Teoría de Líneas de Espera


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1 Teoría de Colas

2 Teoría de Líneas de Espera COLAS: Líneas de espera que utiliza modelos matemáticos que describen sistemas de líneas particulares o Sistemas de Colas. Modelos presentan las siguientes características: Estado Estable Tiempo de espera no muy largo. Costo de Servicio no sea muy alto.

3 Dos Componentes PEPS

4 Desempeño en el Servidor Trabajo en equipo Trabajo individualizado

5 El Modelo Básico Este sistema se conoce como cola de espera de un servidor Supuestos: Llegadas entran al sistema de manera aleatoria Las llegadas vienen de una población infinita y llegan una a la vez No se permiten llegadas simultáneas Distribución de Poisson

6 El Modelo Básico Supuestos: Las llegadas no pueden cambiar lugares en la línea Las llegadas no pueden dejar la cola antes de ser servidas Las llegadas no pueden cambiar lugares en la línea Se supone que un solo servidor proporciona el servicio que varía aleatoriamente No se permite que las unidades que salen del sistema vuelvan a entrar de inmediato

7 Características de Operación a) Análisis de la Cola Longitud Promedio de la Cola Tiempo de Espera Promedio en la Cola Lq = 2 λ µ ( µ - λ ) Wq = Lq λ En donde: λ es la tasa promedio de llegadas por unidad de tiempo µ es la tasa promedio de servicio de las llegadas por unidad de tiempo

8 Características de Operación b) Análisis del Sistema Longitud Promedio del Sistema Tiempo de Espera Promedio en el Sistema L = λ µ - λ W = 1 µ - λ Regla general: la tasa de llegada debe ser menor que la tasa de servicio

9 C) Utilización de la Instalación de Servicio Probabilidad de que el sistema esté vacío: Po = 1 - λ µ Tiempo de actividad esperado en el sistema: Probabilidad de tener n unidades en el sistema: U = Pn = 1 - Po λ µ n Po Probabilidad de que la línea exceda a L: P(n>L)= λ µ L+1

10 Ejemplo Para utilizar una máquina cajera automática de un banco, llegan clientes al azar a una tasa de 5 por hora. Si la máquina cajera puede despachar a 10 clientes por hora, determine el actual sistema de operación de esta instalación de servicio

11 Análisis Económico Costo de servicio Cs Costo de espera Cw

12 Costo del Sistema CT $ o Cs Cw T óptima Tasa de Servicio

13

14 Ejemplo. Costo de espera conocido Se está estudiando un muelle de carga y descarga de camiones para aprender cómo debe formarse una brigada. El muelle solo tiene espacio para un camión, el tiempo de descarga puede reducirse aumentando el tamaño de la brigada. Las llegadas tienen un comportamiento Poisson y tiempo de servicios exponenciales.

15 La tasa promedio de servicio es un camión por hora para un cargador; los camiones llegan a una tasa de dos por hora, en promedio y el costo de espera es de $20 por hora por camión. Si se le paga $5 la hora a cada miembro de la brigada Cuál es el mejor tamaño de esta?

16 Qué hacer cuando el costo de espera es desconocido? $ µ= λ λ 4 + λ Wq

17 La Ozella Fish Co. le compra a botes camaroneros independientes, su pesca de camarón para posteriormente empacarlo y venderlo a cadenas de supermercados en todo el país. Cuando estos botes llegan durante la temporada de pesca, hay que descargarlos tan rápido como sea posible para que puedan volver al mar. Si el patrón de llegada de los botes es aleatorio y el tiempo de descarga también lo es, cuál es el número de trabajadores que la empresa debe utilizar para descargar los botes, si se quiere que estos esperen como máximo 10 minutos antes de ser atendidos en el muelle? Los botes llegan a una tasa promedio de uno por hora y cada trabajador descarga ½ bote por hora

18 Modelos con Servidores Múltiples Modelo Propio Una cola un servidor o Simulación

19 Una Cola y Varios Servidores Sea c el número de servidores a) Análisis de la cola Longitud Promedio de la Cola Tiempo de Espera Promedio en la Cola Lq= (λ/µ) C+1 C x C! 1- λ/µ C 2 X Po Wq = Lq λ

20 b) Análisis del Sistema Longitud Promedio del Sistema Tiempo de Espera Promedio en el Sistema L = Lq + λ µ W = L λ

21 c) Utilización de la instalación de servicio Probabilidad de que el sistema esté vacío Po = C! (λ/µ) C 1- λ/µ C 1 2 (C-1) (λ/µ) (λ/µ) (λ/µ) ! 2! (C-1)! -1 Tiempo de actividad esperado en el sistema λ cµ < 1

22 Evaluación del sistema cuando el costo de espera es conocido En una institución pública se está estudiando el problema de determinar el número óptimo de empleados que hay que colocar para determinar el número de ventanillas que debe abrir para el pago de viáticos para funcionarios que viajan dentro del país. La tasa de llegada de los funcionarios es de 1.6 por minuto en promedio y se comporta como una distribución de Poisson. La tasa de servicio es de 0.9 personas por minuto y se comporta como una función exponencial negativa. El sueldo por hora de un funcionario es de 600 mientras que los cajeros ganan 300 por hora.

23 Tabla de Valores de Po λ/µ = 96/66.67 = 1.44

24 Evaluación del sistema con costos de espera desconocidos La compañía Fast Food Inc., desea instalar un restaurante de comidas rápidas en un nuevo centro comercial. El propietario requiere determinar que sistema de colas, con la correspondiente cantidad de servidores, sería el más indicado para su nuevo local: el utilizado por la cadena de comida Burger King, o el utilizado por la empresa McDonalds, tomando en consideración que se tiene como meta proyectada un tiempo de espera máximo de 2 minutos antes de ser atendidos.

25 De acuerdo con datos históricos de otros restaurantes con características similares, se puede esperar que los clientes lleguen de acuerdo con una distribución de Poisson a una velocidad promedio de 45 clientes por hora y el estándar de tiempo que un cajero necesita para atender a un cliente deacuerdo al sistema empleado por McDonalds es de 3 minutos por cliente, mientras que el sistema empleado por Burger King tarda en promedio 3.75 minutos por cliente, ambos con una distribución exponencial. Determine cuál sería el sistema de colas que usted recomendaría.

26 Varias colas y Varios servidores Supuesto de división de llegadas λ / 3 Cola 1 µ 1 Salidas λ = Tasa de llegada λ / 3 Cola 2 µ 2 Salidas λ / 3 Cola 3 µ 3 Salidas Llegadas Colas múltiples Canales de servicio

27 Evaluación del sistema con costos de espera conocidos. Una empresa que se dedica a la manufactura de tela, tiene en su planta un gran número de máquinas tejedoras que con frecuencia se atascan. La reparación de esas máquinas se realizaba por subcontratación de mecánicos, sin embargo, el tiempo de respuesta de estos mecánicos es muy lento incluso de semanas, por ello la empresa he decidido contratar sus propios mecánicos para agilizar el proceso de reparación. Actualmente la empresa no tiene espacio físico para instalar un gran taller de mantenimiento y reparación, en lugar de ello se propone instalar pequeños talleres de reparación formados por un solo mecánico por taller y ubicarlos en las esquinas de la planta. La aparición de máquinas atascadas puede ser aproximada por un proceso de llegadas Poisson con una tasa promedio de 10 por hora.

28 Cada máquina atascada requiere una cantidad aleatoria de tiempo para su reparación que puede ser aproximada por una distribución exponencial con un tiempo promedio de servicio de 10 minutos. El costo de una hora de producción perdida debería incluir costos explícitos, como la cantidad de ganancias no obtenidas y los costos implícitos como, la pérdida de voluntad por parte de los clientes, si no se cumple con la fecha de entrega de la mercadería. Si cada mecánico le cuesta a la empresa 1500 por hora, incluyendo las cargas sociales; y a su vez el departamento de contabilidad ha estimado que la compañía pierde 2000 por cada hora que una máquina este fuera de operación. Determine la cantidad de mecánicos que debe tener el departamento de mantenimiento de la empresa, para minimizar los efectos de las composturas de las máquinas en sus costos.

29 Teoría de Colas y el software Q

30 Clasificación de los Modelos de Colas Para facilitar la comunicación entre aquellos que trabajan con modelos de colas, D.G. Kendall propuso una clasificación o taxonomía con base en la siguiente notación: A/B/s A = Distribución de las llegadas B = Distribución del servicio S = Número de servidores

31 Clasificación de los Modelos de Colas Se utilizan diferentes letras para designar ciertas distribuciones. Las reglas convencionales siguientes son de uso general: M = distribución exponencial D = número determinístico G = cualquier distribución de tiempos de servicio GI = cualquier distribución de tiempos de llegada

32 El modelo a usar

33

34 Una Cola Un Servidor En donde: λ es 5 por hora y µ es 10 por hora

35

36 Una Cola Varios Servidores En donde: λ es 45 por hora y µ es 16 por hora C =?

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38 Varias Colas Varios Servidores En donde: λ es 45 por hora y µ es 20 por hora c = 1 y dividimos λ/c

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41 Una compañía de productos lácteos cuenta con su propio servicio de descarga de camiones y lo quiere optimizar. La tasa de llegada es de 10 camiones cada hora y la tasa de descarga en el andén es de 2 camiones por hora hombre. La tasa de servicio en el andén es proporcional al número de trabajadores, cuando el sistema requiera que trabajen en conjunto. El salario de cada trabajador es de $10 por hora. El sistema de descarga permite que únicamente se descargue un camión a la vez y se estima que el costo del camión ocioso es de $20 por hora.

42 La empresa desea determinar la cuadrilla óptima que refleje el menor costo posible? En el caso de que se cuente con la opción de alquilar un andén adicional con un costo de $35 por hora, pero con una sola fila, igualmente la empresa desea conocer Cuál es la cantidad de cuadrillas en cada andén que optimiza el sistema? Además, la empresa quiere costear un sistema de dos servidores y dos filas independientes, manteniendo las mismas variables anteriores. Indique cuál de los tres sistemas de colas sería el más indicado a utilizar, a que costo y el número de trabajadores en la cuadrilla?

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