Usando o Arena em simulação

Ficha catalográfica

P896u

Prado, Darci Santos do.

    Usando o ARENA em simulação / Dora Santos do Prado. — 6ª ed. — Nova Lima: Falconi Editora, 2019. — (Séne Pesquisa Operacional, vol. 3)

    ISBN: 978-85-5556-026-2

    1. Arena (Programa de computador). 2. Simulação (Computadores). 3. Pesquisa operacional. I. Título.

Capa: África São Paulo Publicidade Ltda.

Editoração eletrônica: Jeferson Teixeira Soares

Revisão do texto: Dila Bragança de Mendonça

Produção do epub: Schaffer Editorial

ARENA é marca registrada da Rockwell Software – USA

Copyright © 1998-2019 by DARCI SANTOS DO PRADO

Direitos comerciais desta edição: FALCONI Editora

Para Rosana Freire Costa

Sumário

Apresentação

Prefácio

1 Simulação

1.1 Modelagem de sistemas

1.2 Aspectos históricos

1.2.1 Teoria das filas

1.2.2 Simulação

1.3 Aplicações de simulação

1.3.1 Linhas de produção

1.3.2 Logística

1.3.3 Comunicações

1.3.4 Bancos, supermercados, escritórios, etc.

1.3.5 Confiabilidade

1.3.6 Processamento de dados

1.3.7 Call Center

1.4 Uso do computador em simulação

1.5 Características de um software para simulação

2 Usando o ARENA em simulação

2.1 A visão do mundo do ARENA

2.2 Variáveis de um sistema

2.2.1 Relações básicas

2.2.2 Taxa de utilização dos atendentes

2.3 Fornecendo dados ao ARENA

2.3.1 O processo de chegada

2.3.2 O processo de atendimento

2.3.3 O deslocamento entre estações

2.4 A programação visual

2.5 A execução do modelo

3 Modelos de demonstração

3.1 Acionando o ARENA

3.2 O modelo da agência bancária

3.3 O modelo da mineração

3.4 O modelo do porto

3.5 O modelo do depósito

3.6 O modelo da sala de testes

3.7 Outros exemplos

4 Conhecendo o ambiente de trabalho do ARENA

4.1 Os espaços do ARENA

4.2 O conceito de ativação

4.3 Executando um modelo

5 Criando um modelo simples

5.1 Os módulos do ARENA

5.2 Criando o fluxograma

5.3 Fornecendo os dados

5.4 Validando, executando e salvando o modelo

5.5 Visualizando a animação junto com a lógica

5.6 Uso do mouse e do alfabeto

6 Relatórios do ARENA

6.1 Relatórios do ARENA

6.2 Relatório sobre filas (Queues)

6.3 Relatório sobre recursos (Resources)

6.4 Encerrando a visualização dos relatórios

7 Efetuando alterações no modelo

7.1 Alterando a duração da simulação

7.2 Alterando a capacidade de atendimento

7.3 A escolha da correta distribuição de frequência

Referências

7.4 Exercícios

8 Introduzindo a estação de trabalho

8.1 A estação de trabalho

8.2 O conjunto Station + Process + Leave

8.3 Exercícios

9 O módulo Decide

9.1 Codificando o modelo

9.2 Analisando os resultados

9.3 O tamanho da amostra: replicação

9.4 Exercícios

10 Animação de cenários

10.1 Etapas para criar um modelo com o ARENA

10.2 Criação da lógica (fluxograma)

10.3 Criação da animação de cenário

10.4 Executando o modelo: camadas de visibilidade

10.5 Velocidade de execução da animação

10.6 Inserindo desenhos do AutoCad® e Visio®

10.7 Exercícios

11 Animação de estatísticas

11.1 Adição de um relógio

11.2 Adição de data

11.3 Adição de indicador de nível

11.4 Adição de gráfico de linha

11.5 Adição de variável

11.6 Variáveis do ARENA

11.7 Exercícios

12 Os módulos Assign e Variables

12.1 O módulo Assign

12.2 Edit via Dialog

12.3 O módulo Variables

12.4 Efetuando operações com matrizes

12.5 O bloco Decide

12.6 Exercícios

13 Trabalhando com atributos

13.1 Criando um novo atributo: calculando o tempo de trânsito

13.2 Atributos pré-definidos

13.3 Alterando a figura de uma entidade

13.4 Exercícios

14 Desvios e escolhas

14.1 O bloco Decide

14.2 Escolha entre estações de trabalho: o módulo PickStation

14.3 Exercícios

15 Navegação

15.1 Navegação

15.2 Submodelos (Submodels)

15.3 Exercício

16 Transportadores

16.1 Exemplo de uso de transportador

16.2 Os módulos do ARENA para transporte

16.3 A visualização do modelo ARENA

16.4 Executando e analisando resultados

16.5 Contando o número de viagens

16.6 Trajetória em rede

16.7 Exercícios

17 Correias transportadoras

17.1 Exemplo de uso de correia

17.2 Os módulos do ARENA para correias

17.3 A visualização do modelo ARENA

17.4 Executando o modelo

17.5 Exercícios

18 Rotas de sequências

18.1 Um exemplo: a linha de montagem

18.2 Definindo a tabela de sequências

18.3 Ativando a rota

18.4 Rotas de sequência com valores diferentes

18.5 Exercícios

19 Interrupções no serviço

19.1 Um exemplo

19.2 O processo de chegada: módulo Create

19.3 O módulo de dados Schedule

19.4 Paradas nas máquinas

19.5 Regras para as paradas

19.6 Relatórios

19.7 Exercícios

20 Prioridades

20.1 Utilizando prioridades

20.2 Alterando prioridades

20.3 Exercícios

21 Junção e desmembramento

21.1 O módulo Batch

21.2 Módulo Batch com critério de junção

21.3 Exercícios

22 Análise de dados de entrada

22.1 Analisando os dados de chegada

22.2 Analisando os dados de atendimento

22.3 Rápidos comentários sobre as distribuições

22.4 Exercícios

23 Análise de resultados

23.1 O tamanho da amostra

23.2 Solicitando gravação de estatísticas

23.3 Usando o Process Analyser

23.4 Conclusões

23.5 Exercícios

24 Conjuntos e programação literal

24.1 Trabalhando com conjuntos

24.2 Programação literal

24.3 Exercícios

25 Expressões

25.1 Trabalhando com expressões

25.2 Exercício

26 Sincronismo

26.1 Efetuando sincronização de operações

26.2 Programação literal

26.3 Exercícios

27 Lógica de controle

27.1 Controlando a quantidade de atendentes

27.2 Alterando dinamicamente o ritmo de chegada

27.3 Controle de movimentação

27.4 Variáveis globais

27.5 Debug na lógica de controle

27.6 Exercícios

28 Acesso a arquivos

28.1 Lendo dados do teclado e escrevendo na tela

28.2 Lendo dados de um arquivo

28.3 Gravando em um arquivo: o relatório personalizado

28.4 A duração de uma corrida

28.5 Exercícios

29 Valores financeiros

29.1 Variáveis criadas pelo usuário

29.2 Variáveis internas do ARENA

29.3 Exercícios

30 Estocagem intermediária

30.1 Exemplo: a linha de produção

30.2 Animação e execução

30.3 Outras opções de modelagem

30.4 Exercício

31 Ferramentas úteis

31.1 Preparo da execução: Setup

31.2 Controle da execução: Run Control

31.3 Debug

31.3.1 Controle da execução: Run Control

31.3.2 Acompanhamento da entidade: Display

31.3.3 Acompanhamento da entidade: Animate Connect

31.3.4 Localizando nomes

31.4 Executando modelos complexos na versão Training

31.5 Exemplos Smart

31.6 Visual Basic for Applications (VBA)

32 Algumas sugestões para a modelagem

32.1 O que é um projeto de simulação?

32.2 Etapas de um projeto de simulação

32.3 A equipe

Bibliografia

Apêndice A: Variáveis do ARENA

Apêndice B: Material disponível na internet

Apêndice C: Diretórios úteis

Apêndice D: Solução dos exercícios

Apêndice E: Trabalhos práticos

Apêndice F: Instalação do ARENA

Apêndice G: Índice remissivo

Apresentação

Simulação é uma palavra que recebe várias definições, mas é de conhecimento geral que, quando alguém simula algo, está reproduzindo ou imitando alguma coisa. Essa noção básica se mantém intacta na técnica denominada simulação de eventos discretos, que é parte da pesquisa operacional.

Esse tipo de simulação reproduz o comportamento dinâmico de sistemas como células produtivas, transporte e armazenagem, siderurgia, centrais de atendimento telefônico, entre outros, permitindo medir seu desempenho e testar novas situações.

Desde que a Paragon começou a trabalhar com simulação em 1992, muitas coisas mudaram. Quando começamos, não era comum encontrar nas empresas alguém que conhecesse essa técnica e, mais raro ainda, quem a usasse. Naquela época, havia um ou dois computadores nas companhias, e nossos treinamentos eram mais longos, pois os alunos precisavam antes aprender a usar uma peça tecnológica exótica – o mouse – para poderem trabalhar com o ARENA.

Hoje o computador é praticamente um eletrodoméstico e está na mesa de qualquer profissional. Usar o mouse é quase tão natural quanto respirar. A simulação é ensinada nas melhores faculdades de engenharia, e a maioria delas usa o ARENA. O mercado está cheio de profissionais que conhecem essa técnica e também a ferramenta, e já sabem que não precisam ficar no escuro na hora de tomar decisões difíceis, arriscadas, com grandes investimentos envolvidos. Basta usar simulação e testar as alternativas antes de escolher qual delas vai ser usada.

Nesse cenário, o livro do Professor Darci Prado é uma importante contribuição e fonte de conhecimento. É uma publicação que já conta com algumas gerações de alunos que aprenderam e continuam aprendendo com ela. O ARENA evoluiu muito nos últimos anos, mas manteve intacta a maneira como se constrói o modelo e as estruturas usadas. Sua linguagem simples e intuitiva é aqui apresentada de forma bastante didática e abrangente.

São Paulo, junho de 2012

Marcelo Moretti Fioroni, Prof. Dr. Engº

Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento

[email protected]

Paragon Tecnologia – <www.paragon.com.br>

Prefácio

Simulação é uma técnica de planejamento largamente difundida no mundo atual, principalmente nos EUA, no Japão e na Europa. No Brasil essa técnica tem sido utilizada, principalmente no ambiente das grandes empresas desde a década de 1970. Entre os programas atualmente existentes, o ARENA é um dos mais utilizados em todo o mundo tanto por empresas quanto por universidades. No Brasil ele é, sem sombra de dúvidas, o mais popular. Lançado pela Systems Modeling (USA) em 1992, ele sucedeu a SIMAN e CINEMA, produtos que também tiveram muito sucesso. A versão atual é produzida pela Rockwell Software.

Este livro é o resultado de uma longa vivência com o assunto (desde 1972) como professor na Escola de Engenharia da UFMG e como consultor ou analista de sistemas na IBM, DPI, FDG e Falconi Consultores S.A. Neste livro apresentamos o software ARENA e esperamos que, ao final do seu estudo, o leitor esteja apto a modelar sistemas reais de média complexidade. É importante lembrar que o ARENA é um software muito poderoso e, obviamente, é impossível esgotar seus recursos em um livro desse porte. Assim, os manuais do fabricante são necessários aos que desejam mais aprofundamento.

Agradecemos à preciosa ajuda de Luiz Augusto Francese, da Paragon (representante para a América Latina da Rockwell System, USA) pela cessão da cópia do ARENA que é distribuída neste livro. Ao Dr. Luiz Cláudio M. Montenegro, da UFMG, pelas sugestões e auxílio na solução de exercícios. Ao Victor Viana pelo apoio na criação do material disponível na internet.

Darci Prado

Belo Horizonte (MG)

1ª edição – setembro 1999

6ª edição – outubro 2019

Capítulo 1

Simulação

1 Simulação

Ao efetuar certos tipos de estudos de planejamento, é comum depararmos com problemas de dimensionamento, desempenho ou fluxo cuja solução é aparentemente complexa. O cenário pode ser a linha de produção de uma fábrica, o trânsito de uma cidade, o fluxo de documentos em um escritório, o movimento de navios e cargas em um porto, o movimento de veículos, equipamentos e minério em uma mineração, etc. Estes estudos podem ser efetuados para obter modificações de layout, ampliações de fábricas, troca de equipamentos, reengenharia, automatização, dimensionamento de uma nova fábrica, etc. Geralmente estamos interessados em dimensionar:

◆  A quantidade correta de equipamentos (sejam eles máquinas, veículos, etc.) e de pessoas;

◆  O desempenho de processos, equipamentos e pessoas;

◆  O melhor layout e o melhor fluxo dentro do sistema que está sendo analisado.

Ou seja, desejamos que o sistema tenha um funcionamento eficiente. Algumas vezes procuramos uma solução otimizada e, em outras, apenas a mais adequada. Por otimizado queremos dizer que teremos um custo adequado e que teremos usuários satisfeitos com o ambiente ou com o serviço oferecido. Dizemos também que um sistema ou processo adequadamente dimensionado está balanceado. Chamamos tais estudos de modelagem de sistemas.

1.1 Modelagem de sistemas

Estudos de modelagem de sistemas podem envolver modificações de layout, ampliações de fábricas, troca de equipamentos, reengenharia, automatização, dimensionamento de uma nova fábrica, melhorias nos processos existentes, etc. Assim, dado um objetivo de produção ou de qualidade de atendimento, o estudo vai procurar definir a quantidade de atendentes (equipamentos, ferramentas, veículos, etc.) e pessoas que devem ser colocados em cada estação de trabalho, assim como o melhor layout e o melhor fluxo. Ou também vai procurar identificar novas e melhores formas de executar os processos existentes. Para dimensionar adequadamente um sistema, devemos dedicar especial atenção aos gargalos, ou seja, pontos onde ocorrem filas.

Dentre as técnicas disponíveis para a modelagem de sistemas temos a teoria das filas e a simulação, que é a mais utilizada. A teoria das filas é um método analítico que aborda o assunto por meio de fórmulas matemáticas. Já a simulação é uma técnica que, usando o computador digital, procura montar um modelo que melhor represente o sistema em estudo. Simulação, como o próprio nome indica, é uma técnica que permite imitar o funcionamento de um sistema real. Os modernos programas de computador permitem construir modelos nos quais é possível visualizar na tela o funcionamento do sistema em estudo, tal como em um filme. Podemos visualizar o funcionamento de um banco, uma fábrica, um pedágio, um porto, um escritório, etc., tal como se estivéssemos em uma posição privilegiada em cada um desses cenários. Antes de efetuar alterações em uma fábrica real, podemos interagir com uma fábrica virtual. A junção da tradicional teoria da simulação com as técnicas modernas de computação e jogos (tais como videogames) tem possibilitado esses avanços.

1.2 Aspectos históricos

1.2.1 Teoria das filas

A abordagem matemática de filas se iniciou no princípio do século XX (1908), em Copenhague, Dinamarca, com A. K. Erlang, considerado o pai da teoria das filas, quando trabalhava em uma companhia telefônica estudando o problema de redimensionamento de centrais telefônicas. Foi somente a partir da Segunda Guerra Mundial que a teoria foi aplicada a outros problemas de filas. Apesar do enorme progresso alcançado pela teoria, inúmeros problemas não são adequadamente resolvidos em decorrência de complexidades matemáticas.

1.2.2 Simulação

Com o surgimento do computador na década de 1950, a modelagem de filas pôde ser analisada pelo ângulo da simulação, em que não mais se usam fórmulas matemáticas, mas apenas se tenta imitar o funcionamento do sistema real. As linguagens de simulação apareceram na década de 1960 e hoje, graças aos microcomputadores, podem ser facilmente usadas. A técnica de simulação visual, cujo uso se iniciou na década de 1980, teve uma aceitação surpreendente por causa da sua maior capacidade de comunicação. Além disso, por ter um menor nível de complexidade, seu uso também cresceu enormemente. O ensino dessa técnica ainda se concentra em escolas de graduação, mas já tem havido iniciativas em ensino de segundo grau (cursos técnicos). Algumas linguagens são mundialmente conhecidas, como GPSS, GASP, SIMSCRIPT, SIMAN, ARENA, PROMODEL, AUTOMOD, TAYLOR, etc.

1.3 Aplicações de simulação

A simulação tem inúmeras aplicações no mundo atual, nas áreas mais diversas, que vão desde produção em uma manufatura até o movimento de papéis em um escritório. Costuma-se dizer que tudo que pode ser descrito pode ser simulado. Vejamos algumas dessas aplicações.

1.3.1 Linhas de produção

Esta é a área que tem apresentado a maior quantidade de aplicações de modelagem. Inúmeros cenários se encaixam nesse item, desde empresas manufatureiras até minerações. Os seguintes casos podem ser analisados:

a)  Modificações em sistemas existentes, tais como as produzidas pela expansão da atual produção, pela troca de equipamentos ou pela adição de novos produtos, que vão afetar a dinâmica do atual processo. Pode se antecipar onde serão formados os gargalos oriundos de modificações no sistema existente. Pela introdução de modificações apropriadas (tais como modificações no fluxo, alterações na programação das atividades ou pela adição de novos recursos), após algumas tentativas pode-se chegar ao melhor modelo que incorpore as modificações requeridas.

b)  Um setor de produção totalmente novo pode ser planejado, obtendo-se o melhor fluxo dentro dele.

c)  A melhor política de estoques pode ser obtida por meio de simulação. O modelo deve incluir a função solicitação de material e a função atendimento pelos fornecedores. Como resultado se obtém o ponto de pedido e a quantidade do pedido.

d)  O efeito de alterações nas características das variáveis do processo tais como a redução da variabilidade ou deslocamento da média. Por exemplo, se uma etapa do processo existir oportunidades em