E D . D . J U A N M A N U E L C A R R I Ó N D E L G A D O
SIMULACIÓNINGENIERÍA INDUSTRIAL
U N I D A D 1
INTRODUCCIÓN A LA SIMULACIÓN DE EVENTOS
DISCRETOS
ESTABLECERÁ EL CONCEPTO DE SIMULACIÓN,.CONOCERÁ LAS PRINCIPALES APLICACIONES DE LASIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS E IDENTIFICARÁ LOS ELEMENTOSPRINCIPALES EN LA SIMULACIÓN.
OBJET IVO EDUCACIONAL
1.1. INTRODUCCIÓN
• Es una técnica cuantitativa dela IO
• Su empleo moderno seremonta hacia fines de 1940,cuando Von Neumann y Ulamacuñaron el término "ANÁLISISDE MONTE CARLO" paraaplicarlo a una técnicamatemática que usabanentonces en la resolución deciertos problemas deprotección nuclear que eran, odemasiado costosos pararesolverse experimentalmenteo de enorme complejidadpara un tratamiento analítico.
SU PROPÓSITO
• Incrementar la
productividad y la
calidad de los
bienes y servicios
que se producen
en las
organizaciones al
optimizar los
recursos.
1.2 DEFINICIONES Y APLICACIONES
• Thomas H. Naylor :“Simulación es el procesode diseñar y desarrollarun modelocomputarizado de unsistema o proceso yconducir experimentoscon este modelo con elpropósito de entender elcomportamiento delsistema o evaluar variasestrategias con las cualesse puede operar elsistema”.
• Robert E. Shannon: “Esel proceso de diseñar ydesarrollar un modelocomputarizado de unsistema o proceso yconducir experimentoscon este modelo conel propósito deentender elcomportamiento delsistema o evaluarvarias estrategias conlas cuales se puedeoperar el sistema”.
• H. Masiel y G. Gnugnoli : “Es una técnica numérica para realizar experimentos en una computadora digital. Estos experimentos involucran ciertos tipos de modelos matemáticos y lógicos que describen el comportamiento de sistemas de negocios, económicos, sociales, biológicos, físicos o químicos a través de largos periodos de tiempo”.
VENTAJAS DE LA SIMULACIÓN SEGÚN NAYLOR:
• A través de un estudio de simulación, se puedeestudiar el efecto de cambios internos y externos delsistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistemay observando los efectos de esas alteraciones en elcomportamiento del sistema.
• Una observación detallada del sistema que se estásimulando puede conducir a un mejor entendimientodel sistema y por consiguiente a sugerir estrategias quemejoren la operación y eficiencia del sistema.
• La simulación de sistemas complejos puede ayudar aentender mejor la operación del sistema, a detectar lasvariables más importantes que interactúan en el sistemay a entender mejor las interrelaciones entre estasvariables.
• La técnica de simulación puede ser utilizada paraexperimentar con nuevas situaciones, sobre las cuales tienepoca o ninguna información. A través de estaexperimentación se puede anticipar mejor a posiblesresultados no previstos.
• Cuando nuevos elementos son introducidos en un sistema,la simulación puede ser usada para anticipar cuellos debotella o algún otro problema que puede surgir en elcomportamiento del sistema.• En simulación cada variable puede sostenerse constante
excepto algunas cuya influencia está siendo estudiada.Como resultado el posible efecto de descontrol de lasvariables en el comportamiento del sistema necesitan no sertomados en cuenta. Como frecuentemente debe ser hechocuando el experimento está desarrollado sobre un sistemareal.
APLICACIONES DE LA SIMULACIÓN
Las áreas de aplicación de la simulación son muy amplias, numerosas y
diversas, basta mencionar sólo algunas de ellas:
Análisis del impacto ambiental causado por diversas fuentes
Análisis y diseño de sistemas de manufactura
Análisis y diseño de sistemas de comunicaciones.
Evaluación del diseño de organismos prestadores de servicios públicos (por
ejemplo: hospitales, oficinas de correos, telégrafos, casas de cambio, etc.).
Análisis de sistemas de transporte terrestre, marítimo o por aire. Análisis de
grandes equipos de cómputo.
Análisis de un departamento dentro de una fábrica. Adiestramiento de
operadores (centrales carboeléctricas, termoeléctricas, nucleoeléctricas,
aviones, etc.).Análisis de sistemas de acondicionamiento de aire.
Planeación para la producción de bienes.
Análisis financiero de sistemas económicos. Evaluación de sistemas tácticos o
de defensa militar.
La simulación se utiliza en la etapa de diseño para auxiliar en el logro o
mejoramiento de un proceso o diseño o bien a un sistema ya existente para
explorar algunas modificaciones.
• Se recomienda la aplicación de la simulación a
sistemas ya existentes cuando existe algún
problema de operación o bien cuando se requiere
llevar a cabo una mejora en el comportamiento. El
efecto que sobre el sistema ocurre cuando se
cambia alguno de sus componentes se puede
examinar antes de que ocurra el cambio físico en
la planta para asegurar que el problema de
operación se soluciona o bien para determinar el
medio más económico para lograr la mejora
deseada.
PERO ¿CUÁNDO ES ÚTIL UTILIZAR LA SIMULACIÓN?
CUANDO EXISTAN UNA O MÁS DE LAS SIGUIENTES CONDICIONES:
• 1.- No existe una completa formulación matemática del problema o los métodos
analíticos para resolver el modelo matemático no se han desarrollado aún.
Muchos modelos de líneas de espera corresponden a esta categoría.
• 2.- Los métodos analíticos están disponibles, pero los procedimientos matemáticos
son tan complejos y difíciles, que la simulación proporciona un método más simple
de solución.
• 3.- Las soluciones analíticas existen y son posibles, pero están más allá de la
habilidad matemática del personal disponible El costo del diseño, la prueba y la
corrida de una simulación debe entonces evaluarse contra el costo de obtener
ayuda externa.
• 4.- Se desea observar el trayecto histórico simulado del proceso sobre un período,
además de estimar ciertos parámetros.
• 5.- La simulación puede ser la única posibilidad, debido a la dificultad para realizar
experimentos y observar fenómenos en su entorno real, por ejemplo, estudios de
vehículos espaciales en sus vuelos interplanetarios.
• 6.- Se requiere la aceleración del tiempo para sistemas o procesos que requieren
de largo tiempo para realizarse. La simulación proporciona un control sobre el
tiempo, debido a que un fenómeno se puede acelerar o retardar según se desee.
1.3.ESTRUCTURA Y CARACTERÍSTICA DE LA
SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS.
SISTEMA DE EVENTOS DISCRETOS:
• Es un sistema cuyo estado cambia sólo en ciertos
puntos en el tiempo. Por ejemplo, en el modelo de
la operación de un banco, el estado del sistema se
describe mediante el número de clientes en línea y
cuál de los pagadores está en ese momento
ocupado. El estado de este sistema cambia sólo en
aquellos puntos en el tiempo en lo que:
a) un nuevo cliente llega o;
b) un cliente deja de ser atendido y sale del banco.
Este a su vez se clasifica como uno de los siguientes
dos tipos:
Sistemas de Terminación: es aquel en el existen
puntos de inicio y terminación precisos y conocidos
Sistemas de no Terminación: es aquel que está en
curso y que carece de puntos de inicio y
terminación precisos y conocidos.
SISTEMAS CONTINUOS:
Es aquel cuyo estado cambia continuamente a
cada momento en el tiempo. Una aeronave que se
desplaza en el aire es un ejemplo de un sistema
continuo puesto que sus variables estado tales
como su posición y velocidad pueden cambiar
instantáneamente con respecto al tiempo.
1.4 SISTEMAS, MODELOS Y CONTROL
IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA SIMULACIÓN POR COMPUTADORA.
Salida: es el objetivo de un estudio de simulación que tiene la forma
de un valor numérico específico.
Entrada: es un valor numérico que es necesario para determinar las
salidas de una simulación
Antes de diseñar los detalles de una simulación por computadora es
decisivo tener una clara comprensión de los objetivos del estudio en
la forma de salidas numéricas específicas.
Con las salidas identificadas, el siguiente paso es identificar las
entradas. Estas entradas caen en tres categorías generales:
Condición inicial: un valor que expresa el estado del sistema al
principio de una simulación.
Datos determinísticos: son valores conocidos necesarios para
calcular las salidas de una simulación.
Datos probabilísticos: son magnitudes numéricas cuyos valores son
inciertos pero necesarios para obtener las salidas de la simulación.
TERMINOLOGÍA
Entidad. Objeto o componente de interés en un sistema, porejemplo, un cliente, un servidor o una máquina.
Atributo. Denota propiedad de una entidad, por ejemplo, laprioridad de los clientes en la fila de espera.
Actividad. Todo proceso que provoque cambios en el sistema.
Estado del sistema. Colección de variables que contienen todala información para la descripción de todas las entidades, losatributos y las actividades de acuerdo con su existencia en algúnpunto del tiempo.
Evento. Es un hecho que ocurre instantáneamente y que cambiael estado del sistema, como por ejemplo la llegada de un nuevocliente a un banco. dentro del sistema
Determinista. Es posible describir completamente el resultado deuna actividad en términos de su entrada .
Estocástica. Cuando los efectos de la actividad aleatoriamenteen distintas salidas.
EJEMPLOS DE SISTEMAS Y SUS COMPONENTES
Sistema Entidades Atributos Actividades Eventos Variables
de
estado
Banco Clientes Estado de
cuenta
Depositar Llegadas, salidas Número de cajeros
ocupados, número
de clientes en
espera.
Ferrocarril Viajeros Orígenes,
destinos
Viajar Llegada a una
estación.
Llegada a un
destino.
Número de viajeros
esperando en cada
estación.
Producción Máquinas Rapidez,
capacidad, tasa
de
descomposturas.
Estampar, soldar Descompostura Estado de las
máquinas.
Comunicaciones Mensajes Tamaño ,destino Transmisión Recepción en el
destino
Mensajes en espera
a ser transmitidos.
Inventario Almacén Capacidad Disponer Demanda Nivel de inventario.
Demanda
acumulada.
1.5.MECANISMOS DE TIEMPO FIJO Y TIEMPO
VARIABLE
Hay fundamentalmente dos formas de considerar el
avance del tiempo en un modelo de simulación:
Incrementos fijos de tiempo: se considera un intervalo
fijo de tiempo y el estado del modelo se comprueba
después de transcurrido cada uno de estos incrementos
constantes.
Incrementos por los eventos (N.E.T.A., Next Event Time
Advance): las comprobaciones y modificaciones de las
variables afectadas se realizan sólo después de la
ocurrencia de un evento. Aquí el incremento de tiempo
es variable, va desde la ocurrencia de un evento a otro.
Avance del reloj de simulación según los sucesos.
Avance del reloj de simulación según los sucesos.
Avance del reloj de simulación en incrementos fijos.
1.6 ETAPAS DE UN PROYECTO DE SIMULACIÓN
EL PROCESO DE SIMULACIÓN
Definición de sistema-determinación de los límites o fronteras, restricciones y medidas de efectividad que se usará para definir el sistema que se estudiará.
Formulación del modelo- reducción o abstracción del sistema real a un diagrama de flujo lógico.
Preparación de los datos- identificación de los datos que el modelo requiere y reducción de éstos a una forma adecuada.
Traslación del modelo- descripción del modelo en un lenguaje aceptable para la computadora que se usará.
Validación- incremento a un nivel aceptable de confianza de modo que la inferencia obtenida del modelo respecto al sistema real sea correcta.
Planeación estratégica – diseño de un experimento que producirá la información deseada.
Planeación táctica- determinación de cómo se realizará cada una de las corridas de prueba especificadas en el diseño experimental.
Experimentación- corrida de la simulación para generar los datos deseados y efectuar el análisis de sensibilidad.
Interpretación- obtención de inferencias con base en datos generados por simulación.
Implantación- uso del modelo y/o resultados.
Documentación- registro de las actividades del proyecto y los resultados así como de la documentación del modelo y su uso.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Y DEFINICIÓN DEL MODELO