Simulação de Sistemas Antonio J. Netto AULA1

Introdução O que é Simulação? Quais os usos da Simulação? Modelos de Simulação Ferramentas de Simulação

Definição de Simulação “Processo de projetar modelos de um sistema (ou processo), e conduzir experimentos com esses modelos com o propósito de entender o comportamento do sistema ou avaliar várias estratégias para a operação do sistema” Shannon. Simulação envolve: modelagem experimentação

Definição de Simulação Sistema: refere-se, geralmente, a uma coleção de entidades (pessoas, equipamentos, métodos, ...) com um conjunto de regras bem definidas entre elas.

Definição de Modelo “Modelo é uma representação de um objeto, sistema ou idéia em uma forma diferente da entidade propriamente dita”. A definição engloba: modelos físicos em pequena escala Ex.: modelos de barragens em escala natural Ex.: simuladores de vôo modelos matemáticos sistemas de equações (analítico) programas de computador (numérico/algorítmico)

Usos da Simulação Justificativas para o crescente uso da simulação: grande complexidade dos sistemas atuais redução nos custos computacionais avanços na Engenharia de Software disponibilidade de novos recursos gráficos

Usos da Simulação Administração Economia Engenharia elétrica planejamento da produção de fábricas Economia modelos macroeconômicos Engenharia elétrica circuitos eletrônicos Engenharia de transportes controle de tráfego Biologia e medicina propagação de doenças endêmicas crescimento populacional das espécies

Usos da Simulação Ciências sociais Política Computação crescimento demográfico Política jogos de guerra Computação organização de computadores circuitos lógicos redes de computadores sistemas de bancos de dados

Quando usar Simulação No projeto de sistemas ainda não existentes, quando a construção de protótipos para a verificação da correção do projeto ou avaliação de propriedades tem custo muito elevado. circuitos integrados, supercomputadores, aviões Para a compreensão e análise de sistemas existentes. variar parâmetros para análise de diferentes estratégias de operação dos sistemas avaliação de desempenho de sistemas de computação, quando não há modelos analíticos adequados Quando a experimentação com o sistema real é impossível. centrais nucleares

Quando usar Simulação Para compreensão ou expansão da escala de tempo. fenômenos econômicos e demográficos fenômenos nucleares Para treinamento e instrução. simuladores de vôo simuladores de jogos

Observações Para conduzir uma boa simulação: possuir conhecimentos sobre metodologias de simulação; formular o problema corretamente; obter informações consistentes sobre os procedimentos operacionais do sistema; modelar adequadamente os fenômenos aleatórios do sistema em estudo; escolher o software mais adequado e utilizá-lo de forma correta; estabelecer a validade e credibilidade do modelo; utilizar procedimentos estatísticos adequados para analisar os resultados.

Modelos de Simulação Contínuos X Discretos simulação contínua as variáveis do sistema têm valores que variam continuamente ao longo do tempo. equações fornecem o valor das variáveis em todos os instantes de tempo. reações químicas, crescimento de população, modelos econométricos

Modelos de Simulação simulação discreta as variáveis do sistema têm valores definidos apenas em instantes de tempo nos quais ocorrem eventos. evento é uma alteração no valor de uma ou mais variáveis sistemas de manufatura, controle de tráfego comportamento do modelo é dado por um conjunto de regras que determinam: o tempo do próximo evento as alterações nos valores das variáveis

Modelos de Simulação Estocásticos X Determinísticos modelo estocástico: uma ou mais variáveis assumem valores de acordo com distribuições de probabilidade. avaliação de desempenho de sistemas de computação modelo determinístico: variáveis seguem seqüências de valores conhecidos simulação da execução de um programa em um computador

Limites da Simulação Os resultados são fortemente dependentes dos dados de entrada. dados errados = saída errada Modelos estocásticos dependência da qualidade dos dados tamanho das amostras adequação das distribuições de probabilidade Modelos determinísticos simulação comprova comportamento apenas para os casos simulados cobertura exaustiva (e mesmo parcial aceitável) pode requerer tempo proibitivo

Limites da Simulação Desenvolvimento de bons modelos é caro e consome muito tempo. Simulação é imprecisa, pois trabalha sobre modelos. Simulação pode consumir grande tempo de processamento necessidade de muitos experimentos (para cobrir as combinações de condições operacionais) necessidade de muitas replicações (para atingir valores estatísticos)

Ferramentas de Simulação Linguagens de programação de propósito geral Fortran, C, Pascal, Java disponíveis para todas as plataformas alta flexibilidade, bibliotecas de simulação Linguagens de simulação GPSS, SimsScript, Siman, Simula, GASP diminuem o tempo de programação estruturas pré-existentes para modelagem

Ferramentas de Simulação Ambientes de simulação engloba a descrição do modelo, controle da simulação e coleta e visualização de estatísticas. propósito geral: MicroSaint, PowerSim, Simul8, VSE propósito específico: Taylor, ProModel, WaterMod