Aspectos da Aplicação do IDEF-SIM na Construção de

ASPECTOS DA APLICAÇÃO DO IDEF-SIM NA CONSTRUÇÃO
DE MODELOS DE SIMULAÇÃO COM ARENA
Alessandro Fernandes Nunes
Universidade Candido Mendes – UCAM
Rua Anita Pessanha, 100, Campos dos Goytacazes, RJ, Brasil
[email protected]
João José de Assis Rangel
Universidade Candido Mendes – UCAM
[email protected]
RESUMO
A técnica de modelagem conceitual denominada IDEF-SIM, ao utilizar a semântica e sintaxe do
IDEFØ e IDEF3, adaptadas às peculiaridades da simulação, demonstra-se eficiente na
representação de sistemas simulados. Todavia, é imprescindível avaliar o seu desempenho no
emprego de softwares computacionais diversos. Tal contexto motivou esta pesquisa, que tem
como objetivo analisar a aplicabilidade da metodologia IDEF-SIM no processo de modelagem
computacional, direcionado ao uso do template Basic Process do software de simulação
Arena®12. Para tanto, foi adotado um sistema hipotético de movimentação de carga paletizada
onde se pôde verificar uma similaridade estrutural e compatibilidade entre os elementos e
módulos das técnicas investigadas.
PALAVRAS CHAVE. Simulação. Modelagem conceitual. IDEF-SIM. Área de classificação
principal: O - Simulação.
ABSTRACT
The conceptual modeling technique called IDEF-SIM demonstrates efficiency in the
representation of simulated systems, when using the semantics and syntax of IDEFØ and IDEF3,
adapted to the peculiarities of the simulation. However, it is essential to evaluate its performance
in the use of diverse computational softwares. Such context motivated this research, whose
objective is to analyze the applicability of methodology IDEF-SIM in the process of
computational modeling, directed to the use of the template Basic Process of the Arena®12
simulation software. Therefore, a hypothetical system of pallet load movement was adopted
where a structural similarity and compatibility between the elements and modules of the
investigated techniques could be verified.
KEYWORDS. Simulation. Conceptual modeling. IDEF-SIM. Main area: O - Simulation.
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1. Introdução
Os sistemas constituídos por eventos discretos, devido à complexidade dos dados, podem
oferecer dificuldades na sua compreensão, tendo como conseqüência a construção de modelos
com reduzida confiabilidade e eficácia. Essa afirmação se apóia nas concepções teóricas
apresentadas por Ryan e Heavey (2006) e Zachman (1987) onde sustentam que a utilização de
medidas que potencializem o registro e a comunicação dos dados abstraídos pelo modelador,
possibilitam a descrição detalhada do funcionamento do sistema e favorece o processo de criação
do modelo conceitual. Conforme o apresentado por Harrel et al. (2002), apesar de cada projeto de
simulação apresentar particularidades que o caracteriza como exclusivo, a adoção de uma
metodologia que auxilie o analista no desenvolvimento do modelo computacional, poderá reduzir
os riscos com a geração de resultados que não agreguem valor à pesquisa. Neste aspecto, várias
metodologias podem ser empregadas, porém as melhores técnicas reduzem os esforços com o
desenvolvimento do modelo, através da racionalização e integração de todos os componentes do
sistema.
A modelagem conceitual, segundo Sargent (2007), deverá ser constituída visando facilitar a
visualização e interpretação do sistema em estudo. Sendo assim, pode-se fazer uso de esquemas,
pseudocódigos e expressões verbais que representem a sua dinâmica, bem como destaquem as
funções existentes e as regras pré-estabelecidas. Entretanto, a construção do modelo conceitual a
partir de uma linguagem peculiar, tais como o uso de elementos disponíveis em um determinado
software de simulação ou a adoção de um fluxograma esquemático, impossibilita a compreensão
do modelo por uma pessoa que não conhece o referido software, como também, no caso do
fluxograma, dificulta a interpretação da modelagem em conseqüência da falta de recursos para
descrever determinados elementos característicos dos sistemas simulados.
Neste sentindo, Leal, Almeida e Montevechi (2008) propõem uma técnica de modelagem
conceitual, denominada IDEF-SIM, que, ao oferecer elementos lógicos de uso específico em
projetos de simulação, favorecem a representação do sistema de forma satisfatória e com leitura
simplificada, bem como potencializam o processo de documentação. Mayer, Painter e Witte
(1992) destacam que o procedimento adotado para a construção do modelo conceitual apenas
servirá como um facilitador, tanto na fase de desenvolvimento, como também, no registro e
transmissão de informações. Em outras palavras, o seu propósito é, através de uma abordagem
científica, desenvolver uma arquitetura que capte e ilustre, de forma eficiente, os trâmites
existentes no sistema, facilitando a comunicação entre os diversos agentes e possibilitando que a
sintaxe apresentada esteja em concordância com a interface computacional.
Mediante ao contexto supracitado, esta trabalho tem como objetivo apresentar uma análise
referente à aplicabilidade dos elementos lógicos da metodologia IDEF-SIM como instrumento de
auxílio na modelagem computacional. Para tanto, o estudo foi delimitado no uso do template
Basic Process do software de simulação Arena®12, desenvolvido a partir de um sistema
hipotético de movimentação de cargas paletizadas.
É importante salientar que, no ambiente do software Arena, os elementos lógicos,
fundamentados em módulos de fluxograma e de dados, apresentam uma interface gráfica que
auxilia o analista na descrição do modelo e na inserção de características aos elementos que
compõem o fluxo. De forma complementar, pode-se afirmar que o software Arena utiliza um
conjunto de módulos denominados templates para reproduz graficamente, através de diagrama de
bloco, o comportamento dos eventos discretos em um determinado fluxo (KELTON;
SADOWSKI; STURROCK, 2004). Esta estrutura simplifica o uso dos comandos de
programação e possibilita visualizar a dinâmica do sistema em estudo.
2. Família IDEF
Segundo o FIPS PUBS (1993), a família IDEF, corresponde a um conjunto de técnicas
processuais utilizadas para auxiliar e padronizar a integração das informações disponíveis em um
sistema. Esta medida propiciou o aumento, sistemático, da capacidade de produção, sobretudo no
estabelecimento de controles, documentação e melhoria no desempenho das organizações.
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Menzel e Mayer (1998) descrevem que no final dos anos 70, a partir do empenho da Força
Aérea Norte-Americana em aperfeiçoar os processos de manufatura de aeronaves, a tecnologia de
informação foi evidenciada através de um programa denominado Integrated Computer Aided
Manufacturing – ICAM que, por sua vez, introduzia a sistematização no processo de concepção e
análise da modelagem conceitual. Esta metodologia objetivava o aumento da produtividade e o
favorecimento da comunicação entre os profissionais envolvidos na construção do modelo. Os
resultados positivos fizeram com que o programa ICAM fosse aprimorado e estendido para um
conjunto de técnicas denominadas ICAM DEFiniton Methodology – IDEF que, inicialmente, era
composto por: modelo funcional IDEFØ, modelo de informação IDEF1 e modelo dinâmico
IDEF2. No ano de 1983, o ICAM promoveu uma revisão na semântica do modelo IDEF1,
passando a denominá-lo de IDEF1X. Essa alteração possibilitou que as técnicas IDEFØ e
IDEF1X pudessem ser utilizadas na modelagem de setores variados, tais como órgãos
governamentais e empresas industriais, comerciais e prestadoras de serviço. Em 1991, o National
Institute of Standards – NIST, em parceria como o Departamento de Defesa Norte-Americano,
adotou as técnicas IDEFØ e IDEF1X como as metodologias para a normatização dos
procedimentos de modelagem funcional e modelagem de informações, respectivamente.
Paulatinamente, os conceitos básicos da primeira e segunda geração das técnicas IDEF (IDEFØ,
IDEF1, IDEF2 e IDEF1X) foram redefinidos para uma família integrada de métodos com maior
abrangência conceitual.
Segundo Mayer et al. (1995a) as técnicas IDEF se destacam por interagir sinergicamente para
sobrepor as limitações existentes nos diversos métodos de modelagem, principalmente quando
defrontado com problemas complexos. Os principais benefícios com a utilização da metodologia
proposta são: a manutenção do foco sobre as decisões importantes, a elevação do nível de
desempenho do modelador e, conseqüentemente, o aumento da eficiência na captação, controle e
gestão das informações estratégicas, tal como, a completude na descrição dos recursos
necessários a um determinado seqüenciamento produtivo. Esses benefícios possibilitam uma
maior compreensão do sistema em estudo e facilitam a construção e documentação do modelo
sem a utilização de ambigüidades.
Sobretudo, por se tratar de um projeto de simulação, neste artigo o processo de modelagem
conceitual se fundamentará na metodologia IDEF-SIM que, em conformidade com os estudos
realizados por Leal, Almeida e Montevechi (2008), possibilitam a melhoria na elaboração do
modelo conceitual e, conseqüentemente, propiciam a documentação e a implementação do
modelo computacional.
3. Concepções da Metodologia IDEFØ, IDEF3 e IDEF-SIM
O FIPS PUBS (1993) descreve que o Function Modeling Method – IDEFØ, desenvolvido a
partir da Structured Analysis and Design Technique - SADT, é utilizado na construção do modelo
funcional, onde se busca representar integralmente, através de caixas, setas e combinação de
textos, as diversas funções, com os seus elementos de entradas, saídas, controles e mecanismos,
existentes em um sistema, seja ele real ou hipotético, conforme representado na Figura 1.
Figura 1. Elementos e relações constituintes da metodologia IDEFØ
Fonte: FIPS PUBS, 1993.
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Segundo o FIPS PUBS (1993), Menzel e Mayer (1998) e Leal et al. (2007) a caixa (box),
com forma retangular, linha sólida e tamanho suficiente para a nomenclatura, simboliza uma
determinada função e as suas interfaces dentro do sistema. Já às setas (arrow), apesar de serem
direcionais, não podem ser interpretadas como um fluxo de processo, mas sim a indicação de
como as funções dispostas no sistema se relacionam, seja na introdução de dados ou objetos no
segmento da caixa geradora (input), na utilização de normas e elementos de controle (control), na
descrição dos recursos necessários para a execução da função (mechanism) ou na expedição de
dados ou objetos (output) transformados pela função.
Deste modo, a sua aplicação é bastante eficaz no auxílio da modelagem conceitual e, por se
tratar de uma linguagem gráfica e textual, na melhoria da visualização das conectividades
existentes entre as diversas funções de um processo. A sistematização desta metodologia
possibilita que o registro das informações aconteça em simultaneidade com o desenvolvimento
do modelo, fazendo com que a comunicação entre os analistas, modelistas, gestores e usuários
flua de forma ágil, coesa e disciplinada.
O Process Description Capture Method - IDEF3, segundo Mayer et al. (1995b), é um
mecanismo padronizado de comunicação que, através da contextualização ordenada dos eventos
e atividades, se propõe a descrever um determinado sistema na real forma como ele acontece.
Este método, devido à abordagem técnica estruturada através de cenários, aumenta a
confiabilidade na aquisição e documentação de informações acerca do sistema em estudo.
Mayer et al. (1995b) e Whitman, Huff e Presley (1997) descrevem que os três elementos
básicos utilizados na construção do IDEF3 são: as Unidades de Comportamento (Unit of
Behavior – UOB), as Ligações (Links) e as Junções (Junctions). Entende-se como Unidades de
Comportamento as caixas onde são representados, seqüencialmente, os acontecimentos reais da
função, seja ela uma decisão, tarefa, atividade ou processo. As ligações, formadas por relações de
precedência ou constrangimento, mostram as conexões existentes entre as caixas UOB’s
disponíveis no modelo. Por sua vez, as Junções, através das múltiplas ramificações, representam
a lógica do modelo, ou seja, descrevem que, através de uma determinada condição, os processos
poderão ser divididos ou agrupados em novos caminhos. Essas relações são efetivadas pelo
indicador conjuntivo ‘&’ (AND) e pelos indicadores disjuntivos ‘X’ (XOR) e ‘O’ (OR) que
apontam o comportamento do processo quando submetido a uma execução específica (Figura 2).
Figura 2 – Unidades de comportamento, ligações e junções assíncronas na metodologia IDEF3
Fonte: Adaptado de Mayer et al., 1995b.
No diagrama supracitado, observa-se que as unidades de comportamento ‘B’, ‘C’ e ‘D’,
através das junções AND e XOR, poderão ser ativadas após a execução da função ‘A’. Já a UOB
‘E’, utiliza-se da lógica OR, para preceder as UOBs ‘B’ e/ou ‘C’. Em outras palavras, a dinâmica
deste diagrama indica que a função ‘B’ e a junção XOR acontecerão de forma paralela. Contudo,
a junção XOR revela que apenas uma das UOBs ‘C’ ou ‘D’ poderá ser escolhida. Neste fluxo,
caso a função executada seja a ‘D’ o trâmite será interrompido. A hipótese contrária indica que a
UOB ‘C’ será ativada e, posteriormente, submetida à junção OR, onde o fluxo seguirá para a
função ‘E’, podendo ou não acontecer em simultaneidade com a unidade de comportamento ‘B’.
A metodologia IDEF-SIM, desenvolvida por Leal, Almeida e Montevechi (2008), tem como
principal meta oferecer suporte específico para a modelagem conceitual em projetos de
simulação. Todavia, considerando que os elementos lógicos estabelecidos nesta técnica são
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fundamentados na sintaxe e diagramação do IDEFØ e IDEF3, como também no uso figurado da
ação ‘movimentação’ do fluxograma (ANSI), a mesma poderá ser utilizada em outros estudos de
modelagem. O Quadro 1 apresenta de forma estruturada os elementos e simbologias aplicados no
IDEF-SIM, bem como as técnicas originárias que foram adaptadas as necessidades da
modelagem conceitual de projetos de simulação.
Elementos
Simbologia
Técnica de origem
Entidade
IDEF3
Funções
IDEFØ
Fluxo da entidade
IDEFØ e IDEF3
Recursos
IDEFØ
Controles
IDEFØ
Regras para fluxos paralelos
e/ou alternativos
&
Regra ‘E’
X
Regra ‘OU’
O
Regra ‘E/OU’
Movimentação
Informação explicativa
IDEF3
Fluxograma
IDEFØ e IDEF3
Fluxo de entrada no sistema
modelado
-
Ponto final do sistema
-
Conexão com outra figura
-
Quadro 1. Elementos e simbologia do IDEF-SIM desenvolvido por Leal, Almeida e Montevechi (2008).
Analogicamente, pode-se observar que os elementos expostos na técnica IDEF-SIM se
ajustam aos elementos básicos necessários na modelagem de simulação discreta, onde: as
entidades, neste contexto, representam a parte dinâmica ou passiva do modelo que interage com
os recursos produtivos, ou seja, simbolizam os objetos e dados que transitam temporariamente
pelo sistema, sendo processadas pelas funções e recursos programados. A sua transição pelo
sistema pode acontecer de forma autônoma ou com a utilização de algum transportador específico
(empilhadeira, esteira, dutos e outros). No desenvolvimento do modelo conceitual, algumas
informações relevantes devem ser descritas e associadas ao seu ícone gráfico representativo, ou
seja, as alterações que as entidades sofrem no decorrer da simulação, como mudanças na
velocidade de transição e modificações na sua estrutura, e o exato momento que as entidades são
criadas, devem ser claramente definidas na modelagem (FREITAS FILHO, 2008; HARREL et
al., 2002; LEAL; ALMEIDA; MONTEVECHI, 2008 e PIDD, 1984);
Segundo Mayer (1988) as funções figuram os processos, atividades e tarefas existentes em
um sistema produtivo que irão receber e submeter às entidades, de forma direta ou indireta, a
sistemática de transformação. Leal, Almeida e Montevechi (2008) descrevem que as funções são
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os locais, tal como um posto de trabalho, onde a entidade temporária será submetida a algum tipo
de ação.
O fluxo da entidade é um segmento que representa como as funções estão relacionadas no
modelo, descrevendo também os possíveis trajetos realizados pelas entidades (LEAL et al., 2007;
LEAL; ALMEIDA; MONTEVECHI, 2008; MAYER et al., 1995a e MAYER et al., 1995b).
Os recursos, também denominados de entidades ativas, são estruturas do sistema (máquinas,
pessoas ou transportadores) que fornecem serviço de processamento as entidades dinâmicas.
Existem casos onde um recurso se comporta de forma dinâmica, seja por ser compartilhado nas
seções produtivas ou por compor um arranjo físico posicional, movendo-se ordenadamente em
uma rede predefinida. Em outras situações o recurso se apresenta estático e, conseqüentemente,
as entidades transitam por ele. As informações referentes às disponibilidades de uso dos recursos
e os tempos gastos com setup ou algum tipo de manutenção, precisam ser introduzidas no modelo
conceitual (HARREL et al., 2002; LEAL; ALMEIDA; MONTEVECHI, 2008 e PIDD, 1984).
Menzel e Mayer (1998) afirmam que os controles são dados ou objetos utilizados na função,
que tem como objetivo descrever e propiciar as condições necessárias para a geração de saídas
corretas. Já para Leal, Almeida e Montevechi (2008) as regras para fluxos paralelos e/ou
alternativos representam as junções, onde duas ou mais funções poderão ser executadas de forma
paralela (‘E’), alternativa (‘OU’) ou adotando as duas regras (‘E/OU’). Os mesmos autores
expõem que o elemento movimentação é adotado para destacar o deslocamento de uma entidade
quando, naquele instante, for percebida a sua influência sobre o comportamento do modelo.
A informação explicativa serve para adicionar algum dado relevante ao modelo conceitual e
a descrição da criação e entrada das entidades no modelo é expressa pelo fluxo de entrada no
sistema modelado. Por fim, o ponto final do sistema e a conexão com outra figura representam,
respectivamente, o término das conexões dentro de um modelo e a separação do modelo em
figuras ou diagramas diferentes (LEAL; ALMEIDA; MONTEVECHI, 2008).
4. Aspectos do IDEF-SIM no Arena
Segundo Kelton, Sadowski e Sturrock (2004) o software de simulação Arena se caracteriza
pela lógica de modelagem fundamentada em módulos de fluxograma e de dados, denominados
templates. Os módulos de fluxograma representam a dinâmica do modelo, ou seja, através de
interconexões em um diagrama de bloco, descrevem como as entidades percorrerão os fluxos,
transitando por todos os elementos estáticos e regras estabelecidas, desde a sua origem até a saída
do modelo. A edição dos dados de entrada, no fluxograma, pode ser realizada através da seleção
do módulo na área da planilha ou na abertura de uma janela específica onde serão configuradas as
ações. Já nos módulos de dados, através da área da planilha, são fornecidas as especificações aos
elementos que compõem o fluxo, tais como as entidades, filas, recursos, variáveis, cronogramas e
grupos. Entretanto, apesar dessas características influenciarem no comportamento do modelo, as
suas ações não são estruturadas e visualizadas diretamente no fluxo. Essa interface relacional de
fluxos e dados possibilita que o modelo computacional seja construído com uso apenas dos
comandos lógicos fornecidos no próprio software.
O processo de modelagem no Arena considera que as representações das entidades, funções e
regras no modelo computacional são desenvolvidas com o emprego dos diversos templates (Basic
Process, Advanced Process, Advanced Transfer e outros de uso específico) disponíveis no
software. Este trabalho, todavia, investigará apenas o modelo Basic Process devido à sua
relevância em qualquer projeto de simulação com uso do Arena.
A análise comparativa entre a metodologia IDEF-SIM e a linguagem de simulação do Arena,
com a aplicação do Basic Process, tem como propósito especificar as similaridades existentes
entre a semântica e sintaxe do modelo conceitual e os módulos do Arena, bem como identificar a
sua efetividade no processo de modelagem computacional. Põe-se em evidência que o referido
template é composto pelos módulos de fluxograma Create, Dispose, Process, Decide, Batch,
Separate, Assign e Record e pelos módulos de dados Entity, Queue, Resource, Variable, Schedule
e Set.
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Para tanto, foi observado que os elementos descritos no IDEF-SIM, podem ser representados
no Arena através dos módulos apresentados no Quadro 2:
Módulos do Arena
(Basic Process)
Figuras do
IDEF-SIM
Descrição dos Parâmetros no Arena
Create
Name - nome representativo da função do módulo; Entity
Type - tipo de entidade inserida ao modelo; Times Betweem
Arrivals: Type, Value, Units - registro do intervalo de tempo
entre chegadas (distribuição estatística, período e a unidade);
Entities per Arrival - número de entidades que chegam por
vez; Max Arrivals, First Creation - quantidade máxima de
entidades inseridas no modelo, como também o momento
inicial da sua criação.
Dispose
Name - nome da função do módulo e; opção de registro das
estatísticas relacionadas às entidades utilizadas no modelo.
Process
Decide
X
Batch
&
Separate
&
Assign
Record
Name - nome da função do módulo; Type - tipo de processo
(padrão ou submodelo); Lógic: Action, Resources informação das ações lógicas a serem executadas e, quando
necessário, o tipo, nome e quantidade de recursos utilizados;
Delay Type, Units, Value - distribuição estatística com seu
respectivo tempo de consumo do processo e unidade
representativa (segundos, minutos, horas ou dias);
Allocation - registro de valores (custos/tempos) associados
às entidades alocadas no processo e; opção de gerar
relatórios estatísticos.
Name - nome representativo para a função do módulo e;
Type - Regras estabelecidas por eventos probabilísticos ou
condições relacionadas às variáveis, atributos, entidades ou
expressões;
Name - nome da função do módulo; Type - tipo de
agrupamento (lote temporário ou permanente); Batch Size quantidade de entidades a ser agrupada (valor ou expressão);
Rule, Attribute Name - estabelece como as entidades
recebidas deverão ser agrupadas (atributo);
Name - nome da função do módulo; Type - tipo de
separação. Neste caso as separações poderão ser do tipo
“duplicar o original”, onde serão informados os percentuais
(Percent Cost to Duplicates) e o número de duplicatas que
deixarão o módulo (# of Duplicates) ou do tipo desfazer um
lote existente, onde as entidades representantes e originais
manterão os atributos informados (Member Attributes);
Name - nome da função do módulo e; Assignments - lógica
para a inserção de valores as variáveis, parâmetros do
modelo e atributos específicos as entidades.
Name - nome da função do módulo; Type - tipo de
informação estatística a ser coletada, que pode se uma
contagem, estatísticas da entidade, um intervalo de tempo,
tempo entre funções ou uma expressão.
Quadro 2. Analogia entre a técnica IDEF-SIM e o template Basic Process do software de simulação Arena
O módulo de criação, denominado Create, tem a função de iniciar o fluxo do modelo,
alimentando-o com um tipo de entidade que chega a intervalos e quantidades predefinidas. O
Dispose, ao contrário do Create, representa o término do fluxo, onde as entidades são retiradas do
modelo. No módulo Process é informada a ação lógica que submete os elementos dinâmicos a
um tempo de execução, seja um atraso, fila ou, em caso de processo de transformação, o período
consumido com a ocupação de um recurso específico. Após ser processada, a entidade libera a
estação para que outro elemento dinâmico possa fazer uso. No módulo Decide é representada a
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lógica probabilística ou condicional, com suas ramificações, utilizada para decidir quais
caminhos no fluxo às entidades deverão seguir. O agrupamento de entidades em volumes
padronizados, como a geração de lotes ou o embarque de caixas em um caminhão, pode ser
realizado através do Batch. Uma vez acumulada forma-se outra entidade que, caso seja
necessário, poderá ser novamente desagrupada pelo Separate. Igualmente, este módulo pode ser
utilizado para criar duplicatas das entidades, sem perder as características originais. O Assign
corresponde a um módulo que modifica ou associa os valores das variáveis e parâmetros de um
modelo, bem como fornece um atributo específico a entidade e possibilita a substituição da sua
figura representativa. As estatísticas geradas em pontos determinados do modelo podem ser
coletadas através da utilização do último módulo de fluxograma, denominado Record (KELTON;
SADOWSKI; STURROCK, 2004; PARAGON, 2007).
O Entity é um módulo de dados que, assim como os demais, quando acionado, fica disponível
na área da planilha para que os aspectos e propriedades de todas as entidades que compõem o
modelo sejam registrados. Considerando que o Create gera apenas um tipo de entidade no
modelo, a alteração do nome e dos atributos dos elementos dinâmicos somente é possível através
da associação do módulo de fluxo Assign com o módulo de dados Entity. Quando uma operação
gera a espera ou o acúmulo de entidades, o modelo, automaticamente, criará as filas, que poderão
ser controladas e classificadas através do módulo Queue. O módulo Resource permite o registro e
alterações das características dos recursos adotados no modelo, tais como o tipo de recurso, a
capacidade, os custos, a programação de falhas e outros. O módulo Variable, uma vez associado
ao Assign, utiliza vetores e matrizes bidimensionais para registrar e guardar os valores das
variáveis, que serão disponibilizados por todo o modelo. Este módulo é de extrema importância
na construção do modelo, pois possibilita que o analista crie uma variedade de lógicas de
comando e controle. No decorrer do tempo de simulação, as variações nas chegadas das entidades
e nas capacidades dos recursos podem ser programadas com uso do módulo Schedule dos tipos
Duration ou Calendar. Por fim, o módulo Set permite que sejam criados grupos de elementos
dentro do modelo (KELTON; SADOWSKI; STURROCK, 2004; PARAGON, 2007).
Alguns elementos da técnica IDEF-SIM foram abstraídos do Quadro 2 por não estarem única
ou diretamente relacionados ao template Basic Process. Entretanto, as suas funções podem ser
representadas por outros templates e comandos do Arena. Neste caso, a Entidade, composta pelos
dados ou objetos que fluem pelo modelo, interage com as funções e regras disponíveis. O fluxo
da Entidade compõe as conexões existentes entre os diversos módulos de fluxograma,
estabelecendo a dinâmica do modelo e possibilitando a visualização de como as entidades o
percorre. No modelo conceitual, a informação explicativa auxilia na contextualização do sistema
e, conseqüentemente, no processo de modelagem computacional, todavia a sua adoção neste
último será opcional. Essa informação no Arena pode ser adicionada a Área de Trabalho com o
uso do Text String, disponível na Barra de Ferramentas. Os elementos Regra ‘O’ e Conexão com
outra figura estão associadas aos templates Advanced Process e Advanced Transfer,
respectivamente. Apesar de o Process representar o elemento Movimentação, os módulos
disponíveis para figurar esta função pertencem ao Advanced Transfer.
5. Modelo de Aplicação
A técnica de modelagem IDEF-SIM, como ferramenta auxiliar na construção de projetos de
simulação com emprego do software Arena®12, foi avaliada a partir do desenvolvimento de um
sistema hipotético, fundamentado nas operações de movimentação de cargas paletizadas. Desta
forma, o sistema em estudo, representado através da Figura 3, simboliza um processo de carga e
descarga de paletes, onde os caminhões, após serem carregados na área industrial, são enviados a
um Centro de Distribuição, para o descarregamento e posterior retorno a área de documentação,
recomeçando o ciclo de transporte.
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Figura 3. Representação do sistema hipotético de movimentação de cargas paletizadas
A partir da técnica IDEF-SIM, a modelagem conceitual do sistema contextualizado foi
desenvolvida utilizando-se 10 elementos diferentes, conforme evidenciado na Figura 4.
Figura 4. Modelo conceitual do sistema hipotético estruturado a partir do IDEF-SIM
Inicialmente, em concordância com as descrições da Figura 4, os caminhões vazios (E1)
chegam em quantidades predefinidas ( // ) e se direcionam para a área de documentação (F1), na
qual serão registradas as informações relevantes. Em seguida cada caminhão desloca-se (M1)
para a área industrial (F2 e F3), onde serão carregados com o uso de empilhadeiras. O sistema
considera que cada baia de carregamento tem a sua autonomia e que o espaço para o
estacionamento dos caminhões é limitado na baia 1 (F2), ou seja, a sua fila poderá conter apenas
3 caminhões, direcionando os demais para a baia 2 (F3). Destaca-se, também, que a prioridade de
carregamento recai sobre F2 devido à maior velocidade da empilhadeira. Para tanto, antecedendo
a ocupação dessas funções, é tomada uma decisão condicional (X) submetida a um dado de
controle que parte de F2. O caminhão, uma vez carregado (F4 e E2) com 10 paletes, movimentase até o Centro de Distribuição (M2) onde será efetuado o descarregamento (F5). Após a retirada
da carga (&), o caminhão vazio (F6 e E1) retorna a área de documentação (M3 e F1) e reinicia o
processo. Já os 10 paletes (F7 e E3) retirados do caminhão são agrupados (F8), conferidos e
estocados, onde se registram (F9) as quantidades de produtos paletizados.
Na Figura 5, apresenta-se o resultado da implementação do modelo conceitual desenvolvido
no software Arena, com uso restrito do template Basic Process. Neste modelo computacional
pode-se observar uma notável similaridade com a técnica de modelagem conceitual abordada, a
começar pelo estrutura de fluxo que interliga as funções e descreve o caminho percorrido pelas
entidades.
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Figura 5. Modelagem computacional com uso do template Basic Process do software Arena®12
Para tanto, a aplicabilidade da metodologia IDEF-SIM em projetos de simulação com
emprego do Arena®12, está melhor evidenciada no Quadro 3.
Nó
//
Descrição dos Módulos
,
E1
F1
M1
X
Create: Entrada dos
caminhões no modelo
Process: Documentação para
o controle dos caminhões
Process: Movimentação para
as baias de carregamento
Decide: Decide qual baia
será utilizada pelo caminhão
F2
Process: Carregamento do
caminhão na baia 1
F3
Process: Carregamento do
caminhão na baia 2
F4, E2
M2
F5
&
F6, E1
F7, E3
M3
F8
F9
Assign: Criação da entidade
‘Caminhão carregado’
Process Movimentação para
área de descarregamento
Process: Descarregamento
do caminhão no CD
Separate: Separa as
entidades Caminhão e Carga
Assign: Retorno da entidade
‘Caminhão vazio’
Assign: Criação da entidade
‘Carga Paletizada’
Process: Movimentação para
área de documentos
Batch: Agrupamento de
10 paletes
Record: Realiza a contagem
dos paletes
Dispose: Estocagem
Prompts do Arena
Name: Chegada de caminhoes; Entity Type: Entity
Caminhões; Type: Constant; Value: 0; Units: Seconds;
Entities per Arrival: 20; Max Arrivals: 1.
Name: Documentacao; Type: Standard; Action: Seize Delay
Release; Resources: Agente, 1; Delay Type: Normal; Units:
Minutes; Value: 1.5; Std Dev.: 0.2.
Name: Movimentacao 1; Type: Standard; Action: Delay;
Delay Type: Constant; Units: Minutes; Value: 2.
Name: Decide baia; Type: 2-way by Condition ; If:
Expression; Value: NQ(Process baia 1.Queue) < 3.
Name: Baia 1; Type: Standard; Action: Seize Delay Release;
Resources: Empilhadeira 1, 1; Delay Type: Normal; Units:
Minutes; Value: 4; Std Dev.: 0.2.
Name: Baia 2; Type: Standard; Action: Seize Delay Release;
Resources: Empilhadeira 2, 1; Delay Type: Normal; Units:
Minutes; Value: 5; Std Dev.: 0.4.
Name: Entidade E2; Assignments: Type: Entity Picture.
Name: Movimentacao 2; Type: Standard; Action: Delay;
Delay Type: Constant; Units: Minutes; Value: 10.
Name: Descarregamento; Type: Standard; Action: Delay;
Delay Type: Constant; Units: Minutes; Value: 2.
Name: Libera carga; Type: Duplicate Original; Percent Cost
to Duplicates (0-100): 50 %; # of Duplicates: 10.
Name: Entidade E1; Assignments: Type: Entity Picture; Entity
Picture: Picture.VoTruck.
Name: Entidade E3; Assignments: Type: Entity Picture; Entity
Picture: Picture.LoPallet.
Name: Movimentacao 3; Type: Standard; Action: Delay;
Delay Type: Constant; Units: Minutes; Value: 5.
Name: Agrupa paletes; Type: Permanent; Batch Size: 10;
Save Criterion: Last; Rule: Any Entity.
Name: Conta paletes; Type: Count; Value: 1; Counter Name:
Record Conta paletes.
Name: Estoque no CD
Quadro 3. Descrição dos módulos e prompts do Arena utilizados na tradução do modelo conceitual proposto
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As informações dispostas no Quadro 3 oferecem suporte ao processo de documentação, uma
vez que o diagrama IDEF-SIM, por apresentar uma proposta de modelagem conceitual
padronizada, não se designa a registrar os parâmetros dos elementos específicos as linguagens
computacionais adotadas em projetos de simulação.
6. Conclusão
No desenvolvimento desta pesquisa pôde-se concluir que a técnica de modelagem conceitual
IDEF-SIM, ao expor elementos lógicos característicos dos sistemas simulados, apresenta-se
compatível com os módulos do template Basic Process do software de simulação Arena. Foi
observado também que a sua estrutura em forma de fluxo, onde são apresentadas as funções e
variáveis do sistema, bem como as interconexões e regras estabelecidas, são bastante similares a
interface computacional utilizada.
Estrategicamente, os módulos do Basic Process foram escolhidos por serem imprescindíveis
em uma variedade de modelos de simulação e por aumentarem o nível de dificuldade na
representação das particularidades do sistema proposto. Todavia, apesar da investigação realizada
está limitada neste template, ficou evidenciado que a adoção do IDEF-SIM simplifica o processo
de tradução do modelo e possibilita documentar o esquema do projeto, de forma simultânea ao
seu desenvolvimento. Outras vantagens observadas que merecem destaque são:
a) Permite que outros analistas ou pessoas não familiarizadas com a linguagem de
simulação empregada possam entender a dinâmica do sistema modelado;
b) Possibilita que o projeto de simulação, ainda em fase de desenvolvimento, seja
preliminarmente verificado;
c) Descreve a decomposição de um modelo de maior complexidade em submodelos,
podendo ser minudenciado através de diagramas, conforme fundamentos do IDEF0;
d) Cria agilidade nas alterações dos documentos revisados, mantendo sempre os modelos
conceituais atualizados em conformidade com a versão vigente do modelo
computacional.
Entretanto, é importante salientar que, a documentação efetiva deverá, além de apresentar o
esquema dos elementos decompostos e os parâmetros da linguagem computacional, conter
informações referentes aos objetivos do projeto, as distribuições estatísticas, ao método utilizado
para a verificação e validação do modelo computacional e aos resultados das experimentações
realizadas. Neste sentido, pesquisas futuras poderão ser desenvolvidas para fornecer uma
metodologia que propicie a descrição de todas as informações relevantes no projeto de simulação,
complementando, de forma normatizada, o esquema lógico denotado no IDEF-SIM.
Por fim, percebe-se que a semântica utilizada no IDEF-SIM, adota alguns elementos lógicos
das técnicas IDEFØ e IDEF3 como referência, entretanto sem a intenção de reproduzir fielmente
as normas estabelecidas nesses IDEFs. Essa afirmação se justifica na revisão bibliográfica das
junções apresentadas no IDEF3 onde, caso o sistema modelado possua processos paralelos,
assíncronos ou síncronos, esses processos deverão ser antecedidos e precedidos pelas regras
(junções) representativas, conforme as UOBs A e B exemplificadas na Figura 6.
Figura 6. Diagramas ilustrativos das junções em processos paralelos no IDEF3
Todavia, na modelagem de sistemas simulados, o emprego desta norma é necessário apenas
quando o modelo apresentar lógicas diferentes, tal como o diagrama 2 da Figura 6. Em outras
palavras, na tradução do modelo IDEF-SIM para uma linguagem computacional, a representação
das junções (&, X e O) implica no desenvolvimento de uma ação lógica a ser executada. Sendo
assim, as mesmas serão referenciadas apenas quando forem necessárias.
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