Fundamentos de la Simulación de Sistemas: Modelado, Etapas y Elementos Clave

¿Qué es la Simulación?

La simulación es una técnica numérica para conducir experimentos mediante la ayuda de una computadora. Consiste en la realización de pruebas sobre un MODELO que imite las respuestas de un SISTEMA real, con el fin de analizar el comportamiento del modelo y evaluar las posibles estrategias a seguir.

Aplicaciones de la Simulación

• Planificación
• Líneas de espera
• Sistemas de inventarios
• Sistemas de fabricación
• Industria de servicios
• Sistemas de transporte y distribución

Conceptos Fundamentales

Sistema

Un conjunto de elementos relacionados entre sí dinámicamente, del que interesa su comportamiento global frente al de sus partes. Un sistema puede ser considerado un proceso dinámico que responde a unas entradas para producir salidas.

Bucles de Realimentación

Relacionan los elementos internos del sistema.

Modelo

Una abstracción de la realidad, una representación simplificada del sistema. Se utiliza para estudiar la realidad y entender cómo funciona.

Modelo de Sistema

Establece la relación entre las acciones y sus efectos.

Modelo Válido

Para que un modelo sea considerado válido, debe recorrer las etapas de conceptualización, formalización y validación.

Etapas de Creación del Modelo

• Conceptualización: Comprensión del comportamiento de los fenómenos, resultando en un Modelo Mental.
• Formalización: Representación de los modelos mediante un lenguaje formal, creando un Modelo Formal. Este se implementa en ordenadores como un Modelo Computerizado.
• Evaluación: Análisis del modelo y verificación de su validez.

Tipos de Modelos según su Desarrollo

Modelo Mental

Basado en el conocimiento sobre un aspecto de la realidad adquirido por la experiencia, extrayendo características clave para representarlo.

Modelo Formal

A partir de las hipótesis de los modelos mentales, establece relaciones formales o de funcionamiento que definen el comportamiento de los aspectos de la realidad que se quieren modelar.

Modelo Computerizado

Implementación del modelo formal en un lenguaje de programación.

Clasificación de los Modelos

• Estático o Dinámico: Según si el tiempo influye (Dinámico) o no (Estático, el tiempo es una entrada del modelo).
• Determinístico o Estocástico: Según si incluye o no el azar y variables aleatorias (Estocástico) o no (Determinístico).
• Prescriptivos o Descriptivos: Según si identifican la mejor acción y optimizan el sistema (Prescriptivos) o solo describen el sistema para ayudar en la toma de decisiones (Descriptivos).
• Continuo o Discreto: Según si el estado de las variables cambia continuamente en el tiempo (Continuo) o solo en momentos discretos (Discreto).

Etapas de un Proyecto de Simulación

1. Determinar los objetivos.
2. Determinar el alcance y nivel de detalle.
3. Recoger datos.
4. Estructurar el modelo.
5. Construir el modelo computerizado.
6. Ejecutar el modelo.
7. Generar informes.
8. Comprobar el modelo (Verificar + Validar).
9. Experimentar con el modelo.
10. Documentar el modelo.
11. Presentar resultados.

Elementos Clave en Simulación

• Entidades: Objetos que fluyen por el sistema (ej. coche).
• Recursos: Elementos necesarios para procesar entidades (ej. almacén, robot).
• Atributos: Características de las entidades (ej. color, descripción).
• Parámetros: Valores que definen el sistema (ej. número de operarios, velocidad del torno, número de robots).
• Actividades: Procesos que toman tiempo (ej. soldadura, apriete, llenado de líquidos).
• Variables: Valores globales del sistema no asociados directamente a entidades.
• Colas: Lugares donde las entidades esperan por recursos o actividades.
• Eventos/Sucesos: Instantes en el tiempo que cambian el estado del sistema.
• Relaciones funcionales: Ecuaciones que describen el comportamiento del sistema.

Tipos de Eventos/Sucesos

• Endógenos o Exógenos: Según si sus causas son internas al sistema (Endógenos) o externas (Exógenos).
• Condicionados o No Condicionados: Según si su ocurrencia depende de que se cumplan ciertas condiciones (Condicionados) o no (No Condicionados).