dónde, cuándo y en qué cantidad las entidades entran al sistema (defina el tiempo entre arribos o condiciones del arribo)? 7. ¿En qué orden las entidades múltiples parten de cada locación (primero que entra, primero que sale; último que entra, primero que sale, etc.)? 8. ¿Cómo las entidades se mueven de una locación a la siguiente (defina en términos de tiempo y recurso requerido)?2/5/2012 26
  • 27. 9. ¿Cómo los recursos se mueven de una locación a otra locación para desarrollar las tareas (defina en términos de velocidad, distancia o tiempo)? 10. ¿Qué hacen los recursos cuando terminan una tarea y hay otra tarea en espera? 11. ¿Cuál es el programa de disponibilidad del recurso y de la locación (defina en términos de turnos y descansos)? 12. ¿Qué interrupciones programadas de recursos y locaciones se tienen (programas de mantenimiento, tiempos de preparación, etc.)?2/5/2012 27
  • 28. b). Determine la fuente apropiada de los datos Buenas fuentes de obtención de datos del sistema pueden ser las siguientes: • Planes de procesos • Estudio de tiempos • Tiempos estándar predeterminados • Diagramas de flujo • Layout • Pronósticos del mercado • Reportes de mantenimiento • Registros de producción • Experiencia del personal de piso • Comparaciones con operaciones similares • Bitácora de ingeniería2/5/2012 28
  • 29. • Analice los datos. • A través de estadística descriptiva • Cantidad de datos • Medidas de tendencia central • Medidas de dispersión • Curtosis • Sesgo • Pruebas de independencia • Correlación de datos • Prueba de corridas (tendencias) • De la Mediana • De cambio de direcciones • Documente y apruebe los datos2/5/2012 29
  • 30. c). Haga supuestos donde sea necesario Muchos supuestos se pueden hacer de la información para obtener la correcta. Frecuentemente es necesario realizar análisis de sensibilidad para probar un rango de datos para saber el impacto confiable de la información. Es necesario realizar supuestos cuando se está experimentando en el modelo que representa la realidad del sistema, hasta obtener los resultados deseados o alcanzar el objetivo planteado.2/5/2012 30
  • 31. d). Convierta los datos de entrada en una forma conveniente para su uso. Los datos raramente están listos para ser usados tal y como se encuentran. Generalmente se tiene que hacer un análisis estadístico en ellos para determinar sus parámetros y así poder usarlos correctamente. En la recolección de los datos se debe considerar como un fenómeno aleatorio el cual describe una distribución de probabilidad . Los datos deben ser agrupados para simplificar su análisis y de esta manera determinar su comportamiento en el sistema.2/5/2012 31
  • 32. • Ajuste de los datos a distribuciones de probabilidad. Los datos recolectados deberán ajustarse a una distribución de probabilidad (teórica o empírica) de tal manera que pueda describir el comportamiento de la variable que se analiza. Tiempo de No. de % % acumulado reparación observaciones 0–1 25 23.15 23.15 1–2 33 30.56 53.71 2–3 30 27.78 81.49 3–4 20 18.51 100 Total 108 100%2/5/2012 32
  • 33. e). Documente y apruebe los datos. Cuando se han utilizado los filtros necesarios para obtener los datos que describan el comportamiento de la variable en la realidad, estos deben ser documentados en una forma conveniente de tal manera que posteriormente se puedan realizar validaciones de las variables analizadas para comprobar si su comportamiento en el modelo concuerda con la realidad.2/5/2012 33
  • 34. PASO 3: CONSTRUIR EL MODELO Una vez que la información es suficiente, analizada y validada para describir el comportamiento del sistema, se podrá construir el modelo. El objetivo de la construcción de un modelo es, de proveer una representación valida que describa el comportamiento del sistema analizado. El modelo debe ser capaz de proveer información estadística y/o gráfica necesaria para cumplir con los objetivos de la simulación. Se tomará en cuenta lo siguiente: a). Refinamiento progresivo b). Expansión incremental c). Verificación del modelo d). Validación del modelo2/5/2012 34
  • 35. a). Refinamiento progresivo. Un detalle bueno dentro de la simulación, es que no siempre todos los modelos tienen toda la información a nivel de detalle en su primer construcción, esto permite utilizar una estrategia de refinamiento progresivo la cual nos permitirá ir agregando complejidad en el modelo en cada uno de sus estados. Se deberá primeramente, analizar las actividades por separado para considerar posteriormente su agregación en el modelo. Se recomienda comenzar con un modelo sencillo y posteriormente agregar mayor complejidad para un mejor entendimiento del sistema a analizar.2/5/2012 35
  • 36. b). Expansión incremental. Para agregar complejidad a un modelo en cada uno de sus estados, el modelo debe tener un alcance bien definido el cual permita su construcción en secciones que son agregadas incrementalmente a éste. Este método permite que una porción del modelo sea construido, depurado y probado antes de ser agregado a nuevas secciones del modelo que lo hagan más largo, mejor manejable y compresible. A esto se le conoce como “partición de modelo”2/5/2012 36
  • 37. c). Verificación del Modelo Una vez que el modelo ha sido construido, éste debe ser sometido a un proceso de verificación para demostrar que trabaje correctamente. La verificación es más fácil realizarse cuando el modelo se ha dividido en submodelos. • Revise el proceso del modelo con respecto a la realidad. • Cheque los datos de entrada de acuerdo al sistema real. • Vea la animación. • Dele seguimiento al modelo a través de ver lo que esta haciendo paso a paso.2/5/2012 37
  • 38. d). Validación del Modelo La validación es el proceso de comprobación de que el modelo dentro de este dominio de aplicabilidad es suficientemente preciso para la aplicación proyectada. Durante el proceso de construcción del modelo, la persona que lo construye debe asegurase que se está elaborando de tal manera que refleje la realidad del sistema a simular. • Compare el modelo con el sistema actual. Ambos, el modelo y el sistema deben correr bajo las mismas condiciones y buscando los mismos resultados de acuerdo a su análisis estadístico.2/5/2012 38
  • 39. • Compárese con otros modelos. Si hay que validar la información, puede ser necesario el construir otros modelos para comparar sus resultados. • Realice pruebas y compare con datos históricos. Si existe información histórica de modelos anteriores, realice pruebas de acuerdo a los resultados del actual y de los anteriores. • Realice un rastrero de las actividades de las entidades a través de todo el sistema.2/5/2012 39
  • 40. PASO 4: CONDUCCIÓN DE EXPERIMENTOS La simulación es básicamente la aplicación del método científico. Se empieza con la teoría de por qué ciertas reglas de diseño o estrategias administrativas son mejores que otras. Basado en estas teorías, el diseñador elabora hipótesis las cuales él prueba con la simulación. De acuerdo a los resultados de la simulación, se dan conclusiones acerca de la valides de las hipótesis. En la experimentación, hay variables de entrada que definen el modelo, las cuales son independientes y pueden ser manipuladas. Los efectos de esta manipulación genera los resultados de variables dependientes en el sistema.2/5/2012 40
  • 41. Los resultados de una simple corrida de simulación representa solo uno de varios posibles resultados. Esto requiere que múltiples réplicas sean corridas para comprobar la reproducibilidad de los resultados. Dependiendo del grado de precisión requerida en los resultados, ésta es considerada para determinar los intervalos de confianza. Un intervalo de confianza es un rango dentro de la cual podemos tener a un cierto nivel de confianza de que la media se encuentra en este rango.2/5/2012 41
  • 42. Comparación de Alternativas en el Sistema Las simulaciones son frecuentemente desarrolladas para comparar dos o más alternativas diseñadas. Esta comparación puede estar basada en una o más variables de decisión tales como; la capacidad de un contenedor, el programa de trabajo, la disponibilidad de recursos, etc. Donde los resultados deben ser muy cerrados o en donde la toma de decisiones requiere una mayor precisión, se debe formular pruebas de hipótesis.2/5/2012 42
  • 43. PASO 5: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Considerando que en la experimentación en una simulación, los resultados son aleatorios (de acuerdo a la naturaleza probabilística de las entradas), se debe tener cuidado cuando se interpretan éstos. Y debido a que la simulación no es una representación igual a la realidad, sino que se acerca a ésta; la decisión tomada debe estar bajo una mayor certidumbre del sistema analizado.2/5/2012 43
  • 44. PASO 6: REPORTE DE RESULTADOS El último paso en el procedimiento de la simulación es el hacer recomendaciones para mejorar el actual sistema, basado en los resultados del modelo simulado. Estas recomendaciones pueden ser soportadas y claramente presentadas en un informe de resultados de la simulación. La documentación de los datos, el modelo y el experimento desarrollado deben estar incluidos en el reporte final.2/5/2012 44
  • 45. • Simulación Terminal Tienen como característica principal la ocurrencia de un evento que da por terminada la simulación. El análisis estadístico para este tipo de simulación involucra la utilización de intervalos de confianza y la determinación de la distribución de probabilidad de la variable de salida. • Simulación No Terminal o de Estado Estable No involucran una ocurrencia en el tiempo en que tenga que finalizar. En este caso surge la necesidad de determinar la longitud de la corrida (réplicas) para asegurar la estabilización de los resultados del modelo.2/5/2012 45
  • 46. ALGUNOS PELIGROS EN LA SIMULACIÓN Si los pasos descritos anteriormente son llevados a cabo, la probabilidad de desarrollar con éxito el proyecto de la simulación de un sistema, es muy alta. Algunas de las razones de por qué falla el proyecto de simulación, pueden ser las siguientes: • Falta de clarificación en los objetivos de la simulación. • Falla en el involucramiento de los individuos directamente relacionados con el sistema a representar. • Falta de presupuesto y restricciones de tiempo. • Agregar más detalles de los necesarios. • Incluir variables que tienen poco o ningún impacto en el comportamiento del sistema. • Falla en la verificación y validación del modelo. • Toma de decisiones en una simple corrida.2/5/2012 46
  • 47. BIBLIOGRAFÍA • Simulation Using Promodel Dr. Charles Harrell Dr. Biman K. Ghosh Dr. Royce O. Bowden Jr. Editorial Mc Graw Hill • Promodel User Guide Promodel Corporation • Simulación y Análisis de Sistemas con Promodel Eduardo García Dunna Heriberto García Reyes Leopoldo E. Cárdenas Barrón Editorial Pearson. Prentice Hall2/5/2012 47