Simulación en sistemas de fabricación

La simulación en sistemas de fabricación consiste en el uso de software para crear modelos informáticos de dichos sistemas, con el fin de analizarlos y obtener información relevante. Se ha consolidado como la segunda disciplina de gestión más popular entre los gerentes de producción. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Sin embargo, su uso se ha visto limitado por la complejidad de algunos paquetes de software y por la falta de conocimientos previos de algunos usuarios en probabilidad y estadística.

Esta técnica representa una valiosa herramienta utilizada por los ingenieros al evaluar el efecto de la inversión de capital en equipos e instalaciones físicas como plantas de producción, almacenes y centros de distribución. La simulación puede utilizarse para predecir el rendimiento de un sistema existente o planificado y para comparar soluciones alternativas para un problema de diseño específico. ^{[ 3 ]}

El objetivo más importante de la simulación en la fabricación es comprender el cambio que se produce en todo el sistema debido a modificaciones locales. Es fácil entender la diferencia que generan los cambios en el sistema local, pero es muy difícil o imposible evaluar el impacto de este cambio en el sistema global. La simulación nos proporciona una medida de este impacto. Las medidas que se pueden obtener mediante un análisis de simulación son:

• Piezas producidas por unidad de tiempo
• Tiempo empleado en el sistema por partes
• Tiempo empleado por las piezas en la cola
• Tiempo empleado durante el transporte de un lugar a otro
• Entregas realizadas a tiempo
• Acumulación del inventario
• Inventario en proceso
• Porcentaje de utilización de máquinas y trabajadores.

Otros beneficios incluyen la fabricación justo a tiempo , el cálculo de los recursos óptimos necesarios, la validación de la lógica de operación propuesta para controlar el sistema y los datos recopilados durante el modelado que pueden utilizarse en otros ámbitos.

El siguiente es un ejemplo: En una planta de fabricación, una máquina procesa 100 piezas en 10 horas, pero las piezas que llegan a la máquina en ese mismo periodo son 150. Por lo tanto, se produce una acumulación de inventario. Este inventario se puede reducir utilizando otra máquina ocasionalmente. De esta manera, comprendemos la reducción en la acumulación de inventario local. Pero ahora, esta máquina produce 150 piezas en 10 horas que podrían no ser procesadas por la siguiente máquina, por lo que simplemente hemos transferido el inventario en proceso de una máquina a otra sin tener ningún impacto en la producción general.

La simulación se utiliza para abordar algunos problemas en la fabricación, como los siguientes: en el taller, para ver la capacidad del sistema para cumplir con los requisitos; para tener un inventario óptimo que cubra las fallas de la máquina. ^{[ 4 ]}

En el pasado, las herramientas de simulación de fabricación se clasificaban como lenguajes o simuladores. ^{[ 4 ]} Los lenguajes eran herramientas muy flexibles, pero bastante complicadas de usar para los gerentes y demasiado lentas. Los simuladores eran más fáciles de usar, pero venían con plantillas bastante rígidas que no se adaptaban bien a las técnicas de fabricación en constante evolución. Hoy en día, existe software disponible que combina la flexibilidad y la facilidad de uso de ambos, pero algunos autores han informado que el uso de esta simulación para diseñar y optimizar procesos de fabricación es relativamente bajo. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

Una de las técnicas más utilizadas por los diseñadores de sistemas de fabricación es la simulación de eventos discretos . ^{[ 6 ]} Este tipo de simulación permite evaluar el rendimiento del sistema reproduciendo estadística y probabilísticamente las interacciones de todos sus componentes durante un período de tiempo determinado. En algunos casos, el modelado de sistemas de fabricación requiere un enfoque de simulación continua . ^{[ 7 ]} Estos son los casos en los que los estados del sistema cambian continuamente, como, por ejemplo, en el movimiento de líquidos en refinerías de petróleo o plantas químicas. Dado que la simulación continua no puede ser modelada por computadoras digitales, se realiza tomando pequeños pasos discretos. Esta es una característica útil, ya que hay muchos casos en los que se deben combinar la simulación continua y la discreta. Esto se denomina simulación híbrida, ^{[ 8 ]} que es necesaria en muchas industrias, por ejemplo, la industria alimentaria. ^{[ 3 ]}

^{Benedettini y Tjahjono (2009) [ 3 ]} desarrollaron un marco para evaluar diferentes herramientas de simulación de fabricación utilizando la definición de usabilidad de la norma ISO 9241 : “el grado en que un producto puede ser utilizado por usuarios específicos para lograr objetivos específicos con eficacia, eficiencia y satisfacción en un contexto de uso específico”. Este marco consideró la eficacia, la eficiencia y la satisfacción del usuario como los tres criterios principales de rendimiento, de la siguiente manera:

La siguiente es una lista de técnicas de simulación populares: ^{[ 9 ]}

1. Simulación de eventos discretos (DES)
2. Dinámica de sistemas (DS)
3. Modelado basado en agentes (ABM)
4. Simulación inteligente: basada en la integración de técnicas de simulación e inteligencia artificial (IA).
5. Red de Petri
6. Simulación de Monte Carlo (SMC)
7. Simulación virtual: permite al usuario modelar el sistema en un entorno inmersivo 3D.
8. Técnicas híbridas: combinación de diferentes técnicas de simulación.

A continuación se presenta una lista de aplicaciones comunes de la simulación en la fabricación: ^{[ 9 ]}