Introduccion A La Simulacion

INTRODUCCION A LA SIMULACION

INTRODUCCION

Cuando alguien tiene la responsabilidad de conducir un sistema dado, como por ejemplo; un banco, una ciudad, un sistema de trasporte, etc.… debe tomar continuamente dediciones acerca de las acciones que se ejecutara sobre el sistema. Estas decisiones deben ser tales que la conducta resultante del sistema satisfaga de la mejor manera posible los objetivos planteados.

Para poder decidir correctamente es necesario saber como responderá el sistema ante una determinada acción. Esto podría hacerse por una experimentación con el sistema mismo; pero factores de costos, seguridad y otros hacen que esta opción generalmente no sea viable. A fin de superar estos inconvenientes se remplaza el sistema es el modelo a utilizar para llevar a cabo las experiencias necesarias sin los inconvenientes planteaos anteriormente. Al proceso de experimentación para adoptar la mejor decisión se denomina optimización. Si el plan de experimentación se denomina entrenamiento o capacitación.

En ese punto, es conveniente plantear las siguientes definiciones:

• Sistemas: conjunto de objetos o ideas que están interrelacionados entre si como una unidad para la consecución de un fin (Shannon 1988). También se puede definir como la porción del universo que será objeto de la simulación.

• Modelo: un objeto X es un modelo del objeto Y para el observador Z, si Z puede emplear X para responder cuestiones que le interesan acerca de Y

• Simulación: es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a cabo experiencias con el, con la finalidad de aprender el comportamiento del sistema o de evaluar diversas estrategias para el funcionamiento del sistema

• Procesos de manufacturas: ayuda a detectar cuellos de botellas a distribuir personal, determinar la política de producción.

• Plantas industriales: brinda información para establecer las condiciones óptimas de operación y para la elaboración de procedimientos de operación y de emergencias.

• Sistemas de transportes: detecta zonas de posible congestionamiento, zonas con mayor riesgo de accidente, predice la demanda para cada hora del día.

• Construcción: predice el efecto de los vientos y temblores sobre la estabilidad de los edificios, provee información sobre las condiciones de iluminación y condiciones ambientales en el interior de los mismos, detecta las partes de las estructuras que se deben reforzar.

• Diseño: permite la selección adecuada de , materiales y forma. Posibilita estudiar la sensibilidad del diseño con respecto a parámetros no controlados.

• Educación: es un excelente herramienta para ayudar a comprender un sistema real debido a que puede expandir, comprimir detener el tiempo, y además es capaz de brindar información sobre variables que no puedan se medidas en el sistema real.

• Capacitación: dado que el riesgo y los costos son casi nulos, una persona puede utilizar el simulador para aprender por si misma utilizando el método mas natural para aprender el de prueba y error.

La importancia de la simulación es evidente al considerar el impacto que tuvieron algunos trabajos, como ser:

• La perestroyca: estudios de simulación afectados en Rusia en las décadas de 70 y 80 convencieron a los dirigentes de la necesidad de plantear un fuerte cambio en la economía de ese país.

• La caída de la bolsa de Nueva York en 1988: la utilización de programas de simulación por parte de los corredores de bolsa causo una falsa inestabilidad que provoco la caída.

• El regreso del Apolo 13: la simulación jugo un papel muy im portante en la determinación del plan de emergencia. La nave retorno con éxito a pesar de las graves averías.

• Los Voyagers: gracias a la simulación se pudieron establecer los itinerarios óptimos para estas naves con un mínimo consumo de energía aprovechando la atracción gravitacional de los planetas.

• Proyecto Monte Carlo: Von Neuman y Ulam (1945) emplearon simulación para estudiar las reacciones nucleares.

• Los modelos de planetas: algunos plantean la posibilidad de un calentamiento global debido al efecto invernadero.

• Capacitación de tropas: en el operativo tormenta del desierto llevado a cabo en la guerra contra Irak, las tropas de todas las fuerzas estadounidenses que platicaron fueron entrenadas con simuladores

• Simuladores de vuelos: fue una de las primeras aplicaciones de los simuladores, actualmente se utilizan para entrenar pilotos de acciones comerciales y de combate.

1.2 DEFINICION DE SIMULACION

Se ha empezado a utilizar la palabra simulación sin haber dado una definición de ella. Por consiguiente, antes de proseguir con este tema, seria conveniente describir algunas de las definiciones mas aceptadas de y difundidas de la palabra simulación. Tomas H. Taylor (1977), la define así:

Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital, los cuales requieren ciertos tipos de modelos lógicos y matemáticos que describen el comportamiento de un negocio o un sistema económico en periodos de tiempo real.

Simulación es una técnica numérica para realizar experimentos en una computadora digital. Estos experimentos involucran ciertos tipos de modelos matemáticos y lógicos que describen el comportamiento de sistemas de negocios. Económicos, sociales, industriales, físicos y químicos a través de largos periodos de tiempo.

Otros estudiosos del tema como Robert E. Shannon (1988), definen simulación como:

Simulación es el proceso de diseñar y desarrollar un modelo computarizado de un sistema o proceso y conducir experimentos con ese modelo con el propósito de entender el comportamiento del sistema o evaluar varias estrategias con las cuales se puede operar el sistema.

Para los que prefieren una definición estrictamente formal, la propuesta por West Churman puede resultar satisfactoria.

Se dice que “x simula a y” si y solo si:

a) x y y son sistemas formales;

b) y se considera como un sistema real;

c) x se toma como una aproximación del sistema real

d) las reglas de validez en x no están externas de error

CONCEPTOS BASICOS DE SIMULACION

La simulación es una técnica muy poderosa y ampliamente usada en las ciencias para analizar y estudiar sistemas complejos. En investigaciones se formularon modelos que se resolvían en forma analítica. En casi todos estos modelos la meta era determinar soluciones óptimas. Sin embargo, debido a la complejidad, las relaciones estocásticas, etc, no todos los problemas del mundo real se pueden representar evacuadamente en forma de modelo.

Cuando se intenta utilizar modelos analíticos para sistemas como estos, en general necesitan de tantas hipótesis de simplificación que es probable que las soluciones no sean buenas, o bien, sean inadecuadas para su realización. En eso caso. Con frecuencia la única opción de modelado y análisis de que dispone quien toma dediciones es la simulación. Simular es reproducir artificialmente un fenómeno o las relaciones entrada-salida de un sistema. Esto ocurre siempre cuando la operación de un sistema o la experimentación en el son imposibles.

Si esta reproducción esta basada en la ejecución de un programa en una computadora digital, entonces la simulación se llama digital y usualmente se conoce como simulación por computadora, aunque esto incluye la simulación en las computadoras analógicas. La simulación por computadora esta relacionada con los simuladores. Por simulador entendemos no solo un programa de simulación y la computadora que lo realiza, sino también un aparato que muestra visualmente y a menudo físicamente las entradas y salidas de la simulación, como es el caso de los simuladores profesionales de vuelo, aunque en este curso no se hablara sobre los simuladores ni sobre la simulación analógica. A partir del advenimiento de las computadoras electrónicas, la simulación ha sido una de las herramientas más importantes y útiles para analizar el diseño y operación de complejos procesos o sistemas, simular, según Diccionario Universitario Webster, es fingir llegar a la esencia de algo, prescindiendo de la realidad.

Shannon define la simulación como el proceso de diseñar en modelo de un sistema real y realizar experimentos con el área para entender el comportamiento del sistema o evaluar varias estrategias para la operación del sistema. Por lo que se entiende que el proceso de simulación incluye tanto la construcción del modelo como su uso analítico para estudiar un problema.

Un modelo de simulación comúnmente toma la forma de un conjunto de hipótesis acerca del funcionamiento del sistema, expresado con relaciones matemáticas o lógicas entre los objetos del interés del sistema. El proceso de simulación incluye la ejecución del modelo a través del tiempo, en general en una computadora para generar nuestras representaciones de las mediciones del desempeño o funcionamiento.

TIPOS DE SIMULACION

De acuerdo a la naturaleza del modelo empleado, la simulación puede ser por:

• Identidad: es cuando el modelo es una replica exacta del sistema en estudio. Es la que utilizan las empresas automotrices cuando se realizan ensayos de choques de automóviles utilizando unidades reales.

• Cuasi-identidad: se utiliza una versión ligeramente simplificada del sistema real. Por ejemplo, los entrenamientos militares incluyen movilización de equipos y tropas pero no se llevan a cabo en una batalla real

• Laboratorio: se utilizan modelos bajo las condiciones controladas de un laboratorio. Se `pueden distinguir de simulaciones:

a) Juego operacional: personas compiten entre ellas, ellas forman parte del modelo, la otra parte consiste en computadoras, maquinaria, etc… es el caso de una simulación de negocios donde las computadoras se limitan a recolectar la información generada por cada participante y a presentarla en forma ordenada a cada uno de ellos.

b) Hombre-Maquina: se estudia la relación entre las personas y la maquina. Las personas también forman parte del modelo. La computadora o se limita a recolectar información, sino que también la genera.

• Simulación por computadora: el modelo es completamente simbólico y esa implementado en un lenguaje computacional. Las personas quedan excluidas del modelo. Un ejemplo es el simulador de un sistema de redes de comunicación donde la conducta de los usuarios esta modelada en forma estadística. Este tipo de simulación a su vez puede ser.

a) Digital: cuando se utiliza una computadora digital.

b) Analógica: cuando se utiliza una computadora analógica. Es este grupo también se pueden incluir las simulaciones que utilizan los modelos físicos.

EL SIMULADOR POR COMPUTADORA

Este libro se centrara en la simulación por computadoras. Un simulador esta compuesto por las siguientes partes:

• Un modelo: es un modelo simbólico. Puede ser un conjunto de ecuaciones, reglas lógicas o un modelo estadístico.

• El evaluador: es el conjunto de procedimientos que procesaran el modelo para obtener los resultados de la simulación. Puede contener rutinas para la resolución de sistemas de ecuaciones, generadores de números aleatorios, rutinas estadísticas, etc.

• La interfaz: es la parte dedicada a interactuar con el usuario, recibe las acciones del mismo y presenta los resultados de la simulación en una forma adecuada. Esta unidad puede ser tan compleja como la cabina en los simuladores de vuelo profesionales.

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