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ESCUELA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y SEGURIDAD INFORMÁTICA
SESION 06
William León VelásquezWilliam León Velásquezhttp://wleon.wordpress.com/
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓN
Es el proceso deEs el proceso dediseñar un modelo deun sistema y llevar aun sistema y llevar acabo experiencias conél con el fin de analizarél, con el fin de analizarsu comportamiento y/oevaluar diversasevaluar diversasestrategias para sumejor funcionamientomejor funcionamiento.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓNLa Simulación es, una metodología aplicada yg p yexperimental que intenta:
Describir elcomportamiento desistemassistemas Postular teorías ohipótesis quehipótesis queexpliquen elcomportamientopobservado.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓNLa Simulación es, una metodología aplicada y
Usar estas teorías
g p yexperimental que intenta:
Usar estas teoríaspara predecir uncomportamiento futuro,comportamiento futuro,es decir, los efectos quese producirán mediantecambios en el sistema oen su método de
ióoperación.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓNLa simulación es aplicable at d l di i litodas las disciplinas(Economía, Administración,Mercadeo EducaciónMercadeo, Educación,Ciencias Sociales,Transporte, Sistemasp ,Globales e Innumerablesáreas.)
Las limitaciones de los métodos analíticos paramanejar sistemas complejos sitúan a laSimulación como una excelente alternativa paraun amplio rango de problemas.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓN
Responder preguntasp p gespecíficas sobre elcomportamiento y
t í ti dcaracterísticas defuncionamiento del sistemaque esta siendo modeladoque esta siendo modeladoy simulado.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓNPor ejemplo:
Si t i l d l tSi estoy simulando una plantaensambladora de automóviles,algunas metas o “preguntas” dealgunas metas o preguntas deinterés pueden ser:
• ¿Cuál es la capacidad máxima¿ pde producción anual de laplanta?
C ál l id d d• ¿Cuál es la cantidad deobreros necesarios por turnopara contar con un nivelpara contar con un nivelóptimo de producción?
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓN
• ¿Cuántos recursos¿Cuántos recursosmateriales serán necesariospara mantener enpfuncionamiento la planta enforma continua?.
C f i á• ¿Con que frecuencia seránecesario reemplazarequipos?equipos?.
• ¿Cuál es el nivel deproducción óptimo enp oducc ó ópt o efunción de la demanda?.
Ciclo de Vida de un Modelo Computacional para simulaciónsimulación
CLASIFICACIÓN DEMODELOS DE SIMULACIÓNMODELOS DE SIMULACIÓN
Los modelos de simulación pueden pagruparse en:
Estocásticos o Estocásticos o Determinísticos
Estáticos o Dinámicos Estáticos o Dinámicos
Discretos o Continuos
A escala.
MODELOS DE SIMULACIÓNESTOCÁSTICOSESTOCÁSTICOS
Contiene variables aleatorias.Por lo menos una variable esPor lo menos una variable esun dato al azar las relacionesentre variables se toman porentre variables se toman pormedio de funcionesprobabilísticas, sirven por logeneral para realizar grandesseries de muestreos, el procesode cálculo es mas largo sonde cálculo es mas largo, sonmuy utilizados eninvestigaciones científicasinvestigaciones científicas.
MODELOS DE SIMULACIÓN DETERMINÍSTICO
No contiene variables aleatorias.
DETERMINÍSTICO
No contiene variables aleatorias.Ni las variables endógenas yexógenas se pueden tomar comodatos al azar.Se permite que las relaciones
t t i blentre estas variables seanexactas es decir no hayfunciones de probabilidadfunciones de probabilidad.Este tipo deterministico realizamenos cálculo que otros modelosq
ESTÁTICO O DINÁMICOSESTÁTICO O DINÁMICOSEsta clasificación tiene en cuenta la relaciónexistente entre el tiempo y los cambios en elestado del sistema.
Sistemas
EstáticosEl estado no cambia con
DinámicosEl estado cambia con
el tiempo el tiempo
Continuos Discretos Combinados
MODELOS DE SIMULACIÓN ESTÁTICO
Se entiende como la
ESTÁTICO
Se entiende como la representación de un sistema para un instante (en el tiempo)p ( p )en particular o bien para
representar un sistema en ell ique el tiempo no es
importante.Ejemplo: la simulaciónEjemplo: la simulaciónMontecarlo, modelos donde seobserva las ganancias de unaobserva las ganancias de unaempresa,
MODELOS DE SIMULACIÓN DINÁMICO
Si se toma en cuenta lai ió d l ti
DINÁMICO
variación del tiempo,Ejemplo: la variación de lat t d l itemperatura, del airedurante un día,
i i t l d lmovimiento anual de lasfinanzas de una empresa,
t d f i i tuna torre de enfriamientode una centralt lé t itermoeléctrica.
MODELOS DE SIMULACIÓN DINÁMICO CONTINUO
Son sistemas dinámicos donde las
DINÁMICO CONTINUO
variables que dependen deltiempo cambian de valor en formacontinua a través del tiempocontinua a través del tiempo.
Ejm. Represa HidroeléctricaR l ió C d l E íRelación Caudal - Energía –Tiempo
Las variables correspondientes alcaudal del agua y la cantidad de
í d bi denergía generada van cambiandoen forma continua en el tiempo.
MODELOS DE SIMULACIÓN DINÁMICO DISCRETO
Son sistemas dinámicos donde
DINÁMICO DISCRETO
las variables que dependen deltiempo cambian de valor en formadi ti t é d l tidiscontinua a través del tiempo.
Ejemplo: Atención a clientes en unBanco
En este sistema la variablecorrespondiente a la cantidad declientes esperando en la colacambia en cantidades discretasrespecto del tiempo.
MODELOS DE SIMULACIÓN A ESCALA
Son los modelos sencillos de
ESCALA
Son los modelos sencillos demaquetas-> casa -> baño, cuartos, etc.También se pueden tener atamaño natural a menor omayor escala bidimensionalmayor escala, bidimensional,tridimensional.La estructura de un modeloLa estructura de un modelode simulación se puederepresentarmatemáticamente.
MODELO DE SIMULACIÓNMODELO DE SIMULACIÓNLa estructura de un modelo desimulación se puede representarmatemáticamente de la siguientefforma:
E = f (Xi, Yi)E : Es el efecto delE : Es el efecto delcomportamiento del sistema.Xi: variables y parámetros quey p qpodemos controlar.Yi: Variables y parámetros queno controlamos.f : Relación entre Xi e Yi.
MODELO DE SIMULACIÓN
Un modelo de simulaciónt d l i i tconsta de los siguientes
elementos:
Componentes. Variables. Parámetros. Relaciones
f i lfuncionales. Restricciones. Función Objetivo Función Objetivo.
ELEMENTOS DE UN MODELODE SIMULACIÓNDE SIMULACIÓN
Componentes.Partes constituyentes que en conjuntoforman el sistema. Algunas vecestambién se refiere a los elementos otambién se refiere a los elementos osubsistemas.Ejemplo: Modelo de una ciudad, loscomponentes serían: sistema educativocomponentes serían: sistema educativo,sistema de transporte. etc.Ejemplo: Modelo económico, loscomponentes serían: los tipos deempresas (formales o informales),mercado de consumo, etc.Losmercado de consumo, etc.Loscomponentes son por lo tanto loselementos que constituyen el sistema deinterés
ELEMENTOS DE UN MODELO DE SIMULACIÓN
VariablesMODELO DE SIMULACIÓN
Exógenas: llamadas variablesSe puede reconocer dos tipos de variables
de entrada o independientes yque se producen fuera deli tsistema.
Endógenas: producidas dentrodel sistema o que resultan dedel sistema o que resultan decausas internas, llamadastambién dependientes opvariables de salida (cuandosalen del sistema).
ELEMENTOS DE UN MODELO DE SIMULACIÓN
P á t
MODELO DE SIMULACIÓN Parámetros.Son cantidades a las
l l d d lcuales el operador delmodelo puede asignar
l bit ivalores arbitrarios y queuna vez establecidos
t tson constantes y novarían.
ELEMENTOS DE UN MODELO DE SIMULACIÓN
Relaciones Funcionales.
MODELO DE SIMULACIÓN Relaciones Funcionales.Se encargan de describir elcomportamiento de las variables y losparámetros dentro de un componente oparámetros dentro de un componente oentre componentes del sistema. Estasrelaciones son de naturaleza:• Determinística: Identidades odefiniciones que relacionan ciertasvariables o parámetros en donde su salidavariables o parámetros en donde su salidaes determinada por su entrada.• Estocástica: Son aquellas en que elproceso tiene una salida indefinida paraproceso tiene una salida indefinida parauna entrada indeterminada.
ELEMENTOS DE UN MODELO DE SIMULACIÓN
Restricciones.
MODELO DE SIMULACIÓN Restricciones.
Son limitaciones impuestasa los valores de lasvariables o la forma en la
l l dcual los recursos puedenasignarse o consumirse.Pueden ser especificadasPueden ser especificadaspor el diseñador oimpuestas por el sistemap pmediante la naturaleza delmismo.
ELEMENTOS DE UN MODELO DE SIMULACIÓN
Función Objetivo.MODELO DE SIMULACIÓN j
Es una definición explícita de losobjetivos o metas del sistema y de
Ccomo se evaluará. Constituye unestándar de juicio; una regla ocriterio al que se somete el modelocriterio, al que se somete el modelopara formarse un juicio respecto a él.La función objetivo es una parteLa función objetivo es una parteintegral del modelo y su manipulaciónse logra por los intentos paraoptimizar o satisfacer los criteriosestablecidos.
VENTAJASDE LA SIMULACIÓNDE LA SIMULACIÓN.
Todos los modelos de simulación, también,son llamados modelos de Entrada–Saliday sirven como herramientas para elanálisis del comportamiento de unanálisis del comportamiento de unsistema, en condiciones especificadas porel experimentador.
Permite al experimentados observary experimentar con el sistema.
Es una poderosa aplicación Es una poderosa aplicacióneducativa y de entendimiento. Permite observar el trayectohistórico simulado del proceso sobreun periodo.
VENTAJAS DE LA SIMULACIÓN
Proporciona un control
DE LA SIMULACIÓN.
psobre el tiempo. Debido a queun fenómeno se puede retardaro acelerar según se deseeo acelerar según se desee. Puede ser la únicaposibilidad, debido a la
fdificultad de realizarexperimentos y observarfenómenos en su entorno real. Proporciona un método mássimple para la solución deprocedimientos matemáticos yprocedimientos matemáticos ydifíciles.
DESVENTAJAS DE LA SIMULACIÓN
La experimentación directa sobre eli t d l d l li i
DE LA SIMULACIÓN.
sistema del mundo real eliminamuchas de las dificultades paraobtener una relación entre lascondiciones del modelo y lascondiciones reales; sin embargoalgunas veces se presentan ciertasalgunas veces se presentan ciertasdesventajas:
Puede interrumpir laspoperaciones de la empresa. Si el personal es parte integraldel sistema el hecho de que esténdel sistema, el hecho de que esténen observación puede modificar sucomportamiento.
DESVENTAJAS DE LA SIMULACIÓN
Es difícil mantener las mismas
DE LA SIMULACIÓN.
condiciones operativas para cadarepetición o corrida delexperimento.experimento.
Quizás no pueda ser posibleexplorar muchos tipos dealternativas en la experimentaciónalternativas en la experimentacióndel mundo real.
Un buen modelo de simulaciónpuede ser costoso y requerirtiempo y un alto grado de talento.
La simulación puede ser imprecisaLa simulación puede ser imprecisay difícil de medir cual es el gradode imprecisión.
EJEMPLO :FÁBRICA DEVEHÍCULOSVEHÍCULOS
Parámetros (valores que no varían durante la simulación):) Cantidad de máquinas ensambladoras, Longitud de la cinta Longitud de la cinta transportadora, etc. Variables (valores que cambian ( qdurante la simulación):Cantidad promedio de piezasprocesadas por horaprocesadas por hora. Cantidad de obreros por turno. Velocidad de traslado de las piezas a través de la cinta Velocidad de traslado de las piezas a través de la cinta. Tiempo de espera entre cada etapa del montaje, etc.
EL USO DE LASIMULACIÓNSIMULACIÓN
La aplicación de la técnica de simulación es tanamplia actualmente que resulta difícil encontrar
Algunos ejemplos :
amplia actualmente que resulta difícil encontrarun área donde no se utilice.
Algunos ejemplos :• Planificación de proyectos,• Administración de inventarios,,• Asignación de recursos
humanos,Reducción de tiempos de• Reducción de tiempos deprocesamiento en líneas deespera.p
• Comercialización,• Sistemas financieros, etc...
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Definición del problemapPlanificación del estudio. Formulación del modelomatemático Construcción del programaque represente el modeloque represente el modelo. Validación del modelo. Diseño del experimento Diseño del experimento. Ejecución de la corrida desimulación.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Definición del problema Definición del problema
La definición del problemay el planear el estudio ay el planear el estudio, apesar de parecer obvios,son importantes No esson importantes. No esposible desarrollar estudioalguno, sin haberenunciado con claridad elproblema y los objetivosd l t didel estudio.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Planificación del estudio.
La utilidad de la planificaciónno finaliza cuando comienzano finaliza cuando comienzael estudio, ya que el planpuede y debe ser unaherramienta de control deldesarrollo del trabajo, y debei di d b l limpedir un desbalance en elestudio, concentrándose enun aspecto del problema enun aspecto del problema endeterioro de otro.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Formulación del modelo matemático
Para la formulación de unmodelo matemático, serequiere establecer laestructura del modelo,d idi d ll tdecidiendo aquellos aspectosdel comportamiento delsistema significativos para elsistema significativos para elproblema, además de reunirlos datos para proporcionarp p pparámetros correctos almodelo.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Construcción del programa que represente elmodelo.
A partir de un modelo matemático, laconstrucción del programa que
t l d l trepresente el modelo, es una tarearelativamente bien definida. Pero, nonecesariamente una fácil tarea enecesariamente una fácil tarea, eincluso puede dilatarse enormemente.Más el modelo establece lasespecificaciones de lo que debeprogramarse. Con frecuencia lospasos de formulación del modelo y lapasos de formulación del modelo y laconstrucción del programa se ejecutanparalelamente.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Validación del modelo.
Es un área que requiere una buenacuota de juicio. Las inferencias quej qse hacen al determinar el modelo secomprueban observando si tiene un
i l d Pcomportamiento al esperado. Peroes posible la ocurrencia de errores alprogramar el modelo Idealmenteprogramar el modelo. Idealmente,los errores del modelo y los deprogramación se separan validandop og a ac ó se sepa a a da doel modelo matemático antes deiniciar la programación.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Diseño del experimento.
El diseño de un conjunto deexperimentos que satisfaganexperimentos que satisfaganlos objetivos del estudio. Debeponderarse cuidadosamente elnúmero de corridasrequeridas. Ya que una falla
ú t di dcomún en estudios desimulación, la brumadoramasa de resultados recabadosmasa de resultados recabadossin un determinado plan.
PASOS ESTUDIOS DESIMULACIÓNSIMULACIÓN
Ejecución de la corrida de simulación.El diseño de un conjunto de experimentosj pque satisfagan los objetivos del estudio.Debe ponderarse cuidadosamente el
ú d id id Ynúmero de corridas requeridas. Ya queuna falla común en estudios desimulación, la brumadora masa de,resultados recabados sin un determinadoplan.L j ió d l id i t t ióLa ejecución de la corrida e interpretación
de los resultados, dependerá de laplanificación del estudio, ello contendrá unplanificación del estudio, ello contendrá unconjunto bien definido de interrogantesque el análisis intentará responder.
EJEMPLOSEJEMPLOSAVIÓN
EJEMPLOSEJEMPLOSAVIÓN
Este modelo muestra como sepueden incorporar fácilmentep pfotografías digitales a ProModel. Elmodelo ilustra el cálculo de lautilización de los operarios,permitiendo variar el número depoperarios.
EJEMPLOSEJEMPLOSFABRICA
EJEMPLOSEJEMPLOSFABRICA
ProModel nos permite representar la realidad deuna fábrica, con las entregas de materia prima,operadores factores de calidad aleatoriedad enoperadores, factores de calidad, aleatoriedad enlos tiempos de proceso, en la duración yfrecuencia de los mantenimientos, de tal manerafrecuencia de los mantenimientos, de tal maneraque podemos calcula la capacidad de la planta(Capacity Planning), Takt Time, Lead Time.Muchos de los usos actualmente van hacia lamanufactura esbelta.
EJEMPLOSB d EJEMPLOSBodega
EJEMPLOSB d EJEMPLOSBodega
¿Cuántos montacargas necesitamos? ¿Cuáles el inventario que puede mover el centro dees el inventario que puede mover el centro dedistribución? ¿Cómo nos afectan los horariosdentro del centro de trabajo? ¿Cómo nosdentro del centro de trabajo? ¿Cómo nosafecta el mantenimiento a los montacargas?¿El diseño de la operación de la bodega, nos¿ gpermitirá absorber la estacionalidad de lademanda?
EJEMPLOSEJEMPLOSPanel
Este modelo ilustra un proceso de manufactura en el cual sed dó d tá l ll d b t ll áldesea conocer en dónde está el cuello de botella, y cuál esla capacidad de la línea. Tanto el layout cómo el producto seincorporó a la biblioteca de gráficos de ProModel. Lasestadísticas críticas en este modelo son el uso de losrecursos y el uso de los equipos.
http://www.promodel.com.mx/promodel.php
EJEMPLOSEJEMPLOSPanel
CAMPOS RELACIONADOS CON LA
SIMULACIÓN DE SISTEMASSIMULACIÓN DE SISTEMASCOMUNICACIONES :
Interacción con dispositivos físicos reales :• Actuadores hidraúlicos, neumáticos…• Indicadores analógicos y digitales• Indicadores analógicos y digitales.
Interacción entre simulaciones (simulacióndistribuida).distribuida).Interacción con interfaces de usuario (HMI)Interacción con otras aplicaciones
informáticas.Uso de la simulación en servidores WWW.
CAMPOS RELACIONADOS CON LA
SIMULACIÓN DE SISTEMASSIMULACIÓN DE SISTEMAS
MATEMÁTICAS : Interacción con dispositivos físicos reales :
• Resolución de ecuaciones diferenciales y algebraicas.• Optimización (validación y parametrización deOptimización (validación y parametrización de
modelos)Algebra matricial : manipulación simbólica de ecuaciones.Cálculo probalísticoCálculo probalístico.
CAMPOS RELACIONADOS CON LA
SIMULACIÓN DE SISTEMASSIMULACIÓN DE SISTEMAS
REALIDAD VIRTUAL :REALIDAD VIRTUAL :
Inmersiva : Requiere dispositivos externos (como cascos o Inmersiva : Requiere dispositivos externos (como cascos oguantes digitales) para lograr capturar otros sentidos diferentesal oído y a la vista.
No inmersiva : sistemas VRML No inmersiva : sistemas VRML.
FINFIN [email protected]
