El documento describe el uso de la herramienta de simulación Promodel para modelar, simular y optimizar procesos y servicios. Promodel es un software tecnológico que permite desarrollar un modelo matemático lógico de un sistema real con el fin de simular su funcionamiento a través del tiempo. La simulación ofrece ventajas como probar cambios en un sistema sin implementarlos físicamente y mejorar la comprensión del mismo. El documento explica la metodología de desarrollo de proyectos de simulación usando esta herram
1. MODELADO, SIMULACION Y OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS Y SERVICOS
USANDO LA HERRAMIENTA TECNOLÓGICA PROMODEL
MODELING, SIMULATION AND OPTIMIZATION OF PROCESSES AND
SERVICES USING THE TECHNOLOGICAL TOOL PROMODEL
MTI. ROSA IMELDA GARCIA CHI1
MSI. ARTURO EGUIA ALVAREZ2
I.I. GLORIA EMILIA IZAGUIRRE CARDENAS3
RESUMEN
En el siguiente artículo se informará
sobre una herramienta importante en el
diseño y desarrollo de sistemas llamada
Simulación, y que es utilizada en la
Ingeniería en Sistemas computacionales
e Ingeniería Industrial. Esta herramienta
tecnológica está definida como el
desarrollo de un modelo lógico
matemático de un sistema, de tal forma
que se obtiene una imitación de la
operación de un proceso de la vida real o
de un sistema a través del tiempo. Por
medio de ella, el estudiante obtiene los
medios de observación y
experimentación que han sido la esencia
de los métodos científicos, teniendo la
oportunidad de interpretar y proponer
soluciones óptimas a los casos reales
que se le presentan en el transcurso de
su formación profesional.
PALABRAS CLAVES
Simulación, computadora, sistemas,
modelos, software, herramienta,
tecnología.
ABSTRACT
In the following article will report on an
important tool in the design and
development of systems called
simulation, and is used in the Computer
Systems Engineering and Industrial
Engineering. This technological tool is
defined as the development of a
mathematical model of a logic system, so
as to obtain an imitation of the operation
of a real-life process or system over time.
Through it, the student obtains the
means of observation and experiment
that have been the essence of scientific
methods, having the opportunity to
interpret and propose optimal solutions to
real cases that are presented in the
course of their training.
KEY WORDS
Simulation, computer, systems,
models, software, tool,
technology.
1. INTRODUCCIÓN
Como su nombre lo indica, la
simulación pretende simular un
proceso real a través de un entorno
tridimensional e interactivo, que
permita realizar un análisis completo
de los factores involucrados en dicho
proceso, sin necesidad de recrearlo
físicamente. Esta técnica es ubicada
típicamente dentro de la Ingeniería
Industrial y es considerada como una
herramienta joven, ya que es en
1960 cuando cobra importancia. A
1
Maestra en Tecnologías de la Información, Docente del departamento de Sistemas y Computación e
Ingeniería Industrial en el IT d Cd. Valles , ha impartido la asignatura de simulación en las dos áreas desde el
2005. Impartió curso de titulación denominado Simulación en el 2002. Correo: isc_imelda_chi@hotmail.com
2
Maestro en Sistemas de Información, Docente del departamento de Sistemas y Computación e Ingeniería
Industrial en el IT d Cd. Valles, ha impartido la asignatura de simulación en las dos áreas. Correo:
arguro_eguia@yahoo.com.mx
3
Ingeniero Industrial, Docente del departamento de Ingeniería Industrial en el IT d Cd. Valles, ha impartido la
asignatura de simulación en el área de Ingeniería Industrial. Correo: gloria_ke@hotmail.com
1
2. continuación se presenta la
herramienta de Simulación Promodel,
enfocándose en las ventajas,
desventajas, aplicaciones en el
mercado, metodología que esta
técnica emplea; con el fin de informar
y mostrar un amplio panorama sobre
el desarrollo de la simulación en las
asignaturas de Ingeniería en
Sistemas Computacionales e
Ingeniería Industrial.
2. OBJETIVO
Dar a conocer el Modelado,
Simulación y Optimización de
Procesos y Servicios usando la
Herramienta Tecnológica Promodel
aplicados en proyectos de las
asignaturas de Ingeniería en
Sistemas Computacionales e
Ingeniería Industrial y su importancia
en la formación profesional y en el
desarrollo de habilidades
instrumentales y sistemáticas en los
estudiantes.
3. MARCO TEORICO
3.1 Definición de Simulación
La Simulación es una técnica
numérica para conducir experimentos
en un computador digital, los cuales
requieren ciertos tipos de modelos
lógicos y matemáticos, que describen
el comportamiento de un negocio o
un sistema económico (o algún
componente de ellos), en periodos
extensos de tiempo real; dado que la
simulación no pretende resolver
analíticamente las ecuaciones de un
modelo, por lo general un modelo
matemático construido para los
propósitos de simular es de
naturaleza distinta a uno formado
para técnicas analíticas. [3]
En general, la Simulación se puede
entender como un proceso para
modelar un sistema y hacer
experimentos con el objetivo de
obtener información y entender el
sistema utilizando un lenguaje
computacional. [2]
3.2 Razones para usar la
Simulación
• La simulación permite estudiar y
experimentar con las complejas
iteraciones que ocurren al interior
de un sistema dado, ya sea una
empresa, industria, economía o un
subsistema de cualquiera de ellas.
• La observación detallada del
sistema que se está simulando,
conduce a un mejor entendimiento
del mismo y proporciona
sugerencias para mejorarlo, que
de otro modo no podrían
obtenerse.
• La simulación puede ser usada
como recurso pedagógico, para
enseñar los conocimientos
básicos en el análisis teórico, el
análisis estadístico y en la toma
de decisiones.
• Un estudio de simulación sugiere,
frecuentemente, cambios en el
sistema. Los efectos de estos
cambios pueden probarse antes
de ser implementados en el
sistema real.
• La simulación puede usarse para
experimentar con situaciones
nuevas acerca de las cuales se
tiene muy poca o ninguna
información.
• Cuando se presentan nuevos
componentes de un sistema, la
simulación permite detectar los
cambios que ocurren en el
comportamiento del sistema. [3]
3.3. Problemas en los que se
utiliza la Simulación
2
3. En general la simulación surge en
dos tipos diferentes de problemas:
1. Aquellos problemas que
involucren alguna clase de
proceso estocástico. Ejemplo: la
demanda por un artículo, el tiempo
de espera antes de empezar una
producción, etc.
2. Ciertos problemas matemáticos
completamente determinísticos
que no pueden resolverse
fácilmente por métodos analíticos.
Ejemplo: ecuaciones diferenciales
complejas.
Cuando se está estudiando un
sistema por medio de la investigación
operativa, es necesario usar la
simulación en aquellas etapas que
están ocasionando dificultades, tales
como:
• Situaciones en las cuales es
imposible o extremadamente
costoso observar ciertos procesos
en la vida rea. Ejemplo: vuelos
espaciales, el ingreso nacional
bruto de un país para los próximos
dos años, reporte de ventas de
una compañía para los próximos
cinco años.
• Ciertos sistemas observados son
tan complejos que es imposible
describirlos en términos de un
conjunto de ecuaciones
matemáticas. Ejemplo: la
economía de un país.
• Aunque pueda desarrollarse un
modelo matemático para describir
un sistema, puede no ser posible
obtener una solución al modelo
por medio de técnicas analíticas.
Ejemplo: sistemas complejos de
fenómenos de espera, problema
de asignación de tareas en un
taller.
• Puede ser imposible o sumamente
costoso realizar experimentos de
validación sobre el modelo
matemático que describe el
sistema. [4]
3.4. Ventajas de la Simulación
La simulación mediante
computadoras se ha convertido en un
procedimiento usual en la prospectiva
de sistema por alguna de estas
razones:
• Ensayar sistemas reales sobre
la realidad puede ser muy
costoso.
• Ensayar sobre la realidad
puede conducir a la
destrucción.
• Es una herramienta eficiente
de predicción en cuanto al
comportamiento del modelo.
• Comprime el tiempo en el
análisis de la información y en
la toma de decisiones.
• Es muy flexible a cambios.
• Ayuda en la experimentación.
• Algunas veces es la única
opción.
3.5. Desventajas de la
Simulación
• Requiere más recursos que
otras técnicas, como las
analíticas, la estadística y los
MRP.
• Requiere el conocimiento de
un lenguaje.
• El tiempo de desarrollo del
modelo es muy alto.
• No todas las soluciones
generadas por la simulación
con Promodel son óptimas, por
lo que el tomador de
decisiones debe aplicar su
3
4. experiencia en la interpretación
de resultados. [4]
3.6 El Modelo
Un modelo es una abstracción o
representación de un sistema, con el
fin de analizar el comportamiento del
mismo, que permita buscar su mejor
desempeño; o cuando el sistema no
existe todavía, para definir su
estructura ideal, indicando las
relaciones fundamentales entre sus
elementos. [5]
Tipos de Modelos:
• Modelos Descriptivos: consisten
simplemente de una descripción
del sistema a estudiar, lo cual
puede hacerse mediante un
diagrama de flujo.
• Modelos Icónicos: son una
representación a escala
aumentada o reducida del sistema
real, son imágenes (íconos) del
sistema que representan. La
maqueta de un edificio, un barco
de juguete, el esquema de un
átomo, etc.
• Modelos Analógicos: utilizan un
conjunto de propiedades de un
sistema para representar a otros.
Un sistema eléctrico puede usarse
como un análogo de un sistema
hidráulico.
• Modelos Matemáticos: emplean
letras, números y otro tipo de
símbolos para representar el
sistema de interés, y para
describir la interacción entre las
variables. Los modelos simbólicos
toman la forma de relaciones
matemáticas, generalmente
ecuaciones o desigualdades que
representan la estructura del
sistema.
• Modelos Procedimentales: más
conocidos como modelos de
simulación. Un modelo
procedimental expresa las
relaciones dinámicas que se
supone que existen en la situación
real por medio de una serie de
operaciones elementales en las
variables apropiadas. [6]
3.7Aplicaciones de Simulación que
pueden resolverse con
Herramientas Tecnológicas
La simulación se ha utilizado
virtualmente en todas las ramas de la
ciencia e ingeniería, a tal grado que
en toda la literatura técnica se
encuentran descripciones de estudios
de simulación. Algunas de ellas son:
• Optimización con simulación.
• Diseño de experimentos.
• Simulación de sistemas de
servicio.
• Simulación de sistemas de salud
(clínicas y hospitales).
• Programación de la producción
con ayuda de simulación (el
problema clásico de “Scheduling”).
• Sistemas de Logística.
• Simulación para no ingenieros.
(pilotos, diseñadores gráficos, étc)
• Entrenamiento de astronautas.
• Validación de los sistemas de los
automóviles.
• Ensayo de las características
técnicas de nuevos aparatos.
• Sistemas bancarios.
• Simuladores de vuelo.
• Robótica, entre otras.
3.8Herramientas Tecnológicas de
Software para Simulación
4
5. Entre algunos paquetes de software
se encuentran los siguientes:
Figura 1 Software Promodel. Fuente [8]
3.8.1. PROMODEL
Software de Simulación y
Optimización para la Manufactura,
Logística, Ensamble, Balanceo de
Líneas, Justificación de Capital, entre
otras aplicaciones. [8]
Figura 2 Software Service Model. Fuente
[8]
3.8.2 SERVICE MODEL
Software de Simulación y
Optimización para Sistemas de
Servicio. Diseño y Planeación de la
Capacidad en empresas o procesos
de Servicio. [8]
Figura 3 Software Medmodel. Fuente [8]
3.8.3 MED MODEL
Software de Simulación y
Optimización de Hospitales, Clínicas
y Procedimientos de Trabajo en
ambiente de Hospitales. [8]
Figura 4 Software SimRunner. Fuente [8]
3.8.4 SIM RUNNER
Software para Optimizar los
modelos creados en Promodel,
Servicemodel, Emodel y Medmodel.
También incluye el Cálculo del
período de Warm Up y número de
réplicas, así como la longitud de la
corrida. [8]
Figura 5 Software Stat::Fit. Fuente [9]
3.8.5 STAT::FIT
Software para Ajuste de Curvas y
Análisis Estadístico de los Datos de
Entrada y Salida para la Simulación.
Figura 6 Software Arena. Fuente [8]
3.8.6 ARENA STANDARD EDITION
Es una potente aplicación idónea
para simular sistemas complejos,
operaciones y procesos en el ámbito
de los servicios, la fabricación, el
transporte, la logística, y la cadena de
suministro, entre otros. [8]
5
6. 4 METODOLOGIA DE
DESARROLLO DE PROYECTOS
DE SIMUALCION
La aplicación de la simulación a
muchos tipos de sistemas junto con
los distintos tipos de estudios,
produce variaciones en la forma
como se desarrolla un estudio de
simulación. Sin embargo, se pueden
identificar determinados pasos
básicos en el proceso para
determinar la Metodología de un
Proyecto de Simulación. [7]
La Metodología propuesta sería:
1. Definición del problema
2. Plan de estudio
3. Formulación de un modelo
matemático
4. Construcción de un programa de
computador para el modelo
5. Validación del modelo
6. Diseño de experimentos
7. Ejecución de la corrida de
simulación y análisis de resultados
Los dos primeros pasos son definir el
problema y planear el estudio.
Aunque estos pasos pueden parecer
obvios, no dejan de ser importantes.
No debe desarrollarse ningún estudio,
simulación o evento parecido, sino
hasta que se enuncien claramente el
problema y los objetivos del estudio.
Luego se hacen las estimaciones del
trabajo por realizar y del tiempo
requerido.
El tercer paso, consiste en construir
un modelo, para ello, es necesario
establecer la estructura del modelo
decidiendo los aspectos del
comportamiento del sistema que son
significativos para el problema que se
trata de resolver, y es necesario
reunir los datos para proporcionar
parámetros correctos para el modelo.
El cuarto paso, es construir el modelo
en un software de computadora, es
una tarea relativamente bien definida.
El modelo establece las
especificaciones de lo que debe
programarse. En la práctica, con
frecuencia la cuestión de la dificultad
de programar un modelo influye en la
forma de como se construye. Es
probable que las tareas de producir
un modelo y programa de
computadora, se realicen en paralelo
más que en serie. [7]
El quinto paso, la validación del
modelo, es un área que requiere
buena cantidad de juicio. En gran
medida, el problema es el
complemento de la formulación del
modelo. Las inferencias que se hacen
al determinar el modelo se
comprueban observando si éste se
comporta como se esperó. Desde
luego, pueden ocurrir errores al
programar el modelo. Idealmente, los
errores del modelo y los de
programación se separan validando
el modelo matemático antes de iniciar
la programación. Sin embargo, no es
fácil hacerlo, debido a que el modelo
matemático no es sencillo manejarlo.
El sexto paso es el diseño de un
conjunto de experimentos que
satisfagan los objetivos del estudio.
Un factor que debe considerarse es el
costo de correr el modelo en la
computadora, se debe ponderar
cuidadosamente el número de
corridas que se necesitan.
El último paso en el estudio de un
sistema, es ejecutar las corridas de
6
7. simulación e interpretar los
resultados.
En un estudio bien planificado se
habrá planteado un conjunto bien
definido de preguntas y el análisis
tratará de responderlas. [5]
4 DESARROLLO DE
PROYECTOS USANDO
PROMODEL COMO
HERRAMIENTA TECNOLÓGICA
DE SIMULACIÓN
En la asignatura de Simulación del
programa de estudios de Ingeniería
Industrial y de Ia Ingeniería en
Sistemas Computacionales la unidad
5 se denomina de la siguiente
manera:
• Proyecto de Aplicación en
Ingeniería Industrial, subtema
de la unidad: Proyecto Final el
cuál consiste en el análisis,
modelado y simulación de
sistema de servicios o
productivo de una empresa
para detectar las mejoras
posibles a realizar, y plantear
acciones que mejoren el
desempeño de sistemas y que
en el caso de poder
implementarse se lleve hasta
este nivel.
• Proyecto Integrador en
Sistemas Computacionales,
subtema de la unidad: Análisis,
modelado y simulación de un
sistema de servicios o
productivo de una empresa
para detectar las mejoras
posibles a realizar.
En base en el tema de la Unidad, se
organizan los estudiantes para
conformar los equipos de Simulación.
Seleccionan una empresa y realizan
visita para solicitar autorización para
Simular uno de sus procesos como
actividad académica de la Asignatura.
Una vez autorizada la propuesta, se
recolectan los datos para ser
modelados en la Herramienta de
Simulación Promodel.
Los datos son analizados
estadísticamente con la herramienta
que incluye el Promodel denominada
Stat::Fit. (Ver figura 7)
Figura 7 Herramienta Stat::Fit
A continuación se muestran los
elementos de modelación que utiliza
Promodel (Ver figura 8):
Figura 8 Elementos de Modelación
Promodel. Fuente [9]
En ProModel, todo se ajusta al
paradigma de Locaciones, Entidades,
Recursos, Llegadas y Proceso (Ver
figura 9).
7
8. Figura 9 Sistema a Modelo de Promodel.
Fuente [9]
Las locaciones, entidades y recursos
son las COSAS en el sistema. Las
llegadas y el proceso definen QUÉ
HACEN LAS COSAS. [9]
Figura 10 Modelo V. 0. Fuente [9]
Locaciones (Locations): Las
locaciones representan lugares
físicos fijos en el sistema donde
ocurren las cosas. Las locaciones
pueden ser objetos como máquinas,
fila de espera, banda de transporte,
un escritorio o una estación de
trabajo. (Ver figura 11).
Figura 11 Locaciones en Promodel.
Fuente [9]
Figura 12 Gráficas de Locaciones. Fuente
[9]
Entidades (Entities): Cosas que “se
mueven a través” del modelo se
llaman “entidades”. Algunos ejemplos
incluyen piezas, productos, personas
o documentos. Las entidades viajan
de locación a locación, realizando
actividades. (Ver figura 12).
Figura 13 Entidades en Promodel. Fuente
[9]
Llegadas (Arrivals): Cuando una
entidad aparece inicialmente en una
locación en el modelo, se le llama
llegada. Las llegadas pueden ocurrir
de acuerdo al tiempo, o a alguna otra
condición. (Ver figura 13).
8
9. Figura 14 Llegadas en Promodel. Fuente
[9]
Proceso (Processing): El proceso
describe las operaciones que toman
lugar cuando una entidad está en una
locación, como la cantidad de tiempo
que la entidad permanece ahí, los
recursos que necesita para completar
el proceso y cualquier otra cosa que
sucede en la locación, incluyendo
seleccionar el siguiente destino. (Ver
figura 14).
Figura 15 Proceso en Promodel. Fuente
[9]
Recursos (Resources): Un tipo de
objeto que se utiliza por entidades o
locaciones para realizar algún tipo de
actividad, como un operario o un
montacargas. [9]
Ejecución (Run Simulation): Esta
acción permitirá ejecutar la
simulación estableciendo el tiempo de
proceso en las opciones de la
Simulación.(Ver figura 15) [9]
Figura 16 Ejecución de la simulación en
Promodel. Fuente [9]
Salida (Output): Se muestran las
estadísticas obtenidas por la
simulación. Estas se pueden
presentar de manera gráfica, por
locación, por entidad o promedios. [9]
Figura 17 Editor de salida de Promodel.
Fuente [9]
Figura 18 Menú Simulación. Fuente [9]
9
10. Figura 19 Tiempos de Proceso. Fuente [9]
5 RESULTADOS DEL USO DE LA
HERRAMIENTA TECNOLÓGICA
PROMODEL EN PROYECTOS
DE SIMULACION
Los estudiantes de ingeniería
industrial y de Sistemas del IT de Cd.
Valles, utilizan la simulación para
resolver problemas en procesos de
Manufactura o Servicio.
Para ello en un Sistema, los
estudiantes eligen entre los dos tipos
de procesos a ser modelado con
Promodel, Sistema de Manufactura o
Sistema de Servicio. A continuación
se observan ambos procesos:
Figura 20 Sistema de Manufactura.
Fuente [5]
Figura 21 Sistema de Servicio. Fuente [5]
Los estudiantes han mejorado los
procesos de diversas empresas:
• Gasolinera
• Maquiladoras
• Ingenios
• Pastelería
• Asilos de Ancianos
• Farmacias
• Taller mecánico
• Taller eléctrico
• Centros de cómputo
• Ciber cafés
• Autolavados
• Spas
• Estéticas
• Misceláneas
• Empresas Manufactureras
• Turismo
• Tienda de Regalos y globos
• Foto laboratorio
• Bancos
Algunas interfaces de los procesos
resueltos con Promodel:
a) Llenado de tanques de
Almacenamiento. Donde se
recolectan los datos
primeramente, se definen las
locaciones, en este caso son 6
locaciones, se determina una
entidad, que corresponde a el
líquido que se almacena en los
tanques, recursos, que son los
camiones que transportan el
combustible, las llegadas
siguen una distribución
exponencial de 35 min. El
proceso se define con la ruta
que va de los tanques a la
fábrica. (Ver figura 22)
10
11. Figura 22 Simulación de Tanques. Fuente:
elaborado por el autor.
b) El siguiente problema de
Simulación corresponde a una
fábrica donde se maquila una
pieza. Las locaciones definidas
son 6, existen dos tipos de
piezas que se maquilan. Hay
un recurso que es el Inspector.
El proceso recorre todas las
locaciones cada una con
diferentes distribuciones de
probabilidad en tiempos de
espera o de maquinado, así
con tiempos de traslado de
una locación a otra. (Ver figura
23)
Figura 23 Simulación de maquinado.
Fuente: elaborado por el autor.
c) La siguiente simulación
corresponde a un centro de
maquinado. Existen 3
locaciones, una sola entidad.
Un solo proceso con tiempos
diferentes. No se consideraron
recursos ni rutas. (ver figura
24)
Figura 24 Simulación molino y torno.
Fuente: elaborado por el autor.
d) La siguiente simulación
corresponde al tiempo de
atención en una sucursal
bancaria. Se definen 4
locaciones que corresponden a
los cajeros, una fila de entrada
donde la entidad es el cliente.
Un solo proceso y 4 rutas
diferentes. (Ver figura 25)
Figura 25 Simulación de un banco.
Fuente: elaborado por el autor.
e) La siguiente simulación
corresponde a una gasolinera.
Las locaciones definidas son
los dispensadores. Las
entidades son los litros de
combustible que se venden.
Los recursos son los
despachadores. (Ver figura 26)
11
12. Figura 26 Simulación de gasolinera.
Fuente: elaborado por el autor.
f) El problema de un autolavado
también ha sido simulado. En
esta las locaciones son los
espacios disponibles para
lavar un vehículo. La entidad
son los vehículos y los
recursos los lavadores. (Ver
figura 27)
Figura 27 Simulación autolavado. Fuente:
elaborado por el autor.
6 CONCLUSIONES
Durante muchos años, la herramienta
de simulación fue una herramienta
limitada, costosa, complicada y poco
rentable. Aun así, los proyectos de
simulación se completaban si el costo
de la inversión lo ameritaba. En la
actualidad, el costo de simular se ha
venido abajo por diferentes factores,
entre ellos: el costo de la información
de la planta (o del sistema a simular),
el costo del software, el costo del
hardware, la rapidez en hacer los
modelos, la optimización, la
integración de los modelos con los
procesos de negocio, etcétera.
Al ser la herramienta de simulación
tediosa y poco rentable, en los
programas de Ingeniería Industrial y
Sistemas Computacionales sólo se le
dedicaba una materia semestral o
incluso menos, solo dos unidades.
Como docentes en la impartición de
la asignatura de Simulación en las
áreas de Industrial y de Sistemas del
IT de Cd. Valles, se propone contar
con más materias que involucren
tópicos de simulación, profundizar
más en los temas, reforzar la parte de
programación de computadoras con
lenguajes de alto nivel y enlazar más
conocimientos vía simulación.
De la misma manera se recomienda
mostrar las aplicaciones que en
Mejora Continua, Re-Ingeniería de
Procesos y otros, se pueden hacer
con Simulación. Algunas empresas
han hecho de la Simulación una
norma corporativa para hacer
negocios y asegurar el éxito de los
proyectos y la rentabilidad de las
inversiones.
En cuanto a la simulación como
técnica se concluye, que permite
hacer prospectiva del sistema sin
destruirlo, de manera poco costosa y
alternando las escalas de tiempo
según convenga.
Los estudiantes de ingeniería en
sistemas computacionales y de
ingeniería industrial han modelado
tanto procesos de manufactura como
procesos de servicios en diversas
empresas de la región en trabajos
12
13. académicos, como proyectos de fin
de curso o Residencia profesional,
utilizando la Herramienta Tecnológica
de Software: Promodel; logrando
optimizaciones exitosas y puestas en
marcha.
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13