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ING. NILTHON CHUCOS BAQUERIZOUNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVAFACULTAD DE INGENIERIA EN INFORMATICA Y SISTEMASTpicos de SimulacinMarco terico - Tipos y modelosContenido del Curso1.- Simulacin2.- Sistemas, Procesos y Modelos3.- Recomendaciones para Proyectos4.- Generacin de Nmeros Aleatorios5.- Simulacin Discreta en Arena6.- Modelado y simulacion de Procesos BPMN7.- Simulacin Continua Stella y Homos 8.- Simulaciones Complejas Aplicaciones9.- Simulacin basado en Agentes - NETLOGOExperimentarUtilizar un ModeloSolucin serEstudiar Comportamiento...SistemaCon el Sistema RealCon un Modelo del SistemaIcnicosFsicoAnaltica

Simulacin

LgicoMatemtico3QUE ES UN MODELO?Es una abstraccin/simplificacin del sistema, se utiliza como una aproximacin de ste.

Se puede probar un amplio rango de ideas en el modeloCometer errores en el computador dnde no importa, antes que en el sistema real dnde s importa

Se debe considerar la validez del modelo.Dos tipos de modelosFsico (icnico)Lgico/Matemtico (cuantitativo y lgico suposiciones, aproximaciones)Modelos5Con el propsito de estudiar cientficamente un sistema del mundo real debemos hacer un conjunto de supuestos de cmo trabaja.

Estos supuestos, que por lo general toman la forma de relaciones matemticas o relaciones lgicas, constituye un Modelo que es usado para tratar de ganar cierta comprensin de cmo el sistema se comporta.

En simulacin utilizamos un computador para evaluar un modelo numricamente, y recolectar datos con el propsito de estimar las caractersticas deseadas del modelo. Modelos6Para qu sirve un modelo?

Ayuda para el pensamientoAyuda para la comunicacinPara entrenamiento e instruccinAyuda para la experimentacinHerramienta de prediccin

el modelo o la realidad?

Variables decontrolModelosEntidadesActividadesRecursosReglas de OperacinRespuestaVariables deEstado Factorque sevaraRelacionesCausa-EfectoRelacionesDecisin-Resultado8Si el modelo es lo suficientemente simple, usar las matemticas tradicionales (teora de colas, ecuaciones diferenciales, programacin lineal) para obtener respuestasUn mtodo bueno ser el que pueda obtener respuestas exactas al modelo.Pero puede involucrar muchos supuestos simplificadores que hacen el modelo manejable analticamente.... Pero es vlido?Muchos sistemas complejos requieren modelos complejos por problemas de validez. En estos casos se requiere Simulacin.Qu hacer?9Clasificacin de ModelosModelos DescriptivosModelos PredictivosModelos NormativosModelos IcnicosModelos AnalgicosModelos SimblicosModelos DeterministicosModelos EstocsticosModelos EstticosModelos Dinmicos

11Clasificacin de los modelos de simulacinAlgunos de estos esquemas de clasificacin son los siguientes:Esttico vs. DinmicoDeterminstico vs. EstocsticoDiscreto vs. ContinuoFsico (o icnico) vs. analgico vs. simblico

12Modelos dinmicosLos modelos dinmicos son una representacin de la conducta dinmica de un sistema, Mientras un modelo esttico involucra la aplicacin de una sola ecuacin, los modelos dinmicos, por otro lado, son reiterativos. Los modelos dinmicos constantemente aplican sus ecuaciones considerando cambios de tiempo.13Modelo determinsticoEn stos ni las variables exgenas, ni las endgenas, se obtienen por medio del azar, debido a que se suponen relaciones exactas para las caractersticas de operacin. Son variables con valores preestablecidos. Es aquel en el cual se establecen las condiciones para que al ejecutar el experimento se determine el resultado14Modelos estocsticoLos valores de sta o estas variables, se obtienen al azar.Es aquel en el cual informacin pasada, no permite la formulacin de una regla para determinar el resultado preciso de un experimento

15Modelos continuosEn modelos continuos, el cambio de valores se basa directamente en los cambios de tiempo.La simulacin continua es anloga a un deposito en donde el fluido que atraviesa una caera es constante. El volumen puede aumentar o puede disminuir, pero el flujo es continuo.

16Modelos discretosEl estado de los cambios en los modelos slo se dan cuando esos eventos ocurren.La llegada de rdenes, o las partes que estn siendo ensambladas, as como los clientes que llaman.Una fbrica que ensambla partes es un buen ejemplo de un sistema de evento discreto. Las entidades individuales (partes) son ensambladas basadas en eventos (recibo o anticipacin de rdenes).17Modelos fsicosLlamados as, debido a que se semejan al sistema en estudio.Durante muchos aos, los ingenieros han usado modelos de tamao natural y han reducido y puesto a escala a los mismos para probarlos. (NASA, lneas areas comerciales)18Modelo analgicoLos modelos anlogos poseen algunas propiedades similares a los objetos representados pero sin ser una rplica morfolgica de los mismos. Un ejemplo de un modelo anlogo es un mapa impreso que se construye mediante un conjunto de convenciones cartogrficas, que conducen a un resultado final claramente distinto del objeto representado. Mediante esta transformacin se persigue hacer legibles propiedades tales como altitud, distancia, localizacin fsica de objetos geogrficos, sus relaciones importancia.

19Modelos simblicosLos modelos simblicos se construyen mediante reglas notablemente ms abstractas ya que esta denominacin suele aplicarse a los casos en los que el objeto real se representa mediante una codificacin matemtica.Un ejemplo de modelo simblico es la representacin de un edificio mediante la identificacin y codificacin en una estructura geomtrica de sus elementos bsicos. El modelo as construido permite la aplicacin de algoritmos para, por ejemplo, la estimacin de esfuerzos a los que esta sometido.

20Espectro continuo de modelos de simulacin

21Ejemplos de simulacin por computadorasCompaa de reciclajeMetroBarcosBiblioteca22Estructura de modelos de simulacinPara su estudio, los sistemas se han clasificado en dos categoras: discretos y continuos. Para recordar: un sistema discreto es aquel para el que los cambios en las variables de estado cambian instantneamente en puntos separados del tiempo.23Ejemplo:Una gasolinera es un ejemplo de sistema discreto, puesto que las variables de estado como el nmero de automviles que esperan el servicio de abastecimiento de combustible, cambian solamente cuando un cliente llega o cuando un auto completa el servicio y sale de la estacin. Un sistema continuo es aquel para el que las variables de estado cambian continuamente con respecto al tiempo.

24Una aeronave que se desplaza en el aire es un ejemplo de sistema continuo puesto que sus variables de estado tales como su posicin y su velocidad pueden cambiar instantneamente con respecto al tiempo. 25Obs.En realidad muy pocos sistemas se pueden considerar totalmente continuos o discretos, pero puesto que algn tipo de cambio predomina en la mayora de stos, es posible clasificarlos como discretos o continuos. 26Estructura de los modelos de simulacinDefinir el sistemaComponentesEntidadAtributosActividadesEventosVariables de estado27Entidad: denota un objeto o componente de inters en un sistema, por ejemplo, un cliente, un servidor o una mquina. Atributos: denota una propiedad de una entidad, por ejemplo, la prioridad de los clientes en la fila de espera. 28Actividades: todo proceso que provoque cambios en el sistema se conocer como actividad, Ejemplo: programar un nuevo modulo en un sistema acadmico.Eventos: Un evento es un hecho que ocurre instantneamente y que cambia el estado del sistema, como por ejemplo la llegada de un nuevo cliente a un banco. 29Variables de estado:Las variables de estado describen el estado de un sistema o uno de sus componentes, ya sea al comienzo, al final o durante un periodo. Estas variables interaccionan con las variables exgenos del sistema y con las endgenas, de acuerdo con las relaciones funcionales supuestas para el sistema. El valor de una variable de estado, durante un periodo particular de tiempo, puede depender no solamente de los valores de una o ms variables exgenos en algn periodo precedente, sino tambin del valor de ciertas variables de salida en periodos anteriores. 30Ejemplo: de sistemas y sus componentes

Es una imitacin de las operaciones de un sistema o proceso real (Sistemas complejos).

Involucra la generacin de una historia artificial del comportamiento del sistema y a partir de dicha historia se efectan inferencias relativas a las caractersticas operacionales del sistema real que representa.

Permite describir y analizar el comportamiento del sistema real, y responder ciertas interrogantes para apoyar el diseo de sistemas reales.Qu es Simulacin?Es una metodologa que permite apoyar la toma de decisiones.ya sea en el diseo de Sistemas, antes que este sea construido ya sea probando polticas de Operacin, antes que estas sean implantadas

Por si misma, la Simulacin, no resuelve los problemas, sino que ayuda a: Identificar los problemas relevantesEvaluar cuantitativamente las soluciones alternativasQu es Simulacin?Por qu son necesarios los modelos de simulacin o prototipos?

La experimentacin de un sistema o procesos ... Puede generar problemas ticos ... puede generar problemas econmicos ... o puede llevarlo a colapsos ... o puede ser simplemente imposiblePor ejemplo ; en el desarrollo de un nuevo producto Qu es Simulacin?Es un trmino muy amplio, en realidad existen un conjunto de enfoques para analizar problemasLa Simulacin requiere de MODELOS (validez)No es una solucin analticaNo obtiene resultados exactos (desventaja)Permite modelar sistemas complejos (ventaja)Es mejor una respuesta aproximada al problema correcto que una respuesta correcta al problema aproximadoEs la tcnica de modelacin estocstica ms til, de mayor reconocimiento en la ingeniera de sistemasLa Simulacin ...Sistemas de ComputadoresTelecomunicaciones, Transporte y EnergaAplicaciones Militares y NavalesPoltica Pblicas Manufactura Programacin, Inventarios Personal en empresas de serviciosBancos, Comida Rpida, Correo, ...Distribucin y LogsticaSalud Salas de emergencia y de operacionesPlanes de Emergencia (terremotos, inundaciones)Distribucin de Servicios (juzgados, hospitales)Areas de AplicacinInstalaciones/Procesos Fsicos; Reales o planeadosEstudiar su DesempeoMedirMejorarDisear (si no existe)Posible Control en Tiempo RealAlgunas veces es posible jugar con el SistemaPero algunas veces es imposible hacerlo ya sea queNo existeSe Destruye, Muy CaroIngeniera de SistemasUn Mtodo para Estudiar un amplio abanico de modelos de sistemas del mundo realUso de evaluacin numrica con el computadorUso de software para imitar las operaciones y caractersticas del sistema, a menudo en el tiempo

En la prctica, es el proceso de disear y crear modelos computarizados del sistema y hacer experimentos numricos con el computador

Una aplicacin poderosa a sistemas complejos

Simulacin puede tolerar modelos complejosSimulacin ComputacionalComo regla general, es apropiada cuando:

Desarrollar un modelo estocstico es muy difcil o quizs an imposible

El sistema tiene una o ms variables aleatorias relacionadas

La Dinmica del sistema es extremadamente compleja

El objetivo es observar el comportamiento del sistema sobre un perodo

La habilidad de mostrar la animacin es importante.Cundo Simular?TiempoCostos de OperacinCON SimulacinCostoCostos de OperacinSIN SimulacinJustificacin EconmicaImitar; Emular; Modelo artificial; Prototipo Sistema lgico Matemtico que reside en un computadorNo proporciona respuestas exactas del sistema real, slo estimaciones, aproximaciones con error acotado.Modelo de Simulacin nos provee de una historia artificial del sistema bajo estudioEn la simulacin estocstica las entradas y salidas son aleatorias Generacin de variables aleatorias; Anlisis estadstico de datos (input output), Diseo y anlisis de experimentos de simulacinSimulacinBeneficio general de la simulacinLaboratorio de aprendizaje-Fcil de modificarAlgunos beneficios especficos-Mejorar desempeo del sistemas reales complejos-Disminuir inversiones y gastos de operacin-Reducir el tiempo de desarrollo de un sistema-Asegurar que el sistema se comportar como se desea-Conocer oportunamente hechos relevantes y efectuar cambios oportunamenteA veces es lo nico que se puede hacer para estudiar un sistema real (No existe; Se destruye; Muy caro)Ventajas de la SimulacinFlexibilidad para modelar las cosas tal como son (no importando si son enredadas y complicadas ) modelado de sistemas complejosEvitan buscar slo dnde hay luz: Cuento en dnde un borrachito busca las llaves del auto cerca del farol porque ah puede ver y no dnde se le cayeron realmente porque est obscuroPermite Modelar la Incertidumbre y los procesos transcientes La nica cosa segura es que nada es seguroPeligro de ignorar la variabilidad y la incertidumbreValidez del Modelo

Ventajas de la SimulacinPuede ser costosa y consumidora de tiempo inicialmente.Algunas veces soluciones mejores y ms fciles son pasadas por alto.Los resultados pueden ser mal interpretadosPor lo general son ignorados los factores humanos y tecnolgicos.Peligro de poner demasiada confianza en los resultados de la simulacin.Es difcil verificar si los resultados son vlidos. (Proceso de validacin tema de estudio)Desventajas de la SimulacinEsttica v/s. DinmicaJuega el tiempo un papel en el Modelo?Cambios Continuos v/s. Cambios DiscretosPuede el estado cambiar continuamente o slo cambiar en algunos instantes del tiempo?Determinstico v/s. EstocsticoEs todo cierto o existe incertidumbre?La Mayora de los modelos Operacionales son:Dinmicos, Cambios-Discretos y EstocsticosTipos de SimulacinSeleccin de Mtodo: Varias actividades, deberan ser ejecutadas en una sola estacin o dividida en varias estaciones?Seleccin de Tecnologa: Cul es el efecto de emplear automatizacin en vez de procesamiento manual?Optimizacin: Cul es el nmero de recursos que mejor logra los objetivos de desempeo?Estudios de Capacidad: Cul debe ser la capacidad del Sistema?Decisiones de Control del Sistema:Cules Tareas deberan ser asignadas a cules Recursos?Diseo de SistemasSimulacin/2002 Hctor AllendeEtapas del Diseodel SistemaCostoConcepto Diseo Instalacin OperacinDr. Ohono, Toyota:el Costo de remediar un error que se desliza sin detectar de una operacin a otra se multiplica por 10 por cada etapa dnde no es detectadoDiseo de SistemasProgramacin de la Produccin/Cliente: Cul es la mejor secuencia y timing para introducir productos o administrar clientes al sistema?Programacin de Recursos: Cules equipos y personas son necesarios en cules turnos?Programacin de la Mantencin: Cul programa de mantenimiento afecta menos la operacin del sistema?Priorizacin de Trabajos. Cul es la mejor forma de priorizar las tareas para maximizar los esfuerzos?Gestin de SistemasGestin de Flujo: Cul es el mejor forma de mantener balanceado (uniformemente distribuido) el flujo de materiales/clientes en el sistema?Gestin de Retardos/Inventario: Cul es la forma ms efectiva de mantener al mnimo clientes esperando o niveles de inventario?Gestin de Calidad: Cmo sern afectadas las operaciones si los puntos de inspeccin son eliminados y los operarios asumen la responsabilidad total por la calidad de su trabajo?Gestin de Sistemas