Actualmente en el área industrial así como en los negocios,
existen proyectos complejos que requieren estudios previos a su realización, en dichos estudios se
utiliza la construcción de modelos que tienen el fin de obtener conclusiones
aplicables al sistema real.
Una vez construido el
modelo, al proceso de experimentar con el mismo se denomina simulación,
mientras que al proceso de diseñar el plan de experimentación para adoptar la
mejor decisión se le llama optimización.
La simulación de procesos se puede definir como:
El proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a cabo experiencias con él, con la finalidad de aprender el comportamiento del sistema o de evaluar diversas estrategias para el funcionamiento del sistema (Shannon, 1988).Aunque la simulación posee grandes beneficios también genera algunos inconvenientes en la tabla 1 se muestra un análisis FODA de simulación:
Fortalezas
|
Debilidades
|
Predecir el comportamiento de los sistemas
logístico/productivos bajo diversas situaciones reales o previsibles.
Proporciona la capacidad de poder analizar las
posibles alternativas a la optimización del sistema, sin tener que alterar el
mismo.
Permitir la detección de problemas
logísticos característicos, habilitando análisis profundos sobre la situación
productiva y evaluando dichas alternativas.
Un estudio sistemático de alternativas.
|
Son costosos y requieren de mucho
tiempo para desarrollarse y validarse.
Se requiere de gran cantidad de
corridas computacionales para encontrar “soluciones óptimas”, lo cual
repercute en altos costos.
|
Oportunidades
|
Amenazas
|
Con nuevas
tecnologías se siguen desarrollando mejores software de simulación.
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Pueden ser
imprecisos y no se puede medir su grado de imprecisión.
No dan soluciones
optimas
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Tabla 1: Análisis FODA de simulación
Existen diversos softwares utilizados para la simulación, a continuación describiré algunos de ellos.
SOFTWARE
PARA LÍNEAS DE ESPERA E INVENTARIOS
PROMODEL
ProModel es un simulador con animación para computadoras personales.
Permite simular cualquier tipo de sistemas de manufactura, logística, manejo de
materiales,etc. Puedes simular bandas de transporte, grúas viajeras, ensamble,
corte, talleres, logística, etc.. Que no requiere programación, aunque sí lo
permite.
Puedes simular Justo a Tiempo, Teoría de Restricciones, Sistemas de
Empujar, Jalar, Logística, etc. Prácticamente, cualquier sistema pueder ser
modelado.
Una vez hecho el modelo, éste puede ser optimizado para encontrar los
valores óptimos de los parámetros claves del modelo. Algunos ejemplos incluyen
determinar la mejor combinación de factores para maximizar producción
minimizando costo, minimizar el número de camiones sin penzliar el servicio, etc.
El módulo de optimización nos ayuda a encontrar rápidamente la solución
óptima, en lugar de solamente hacer prueba y error. ProModel cuenta con 2
optimizadores disponibles y permite de esta manera explotar los modelos de
forma rápida y confiable. Este software de simulacion se ajusta al paradigma de
Locaciones, Entidades, Procesamiento, y Llegadas. Cualquier sistema de
manufactura, Logística y servicio puede ser modelado utilizando este paradigma.
ARENA
Arena es un
potente software de modelado y simulación de diferentes áreas de negocio.
Se ha diseñado para analizar el impacto de los cambios que suponen los
complejos y significativos rediseños asociados a la cadena de suministros,
procesos, logística, distribución y almacenaje y sistemas de servicio. Tiene
gran flexibilidad y cubre gran cantidad de aplicaciones a modelar con cualquier
nivel de detalle o complejidad.
Un escenario
típico incluye:
- Análisis detallado del tipo de sistema
de manufactura, incluyendo el transporte manual de componentes.
- Análisis de servicio al cliente y
sistemas de dirección orientados al cliente.
- Análisis de cadenas de suministro
globales que incluyen almacenamiento, transporte y sistemas logísticos.
- Predicción del funcionamiento de
sistemas en función de medidas clave como costes, tasa de salida de
piezas, tiempos de ciclo y utilización.
- Identificación de los procesos cuello de
botella como colas construidas con sobreutilización de recursos.
- Planificación del personal, equipos y
requerimientos de material.” Arena Software es un simulador intuitivo
gracias a que la programación está basada en la colocación y unión gráfica
de distintos módulos de proceso. El entorno de modelado de Arena consta de
tres zonas diferenciadas.
SIMMET II
El diseño de SIMNET II
se basa en la idea general que los modelos de simulación discreta pueden
crearse de una u otra manera como sistemas de líneas de espera. En este
contexto, el lenguaje se basa en un acercamiento de red que utiliza tres nodos
autodescriptivos: una fuente, en donde llegan las transacciones (clientes), una
línea de espera, donde la espera tiene lugar en caso de que esta sea necesaria,
y una instalación, en donde se lleva a cabo el servicio. Se agrega un cuarto
nodo, llamado auxiliar, para incrementar las capacidades de modelación de
lenguaje. Los nodos en SIMNET II están conectados por ramas. Conforme las
transacciones recorren las ramas, estas ejecutan importantes funciones entre
las que se cuentan:
1) controlar el flujo de
transacciones en cualquier parte de la red,
2) recolectar
estadísticas pertinentes,
3) efectuar cálculos
aritméticos.
Esta información
se almacena en archivos. SIMNET II utiliza tres tipos de archivos:
1. Calendario de eventos
(o E.FILE como se llama en SIMNET II) es el archivo principal que mueve la
simulación.
2. Línea de espera.
3. Instalación.
OR BRAINWARE DECISION TOOLS
OR Brainware Decision Tools es una herramienta informática pensada para
ser utilizada por aquellas empresas que comparten la idea de que en los tiempos
actuales, la toma de decisiones empresariales es compleja, por lo que deben de
apoyarse con herramientas informáticas de optimización que utilizan la
analítica avanzada para minimizar los riesgos empresariales y luego alcanzar el
éxito de la organización.
El módulo de
Optimización de inventarios de la Cadena de Suministros está constituido por un
conjunto de modelos que le ayudarán a las empresas a tomar decisiones en cuanto
a los tamaños óptimos de los lotes de productos o materiales que se compran o
producen.
El módulo de planeamiento de la producción de OR Brainware
Decision Tools le permite a las empresas planear la producción al menor costo
posible o encontrar una secuencia que procese un conjunto de trabajos que pasa
a través de un conjunto de máquinas en el menor tiempo posible.
El modulo de Modelado Avanzado con Programación Lineal le permite a las
empresas de producción de bienes y/o servicios diseñar sus propios modelos de
optimización avanzados para apoyar el proceso de toma de
decisiones en distintas áreas del negocio.
El módulo de Líneas de Espera de OR Brainware Decision Tools está
diseñado para optimizar las líneas de espera que se forman tanto en los
sistemas de producción de bienes como de servicios en una manera eficiente,
sencilla y rápida. Dispone de un conjunto de modelos tanto para poblaciones
infinitas de clientes como poblaciones finitas.
El módulo de Administración de proyectos de OR Brainware Decision
Tools es un módulo diseñado para ayudar a las Empresas a planificar sus
proyectos.
FLEXIM
FlexSim permite
modelar y entender con precisión los problemas básicos de un sistema sin la
necesidad de programaciones complicadas, esto debido a que ofrece una forma
sencilla al desarrollar el modelo de simulación. Se enlistan algunas razones
por las cuales FlexSim es una buena alternativa como herramienta en simulación:
- Su amplia sección de preconstruidos permite abordar situaciones mucho más complejas sin tener que escribir código de software.
- El software se orienta a objetos lo que admite una mayor visualización del flujo de producción.
- Todo el proyecto se desarrolla en un ambiente tridimensional (3D), además de permitir importar infinidad de objetos de distintos paquetes de diseño, incluyendo AutoCAD, ProE, Solid Works, Catia, 3D Studio, AC3D, Rivit, Google Sketch-Up, etc. . Otra razón importante es que no sólo se pueden simular sistemas discretos, sino que también se admite la simulación de fluidos o modelos combinados continuo-discreto.
- La generación de distintos escenarios y condiciones variadas son fáciles de programar.
- Las distribuciones de probabilidad se pueden representar con gran precisión en lugar de valores promedio para representar fielmente la realidad.
- Las gráficas, los reportes y todo lo que se refiere a los estadísticos se puede revisar a detalle.
FlexSim ha
contribuido con aplicaciones de clase mundial en temas de salud, sistemas de
logística tales como operaciones de contenedores en puertos, simulaciones
distribuidas en varios equipos dentro de una empresa manufacturera, en la
minería, en centros aeroespaciales e incluso se ha adaptado a la industria del
servicio (hoteles, hospitales, supermercados, o muchas otras industrias) para
simular la administración y operación de los recursos humanos. Asimismo se ha
demostrado en diferentes casos de diversos corporativos alrededor del mundo que
FlexSim es una herramienta clave para mejorar los resultados al dar respuesta
acertadas a los problemas planteados.
POWERSIM
POWERSIM Professional Studio 9 tiene diferentes tipos de
herramientas de simulación, que cubren sus necesidades para la
construcción de simulaciones, analisis en profundidad del proyecto o el
desarrollo de soluciones.
Los ámbitos de aplicación de este software se hallan en el área
empresarial. Son principalmente modelos financieros, gestión de clientes,
análisis de producción, recursos humanos y desarrollo de nuevos productos.
STELLA Y I´THINK
Todo el software existente, quizás los programas más conocidos y
difundidos entre los expertos en simulación dinámica de sistemas son los
paquetes STELLA y I’THINK
Tanto Stella como I’THINK son el mismo desarrollo informático aunque
preparado específicamente para diferentes entornos de trabajo. Así, STELLA está
diseñado para aplicaciones científicas y de ciencias sociales, mientras
que I’THINK está diseñado para servir de soporte a aplicaciones del
ámbito de la empresa.
La última versión del programa I’THIN 5.1.1, incorpora algunos elementos
de visualización gráfica “amigable” de resultados del tipo “simulador de
vuelo” y mayor potencia de cálculo.
SOFTWARE COMERCIAL EN INGENIERÍA QUÍMICA
WITNESS
Uno de los más usados,
más confiables y mejor conocidos entre los softwares SED (Simulación de eventos
discretos).
El WITNESS contiene
muchos elementos para manufactura discreta de partes y es fuertemente orientado
a máquinas. Por ejemplo, las máquinas pueden ser sencillas, en lotes,
producción, ensamble, multi-estaciones, o multi-cíclo. Las bandas transportadoras
pueden acumular o no acumular. Existen opciones para la mano de obra,
vehículos, y cuadrillas de trabajo. El WITNESS también contiene elementos para
procesamiento continuo incluyendo flujo de fluidos a través de procesadores,
tanques y pipas. Se pueden especificar variables y atributos. Las partes que
llegan pueden ser programadas usando un archivo. Se pueden usar funciones y
distribuciones para especificar tiempos de operación y para otros propósitos.
Los tiempos muertos de las máquinas pueden programarse sobre la base de
operación, tiempo de uso, o tiempo disponible. La mano de obra es un recurso
que puede ser preferenciado, usando un sistema de prioridades, y ser una base
programada para las condiciones actuales del modelo.
HYSYS
Es un software de
simulación de procesos de plantas petroquímicas y afines, que proporciona
soluciones integrales para la producción de aguas arriba, tratamiento y
procesamiento de gas, refinación y análisis de seguridad.
HYSYS es un simulador de proceso para un óptimo diseño y
soporte de operaciones.
Con flujos de
trabajo colaborativos que ahorran tiempo, para realizar:
- Diseños de planta y
optimización de turnaround
- Análisis de margen
en toda la planta para aumentar la rentabilidad
- Estudios de
seguridad y operabilidad
- Modelado de equipos
y análisis económicos
- Optimización de la
eficiencia energética
ASPEN PLUS
Aspen Plus es un
programa básicamente de simulación de procesos químicos, en el cual además de
simulaciones de diagramas de flujo, se puede realizar: (1) estimación de
propiedades de compuestos, (2) análisis de sensibilidad de variables de
proceso, (3) obtener especificaciones de diseño de proceso, y, (4) síntesis y
análisis de procesos químicos, entre otras tareas del diseño de procesos y
equipos.
Aspen Plus, al igual que muchos de los programas diseñados para la interacción
con el usuario, posee una interfaz de usuario, conocida como Aspen
Plus User Interface, la cual está básicamente constituida por una barra
de título, una barra de menús, una barra de
herramientas, un espacio de trabajo, una librería de
modelos y una barra de estado.
CHEMCAD
CHEMCAD es la
herramienta para el cálculo de balances de masa, energía, equilibrios químicos,
dimensionamiento, comportamiento de intercambiadores de calor, torres de
destilación, bombas, compresores, tuberías, válvulas, reactores químicos, entre
otros equipos de proceso. CHEMCAD es fácil de aprender, y ha ayudado a miles de
empresas a generar resultados rápidos y confiables.
Características:
- Opera procesos dinámicos y estacionarios
- Opera procesos continuos y semi-continuos
- Optimización o solución a un cuello de botella de un proceso existente
- Monitoreo del proceso
- Evaluación de riesgos de seguridad
- Balance de flujo y presión de redes complejas de tuberías
- Recopilación de datos de planta
- Comparaciones económicas a procesos alternativos
- Control avanzado de procesos (APC)
- Control de modelos predictivos (MPC)
- Optimización en tiempo real (RTO)
- Instrucción de sistemas de operación (OTS)
- Escalabilidad de procesos tomados desde el laboratorio o desde una planta piloto.
- Elaboración de reportes y compatibilidad del entorno de cálculo de ingeniería química con los programas más comunes como EXCEL, WORD, e interfases tales como COM, DCOM, OPC, CAPE – OPEN y XML.
- Interacción binaria de parámetros (BIP)
- Regresión de procesos o de laboratorios
- Velocidad de reacción por lotes desde un laboratorio o desde una planta.
COCO
COCO (CAPE-OPEN to
CAPE-OPEN) Simulator es un simulador de uso libre y gratuito, funciona en
estado estacionario, gráfico y modular. Se trata de un diagrama de flujo
abierto, con un entorno de modelación que permite a cualquiera poder añadir
nuevas operaciones unitarias o paquetes termodinámicos. Incluye el simulador de
procesos de separación ChemSep (destilación, extracción, absorción)
El programa de
simulación COCO contiene los siguientes componentes principales:
- COFE: es una interfaz gráfica de usuario intuitiva para la construcción de diagramas de flujo. COFE tiene un algoritmo de solución secuencial utilizando corrientes automáticas. COFE muestra propiedades de las corrientes, se ocupa de la unidad de conversión y puede realizar trazados de corrientes de una forma sencilla.
- TEA (Thermodynamics for Engineering Applications por sus siglas en inglés, o Termodinámica para Aplicaciones de Ingeniería): se basa en el código de la biblioteca termodinámica de ChemSep e incluye un banco de datos de más de 430 compuestos de uso común. El paquete exhibe más de 100 métodos de cálculo de las propiedades.
- COUSCOUS: Es una unidad de operaciones, un paquete simple incluido con COCO. Contiene un divisor, un mezclador, intercambiadores de calor, bombas y reactores entre otras operaciones unitarias. También incluye ChemSep-LITE, una versión limitada de ChemSep con un máximo de 40 compuestos y 300 etapas, posee columnas de destilación, destilación azeotrópica, absorbedor, extracción simple, entre otras.
- CORN: es el paquete de reacciones que viene con COCO y facilita especificar el tipo de reacción cinética o de equilibrio. Contiene reactores simples, como los reactores de conversión, CSTR y reactores de flujo pistón.
MATLAB
MATLAB combina un
entorno de escritorio perfeccionado para el análisis iterativo y los procesos
de diseño con un lenguaje de programación que expresa las matemáticas de
matrices y arrays directamente.
MATLAB (MATrix
LABoratory) es un programa orientado al cálculo con matrices, al que se reducen
muchos de los algoritmos que resuelven problemas de Matemática Aplicada e Ingeniería.
MATLAB ofrece un entorno interactivo sencillo mediante una ventana en la que
podemos introducir órdenes en modo texto y en la que aparecen los resultados.
Los gráficos se muestran en ventanas independientes. Cada ventana dispone de
una barra de menús que controla su funcionalidad. Aprenderemos a asignar,
borrar, guardar y recuperar variables, utilizar las funciones incorporadas y, más
adelante, a definir funciones nueva.
MATLAB opera
directamente con números complejos y con números reales como caso particular.
Lo que distingue a MATLAB de otros sistemas de cálculo es su facilidad para
trabajar con vectores y matrices. Las operaciones ordinarias, suma, producto,
potencia, operan por defecto sobre matrices, sin más restricción que la
compatibilidad de tamaños en cada caso. Entes matemáticos como los polinomios
son tratados por MATLAB como vectores, gracias al hecho de que se suman y
multiplican por escalares de la misma forma que
estos. La multiplicación y división entera de polinomios se afectan
mediante órdenes específicas, así como la evaluación o derivación de un
polinomio. Una de las características más destacables de MATLAB es su capacidad
gráfica.
MATLAB dispone de
mandatos propios de un lenguaje de programación para efectuar bucles y
bifurcaciones condicionales y puede ejecutar las ordenes contenidas en ficheros
grabados en ASCII mediante un editor como el bloc de notas o el editor de
ficheros de ordenes incorporado.
SCILAB
SCILAB es un
programa desarrollado de forma a disponer en un sólo ambiente herramientas de
cálculo numérico, programación y gráficos. Es similar a MATLAB y otros
programas de cálculo numérico. Puede ser utilizado en una variedad de sistemas
operativos tales como UNIX, Windows, Linux, etc.
Los objetivos
principales del mismo son:
• Organizar la
cooperación e intercambio entre los desarrolladores de SCILAB, con vistas a
incorporar dentro del programa los últimos avances científicos en el área de
computación numérica.
• Organizar la
cooperación e intercambio entre usuarios de SCILAB de forma a que el programa
pueda ser utilizado en forma efectiva en la industria, educación e
investigación.
Desde el punto de
vista del usuario, SCILAB presenta algunas ventajas tales como:
• Disponibilidad
de la última versión vía Internet
• El programa
puede ser utilizado, copiado y distribuido en forma legal
• Los resultados
obtenidos pueden ser divulgados sin restricción
• Se tiene acceso
al código fuente
• La certeza de
estar participando de una comunidad cuyo principal objetivo es la difusión
irrestricta del conocimiento.
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