Software de Simulación

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.            Adquirir una rápida experiencia a muy bajo costo y sin riesgos.             Identificar en un sistema complejo aquellas áreas con problema.           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.	Pueden ser imprecisos y no se puede medir su grado de imprecisión. No dan soluciones optimas

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.

REFERENCIAS

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