LAS Etapas de la simulación numérica

LAS Etapas de la simulación numérica
INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica Integrantes: Hernandez Villa Alejandro Izaguirre Chavela Fernando José Lara Becerril Norma Isabel Lecuona Riveros Lilian Adela Catedrático: Dr. José Antonio Garrido Natarén H. VERACRUZ, VER. 26/SEPTIEMBRE/2018 1/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica Etapas de desarrollo de un proyecto de simulación: Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 2/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.1 La Formulación del Problema Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 3/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.1 La Formulación del Problema Es la etapa más importante de cualquier proyecto de simulación. Es la etapa donde se estructura formalmente la idea de la simulación. Es la etapa donde se debe de definir claramente porqué se estudia un sistema y qué objetivos se persigue con ello. Debe de delimitar el campo de la simulación 4/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.1 La Formulación del Problema Para la Formulación del Problema se deben de tomar en cuenta los siguientes factores: Los resultados que se esperan del simulador El plan de experimentación El tiempo disponible Las variables de interés El tipo de perturbaciones a estudiar El tratamiento estadístico de los resultados La complejidad de la interfaz del simulador 5/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.1 La Formulación del Problema La formulación del problema es una tarea que se realiza conjuntamente entre el cliente (usuario) y el desarrollador (prestador de servicios). 6/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 7/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema Un sistema es un conjunto de elementos que interactúan dinámicamente para lograr un objetivo común. 8/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema La etapa de la definición del sistema consiste en: Estudiar el contexto del problema Identificar los objetivos del proyecto Especificar los índices de medición de la efectividad del sistema Establecer los objetivos específicos del modelamiento Definir el sistema que se va a modelar Definir la frontera del sistema y las interacciones con el ambiente que serán consideradas 9/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema El análisis del sistema debe de permitir: Determinar la interacción del sistema con otros sistemas Determinar las restricciones del sistema Identificar las variables que interactúan dentro del sistema y sus interrelaciones Definir las medidas de efectividad que se van a utilizar para estudiar el sistema y los resultados que se esperan obtener del estudio. 10/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema La definición de un sistema implica clasificarlo, identificar las entidades, atributos y actividades del sistema 11/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.2 La Definición del Sistema Una vez definidos los resultados que se esperan obtener del estudio (Formulación del Problema) y delimitado su contexto (Definición del Sistema), se define y construye el modelo con el cual se espera obtener deseados. 12/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 13/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Una vez definidos con exactitud los resultados que se esperan obtener del estudio, se define y construye el modelo con el cual se obtendrán los resultados deseados. 14/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo En la formulación del modelo es necesario definir todas las variables que forman parte de él, sus relaciones lógicas y los diagramas de flujo que describan en forma completa el modelo. 15/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Pasos para la formulación del modelo: Especificación de los componentes Especificación de las variables y los parámetros que se deben incluir en el modelo. Especificación de las relaciones funcionales. 16/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo La formulación del modelo debe producir descripciones o predicciones, razonablemente exactas, referentes al comportamiento del sistema, lo que reduce el tiempo de desarrollo del programa. 17/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Como guía, podemos dividir el proceso de formulación de un modelo en tres etapas: Se estudia el ambiente Se formula una representación selectiva de la realidad Se formula una representación simbólica (es decir con expresiones matemáticas) del modelo . 18/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Existen tres filosofías para decidir qué elementos del sistema real se deben de incluir en el modelo: Incluir todos los aspectos del sistema real que parecen influir en su comportamiento y luego simplificar el modelo para quedarse sólo aquellos elementos que son más relevantes. 19/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Existen tres filosofías para decidir qué elementos del sistema real se deben de incluir en el modelo: Empezar con un modelo simple del sistema real e ir añadiendo complejidad a éste hasta llegar a tener elementos suficientes para responder a las cuestiones planteadas. 20/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Existen tres filosofías para decidir qué elementos del sistema real se deben de incluir en el modelo: Hacer un gasto inicial de esfuerzo y tiempo tratando de identificar los elementos del sistema que tienen mayor importancia para responder a las cuestiones planteadas. Antes de pasar a construir el modelo lógico se ha de estar seguro que el modelo conceptual es una buena abstracción del sistema real. 21/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo El modelo lógico sirve como puente entre el modelo conceptual y el modelo de ordenador. 22/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.3 La Formulación del Modelo Una aproximación para la verificación del modelo lógico se centra en responder a las siguientes cuestiones: ¿Están procesados correctamente los sucesos del modelo? ¿Son válidas las fórmulas matemáticas y las relaciones incluidas en el modelo? ¿Están calculadas correctamente las estadísticas y medidas de ejecución? 23/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 24/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos El análisis de los datos de los que se dispone sobre el sistema a modelar es una tarea imprescindible que, correctamente desarrollada, facilita y simplifica considerablemente el desarrollo de los modelos y de los proyectos de simulación. 25/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Métodos a fin de recopilar los datos sobre una situación existente: Entrevistas Cuestionarios Inspección de registros (revisión en el sitio) Observación. 26/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Se recomienda cuestionar siempre toda la información y datos disponibles: ¿cuál es la fuente? ¿cuándo se recogió? ¿cómo fue recogida? ¿tiene ésta sentido? ¿tenemos insuficientes datos o son excesivos? 27/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Si los datos son limitados o su calidad es dudosa es conveniente ser prudente a la hora de extraer conclusiones en base a los resultados generados por el simulador. 28/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Los datos y el conocimiento adquirido durante el estudio de simulación siempre podrán aportar información valiosa para la toma de decisiones 29/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos La recogida de datos es una de las etapas más laboriosas de un proyecto de simulación. En general y de modo muy especial en los sistemas complejos, el conocimiento sobre el funcionamiento del sistema, necesario para construir el modelo de simulación, está repartido entre diferentes personas de la empresa. 30/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos La recogida de datos es una de las etapas más laboriosas de un proyecto de simulación. Para obtener la información requerida el modelador tiene que estar dispuesto a buscar en todas las fuentes que puedan proporcionarla. 31/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.4 La Recolección De Datos Proceso de 5 pasos para la Recolección de Datos: Aclarar nuestra meta para la recolección de datos. Desarrollar definiciones operacionales y procedimientos. Validar el Sistema de Medición. Comenzar la recolección de los datos. Continuar mejorando los sistemas de medición y asegurarnos d que las personas sigan las instrucciones de recolección de datos. 32/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.5 La Implementación del Modelo Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 33/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.5 La Implementación del Modelo El modelo es implementado utilizando algún lenguaje de computación. Existen lenguajes específicos de simulación que facilitan esta tarea; también, existen programas que ya cuentan con modelos implementados para casos especiales. 34/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.5 La Implementación del Modelo De la selección del lenguaje dependerá el tiempo de implementación del modelo de simulación, es importante utilizar el lenguaje que mejor se adecúe a las necesidades de simulación que se requieran. 35/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.5 La Implementación del Modelo Los modelos de simulación pueden ser implementados usando lenguajes de propósito general (Fortran, Algol, Lisp, etc.,), o paquetes de simulación disponibles en el mercado (como Vensim, Stella y iThink, GPSS, simula, simscript, Rockwell Arena etc.,). 36/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.5 La Implementación del Modelo Hay dos tipos de paquetes de simulación: Los lenguajes de simulación Las aplicaciones orientadas a los simuladores los lenguajes de simulación a menudo son más flexibles sin embargo requieren de gran cantidad de programación. 37/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 38/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación La verificación se refiere a la construcción correcta de un modelo. Se puede definir verificación como el proceso de determinar si la lógica operacional del modelo (programa de ordenador) se corresponde con la lógica del diseño. 39/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación La verificación de modelos es una técnica que, dado un modelo finito de un sistema y una propiedad formal, verifica por medio de una herramienta si dicha propiedad vale en todos los estados del sistema. 40/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación VALIDACIÓN DEL MODELO CONCEPTUAL La validación del modelo conceptual consiste en establecer si con la abstracción que hemos realizado sobre el sistema real, se podrá responder al problema planteado. 41/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación Una aproximación para la verificación del modelo lógico se centra en responder a las siguientes preguntas: ¿Están procesados correctamente los sucesos del modelo? ¿Son válidas las fórmulas matemáticas y las relaciones incluidas en el modelo? ¿Están calculadas correctamente las estadísticas y medidas de ejecución? 42/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.6 La Verificación Las siguientes aproximaciones se pueden utilizar para verificar el modelo de ordenador: •Métodos de programación estructurada Trazas de simulación Pasar test al programa Checar las relaciones lógicas Comparar con modelos analíticos Usar representaciones gráficas 43/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 44/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación Se refiere a la construcción de un modelo correcto. La validación es el proceso de determinar si el modelo, como abstracción, es una buena representación del sistema. 45/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación La validación se consigue a través de la calibración del modelo. Es un proceso iterativo de comparación del comportamiento del modelo con el del sistema usando las diferencias entre ambos para mejorar el modelo. El proceso se repite hasta que el modelo se considera aceptable. 46/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación La validación del modelo conceptual debe comprobar que la abstracción que hemos realizado sobre el sistema real, responde a la necesidad planteada. 47/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación Métodos de validación Comparación de los resultados de salida del modelo con los del sistema real. Método Delphi: Se selecciona un grupo de expertos los cuales deben llegar a un consenso en las respuestas que den acerca de una serie de preguntas que se les plantean. 48/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.7 La Validación Métodos de validación Test de Turing: En este test, a un experto, o grupo de expertos, se le presentan resúmenes o informes de resultados de ejecución del sistema y del modelo, a los que se les ha dado el mismo formato. Comportamiento en casos extremos: Ocasionalmente se puede observar el comportamiento del sistema bajo condiciones extremas. 49/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.8 El Diseño de Experimentos Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 50/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.8 El Diseño de Experimentos La experimentación es una técnica utilizada para encontrar el comportamiento de una variable a partir de diferentes combinaciones de factores o variables de entrada de un proceso, que al cambiar afectan la respuesta. 51/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.8 El Diseño de Experimentos Pasos a seguir en el diseño de experimentos: Reconocimiento y establecimiento del problema Selección de los factores y niveles de cada uno de estos Selección de la variable respuesta Determinación del diseño experimental que debe llevarse a cabo Realización del experimento para la obtención de los datos de la respuesta Análisis de los datos Conclusiones y recomendaciones Estudio de confirmación 52/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.8 El Diseño de Experimentos La experimentación ayuda a conocer el sistema materia de la simulación. Para el desarrollo de los experimentos, es necesario que se tenga en cuenta las siguientes características generales de los mismos: Simplicidad Grado de precisión Ausencia de error sistemático 53/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.9 La Experimentación Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos La Experimentación Interpretación Documentación 54/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.9 La Experimentación Una vez validado el modelo se realiza la experimentación que consiste en generar los datos deseados y realizar el análisis de sensibilidad de los índices requeridos. El análisis de sensibilidad consiste en variar los parámetros del sistema y la observación del efecto en la variable de interés. 55/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.9 La Experimentación Los objetivos de la experimentación son: Encontrar la combinación valores de parámetros que optimizan la variable de interés. Explicar la relación entre la variable de interés y las variables controlables. 56/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.10 La Interpretación Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos La Experimentación Interpretación Documentación 57/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.10 La Interpretación En esta etapa del estudio, se interpretan los resultados que arroja la simulación y basándose en esto se toma una decisión. 58/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.10 La Interpretación En esta etapa se interpretan los hallazgos y se comparan con los datos de sistemas similares, si es posible. En el proceso de simulación se requiere la interpretación de los datos generados por la computadora, a partir del modelo simulado. 59/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.10 La Interpretación La interpretación consiste de tres pasos: Recolección y procesamiento de los datos simulados. Cálculo de la estadística de las pruebas. Análisis de los resultados. La interpretación de los datos de simulación en computadora es, según los expertos, considerablemente más difícil que la interpretación de los datos del mundo real. 60/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.11 La Documentación Formulación del problema Definición del sistema Formulación del modelo Recolección de datos Implementación del modelo en la computadora Verificación Validación Diseño de experimentos Experimentación Interpretación Documentación 61/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.11 La Documentación La documentación es la etapa donde se guarda un registro histórico del proceso de simulación. Se puede decir que este proceso debe llevarse a cabo desde que el cliente solicita el estudio. 62/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.11 La Documentación Dos tipos de documentación son requeridos para hacer un mejor uso del modelo de simulación. Tipo técnico. Manual de usuario 63/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.11 La Documentación Los objetivos perseguidos con la documentación son los siguientes: Reflejar el estado del proyecto en un momento dado. Informar sobre todo el proyecto. Facilitar la futura reutilización del modelo si ésta fuera de interés. 64/66

INSTUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ LAS Etapas de la simulación numérica 2.11 La Documentación Se requiere consignar en los informes la siguiente información: Introducción Objetivos Hipótesis Descripción gráfica del sistema Justificación de la metodología empleada Descripción del modelo Análisis de los experimentos efectuados Conclusiones 65/66

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