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.