La simulación de producción 3D es una de las principales tendencias de la Industria 4.0. Conozca los diferentes tipos de simulación de producción, los métodos de simulación y sus beneficios en nuestro completo artículo.
Comprar maquinaria de fabricación y montar líneas de producción y almacenes no es uno de los trabajos más fáciles del mundo. Las decisiones tomadas durante las etapas de planificación establecerán y limitarán los costos y las capacidades en los años venideros . Si lo hace mal, cederá la ventaja a sus competidores, pero si lo hace bien, su negocio prosperará.
Entonces, ¿cómo se determina qué equipo comprar y qué diseño utilizar? Utilizando simulación de producción 3D .
La simulación es una forma poderosa de reducir el riesgo mediante la evaluación de múltiples alternativas . Las herramientas de simulación de producción 3D, como las de Visual Components , permiten a los fabricantes experimentar con diseños y configuraciones alternativas.
Permiten cuantificar los resultados de variabilidad e incertidumbre. Proporcionan información sobre oportunidades de mejora y son herramientas poderosas para comunicar ideas y propuestas.
Además, estas herramientas ayudan a facilitar la toma de decisiones con argumentos válidos y pronósticos mejorados que simplifican los obstáculos clave de la planificación .
La idea de simular operaciones de fabricación no es nueva, pero sólo recientemente se dispone de suficiente potencia informática para hacerla práctica, precisa y eficiente. Este artículo proporciona una introducción a la simulación de producción 3D para quienes no están familiarizados con ella, describe los diferentes tipos de simulación y explica los beneficios que se derivan de su uso.
La importancia de la simulación de producción
Las operaciones de fabricación suelen ser muy complejas. En muchas instalaciones, el trabajo llega a una máquina en lotes. Supongamos que en este caso la máquina procesa un artículo a la vez. Cuando se ha procesado todo el lote, pasa a la siguiente máquina. Ahora multiplique eso por una docena de pasos en el proceso de fabricación y cincuenta lotes de productos diferentes que requieren diferentes combinaciones de operaciones para pasar por la misma fábrica .
Es difícil comprender los diferentes flujos de trabajo y colas, pero es aún más difícil determinar dónde realizar cambios que reduzcan los costos o aumenten la capacidad . Aquí es donde la simulación de producción puede ayudar a resaltar los cuellos de botella y agilizar las operaciones diarias.
Diferentes formas de simular entornos de producción.
La simulación implica construir un modelo para reproducir el comportamiento dependiente del tiempo del entorno de producción . Esto se podría hacer con bloques de madera y cartón. Esto a menudo se intenta con hojas de cálculo o se puede hacer con software desarrollado específicamente para la tarea. Una vez construido, el modelo se ejecuta en tantas series de producción como sea necesario para responder a la pregunta en cuestión.
Las maquetas físicas pueden ser una forma eficaz de comprender un diseño o flujos de trabajo en una máquina en particular , pero se ven rápidamente abrumadas por la complejidad y no es práctico anticipar más de unos pocos ciclos.
Las hojas de cálculo son las más adecuadas para examinar el impacto de la variabilidad y para modelar operaciones de varios pasos . Sin embargo, tienen varias limitaciones.
Algunas de las desventajas incluyen:
- Pueden volverse extremadamente complejos rápidamente
- Es imposible integrar cada variable y paso de secuencia para cada producto, como características físicas, por ejemplo, flujo de producto entre diferentes procesos, problemas de espacio, acciones manuales entre procesos, etc. Estos problemas se ven comúnmente en el entorno de fabricación y muchas veces se identifican como los verdaderos cuellos de botella en los procesos de producción.
- Es muy difícil explicar las conclusiones extraídas del modelado en hojas de cálculo.
El software de simulación utiliza gráficos y animaciones para mostrar los resultados de las matemáticas intensivas que se llevan a cabo "bajo el capó". Esto permite al usuario ver lo que va a suceder, lo cual tiene más impacto que desplazarse por filas y columnas de resultados .
La simulación de producción comienza con la construcción de un modelo de la operación, línea, celda o fábrica de fabricación . Esto debe reflejar la realidad lo más fielmente posible: cualquier error reducirá la precisión y el valor de los resultados. Al simular una operación existente, validar la precisión del modelo es simple: ingrese o cargue un programa de producción reciente o especificaciones de la máquina y vea en qué medida los resultados de la simulación coinciden con los realmente obtenidos .
Donde las cosas se complican es en la construcción de un modelo de diseño o operación que aún no existe. Esto es algo que podría hacerse para evaluar el flujo de materiales en un almacén o sala de embalaje aún sin construir. En tales condiciones, es muy importante probar las hipótesis y recopilar la mayor cantidad de datos posible para garantizar la precisión . En tales casos, incluso si el modelo no se puede verificar con datos reales, aún se pueden comparar diferentes escenarios o enfoques entre sí para obtener la "solución más probable".
Simulación de producción 2D vs 3D
Las primeras herramientas de simulación proporcionaban una vista 2D del diseño o área que se estaba modelando. Los procesos se representaron como bloques con tiempos de proceso predefinidos y el rendimiento del material se calculó en base a estos tiempos de ciclo.
Si bien fue un gran avance con respecto al modelado en hojas de cálculo, el diseño 2D fue solo una aproximación burda de la implementación física . Esto hizo que los flujos de materiales fueran difíciles de rastrear o desenredar y que las cantidades de inventario fueran difíciles de ver.
Además, los gráficos poco intuitivos a la audiencia de los méritos de una propuesta ; recuerde que la simulación carecía de recursos como humanos, vehículos, etc. Y quizás lo más importante es que esto obstaculizó la capacidad de quienes utilizaban el modelo para tomar decisiones de inversión rápidas y efectivas.
Simulación 2D de una línea de fabricación de barras de chocolate.
Como sugiere el nombre, las herramientas de simulación 3D proporcionan una representación más precisa e incluso más realista del sujeto del modelo . El 3D le permite ver las acciones subiendo y bajando y los flujos de materiales son claros. La simulación que se está modelando necesita una explicación mínima para que otros entiendan lo que les dice.
Simulación de producción con software de componentes visuales.
Las simulaciones de componentes visuales se configuran con un flujo de trabajo sencillo y fácil de usar y modelos 3D listos para usar desde una biblioteca.
Las funciones plug-and-play permiten un diseño de diseño más rápido y las capacidades de modelado visual de procesos permiten a los usuarios gestionar los flujos de procesos sin una programación compleja .
Los comportamientos de simulación predefinidos en los componentes permiten una adaptación más fácil a la tecnología por parte de usuarios de todos los niveles . Al mismo tiempo, la arquitectura abierta y la interfaz de usuario sencilla permiten una personalización más sencilla en situaciones en las que es necesario simular casos de uso especiales .
Tipos de simulación de producción
La simulación se realiza de diferentes formas, según la aplicación y la pregunta formulada. La transferencia de calor, la circulación y el control de procesos industriales se pueden simular, pero requieren diferentes herramientas para hacerlo.
Los principales tipos de simulación son:
- Simulación de eventos discretos
- Análisis de Montecarlo
- Simulación continua
- Simulación basada en agentes
La técnica más utilizada para modelar las operaciones de fabricación es la simulación de eventos discretos . Esto describe un proceso como una serie secuencial de eventos con énfasis en lo que hace el evento, cuándo ocurre y cómo afecta a otros eventos.
El análisis de Monte Carlo aplica probabilidades a algoritmos computacionales que transforman entradas en salidas. Esto permite que el generador del modelo determine los resultados más probables para un conjunto dado de condiciones de entrada.
La simulación continua se utiliza en procesos de flujo. El control de retroalimentación en los sistemas de bombeo es un ejemplo técnico, pero también podría usarse para modelar procesos comerciales.
La simulación basada en agentes modela cómo interactúan entre sí las diferentes partes de un sistema. Esto podría considerarse como “Si sucede X, entonces resultará Y” dentro de un agente. Una simulación basada en agentes se utiliza en situaciones en las que hay muchos agentes independientes. La salud ofrece muchos ejemplos, al igual que la logística.
Una mirada más cercana a la simulación de eventos discretos (DES)
Un evento se preprograma en el momento en que algo sucede en la simulación y un modelo se compone de una serie de eventos secuenciales.
Cada evento se define como un cambio instantáneo de estado, en lugar de tener una duración finita, y un evento puede desencadenar o reprogramar otros eventos. Esto simplifica el modelo al evitar la necesidad de simular actividades repetitivas o dinámicas entre eventos que no tienen impacto en los resultados del modelo .
En el modelo, las “entidades” pasan por el proceso y están influenciadas por los eventos. En una simulación de evento de fabricación discreta, las entidades pueden ser paquetes de trabajo. Cada lote o entidad puede tener un tamaño diferente y requerir diferentes pasos o eventos de procesamiento. No es necesario modelar el tiempo que lleva mecanizar cada componente del lote. En cambio, el evento cambia instantáneamente el estado de la entidad de, por ejemplo, no mecanizado a mecanizado. Sin embargo, se mantiene un registro del tiempo que llevaría mecanizar el lote, creando así un evento cuando se completa el mecanizado.
La fabricación adopta muchas formas, siendo la producción por lotes sólo una de ellas. La simulación de eventos discretos es aplicable a todo tipo de fabricación, desde la producción de una sola pieza hasta procesos de producción mixtos y continuos .
Visual Components introdujo capacidades de modelado de procesos en noviembre de 2019 con su versión 4.2 basada en simulación de eventos discretos (DES). En DES, cada evento ocurre en un momento determinado y la simulación registra los eventos y reacciona en consecuencia.
Desafíos que se benefician de la simulación de producción 3D
En la fabricación, hay dos razones principales para utilizar la simulación de eventos discretos: evaluar cómo responderá una operación a cambios en los insumos o las condiciones operativas y reducir los riesgos de reorganización o inversión en nuevos equipos . Más precisamente, los tipos de problemas que se benefician de la simulación se pueden dividir en:
- Identificar factores que limitan el rendimiento, especialmente en entornos con un alto número de SKU, donde los cuellos de botella pueden escalar con la combinación de productos.
- Toma de decisiones basada en datos: por ejemplo, optimizar el diseño de nuevas líneas o instalaciones para minimizar el manejo de materiales y las distancias de transporte.
- Maximice la utilización de activos: encuentre el retorno de la inversión más alto entre los enfoques de la competencia
- Comunique ideas: la naturaleza gráfica de la simulación 3D hace que los problemas y las oportunidades sean fácilmente visibles, incluso para observadores no técnicos.
- Minimizar el WIP o dinero de producción: cada producto sin terminar, cada pieza en stock, cada producto en el almacén, incluso cada trabajador no utilizado en su totalidad, es dinero inactivo.
Cómo se benefician los usuarios de la simulación de producción 3D
Un experimento sin riesgos
Es extremadamente difícil experimentar en un entorno de producción. Cada prueba o prueba requiere tiempo para organizarse y ejecutarse y casi siempre resultará en algún grado de tiempo de inactividad en la producción. Si la experiencia implica reorganizar activos físicos, esto puede resultar costoso y llevar mucho tiempo.
La simulación permite experimentar sin riesgos y, al no interrumpir las operaciones existentes y debido a la velocidad de ejecución del modelo, permite explorar más opciones . Esto permite a los usuarios refinar y optimizar las modificaciones o configuraciones del equipo antes de la implementación.
Lidiar más rápidamente con la incertidumbre
Muchos usuarios encuentran útil la simulación a la hora de formular planes para afrontar el cambio . El impacto de los cambios en la gama de productos, los nuevos formatos de envases o los diferentes horarios de trabajo se pueden evaluar antes de su introducción. Para cualquier equipo directivo que emprenda una planificación de contingencias, la simulación es una herramienta poderosa y eficaz.
Vende mejor tus proyectos internamente
Otra ventaja de la simulación es su poder de persuasión . Todo el mundo sabe que las imágenes transmiten más que las palabras: cuando estas imágenes están animadas, el mensaje se amplifica varias veces. Para cualquiera que intente explicar conceptos o vender ideas, la simulación ayuda a aclarar tanto lo que se propone como el impacto que tendrá.
Menos riesgo, mejor retorno de la inversión
Cualquiera que alguna vez se haya preguntado si se podría mejorar la organización de la producción, una fábrica o un almacén, se beneficiará de la simulación de producción en 3D. Mejor que construir modelos físicos u hojas de cálculo complejas, la simulación proporciona respuestas a preguntas de "¿qué pasaría si?". » .
Facilita una mejor comprensión de las operaciones existentes, apoya los esfuerzos para optimizar los procesos y las implementaciones y comunica propuestas. Más importante aún, reduce el riesgo de intentar mejorar lo que ya existe .
Si está buscando una herramienta que le ayude a modelar sus operaciones de producción y determinar qué cambios generarán el mayor retorno de la inversión, debería utilizar la simulación de producción 3D. Contáctenos para obtener una demostración gratuita y comprender cómo Visual Components puede ayudarlo.
