Trabajo de investigación Simulación de operaciones y procesos
¿Qué es la simulación de operaciones y procesos?
La simulación es una herramienta muy potente para la evaluación y el análisis de los sistemas nuevos y los ya existentes. Permite anticiparse al proceso real, validarlo y obtener su mejor configuración.
Los continuos cambios y avances en la logística y los sistemas productivos hacen necesaria la realización de mejoras y la toma de decisiones. La simulación es una buena herramienta de apoyo para este tipo de acciones.
Basándose en análisis “what if”, la simulación permite reproducir virtualmente los procesos y estudiar su comportamiento, para analizar el impacto de los posibles cambios o para comparar diferentes alternativas de diseño sin el alto coste de los experimentos a escala real.
El objetivo final es conseguir la mejor configuración del proceso con un costo mínimo, maximizando la eficiencia y la productividad.
Las técnicas de simulación sirven para analizar los procesos actuales (mejora y optimización) y procesos futuros (anticipación de soluciones) con el fin de obtener el diseño más eficiente con diferentes objetivos:
• Optimización de recursos.
• Validación de la inversión a realizar.
• Identificación de restricciones de proceso.
• Análisis de puntos críticos (cuellos de botella) del proceso
• Evaluación de alternativas de diseño de los procesos.
• Evaluación del diseño de instalaciones para adaptarse a la fabricación de nuevos modelos.
• Análisis de la capacidad máxima.
• Estimación de la eficiencia / productividad.
• Simulación de condiciones extremas.
• Otro de los beneficios adicionales de la simulación es proporcionar una visualización unificada de los escenarios de funcionamiento, permitiendo el intercambio de información entre los departamentos de la empresa. El modelo reproduce los procesos en el ordenador, y proporciona un punto de vista unificado para la evaluación técnica de los escenarios operacionales, evitando los costes y esfuerzos que supondría hacerlo con el sistema real.
La simulación puede complementarse con otros sistemas de planificación y programación para validar y confirmar las planificaciones previstas y ejecutar las operaciones con la máxima eficiencia. La simulación es una herramienta muy potente para la evaluación y el análisis de los sistemas nuevos y los
Sistemas
Los sistemas son objetos, o colección de objetos de los cuales se desean estudiar sus propiedades. (Peter Fritzson, 2015)
El deseo de estudiar las propiedades seleccionadas de los objetos son los
objetivos en los que se centran los sistemas. Para la construcción de un sistema, se dice es arbitrario, debido a que este, está guiado por el uso de lo que se va a hacer en el mismo. Las principales razones para la realización de estos se dan porque:
1. Se desean comprenderlo, con la finalidad de construirlo, esto en el caso de la ingeniería.
2. Satisfacer la curiosidad del ser humano, es decir para comprender la naturaleza, en el caso de las ciencias naturales.
Sistemas Naturales y Artificiales
Los sistemas en su definición pueden tender dos tipos de orígenes, el natural, como lo es el origen del universo, la sublimación del agua, etc. O también puede ser artificial, como lo puede ser una estufa que a través de gas permite inducir temperatura a lo que se vaya a preparar. Este último se da por intervención del ser humano; existen también sistemas que incluyen la operación de ambos tipos, como lo sería el llenado de una cisterna que capta agua de lluvia y la purifica a través de un sistema humano.
Entre las propiedades que se pueden encontrar en los sistemas, es que estos deben ser observables, es decir, que se puede prestar atención a los eventos que en él transcurren. En los sistemas se puede influir mediante entradas, y así
controlar el parte del comportamiento de este.
Experimentos
Peter Fritzson, (2015). Señala que, en la realización de los sistemas, el hecho de que sean observables es esencial, si se desea estudiarlo. Para ello debemos tener la capacidad de observar las salidas que incurren en un sistema. Para su estudio es necesario la reiteración del mismo sistema controlado las entradas y así observar los resultados, a este proceso se le llama experimentación.
Para que se pueda realizar un experimento aplicado a un sistema, éste deber ser controlable y observable.
Existen desventajas en el método experimental, como lo son el no poder controlar entradas, o no son accesibles, también llamadas Entradas de perturbación;
también están las salidas que tienen gran utilidad no se encuentran accesibles, por lo que no pueden ser medidas, y estas se denominan estados internos del sistema.
En la cuestión práctica, la realización de experimentos, surgen problemas asociados a una serie de problemas, como lo podrían ser:
• Costoso: El experimento que se desea realizar, puede verse afectado por el tiempo que se necesita para llevarse a cabo, o el monto efectivo que se a necesitarse para realización. Por ejemplo: Investigar cuál es la durabilidad de los barcos rompehielos, haciéndolos colisionar contra icebergs.
• Peligroso: El experimento podría causar Daños contra la vida humana, así como también A la naturaleza; Por ejemplo: Investigar La resistencia de un bunker a través de un misil.
• Inexistente: El experimento requiere de tecnología que aún se encuentra en fase de desarrollo, o que aún no existe.
Debido a estas circunstancias en el método experimental, surge un nuevo
concepto llamado modelo, que sí resulta ser aproximado a la realidad, se emplea para la investigación cómo un modelo de sistema siendo este capaz de servir cómo modelo de investigación, respondiendo así preguntas que hacen referencia a un sistema real.
Modelos
Los modelos de un sistema se utilizan para responder preguntas relativas a un sistema, sin la realización de experimentos sobre la situación real. El modelo, puede verse también como información simplificada que permite responder preguntas acerca de un sistema, con cierta cantidad de información; es decir que un modelo es también un sistema.
Los modelos, al igual que los sistemas por su naturaleza son jerárquicos. Si se tomara una porción de un modelo, esta representaría un nuevo modelo.
Los modelos según Fritson et al. (2015) se pueden clasificar en 4:
Modelo mental, Modelo verbal, Modelo físico, Modelo matemático, en este caso se hablará de estas últimas dos.
El modelo físico: Data de un objeto físico que reproduce cierto número de propiedades de un sistema real. Por ejemplo, la fachada con la que resultará una edificación, el acabado final de los muros, etc., comúnmente son utilizados estos, como una construcción a menor escala, de los objetos reales a estudiar y sus propiedades, como los aspectos estéticos o visibles.
El modelo matemático: Es la descripción que se presenta de un sistema donde existe una relación entre las variables de un sistema y estas se expresan de forman matemática. En este modelo las variables, son cantidades medibles, pudiendo ser el peso, la temperatura, resistencia, fuerza, etc., Por ejemplo, El momento de tensión en una viga dado por la distancia de una fuerza, por la magnitud de la misma.
Los modelos matemáticos son también llamados prototipos virtuales. Existes ocasiones en el que el término modelado físico, se emplea también para el proceso de construcción de modelos matemáticos de sistemas físicos que se
representan en un computador; esto se debe a que en ocasiones los procesos de estructuración y síntesis del modelo matemático es el mismo que el que se
utilizará en la construcción del modelo físico real.
Simulación
Fritson (2015) describe la simulación como un experimento efectuado sobre un modelo en lugar de los sistemas reales a los que corresponden estos modelos.
Pero esto no indica que este deba ser representado en forma matemática o mediante un programa de computador.
• Una simulación de un proceso constructivo como el estudio de resistencia de una trabe de concreto armado, cuya finalidad es conocer la capacidad máxima de carga de dicha trabe, para comprobar que el proyecto realizado es estructuralmente correcto.
• Una simulación de un modelo de redes que aplique el algoritmo de Dijkstra para encontrar la ruta más corta que existe de un punto a otro.
Existen dos partes fundamentales en la simulación, la descripción del experimento y la del modelo, son descripciones conceptualmente separadas e independientes, pero dentro de una simulación van unidos, pues Fritson (2015) “Un modelo es válido sólo para una cierta clase de experimentos”, dicho lo anterior se emplea un marco experimental en conjunto con el modelo, que limita las condiciones que se deben satisfacer para que un experimento sea válido.
Con respecto al desarrollo del modelo de simulación, no se han presentado grandes avances desde la inducción de los paquetes de simulación comercial, es decir, los paquetes de sistemas de modelado interactivo visual (VIM), como lo son Arena, Taylor II, QUEST, Micro Saint, Enterprise Dinamics etc., programas en los que el usuario, además de la capacidad visual que obtenía, también se presentaba de manera interactiva.
¿Cuál es el área de aplicación de la simulación?
La simulación abarca un mundo de posibilidades, pues todo problema presentado tiene una rama a la cual pertenece, y para su solución se requiere de estudios que satisfagan dichos problemas.
Los sistemas de eventos discretos permiten modelar el comportamiento de una amplia variedad de sistemas, tanto en la ingeniería como en la investigación operativa. Entre algunas de las aplicaciones que se pueden encontrar son:
• Programación de la producción
• Programación del tráfico
• Programación de transporte
• Control de inventario
• Sistemas informáticos, etc.
En la actualidad existen en el mercado una amplia variedad de softwares de modelización, simulación y virtualización de procesos.
Algunos de los ejemplos que se aplican a distintos sectores.
Procesos de fabricación: se puede aplicar simulación al manejo de materiales, equipos de almacenamiento, líneas de montaje, control de inventario, distribución en planta, mantenimiento, diseño de máquinas, etc.
Sistemas computacionales: se puede aplicar simulación al diseño de redes de ordenadores, componentes, bases de datos, programación, fiabilidad, etc.
En el área Gubernamental: se puede aplicar simulación al armamento y su uso, tácticas militares, predicción de la población, uso del suelo, prevención de
incendios, justicia criminal, diseño de vías de comunicación, servicios sanitarios Marketing: se puede aplicar simulación análisis de existencias, estrategias de marketing, estudios de adquisición, análisis de flujo de caja, predicción, etc.
alternativas del transporte, planificación de mano de obra.
Ecología y medio ambiente: se puede aplicar simulación en cuestiones como contaminación y purificación del agua, control de residuos, contaminación del aire, control de plagas, predicción del tiempo, análisis de seísmos y tormentas,
exploración y explotación de minerales, sistemas de energía solar, explotación de cultivos.
Biociencias y biotecnología: se puede aplicar simulación al rendimiento en el deporte, control de epidemias, ciclos de vida biológicos, estudios biomédicos.
Sociedad y su comportamiento: se puede aplicar simulación en estudios de alimentación de la población, políticas educativas, estructuras organizativas, análisis de sistemas sociales, sistemas de asistencia social, administración universitaria.
Entre diversas áreas, pues existen diversos softwares que permiten desarrollar simulaciones, a través del lenguaje de programación. Página | 9
¿Qué problemas relacionados con la práctica de la ingeniería civil se pueden resolver con la simulación?
La simulación en función de la ingeniería civil tiene un sinfín de posibilidades, pues el área es basta y extensa, siendo las posibles.
1. Construcción y Gestión
“Es responsable de la formación de ingenieros con conocimientos en distintos temas vinculados con la construcción como, por ejemplo, productividad,
innovación tecnológica, supervisión de obras, logística y gestión de la seguridad.”
(Departamento de Ingeniería s.f.) 2. Movilidad y Transporte
“Sus líneas de trabajo son Diseño Geométrico de Vías, Construcción de
Carreteras, Gestión del Tránsito, Gestión de la Demanda de Transporte, Diseño Urbano y del Transporte Sostenible, y Seguridad Víal”. (Departamento de
Ingeniería s.f.) 3. Estructuras
“Sus líneas de trabajo están relacionadas con el cálculo y diseño de infraestructura civil (concreto armado, acero y albañilería), así como también con la evaluación de estructuras existentes (patrimoniales y modernas)”. (Departamento de Ingeniería s.f.)
4. Geotecnia
El área de geotecnia está abocada a la enseñanza de estas propiedades índice e ingenieriles, así como a su uso en el diseño de la cimentación de estructuras y pavimentos, el uso de suelos como material de construcción y geotecnia antisísmica. (Departamento de Ingeniería s.f.)
La simulación es abarcada a través de programación, que permite llegar a solución, tanto en cálculos matemáticos, como en la búsqueda de la mejor
solución posible dada por las variables. Esto quiere decir que se puede usar para el cálculo de resistencia de elementos estructurales, el cálculo de la ruta más corta, El ángulo que se necesita para trazar una línea subrasante, el área que se utilizará para la construcción de una obra, el ángulo de azimut usado por una estación total, etc.
La simulación es un mundo de posibilidades para los ingenieros civiles, que sepan aprovechar estas herramientas.
Bibliografía
Botero, L. F. B., y Agudelo, H. A. (2011). Simulación de operaciones y línea de balance: herramientas integradas para la toma de decisiones. Ingeniería y ciencia, 7(13), 29-45. Recuperado de: http://ricuc.cl/index.php/ric/article/view/357/300 Fritzson, Peter. (2015). Introducción al Modelado y Simulación de Sistemas Técnicos y Físicos con Modelica. Simulación. Recuperado de :
https://www.divaportal.org/smash/get/diva2:853769/FULLTEXT01.pdf Banks, J.
(2005). Discrete event system simulation. Pearson Education India. Recuperado de: https://www.academia.edu/download/50574114/simulation-
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https://doi.org/10.4067/S0718-50732010000100006
