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El departamento de Sistemas y Automatización de Fabricación de la Universidad Técnica de Liberec, en la República Checa, aboga desde hace mucho tiempo por la tecnología de simulación predictiva de Lanner, WITNESS, que utiliza tanto en sus enseñanzas académicas como en sus colaboraciones con socios fabricantes.
La Universidad Técnica de Liberec y WITNESS
El uso de la simulación predictiva es versátil, añade gran valor a muchas industrias y aplicaciones, desde el diseño o el análisis de una línea de producción a la planificación de mantenimiento o la justificación de opciones de negocio. Gracias a su versatilidad es, naturalmente, una parte crucial del currículum académico para aquellos que estudian un grado enfocado a la fabricación.
La Simulación Predictiva es un tema principal enseñado en el Departamento de Sistemas y Automatización de Fabricación de la Universidad Técnica de Liberec, que trabaja estrechamente con varios socios fabricantes. El Departamento tiene licencias, tanto académicas como para uso en consultoría, proporcionando a los estudiantes la oportunidad de sumergirse tanto en proyectos teóricos como del mundo real.
¿Cómo se utiliza la simulación para la enseñanza?
El lema “Innovar o Morir” no escapa a la educación superior. Las difíciles condiciones del mercado requieren que el sector educacional responda y permanezca al frente de la última tecnología, proporcionando a sus estudiantes un conjunto completo de competencias que les permitirá añadir valor en cuanto empiecen a trabajar. Para enseñar estos últimos conceptos y proporcionar a los estudiantes estas capacidades que necesitan, las universidades se han volcado en la simulación.
En las Universidades Técnicas, el software de simulación predictiva de Lanner, WITNESS, es utilizado para demostrar estos conceptos y enseñar a los alumnos cómo acercarse a las demandas comunes de los fabricantes. A través del curso de sus estudios, a los estudiantes se les enseña:
- los principios básicos de un proceso de fabricación
- los diferentes métodos que se pueden aplicar a un proceso de fabricación
- cómo diseñar un modelo de simulación
- cómo diseñar un juego de simulación
- cómo el modelado de simulación forma parte de un proyecto integral
Enseñanza de los principios básicos de un proceso de fabricación
Para introducir a los estudiantes en la simulación y WITNESS, las universidades técnicas empiezan con los modelos más simples que ayudan a explicar los principios básicos y los pasos dentro de un proceso de fabricación. Con el uso de un modelo de demostración predefinido a los alumnos se les enseña:
- los parámetros estocásticos que afectan a la producción
- cómo un proceso de fabricación es depende de todas las operaciones en funcionamiento
- cómo los canales de distribución pueden impactar en la producción
- las ventajas y desventajas de la agrupación de recursos y la reorganización de la mano de obra
- asuntos que surgen por los cuellos de botella en los procesos de producción
- la diferencia entre los controles empuje y atracción
Como ejemplo, el modelo mostrado en la figura 1 ayuda a explicar la Teoría de Restricciones (TOC, o Theory of Constrains) y los asuntos que pueden surgir cuando existen cuellos de botella dentro de los procesos de producción. En este primer ejemplo, los cuellos de botella se forman en la línea de ensamblaje. Se ponen a disposición recursos adicionales para eliminar el cuello de botella, sin embargo esto entonces causa otro cuello de botella relentizando el proceso de producción, en la Estación de trabajo.
Fig. 1. Problema de desplazamiento del cuello de botella
Metodología para influir en un proceso de fabricación
Una vez que se han enseñado los conceptos básicos de un proceso de fabricación, otro conjunto de modelos docentes de simulación con WITNESS son utilizados para demostrar diferentes métodos de diseño e influencia sobre los procesos de fabricación. A través del estrecho trabajo realizado entre la Universidad Técnica y sus socios fabricantes, existe un rico conjunto de experiencias del mundo real de las que los estudiantes pueden partir. Se discuten las ventajas y desventajas de varias metodologías. Estas incluyen:
- Estrategia Just in Time (JIT) – donde la demanda debe de predecirse con precisión para asegurar que solo el stock requerido está disponible
- Metodología Kanban – descubrimiento de los problemas del proceso para crear una producción más consistente y una fuerza de trabajo colaborativa
- Sistema de fabricación flexible: Flexible Manufacturing System (FMS) – donde los procesos reaccionan a los cambios, creando una línea de producción más eficiente
- Fabricación celular – donde la producción de varios productos similares se mueve a un ritmo acelerado para obtener eficiencia y pocos desperdicios
- Línea de producción en U – donde el comienzo y el final de la línea de producción están cerca uno del otro lo que permite una colaboración más fácil entre las diferentes operaciones a lo largo de la línea
Diseñar un modelo de simulación
Una parte integral del proceso de aprendizaje es cuando los estudiantes empiezan a construir e interactuar con sus propios modelos de WITNESS. Aprender a analizar un problema dado y diseñar soluciones apropiadas, mientras se dominan los principios básicos de la simulación, son requisitos fundamentales para los estudiantes.
Durante el semestre, a los estudiantes se les asigna una tarea para crear una línea de producción de fabricación. Para alcanzar los objetivos deben determiner el tamaño de la línea de producción, el número apropiado de puestos de trabajo, operadores y personal, y preparar un modelo de simulación sencillo que alcance los objetivos del cliente. Al mismo tiempo, los alumnos deben de intentar mantener los costes bajos.
El papel de los juegos de simulación
En las Universidades Técnicas, la simulación también se utiliza en un área no tradicional, con la creación de un juego de simulación, que se combina con vídeos para obtener una representación realista del proceso.
Utilizando el juego como método de aprendizaje, los estudiantes son introducidos en un proceso específico y las cortas secuencias de video construidas en el modelo ilustran mejor el punto. Diferentes escenarios posibilitan practicar la responsividad y el pensamiento creativo, preparando a los estudiantes para eventos inesperados en un entorno del mundo real. El siguiente gráfico muestra el juego de simulación "Production of KVS steamers" en el que WITNESS es utilizado para presentar el proceso de producción por un lado y el sistema Kanban por otro.
Fig. 2. Juego de simulación en el entorno WITNESS
Demostrar el uso de la simulación
El sistema educativo en la Universidad Técnica complementa la enseñanza “tradicional” de temas especializados en el campo de la fabricación y lo enriquece significativamente. A los estudiantes en el sistema de la Universidad Técnica se les pide que formen parte de un proyecto integral donde deben de diseñar y construir una línea de producción completa desde el principio hasta el final, para demostrar su comprensión de lo que se les ha enseñado.
Deben de diseñar un prototipo en CAD, crear la disposición del taller, programar la producción de piezas utilizando el sistema de información de gestión de la empresa, fabricar físicamente el producto en las máquinas CNC, y verificar la precisión de la producción. Los estudiantes trabajan en equipo durante este proyecto.
La simulación WITNESS se utiliza para examinar los diseños y soluciones propuestas, asegurando que el diseño de la línea de producción puede ajustarse a las demandas del proceso establecido.
Este proyecto reúne todo lo que se ha enseñado a los alumnos, y asegura que entienden cómo aplicar la simulación y el valor que puede aportar a cualquier proceso de fabricación.
El valor de la simulación en educación
La simulación predictiva es una competencia crucial a enseñar a los estudiantes de hoy. La experiencia teórica y práctica que obtienen durante sus estudios, les prepara para convertirse en valiosos activos para cualquier empresa a la que se incorporen tras la graduación. Como estudiantes, los que continúan sus estudios en la Universidad Técnica con maestrías y las tesis doctorales, la aplicación de la simulación y sus posibilidades son exploradas en mayor profundidad.
En un mundo siempre cambiante, donde la necesidad de procesos eficientes es crítica para asegurar el provecho y el éxito, las universidades deben de asegurar a sus alumnos que están entrando en el mundo laboral con las herramientas para tener éxito.
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Lanner ha anunciado la disponibilidad de su nueva versión WITNESS Horizon version 21.0, que los usuarios con servicio de mantenimiento activo pueden descargarse desde el portal de clientes MyLanner.
La versión 21.0 proporciona nuevas maneras de gestionar y visualizar los datos directamente en el modelo, nuevos Paquetes de elementos de diseñador para añadir estructuras de edificios, modelar servicios y procesos de back office y un nuevo servicio de activación de licencias en línea.
WITNESS Horizon está pasando a un ciclo de versiones más frecuentes de forma que Lanner pueda responder más rápidamente a la corrección de errores y proporcionar nuevas funcionalidades a sus clientes tan pronto como se hayan desarrollado.
 | Nuevas maneras de visualizar datos en el modeloLa versión 21.0 trae un nuevo elemento básico a WITNESS Horizon, la Tabla de datos. Al mejorar las capacidades de gestión de datos directamente dentro de los modelos, este nuevo elemento permite definir estructuras de datos, enlazarlos con fuentes externas y visualizarlos a través de nuevos y mejorados gráficos personalizables. A través del nuevo Elemento de Tabla de Datos, los modeladores pueden cambiar fácilmente entre diferentes tipos de gráficos y visualizar múltiples visualizaciones de los datos al mismo tiempo, mejorando el conocimiento. |
Paquetes de elementos de diseñador adicionalesLa nueva versión permitirá a los modeladores accede a nuevos elementos de diseñador de Edificios y Servicios. Estos nuevos paquetes de elementos de diseñador incluyen muchos elementos utilizados comunmente que pueden añadir una dimensión más atractiva a la cadena de suministros, trastienda, y modelos de centros de llamadas. También vienen completes con representaciones 2D y 3D. |  |
 | Licenciamiento automáticoLa nueva versión también ve el lanzamiento de un Servicio de Licenciamiento Automatizado. Se ahorrará tiempo y le proporcionará control de sus licencias. Ahora podrá activar y obtener su licencia directamente desde el Portal MyLanner en cualquier momento. El licenciamiento desde el portal también le proporcionará mayor visibilidad de todas sus licencias adquiridas y soportadas. |
Para más información podrá encontrar información completa sobre las novedades de la nueva versión WITNESS Horizon 21.0 y videos tutoriales en la zona de Recursos en MyLanner.
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Rational Process Design and Simulation Modeling with Witness Horizon
de Neil Murray
Lanner Group sacó al mercado la última versión de su software de simulación de procesos, Witness Horizon, en 2016. Witness Horizon incluye muchas novedades a sus versions anteriores especialmente en lo que se refiere a importantes mejoras en el modelado tridimensional. La versión anterior de este texto, que también está disponible en formato Kindle, es específica para Witness 13 y 14.
Esta edición de “Rational Process Design & Simulation Modeling with Witness Horizon” proporciona una introducción al diseño de procesos de fabricación y al modelado de simulación. Más que ser una simple explicación de la mecánica de desarrollar modelos de simulación, existe un enfoque significativo en el uso del Diseño Axiomático para procesos de fabricación, la construcción de los modelos de simulación a partir de una fuerte base de procesos y requerimientos funcionales del producto. Adicionalmente, se revisa y demuestra la incorporación del Análisis de Efectos del Modo de Fallos del Proceso con el modelado de simulación.
El texto consta de siete capítulos, cada uno construido sobre los conceptos presentados en los anteriores.
- Capítulo 1 – Planificación del proyecto del modelo de simulación
- Capítulo 2 – Introducción a la estructura y los menús de Lanner Witness
- Capítulo 3 – Construcción de un primer modelo sencillo
- Capítulo 4 – Modelo de fabricación de electrónica SMT
- Capítulo 5 – Transportadores y caminos
- Capítulo 6 – Variables y variabilidad
- Capítulo 7 – Temas avanzados: PFMEA y simulación, Diseño axiomático de modelos de simulación y modelado 3D
El libro en inglés está disponible en Amazon
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Traducido del artículo de David Jones publicado en Quality Magazine
La simulación predictiva está apuntalando las fábricas del futuro a través de la visualización inmersiva de la gran cantidad de datos obtenidos de los componentes y máquinas de la Industria 4.0.
Según un reciente artículo, la fábrica del futuro es “el producto de rápido cambio, con tecnologías disruptivas que golpean a la fabricación como un ciclón.” Dicho así, se le puede perdonar por pensar que esta factoría del futuro, basada en el concepto de la Industria 4.0, es algo que temer. Pero, en realidad, estas tecnologías disruptivas tienen el potencial de transformar radicalmente la fabricación, incrementando eficiencias, productividad y la rentabilidad global de las empresas en todo el mundo.
Guiada en parte por el Internet de las Cosas, la Industria 4.0 representa sin duda el cambio más revolucionario para impactar en el sector de la producción durante algún tiempo, con negocios impulsados a seguir los modelos digitales que abarcan la conectividad, el análisis de datos y el enfoque en los clientes. El objetivo general de esta cuarta revolución industrial es facilitar la ejecución de una "fábrica inteligente", donde las múltiples fuentes de datos en juego darán lugar a una mayor automatización, mayor perspectiva y toma de decisiones optimizadas.
UNA ABUNDANCIA DE DATOS
Los forofos de los grandes volúmenes de datos (Big Data), defienden que todos los datos son valiosos y por tanto deben de ser útiles. La realidad en la mayoría de las empresas es que no saben lo que hacer con sus datos o todavía están trabajando para saber qué preguntas deben hacerse sobre los mismos. Los fabricantes podrían disponer de las soluciones de análisis de datos exhaustivos más eficientes pero serían inútiles para tratar datos contextualizados en procesos y operaciones obsoletas e ineficientes. Para esas empresas que no deseen quedarse atrás cuando el “ciclón” golpee, ahora es el momento de empezar a dar sentido a sus necesidades de datos, poniendo el marco sólido sobre el cual construir la fábrica del futuro.
Aquí es donde la simulación predictiva entra en juego. Para optimizar resultados, la simulación debe ocupar el lugar que le corresponde como un proceso de negocio integral, vital, no solo para definir el alcance y diseñar la fábrica del futuro sino también para facilitar la comunicación de futuras operaciones antes de iniciar cualquier transformación. El uso efectivo de la simulación plantea cuestiones clave de gestión de procesos para asegurar que las partes interesadas comprendan la naturaleza dinámica e interconectada de su negocio, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo se ejecutan los procesos y cómo se aplican las políticas, destacando las áreas en las que aún faltan datos particularmente valiosos, y garantizando que las empresas son tan eficientes y productivas como sea posible.
GESTIÓN DE LA COMPLEJIDAD
Entonces, ¿cuáles son las características específicas de las fábricas del mañana para las que la simulación puede ayudar a prepararse? En primer lugar, se requiere una nueva fuerza de trabajo inteligente para gestionar la empresa del futuro. Esta fuerza de trabajo necesitará tanto comprender las operaciones en juego como actuar sobre los conocimientos encontrados en los datos que las fabricas inteligentes serán capaces de producir. Procesos operacionales interconectados, variabilidad (que nunca se puede eliminar del todo), retroalimentación o pasos repetitivos de procesos, compartición de recursos y políticas de prioridades —todo incrementa el nivel de gobernabilidad que este tipo de operaciones requiere.
La necesidad de una solución que sea capaz de manejar este nivel de complejidad es de suma importancia para equipar con éxito a una nueva fuerza de trabajo inteligente con conocimientos de su operación existente y la previsión para asegurar que se van a realizar cambios de políticas, decisiones de inversión y asignación de recursos para lograr el resultado deseado.
Mapeando y analizando un espectro de variables de producción en un modelo operacional particular, la predicción facilita una comprensión de las complejas relaciones entre procesos en múltiples y variadas etapas. Los modelos pueden probarse utilizando diferentes escenarios para descubrir cambios estratégicos y tácticos para una producción optimizada. En particular, los procesos que involucren alta conectividad, variabilidad, interrupciones y complejidad de interacciones son ideales para la simulación. Otras técnicas para medir estos procesos, como hojas de cálculo Excel y Mapeos de la Cadena de Valor, a menudo ignoran o tratan atributos como medias estáticas, lo que puede tener implicaciones críticas en la toma de decisiones. Y, a medida que las empresas se hacen digitalmente más complejas y conectadas con la Industria 4.0, estas implicaciones pueden llegar a cambiarlas radicalmente.
EXPANSIÓN DE LA CADENA DE SUMINISTROS
Este nuevo nivel de complejidad no acaba con los procesos. Una parte integral de la fábrica del futuro es la extensión y expansión de las cadenas de suministro, que rompe las barreras comerciales tradicionales y trasciende las cuatro paredes de una simple instalación para trabajar incluso más cerca de los clientes, los proveedores, los organismos de la industria y el mundo académico. Esta idea de la empresa extendida es fundamental para el concepto global de Industria 4.0, donde esta manera colaborativa de trabajar se ve como la única manera de optimizar la productividad.
La simulación tiene la capacidad de modelar un ecosistema completo de fabricación y componentes de cadena de suministro, como plazos de ejecución, costes, distancias, proveedores, etc. facilitando una comprensión incluso más profunda de las complejas relaciones entre, no tan solo procesos internos del negocio, sino también entre socios del negocio, o clientes y proveedores. Llevando claridad y control a los socios colaborativos, la simulación puede maximizar un potencial de negocio, suavizando los enlaces y estableciendo los canales de comunicación más eficientes para facilitar la transición a la forma de trabajar de la fabrica inteligente.
LA VELOCIDAD ES LA ESENCIA
Las escalas de tiempo más cortas y crecientes eficiencias que son subproductos de procesos optimizados se anticipan en términos de la necesidad de mejora de la agilidad global del negocio. Para alcanzar la excelencia operacional real, alcanzando los niveles de agilidad requeridos para responder rápidamente e incluso predecir, nuevas oportunidades de negocio y cambios de mercado, los negocios necesitan tomar decisiones a alta velocidad, más eficientemente. Incluso las operaciones más eficientes se ralentizarán debido a retrasos en la toma de decisiones, particularmente si las decisiones no son las correctas cuando finalmente se materialicen.
La única manera de asegurar toma de decisiones más rápidas y más eficientes es teniendo acceso a la información correcta, en el momento correcto, en el contexto correcto. De nuevo, la simulación es clave. La información producida llevando a cabo simulación predictiva a través del negocio es robusta, en tiempo real y contextualizada. Los responsables de tomar decisiones entonces pueden utilizar esta información y apoyar sus decisiones, con la seguridad de que las decisiones están basadas en la mejor información disponible. La adopción de una cultura de modelado para la toma de decisiones a nivel directive asegura que la simulación es el primer Puerto de llamada cuando se tienen que realizar decisiones complejas, algo que mantendrá al negocio en una buena posición ya que la velocidad de toma de decisiones crecerá en línea con el ritmo creciente del negocio de la fábrica del futuro.
FACILIDAD DE USO
Otro área donde la simulación guiará a la fábrica del futuro es en la usabilidad de la tecnología. Con la única reserva de expertos en modelado y simulación, la simulación va saliendo de las sombras y de los escritorios de los usuarios de negocios. La naturaleza interdependiente de la fábrica del futuroe significará que más personal, no técnico, no especializado, estará involucrado, haciendo que lo más importante sea que estas herramientas proporcionen los mayores niveles de rendimiento necesario pero en un paquete útil, accesible y visual.
La realidad virtual (VR) es un gran ejemplo de esto. Un modelo simulado de su negocio proporciona potentes datos del estado futuro en un medio fácilmente consumible, desmitificando mucho de los procesos analíticos al proporcionar una experiencia visual interactiva, ayudando tanto a analistas como a los responsables de toma de decisiones a comprender sus procesos, datos y cómo se afectan entre sí. Llevando los problemas del mundo real en el mundo de realidad virtual, visualizando dinámicamente los diversos resultados potenciales y seleccionando el mejor curso de acciones, la simulación permite a los negocios el lujo de poder realizar test exhaustivos sin los riesgos y costes asociados de los test en un entorno vivo, optimizando procesos en preparación para la industria del futuro.
RECETA DEL ÉXITO
Para muchos, los datos son la clave que permite la fábrica del futuro. Sin embargo, antes de intentar responder a esos datos, es vital que los negocios conozcan qué datos recoger, cómo contextualizarlos y cómo utilizarlos. Y mientras no existe una única solución para transformar repentinamente un negocio en una empresa digital de alto rendimiento, los negocios pueden hacer cosas mucho peores que adoptar las capacidades de la simulación predictiva como medio para prepararse para la transición a la fábrica del futuro.
Ahora es el momento para reconsiderar procesos y procedimientos. Antes de pasar al ámbito de las analíticas Big Data, los negocios deberían de trabajar estrechamente con su proveedor de simulación para asegurarse de que están haciendo un uso completo del software. Únicamente así estarán en primera posición para adoptar la fábrica del futuro en toda su bondad.