Un estudio de la planificación del diseño de las instalaciones de la planta basado en la red de Petri cronometrada y la planificación sistemática del diseño en es - Jose Óscar Corimanya

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ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Un estudio de la planificación del diseño de las instalaciones de la 
planta basado en la red de Petri cronometrada y la planificación 
sistemática del diseño.
hanwen liu1IDENTIFICACIÓN*, Xiaobing Liu1, Lin-Lin2, Sardar MN Islam3, Yuqing Xu1
1Facultad de Economía y Gestión, Universidad Tecnológica de Dalian, Dalian, Liaoning, China,2CRRC Dalian R&D 
Co., Ltd., Dalian, Liaoning, China,3Instituto de Industrias Sostenibles y Ciudades Habitables, Universidad de 
Victoria, Melbourne, Australia
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* lucasliu871@gmail.com
Resumen
El propósito de esta investigación es resolver los problemas de diseño irrazonable de la planta de producción, desorden del proceso logístico y línea de 
producción desequilibrada en plantas de fabricación discreta. Al analizar el proceso de producción y las características, se construye el modelo de red de Petri 
cronometrado de acuerdo con la función y la conexión de cada unidad de producción, que luego se utiliza para generar un modelo de simulación FlexSim del 
sistema logístico de la planta de producción con un software de simulación. Con ello, el modelo de simulación FlexSim se utiliza para simular el diseño original 
de la planta y analizar los datos de simulación sintéticamente para proponer una estrategia de mejora. Combinado con el uso del método de planificación 
sistemática del diseño para analizar el diseño general de la planta y las relaciones logísticas, inferimos los dibujos pertinentes entre las unidades de producción 
y determinamos el diseño mejorado de las instalaciones. Finalmente, al comparar los resultados de la simulación de mejora antes y después, se verifica que la 
combinación de redes de Petri cronometradas y la planificación sistemática del diseño es efectiva para mejorar el diseño de las instalaciones de la planta y el 
sistema logístico. Este método compensa los factores que los métodos tradicionales no han considerado, logra el objetivo de reducir la ruta tortuosa cruzada de 
la planta y la tasa de inactividad de los equipos, y mejorar la eficiencia de la producción. se verifica que la combinación de redes de Petri cronometradas y la 
planificación sistemática del diseño es efectiva para mejorar el diseño de las instalaciones de la planta y el sistema logístico. Este método compensa los factores 
que los métodos tradicionales no han considerado, logra el objetivo de reducir la ruta tortuosa cruzada de la planta y la tasa de inactividad de los equipos, y 
mejorar la eficiencia de la producción. se verifica que la combinación de redes de Petri cronometradas y la planificación sistemática del diseño es efectiva para 
mejorar el diseño de las instalaciones de la planta y el sistema logístico. Este método compensa los factores que los métodos tradicionales no han considerado, 
logra el objetivo de reducir la ruta tortuosa cruzada de la planta y la tasa de inactividad de los equipos, y mejorar la eficiencia de la producción.
ACCESO ABIERTO
Citación:Liu H, Liu X, Lin L, Islam SMN, Xu Y (2020) Un estudio 
de la planificación del diseño de las instalaciones de la planta 
basado en la red de Petri cronometrada y la planificación 
sistemática del diseño. PLoS ONE 15(9): e0239685. https://
doi.org/10.1371/journal.pone.0239685
Editor:Dragan Pamucar, Universidad de Defensa, 
SERBIA
Recibió:24 de junio de 2020
Aceptado:11 de septiembre de 2020
Publicado:28 de septiembre de 2020
Derechos de autor:©2020 Liu et al. Este es un artículo de 
acceso abierto distribuido bajo los términos de laLicencia 
de atribución de Creative Commons , que permite el uso, 
la distribución y la reproducción sin restricciones en 
cualquier medio, siempre que se acredite el autor original 
y la fuente.
Declaración de disponibilidad de datos:Todos los datos 
relevantes están dentro del documento. Además, la 
información de los rodamientos está disponible en la base de 
datos protocols.io (DOI:dx.doi.org/10.17504/protocols.io. 
bk2akyae ).
Introducción
Con el creciente grado de automatización en la industria manufacturera discreta de China, el potencial para 
mejorar la eficiencia de los procedimientos de procesamiento para reducir los costos se ha reducido en 
consecuencia. Como resultado, la clave de la competencia empresarial se ha trasladado gradualmente a nuevas 
áreas, como las tecnologías logísticas que están estrechamente relacionadas con la producción [1 ]. La 
planificación de instalaciones, como parte importante de la mejora del sistema de logística de producción, se 
refiere a cumplir con las restricciones necesarias en un determinado entorno de producción y determinar la forma 
de diseño y la ubicación razonables del equipo de acuerdo con los objetivos de producción [2]. Para algunos 
productos de equipo a gran escala, el tiempo de transferencia entre procesos es largo y la
Fondos:El apoyo de CRRC Dalian R&D Co. Ltd. en forma de 
salarios para el autor [Lin LIN], pero no tuvo ningún papel 
adicional en el diseño del estudio, la recopilación y el 
análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación 
del manuscrito. Los roles específicos de este autor se 
articulan en el 'autor
ion.secta de las contribuciones
PLOS UNO |htt ps://doi.org/10.1371/journal.pone.023968528 de septiembre de 2020 1 / 23
Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com
http://orcid.org/0000-0002-4161-2914
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1371/journal.pone.0239685&domain=pdf&date_stamp=2020-09-28
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
http://dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bk2akyae
http://dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bk2akyae
https://www.onlinedoctranslator.com/es/?utm_source=onlinedoctranslator&utm_medium=pdf&utm_campaign=attribution
MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Conflicto de intereses:El apoyo de CRRC Dalian R&D Co., 
Ltd. en forma de salarios para el autor [Lin LIN], pero no 
tuvo ningún papel adicional en el diseño del estudio, la 
recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o 
la preparación del manuscrito. Esto no altera nuestra 
adhesión a las políticas de PLOS ONE sobre el intercambio 
de datos y materiales.
los costos de transferencia son altos. Wang y He muestran que un diseño razonable de las instalaciones de la 
planta puede mejorar efectivamente la tasa de rotación del trabajo en curso y las piezas, acortar el ciclo de 
producción y reducir el costo de transferencia en aproximadamente un 30% [3 ]. Se ha utilizado ampliamente en la 
fabricación, la medicina, la educación y otros campos desde que Richard Muther lo propuso en 1961. El método de 
planificación sistemática del diseño (SLP) calcula la logística entre las unidades de producción sobre la base del 
análisis de los cinco elementos básicos que afectan la eficacia del sistema: P (producto), Q (salida), R (flujo del 
proceso), S (departamento auxiliar) y T (tiempo). Naqvi et al. use el SLP mejorado para desarrollar un nuevo diseño 
que reorganice los departamentos de producción de las empresas multinacionales que producen productos 
diversificados para mejorar la eficiencia de la producción [4 ]. Kumar et al. proponer un modelo de análisis 
envolvente de datos (DEA) Charnes Cooper & Rhodes (CCR) con rendimientosconstantes a escala (CRS) para 
implementar el método Lean-Kaizen. Este método se considera un método efectivo para mejorar el sistema de 
calidad en la industria de sujetadores y contribuye a la producción industrial ajustada [5 ]. Liu et al. proponer un 
método de diseño de ventana de alarma adecuado para el proceso de diagnóstico. Mediante el uso del método 
SLP para mejorar el problema de la interfaz hombre-sistema, se diseña la ventana de alarma digital de seguridad 
de la planta de energía nuclear [6 ]. Benítez et al. use el análisis de conglomerados combinado con SLP para 
planificar el área de informe del departamento de radiología, utilizando expertos médicos como una variable de 
conglomerado para volver a planificar el departamento para mejorar el rendimiento del departamento de 
radiología [7 ]. Tarigan et al. proponen un método de peso posicional clasificado combinado con SLP para 
modificar la línea de producción de madera y la pista de manejo del movimiento de material [8 ].
Sin embargo, el método SLP tradicional puede verse afectado por la experiencia subjetiva y la limitación del 
conocimiento al dibujar el diagrama de correlación de la posición de la unidad operativa. Por lo tanto, el esquema 
de diseño de diseño final no puede verificar su cientificidad y racionalidad. Con el desarrollo de la tecnología 
informática, un número cada vez mayor de estudios han utilizado SLP y software de simulación, como Flexsim [9 –
12 ], Testigo [13 ] y Búsqueda [1 ], para realizar la optimización, mejora y verificación de casos de objetos de 
investigación. Los académicos han valorado el uso de tecnología informática para ayudar a generar nuevos 
diseños. Para predecir con mayor precisión la energía máxima de los módulos fotovoltaicos, Stojčić et al. 
establecer un modelo basado en los principios de la lógica difusa y las redes neuronales artificiales e integrarlo en 
el Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). Utilizando el software PVsyst para el análisis de sensibilidad, 
han obtenido mejores resultados de predicción que los modelos matemáticos [14 ]. Sremac et al. proponen que a 
partir de los datos de entrada y salida del objeto de investigación se utilice un método híbrido de inteligencia 
artificial ANFIS para establecer un modelo para la decisión de cantidad económica de pedido. Luego use la 
simulación para realizar un análisis de sensibilidad para verificar la efectividad del modelo para diferentes tipos de 
bienes en la gestión de la cadena de suministro [15 ]. Korde y Sahu concluyen que con la ayuda del método SLP, se 
organiza y analiza el diseño de la planta de fabricación de piezas de automóviles. Los resultados se pueden 
verificar mediante el uso de simulación para derivar un nuevo diseño [dieciséis ]. Deshpande et al. utilizar la 
tecnología Computarizada de Asignación Relativa de Instalaciones (CRAFT) para mejorar el diseño de las plantas de 
fabricación. Se propone el uso del Programa de Diseño de Trazado Automatizado (ALDEP) para reducir costos [17 ]. 
Sharafati et al. proponer un ANFIS híbrido como modelo predictivo. Luego, el índice de error se usa para ejecutar 
el modelo de simulación para estimar la profundidad de socavación aguas abajo de la compuerta para administrar 
el sistema de riego [18 ]. Suhardini et al. simule el costo de manejo de materiales y el tiempo de procesamiento de 
la hoja de evaluación de manejo de materiales (MHES) para obtener una nueva evaluación del diseño de 
planificación y selección de programas, lo que redujo el costo de manejo de materiales de los fabricantes de 
materiales de construcción [19 ]. La tecnología de simulación puede simular el funcionamiento real de un sistema 
de logística y probar el rendimiento del sistema dado. Puede generar informes de simulación que incluyen 
características de estado (inactividad, bloqueo, etc.), la cantidad de entradas y salidas y el tiempo máximo de 
espera para identificar
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
cuello de botella de procesos y recursos, y facilitar la selección de esquemas de distribución y la 
verificación de efectos.
En los últimos años, ha habido algunos métodos que describen el modelado de sistemas logísticos de 
producción. Entre ellos, la red de Petri propuesta por el Dr. Petri en 1962 tiene las características de gráficos 
simples y fáciles de entender, y funciones matemáticas estrictas y precisas [20 ]. Tiene ventajas claras en la 
descripción de la concurrencia, el conflicto, el intercambio de recursos y otras situaciones inciertas de sistemas de 
producción discretos complejos y dinámicos.21 ]. Guo et al. propusieron un modelo de red de Petri coloreado 
cronometrado adaptativo del sistema de logística de producción en el entorno de Internet y demostraron que el 
método es superior al método de conducción de eventos [22 ]. Teniendo en cuenta la ruta de movimiento del 
robot entre las estaciones base, Al-Ahmari et al. proponen el uso de la red de petri con retardo de tiempo (TdPN) 
para optimizar el controlador de movimiento del robot en el problema de programación del robot, y demostraron 
la efectividad a través de un modelo matemático [23 ]. Yianni et al. use la red de Petri para construir un modelo 
para inspeccionar diferentes módulos. Basado en el modelo, establezca un marco poderoso para administrar 
carteras de activos de puentes ferroviarios [24 ]. Uzam et al. proponen un método de pensar globalmente actuar 
localmente con arcos ponderados (TGALW) para calcular los arcos ponderados que hacen cumplir la vitalidad en el 
modelo general de red de Petri, que se utiliza para monitorear la actividad en el sistema de fabricación flexible [25
]. Mejía et al. establecer un modelo de combinación de red de petri coloreada y ordinaria para resolver la 
integración y la gestión colaborativa de proyectos en las industrias de animación y videojuegos (A&V) a través del 
algoritmo Graph Search [26 ].
Numerosos académicos internacionales han estudiado la optimización del diseño del escenario basado en el método SLP y el modelado del sistema logístico de producción basado en la teoría de 
la red de Petri, que han aplicado el software de simulación a casos prácticos específicos para resolver el problema de la planificación de instalaciones. Sin embargo, a medida que la investigación 
continúa profundizándose, los temas involucrados se vuelven más complejos. En la literatura consultada se encuentra que estas dos partes se encuentran relativamente aisladas. Este estudio utiliza 
una planta de fabricación de cojinetes de energía eólica de clase mundial a gran escala como objeto de investigación. Parte de tres aspectos de investigación de modelado, mejora y simulación. En 
primer lugar, a través de los análisis del proceso de producción y el proceso logístico del objeto de investigación se establece el modelo de proceso de producción de rodamientos y el modelo de red de 
Petri de retardo cronometrado logístico (TdPN). La validez del comportamiento dinámico del sistema logístico se verifica mediante un modelo matemático construido sobre red de Petri. En segundo 
lugar, se utiliza el método SLP para analizar la intensidad logística entre cada unidad de operación para obtener el diseño mejorado. Por último, se construye un modelo de simulación visual Flex-Sim. 
Con base en los resultados de verificación de la red de Petri, y bajo la premisa de asegurar la validez del modelo de simulación, cada procedimiento de procesamiento y uso de equipos en el diseño 
original y el nuevo diseño obtenido por el método SLP son simulados y analizados para determinar si un cuello de botella en la producción es un problema. La validez del comportamiento dinámico del 
sistema logístico se verifica mediante un modelo matemático construido sobre red de Petri.En segundo lugar, se utiliza el método SLP para analizar la intensidad logística entre cada unidad de 
operación para obtener el diseño mejorado. Por último, se construye un modelo de simulación visual Flex-Sim. Con base en los resultados de verificación de la red de Petri, y bajo la premisa de 
asegurar la validez del modelo de simulación, cada procedimiento de procesamiento y uso de equipos en el diseño original y el nuevo diseño obtenido por el método SLP son simulados y analizados 
para determinar si un cuello de botella en la producción es un problema. La validez del comportamiento dinámico del sistema logístico se verifica mediante un modelo matemático construido sobre red 
de Petri. En segundo lugar, se utiliza el método SLP para analizar la intensidad logística entre cada unidad de operación para obtener el diseño mejorado. Por último, se construye un modelo de 
simulación visual Flex-Sim. Con base en los resultados de verificación de la red de Petri, y bajo la premisa de asegurar la validez del modelo de simulación, cada procedimiento de procesamiento y uso 
de equipos en el diseño original y el nuevo diseño obtenido por el método SLP son simulados y analizados para determinar si un cuello de botella en la producción es un problema. Por último, se construye un modelo de simulación visual Flex-Sim. Con base en los resultados de verificación de la red de Petri, y bajo la premisa de asegurar la validez del modelo de simulación, cada procedimiento de procesamiento y uso de equipos en el diseño original y el nuevo diseño obtenido por el método SLP son simulados y analizados para determinar si un cuello de botella en la producción es un problema. Por último, se construye un modelo de simulación visual Flex-Sim. Con base en los resultados de verificación de la red de Petri, y bajo la premisa de asegurar la validez del modelo de simulación, cada procedimiento de procesamiento y uso de equipos en el diseño original y el nuevo diseño obtenido por el método SLP son simulados y analizados para determinar si un cuello de botella en la producción es un problema.
Además, se proponen medidas y dictámenes de mejora para agilizar la logística de planta 
y maximizar el valor del sistema logístico de planta.
Situación y descripción del problema
El tema de la investigación es Wafangdian Bearing Company Limited, que es una empresa de fabricación de 
energía eólica a gran escala ubicada en Dalian, Liaoning, China. Los datos se recopilan sin un permiso especial. 
Abarcaba un área de 14.592 metros cuadrados, de los cuales el área de la planta tenía 76 metros de largo de 
norte a sur y 192 metros de ancho de este a oeste. Hay cerca de 500 gerentes y trabajadores en todos los niveles 
de la fábrica, trabajando en tres turnos. Actualmente, la empresa tiene 30 tipos diferentes de productos en curso 
para cojinetes de pivote giratorios de turbinas de energía eólica a gran escala, como cojinetes de husillo, cojinetes 
de guiñada, cojinetes de cabeceo, cojinetes de aumento de velocidad, cojinetes de reductor de accionamiento y 
cojinetes de generador, etc. Con un anual capacidad de producción de
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Tabla 1. Superficie del taller/almacén y número de equipos.
No. Nombre operativo Objetivo área / m2 Equipo
Cantidad
1
2
Taller de forja Almacenamiento de piezas forjadas en bruto de anillos interiores y exteriores 20�18
Taller de mecanizado de torno Zona de apoyo para torneado en duro y rectificado (camino de rodadura para torneado en duro, canal de 
rectificado)
32�20 + 32�18 18
3
4
5
6
taller de perforación Perforación 32�28 20
9
2
40
Taller de trabajo en caliente/engranajes Tratamiento térmico, procesamiento de engranajes 32�34
Taller de medición Medición del tamaño del punto del artículo de calidad 32�22
Taller de procesamiento de torno 
de precisión
Camino de rodadura, cara de acabado, diámetro exterior, diámetro interior, chaflán, etc. 34�28+34�dieciséis
7
8
9
10
11
taller de montaje Montaje de anillos interior y exterior dieciséis�28 15
4Taller anticorrosivo Tratamiento anticorrosivo 30�64
Taller de trabajo en proceso Almacenado en proceso, producto semielaborado dieciséis�28
Almacén de materiales auxiliares Almacenamiento de herramientas, materiales auxiliares y consumibles 34�18
taller de control de calidad Proceso de inspección y producto terminado. 30�8 + 32�8
+ 16�14
12
13
14
Taller de embalaje Producto empaquetado 36�14 1
Almacén de productos terminados Almacenamiento de productos terminados. 12�18
Edificio de oficinas Programación de producción, departamento de compras, departamento de calidad, departamento 
de información, etc.
152�8 18
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unos 15.000 conjuntos. El pedido anual actual de la empresa es de unos 8000 juegos, con una tasa de utilización 
de la capacidad de solo el 53%. Un tercio del equipo ha estado inactivo durante mucho tiempo, pero el espacio del 
taller se ha saturado y el exceso de equipo ha causado desvíos en el taller. La investigación encontró que en la 
etapa inicial del establecimiento de la fábrica, solo los procesos de producción, ensamblaje y anticorrosión del 
procesamiento del anillo interior y exterior del rodamiento se llevan a cabo en otras plantas. Después de la 
planificación de la fusión de la empresa, la fábrica necesita completar todos los procesos, desde la forja hasta el 
mecanizado, el tratamiento térmico, el montaje y la anticorrosión, entre otros. La producción de piezas y 
componentes incide directamente en el posterior proceso de montaje. Es un taller de producción típico con una 
combinación de procesos de mecanizado y montaje. La fusión de las fábricas hace que el diseño de las unidades 
de producción sea muy poco razonable, las rutas logísticas de los talleres no son fluidas y se requieren muchas 
actividades de manejo a larga distancia. Además, los ritmos de producción insatisfactorios y las líneas de 
producción desiguales aumentan el flujo de materiales y los costos de logística en la planta. El área de cada unidad 
de producción y el número de equipos se muestran entabla 1 .
Con base en los datos recopilados de la planta ytabla 1 , el diseño original de la planta se muestra 
enFigura 1 .
Frente al mercado ferozmente competitivo, la empresa adopta el modelo de producción de una sola pieza, 
que satisface las necesidades del cliente y fortalece la trazabilidad de la calidad. Sin embargo, no es suficiente 
ganar pedidos de mercado basados en alta calidad para cambiar el statu quo de la empresa, organizar 
razonablemente las instalaciones de la planta y mejorar la tasa de utilización del equipo. Reducir los costos de 
logística del taller y lograr una gestión de producción ajustada de las empresas también son medios necesarios.
Métodos
Para la revisión de este trabajo, el resto estructura la organización de la siguiente manera. Se analiza el proceso de 
producción de rodamientos para establecer el modelo TdPN para el sistema logístico de la planta. Posteriormente, se 
propone un diseño mejorado de la planta basado en SLP. Posteriormente, un modelo de simulación de la
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Fig 1. Disposición original de la planta.
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El diseño original se establece mediante el modelo TdPN y la interacción del software FlexSim, luego se 
proponen las estrategias de mejora. Por último, combinado el diseño mejorado con las estrategias 
propuestas, se establece el modelo de simulación de mejora para verificar la efectividad. Una hoja de rutadel marco general, métodos de análisis y modelos da enFigura 2 .
Modelado del proceso de producción en planta y modelo logístico TdPN
El sistema de producción de la planta es un sistema de eventos discretos típico que desencadena la ocurrencia de 
eventos con eventos. La red de Petri es un modelo de sistema de red utilizado para describir la combinación de 
procesos y sistemas físicos, que es una herramienta eficaz para el modelado de tiempo discreto. Describe no solo 
la estructura, sino también el comportamiento dinámico del sistema. Se realizan métodos de descripción 
jerárquica y análisis de las propiedades de sistemas discretos complejos, y se logra un refinamiento gradual [27 ]. 
La base del modelo TdPN de producción de rodamientos es el modelo del proceso de producción. Tomando el 
rodamiento del husillo como ejemplo, el proceso de producción se analiza y mejora para sentar las bases para el 
próximo modelado y simulación.
Análisis del proceso de producción de rodamientos.Los rodamientos para energía eólica a gran escala se componen principalmente de cuatro partes principales que son 
el anillo interior, el anillo exterior, el cuerpo rodante y la jaula, y otras piezas auxiliares, como sellos, cubiertas antipolvo y remaches. La producción de rodamientos incluye 
principalmente los dos procesos de procesamiento de anillos interior y exterior y montaje de accesorios. Las piezas forjadas de los anillos interior y exterior se procesan 
respectivamente a través de torneado, tratamiento térmico/procesamiento de engranajes, taladrado y otros procesos auxiliares de prueba para formar productos semiacabados 
de los anillos interior y exterior. Los productos semiacabados de los anillos interior y exterior que se han sometido a rectificado y otras técnicas de procesamiento deben limpiarse 
y secarse antes del montaje final. Los siguientes pasos son la clasificación en conjuntos, la instalación de elementos rodantes, cuerdas protectoras de goma, sellos, tornillos, etc. 
Después, Se siguen los procesos de limpieza con chorro de arena y pintura en aerosol para la protección contra la corrosión y el secado. Finalmente, complete la eliminación de 
los sellos semiacabados, la instalación de los sellos, los tornillos de montaje, la grasa y otros procesos de ensamblaje y empaque para formar los productos de rodamientos 
terminados, que se almacenan en el almacén de productos terminados. En la producción real, el proceso como base para el proceso estándar de producción y programación del 
plan es muy detallado. Por ejemplo, el mecanizado en torno incluye el mecanizado en torno normal (mecanizado en torno 1) y el mecanizado en torno de precisión (mecanizado 
en torno 2). Los principales procesos se muestran en que almacena en el almacén de producto terminado. En la producción real, el proceso como base para el proceso estándar 
de producción y programación del plan es muy detallado. Por ejemplo, el mecanizado en torno incluye el mecanizado en torno normal (mecanizado en torno 1) y el mecanizado 
en torno de precisión (mecanizado en torno 2). Los principales procesos se muestran en que almacena en el almacén de producto terminado. En la producción real, el proceso 
como base para el proceso estándar de producción y programación del plan es muy detallado. Por ejemplo, el mecanizado en torno incluye el mecanizado en torno normal 
(mecanizado en torno 1) y el mecanizado en torno de precisión (mecanizado en torno 2). Los principales procesos se muestran entabla 1 .
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Fig 2. La hoja de ruta de este artículo.
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Para facilitar el estudio, en la figura se muestra la modelación modular de su proceso de acuerdo al flujo de 
procesamiento.Fig. 3 .
Modelo de red de Petri cronometrada (TdPN) para sistema logístico de planta de rodamientos.Definición 
de TdPN. TdPN es propuesto por primera vez por Ramchandani para analizar el rendimiento de los sistemas 
concurrentes asincrónicos [28 ]. TdPN es una tupla de 5 ∑ = (S,T;F,METRO,DI), dónde (S,T;F,METRO) es un prototipo 
de red de Petri.S= {S1,S2,���,Snorte} es un conjunto de lugar finito de ∑,T= {T1,T2,���,Tnorte} es un conjunto finito 
de transiciones de ∑;Fes un conjunto par ordenado formado por unSelemento y unTelemento en ∑, que se 
denomina flujo Relación de ∑ Relación;METRO:S ! {0, 1, 2,���}se llama marca ∑, la marcaMETRO0(s) representa 
la distribución de fichas en el almacén en el estado inicial.R(METRO0) representa el conjunto de todos los estados 
que pueden ocurrir durante la operación del sistema, y DI es la función de tiempo de definición en el conjunto de 
transiciónT, es decir, DI:T! R0. Cuando una TdPN se representa gráficamente,Snortese dibuja como un pequeño 
círculo,Tnortese dibuja como un pequeño rectángulo,Fse dibuja como un borde dirigido y existe solo entre el círculo 
pequeño y el rectángulo pequeño, yMETRO(s) está representado por un punto negro enSnorte. El dibujo de esta 
descripción puede referirse ahigo 5. Parat2T, DI(t) =asignifica que el
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Fig 3. Modelo de proceso de fabricación de rodamientos.
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ocurrencia de transicióntrequiereaunidad de tiempo para completar. Es decir, cuando una marcaMETROsatisface 
METRO[t >, la transicióntpuede ocurrir inmediatamente, pero la ocurrencia dettermina solo despuésahan 
transcurrido las unidades de tiempo. La definición anterior de TdPN viola el principio transitorio de transición. 
Por lo tanto, en TdPN, para cada transición no transitoria se puede reemplazar por una subred compuesta por 
dos transiciones transitorias y un lugar de valor temporal (higo 4 ).
modelo TdPN. La producción, el procesamiento y el montaje de rodamientos se pueden dividir en 
varios procesos. De acuerdo con la relación de conexión entre los procesos y la duración de cada proceso, 
combinado con los principios básicos de la red de Petri, se construye un modelo TdPN del proceso de 
producción de rodamientos. La conexión de tres plantas y dos transiciones representa que la pieza de 
trabajo completa un proceso y está lista para ingresar al siguiente proceso (higo 5 ), dóndeti1representa el 
inicio del procesoi,ti2representa la finalización del procesoi, y lugarsisignifica ese procesoiestá procesando 
y asigna un valor de tiempoaial almacénsi, lo que significa que a partir deti1, al menosaila unidad de tiempo 
debe transcurrir antesti2puede ocurrir.si1significa que la pieza de trabajo está lista para el procesamiento, y
si2significa equipo para el procesamientosies utilizable o no.
De acuerdo con el análisis del proceso de producción de rodamientos descrito anteriormente, se establece un modelo 
TdPN para el sistema de logística de producción de la planta de rodamientos. El establecimiento de la TdPN ha sido un 
papel rector para el análisis logístico, la construcción de plantas, el diseño de instalaciones y
Fig. 4. Transiciones no transitorias reemplazadas por bases de valor de tiempo.
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Fig. 5. Modelo de red de Petri de un proceso.
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produccionactual.higo 6 es un modelo TdPN del sistema logístico para el procesamiento y montaje de los anillos interior y 
exterior de una planta de rodamientos. Este modelo de sistema de logística se compone de una línea de producción de 
círculo interior, una línea de producción de círculo exterior y cableado empaquetado.
Los significados de los símbolos (S,T) enhigo 6 explicar en tablas2 y3 cuáles son el tiempo de procesamiento 
del producto, el estado de espera y el estado del equipo (Tabla 2 ), y el estado de procesamiento del producto (
Tabla 3 ).
Debido a la escasez o congestión de recursos, la operación del sistema puede detenerse, es decir, no se 
pueden iniciar cambios; tal red no es vitalidad. Sea ∑ = (S,T;F,METRO,DI) ser una red de Petri retrasada. SiMETRO 2
R(METRO0) hace8t2T: ¬METRO[t >, despuésMETROse llama una marca muerta de ∑. Si no hay una marca muerta 
en ∑, entonces ∑ se llama no muerta. Enhigo 6 , laMETRO= {S1,S2,���,S63}Tse identifica, donde S1,S26,S51son los 
lugares de entrada yS63es el lugar de salida. Se analiza la situación concreta de la planta de rodamientos para 
obtener la nota inicialMETRO0= {1,1,0,0,0,1,���,1,1,0,0,0,1,���,1,0,0,1,0}Tde la red de Petri. De acuerdo con 
las reglas de cambio neto de Petri,T1se cambia bajo la marca inicial, T17tiene derecho a ocurrir. SiT17ocurre, se 
puede determinar el estado del nuevo sistema, es decir, el nuevo logotipoMETRO1= {0,0,1,0,0,1,���,0,0,1,0,0,1,
���,1,0,0,1,0}T. Después de 120 minutos, se completa el mecanizado del torno de precisión de forja del anillo 
interior,T18tiene derecho a generar,METRO2= {0,0,1,0,0,1,���,0,0,0,1,0,1,���,1,0,0,1,0}T, en este momentoT19
tiene derecho a ocurrir. La perforación del anillo interior finaliza después de 110 minutos; en este momento, el 
anillo exterior aún se encuentra en proceso de mecanizado con torno de precisión de piezas forjadas. Por 
analogía, el conjunto de transición se excita a su vez, yMETRO40= {0,1,0,0,0,1,���,0,1,0,0,0,1,���,1,0,0,1,1}Tes 
obtenido. De acuerdo con el análisis anterior, ambos 8METRO2R(METRO0) y9METRO'2R(METRO) en la marca del 
modeloMETRO'[t >, por lo que el modelo es accesible, activo y acotado, lo cual es conveniente para la simulación.
Diseño y simulación de instalaciones de plantas de rodamientos
Optimización del diseño de las instalaciones de la planta de cojinetes basada en el método de 
planificación sistemática del diseño (SLP).El método SLP obtiene el diagrama de flujo logístico del sistema de 
producción de la planta mediante el análisis del proceso logístico del proceso de fabricación. Analizar los 
problemas en el diseño de las instalaciones de la planta mediante el uso posterior de FD (flow-distance), y dibujar 
un diagrama de correlación de la ubicación de la unidad de producción de acuerdo con la relación logística para 
mejorar el sistema logístico de la planta. La cercanía de la intensidad logística entre la producción
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Fig 6. Modelo TdPN del sistema logístico de la planta de rodamientos.
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Se calculan las unidades y se analiza el grado de precisión en función del plano de planta de un 
fabricante de cojinetes de energía eólica a gran escala enFigura 1 , la distancia entre las unidades de 
producción (aproximadamente la ubicación de cada área en el punto central), la escala de producción 
(600 producción mensual) y el proceso de producción (Fig. 3 ).
Suponiendo que el sistema de producción de rodamientos tienenorteunidades de producción, y la matriz de flujo de 
materiales desde el puntoiapuntarjde cada dos unidades de producción esq= [qyo]norte×norte. Cuandoiajno tiene
relación de flujo de materiales, es decir,qyo=0, calcula la matriz de distanciaD= [dyo]norte×nortede acuerdo a
PAGSnortenortePAGS
aFigura 1 , entonces la intensidad logística mínima de todo el sistema esF¼min qyodyo.
i¼1j¼1
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Tabla 2. Implicación del taller.
Taller
S1,S26
Implicación Tiempo Planta Implicación Tiempo
Piezas forjadas de anillos interior y exterior esperando ser procesadas S25,
S51
Anillo interior y exterior a la espera del montaje de montaje
S2,S9,S21,S27,S34, El equipo de procesamiento de torno de precisión está inactivo S53 Equipo de montaje de cojinetes inactivo
S43
S3,S28 Mecanizado en torno de precisión de piezas forjadas de anillos interiores y 
exteriores
280,120 S50 Accesorios de montaje de rodamientos listos
S4,S10,S22,S38 Anillos interior y exterior en espera de procesamiento de 
dientes calientes
S52 Conjunto de cojinete 70
S6,S12,S24,S40
S5,S11,S23,S39
S7,S19,S32,S41
El equipo de procesamiento de dientes calientes está inactivo S54 Cojinete en espera de protección contra la corrosión
Calor del anillo interior y exterior/procesamiento de dientes 140,780,1945,140 S56 El equipo anticorrosión del cojinete está inactivo
Anillos interior y exterior en espera de procesamiento de torno de 
precisión
S55 Procesamiento anticorrosión de rodamientos 2215
S8,S20,S33,S42 Mecanizado de torno de precisión de anillo interior y exterior 84,75,140,60 S57 Cojinetes a la espera de ser equipados con sellos, etc.
S13,S29,S35,S44 Anillo interior y exterior en espera de perforación S59 Los sellos del conjunto de rodamientos/el equipo de inyección de grasa están 
inactivos
S15,S31,S37,S46 El equipo de perforación del anillo interior y exterior está inactivo S58 Procesamiento de sellos de ensamblaje de cojinetes / 
inyección de grasa, etc.
225
S14,S30,S36,S45 Mecanizado de anillos interiores y exteriores 635.110.70.198 S60 Rodamientos a la espera de ser embalados
Sdieciséis,S47 Anillos interior y exterior en espera de mecanizado general S62 Equipo de embalaje de cojinetes inactivo
S18,S49 El equipo de torno ordinario del círculo interior y exterior está 
inactivo
S61 Procesamiento de embalaje de rodamientos 45
S17,S48 Mecanizado de torno ordinario de anillo interior y exterior 270,280 S63 Almacenamiento de productos terminados de rodamientos
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De acuerdo con los datos recopilados y la fórmula anterior, se calcula una tabla resumen de la intensidad 
logística de la planta de rodamientos (Tabla 4 ).
Debido a que hay una gran cantidad de datos logísticos en las plantas de rodamientos grandes, se 
introducen cinco grados en el método SLP para describir la intensidad logística (Tabla 5 ). Al analizar la 
intensidad logística, se determina la secuencia de movimiento y el volumen de movimiento de los objetos 
logísticos, y luego se toma el volumen de movimiento de los objetos logísticos dentro de un período 
determinado como la intensidad logística.
Los cinco niveles de intensidad son A (absolutamente importante), E (extremadamente importante), I 
(Importante), O (ordinariamente importante), U (sin importancia).Tabla 5 indica que cuantas más líneas, más 
fuerte es la intensidad logística.
Según los criterios de clasificación y la intensidad logística enTabla 4 , se pueden analizar los niveles 
de intensidad logística de cada unidad productiva lo cual se muestra enTabla 6 . Cada par de unidades 
enTabla 6 se calcula a partir de los datos deTabla 4 .
Tabla 3. Implicación del turno.
Cambio
T1,T5,T13,T17,
Implicación Cambio Implicación Cambio Implicación
Inicio del mecanizado en torno de precisión de anillos interiores 
y exteriores
T11,
T31
Inicio del mecanizado en torno ordinario de anillos interiores y 
exteriores
T37 Inicio del montaje de accesorios de 
rodamientosT21,T27
T2,T6,T14,T18, Finalde mecanizado de torno de precisión de anillos interiores 
y exteriores
T12,
T32
Fin del mecanizado en torno ordinario de anillos interiores y 
exteriores
T38 Fin del montaje de accesorios de 
rodamientosT22,T28
T3,T7,T15,T25 Comienzo del mecanizado de dientes / calor de los anillos interior y 
exterior
T33 Comienzo del montaje del manguito de cojinete T39 Comienzo del embalaje de rodamientos
T4,T8,Tdieciséis,T26 Final de calor/mecanizado de dientes de anillos interiores y 
exteriores
T34 Montaje del extremo del manguito del cojinete T40 Embalaje del final del rodamiento
T9,T19,T23,T29 Inicio de la perforación de los anillos interior y exterior T35 Comienzo de la protección contra la corrosión del cojinete
T10,T20,T24,T30 Fin de la perforación de los anillos interior y exterior T36 Protección contra la corrosión del extremo del cojinete
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Tabla 4. Resumen de la intensidad logística de la unidad productiva del plan de rodamientos.
A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Total
De Forjar Torno
mecanizado
taller 1
Torno
mecanizado
taller 2
Perforación Calor/
Engranaje
Trabajar en
Progreso
Auxiliar
material
depósito
Asamblea
taller
Anti-
corrosivo
taller
1 Forjar
taller
1423890 1423890
2 Torno
mecanizado
taller 1
1230533 1277542 2508075
3 Torno
mecanizado
taller 2
1697515 745020 2089768 4532303
4
5
6
Perforación 1552618 848757 339503 2740878
3759252
452424
Artes de calor 1490041 1433185 836025
Trabajar en
Progreso
452424
7 Auxiliar
material
depósito
55567393 55567393
8 Asamblea
taller
66319272 66319272
9 Anticorrosivo
taller
66319272 66319272
Total
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0 1552618 4993222 4408243 1920548 2089768 0 122339089 66319272 203622762
Basado en el orden vertical de los talleres enumerados enTabla 4 , el grado de intensidad logística 
para cada unidad de producción se determina y presenta enTabla 6 . Así, las correlaciones de las 
unidades de producción se clasifican enfigura 7 .
Debido a la gran cantidad de interrelaciones entre las unidades de producción en la planta de rodamientos, la 
puntuación de proximidad de cada unidad de producción debe calcularse de acuerdo conTabla 5 yfigura 7 , con el 
fin de dibujar un mapa de disposición de la planta. Una puntuación más alta indica que la unidad de producción 
está más cerca del centro del mapa de diseño. En comparación, la unidad de producción con una puntuación más 
baja debería estar más cerca del borde del diseño. Por lo tanto, la planta se reorganiza de acuerdo con el orden de 
las puntuaciones de proximidad, que es el taller de mecanizado de torno 2. taller de montaje! taller de operación 
de perforación! Taller de operación de tratamiento térmico/procesamiento de engranajes. taller de trabajo en 
proceso! taller anticorrosivo! taller de mecanizado de torno 1 ! Taller de materiales auxiliares !Taller de forja.
En el diagrama de relación de ubicación de las unidades de producción, las unidades de producción están 
representadas por los números marcados en '�',y las unidades de almacenamiento se representan con '4'.los
Tabla 5. Clasificación del nivel de intensidad logística.
Intensidad logística
nivel
Símbolo Porcentaje de
carga de trabajo
El porcentaje de
logística de total
Monto
Puntaje Línea Logística
nivel de intensidad
Símbolo Porcentaje de
carga de trabajo
El porcentaje de
logística de total
Monto
Puntaje Línea
Logística ultra alta
nivel
A 10% 40% 4 General
logística
intensidad
O 40% 10% 1
Logística extra alta
intensidad
mi 20% 30% 3 Despreciable
intensidad
tu 0
Extraordinario
intensidad logística
yo 30% 20% 2
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Tabla 6. Intensidad logística de unidad de producción a unidad de producción.
No.
1
2
3
4
Unidades Nivel de intensidad logística Calificación No. Unidades Nivel de intensidad logística Calificación No. Unidades Nivel de intensidad logística Calificación
O
mi
A
1–3 1423890 O 5 3–5 2235061 yo 9 6–8 452424
2–3 1230533 O 6 3–6 2089768 yo 10 7–8 55567393
2–4 2830160 yo 7 4–5 1772688 O 11 8–9 132638544
3–4 2546272 yo 8 5–6 836025 O
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La interrelación entre las unidades de producción utiliza diferentes tipos de conexiones de línea. Sin embargo, la 
naturaleza de las unidades de producción no necesariamente se distingue estrictamente con este método.
Por ejemplo, se encuentra que la intensidad logística entre el taller anticorrosivo (9) y el taller de 
ensamblaje (8) es la más fuerte (grado A) defigura 7 , que se representa con tres líneas que conectan los 
dos números. Los números del 1 al 9 están representados en el nombre de los talleres.figura 7 . Aplicando 
este método a todos los talleres,higo 8 se dibuja para mostrar las correlaciones de las ubicaciones de las 
unidades de producción.
Fig 7. Diagrama de correlación de unidades de producción.
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Fig 8. Diagrama de correlación de la ubicación de la unidad de producción.
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Al combinar con el diseño inicial de la planta, el diagrama de correlación de ubicación (higo 8 ) y la 
situación actual de la planta, el nuevo layout de la planta (higo 9 ) se dibuja después del intercambio del 
taller de ensamblaje, el taller de trabajo en proceso y el taller de operación de procesamiento de torno de 
precisión.
Simulación de sistema logístico de planta de rodamientos basado en TdPN.El modelo TdPN 
mencionado anteriormente para el retraso logístico de la planta de rodamientos describía de forma clara e 
intuitiva el proceso de producción de rodamientos, el estado en tiempo real, la transición entre estados y 
la relación lógica entre los procedimientos de procesamiento y los recursos. Sin embargo, la red de Petri 
no pudo afectar la eficiencia del sistema de producción y la evaluación y mejora cuantitativa de la 
utilización de recursos. Simultáneamente, el método SLP se usa para obtener el mapa de diseño de mejora 
entre las unidades de producción en la planta, pero si tiene más ventajas que el plan de diseño original 
necesita verificación y análisis adicionales. Por lo tanto, toda la logística de la planta
Fig 9. Distribución de la planta después de la mejora.
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Fig 10. Diagrama de diseño del proceso de simulación.
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El sistema se simula con el software de simulación que podría resolver este problema de manera efectiva. 
Los datos de simulación más cercanos al estado real se analizan para predecir los problemas que puedan 
existir en la producción, proponer soluciones de mejora yverificar la efectividad del esquema.
Diseño de procesos de simulación.Se diseña un proceso de modelado y simulación de logística de producción 
razonable para el sistema de logística de producción de la planta de rodamientos, que incluye tres etapas 
importantes de investigación, la etapa de preparación preliminar, la etapa de modelado y simulación, y la etapa de 
análisis y optimización (higo 10 ).
1. La etapa de preparación preliminar.
El trabajo en esta etapa se puede dividir en evaluación de viabilidad, descripción del problema y recopilación 
de datos. La evaluación de viabilidad consiste en evaluar el método SLP de mejora del diseño de la planta de 
rodamientos, el modelo de red de Petri del sistema de logística de producción, el problema simulado y la 
viabilidad del método. La descripción del problema se refiere a recopilar información de manera precisa y 
completa sobre el proceso de producción de rodamientos y la distribución de equipos de planta, y analizar y 
descubrir problemas para aclarar las tareas de modelado y simulación. La recopilación de datos es para 
recopilar datos sobre el horario de turnos, el tiempo de procesamiento del equipo, la capacidad de producción 
y el área de cada estación de trabajo en el proceso de producción real.
2. La etapa de modelado y simulación
El trabajo principal en esta etapa incluye dos pasos. El primer paso es el establecimiento y análisis matemático 
del modelo TdPN que describe con precisión la naturaleza del sistema de producción real basado en el 
proceso de producción de rodamientos en la etapa de preparación preliminar. El segundo paso es establecer y 
ejecutar el modelo de simulación FlexSim, que consiste en mapear el modelo de red de Petri en el software 
FlexSim de acuerdo con ciertas reglas. Al establecer parámetros y ajustar recursos, se genera el modelo de 
simulación FlexSim. Los procesos se pueden encontrar en los capítulos de 'Modelo de red de Petri 
cronometrada (TdPN) para sistema logístico de taller de rodamientos' y 'Establecimiento del modelo de 
simulación'.
3. La etapa de análisis y mejora.
Esta etapa es para analizar los resultados de la operación de simulación del sistema de producción de 
rodamientos para encontrar la razón de todo el problema del sistema y el desequilibrio de producción. En base 
a los problemas encontrados, con la integración del diseño de planta mejorado obtenido por el método SLP, se 
propone una estrategia de mejora específica. Finalmente, el método propuesto y la estrategia de mejora se 
verifican ejecutando el modelo de mejora y analizando los resultados de la simulación (consulte los capítulos 
'Mejora del diseño de las instalaciones de la planta de cojinetes basada en el método de planificación 
sistemática del diseño (SLP)' y discusión).
PLOS UNO |https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685 28 de septiembre de 2020 14 / 23
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Tabla 7. Nombre de la entidad, significado y unidad de producción correspondiente.
Unidad de producción
Taller de forja
tipo de entidad Sentido Unidad de producción tipo de entidad Sentido
Generar cuerpos rodantes, etc.generador 192,
280.
Generar forjados de anillos internos y 
externos.
Auxiliar
materiales
depósito
Generador 1.
Almacenamiento temporal
área 193, 281
Almacenamiento de piezas forjadas de anillos interiores y 
exteriores
Almacenamiento temporal
área 2
Jaula de almacenamiento, etc
torno de precisión
taller
Procesando
taller
Procesador 294–298,
215–218, 235–237,
331 etc
Mecanizado de proceso de precisión 
(rectificado).
Trabajo de torno
área
Procesador 194–197,
282–287, 322, 333,
243 etc
Mecanizado de procesos ordinarios (rectificado). 
Almacenamiento temporal de trabajos en curso antes y 
después del procesamiento ordinario de los anillos 
interior y exteriorAlmacenamiento temporal
área 241, 232,
217etc.
Almacenamiento temporal del trabajo en curso antes 
y después del mecanizado de precisión de los anillos 
interior y exterior
Almacenamiento temporal
zona 206, 247, 323 
etc
Caliente / equipo
taller
Procesador 306–308,
345–348, 212, 290
etc.
Tratamiento térmico / procesamiento de dientes; área de perforación Procesador 310–318,
221–223, 207, 208,
203, 199, etc
proceso de perforación; Almacenamiento temporal 
del trabajo en curso antes y después de la 
perforación de los anillos interior y exterior
Almacenamiento temporal
zona 309, 291, 213, 
etc.
Almacenamiento temporal de trabajos en curso 
antes y después del tratamiento térmico/
mecanizado de dientes de anillos interiores y 
exteriores
Almacenamiento temporal
zona 319, 211, 204, 
etc.
Anticorrosivo
taller
Procesador 9–12. Proceso anticorrosivo. Asamblea
taller
Sintetizador 23–34,
5–7.
Mecanizado de procesos de equipos. Almacenamiento 
temporal de rodamientos en proceso
Almacenamiento temporal
área 13
Rodamiento de almacenamiento temporal en proceso Almacenamiento temporal
zona 35, 8
Trabajo en proceso
taller
Absorbedor 253, 419. Absorba la pieza de trabajo después de completar todos 
los procedimientos de procesamiento del anillo interior 
y exterior. Almacenamiento de anillos interiores y 
exteriores acabados
Acabado
productos
depósito
Absorbedor 246. Absorba la pieza de trabajo después de completar todos los 
procedimientos de procesamiento de rodamientos. 
Almacenamiento de rodamientos terminados
Almacenamiento temporal
área 252, 352
Almacenamiento temporal
área 36
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Establecimiento y ejecución del modelo de simulación.El software FlexSim puede establecer un modelo de 
simulación visual orientado a objetos que tiene una relación de interacción y mapeo con el modelo de red de Petri. 
En el modelo de red de Petri, las plantas representan diferentes tipos de recursos correspondientes a las 
entidades en FlexSim. Al analizar la logística del proceso, cada paso se considera como una unidad de 
procesamiento con solo entradas y salidas. Los cambios en la red de Petri corresponden al puerto de la entidad en 
FlexSim. La actividad de la red de Petri se puede utilizar para verificar la exactitud de la lógica del modelo de 
simulación FlexSim, restaurar completamente el sistema de producción real y garantizar la autenticidad del 
modelo de simulación. De acuerdo con el número de equipos de la planta, el plano del diseño de la planta y el 
modelo de red de Petri combinado con el tipo y significado de la entidad de simulación, Se establece un modelo de 
simulación física correspondiente a la unidad de producción de la planta y se fijan los parámetros de cada entidad. 
El tipo de entidad, el nombre de la entidad y el significado de cada unidad de producción se muestran enTabla 7 . 
Entre ellos, para mostrar visualmente el flujo físico y la situación de producción desequilibrada en la planta de 
rodamientos, se han agregado áreas de almacenamiento temporal antes y después de la unidad de producción de 
procesamiento para almacenar el trabajo en curso. La capacidad máxima se establece en 1000 para evitar el 
fenómeno de que los procesos anteriores y posteriores no estén conectados y no puedan funcionar. Finalmente, 
en el proceso de producción de rodamientos, es necesario tomar el material (anillo interior, anillo exterior y 
materiales auxiliares) a intervalos regulares. Las materias primas generadas por el generador y el tiempo de 
llegada al almacén para tomar material están sujetos a una distribución normal [29 ]. El procesador proporciona 
funciones de configuración de tiempo y dirección de flujo, que indican el tiempo de procesamiento de diferentes 
procesos en producción y ensamblaje. Los cojinetes de energía eólica a gran escala tienen un gran volumen y solo 
pueden ser transportados por carretillas elevadoras de uno en uno.
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https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685.t007
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Fig 11. Modelo de simulación del sistema logístico de diseño original de la planta de rodamientos.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685.g011
Según el estatus de cada entidad enTabla 7 , las entidades del proceso de producción se conectan mediante la 
tecla "A", mientras que la tecla "S" se utiliza para carretillas elevadoras como herramientas de manipulación. Esas 
dos claves indican las diferentes transiciones de estado y las relaciones mutuas de los recursos. Para garantizar la 
calidad del producto y reducir la tasa de rechazos, en la producción real, se requiere una inspección de calidad 
para cada proceso. En el taller se habilitó un área de trabajo especial para los inspectores de calidad. Sin 
embargo, debido al gran peso y volumen del producto, el proceso de inspección de calidad no se refleja en el 
modelo de simulación ya que lo realiza el inspector de calidad a la estación correspondiente, lo que no genera 
flujo de material del producto. El modelo de simulación se establece en FlexSim para el diseño inicial (higo 11 ).
Después de configurar el modelo de simulación FlexSim del sistema de producción de la planta de rodamientos, los parámetros 
del procesador de simulación se establecen de acuerdo con el flujo del proceso de producción de rodamientos, el tiempo de 
procesamiento del equipo, el calendario de turnos, etc. Luego, se ejecuta el modelo de simulación para lograr visualizar la dinámica 
de producción. . Para expresar mejor el rendimiento del sistema logístico de producción de la planta de rodamientos, en este 
documento se utiliza el método de simulación de estado final. Con el tiempo de parada de la simulación establecido en 28800, los 
datos del informe de simulación se recuperan después de ejecutar el modelo de simulación (Tabla 8 ). La simulación da como 
resultadoTabla 8 puede expresar intuitivamente información como la cantidad de elementos que ingresan y salen en diferentes 
dispositivos, el tiempo promedio de los elementos que permanecen en el dispositivo, el tiempo de inactividad del dispositivo, el 
tiempo de funcionamiento del dispositivo y el tiempo de bloqueo del dispositivo.
Discusión
Análisis y mejora de resultados de simulación
Análisis de resultados.Este artículo estudia principalmente el cuello de botella del sistema logístico de producción de 
la planta de rodamientos, mejorando el diseño de los equipos de la planta. La tasa de inactividad de los equipos y el 
número de trabajo en proceso se analizan de acuerdo con las características de la producción de rodamientos.
1. Tasa de inactividad del equipo
A través del análisis estadístico de los datos con el módulo en el software FlexSim, se puede calcular claramente la 
proporción de diferentes estados de trabajo de diferentes equipos en todo el proceso de producción, para obtener la 
utilización de diferentes equipos. De acuerdo con los resultados de la simulación inicial (Tabla 8 ) de las condiciones de 
trabajo del sistema de producción, la tasa de inactividad de cada dispositivo se puede calcular como tasa de inactividad 
del equipo = inactividad / estado_desde�100%. Con el método de promedio móvil para ajustar la curva de tendencia de 
cambio, se dibuja un diagrama de dispersión de la tasa de inactividad de cada dispositivo (higo 12 ).
Desde elhigo 12 , se pueden identificar tres áreas con potencial de mejora donde la tasa de inactividad de los 
equipos es significativamente mayor, a saber, el área de operación de perforación (P199, P201, P207,
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Tabla 8. Resultado de la simulación inicial.
Clase
Procesador l94
Procesador l95
Procesador l96
Procesador l97
Procesador l99
Procesador 200
Procesador 201
Procesador 203
Procesador 205
Procesador 207
Procesador 208
Procesador 210
Procesador 212
Procesador 214
Procesador 221
Procesador 222
Procesador 223
Procesador 224
Procesador 227
Procesador 234
Procesador 235
Procesador 243
Procesador 282
Procesador 283
Procesador 285
Procesador 286
Procesador 287
Procesador 288
Procesador 290
Procesador 292
Procesador 297
Procesador 306
Procesador 307
Procesador 308
Procesador 310
Procesador 312
Procesador 320
Procesador 322
Procesador 324
Procesador 333
Procesador 335
Procesador 343
Procesador 345
Procesador 346
Procesador 347
Procesador 348
Procesador 9
entrada de estadísticas salida de estadísticas tiempo de permanencia de las estadísticas estado desde inactivo Procesando obstruido
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6
0
821
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6021
0
0
0
18754
268 267 60 28766 12746 16020
19 19 60 27399 26259 1140
267 267 60 28793 12773 16020
19 19 60 27459 26319 1140
285 285 10 28743 25893 2850
285 285 50 28793 14543 14250
285 285 5 28798 27373 1425
285 284 45 28798 1601S 12780
175 174 140 28734 4374 24360
174 174 10 28761 27021 1740
174 173 40 28761 21S41 6920
173 173 20 28659 25199 3460
165 164 140 28799 5839 22960
163 163 60 28691 18911 9780
157 156 153 28683 4815 23868
156 156 15 28674 26334 2340
156 156 30 28704 24024 4680
156 156 20 28735 25615 3120
155 155 30 28665 24015 4650
87 86 230 28609 8829 19780
86 86 80 28707 21827 6880
86 85 15 28786 27511 1275
156 156 70 28778 17852 10920
131 131 70 28438 19268 9170
156 155 75 28778 17107 10S50
155 154 140 28765 7205 21560
131 131 70 28508 19338 9170
131 131 140 28648 10308 18340
150 149 140 28790 7930 20860
149 148 64 28799 19327 9472
148 148 20 28693 25733 2960
72 71 360 28710 3150 25560
71 70 210 28677 13977 14700
70 70 210 2S704 14004 14700
70 69 260 28738 10798 17940
69 69 15 28620 27585 1035
69 6S 360 28620 4140 244S0
6S 6S 10 28605 27925 6S0
6S 6S 10 28699 28019 6S0
6S 6S 20 28780 27420 1360
67 67 60 28538 24518 4020
67 66 240 28607 12767 15840
37 36 647 28685 5384 17280
36 35 720 28617 3417 25200
35 34 720 28617 4137 24480
34 33 210 28617 21687 6930
22 21 11S3 28726 3591 6380
(Continuado)
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Tabla 8.(Continuado)
Clase
Procesador 10
Procesador 11
Procesador 12
entrada de estadísticas salida de estadísticas tiempo de permanencia de las estadísticas estado desde inactivo Procesando obstruido
21515
0
0
21 20 1376 28581 766 6300
20 19 1440 28281 921 27360
19 19 150 28431 25581 2850
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685.t008
P210, P223, P312), el área de operación de mecanizado de torno (círculo interior) (P195, P197, P224, P243, 
P322) y las áreas de operación de procesamiento de torno de precisión (P227, P297, P324, P335).
2. Número de obras en proceso de producción
Cuando aumenta la cantidad de productos semielaborados acumulados en un proceso, el 
equipo del proceso siempre está en estado de funcionamiento y la capacidad de procesamiento 
del equipo se debilita, lo que afectará los procesos posteriores, lo que resultará en la eficiencia 
de producción y la producción. capacidad de todo el sistema de producción a declinar. Sin 
embargo, debido a que el número de obras en proceso es difícil de contar por simulación, el 
análisis se realiza con la tasa de bloqueo del equipo.
De acuerdo con los resultados de la simulación inicial (Tabla 8 ) de las condiciones de trabajo del sistema de 
producción, la tasa de bloqueo de cada dispositivo se puede calcular como tasa de bloqueo del equipo = 
bloqueado / estado_desde�100%, que se muestra enTabla 9 .
Se puede concluir deTabla 9que cinco procesadores tienen diferentes grados de bloqueo. Entre ellos, se 
identifican como cuellos de botella tres de los procesadores con índices de bloqueo significativamente más altos, 
que son el procesador 345 (20,10 %), el procesador 9 (65,29 %) y el procesador 10 (75,28 %). A través del análisis 
del flujo de procesamiento y el tiempo de producción de rodamientos, el procesador 345 está en el área de 
operación de procesamiento de engranajes/tratamiento térmico, mientras que el procesador 9 y el procesador 10 
están en el área anticorrosiva, el tiempo de procesamiento posterior de esos dos procesadores es 1440. 
Encontramos que la razón principal del bloqueo varía ampliamente en
Fig. 12. Diagrama de dispersión de la tasa de inactividad del equipo y gráfico de la curva de ajuste.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685.g012
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Tabla 9. Tabla de bloqueo de equipos.
Entidad
Procesador 282
Procesador 285
Procesador 345
Procesador 9
Procesador 10
tiempo de bloqueo Tasa de bloqueo
0,02%
2,85%
20,10%
65,29%
75,28%
6.47
821.03
6021.41
18754.49
21514.72
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tiempo de procesamiento antes y después, lo que provoca un desequilibrio en la línea de producción. Por lo tanto, 
para mitigar esta diferencia horaria, se recomienda aumentar la cantidad de equipos en el área de operación de 
procesamiento del torno para los procesos posteriores.
Estrategia de mejora.La optimización de simulación por computadora del sistema dinámico de eventos 
discretos puede superar la dificultad de resolver la mejora del equipo del sistema de producción tradicional y la 
limitación del método de solución, y generar resultados de forma rápida y precisa, utilizando sus funciones 
integradas de análisis de flujo y datos. Del análisis de los resultados de la simulación enTabla 8 , el sistema de 
producción de la planta de rodamientos tiene una utilización de equipos desequilibrada, lo que provoca una 
producción desequilibrada.
Del capítulo de 'Mejora del diseño de las instalaciones de la planta de cojinetes basada en el método 
de planificación sistemática del diseño (SLP)', sabemos que el diseño de la planta de cojinetes no es 
razonable. Por lo tanto, desde la perspectiva anterior, el sistema de producción existente se mejora para 
equilibrar la utilización de diferentes equipos, lo que a su vez mejora la eficiencia de producción general y 
logra el propósito de mejorar la logística del sistema de producción.
Proponemos dos estrategias basadas en el análisis anterior.
1. Aumentar/disminuir el número de equipos
Según el análisis, las tasas de inactividad de los equipos en las tres áreas operativas del sistema 
de producción de rodamientos son muy altas. Por lo tanto, los equipos con tasa de inactividad 
superior al 80% se eliminan directamente enTabla 8 , que incluye los equipos P199, P201, P207, 
P210, P223, P312, P195, P197, P224, P243, P322, P227, P297, P324, P335. No solo ahorra muchos 
costos, sino que también equilibra la línea de producción. A su vez, de acuerdo al análisis de tasa 
de bloqueo de equipos, se puede saber que el bloqueo del procesador 9 y 10 en el área 
anticorrosiva se debe al tiempo de procesamiento de su proceso posterior (procesador 11) que 
es de 1440. Por lo tanto, se deben agregar los procesadores 1 y 2 que son iguales al procesador 
11. De manera similar, el bloqueo del procesador 345 en el área de operación de procesamiento 
de engranajes/tratamiento térmico también se obstruye debido al tiempo de procesamiento de 
un proceso posterior que es 1440. Por lo tanto, se debe agregar el procesador 3 que es el mismo 
que el procesador 346. Para el bloqueo del procesador 282, 285 en el área de trabajo de 
procesamiento del torno (anillo exterior),
2. Mejorar el diseño de la planta
La planta ha experimentado la fusión y la expansión de los procesos y equipos de producción. 
Debido al diseño irrazonable de las unidades de producción, la ruta logística del taller tiene un 
fenómeno de rotonda y cruce, y la planta de rodamientos a gran escala es difícil de mover, por lo 
que es muy importante un diseño de planta razonable. Según el análisis del método SLP 
utilizado en este documento, se sabe que el diseño del taller no es razonable. El diseño mejorado 
de la planta después del intercambio del área de ensamblaje, el almacén de trabajo en proceso y 
el área de operación de procesamiento de torno de precisión se muestra enhigo 9 .
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https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239685.t009
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
Fig 13. Modelo de simulación del sistema logístico de diseño después de la mejora de la planta de rodamientos.
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Simulación de modelos y análisis de resultados mejorados
Los dos métodos propuestos en la estrategia de mejora apuntan principalmente a los tres problemas, 
utilización desequilibrada del equipo en el sistema de logística de producción de la planta de 
rodamientos, acumulación grave de trabajo en curso (alta tasa de bloqueo de equipos) y diseño 
irrazonable de la planta. Esta sección combina estas dos estrategias de mejora para formar 
razonablemente un esquema de mejora completo y restablecer un modelo de simulación del sistema de 
producción de la planta de rodamientos (figura 13 ).
Después de establecer el modelo de simulación FlexSim mejorado del sistema logístico de producción de la 
planta de cojinetes, se establecen los parámetros de cada equipo de procesamiento. Otras condiciones de 
simulación, como el calendario de turnos, no se modifican. El método de simulación de estado final todavía se usa. 
Después de ejecutar la simulación 28800, se obtiene un análisis comparativo de la tasa de inactividad del equipo y 
la tasa de bloqueo de cada paso de procesamiento después de la mejora, como se muestra en las tablas. 10 y11 .
Según los datos enTabla 10 , el equipo de procesamiento de alta inactividad en el sistema de 
producción de la planta de cojinetes se ha mejorado y reducido de 17 a solo 2. Esta situación puede 
deberse al corto tiempo de procesamiento del equipo en estas estaciones, la baja utilización de
Tabla 10. Comparación de tasas de inactividad de equipos antes y después de la mejora.
Entidad Tiempo libre
antes de
mejoramiento
Tasa de inactividad antes
mejoramiento
Tiempo de inactividad después
mejoramiento
Tasa de inactividad después
mejoramiento
Entidad Tiempo libre
antes de
mejoramiento
Tasa de inactividad antes
mejoramiento
Tiempo de inactividad después
mejoramiento
Tasa de inactividad después
mejoramiento
Procesador
195
26258.91 95,84% 0 0% Procesador
227
24014.63 83,78% 0 0%
Procesador
197
26318.91 95,85% 0 0% Procesador
243
27511.21 95,57% 0 0%
Procesador
199
25892.85 90,08% 0 0% Procesador
297
25733.19 89,68% 0 0%
Procesador
201
27372.85 95,05% 0 0% Procesador
312
27584.79 96,38% 0 0%
Procesador
207
27021.3 93,95% 0 0% Procesador
322
27925.22 97,62% 0 0%
Procesador
210
25198.61 87,93% 0 0% Procesador
324
28018.62 97,63% 0 0%
Procesador
222
26333.72 91,84% 21766.7 75,61% Procesador
333
27420.15 95,27% 27278.58 94,78%
Procesador
223
24023.72 83,70% 0 0% Procesador
335
24517.68 85,91% 0 0%
Procesador
224
25615.37 89,14% 0 0%
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Tabla 11. Comparación de situación de bloqueo antes y después de la mejoría.
Entidad tiempo de bloque
antes de
mejoramiento
Inicial
bloqueo
Velocidad
tiempo de bloque
después
mejoramiento
optimizado
bloqueando
Velocidad
Bloqueo
reducción
porcentaje
entidad tiempo de bloque
antes de
mejoramiento
Inicial
bloqueo
Velocidad
tiempo de bloque
después
mejoramiento
optimizado
bloqueando
Velocidad
Bloqueo
reducción
porcentaje
Procesador
282
6.4663 0.023% 0 0,00% 100,00% Procesador 9 18754.5 65,29% 0 0,00% 100,00%
Procesador
285
821.03 2,85% 0 0,00% 100,00% Procesador10 21514.7 75,28% 0 0,00% 100,00%
Procesador
345
6021.41 20,10% 0 0,00% 100,00%
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el equipo, y la imposibilidad de aprovechar al máximo su capacidad de producción original. Por lo tanto, se 
provoca el desequilibrio en el sistema de producción.
Según los datos enTabla 11 , se puede observar que la tasa de obstrucción del equipo se reduce en un 
100%. Si bien no hay obstrucción del equipo en el sistema de producción mejorado, se indica que el 
esquema de mejora propuesto en este documento satisface la demanda de capacidad de producción, 
elimina el bloqueo de la línea de producción, mejora la utilización del equipo y hace que el sistema de 
producción sea más eficiente. equilibrado. Por lo tanto, después de la mejora, el bloqueo del equipo y la 
tasa de inactividad del equipo mejoran considerablemente, y la línea de producción está más equilibrada.
Conclusión
Si la planificación logística de la planta de una empresa de fabricación es razonable, tiene un gran 
impacto en la eficiencia de producción y la rentabilidad de una empresa, y afecta directamente la 
calidad y el costo de la producción. Con base en la investigación de este documento, se puede saber 
que el método de mejora propuesto puede resolver los problemas de utilización de equipos 
desequilibrados, cuellos de botella, diseño de planta irrazonable, efectividad de la interacción entre 
el modelo de simulación y el sistema de producción real, etc. Este estudio investiga el estado de una 
gran planta de producción de energía eólica, con recopilación de información y datos relevantes y 
su aplicación al método SLP para replanificar el diseño de las instalaciones de la planta. Además, 
para encontrar los cuellos de botella que restringen todo el sistema logístico de producción de la 
planta, este artículo establece un modelo de proceso de fabricación de rodamientos con el método 
de red de Petri, y verifica la validez del modelo teórico con datos como el número de equipos y el 
tiempo de procesamiento en el proceso de producción. Este método de modelado tiene las ventajas 
de una representación matemática simple e intuitiva, fácil de entender y estricta. Sin embargo, no 
puede cumplir con los requisitos de tipos de datos y cantidades de datos necesarios para la 
simulación numérica. Por lo tanto, las ventajas de la interfaz de datos, el modelado modular y la 
visualización dinámica de los parámetros de rendimiento estadístico se proporcionan para el 
software de simulación. Combina la simulación Petri net y FlexSim para establecer una relación de 
mapeo modelo entre los dos. Sintetizar las ventajas de la simulación Petri net y FlexSim para 
analizar el sistema de producción puede lograr mejor la simulación de mejora del sistema. Seguido 
del análisis de problemas de bloqueo y desequilibrio en la producción, y del montaje del rodamiento 
con base en los resultados de la simulación, se proponen sugerencias para cambiar el número de 
equipos. Con el plan de distribución de planta combinado obtenido por el método SLP, se forma un 
plan de mejora completo. Posteriormente, el problema del bloqueo del sistema de producción y el 
desequilibrio de la producción se resuelven y alivian mediante la resimulación y el análisis 
comparativo. Además, la eficacia y la racionalidad del esquema propuesto se verifica en este 
documento que proporciona alguna referencia para la mejora del diseño de la planta de las 
empresas relevantes. En el estudio futuro,
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MÁS UNO La planificación del diseño de las instalaciones de la planta basada en TdPN y SLP
características del sistema de producción de la planta de rodamientos, y la adopción del método de 
reorganización de la estación para ajustar racionalmente el proceso, reducir la cantidad de equipos y aumentar la 
capacidad de producción de todo el sistema de producción.
Contribuciones de autor
Conceptualización:Hanwen Liu, Xiaobing Liu. 
Curación de datos:Lin Lin, Yuqing Xu.
Análisis formales:Hanwen Liu. 
Investigación:Lin Lin.
Metodología:Hanwen Liu, Sardar MN Islam. 
Administración de proyecto:Hanwen Liu, Lin Lin.
Recursos:Hanwen Liu, Xiaobing Liu. 
Software:Yuqing Xu.
Supervisión:Xiaobing Liu, Sardar MN Islam. 
Validación:Xiaobing Liu.
Visualización:Yuqing Xu. Redacción – 
borrador original:Hanwen Liu.
Redacción – revisión y edición:Sardar MN Islam.
Referencias
1.Feng DZ, Wu N, Fan JJ, Jiang MX. Diseño de Layout y Optimización de Simulación de Instalaciones de 
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