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METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO DE MODELOS DE
SIMULACIÓN EJECUTABLES PARA SISTEMAS DE FABRICACIÓN
METHODOLOGY FOR THE DEVELOPMENT OF EXECUTABLE
SIMULATION MODELS FOR MANUFACTURING SYSTEMS
Sergio Benavent-Nácher
Estudiante de Doctorado en Tecnologías Industriales y Materiales.
Dpto. de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño. Universitat Jaume I. Castellón de la Plana, (España).
E-mail: benavens@uji.es ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4091-542X
Fernando Romero Subirón
Catedrático de Universidad. Miembro del grupo de investigación Ingeniería de Fabricación.
Dpto. de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño. Universitat Jaume I. Castellón de la Plana, (España).
E-mail: fromero@uji.es ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1362-3656
Pedro Rosado Castellano
Profesor Titular de Universidad. Miembro del grupo de investigación Ingeniería de Fabricación
Dpto. de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño. Universitat Jaume I. Castellón de la Plana, (España).
E-mail: rosado@uji.es ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9822-9484
Recepción:
21/09/2020
Aceptación:
07/01/2021
Publicación:
15/03/2021
Citación sugerida:
Benavent-Nácher, S., Romero, F., y Rosado, P. (2021). Metodología para el desarrollo de modelos de simulación
ejecutables para sistemas de fabricación. 3C Tecnología. Glosas de innovación aplicadas a la pyme, 10(1), 49-71. https://doi.
org/10.17993/3ctecno/2021.v10n1e37.49-71
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RESUMEN
En los últimos años, la adopción de los principios de la Ingeniería de Sistemas Basados en Modelos
(MBSE) en el contexto de los sistemas de fabricación ha promovido el desarrollo simulaciones de alta
complejidad (simulaciones híbridas, multi-escala, multi-dominio, etc.) y gran delidad, algunas de ellas
aplicables incluso en tiempo real (prototipos y gemelos virtuales). La elevada complejidad de los sistemas
de fabricación modernos hace necesario el uso de metodologías bien fundadas para orientar de forma
ecaz y eciente la denición, transformación y ajuste de los modelos de simulación. Sin embargo, se
han encontrado pocas propuestas que denan metodologías adecuadas para la simulación de sistemas de
fabricación. Este trabajo presenta la metodología SSM (methodology for Simulation System Modelling),
basada en la utilización sinérgica de SysML y Modelica y desarrollada para soportar la construcción
de modelos ejecutables de simulación multi-dominio para sistemas complejos de fabricación. Además,
se presenta un caso de estudio en el que se aplicado esta metodología para la denición de modelos de
simulación ejecutables de una línea de ensamblaje multi-etapa que integra aspectos de calidad geométrica
y de productividad. Los resultados de este caso permiten comparar diversas lógicas de control, así como
demostrar la validez de la metodología propuesta.
PALABRAS CLAVE
Metodología, Simulación multi-dominio, Sistemas de ensamble multietapa, SysML, Modelica.
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ABSTRACT
In recent years, the adoption of the principles of Model Based Systems Engineering (MBSE) in the context of manufacturing
systems has promoted the development of highly complex (hybrid simulations, multi-scale, multi-domain, ...) and high-
delity simulations, some of them applicable even in real time (prototypes and virtual twins). The high complexity of
modern manufacturing systems requires the use of well-founded methodologies to eectively and eciently guide the
denition, transformation and adjustment of the simulation models. However, few proposals address the denition of
adequate methodologies for the manufacturing systems simulation. This work presents the methodology for Simulation
Systems Modeling (SSM methodology), based on the synergistic use of SysML and Modelica. This methodology has been
developed to support the construction of executable and multi-domain simulation models for complex manufacturing systems.
In addition, a case study is presented, where this methodology is applied to dene executable simulation models of a multi-
stage assembly line that integrate geometric quality and productivity aspects. The results of this case study enable to compare
dierent control logics, as well as to demonstrate the validity of the proposed methodology.
KEYWORDS
Methodology, Multi-domain simulation, Multistage assembly systems; SysML, Modelica.
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1. INTRODUCCIÓN
El incremento de la complejidad de los sistemas de fabricación, impulsada por la adopción de algunas
de las nuevas tecnologías y estrategias de control asociadas a iniciativas como Industria 4.0 (Alemania)
o la Internet Industrial (USA), fuerza a las empresas a adoptar una Ingeniería de Sistemas Basada en
Modelos (MBSE), sustituyendo unos procesos de ingeniería centrados en documentos por otros basados
en modelos. El uso de modelos resulta especialmente ventajoso en el desarrollo de simulaciones y
experimentos sobre los modelos ejecutables, entre otras muchas aplicaciones, como se indica en Johnson
et al. (2011).
Este trabajo pone el foco en esta actividad de modelado y simulación (M&S), proponiendo una
metodología que adopta el enfoque MBSE para el diseño del propio sistema de simulación, en concreto
cuando se aborda el diseño inicial del sistema de fabricación a nivel de sistema (simulación o-line), antes
de inicializar el diseño y la simulación disciplinar (mecánica, eléctrica, etc.). El modelado y la simulación
durante el diseño de sistemas permite sustituir los experimentos físicos por tests virtuales, acortando de
manera signicativa los ciclos de diseño y reduciendo los costes (Sinha et al., 2000). Además, estos modelos
de simulación a nivel de sistema pueden servir de base para la creación de modelos ligeros utilizables en
la simulación on-line, una línea de trabajo que está siendo objeto de muchas investigaciones, soportada
por tecnologías como la del gemelo digital, que se han puesto de moda en los últimos años.
El proceso de diseño y desarrollo de sistemas de fabricación basado en modelos adoptado en nuestra
propuesta se muestra en Figura 1, que representa el ujo de actividades del típico Modelo en V de
la Ingeniería de Sistemas adaptado al enfoque MBSE (Fritzson, 2004; Eigner, Gilz y Zarov, 2012).
Inicialmente el modelo sólo consideraba una V (azul claro en la Figura 1), en la que la rama ascendente
representa el proceso de integración de las partes y la vericación y validación, a diferentes niveles de
composición, en base al ensayo de un prototipo físico. Posteriormente, con la adopción del enfoque
MBSE se incorporó toda una serie de actividades adicionales relacionadas con el modelado y el análisis
basado en modelos (líneas en azul oscuro). La representación en V de estos modelos de proceso nos
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traslada la idea de que existe una fuerte y continua interacción entre las actividades de diseño (rama
descendente) y las de vericación y validación de las soluciones (ramas ascendentes), que en estos
modelos adquieren especial relevancia cuando se adopta el enfoque MBSE. Una circunstancia que se
percibe visualmente, al comprobar la incorporación de nuevas ramas (azules) ascendentes, en las que los
ensayos del sistema mediante simulaciones (digitales), de diferente nivel de detalle y alcance, adquieren
una especial relevancia.
Figura 1. Modelo en V aplicado a sistemas de fabricación.
Fuente: elaboración propia, inspirado en Eigner et al. (2012).
Pero el modelo en V siempre se ha relacionado con el diseño y desarrollo del sistema físico (p. e. el de
un sistema de fabricación) y en él no se visualizaba el diseño y desarrollo de los sistemas de simulación
que, como sistemas, también deben estar sujetos al mismo proceso en V con el enfoque MBSE. Para
resaltar esta circunstancia, con la Figura 2 se quiere indicar que cuando se realiza el modelado y la
simulación temprana del sistema físico, con los correspondientes test tempranos, en paralelo se debe
iniciar el proceso de diseño y desarrollo del sistema de simulación correspondiente, marcado en color
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rojo sobre el modelo en V del primer proceso. Esta V, ampliada en la parte derecha de la Figura 2,
contempla el desarrollo de un sistema de simulación completo, que puede llegar a integrar simulaciones
de dominio de un nivel muy detallado (realista).
Figura 2. Modelo en V aplicado a sistemas de simulación.
Fuente: elaboración propia.
Ahora bien, como este trabajo se centra en la fase de M&S temprana de un sistema de fabricación (M&S
a nivel de sistema) y, en concreto, en el sistema de simulación que dará soporte a la misma, nuestro
foco será la fase representada por V superior izquierda. Esta fase de diseño y desarrollo de un sistema
de simulación, a nivel de sistema, deberá contemplar todo el ciclo de vida del modelo de simulación
(Galland, Grimaud y Campagne, 2000), compuesto por las cuatro fases típicas de las metodologías
tradicionales de resolución de problemas (análisis, especicación, concepción e implementación) y por
un conjunto de fases especícas del proyecto de simulación: diseño de los planes experimentales, de los
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experimentos y de la estructura de los resultados. Estas fases, que se pueden identicar asociadas a la
rama descendente de la Figura 2, tendrán su reejo en la metodología propuesta.
Otro aspecto a considerar, a la hora de valorar nuestra propuesta metodológica, tiene que ver con la
evolución que han sufrido las simulaciones a nivel de sistema en los últimos años. El enfoque MBSE,
que ha impulsado la mejora de las capacidades de las plataformas de M&S, y el incremento vertiginoso
de capacidad de procesamiento de los ordenadores han posibilitado el desarrollo simulaciones de alta
complejidad (simulaciones híbridas, multi-escala, etc.) y multidominio de sistemas complejos, como es
el caso de los sistemas de fabricación (Van Noten, Gadeyne y Witters, 2017). Pero este desarrollo no se
ha visto acompañado por la adopción de metodologías bien fundadas que permitan que el proceso de
denición, transformación y ajuste de los diferentes modelos de simulación sea eciente y ecaz. Como
se armaba en Galland et al. (2000) aún es poco frecuente que el desarrollo de estas herramientas de
simulación esté apoyado en una metodología concreta.
Por ello, en el presente trabajo se pretende cubrir esta carencia, deniendo la metodología SSM
(methodology for Simulation System Modelling). Se trata de una metodología desarrollada con el
objetivo de soportar la construcción de modelos de simulación ejecutables y multi-dominio para sistemas
complejos, como es el caso de los sistemas avanzados de fabricación, y que está basada, como veremos
más adelante, en explotar la sinergia de dos lenguajes orientados a objetos, SysML y Modelica, bajo un
enfoque MBSE.
Con este n, el trabajo se ha organizado de la siguiente forma. En la Sección 2 se describe la metodología
seguida para el desarrollo de este trabajo. Posteriormente, en la Sección 3, se describe la metodología
SSM. Finalmente, en la Sección 4 se recogen las conclusiones del trabajo.
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2. METODOLOGÍA
La necesidad de desarrollar la metodología, con el objetivo indicado anteriormente, surgió en el
marco de una investigación más amplia dirigida a diseñar e implementar una plataforma de M&S
para sistemas de fabricación multi-etapa y, en concreto, para dar soporte al desarrollo de un prototipo
de M&S multidominio y multiescala que permite visualizar y evaluar las funcionalidades y modos de
operación de los sistemas de ensamblaje multietapa (MAS), tanto en términos de calidad geométrica
como de productividad (Benavent-Nácher et al., 2020). Sin embargo, la generalidad de la propuesta
permite utilizarla en el desarrollo de cualquier sistema de simulación.
La metodología para el desarrollo de la metodología SSM, nuestro objetivo, contempla cinco pasos que
contienen toda una serie de tareas que interaccionan entre sí, formando un sistema dinámico. Estos
pasos son:
• Paso 1. Revisión bibliográca. Este primer paso se articula en dos etapas: a) una revisión general
sobre el concepto de el Modelado y la Simulación de Sistemas Complejos, con una búsqueda
centrada alrededor de palabras clave como Modelling and Simulation, Complex Systems, Co-
simulation, MBSE Approach, Simulation Languages, Smart Manufacturing, Digital Factory
o Digital Twin; y b) una revisión sobre metodologías de M&S, centradas fundamentalmente
en sistemas mecatrónicos y sistemas de fabricación. Como se ha indicado, las referencias con
propuestas metodológicas sobre el modelado de sistemas de simulación encontradas han sido
escasas, aunque interesantes de cara a construir nuestra propuesta.
• Paso 2. Análisis de los lenguajes y técnicas de modelado de sistemas. En este paso se han
considerado diversas alternativas de lenguajes empleados habitualmente en el M&S de sistemas
complejos, especialmente en el ámbito de los sistemas de fabricación.
• Paso 3. Análisis del proceso de diseño de sistemas de simulación, identicando las principales
etapas o tareas y la información implicada en cada una de ellas.
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• Paso 4. En base a las conclusiones de los pasos anteriores, desarrollar y denir la propuesta
metodológica.
• Paso 5. Evaluación de la metodología propuesta en base a su aplicación a un caso de estudio.
3. RESULTADOS
En base a los pasos denidos en el apartado anterior, se elaboró la metodología SSM, que se presenta en
el apartado 3.2. Se trata de una metodología que responde a los requisitos, que se exponen previamente
en el apartado 3.1. Finalmente, con el objetivo de validar la propuesta, en el apartado 3.3 se presenta un
ejemplo de aplicación de la misma.
3.1. REQUISITOS DE LA METODOLOGÍA
Para el establecimiento de los requisitos del sistema de simulación es fundamental tener en cuenta a todas
las partes interesadas en este sistema, que en este caso serán los participantes en el proceso de diseño
y desarrollo de sistemas de fabricación físico, básicamente ingenieros/as de sistemas, de fabricación/
producción, de automatización, de calidad, etc. Esto es así porque el sistema de simulación es básico
para el trabajo colaborativo, entre especialistas de diversas disciplinas, que sustenta el diseño de cualquier
sistema complejo.
Según Bassi et al. (2006), cualquier metodología de diseño de un artefacto técnico, como es el caso de
un sistema de simulación, además de establecer el proceso, camino para desarrollar el artefacto, debe
incidir en la forma en que el sistema es descrito, es decir el modelado. Por ello, va a ser muy importante
que la metodología SSM favorezca la comunicación y colaboración interdisciplinar, un aspecto que es
muy importante tanto a la hora de establecer los procedimientos y lenguajes de modelado como el ujo
de actividades a desarrollar y su coordinación.
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Por lo que respecta al modelado, es importante valorar la oportunidad de denir modelos descriptivos
como apoyo a la denición de modelos de simulación ejecutables, explorando las necesidades de
integración de estos y, en concreto, las posibilidades de transformación de modelos descriptivos a
ejecutables y viceversa. Otro aspecto a valorar es el enfoque, el tipo de vistas que cubre (requerimientos,
estructuras, comportamiento, etc..) y la expresividad y grado de formalidad del lenguaje/s seleccionados
y, especialmente los tipos de comportamiento (híbrido, multidominio, etc.) que se pueden describir. Por
lo que respecta al enfoque de modelado, cabe indicar que los lenguajes de modelado orientados a objetos
ofrecen una clara ventaja por lo que respecta al desarrollo, mantenimiento y reutilización de los modelos.
Teniendo en consideración todo lo comentado hasta el momento, los requisitos fundamentales adoptados
para el desarrollo de la metodología SSM se pueden concretar en su capacidad para:
• Facilitar el trabajo colaborativo y multidisciplinar de todos los interesados/as en el diseño,
vericación y validación del sistema físico y del sistema de simulación correspondiente,
garantizando la continuidad digital (transformaciones entre modelos, etc.) desde la especicación
del diseño del sistema físico hasta la vericación y validación del modelo de simulación ejecutable.
• Soportar el diseño de sistemas de simulación modulares, en base a su “componentización”,
utilizando el mecanismo de instanciación de componentes de librerías. Se trata de una propiedad
que, como ya se ha citado, posee la orientación a objetos.
• Abarcar todo el proceso de denición y desarrollo del sistema de simulación, desde el establecimiento
de los requisitos hasta la denición de modelos de simulación ejecutables, incluyendo los procesos
de soporte de este (trazabilidad, etc.).
• Ser implementable en entornos/plataformas para el modelado de sistemas, aprovechando las
facilidades que éstas ofrecen para la vericación e integración de modelos.
• Modelar diferentes puntos de vista (dominios y perspectivas) y diferentes dinámicas de sistema (de
eventos discretos, de dinámica continua e híbridos).
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3.2. METODOLOGÍA PROPUESTA
3.2.1. PROPUESTA PARA EL MODELADO
En este apartado se dene la forma en que el sistema va a ser descrito. Se ha optado por utilizar SysML
y Modelica, ambos con una clara orientación a objetos, para que el proceso pueda beneciarse de las
sinergias que proporciona su uso conjunto. Los lenguajes y los métodos orientados a objetos adquieren
cada día más un lugar relevante en el campo de Modelado de Sistemas, especialmente tras la aparición
del Lenguaje de Modelado Unicado (UML) y el mecanismo de extensión que posee, que permite
el desarrollo de lenguajes especializados o especícos de un dominio, como es el caso el Lenguaje de
Modelado de Sistemas (SysML).
SysML es un lenguaje descriptivo (gráco) para el modelado de sistemas en general que permite el
establecimiento de comunicaciones formales y no-ambiguas entre ingenieros de sistemas, diseñadores
y analistas de sistemas, soportando la capacidad de comunicación incluso entre personas que no sean
necesariamente especialistas. SysML se ha mostrado como un lenguaje claramente válido para el diseño
y modelado de sistemas complejos, como es el caso de los Sistemas de Producción Ciber-Físicos (CPPS).
Además, en este momento ya son numerosas las publicaciones sobre el diseño y modelado de equipos
y sistemas de fabricación en las que SysML juega un papel fundamental a la hora de integrar todos los
modelos desarrollados, siendo también utilizado en el diseño de sistemas de simulación (Nikolaidou et al.,
2012). Esta circunstancia es relevante a la hora de integrar la especicación del sistema y su simulación.
Sin embargo, aunque se están desarrollando perles de SysML, como ModelicaML (Schamai,
2009), el estándar actual no permite la creación de modelos de simulación ejecutables. Por ello, en
la metodología propuesta, el estándar SysML se utiliza como lenguaje de diseño, para favorecer la
colaboración interdisciplinar, y como base para la elaboración de los modelos ejecutables denidos con
el lenguaje Modelica. Modelica es un lenguaje textual orientado a objetos que permite simular sistemas
de eventos discretos y de dinámica continua, mediante el modelado de las ecuaciones que gobiernan
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sus comportamientos. Se trata por tanto de un lenguaje, que de igual forma que SysML, es adecuado
para tomar en consideración las restricciones en la fase de diseño conceptual bajo un enfoque MBSE.
Esta capacidad de SysML para modelar restricciones ha sido utilizada en algunos trabajos para realizar
modelos de dominio, como los del diseño mecátrónico [Penas].
Se trata de unos estándares que están soportados por diferentes entornos/plataformas de modelado
(VisualParadigm, Papyrus, etc.) y simulación (Dymola, OpenModelica, etc.), tanto comerciales como
de código libre, lo que facilita el diseño, implementación y uso de modelos de simulación. Entre estas
facilidades destacan las funcionalidades que ayudan a vericar la corrección y consistencia de los modelos
elaborados. Además, la transformación SysML-Modelica y viceversa es un campo de investigación
muy activo en los últimos años, por lo que se espera que estos entornos incorporen próximamente
funcionalidades que ayuden a automatizar estas transformaciones (Paredis et al., 2010).
3.2.2. PROCESO PROPUESTO
En base a los requisitos comentados anteriormente se ha desarrollado un proceso metodológico de 5
pasos, que van más allá de la propia especicación del sistema de simulación, porque contempla su
vinculación con la especicación del sistema físico a simular, también descrita con SysML. El proceso es
general y, por lo tanto, aplicable al diseño de cualquier sistema de simulación, pero conviene recordar
que la propuesta está orientada a simular principalmente sistemas de fabricación, siendo este el contexto
que tomaremos como referencia. Además, el proceso propuesto no es estrictamente secuencial, pues
contempla la posibilidad de solape de los pasos y de realimentaciones continuas motivadas por la
modicación, mejora y/o ampliación del modelo. Los cinco pasos y la dinámica del proceso se muestran
en la Figura 2, en la que también se aprecian el tipo de artefactos generados (diagramas, etc.) en cada
uno de los pasos.
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Figura 3. Proceso de diseño del sistema de fabricación en la metodología SSM.
Fuente: elaboración propia.
Por último, es importante comentar que el proceso denido a continuación, como ocurre con cualquier
proceso, está condicionado por los lenguajes escogidos, SysML y Modelica. A continuación, se describen
de forma más detallada cada uno de los cinco pasos que componen el proceso de la metodología SSM.
Paso 1: Análisis del sistema a simular
En este primer paso se realiza el análisis de la estructura funcional y lógica del sistema físico a simular, en
nuestro caso el sistema de fabricación que deseamos simular. Este sistema debe ser analizado para conocer
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los elementos estructurales, funcionales y su comportamiento, así como las relaciones establecidas entre
ellos. El análisis del sistema se realiza en base a todas las especicaciones y en especial a los diagramas
SysML que lo describen: Diagramas de casos de uso (uc), Diagramas de actividad (act) y Diagramas de
denición de bloques (bdd). En muchos casos este análisis puede comportar la ampliación y modicación
de diagramas, asegurando su adecuación con las métricas a considerar en el sistema de simulación.
Algunas construcciones de estos modelos (bloques, etc.) aparecerán en el Diagrama de Contexto del
sistema de simulación (nuestro sistema de interés), que se dene en el paso 4. Por ello es importante
comprobar que estas construcciones contengan todos aquellos atributos que se vinculan con las medidas
de efectividad y con las metas impuestas con el objetivo de dar cumplimiento a los requerimientos
establecidos para el diseño del sistema a simular.
Paso 2: Conceptos y requisitos para el sistema de simulación
El segundo paso se centra en la denición de los conceptos y requisitos del sistema de simulación. En
función del tipo de sistema que se quiere simular y de las metas y medidas de efectividad establecidas, el
diseñador/a puede denir varios conceptos alternativos que sustenten el diseño del sistema de simulación
(p. e. los aspectos a integrar -logístico/producción, calidad del producto, salud de los equipos, … -, el
paradigma de simulación, etc.) y posteriormente los requisitos para cada uno de ellos. En este paso
los artefactos creados son Diagramas de casos de uso, Diagramas de requisitos (req) y Diagramas de
denición de bloques.
Paso 3: Modelado del sistema de simulación
A partir de los conceptos establecidos en el paso anterior, se selecciona una solución viable para la
estructura de objetos y para el comportamiento prescrito del sistema de simulación. Las descripciones
de estructura y comportamiento se descomponen al nivel de abstracción requerido y adecuado a las
metas y métricas establecidas. Cabe destacar que en este caso la naturaleza del comportamiento, y por
tanto su modelado, depende en gran medida del sistema a simular, pudiendo abarcar desde eventos
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discretos a dinámicas continuas o incluso combinaciones de éstos (simulaciones híbridas). En este paso,
los artefactos creados para la estructura son Diagramas de denición de bloques, y Diagramas de
bloques internos (ibd), mientras que la denición del comportamiento viene descrita por Diagramas de
actividades, Diagramas paramétricos (par), Diagramas de secuencia (sec), Diagramas de máquina de
estados (stm), etc.
Paso 4: Modelado de las simulaciones
En este paso, a partir del modelo de simulación se establece cómo utilizarlo para simular el sistema físico.
Para ello, el sistema de simulación se debe relacionar con otra información de diseño como el modelo del
sistema físico, los datos de los escenarios de simulación, las metas perseguidas, etc. Para ello se establecen
las siguientes tareas:
a) La denición de un modelo de contexto, donde los elementos del sistema de simulación se
vinculan con los elementos correspondientes del sistema a analizar para preservar la consistencia
entre todos los modelos.
b) El modelado de las simulaciones, deniendo las ejecuciones de simulación a realizar según los
escenarios considerados.
c) La abstracción de la simulación, deniendo las medidas de ecacia y la agregación de los
resultados.
d) El uso de la simulación abstraída en el contexto de la optimización del diseño, relacionándolas
con los requisitos de las partes interesadas y los objetivos para las medidas de ecacia señaladas
en el modelo del sistema a analizar (paso 1).
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Paso 5: Transformación de modelos SysML-Modelica
Para obtener un modelo de simulación ejecutable, todas las descripciones del sistema previas deben
implementarse utilizando un lenguaje con esta capacidad, como es Modelica. Sin embargo, no es
suciente con trasladar los modelos a un nuevo lenguaje, sino que es necesario incrementar el nivel de
detalle añadiendo algunos parámetros y relaciones que permitan la ejecución del modelo.
Como se ha comentado anteriormente, el proceso descrito no es estrictamente secuencial, sino que
considera ujos de realimentación para modicar, mejorar y/o ampliar el modelo. Una vez completados
todos los pasos se dispondrá de un modelo ejecutable que es necesario validar, por ejemplo, mediante
una instanciación que permita su ejecución. De esta forma se puede contrastar la delidad del modelo de
simulación con respecto al comportamiento del sistema a simular y el cumplimiento de los requerimientos
establecidos en el paso 2.
3.3. APLICACIÓN DE LA PROPUESTA
A continuación se presenta la aplicación de la metodología SSM para la elaboración del modelo de
simulación de un sistema de ensamble multi-etapa (MAS) (Benavent-Nácher et al., 2020). Se trata de
un sistema de simulación multi-dominio que considera tanto el ujo de materiales y órdenes como la
propagación de las características de calidad de las piezas. Por cuestiones de espacio solo se presentan
algunos de los resultados de esta aplicación, deteniéndonos en los pasos 3, 4 y 5 de la propuesta.
En el primer paso de la metodología se realiza el análisis de la estructura funcional y lógica del sistema
a simular (MAS). Atendiendo a las características del MAS se modeló su estructura, representada en el
diagrama de bloques de la Figura 4. En él se pueden observar los diferentes elementos que constituyen el
sistema (ensamble, subensamble, pieza, estación de trabajo, estación de ensamble, estación de inspección,
etc.) y las relaciones entre ellos.
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Figura 4. Diagrama de bloques. Estructura del MAS para simular.
Fuente: elaboración propia.
Seguidamente, en el paso 2 se denieron algunos requerimientos del sistema de simulación. Uno de
los principales requerimientos considerados es la adopción del formalismo para simulación de eventos
discretos (DEVS). En base a estos requerimientos, se abordó el paso 3, deniendo el modelado estructural
y de comportamiento del sistema de simulación. Como resultado de este modelado se muestra, por
ejemplo, el diagrama de bloques de la Figura 5, en el que se dene la estructura del sistema de simulación,
y el diagrama de máquina de estados de la Figura 6. Cabe señalar que en este caso el sistema a simular
tiene un comportamiento discreto que se ha descrito a través de los correspondientes diagramas de
máquina de estado.
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Figura 5. Diagrama de bloques. Estructura del sistema de simulación.
Fuente: elaboración propia.
Figura 6. Diagrama de máquina de estados. Proceso de una estación de ensamble.
Fuente: elaboración propia.
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A continuación, como parte del paso 4, se denieron las simulaciones y el sistema de simulación, del que
se muestra el Diagrama de bloques internos en la Figura 7. En él se puede apreciar la estructura de la
instancia de línea de ensamble (MAS) simulada, formada por cuatro etapas de proceso (tres de ensamble
y una etapa de inspección nal), un proceso de control y los procesos de llegada y salida de órdenes.
Figura 7. Diagrama de bloques internos. Estructura interna del proceso de ensamble.
Fuente: elaboración propia.
Finalmente, en el paso 5 se trasladaron todos los modelos SysML al lenguaje Modelica, desarrollando
una implementación sobre OpenModelica para obtener los modelos de simulación ejecutables. La
Figura 8 muestra dos capturas de pantalla de OpenModelica en las que se pueden apreciar los modelos
implementados, tanto en su versión textual como a través de la vista gráca.
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Figura 8. Modelos implementados en OpenModelica. a) Modelo textual; b) Vista gráca.
Fuente: elaboración propia.
Tras completar la implementación del modelo de simulación se procedió a validarlo mediante su
instanciación para simular la línea de ensamble de 4 etapas, pudiéndose comprobar que tanto la
construcción como la ejecución del modelo de simulación ejecutable fueron exitosas. También se pudo
contrastar que el comportamiento y resultados obtenidos cumplían con los requisitos jados. La Figura
9 muestra dos capturas de OpenModelica con la vista gráca del modelo de simulación de la línea de
ensamble y un ejemplo de los resultados obtenidos en la simulación.
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Figura 9. Validación mediante instanciación del modelo para una línea de ensamble de 4 etapas. a) Línea de ensamble (vista
gráca); b) Ejemplo de resultados obtenidos.
Fuente: elaboración propia.
4. CONCLUSIONES
Para el diseño de sistemas de simulación resulta fundamental la adopción de metodologías bien
fundadas, de manera que el proceso de denición, transformación y ajuste de los diferentes modelos sea
eciente y ecaz. Sin embargo, son pocas las propuestas que abordan esta cuestión desde un punto de
vista metodológico. Por ello, se ha propuesto la metodología SSM (methodology for Simulation System
Modelling). Esta metodología propone un proceso en cinco pasos y se benecia de la utilización sinérgica
de SysML y Modelica, aunque todavía son necesarios esfuerzos de integración entre estos lenguajes. La
propuesta metodológica se ha validado mediante su aplicación al diseño y desarrollo de un sistema para
la simulación de un determinado tipo de línea de ensamblaje multi-etapa. Los resultados obtenidos han
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sido satisfactorios, tanto en el modelado del sistema de simulación como en los resultados de las diversas
simulaciones ejecutadas, y muestran la adecuación de la metodología SSM.
5. AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido posible gracias a la colaboración de la Generalitat Valenciana a través de la ayuda
con referencia ACIF/2019/095.
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