Fundamentos de la Simulación Computacional y Modelado de Sistemas

Introducción a la Simulación

La simulación se define como el conjunto de métodos y aplicaciones que imitan o replican el comportamiento de sistemas reales, generalmente a través de un computador. Esta herramienta es ampliamente utilizada en diversos campos e industrias debido a que es sumamente popular y poderosa.

Definición de Sistema

Un sistema se refiere a las instalaciones o procesos, ya sean actuales o planeados. Algunos ejemplos comunes incluyen:

• Instalaciones de manufactura.
• Operación de aeropuertos.
• Instalaciones hospitalarias.
• Sistemas de carreteras.
• Plantas químicas.

¿Cómo trabajamos con el Sistema?

El estudio de un sistema implica su medición, mejora, diseño y control. Para ello, se recurre al uso de modelos.

El Modelo como Herramienta de Trabajo

Estudiar un modelo en lugar del sistema real presenta múltiples ventajas:

• Generalmente es mucho más fácil, rápido, barato y seguro.
• Permite probar una infinidad de ideas. Es preferible cometer errores en el computador, donde no tienen costo, que en el sistema real, donde las consecuencias son críticas.
• A menudo, el solo hecho de construir el modelo resulta instructivo, independientemente de los resultados finales.

Validez del Modelo

Al desarrollar cualquier tipo de modelo, no solo de simulación, es fundamental considerar:

• El cuidado en la construcción para representar la realidad lo más fielmente posible.
• El nivel de detalle adecuado.
• La capacidad de obtener las mismas conclusiones del modelo como si se derivaran del sistema real.

Tipos de Modelos

Existen diferentes enfoques para representar la realidad:

• Modelos Físicos (icónicos): Incluyen modelos manuales y simuladores de vuelo.
• Modelos Lógicos (matemáticos): Se basan en supuestos sobre la operación del sistema. Permiten ejercitar programas para probar escenarios, obtener resultados y aprender sobre el comportamiento del modelo.

Estudio de los Modelos Lógicos

Si un modelo es lo suficientemente simple, se puede utilizar el análisis matemático tradicional, como la Teoría de Colas, Ecuaciones Diferenciales o Programación Lineal.

Sin embargo, los sistemas complejos rara vez pueden ser representados válidamente por un modelo analítico simple. Existe el peligro de sobresimplificar los supuestos, comprometer la validez del modelo o terminar trabajando con el problema equivocado.

Simulación Computacional

La simulación computacional comprende métodos para estudiar una amplia variedad de modelos de sistemas mediante la evaluación numérica en el computador. Utiliza software especializado para imitar las operaciones y características del sistema, a menudo a través del tiempo.

Consideraciones de Uso

• Puede usarse para estudiar modelos simples, pero no debe utilizarse si existe una solución analítica posible.
• El poder real de la simulación reside en el estudio de modelos complejos.
• La simulación puede tolerar la complejidad en casos donde ni siquiera se aspira a una solución analítica.

Popularidad de la Simulación

La simulación ha sido consistentemente posicionada como la herramienta más útil y popular en las áreas generales de Investigación Operacional y Ciencias de la Administración.

Evidencia Histórica

• 1978: Graduados del Departamento de O.R. de la CWRU destacaron las siguientes áreas de relevancia:
  1. Análisis estadístico.
  2. Predicción.
  3. Análisis de sistemas.
  4. Sistemas de información.
  5. Simulación.
• 1979: Una encuesta realizada a 137 grandes empresas sobre los métodos utilizados reveló:
  1. Análisis estadístico (93% de uso).
  2. Simulación (84% de uso).
  3. Seguido por Programación Lineal (LP), PERT/CPM, Teoría de Inventarios y Programación No Lineal (NLP).