Simulación de Sistemas: Conceptos, Metodología y Aplicaciones Prácticas

Aplicación de Modelos de Simulación

A continuación, se presenta un ejemplo de aplicación de un modelo de simulación, diferente a los vistos en clase, indicando claramente el objetivo y explicando las razones por las cuales:

Simulación Discreta como Aplicación Apropiada

Para que un modelo de simulación discreta sea aplicable, debe cumplir con los siguientes requisitos:

Estocástico: Que no se tiene certeza de los datos o acontecimientos que pueden ocurrir.
De Cambio Discreto: Donde los elementos del sistema son enteros y las variables cambian en instantes de tiempo discretos (a saltos).
Dinámico: Donde las entidades presentan movimiento.

Ejemplo de Aplicación Apropiada: Supermercado

Un supermercado desea establecer si el número de cajas es el adecuado para atender al público, y qué sucede si se agregan o retiran cajas del servicio. Se busca comprender el impacto en las colas y los tiempos de espera, lo que finalmente se traduce en la satisfacción del cliente.

Este ejemplo satisface las condiciones necesarias descritas para un problema de simulación discreta, debido a que:

No sabemos con exactitud cada cuánto llega un cliente a comprar ni el tiempo que se demora en llegar a una caja.
El tiempo en caja depende, entre otras cosas, de la cantidad de productos a comprar.
El comportamiento es aleatorio o estocástico.
El sistema es dinámico, ya que existe un constante movimiento de clientes en las cajas esperando atención.
Es de cambio discreto, ya que los elementos son enteros (clientes) y cambian en pequeños instantes de tiempo.

Simulación Discreta como Aplicación No Apropiada

La simulación discreta no sería apropiada para el caso en que el sistema a estudiar sea de tipo determinístico. Por ejemplo, los modelos matemáticos que son diseñados bajo el supuesto de que el resultado del experimento está determinado por las condiciones bajo las cuales se realiza. Un ejemplo de esto es la distancia que recorre un móvil con cierta rapidez media durante un tiempo t (d = v*t).

Plan de Proyecto para un Estudio de Simulación

Usted es contratado para desarrollar un estudio de simulación de la situación planteada en el problema del supermercado. Como parte del contrato, deberá entregar un plan para desarrollar el proyecto, explicando brevemente el objetivo de cada etapa.

El plan para desarrollar el proyecto de simulación se basará en el método de los 7 pasos, esto para asegurar el éxito del estudio.

Método de los Siete Pasos: Objetivos en Cada Etapa

Formulación del Problema: Se plantean los objetivos, alcances, tiempos y recursos necesarios para el proyecto.
Construir un Modelo Conceptual y Obtener Información/Datos:
- Definir la estructura y los procedimientos operacionales.
- Identificar parámetros y distribuciones de probabilidad del modelo.
- Documentar supuestos, variables y especificaciones en un modelo conceptual.
- Determinar los datos del sistema para su posterior validación.
- Seleccionar el nivel de detalle del modelo basado en: objetivos del proyecto, medidas de desempeño, disponibilidad de datos, aspectos relativos a la credibilidad, restricciones de tiempo, recursos, computadores, etc.
- Comenzar con un modelo simple y luego agregar detalles complejos.
Validar el Modelo Conceptual: Realizar una revisión estructurada del modelo conceptual para corregir errores u omisiones.
Construir el Modelo: Seleccionar el lenguaje de programación y desarrollar el programa, considerando tiempo y costo.
Verificar y Validar Modelo Programado:
1. Si el sistema real existe, comparar los indicadores de desempeño del modelo con los del sistema para su validación.
2. Independientemente de si el sistema real existe o no, analizar la consistencia de los datos del modelo conceptual. Si son consistentes, el modelo es conceptualmente válido.
3. Realizar un análisis de sensibilidad para identificar las variables más influyentes en el modelo.
Diseñar, Conducir y Analizar Experimentos.
Documentar e Informar los Resultados.

Modelo Conceptual Detallado del Proyecto de Simulación

Este apartado incluye el modelo conceptual, una descripción detallada del proyecto de simulación, los resultados y las conclusiones.

Formulación del Problema: Plantear objetivos generales, preguntas específicas a ser resueltas, medidas de desempeño de interés, alcances del modelo, tiempo y recursos requeridos por el modelo. Todo esto se realizará en una reunión con el jefe de proyecto, expertos en simulación y expertos en el comportamiento de clientes en supermercados.
Construir un Modelo Conceptual y Obtener Información/Datos: Realizar un muestreo representativo del sistema y construir un modelo en función del sistema a estudiar. Se tomarán datos como el tiempo entre llegadas de los clientes, tiempos de servicio de los cajeros, cantidad de productos que llevan los distintos clientes, factores relevantes que inciden en el tiempo de estadía de los clientes, satisfacción del cliente, número de cajas y calidad de atención hacia los clientes. Además, se examinará la disponibilidad y calidad de los datos.
Validar el Modelo Conceptual: Realizar una revisión estructurada del modelo conceptual, donde las personas que participaron en la formulación del estudio estén presentes para validar que el modelo sea una representación lo más cercana posible del sistema a estudiar. Si no cumple con esto, se deben revisar las etapas anteriores.
Construir el Modelo: Elegir el lenguaje a utilizar en conjunto con los expertos en simulación, y programar considerando el tiempo y los costos.
Verificar y Validar Modelo Programado: Comparar los datos del modelo conceptual con los del sistema real (si aplica) para verificar su consistencia.
Diseñar, Conducir y Analizar Experimentos.
Documentar e Informar los Resultados: Documentar todos los resultados para su registro, realizar una presentación detallada del proyecto y exponer claramente los resultados y conclusiones, respondiendo a los objetivos planteados al inicio del estudio.

Variables y Atributos en una Estación de Servicio con Autolavado

A continuación, se identifican las variables y atributos para una estación de servicio con servicio de autolavado en paralelo.

Atributos:

Autos que cargan bencina:
- Tipo I: Desean lavado luego de terminar de cargar bencina.
- Tipo II: Se retiran de la estación luego de cargar bencina.
Autos que van al lavado:
- Tipo I: Se retiran de la estación luego de efectuar el lavado.
- Tipo II: Desean cargar bencina luego del lavado.

Variables:

Cantidad de clientes (Tipo I y Tipo II) que llegan al área de bombas de bencina.
Cantidad de clientes (Tipo I y Tipo II) que llegan al área de lavado.
Cantidad de clientes Tipo II que van a cargar bencina (después del lavado).
Cantidad de clientes Tipo I que van a la zona de lavado (después de cargar bencina).

Identificación de Elementos y Cuello de Botella en la Gestión de Combustible

Al final de cada día, el personal de la estación revisa el nivel de los estanques del problema de la estación de servicio. Empleando una regla calibrada, en promedio se demora 5 minutos en el proceso. Si el nivel es inferior al 60%, se genera una orden de compra electrónica para rellenar los estanques, lo cual se concreta el 50% de las veces. El proceso de generar la orden de compra sigue una distribución triangular con una media de 4 minutos, y la llegada de la bencina tarda entre 8 y 12 horas (distribución uniforme).

a) Identificación de Elementos de Simulación:

Entidades: Estanque de combustible, Orden de compra.
Atributos: Nivel del estanque (porcentaje).
Evento Relevante: Revisión del nivel del estanque.
Evento Gatillador: Cumplimiento del ciclo de revisión (diario).
Colas: Cola de espera por abastecimiento de combustible.
Recursos: Personal de revisión, Instrumentos de medición, Computador para órdenes de compra.
Variables: Nivel de los estanques, Tiempo de espera por combustible, Tiempo de proceso de orden de compra.

b) Cuello de Botella:

El cuello de botella se produce en la espera de la llegada del combustible. Los estanques de combustible deben contener suficiente bencina, y la espera del abastecimiento es crucial para el funcionamiento ininterrumpido de la estación, ya que la falta de combustible detendría la atención a los clientes.