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CURSO BÁSICO DE SIMULACIÓN CON FLEXSIM Introducción
Flexsim es un poderoso programa de simulación que permite visualizar y probar cambios en las operaciones y los procesos de logística, manejo de materiales y manufactura de la manera más rápida y sencilla evitando los altos costos, riesgos y extensos tiempos que conllevan el experimentar con cambios en el mundo real y su análisis por prueba y error.
Flexsim es un software de simulación verdaderamente orientado a objetos que sirve para construir modelos que te ayudan a visualizar el flujo de los procesos, optimizarlos y generar ahorros. Permite analizar diferentes escenarios y condiciones, encontrando la solución más conveniente, todo esto en un ambiente gráfico en tres dimensiones (3D), con los últimos avances en tecnología que facilita la comunicación y comprensión de las ideas para una acertada toma de decisiones. Adicionalmente un profundo análisis estadístico del desempeño del proceso, cuellos de botella y de troughput (flujo) está disponible. Gráficas, reportes y estadísticas presentan los resultados del modelo de simulación de una manera clara y precisa.
Flexsim representa la mayor innovación en software de simulación de los últimos años, al ofrecer todo el poder, flexibilidad y conectividad. Es la más avanzada
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tecnología de simulación. Flexsim presenta una extraordinaria facilidad de uso. Permite construir modelos simples y complejos de la forma más rápida y sencilla posible, sin necesidad de conocimientos de programación.
La simulación permite manejar valores promedio en los modelos en datos referentes a tiempos de producción, número de productos a surtir por orden, camiones por día a recibir, tiempos de mantenimiento o cualquiera que se desee. La desventaja de utilizar promedios es que no contemplan un efecto muy importante, el de la aleatoriedad y variabilidad.
Sabemos que el tiempo de una operación no siempre es exactamente el mismo, así como el tiempo de preparación de una máquina o el que se lleva el revisar la documentación de cierto camión o bien la cantidad de productos que este lleva, por mencionar un ejemplo. Mediante distribuciones de probabilidad se puede representar con gran precisión las variaciones en cantidades y tiempos de los procesos y omitir los errores en la determinación de capacidades, programas de producción, fechas de entrega, balanceo de líneas, identificación de cuellos de botella o diseños de layout debido al uso de valores promedio, lo que permite que el modelo de simulación represente fielmente la realidad.
El curso básico de entrenamiento mantiene un enfoque muy práctico. Comenzarás creando pequeños modelos de simulación desde la primera sesión, los cuales aumentarán en funciones y detalle conforme avanza el curso. Cualquier comentario es bienvenido y por favor nunca te quedes con ninguna duda. Si posteriormente al curso tienes alguna pregunta no dudes en contactarnos.
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Aprendiendo conceptos del Software de Simulación Flexsim. Terminología de Flexsim.
Antes de que empieces a crear el primer modelo es muy útil entender algunas de las terminologías básicas del software.
Objetos de Flexsim
Los objetos de Flexsim se encuentran la Biblioteca de Objetos (Object Library) que es un panel cuadriculado. Incluyen: Source (fuente), Queu (fila o buffer de acumulación), Processor (máquina), Sink (salida), SplineConveyor, Conveyor (transportador o banda transportadora), NetworkNode (nodo de red de caminos), Crane (grúa viajera), ASRSvehicle (Automated Storage and Retrieval System (ASRS) es un vehículo robotizado que traslada y posiciona tarimas), VisualObject (objeto visual), VisualText (texto visual). Los objectos Flexsim permiten arrastrar y soltar.
Flowitems
Son los objetos que se mueven a través de tu modelo. Los flowitem pueden ser partes, tarimas, ensambles, papel, contenedores o cualquier cosa que fluya a través del modelo. La mayoría de los Flowitems pasan por operaciones del proceso o son transladados por el modelo mediante recursos de manejo de materiales. Se definen globalmente en Flexsim in son generados en objeto source.
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Itemtype
Es una especie de “etiqueta” que tiene el flowitem que contiene cierta información como puede ser el número del código de barras, tipo de producto, peso, destino, SKU, costo, precio o un número de parte por nombrar algunos ejemplos.
Flexsim está preparado para tomar decisiones en base al Itemtype como puede ser definir la ruta según el valor del Itemtype. El flowitem define en general el producto o parte, mientras que el itemtype define la característica individual.
Ports
Cada objeto de Flexsim tiene un número ilimitado de puertos a través de los cuales se comunican con otros objetos. Existen tres tipos de puertos: de entrada (input), de salida (output) y central (central). Los puertos de input y output se usan en el ruteo de los flowitems o bien para crear redes de caminos de tránsito (network paths) para que los sigan los recursos móviles usando los nodos de la red (NetworkNodes). Los puertos centrales son usados para crear referencias de un objeto a otro. Un uso común de los puertos centrales es para referenciar a los objetos móviles (operators, transporters, cranes y ASRSvehicles) en lugar de a los recursos fijos (processor, queues, o conveyors).
Los puertos son creados y conectados haciendo click en un objeto y arrastrando el puntero del mouse hasta el segundo objecto, mientras se presiona alguna letra del teclado.
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Si la letra “A” se presiona mientras se hace el arrastre del mouse, se creará un puerto de salida (output port) en el primer objeto y un puerto de entrada (output port) en el segundo objeto. Estos dos puertos quedarán conectados automáticamente. Estos son puertos que indican el flujo del producto o flowitem. Las conexiones de flujo creadas presionando la letra “A”, que son los puertos de flujo de entrada y salida, se pueden romper y los puertos borrar si se arrastra el puntero al seleccionar el primer objeto y se dirige al segundo objeto mientras se presiona la letra “Q” (que es la letra que se ubica arriba de la letra “A” en el teclado).
Manteniendo presionada la letra “S” mientras se arrastra el puntero de un objeto a otro se crea un puerto central (central port) en ambos objetos que conecta a los dos nuevos puertos. Los puertos centrales son utilizados generalmente para conectar a los objetos que harán operaciones o los transportes de los flowitems. Las conexiones de los puertos centrales se pueden romper y los puertos borrar si se arrastra el puntero al seleccionar el primer objeto y se dirige al segundo objeto mientras se presiona la letra “W” (que es la letra que se ubica arriba de la letra “S” en el teclado).
Vistas del Modelo
Flexsim tiene un ambiente de modelado en realidad virtual 3D que usa la tecnología OpenGL. Puedes abrir tantas ventanas de vistas como prefieras en Flexsim. Sólo recuerda que entre más ventanas de vistas se abran al mismo tiempo mayor es la demanda de los recursos de la computadora.
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Navegación con el mouse.
Botón izquierdo del mouse.
Si se selecciona el layout se mueve el modelo en el plano X-Y. Si se selecciona un objeto este se moverá en el plano X-Y.
Botón derecho del mouse.
Si se selecciona el layout se rota en X-Y-Z. Si selecciona un objeto se rotará en las mismas coordenadas.
Botones izquierdo y derecho del mouse simultáneos.
Si se presionan ambos botones simultáneamente sobre el layout hacen un zoom de acercamiento o alejamiento, según se mueva el mouse hacia el frente o hacia
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atrás (lo mismo sucede si se presiona el botón tipo rueda del mouse). Si se selecciona un objeto y se presionan ambos botones se puede cambiar la altura en eje Z del objeto.
Tecla F8.
Presionar la tecla F8 activa el modo de vuelo en el modelo. Cuando se está en ese modo se puede mover el mouse hacia arriba para ir hacia delante, hacia abajo para ir hacia atrás, a la izquierda para ir en esa dirección o a la derecha para ir en la dirección contraria. Estando en este modo también se puedan utilizar todas las funciones anteriores de movimiento, rotación y zoom. Para salir del modo de vuelo se presiona de nuevo la tecla F8.
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Librería de Objetos de Flexsim
Source Descripción
Source (fuente) es utilizado para crear flowitems o productos que viajan por el modelo. Cada source crea un tipo de flowitem y le puede asignar propiedades tales como el color o el número de itemtype. El modelo debe tener por lo menos un Source. Puede crear flowitems definidos por una tasa ínter arribos, según una lista de programación de arribos o simplemente por una secuencia de arribos o llegadas.
Sink Descripción
El sink es utilizado para destruir los flowitems o productos que finalicen el proceso en el modelo. Una vez que el flowitem se introduce al sink, no puede ser recuperado. Cualquier recolección de datos de los flowitems que van a salir del modelo debe ser antes de que el flowitem ingrese al sink o en el disparador de lógica de entrada del sink, llamado OnEntry trigger.
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Queue Descripción
El queue o fila sirve para almacenar flowitems cuando el siguiente objecto no los puede recibir todavía. La opción predeterminada del queue permite que los objectos operen bajo una regla de primeras entradas primeras salidas (fifo, first-in- first-out), es decir que el flowitem que ha esperado más tiempo por llegar al siguiente objecto será el primer en continuar su camino hacia el objeto. Estos criterios se pueden modificar. Adicionalmente el queue tiene la opción para acumular los ítems en un lote o batch antes de liberarlos hacia los objetos siguientes.
Conveyor Descripción
Este conveyor o transportador también transporta flowitems a través de él, su forma se define creando diferentes secciones y definiendo para cada sección su longitud, altura, si es recta o curva. Si esa sección es curva se le define el ángulo y radio. Esto permite definir la forma numéricamente a diferencia del SplineConveyor, que se hace según los spline points y los movimientos del mouse. Puede ser acumulativo o no acumulativo.
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Processor Descripción
El procesador o processor simula un lugar de operación o una máquina. Cualquier proceso es simplemente modelado al forzar a los flowitems a un tiempo de espera determinado, que es el tiempo de la operación. Puede contener más de un flowitem al mismo. Se pueden definir tiempos de preparación o setups, tiempos de operación y de paro o mantenimientos. Pueden llamarse a uno o varios operadores para hacer estas funciones. Cuando el processor tiene un paro por descompostura, todos los flowitems que esté procesando en ese momento serán demorados hasta que sea reparada.
MultiProcessor Descripción
El multiprocesador permite definir varios procesos subsecuentes que se llevan a cabo en ese mismo lugar. A cada proceso se le puede definir su nombre y su duración. Así mismo se puede especificar para cada proceso si se requiere o no de uno o varios operadores.
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Combiner Descripción
El combiner o combinador es utilizado para agrupar y juntar múltiples flowitems. Puede tanto ensamblar o juntar (join) los flowitems definitivamente o bien agruparlos o empacarlos (pack) con la posibilidad de volverlos a separar más adelante en el proceso. El combiner primero debe aceptar un solo flowitem a través del puerto de entrada 1 antes de aceptar los subsecuentes flowitems que se deseen a través de los puerto 2 o puertos superiores. Únicamente después de recibir a todos los subsecuentes flowitems que se desean empiezan los tiempos de setup y de proceso que se hayan requerido. Se le puede pedir al combiner que llame a ciertos operadores durante los tiempos de preparación, proceso y reparación.
Separator Descripción
El separador o separator es usado para separar o cortar un flowitem en múltiples partes. Esto puede ser realizado al desempacar un flowitem anteriormente empacado por un combiner (unpack) o bien al crear múltiples copias del flowitem original (split), que también podrían simular un corte del flowitem original que se
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convertirá en varias piezas. Tanto el proceso de desempaque como el de corte serán efectuados hasta que el tiempo de proceso definido haya sido completado. El separator puede llamar a operadores para preparación, proceso y reparación.
Rack Descripción
El rack sirve para almacenar flowitems tal como se hace en los racks de un almacén o bodega. El número y tamaño de las bahías y los niveles de los racks pueden ser definidos por el usuario. También se puede especificar en que bahía y nivel del rack acomodar los flowitems. Si se utiliza un transporte para acomodar o recoger el producto del rack, este transporte irá hasta la posición correcta automáticamente.
Reservoir Descripción
Un depósito o reservoir se usa para almacenar flowitems tal como si estuvieran en un tanque. Tanto la tasa de flujo de entrada al reservoir como la de salida del mismo pueden ser especificadas por el usuario. Se pueden definir varios eventos que ocurran en ciertas condiciones, por ejemplo cuando el nivel del tanque sobrepase, llegue o baje a ciertos niveles definidos por el usuario.
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Dispatcher Descripción
Un despachador o dispatcher controla un grupo de transportes u operadores. Las solicitudes de actividades o tareas (task request) son enviadas al dispatcher por un objeto y el dispatcher las delega a los operadores o transportes que controla. Las tareas serán desempeñadas por el operador o transporte que finalmente reciba la solicitud.
Operator Descripción
Un operador (operador) o varios pueden ser llamados para ser utilizados durante los tiempos de preparación, proceso o reparación. Permanecerán con el objeto que los llamó hasta que sean liberados al terminar su actividad. Una vez liberados pueden ir a trabajar con otros objetos si son llamados o solicitados. También pueden ser usados para transportar flowitems entre objetos. Los operadores buscarán el camino más corto para llegar a los objetos o bien se les puede definir caminos mediante una red o network si se necesita que sigan ciertos trayectorias al trasladarse.
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Transporter Descripción
El transporte o transporter es usado principalmente para trasladar flowitems desde un objecto a otro. Puede llevar uno o varios al mismo tiempo. Un solo transporte puede recibir una o varias solicitudes de tareas (task request) de los diferentes objectos del modelo. Estas tareas son almacenadas en una fila imaginaria para que el tranporter las atienda. Cuando el transporte finaliza una tarea puede comenzar inmediatamente la siguiente tarea que esté en la fila o bien esperar a recibir una tarea nueva si no tiene pendiente ninguna. En algunos casos requeriremos que un despachador o dispatcher maneje las solicitudes de tareas y en otros dejaremos que el mismo transporte lo haga directamente sin la ayuda del dispatcher. Los transportes buscan el camino más corto al transladarse, pero también se les puede especificar el camino a seguir definiendo una red y sus nodos (network node).
Crane Descripción
Una grúa viajera o crane tiene funcionalidades similares a un transporte. La grúa trabaja en un espacio definido con movimientos en los ejes x,y,z. Simula cualquier grúa guiada por rieles. Por default, el crane picker o dispositivo de agarre de la grúa se eleva hasta la altura de la grúa después de recoger o de dejar un flowitem
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antes de trasladarse a la siguiente locación. Para mayor control sobre los movimientos del crane picker, se pueden utilizar los networknodes.
ASRSvehicle Descripción
El Automated Storage and Retrieval System (ASRS) es un tipo especial de transporte especialmente diseñado para trabajar con racks llamado ASRSvehicle en Flexsim. El ASRSvehicle se moverá a lo largo de un pasillo entre dos racks recogiendo y almacenando flowitems en ellos. Los movimientos de alcance, levantamiento y viaje se ven totalmente animados. Los movimientos de levantamiento y traslado ocurren simultáneamente, pero el de alcance solo será ejectuado cuando después de que el ASRSvehicle está totalmente detenido en la posición requerida. Se puede conectar el ASRSvehicle, los objectos y racks a los que sirve a un solo y exclusivo networknode para definir la posición a partir de la cual se puede mover.
Elevator Descripción
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hacia arriba y hacia abajo. Automáticamente viaje al nivel desde donde los flowitems necesitan ser recogidos o dejados. Los flowitems se ven animados al entrar o salir del elevador, lo que permite apreciar mejor el tiempo de carga y descarga de los flowitems una vez que el elevador llega al nivel deseado.
Robot Descripción
Un robot es un transporte especial que traslada los flowitems desde su locación inicial y los coloca en su locación destino. Generalmente la base del robot no se mueve. En su lugar el brazo del robot rota mientras transporta los objectos. El brazo del robot está compuesto por dos segmentos que se mueven ya sea para alcanzar el flowitem que se quiera transportar o para llegar al destino. La longitud de los brazos puede ser definida por el usuario, así como la velocidad a la cual el robot rota y extiende el brazo.
NetworkNode Descripción
Los nodos de red o NetworkNodes son utilizados para definir una red de caminos o rutas que los transportes y los operadores pueden seguir. Los caminos pueden ser modificados usando los spline points para hacer las rectas, curvas y elevaciones
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que se necesiten. Por default los objetos que viajan en la red seguirán el camino más corto entre el origen y el destino, en el caso que tengan varias caminos de la misma red para llegar. El camino entre dos nodos puede ser en un solo sentido o en ambos. En un nodo se le puede definir el número de transportes inactivos que puede tener, tipos de conexión y el espacio entre los transportes en esas conexiones.
VisualObject Descripción
El objeto visual o VisualObject no son objetos de modelaje, sino simplemente son gráficos utilizados para decorar el escenario del modelo para efectos de brindar una apariencia más real. Pueden ser utilizados como paredes, pisos, máquinas, gente, carros, árboles o lo que se desee. Pueden ser tan simples como un cubo con cierto color o bien un gráfico importado en tercera dimensión (archivos .3DS, WRL, .DXF o .STL). Puede modificarse la forma, tamaño, color, luminosidad, textura, rotación o el gráfico importado. Al crear un modelo puede ser conveniente seleccionar una propiedad que no permite mover el objeto visual y lo deja fijo. También permite mostrar texto en el layout del modelo. Este texto tridimensional puede ser rotado y su tamaño modificado como cualquier otro objeto. El usuario puede escoger entre mostrar un texto simple o bien una cadena de texto muy elaborada que incluya una o más variables del modelo que cambien dinámicamente, mostrando información actualizada. El texto visual contiene una
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larga lista de opciones predefinidas para mostrar la mayoría de las variables del modelo, pero siempre permite modificarlas según las necesidades del usuario. Se puede cambiar el tipo de texto, tamaño, color, y la distancia a la que se ve.
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Modelo 1.
• Tiempo entre llegadas = exponencial (0, 60, 1) segundos.
• Capacidad máxima del queue o buffer = 50 piezas.
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Modelo 2.
• Tiempo entre llegadas = exponencial (0, 60, 1) segundos.
• Capacidad máxima del queue o buffer = 50 piezas.
• Tiempo de proceso = lognormal (35.4, 3.2, 0.1) segundos.
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Modelo 3.
• Tiempo entre llegadas = exponencial (0, 8, 1) segundos.
• Capacidad máxima del queue o buffer = 50 piezas.
• Tiempo de proceso = exponencial (0, 40, 1) segundos.
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Modelo 4.
• Tiempo entre llegadas = exponencial (0, 11, 1) segundos.
• Capacidad máxima de cada queue o buffer = 50 piezas.
• Tiempo de proceso = exponencial (0, 40, 1) segundos.
• Prueba una por una las siguientes estrategias de ruteo (Send to) y observa
la diferencia entre ellas:
o First Available.
o Random.
o Shortest queue.
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Modelo 5A.
Múltiples estaciones de prueba
Un único queue fifo (first in-first out) alimenta cuatro estaciones de prueba en paralelo. El producto llega al queue cada 21 segundos desde el Source. El tiempo ciclo de pruebas es de 1 minuto. Las estaciones de prueba paran cada 20 minutos exponencialmente distribuidos y lleva entre 2 y 5 minutos uniformemente distribuidos arreglarlos. La tasa de fallos en las estaciones es del 10%. Las piezas que fallan son reparadas manualmente en una mesa de retrabajo, con un tiempo lognormal(35.4, 3.2, 0.1) y se vuelven a introducir nuevamente al queue que alimenta a las estaciones de prueba.
• MTBF para las estaciones de prueba exponencial(0, minutes(20),1).
• MTTR para las estaciones de prueba es uniforme(minutes(2), minutes(5),1).
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Modelo 5B.
Utilizando el modelo 5A anterior, guardarlo como modelo 5B y realizar lo siguiente.
• 4 tipos (types o itemtypes) de productos.
• Cambia el color de cada producto de acuerdo a su tipo de producto usando
el Trigger on Creation del source.
• Crea un queue o buffer dedicado para cada una de las 4 estaciones de
prueba.
• Las estaciones de prueba deben tener un setup de 10 segundos cada vez
que el tipo de producto cambia. Un operador debe estar presente para efectuar el setup (tiempo de preparación de la maquina). La única actividad que debe hacer el operador son los setups de cada una de las 4 estaciones.
• Las estaciones de prueba no están dedicadas a un solo tipo de producto,
pero el queue inicial siempre busca manda el producto al queue que ya contenga ese tipo de productos para evitar paros por los tiempos de preparación de las máquinas debido al cambio de producto. Utiliza la opción Matching Itemtypes en el queue principal para realizar esto.
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Modelo 6.
Maquinado, pruebas y empaque.
Un producto llega al queue cada 14 segundos exponencialmente distribuidos y de ahí es mandado a cualquiera de las tres máquinas donde es procesado en 20 segundos (pero si es retrabajo tarda 24 segundos). Las partes maquinadas se colocan en un queue común a esperar a ser probadas. 20% se encuentran malas y deben ser reprocesadas (utiliza un conveyor o transportador para mandar los flowitems de regreso al queue y cambia el color del producto). El tiempo de pruebas es constante de 9 segundos. Las partes que pasan la prueba van a otra queue y esperan a ser empacadas en una máquina automática de empaque. Esta máquina acumula 10 productos en una caja y después de esto se cierra, se sella y se etiqueta en 57 segundos. El suministro de cajas viene de un queue que es alimentado por una máquina formadora de cajas que tiene un tiempo de proceso normal(50,2) segundos. La máquina formadora de cajas de se descompone la primera vez y las subsecuentes con una frecuencia weibull(200,6) y toma entre 20 y 30 segundos uniformemente distribuidos ser reparada.
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• Tiempo entre llegadas para el source es exponencial(0,14,1)
• Las estrategias de envío (Sendto) para la estación de pruebas son
bernoulli(80,1,2) o por porcentaje (inputs)
• Tiempo ciclo para la máquina formadora de cajas es normal(50,2)
• MTBF para la máquina formadora weibull (151.1,50,24.9)
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Modelo 7.
Conveyors y transporte de producto.
El producto llega cada 140 segundos, normalmente distribuidos con una desviación de 15 segundos. El producto se mueve inicialmente por medio de un conveyor de 8 metros hacia una estación donde el producto se colocará sobre una tarima o pallet. La velocidad de todos los conveyors del sistema es de 0.2 m/s.
Los productos necesitan colocarse sobre un pallet para poder transportarse y ser probados automáticamente. Únicamente un producto puede ser cargado en cada pallet. Colocar el producto en el pallet lleva 30 segundos. Existen solamente 5 pallets en el sistema.
Una vez cargado, el pallet se mueve a la estación de pruebas por medio de un conveyor acumulativo (velocidad = 0.2 m/s, longitud = 10 m). La prueba dura 135 segundos con una desviación de 5 segundos, normalmente distribuidos. 36% del producto fallará en la prueba. Utiliza una distribución bernoulli(36,1,2) para
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determinar el producto bueno y el defectuoso. Esto debe hacerse desde un inicio, en la fuente (source) del producto. En el trigger OnCreation de la fuente del producto, asigna al itemtype del producto un valor según la distribución bernoullicon los porcentajes mencionados anteriormente.
Después de las pruebas, mediante un conveyor de 10 metros, se traslada a una estación donde se descargará el producto. La operación de descarga tarda 30 segundos en ser efectuada. El pallet se regresa por el conveyor que lo transporta nuevamente a la estación de carga. Ese conveyor tiene 3 secciones (recta, curva y recta). La primera recta mide 11.5 m y la recta final mide 7.5 m.
En cuanto al producto ya descargado del pallet, este debe de moverse por medio de un conveyor de 4 metros a una nueva estación donde las piezas buenas y defectuosas se separan. El tiempo de inspección en ese lugar es de 10 segundos. Al terminar este operación de inspección (en OnProccesFinish del trigger de esa estación) y justo antes de abandonar esa estación, debes de cambiar el color del producto (según el valor de su itemtype, ponlo verde si es bueno y rojo si el producto presenta defectos).
Así mismo debes de decidir en la estrategia de ruteo de la estación (Send To Port) a cual de los 2 conveyors lo mandarás, si al conveyor de piezas buenas o al de malas, de acuerdo al itemtype. Con 2 textos (Visual Tool) indica cuanto producto entra a cada uno de estos conveyor. Corre el modelo 2 hrs.
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