prof. daniel bertoli - arena software – aplicações em logística - apostila

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    APOSTILA

    ARENA SOFTWAREAPLICAES EM LOGSTICA

    Adaptado por: Prof. Dr. Daniel Bertoli GonalvesUNI SO

    Original Prof. Dr. Marcone Jamilson Freitas Souza- UFOP

    2010

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    1.IntroduoNo estudo de planejamento, comum depararmos com problemas de dimensionamentoou fluxo cuja soluo aparentemente complexa. Nestes a determinao da quantidadede um recurso ou do melhor roteiro de fluxo dentro do sistema caracteriza um

    funcionamento eficiente ou otimizado. Por otimizado queremos dizer que teremos umcusto adequado e que teremos usurios satisfeitos com o ambiente ou com o serviooferecido. Dizemos tambm que um sistema ou processo adequadamente dimensionadoest balanceado. Chamamos tais estudos de modelagem de sistemas.Dentre as tcnicasdisponveis para a modelagem de sistemas temos a teoria das filas e a simulao.

    A abordagem matemtica de filas se iniciou no princpio deste sculo (1908) emCopenhague, Dinamarca, com A. K. Erlang, considerado o pai da Teoria das Filas,estudando o problema de redimensionamento de centrais telefnicas, mas somente apsa Segunda Guerra Mundial ela foi utilizada em outros problemas. Devido complexidade matemtica alguns problemas no so resolvidos pela teoria.

    Com o surgimento do computados na dcada de 50, a modelagem de filas pde seranalisada pelo ngulo da simulao, um mtodo que usa um modelo para imitar parcialou totalmente as caractersticas do sistema estudado. A tcnica de simulao visual,cujo uso se iniciou na dcada de 80, teve uma aceitao surpreendente, devido ao menornvel de complexidade, e assim seu uso cresceu enormemente.Dentre os diversos softwares computacionais desenvolvidos para este fim, destaca-se oArena, que usa uma linguagem visual para trabalhos de simulao.

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    2.Usando o ARENA em SimulaoO ARENA ao mesmo tempo uma linguagem de simulao e um ambiente de trabalhoe experimentao, que pode ser usado para testar o modelo e fazer a apresentao deseus resultados, atravs de avanados recursos de animao.

    2.1. A Viso do Mundo do ARENAO ARENA visualiza o sistema a ser modelado como constitudo por um conjunto deestaes de trabalho que prestam servios a clientes ou entidades que se movem atravsdo sistema. Esta caracterstica bsica pode ser utilizada de diversas maneiras, podendoter, por exemplo:

    Pessoas (entidades) percorrendo as diversas sees (stations) de umsupermercado onde efetuam compras;

    Um automvel (entidade) sendo fabricado nas diversas sees (stations) de umfbrica;

    Clientes (entidades) chegam a um banco e utilizam os servios dos diversosdepartamentos (stations) do banco.

    Assim para montarmos um modelo de simulao com o ARENA, inicialmenteconstrumos um fluxograma constitudo pelas estaes de trabalho e as opes de fluxopara as entidades.

    2.2. O Software ARENAO ARENA tem a interface nos padres do MS Office, com comandos e botessemelhantes e menus que agregam funes semelhantes s encontradas em outrossoftwares do Windows. A barra de menus principal do ARENA possui os menus:

    Quando um arquivo de modelo aberto (menu FILE, opo OPEN) ou um novo criado (menu FILE, opo NEW), o seguinte ambiente de trabalho apresentado:

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    Barras de ferramenta do ARENAStandard (Padro) a barra que contem os comandos de manipulao de arquivos, impresso e edio.Rene tambm as opes de navegao dentro da rea de trabalho e comandos paracontrole da simulao:

    View (Visuali zar)

    Esta barra apresenta funes teis para navegao pela rea de trabalho:

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    Project Bar (Barra de ProjetoTemplates)A barra de projeto rene os elementos que so usados para montar o modelo dentro darea de trabalho do ARENA.

    Estes elementos so organizados na forma de templates. Cada template um conjunto de elementos, chamados mdulos.

    Ao anexar um template ao modelo, este aparece na barra de projeto como mais umasubjanela. Esta barra ainda possui duas subjanelas permanentes: Reports, que apresentaos relatrios disponveis para o modelo, e Navegate, que apresenta as opes denavegao do modelo.

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    3.ARENAMdulos Principais3.1. Create (Incio do Processo)Este elemento representa o incio de um processo, sendo sempre colocado no incio do

    fluxograma.Os dados do mdulo Create podem ser fornecidos na tela Create ou na rea de Planilha.Para acessar a tela Create, faa:

    D um duplo clique no bloco Create localizado na rea de Trabalho. Preencha os dados desejados conforme figura.

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    3.2. Process (Processo de Atendimento)Este elemento representa uma operao ou trabalho dentro do processo.Os dados do mdulo Process podem ser fornecidos na tela Process ou na rea dePlanilha.

    Para acessar a tela Process, faa: D um duplo clique no bloco Process localizado na rea de Trabalho. Preencha os dados desejados conforme figura.

    Note que existem opes de aes a serem tomadas, de acordo com a situao: emDelay (atraso) a ao representa apenas o tempo gasto pelo processo no trabalho com aentidade; em Seize Delay (reserva e atraso), alm do tempo gasto pelo processo notrabalho com a entidade, o processo reservado pela mesma; em Delay Release (atrasae libera), aps o tempo gasto pelo processo, a estao liberada para uma prximaentidade; e em Seize Delay Release (reserva, atrasa e libera), cada entidade temexclusividade sobre o processo.

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    3.3. Dispose (Trmino do Processo)Este elemento a contraparte do Incio, e representa o trmino de um processo, sendo

    sempre colocado no final do fluxograma.Aps o atendimento o veculo sai do sistema. D um duplo clique no bloco Dispose

    localizado na rea de Trabalho.

    3.4. Exemplo 01Neste primeiro exemplo simularemos o funcionamento de um pedgio.Para o pedgio so disponveis os seguintes dados:Veculos chegam ao pedgio com mdia de 30 segundos, de acordo com a distribuioexponencial negativa, (EXPO(30)).O atendimento tambm segue a distribuio exponencial negativa com mdia de 20segundos, (EXPO(20)).

    SOLUOChegada dos Veculos: Create.

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    Atendimento no Pedgio:Process.

    Sada do Veculo:Dispose.

    Fluxograma completo:

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    Depois de completado o fluxograma e antes de solicitar a execuo do modelo,devemos fornecer as opes de controle da execuo. Para isto devemos clicar emSetup... no menu Run (Barra de menus principal) e preencher adequadamente oscampos das seguintes abas:

    Na aba Project Parametersfornecemos o ttulo do projeto, o nome do analistaque criou o modelo ARENA, e se ativou a solicitao de estatsticas paraentidades, recursos, filas e processos;

    Na abaReplication Parameterstemos: Replication Number= 1, ou seja, o modelo ser executado uma nica vez; Warm-up Period = 0, ou seja, no ter perodo de aquecimento. Este valor se

    aplica quando desejamos que o modelo seja executado durante um certoperodo de tempo sem coleta de dados estatsticos, e somente aps enteperodo que se comea a coletar estatsticas. til quando estamosmodelando um sistema complexo e desejamos nos assegurar de que, noponto de incio de coleta de estatsticas, todo o sistema est em plenofuncionamento;

    Replication lenght = 36000, ou seja, o modelo ser interrompido depois detranscorridos 36000 unidades de tempo, a unidade de tempo determinadaem Time Units;

    Hours Per Day = 24, ou seja, o modelo considerar cada dia com 24 horas; Base time units = Seconds, neste campo determina-se qual ser a unidade de

    tempo que sero apresentados os relatrios da simulao.

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    3.5. Exerccios01.Navios chegam a um porto a intervalos de EXPO(8) horas e gastam TRI(3, 5, 10) horas

    para descarregar. Faa o diagrama de blocos e submeta-o ao ARENA. Simule 8760 horas(1 ano). Determine os valores para:a) Taxa de ocupao do porto;b) Tamanho mdio da fila de navios;c) Tempo mdio na fila.

    02. Em uma fbrica de geladeiras, na seo de colocao de motores, a chegada de umageladeira sem motor ocorre a intervalos de EXPO(50) minutos e gastam-se TRIA(25, 35,50) minutos para o servio. Determine o tamanho mdio da fila. Faa o diagrama de blocose submeta-o ao ARENA. Simule 480 minutos (8 horas).

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    3.6. Decide (Processo de Deciso)Este elemento introduz ou no um desvio na seqncia do fluxograma. Casodeterminada condio seja satisfeita, o fluxo segue e desviado para outra parte doprocesso, caso contrrio, continua sua seqncia normal.

    Para acessar a tela Decide, faa: D um duplo clique no bloco Decide localizado na rea de Trabalho. Preencha os dados desejados conforme figura.

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    3.7. Entity (Mdulo das Entidades)O mdulo de dados Entity rene as definies e parmetros referentes a todos os tiposde entidades usados pelo modelo. A entrada de dados realizada atravs da rea deplanilha ou de uma caixa de dilogo. Para abrir a caixa de dilogo:

    Clique com o boto direito sobre a planilha e escolha a opo Edit via Dialog; Preencha os dados desejados conforme figura.

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    3.8. Resource (Mdulo dos Recursos)O mdulo de dados Resource relaciona todos os recursos usados no modelo. Porrecurso, entende-se uma estrutura que ser usada pela entidade, a qual ir despenderuma certa quantidade de tempo neste processo. Um recurso, ento, poderia ser uma

    mquina onde a pea sofre um processo, um caixa bancrio que atende a um cliente ouuma mesa de cirurgia por onde passa o paciente. Do mesmo modo que o mdulo Entity,seus dados podem ser editados pela planilha ou pela caixa de dilogo.

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    3.9. Exemplo 02O gerente do depto. de RH pretende testar a estratgia para o processo de seleo detraineesdeste ano atravs de um modelo de simulao. Os currculos, desta vez, serorecebidos apenas via e-mail. Estima-se que estes cheguem em intervalos de 4 minutos

    seguindo uma distribuio exponencial.Os e-mails so lidos inicialmente por uma secretria, seguindo uma distribuio normalde mdia 3 minutos e desvio padro de 1. Ela separa todos os currculos que nopossuem os requisitos essenciais e os envia para o arquivo.Os currculos que atendem aos requisitos so enviados para a rea especfica, tambmvia e-mail, que os avalia detalhadamente em um tempo de mdia 10 minutos comdesvio padro de 2, segundo uma distribuio normal. Os currculos aprovados nestafase so enviados ao prprio gerente de RH, e os recusados vo para o arquivo.Sabe-se que 20% dos currculos recebidos no possuem os requisitos bsicos e que 80%dos currculos enviados para rea especfica so recusados.Diante da urgncia para a contratao, o gerente de RH deseja saber se alguma etapa

    ficar sobrecarregada, gerando atraso no processo.A simulao de um dia de trabalho (8 horas) ser considerada suficiente para anlise.

    SOLUOChegada dos Currculos: Create.

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    Trabalho da Secretaria:Process.

    Separao dos Curriculos:Decide.

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    Avaliao na rea Especfica:Process.

    Aprovao pela rea Especfica:Decide.

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    Trmino do fluxograma, currculos so arquivados ou aprovados:Dispose.Currculos Aprovados

    Currculos Reprovados

    Fluxograma completo:

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    Configuraes doRun Setup:

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    3.10.Exerccios01. Suponha que uma confeco de roupas por encomenda, deseja analisar seu processo de

    produo. Os dados so os seguintes: Os pedidos chegam em intervalos de EXPO (12) minutos so feitos os cortes em uma

    estao de trabalho, da as peas cortadas so enviadas para a costura, aps a costurapassam por uma inspeo de qualidade, peas defeituosas so retornadas para a costurapara o retrabalho;

    Tempos de produo: Corte: TRIA (8, 10, 12) minutos; Costura: TRIA (18, 22, 28) minutos; Tempo de inspeo igual a 2 minutos.

    Nmero de Funcionrios: Corte: 01 funcionrio; Costura: 02 funcionrios; Inspeo: 01 funcionrio.

    ndice de rejeio na inspeo de qualidade: 20%.Desejamos saber:a) Qual a taxa de ocupao de cada funcionrio?b) Qual o tamanho mdio de cada fila?

    02. Em um fbrica chegam pedidos a cada EXPO (23) minutos e vo para a produo, gastandoUNIF (15, 25) minutos. A seguir passam por um processo de inspeo, em que demoramTRIA (15, 17, 20) minutos para serem inspecionados, tendo um percentual de falha de30%. As peas defeituosas vo para uma estao de reparo. As peas sem defeito vo para aexpedio. Na estao de reparo se gasta UNIF (10, 15) minutos e, a seguir, as peas vopara a expedio. Simule 1000 minutos. Pede-se:a) Qual a taxa de ocupao de cada servidor?b) Qual o tamanho mdio de cada fila?c) Qual o tempo mdio em cada fila?

    03. O processo de montagem de um produto segue as seguintes etapas: o pedido recebido eum operador faz os primeiros preparativos e passa o produto para o processo de montagem.Aps a montagem o produto enviado ao setor de expedio onde enviado ao cliente.Ultimamente, tem havido vrias reclamaes sobre defeitos. Em vista disso, foi decididoimplantar um posto de inspeo aps a montagem do produto Esta inspeo ser feita porum novo funcionrio. Caso um produto no seja aprovado pela inspeo este produtoretorna ao setor de montagem.O tempo entre chegadas dos pedidos segue uma distribuio exponencial com mdia 11.3(minutos). O processo de preparao do pedido segue uma distribuio normal com mdia12 e desvio-padro de 1.64. A montagem do produto segue uma distribuio triangular commnimo 10, moda 11.5 e mximo 14. O tempo gasto pela inspeo ser fixado em 7.5minutos e em mdia 85% dos produtos passam pela inspeo sem problemas Simule estemodelo por 1000 minutos durante 24 horas por dia e colete as estatsticas em minutos.Verifique a ocupao dos funcionrios em cada posto de trabalho.

    04. Uma central de atendimento de emergncia recebe uma chamada em mdia a cada 15minutos seguindo uma distribuio exponencial. Os tipos de chamadas possuem asseguintes caractersticas:

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    Tipo de ChamadaPorcentagem das

    ChamadasTempo de Atendimento

    (min.)Falsa 15% do total de chamadas TRIA(10; 11; 13)Emergncia sem risco de vida 85% das no falsas NORMAL(25; 1)Emergncia com risco de vida 15% das no falsas TRIA(18; 21; 30)

    05. Um sistema possui duas mquinas (A e B) com suas respectivas filas. Dois tipos deentidades entram no sistema: Tipo I e Tipo II. Na fila da mquina A, somente so aceitasentidades do Tipo I. J a mquina B, aceita os dois tipos de entidades. Sempre que umaentidade do Tipo I entra no sistema se a fila da mquina A estiver menor que a fila da outramquina ento ela processada na mquina A, caso contrrio na mquina B. As entidadeschegam a cada 10 minutos seguindo uma distribuio exponencial, sendo 50% dasentidades do Tipo I e os outros 50% do Tipo II. O tempo de processamento na mquina Asegue uma distribuio normal com mdia 8 e desvio padro de 2 minutos. O tempo deprocessamento na mquina B segue uma mdia de 6.5 minutos com desvio padro de 2minutos tambm seguindo uma distribuio normal. Simule este sistema por 10 diasfuncionando 24 horas por dia. Colete as estatsticas em minutos.Verifique a ocupao das mquinas bem como os tempos mdios nas filas e os nmeros

    mdios de entidades nas filas.

    06. A diretoria de uma certa empresa deseja implantar um sistema de e-commercepara venderseus produtos pela Internet. O setor de vendas solicitou um estudo sobre o impacto que estesistema teria sobre a sua rea.O processo de venda ser feito da seguinte maneira: os pedidos chegam ao setor emformato de e-mail. O funcionrio responsvel analisa o pedido e verifica se todos os itensexistem no estoque da empresa.Caso falte algum item, o pedido enviado para o departamento de produo, fora daabrangncia deste estudo. Caso todos os itens estejam disponveis, ele envia o pedido paraoutro funcionrio.O segundo funcionrio entra em contato com a administradora do carto de crdito (os

    pedidos on-line s so aceitos mediante pagamento com carto). Caso haja algum problemacom o carto, o pedido recusado e desconsiderado. Se a administradora aceitar a cobrana,o pedido encaminhado para o almoxarifado.As previses so de que os pedidos chegaro em intervalos de tempo de mdia 10 minutos,segundo uma distribuio exponencial. O processo de verificao do estoque leva umtempo que segue a distribuio normal de mdia 8 minutos, com desvio padro de 0.75.O processo de verificao de crdito junto administradora do carto segue umadistribuio triangular de mnimo 4, moda 6 e mximo 9 minutos. Por experincia comoutros canais de vendas, sabe-se que 20% dos pedidos contm itens em falta, e 7% dastransaes com carto so recusados pela administradora.O gerente do setor de vendas quer saber se algum dos funcionrios ficar sobrecarregado.Uma simulao do perodo de um dia de trabalho (8 horas) ser considerada suficiente para

    o estudo.

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    4.Trabalhando com mltiplas EntidadesEm alguns processos existe a necessidade de se multiplicar as entidades (como umacaixa que chega fechada, aberta e fornece 10 peas que estavam em seu contedo), ouagregar entidades (como umpalletno final de uma linha de produtiva, que ao reunir 10

    peas, levado para o estoque). O ARENA possui dois mdulos para auxiliar neste tipode situao:

    4.1. Batch (Mdulo de Agrupamento)Este mdulo de fluxograma serve para criar agrupamentos de entidades. Quandocolocado no fluxo do processo, ele acumula as entidades em fila at que chegue aquantidade especificada. Quando isso acontece, as entidades so retiradas da fila eagrupadas em uma nica entidade representativa (um lote), que segue em frente nofluxo do processo. O lote formado pode ser temporrio ou permanente.

    Se for permanente, as entidades que o compem sero definitivamente retiradasdo modelo e apenas a entidade-lote continuar;

    Se for temporrio, o lote pode ser desfeito posteriormente atravs do mduloSeparate, explicado a seguir.

    A caixa de dilogo do mduloBatch a seguinte:

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    4.2. SeparateEste mdulo de fluxograma possui funo inversa do mdulo Batch. O Separateservepara desfazer os lotes temporrios formados pelo Batch, mas tambm pode criarduplicatas das entidades que passam por ele. As duplicatas mantm as mesmas

    caractersticas da entidade original.

    4.3. Exemplo 03Dando continuidade ao estudo do exemplo anterior, o gerente do depto. de RH pretendeanalisar mais a fundo o processo de avaliao realizado dentro da rea especfica, umavez que esta no capaz de avaliar os currculos com a rapidez necessria.Nesta etapa, o currculo inicialmente impresso em duas cpias, o que leva um tempode distribuio normal, mdia 2 minutos e desvio padro de 0,5. Uma das cpias vaipara uma secretria, que o arquiva para futuras referncias, levando um tempo dedistribuio normal com mdia 4 minutos e desvio padro de 0,5.A segunda cpia vai para um supervisor tcnico, que verifica os atributos profissionaise universitrios do candidato, em um tempo regido pela distribuio normal, mdia 7 edesvio padro 1. Este supervisor decide pela aprovao ou no do candidato.Um turno de trabalho (8 horas) ser suficiente para a anlise inicial.Um dos recursos de modelagem oferecidos pelo ARENA a possibilidade de se criarhierarquias dentro da lgica do modelo. Essa hierarquia acontece atravs da criao desubmodelos, partes da lgica que so agregadas formando uma caixa preta,podendo ser manipulada e conectada ao restante dos mdulos normalmente,utilizaremos este exemplo para demonstrar como feita a criao dos submodelos.

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    SOLUOCrie o seguinte fluxograma no ARENA, lembre-se que os dados necessrios foramfornecidos no exemplo anterior.

    Criao do Submodelo:Escolha umprocessnaBarra de Projetos;Ao abrir a telaprocessselecionesubmodelno campo type, clique em OK.

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    Clique com o boto direito do mouse no process criado e escolha a opo EditSubmodel, assim abrir uma nova tela que ser o submodelo, construa o fluxogramaabaixo, aps isso clique novamente com o boto direito do mouse e escolha a opoClose Submodel:

    Impresso de 2 cpias do currculo: Separate.

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    Configurao doRun Setup.

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    4.4. Exerccios01. Baseado no exerccio 06 anterior (Seo 3.10), concluiu-se que o segundo funcionrio

    (responsvel pela verificao de crdito), fica um tanto ocioso. A gerncia pretendeaproveitar esta ociosidade para melhorar o processo e o relacionamento com os clientes.Ficou decidido que a cada pedido recusado pela administradora, o funcionrio ir redigirum e-mail de resposta individual para o cliente, explicando as razes da recusa da venda.De acordo com os testes realizados, o tempo necessrio para redigir cada e-mail segue umadistribuio normal de mdia 1.5 minutos e desvio padro de 0.5.Em seguida, o pedido recusado ser impresso e colocado em uma pasta. O tempo para isso de distribuio normal com mdia 2 minutos e desvio padro de 1. ao se acumularem 5pedidos na pasta, ela ser levada para o gerente, que est realizando uma estatstica dosmotivos de recusa. O tempo de levar a pasta e voltar de distribuio normal com mdia 6minutos e desvio padro de 1.5.Quando o pedido aceito, o funcionrio ir acessar o sistema do almoxarifado e cadastraros itens do pedido, uma operao que leva o tempo de distribuio normal, com mdia 3minutos e desvio padro 0,5.Simule o novo processo durante uma semana (5 dias) com um turno de trabalho de 8 horas

    e verifique se a nova carga de trabalho adequada ou excessiva para o funcionrio.

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    5.Os Mdulos Recorde AssignPara permitir uma maior flexibilidade na coleta de estatsticas e alterao de parmetrosdo modelo, o TemplateBasicProcesspossui dois mdulos muito teis:

    5.1. Record (Mdulo de Coleta)O mduloRecordserve para coletar estatsticas em pontos do modelo escolhidos pelousurio. Entre as informaes que podem ser colhidas esto: contagem de entidades,freqncia e intervalos de tempo. Expresses personalizadas podem ser includastambm. A caixa de dilogo deRecord apresentada a seguir:

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    5.2. Assign (Mdulo de Atributos)O mdulo Assign serve para alterar ou associar valores s variveis, atributos deentidades, alterar a figura das entidades e outros parmetros ou variveis do sistema.Sua janela de dilogo est mostrada abaixo:

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    5.3. Exemplo 04Considere o exerccio 01 (Seo 3.10), suponha agora que a gerncia da confecodeseja saber qual o nmero de peas que so fabricadas com defeito.

    SOLUOPara resolvermos este problema basta inserirmos no fluxograma criado no exerccio ummduloRecord da seguinte maneira:

    Contagem de Peas Defeituosas:Record

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    Configurao doRun Setup.

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    5.4. Exerccios1. Suponha que uma confeco de roupas por encomenda, deseja analisar seu processo

    de produo. Os dados so os seguintes: Os pedidos chegam em intervalos de EXPO (12) minutos so feitos os cortes em

    uma estao de trabalho, da as peas cortadas so enviadas para a costura, apsa costura passam por uma inspeo de qualidade; Tempos de produo:

    Corte: TRIA (8, 10, 12) minutos; Costura: TRIA (18, 22, 28) minutos; Tempo de inspeo igual a 2 minutos.

    ndice de rejeio na inspeo de qualidade: 20%.Desejamos saber:a) Qual a taxa de ocupao de cada funcionrio?b) Qual o tamanho mdio de cada fila?c) Qual o nmero de peas fabricadas com defeito?

    2. Entre duas cidades, A e B, existe um nmero fixo(N) de linhas telefnicas. Cadalinha pode operar em ambas as direes, isto , origem em A e B, mas somente comuma chamada por vez. Se uma pessoa deseja fazer uma chamada e houver umalinha disponvel, a chamada completada imediatamente. Se todas as n linhasestiverem ocupadas, pessoa recebe uma gravao dizendo para ela desligar e tentarmais tarde. No existe dispositivo de espera, isto , chamadas bloqueadas por faltade linhas so perdidas. Os tempos entre as tentativas de chamadas de A para Bseguem uma exponencial (10) seg., enquanto que as de B para A uma exponencial(4) min., independente da cidade. O tempo da gravao de 20 seg. Inicialmente,todas as linhas esto disponveis. A simulao deve ser executada por 24h com 30

    min de aquecimento (warm-up). Inicie com N= 10. Determine a taxa de ocupaodas linhas, o nmero total de chamadas por cidade de origem, o nmero dechamadas bloqueadas e a proporo destas em relao ao total de chamadas(bloqueadas + completadas).