LA SIMULACIÓN COMO PROCESO EXPERIMENTAL: EXPERIMENTOS Y ORDENADORES La práctica de la simulación es una técnica que no realiza ningún intento especifico para aislar las relaciones entre variables particulares, antes bien adop adopta ta un punt punto o de vist vista a glob global al desd desde e el que que se inte intent nta a obse observ rvar ar como como cambian conjuntamente todas las variables del modelo con el tiempo. En todo caso, caso, las relaci relacione ones s entre entre las variab variables les deben deben obtene obtenerse rse a partir partir de tales tales observaciones. Esta concepción caracteriza la simulación como una técnica experimental de resolución de problemas, lo que comporta la necesidad de repe repetir tir múlt múltip iple les s ejecu ejecuci cion ones es de la simu simula laci ción ón para para pode poderr ente entend nder er las las relaciones implicadas por el sistema, en consecuencia el uso de la simulación en un estudio debe planificarse como una serie de experimentos cuyo diseño debe seguir las normas del diseño de experimentos para que los resultados obtenidos puedan conducir a interpretaciones significativas de las relaciones de interés. La simul imulac ació ión n con con comp comput utad ador or es por por lo tant tanto o una una técn técnic ica a que que real realiz iza a experimentos en un computador con un modelo de un sistema dado. El modelo es el vehículo utilizado para la experimentación en sustitución del sistema real. Los experimentos pueden llegar a tener un alto grado de sofisticación que requiera la utilización de técnicas estadísticas de diseño de experimentos. En la mayor parte de los casos los experimentos de simulación son la manera de obtener repuestas a preguntas del tipo "¿qué pasaría sí?", preguntas cuyo objetivo suele ser evaluar el impacto de una posible alternativa que sirva de soporte a un proceso de toma de decisiones sobre un sistema, proceso que puede representarse esquemáticamente mediante el diagrama de la Figura 8.
Volvemos a encontrar aquí, en la utilización de la simulación, las características de lo que hemos denominado ingeniería de sistemas, es decir una visión globalizadora que utiliza un modelo para combinando elementos de análisis y diseño diseño entend entender, er, por medio medio de experi experimen mentos tos,, cómo cómo un sistem sistema a existe existente nte funciona, o cómo puede funcionar un sistema planeado, y prever cómo las modificaciones del sistema pueden cambiar su comportamiento. La simulación, y los experimentos de simulación, se convierten así en una herramienta de análisis de sistemas, para entender cómo opera un sistema existente, o cómo puede operar uno propuesto. La situación ideal, en la cual el investigador realizaría los experimentos sobre el sistema real es sustituida por una en la que el investigador construye un modelo del sistema y experimenta sobre él mediante la simulación, utilizando un ordenador, para investigar el comp compor orta tami mien ento to del del mode modelo lo e inte interp rpre reta tarr los los resu resulta ltado dos s en térm términ inos os del del comportamiento del sistema objeto del estudio. La simulación, y el procedimiento experimental asociado, se convierten también en una herramienta de diseño de sistemas, cuyo objetivo es la producción de un sist sistem ema a que que satis satisfa faga ga cier cierta tas s espe especi cific ficac acio ione nes. s. El dise diseña ñado dorr pued puede e seleccionar o planear como deben ser las componentes del sistema y concebir cual debe ser la combinación de componentes y relaciones entre ellas que determinan el sistema propuesto. El diseño se traduce en un modelo cuyo comportamiento permite inducir el del sistema previsto. El diseño se acepta cuando cuando las previs prevision iones es se ajusta ajustan n adecua adecuadam dament ente e a los compor comportam tamien ientos tos deseados, en caso contrario se introducen las modificaciones pertinentes en el modelo y se repite el proceso. Otra posibilidad es la que se da en estudios económicos, políticos, médicos, etc. en los que se conoce el comportamiento del sistema pero no los procesos que producen tal comportamiento. En este caso se formulan hipótesis sobre las entid entidad ades es y acti activi vida dade des s que que pued pueden en expl explic icar ar la cond conduc ucta ta.. El estu estudi dio o de simu simula laci ción ón por por medi medio o del del mode modelo lo corr corres espo pond ndie ient nte e perm permit ite e comp compar arar ar las las respuestas de un modelo basado en tales hipótesis con el comportamiento conocido, de manera que una concordancia adecuada lleva a suponer que la estructura del modelo se corresponde con la del sistema real.
METODOLOGÍA METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO DE SIMULACIÓN La aplicación de la simulación a diferentes tipos de sistemas combinada con las difere diferente ntes s clases clases de estudi estudio o que que se puede pueden n realiz realizar ar conduc conduce e a una gran gran cantidad de variantes de la manera en que se puede realizar un estudio de simulación. Sin embargo hay determinados pasos básicos del proceso que
pueden pueden identi identific ficars arse e como como los consti constituy tuyent entes es de lo que denomi denominar naremo emos s la metodología de un estudio de simulación, y son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Definición Definición del proble problema ma y planifi planificació cación n del estudio. estudio. Reco Recogi gida da de dato datos. s. Formul Formulaci ación ón del del modelo modelo matemá matemátic tico. o. Cons Constr truc ucci ción ón y veri verifi fica caci ción ón del del prog progra rama ma para para comp comput utad ador or del del modelo. Ejecuc Ejecucion iones es de prueba prueba del del model modelo. o. Valid Validac ación ión del del mode modelo lo.. Diseño Diseño de de los los experi experimento mentos s de simulación. simulación. Ejecuc Ejecución ión de de los exper experime imento ntos. s. Anális Análisis is de los result resultado ados. s.
El proceso no es, en general, secuencial, sino iterativo, en el que algunos de los pasos pueden tener que repetirse en función de los resultados intermedios tal como muestra la Figura 9. Ningún estudio de simulación puede llevarse a cabo sin establecer claramente una definición precisa del problema que se pretende resolver y los objetivos del estudio. Los diseños alternativos del sistema que se han de estudiar han de quedar claramente especificados, así como los criterios para evaluar dichos diseños. Criterios que servirán de base al proceso de toma de decisiones para elegir uno de los diseños. Para la formulación del modelo debe establecerse su estructura definiendo cuales son los aspectos del funcionamiento del sistema que son son signif significa icativ tivos os para para la resolu resolució ción n del proble problema ma que tenemo tenemos s entre entre manos, manos, y que datos datos es necesa necesario rio recog recoger er para para propor proporcio ciona narr al modelo modelo la información adecuada. La construcción del modelo de simulación es en muchos casos más un arte que una ciencia, que combina aspectos matemáticos y lógicos. En general la experiencia recomienda empezar con modelos moderadamente detallados que paulatinamente se van haciendo más sofisticados. El modelo únicamente debe contener el nivel de detalle requerido por los objetivos del estudio. Dado un modelo modelo matemá matemátic tico o la const construc rucció ción n del del progra programa ma para para comput computad ador or es el requisito imprescindible para poder manipular numéricamente el modelo para obtene obtenerr las soluc solucion iones es que respon respondan dan a las pregun preguntas tas que el analis analista ta se formula sobre el sistema. La validación del modelo es uno de los pasos cruciales del proceso, suele ser uno de los más difíciles, pero es un requisito indispensable para establecer si el modelo modelo repres represent enta a o no adecua adecuadam dament ente e el sistem sistema a objeto objeto del estud estudio, io, de manera que se puedan garantizar las inducciones y extrapolaciones sobre el comportamiento del sistema a partir de lo observado sobre el modelo. Diseñar los experimentos comporta, como hemos comentado anteriormente, aplicar rigurosamente las técnicas observacionales de la estadística, propias del método científico, que permitan garantizar la significación de las respuestas
prod produc ucid idas as por por la ejec ejecuc ució ión n del del prog progra rama ma que que impl implan anta ta el mode modelo lo en el computador.
El PROCESO DE CONSTRUCIÓN DEL MODELO EN LA COMPUTADORA Especificación del Sistema y la Simulación: Es la Definición de los detalles de estudios de la simulación, entre las que se especifican: • • • • •
Objetivos de la Simulación Descripción del Sistema y Enfoque de Modelado Exactitud en la Animación Entradas y Salidas del Modelo Formas de Entrega del Proyecto
Formulación y Construcción del Modelo: Es la especificación del tipo de construcción que se va usar para construir el modelo. Aplicando un enfoque de arriba hacia abajo, la primera opció ción debería ser módulos los de panel Basic Proces cess, seguidos Advanced Process y Advanced Tranfer y modulos de los paneles Blocks y Elements sólo cuando requiere. Se va probando el proceso, hasta que quedé satisfecho todo el estudio. Convencido que funcione correctamente, se añade la siguiente fase. Continuando de esa manera hasta que haya creado todo el modelo. Tal enfoque hace que la verificación del modelo sea mucho más fácil.
Verificación y Validación: Una vez que se tenga trabajado el modelo, y a veces incluso mientras lo construye, se puede aplicar la Veri Verifi fica caci ción ón y Vali Valida daci ción ón.. La veri verifi fica caci ción ón es la tare tarea a de asegurar que el modelo se comparta como se planeó: de forma más coloquial, esto se conoce como depuración del modelo. La validación es la tarea de asegurar que el modelo se comporta de la misma forma que el sistema real.
CONTENIDO DEL PROYECTO FINAL DE SIMULACIÓN Portada Introducción Definición del problema Objetivos Descripción del sistema Recogida de datos Formulación del modelo matemático. Modelo simulado simulado construido del sistema. Explicación Diseño de los experimentos de simulación. Ejecución de los experimentos. Análisis de los resultados. Conclusiones Recomendaciones Bibliografía Anexos
Elaborar: •
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Informe Escrito Presentación del Proyecto en PowerPoint, Síntesis del Informe. Entrega de CD con Informe Escrito, modelo de simulación en arena y la presentación
