Trabajo Final Simulación Sistemas

UNI

UN IVER SID AD ALA S PER UA NAS Dirección Universitaria de Educación a Distancia Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

DOCENTE

:

Gabriel Percy Michhue Vela.

ALUMNO

:

Hebernon López Munguía.

SEMESTRE : X Ciclo.

DUED

: Huancayo.

Huancayo

–

Octubre del 2015

TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS

INDICE …………………….……..………………………………………………………………2 ………………………………2 1. Introducción …………………….……..………………………………

eleccionado...……………………………………………………… ………………………………………3 ……3 2. Descripción del proceso s eleccionado...……………………

3. Descripción de la mejora planteada…………………………………………... ...........................4 4. Descripción de variables….………………………………… variables….…………………………………………………………………… ……………………………………. …. ...5 5. Recolección de Información …………………….………………………………………………....6 ...6 6. Diseño del proceso actual en Arena …………………….……..…………………………..……11 7. Resultados del Proceso Actual ...…………………………………………………………………15 8. Diseño del Proceso Propuesto en Arena.. ……………………………...................................16 9. Resultados del proceso propuesto.. ………………………………………………………...…..19 10. Comparación de Escenarios……………………………………… Escenarios………………………………………………………………….. ………………………….....20 11. Conclusiones ………………..………………………………………… ………………..…………………………………………………………………....21 ………………………....21

HEBERNON PEPE LÓPEZ MUNGUIA

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1.

INTRODUCCIÓN

La Cía. de Minas Buenaventura tiene una operación en la cual busca alternativas de mejoras con la finalidad de que esta pueda obtener un mayor margen operativo a través de la optimización de la ley de mineral de cobre que se despacha desde la provincia de Oyon (Lima) hacia la planta concentradora de Pisco utilizando previamente el método de pre-concentración. Para la propuesta de mejora en el proceso de Producción para la Mina Uchucchacua se ha desarrollado en el presente trabajo académico, el cual inicia indicando el proceso inicial seleccionado y la naturaleza del problema, para luego dar paso a la propuesta de mejora. Inicialmente se presenta la definición de variables y características del proceso las cuales son diseñadas e incluidas en un modelo de simulación usando el software Arena versión 14.5, para luego evaluar el comportamiento del proceso actual. Posteriormente se realizará las mejoras del proceso en el ambiente del programa Arena, para analizar los resultados del proceso actual y proceso propuesto, analizando las mejoras de las variables principales y llegando a conclusiones que permitan tomar acciones que optimicen el proceso mencionado.


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACÓN DE SISTEMAS 2.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO SELECCIONADO.

El proceso actual de operación de Mina Uchucchacua se inicia con la explotación (Extracción) de mineral de cobre de interior mina y mediante la operación de acarreo, se almacena diariamente hasta completar el tonelaje de la campaña y una vez que se completa, se contrata el servicio de terceros para trasladar el mineral hacia Pisco en donde el mineral es procesado en una Planta de concentradora por el método de Flotación con el objetivo de obtener el producto Concentrado de cobre para luego ser comercializado

Proceso inicial simulado con en el programa arena:

INICIO

Explotación y Acarreo del mineral

Transporte del Material con Ganga

Selección Manual del Mineral

NO

¿Se completó TN para campaña?

Comercialización del Cobre

SI

Transporte del Mineral (Hacia Pisco)

Concentración del Mineral (En Pisco)

Las actividades que se encuentran de color celeste representan aquellas que en la actualidad están a cargo directamente de la unidad Uchucchacua y las de color verde son las actividades tercerizadas.


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FIN


3.

DESCRIPCIÓN DE LA MEJORA PLANTEADA

En Uchucchacua actualmente los costos de transportes en el traslado del mineral hacia la plata de procesamiento (pisco) son altos así como como también el costo relacionado al servicio de procesamiento. En tal sentido como una alternativa de mejora se plantea: Mejorar el proceso actual introduciendo un proceso de pre concentración con el objetivo de

elevar la ley actual del mineral que en la actualidad está en 2%, obteniendo un pre concentrado con una ley de 10% y con esta nueva ley, enviar el pre concentrado obtenido a Pisco para completar la concentración por el método de flotación y así obtener el concentrado de cobre con una ley de 22% y continuar con la comercialización. Al incrementar la ley del mineral en el pre concentrado, se logra que la ganga o merma se reduzca antes de ser transportado y enviado hacia Pisco, con lo cual permitiría disminuir las toneladas transportadas, reduciendo el costo en que se incurre en el transporte y concentración por flotación realizados por terceros. Para evaluar los cambios a realizar en la situación actual se realizó una recolección de datos con las personas que participan en el proceso. Dichos datos serán tomados en cuenta para las variables de entrada en el modelo a simular. La simulación se realizará con el uso del software Arena el cual evaluará un comparativo entre: A. Proceso Actual de producción de Cobre: Desarrollar un modelo de simulación representativo en Arena del proceso actual, sus tiempos, comportamiento y obtención de costos actuales del proceso B. Incluir un proceso de Pre Concentración: Evaluar si la inclusión de las nuevas actividades permitiría reducir los costos actuales del proceso, en base a los resultados esperados de realizar los cambios en las actividades del proceso actual.


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4.

DESCRIPCIÓN DE VARIABLES

Entidad: Si bien las campañas de producción inician y se deciden por un proceso de planeamiento, para el modelo de simulación, la entidad que pasará por el flujo serán las toneladas que se extraen, transportan y se procesan para convertirlas en material con un porcentaje de cobre mayor al 22%. Para el modelo se tomará una entidad equivalente a 10 toneladas métricas.

Tiempo de Llegada de las Toneladas (TM) : Esta variable indica cada cuanto es fabricada u obtenida una tonelada en el proceso de extracción y acarreo en la mina. Este tiempo permitirá saber cada cuanto se cuenta con una TM a ser transportada y procesada.

Tiempo de Transporte en la Mina: Es la variable que representa el tiempo que toma cargar una tonelada del socavón hacia los carritos mineros de transporte a la superficie, el tiempo que toma transportarla a la superficie, y su respectivo descargue hacia la zona de limpieza de mineral.

Tiempo de Transporte y Acarreo: Estos tiempos son realizados por terceros, los cuales representan cuanto se demora en transportar una campaña (compuesta por TM que aproximadamente son 700) y el tiempo que toma realizar la concentración del mineral en la ciudad de Pisco.

Tiempo de Comercialización: Esta variable indica en que tiempo, luego del cobre ya concentrado, toma la minera para comercializar dicho material ya transformado.

Indicadores o variables de salida 

Toneladas enviadas a transporte y concentración por campaña.



Tiempo Total del proceso.



Porcentaje de Concentración de cobre.


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5.

RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

Tiempo de Llegada de las Toneladas métricas(TM) Con respecto a esta información se tiene que en promedio por hora y por día se puede producir la siguiente cantidad de toneladas de mineral con ganga: Toneladas

Hora

3.75

1

30

8

Para la simulación a realizar en Arena, por temas de capacidad del software estudiantil, tomaremos lotes de 10 en 10 toneladas, para manejar la simulación del tamaño de cola. Por lo cual, trasladando los tiempos a un lote de 10 tonelada métricas tenemos el siguiente cuadro: Toneladas

Hora

10

2.67

En base a que no tenemos más información que el número promedio indicado, consideraremos al tiempo entre llegadas una función constante dada con la siguiente expresión: F(x) =

Constante (2.67). Es decir, cada 2.67 horas se tendrá disponible una cantidad de 10 toneladas o un lote de 10 toneladas métricas.

Tiempo de Transporte a la superficie El tiempo que comprende desde la carga de material a los carritos de traslado de mineral a la superficie, su transporte y su descarga en la superficie se tomó una muestra de 30 observaciones para el traslado de 30 toneladas. La información fue tomada en campo y se registró el tiempo en minutos. Dicho tiempo fue multiplicado por 10 para obtener el tiempo que se tomaría en trasladar 10 toneladas o un lote de 10 toneladas, ya que dicho lote será la entidad con que se trabajará en la simulación.


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Carritos mineros sacando el Mineral HEBERNON PEPE LÓPEZ MUNGUIA

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X Lote de 10 Muestra

x Tonelada

Tonelada Tiempo de Transporte (Min)

TN En Min

1

15.5

155

2

16.2

162

3

16.1

161

4

15.4

154

5

15.5

155

6

15.3

153

7

15.5

155

8

15.7

157

9

15.5

155

10

16.1

161

11

16

160

12

15.6

156

13

15.6

156

14

15.7

157

15

15.9

159

16

15.6

156

17

15.8

158

18

16.2

162

19

16.1

161

20

15.7

157

21

16.1

161

22

15.1

151

23

15.2

152

24

15.4

154

25

16.2

162

26

16

160

27

16.1

161

28

15.8

158

29

15.9

159


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS 30

15.7

157

La última columna fue copiada a un archivo de texto, el cual fue usado como data existente o data de entrada en el software Arena. Usando el Input Analyzer, la distribución estadística que puede representar el tiempo de transporte, sugerida por Arena, es la siguiente:

La expresión es 151 + 12 * BETA(1.46, 1.04) OBSERVACION el input analyzer, me recomienda la expresión 151 + 12 * BETA(1.46, 1.04) Sin embargo, elegiré una distribución uniforme porque su P VALUE ES mayor que la de beta (0.388> 0.136). en tal sentido me quedare con F(x) = UNIF(151,163) para mi modelo.


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Usaremos para el tiempo de transporte de material a la superficie la función

F(x) = UNIF(151,163). Tiempo de Transporte, Concentración y Comercialización Con respecto a los tiempos realizados por procesos de terceros como es el caso del transporte de 700 toneladas de Lima hacia Pisco y del concentrado en Pisco, el cual obtiene una concentración del mineral y del proceso de comercialización realizada por la minera; se pudo obtener en base a información de los participantes y encargados del mismo fueron tiempos máximos, mínimos y promedios: Días x Campaña Mínimo

Promedio

Máximo

Transporte

1.5

2

2.5

Concentración

13

14

15

Comercialización

2.5

3

4


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Se debe tener en cuenta que luego que se acumula en promedio 700 toneladas, el proceso siguiente de transporte traslada dichas toneladas como una unidad. A esa unidad se le llama campaña. Por ello que los tiempos están expresados por campaña. La función que puede representar los datos mostrados, asumiremos que será una distribución triangular con los siguientes parámetros:

F(x) Transporte

= TRIA(0.4, 0.5, 1)

F(x) Concentración

= TRIA(10, 11, 12)

F(x) Comercialización = TRIA(2.5, 3, 4)

6.

DISEÑO DEL PROCESO ACTUAL EN ARENA

Se explicará paso a paso como se realizó el diseño en el software Arena. Los datos a ingresar fueron obtenidos del punto anterior los cuales se registrarán como parámetros en el modelo de simulación. Para la creación de Toneladas, se tomó la información del tiempo obtenido de llegada de toneladas métricas. Para representarlo se usó el modulo Create, tal como se muestra en la figura:


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS Se coloca un máximo de 70 arribos o 70 grupos o lotes de 10 toneladas, ya que por campaña se tiene 700 toneladas que se acumulan para ser transportadas. Para el tiempo de transporte de las toneladas hacia la superficie, se tomó la función F(x) = UNIF (151,163). Para modelarlo en el proceso se utilizó el módulo process tal como se muestra a continuación:

Para contar las toneladas producidas y los lotes de 10 toneladas que se tienen en el proceso se usó un bloque Assign, para dichas variables.

Para saber si ya se completó una campaña se utiliza el módulo decide, que evalúa si ya se llegó a las 700 toneladas. En caso se llegue a las 700 toneladas (o 70 lotes de 10 TN), es seguido de un módulo assign el cual crea un atributo de que fue completada la campaña, en caso contrario se dirige el lote de toneladas a un módulo batch, el cual acumula las toneladas hasta completar la campaña. HEBERNON PEPE LÓPEZ MUNGUIA

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Para los tiempos de transporte, concentración del cobre y de comercialización, se usaron las distribuciones triangulares definidas. Aquí la entidad de toneladas se ha juntado como una sola campaña. Para representar los tiempos y actividades de los procesos mencionados se utilizó los módulos process.


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Finalmente el flujo del proceso actual, diseñado como modelo de simulación en el software Arena queda de la siguiente manera, para poder obtener los resultados del proceso:


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS 7.

RESULTADOS DEL PROCESO ACTUAL

Para simular el proceso actual se utilizaron los siguientes parámetros de inicio: 

Simulación infinita, que se verá limitada por el máximo de arribos de toneladas por campaña.



Cada día de simulación consta de un período de 8 horas.



Las unidades base están en días.



Para los reportes se utilizó la opción “Siman” de Arena, para que los resultados sean arrojados en un archivo txt de mejor tratamiento para el análisis.



Se realizará una réplica o campaña a simular.

Luego de realizar la simulación del proceso actual los resultados son los siguientes: TN.TotalTime

= 41.955

Acumular TN.Queue.WaitingTime

= 11.513

Ton Value

= 502.37 (Average) 700.00 (Máximo)

Carrito.ScheduledUtilization

=.54749

Empleado.ScheduledUtilization

=.07106

Tercero 1.ScheduledUtilization

=.04583


= .32638

Acumular TN.Queue.NumberInQueue

= 19.208

El tiempo total desde que se extrae el mineral hasta que se comercia es de 41.95 días o 42 días aproximadamente. El tiempo promedio que espera un lote de 10 toneladas hasta que se complete la campaña y pueda ser transportado a la planta de pisco es de 11.5 días, y en promedio se tiene 19.208 lotes esperando en cola en esta espera. La utilización del recurso “Carrito” que transporta el material dentro de la mina asciende a 54.7%,

la cual se puede considerar aceptable. En cambio la utilización de los terceros con respecto al período de simulación es de 4.5% para el transporte y de 32.6% para la concentración.


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS Para la comercialización se utiliza el 7.1% del total de tiempo de los 42 días para ser dedicado a esta actividad en el proceso actual.

8.

DISEÑO DEL PROCESO PROPUESTO EN ARENA

Para simular el proceso propuesto se evalúan las 3 actividades a incluir en el proceso de preconcentración: Se tiene el proceso de Chancado, el proceso de Molienda y el proceso de pre concentrado en espiral. Los tiempos estimados asociados a estas actividades se muestran en la siguiente tabla: Horas x TN Mínimo

Promedio

Máximo

Chancado

0.125

0.133

0.14

Molienda

0.26

0.267

0.27

Pre-Concentración

0.26

0.267

0.27

Como nuestra entidad es 10 toneladas o un lote de 10, los tiempos equivalentes a cada proceso se muestran a continuación: Horas x 10 TN Mínimo

Promedio

Máximo

Chancado

1.25

1.33

1.4

Molienda

2.6

2.67

2.7

Pre-Concentración

2.6

2.67

2.7

Cada uno de los procesos se representará por una distribución triangular con sus parámetros mínimo, máximo y promedio. Los cambios a realizar en arena con respecto a estos tres procesos se realizan agregando 3 módulos process y los tiempos de proceso se representan con los parámetros de la última tabla mencionada.


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Otro cambio realizado para el proceso propuesto es que se tiene un porcentaje de concentrado que será el resultado del proceso de pre concentración y de procesar las 700 toneladas. Este porcentaje obtenido puede variar desde 6% a 12%. Sus valores son aleatorios y ocurren con cierta probabilidad. Además para cada caso de concentración, se obtiene un máximo y un mínimo de toneladas que serán transportadas hacia pisco. A menor porcentaje, se tiene mayor cantidad de toneladas con ganga, y a mayor porcentaje se tiene menor cantidad de toneladas con ganga. La información fue obtenida en base a personas que conocen los resultados de un proceso de pre concentrado y proporcionaron algunos indicadores al respecto. Los datos de manera resumida se muestran a continuación: Toneladas a Transportar % de Concentración Probabilidad

Mínimo

Máximo

6%

11%

210

215

8%

22%

155

160

10%

47%

120

130

12%

20%

100

108

Los cambios a realizar en arena incluyen crear Assign para el % de concentración y luego un decide con 4 posibles resultados para calcular las toneladas que se esperan transportar. Para el caso del % de concentración se usará un F(x) = Empírico o Discreto, en el cual se usará el


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS método de Montecarlo en base a intervalos. Para el caso de las toneladas a transportar representaremos un F(x) =Unif(Min, Max) con los valores de la tabla

Para la función DISC, siempre se va acumulando las probabilidades en la programación de Arena.


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS Para realizar una simulación que pueda obtener los costos de transporte y de concentración, así como los días promedios que durará una campaña, las toneladas a transportar y el porcentaje de concentración se realizará 30 replicaciones para luego evaluar los resultados del proceso propuesto. El tiempo de transporte disminuirá a 0.5 días en promedio y el proceso de concentración disminuirá a 8 días en promedio ya que se dispondrá de menor cantidad de TM.

9.

RESULTADOS DEL PROCESO PROPUESTO

Para simular el proceso actual se utilizaron los siguientes parámetros de inicio: 

Simulación infinita, que se verá limitada por 700 toneladas por campaña o replica de simulación



Cada día de simulación consta de un período de 8 horas.



Las unidades base están en días.



Para los reportes se utilizó la opción “Siman” de Arena, para que los resultados sean

arrojados en un archivo txt de mejor tratamiento para el análisis. 

Se realizará 30 réplicas o campañas a simular y se recogerán estadísticas de cada réplica para obtener luego los promedios.



Se obtendrá estadísticas promedio con respecto a: Costos de Transporte, Costos de Procesamiento, % de Concentración, Toneladas promedio transportadas, Días de duración del proceso o campaña.



El costo de transporte y de procesamiento por tonelada es de $20.

Luego de realizar la simulación del proceso actual los resultados son los siguientes: Costo de Procesamiento Promedio

=2729.6

Duracion Promedio del Proceso

=35.824

Costo de Transporte Promedio

=2729.6

%Concentracion Promedio

=9.6000

Toneladas Promedio

=136.48

Zaranda.ScheduledUtilization

=.32402

Espiral.ScheduledUtilization

=.64895

Molienda.ScheduledUtilization

=.64916

Empleado.ScheduledUtilization

=.08665


=.01498


=.22273


.

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Se obtuvo las estadísticas que nos permitirán evaluar si la alternativa propuesta puede mejorar la situación actual. Además se observa que la utilización de la Zaranda es de un 32% y de la molienda y espiral aproximadamente es del 65%. A su vez la utilización del Tercero 2, es decir, de la planta concentradora se reduce a un 22% por la disminución de toneladas que se enviarían para el concentrado.

10.

COMPARACIÓN DE ESCENARIOS

Evaluaremos en base a indicadores, la situación actual y la situación propuesta asignando costos a cada alternativa.

Situación Actual

Situación Propuesta

Valores

Valores

Toneladas Transportadas

700

136.48

Toneladas Procesadas

700

136.48

41.95

35.82

% de Concentración en la Mina

0%

9.60%

Costo de Transporte x Campaña

$ 14,000

$ 2,729.60

Costo de Procesamiento x Campaña

$ 21,000

$ 2,730

Costo Anual x Campaña (11 al año)

$ 385,000

$ 60,051

Indicadores

Días de duración Campaña

Costo de Implementación

Costo Total (Período 4 Años)

$ 102,455 $ 1,540,000

$ 342,660

Por lo cual se puede observar que la Situación propuesta proporciona un ahorro de aproximadamente $1,197 mil en 4 años, es decir, aproximadamente $24,944 de ahorro mensual. Por tanto se recomienda optar por la alternativa de incluir en el proceso el pre concentrado.


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TRABAJO ACADEMICO DE SIMULACIÓN DE SISTEMAS 11.

CONCLUSIONES 

Con la propuesta de incluir el proceso de pre concentrado con el objetivo de elevar la ley actual del mineral se tendrá un ahorro de aproximadamente $1,197 mil en 4 años, es decir, aproximadamente $24,944 de ahorro mensual.



Por tanto se recomienda optar por la alternativa de incluir en el proceso el pre concentrado.



Se recomienda a la empresa la compra de las maquinarias para el proceso de pre concentrado lo cual nos traerá resultados muy favorables obtenidos en la simulación.



Se mejoró los resultados de los costos de transporte y procesamiento en base a la situación propuesta, así como la reducción de la duración del proceso.


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Trabajo Final Simulación Sistemas

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