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Modelación y Simulación 1, Presentación 1, Primer Parcial
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Ing. Csar Fernndez
Introduccin a la Simulacin basada en la
Ingeniera en Sistemas
Unidad 1
Modelacin 1 Universidad de San Carlos de Guatemala
Sistema de Sistemas (System of Systems
SOS)
Definicin de sistema, ingeniera de sistemas,
y el proceso de ingeniera de sistemas
Puntos de vista de Ingeniera de Sistemas
Definicin de CAS, las interacciones CSS, y el
ejemplo de los sistemas complejos
Metodologa de Simulacin
Requisitos para la simulacin basada en
Ingeniera de Sistemas (SBSE)
Resumen
La emulacin es una simulacin de las funciones
actuales del sistema, la arquitectura y las interfaces
en su entorno dinmico
Un Co-evolutivo sistema de sistemas (SOS) tiene
patrones de comportamiento que estn en
constante cambio. No hay estado estable:
Los casos de uso estticos y los cronogramas de
E/S no son suficientes
Simulacin del sistema en su dinmica, entorno
operacional coevolutivo es necesario para el
diseo del sistema
La Emulacin mejora el Diseo
La instrumentacin de una simulacin de
OpEMCSS para SOS con el propsito de
recopilar datos y calcular los MOEs y MOPs
para el anlisis de sistemas conduce
naturalmente a los requisitos de calificacin
del sisema
La capacidad de heramientas de SE
existentes se han mejorado con OpEMCSS
Evolucionar el diseo de sistemas utilizando un
diseo de optimizador de agente inteligente
La Emulacin mejora el Diseo
Bloques necesarios para simular la interaccin de procesos concurrentes
Bloques necesarios para hacer la optimizacin
evolutiva del diseo del sistema
El bloque de algoritmo evolutivo puede optimizar
architecture component algorithms y mtodos
utilizados
El bloque clasificador de sistema optimiza decisiones
de control de sistemas
Los bloques requieren la simulacin de movimiento
e interacciones espaciales entre un conjunto de
entidades fsicas en el sistema y su entorno
Bloques de OpEMCSS
Se define como una coleccin de sistemas en los
que cada sistema de forma independiente provee servicios especficos y puede funcionar
independientemente del resto de los demas SOS
Servicios adicionales prestados a travs de la
colaboracin de un subconjunto de los sistemas
individuales, creando sinergias
Sistemas Co-evolutivos: El comportamiento de los SOS es
complejo y en constante cambio
No hay estado estable, se observan patrones fractales
Un ejemplo de un SOS con un comportamiento complejo
Red de control de trfico inteligente que reduce el tiempo total de
espera para los vehculos que atraviesan la red
Sistema de Sistemas (SOS)
Cada sistema en el SOS transforma sus percepciones brutas
y estados internos en hechos que son condiciones de las
reglas de decisin. Las reglas deciden las acciones
El sistema de evaluacin de decisiones premia o castiga las
reglas de decisin de acuerdo a lo apropiado de sus
decisiones. El sistema refuerza o reduce su confianza en las
reglas de decisin que llevaron a cada eleccin
Lo que se debe aprender es que conocimiento compartir y
que acciones tomar con el fin de colaborar con otros
sistemas en el SOS para alcanzar servicios adicionales del
sistema y las sinergias
Los patrones de percepcin del sistema estn cambiando
constantemente y requiere constante reinterpretacin
Concepto de Sistema Inteligente para SOS complejos (1/4)
Los sensores perciben los datos brutos
Las seales de procesamiento miden Lo que hay y producen un conjunto de caractersticas que
definen un espacio caracterstico
Concepto de Sistema Inteligente para SOS complejos (2/4)
El extractor de caractersticas primero mapea el espacio
caracterstico a un conjunto ms pequeo de caractersticas
de decisin: el espacio caracterstico es mapeado en un
espacio de decisiones
El clasificador entonces descubre los hechos de decisin
exactos que son mas relevantes para las decisiones del agente
Concepto de Sistema Inteligente
para SOS complejos (3/4)
Create manageable decision set
Crear un criterio de recompensa o castigo evaluando el entorno,
basado en el grado de satisfaccin del objetivo o en la rentabilidad
actual del entorno
Pasar estos criterios en el bloque de extraccin de caractersticas
(CASSim solamente) para calcular los valores adecuados para guiar la bsqueda evolutiva
Pasar estos criterios al clasificador para guiar el aprendizaje
Concepto de Sistema Inteligente
para SOS complejos (4/4)
Select Reward Criteria
Transacciones (material, conocimiento, energa) fluyen
a travs del sistema
Sistemas inteligentes (agentes) comparten
conocimientos y adaptan su comportamiento a
procesar estas transacciones
Patrones de comportamiento de los agentes emergen
como los agentes que logran una colaboracin que
provee servicios adicionales de los SOS mientras
interactan con el entorno del sistema
El patrn cambia (adapta) como las caractersticas del
del flujo transaccional: el comportamiento de SOS est
en constante cambio
Los Sistemas SOS debe ser
inteligentes y adaptables para
crear complejos SOS
La unin de productos finales y productos que
permiten alcanzar un fin determinado.
Composicin de personas, productos y procesos que proporcionan la capacidad de satisfacer
necesidades establecidasincluye las
instalaciones, equipo (hardware y software),
materiales, servicios, datos, personal capacitado y las tcnicas necesarias para alcanzar, proveer y
mantener la eficacia del sistema
Serie de componentes que actan en conjunto para alcanzar una serie de objetivos comunes a
travs del cumplimiento de un conjunto de tareas
o funciones
Definicin de Sistema
Disciplina que se desarrolla, coincide con
requisitos operativos, funciones y recursos
alternativos para alcanzar una solucin rentable, ciclo de vida balanceado de productos basado en
las necesidades de los actores
Disciplina intelectual, acadmica y profesional son
la preocupacin principal de las cuales se debe asegurar que se satisfacen todos los requisitos para
un sistema a travs del ciclo de vida del mismo
Definicin de Ingeniera de
Sistemas
Ciclo de vida de Ingeniera de
Sistemas
Stakeholder
Needs Lead to
Research and
Idea Invention
Grey Area is
Systems
Engineering
Process
Discipline
Engineers
(Aerospace,
Electrical, etc)
Conocimiento Necesario en un
Equipo de Diseo
Modelo V Tradicional de
Ingeniera de Sistemas
Definir los
Requerimien-
tos que
resultan en la
efectividad de
la misin
optimizada
El Sistema se compone de varias partes
Descomponerlo top-down en una jerarqua de
componentes
El enfoque estar compuesto por un top-down, , un
proceso iterativo de anlisis de requerimientos, anlisis
funcional y la asignacin, la sntesis de diseo y
verificacin, y el anlisis y control del sistema
Esto produce una estructura de desglose de
trabajo (Work Breakdown Structure - WBS) para la
trazabilidad de los requerimientos
Metodologa Tradicional
Reduccionista
Descomposicin significa dividir el sistema en una jerarqua de componentes.
Los Sistemas Complejos tienen trayectorias causales
de avance y retroalimentacin que producen el
comportamiento complejo que se deriva de la
interaccin de todos los componentes
Sistemas Adaptativos Complejos (CAS) tienen un
comportamiento emergente debido a las
interacciones de sistemas sensibles al contexto (CSS)
Este comportamiento complejo no es producido por
un componente o subconjunto simple
Por lo tanto: el comportamiento de la red de sistemas
debe ser modelado y comprendido en cada nivel de
descomposicin de la misma
Sistemas Expansionistas modifican
los procesos SE tradicionales
Sistemas Complejos Histricos vrs
Modernos MODERN Complex Systems
Network of Decision Networks:
Deals with interactions between objects
Objects adapt to situations and environment
Very large number of system states and contexts : making them unpredictable
Implemented through intelligent adaptive agents that learn rules
Hierarchical Functional Decomposition
with defined inputs and predictable outputs
for each known system state or context
Network of Networks executed in its operational context: same inputs do not necessarily produce the same outputs because system state or
context not predictable
Reductionist Mechanistic Paradigm
-Functional Decomposition,
- mechanistic / reductionist
-The same input gives the same output, for each known system state or context
HISTORICAL Systems
Technology Evolution
Definir el problema a nivel del diseo de sistema: La
simulacin empieza con los escenarios
operacionales a fin de entender el espacio del
problema y visualizar alternativas de solucin del
sistema
Desarrollar la arquitectura funcional del Sistema:
Simular sistemas en un entorno operativo dinmico
los requerimientos relacionados con el tiempo y las
reglas de control del sistema
Diseo de la arquitectura fsica del sistema: Simular el
sistema para optimizar la seleccin de instancias de
componentes (algoritmos y mtodos)
Sistemas de Ingeniera de
Procesos
Desarrollar la arquitectura Operativa del Sistema: Simular un sistema para evaluar alternativas de
asignacin funcional y arquitecturas de
componentes: verificar que todos los requisitos de los interesados se han cumplido
Desarrollar la arquitectura de la Interfase: Simular el
sistema para identificar los cuellos de botella y
control de flujo en las interfaces fsicas
Desarrollar el sistema de calificacin: Instrumento de
simulacin del sistema para recopilar datos y
calcular los MOEs y los MOPs
El resultado final es la base para la calificacin de
los requisitos del sistema
Sistemas de Ingeniera de
Procesos
Modelo OpEMCSS de organizacin
de un Sistema Inteligente
Vista Operativa (Interaccin de Procesos
Concurrentes)
Vista Externa (Diagramas de Contexto)
Vista Funcional (Arquitectura Lgica)
Vista Estructural (Arquitectura Fsica)
Puntos de Vista Tradicionales de
Ingeniera en Sistemas
Nos vamos a enfocar en las vistas Operativas,
Estructurales, Funcionales y Externas
Interfases entre el mundo exterior y el sistema
Vista Externa
Proveedor de Pizza Cliente
Pizza Parlor Dueo Cliente
Funciones, organizadas jerrquicamente,
transforman inputs en outputs: Mapa de entradas X (Datos Brutos)
Mapa de salidas Y (Funcin de Vector Espacial)
Ejemplo: Cada agente de sonar transforma seales
acsticas brutas X, utilizando procesamiento de
seales, en una funcin espacial de vectores Y que
mide lo que es percibido por el agente
Muestra lo que hace el sistema
Vista Funcional
Y = F(X) X Y
La Vista Funcional es expandida
Elaborar el proceso para transformar X en Y
Decidir cundo y donde enviar los mensajes
La variable de estado Z se agrega para proporcionar
la memoria para permitir que el sistema recuerde lo que pas antes (como parte del modelo). Utilizados
en el control de la retroalimentacin
Si el estado Z determina el mapeo de X a Y entonces F
es una mquina de estado finito
Vista Funcional (expandida)
Y = F(X) X Y
Estado Z
Muestra las relaciones entre los componentes
estructurales (fsicos) del sistema
Muestra como los componentes funcionales
sern almacenados en el sistema
Vista Estructural
Estado Z
Pizza Shop
Pizza Machine
Pizza Ingredients
Employee