Simulacion por Computadoras.

INTRODUCCIÓN.

La creciente capacidad de las computadoras y la inmensa investigación en el campo de la Ciencia de la Computación otorgan nuevas herramientas para apoyar el proceso de la toma de decisiones en diversas disciplinas y áreas de diseño y manejo de la industria. La Simulación es una de las herramientas más importantes y más interdisciplinarias. En pocas palabras podemos decir, que la simulación realiza cuando la computadora finge ser una tienda, un avión o un mercado de abarrotes. El usuario define la estructura del sistema que quiere simular. Una corrida del programa de simulación correspondiente le dice cuál será el comportamiento dinámico de su empresa o de la máquina que está diseñando. Así podemos ver los pronósticos para la demanda y utilidad de nuestro producto, o ver cuando un mecanismo pueda fallar en las condiciones adversas del ambiente donde funcionará.

Las aplicaciones de la simulación parecen no tener límites. Actualmente se simulan los comportamientos hasta las partes más pequeñas de un mecanismo, el desarrollo de las epidemias, el sistema inmunológico humano, las plantas productivas, sucursales bancarias, el sistema de repartición de pizzas en la Ciudad de México, crecimiento de poblaciones de especies de animales, partidos y torneos de fútbol, movimiento de los planetas y la evolución del universo, para mencionar unos pocos ejemplos de las aplicaciones de esta herramienta. Cabe mencionar la creciente importancia de la Simulación en la Investigación de operaciones y en sus aplicaciones industriales. En los países altamente desarrollados la simulación es una herramienta principal de en los procesos de toma de decisiones, en el manejo de empresas y el planeación de la producción. Además, la Simulación es cada vez más “amigable” para el usuario, que no tiene que ser un especialista en computación.  

Concepto.

Una simulación por computadora es un programa informático o una red de ordenadores cuyo fin es crear una simulación de un modelo abstracto de un determinado sistema. Las simulaciones por computadora se han convertido en una parte relevante y útil de los modelos matemáticos de muchos sistemas naturales de ciencias como la física, la astrofísica, la química y la biología; así como de sistemas humanos de economía, psicología y ciencias sociales. Además, se emplea en el diseño de nueva tecnología para llegar a comprender mejor su funcionamiento.

Las simulaciones por computadora abarcan desde programas informáticos cuya ejecución dura unos minutos hasta conjuntos de ordenadores conectados en red cuya ejecución dura horas, e incluso hay simulaciones que se extienden varios días. La variedad de acontecimientos que se pueden recrear mediante simulaciones por computadora ha superado con creces las posibilidades del modelo matemático tradicional de lápiz y papel: hace más de diez años, una simulación de una batalla en el desierto en la que un ejército atacaba a otro requirió del modelado de 66 239 tanques, camiones y otros vehículos en un terreno simulado cerca de Kuwait, para lo que se emplearon varios superordenadores del Programa para la Modernización de los Ordenadores de Alto Rendimiento (del inglés: High Performance Computer Modernization Program) del Departamento de Defensa de Estados Unidos. Un modelo de mil millones de átomos de una deformación material, otro modelo de 2,64 millones de átomos de un ribosoma (el complejo supramolecular sintetizador de proteínas presente en todos los organismos) y el proyecto Blue Brain en la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza, comenzaron en mayo de 2005 a crear la primera simulación por computadora de todo el cerebro humano, llegando incluso al nivel molecular.

 

 Un simulador por computadora está compuesto por las siguientes partes:

· Un modelo: Es un modelo simbólico. Puede ser un conjunto de ecuaciones, reglas
lógicas o un modelo estadístico.

· El evaluador: Es el conjunto de procedimientos que procesarán el modelo para obtener los resultados de la simulación. Puede contener rutinas para la resolución de sistemas de ecuaciones, generadores de números aleatorios, rutinas estadísticas, etc.

· La interfaz: Es la parte dedicada a interactuar con el usuario, recibe las acciones del mismo y presenta los resultados de la simulación en una forma adecuada. Esta unidad puede ser tan compleja como la cabina utilizada en los simuladores de vuelos profesionales.

Historia. 

La simulación por computadora se desarrolló a la par que se produjo el vertiginoso progreso del ordenador. Su primer despliegue a gran escala fue en el Proyecto Manhattan, durante la Segunda Guerra Mundial, para recrear una detonación nuclear. Se empleó el Método de Montecarlo. Las simulaciones por computadora a veces complementan o incluso sustituyen a los sistemas de modelización para los que no es posible hallar soluciones analíticas de forma cerrada. Existen muchos tipos de simulación por computadora, pero todos ellos comparten una característica común: tratan de generar una muestra de escenarios representativos para un modelo en el que una relación completa de todos los estados posibles de este sería muy costoso o imposible. Los modelos informatizados se emplearon inicialmente como suplemento de otros parámetros, pero más adelante su uso se extendió a otros ámbitos. 

Tipos.

Los modelos computacionales pueden clasificarse atendiendo a distintos pares de atributos, a saber:

• Estocástico o determinista
• Estático o dinámico
• Continuo o discreto
• Local o distribuido

Las ecuaciones definen las relaciones existentes entre los elementos del sistema modelado y tratan de encontrar un estado en el que el sistema esté en equilibrio. Esta clase de modelos se emplean habitualmente para simular sistemas físicos, esto es, a modo de modelaje más sencillo antes de pasar al modelado dinámico.

Discretos dinámico modelos computacionales de dos edificios.

• Los modelos de simulación dinámica cambian en un sistema en respuesta a señales de entrada.
• Los modelos estocásticos emplean generadores de números aleatorios para simular el azar o una serie de acontecimientos aleatorios.
• Una simulación de un acontecimiento discreto (DES, del inglés Discrete event simulation) manipula acontecimientos en el tiempo. La mayoría de las simulaciones por computadora de tests de lógica y arborigramas de fallos son de este tipo. En este tipo de simulación, el simulador tiene una lista de acontecimientos ordenados por el tiempo al que deberían suceder. El simulador lee la lista y activa nuevos acontecimientos a medida que se procesa otro. No es importante ejecutar la simulación en tiempo real, sino que normalmente se le da más importancia al poder acceder a los datos producidos por la simulación para descubrir defectos lógicos en el diseño o en la sucesión de acontecimientos.
• Una simulación de movimiento continuo proporciona una solución numérica a ecuaciones diferenciales algebraicas o ecuaciones diferenciales (tanto ecuaciones diferenciales en derivadas parciales como ecuaciones diferenciales ordinarias). A intervalos regulares, el programa de simulación resuelve todas las ecuaciones y utiliza los números para cambiar el estado y la salida de la simulación. Entre las aplicaciones se incluyen simuladores de vuelo, videojuegos de construcción y gestión, modelados de procesos químicos y simulaciones de circuitos eléctricos. En un principio, este tipo de simulaciones se ejecutaban en ordenadores analógicos, en los que se podían representar las ecuaciones diferenciales mediante distintos componentes eléctricos como amplificadores operacionales.Sin embargo, a partir de finales de los años 80, la mayor parte de las simulaciones analógicas se ejecutaban en ordenadores digitales que emulaban a los ordenadores analógicos.
• Un tipo especial de simulación discreta que no se sustenta en un modelo basado en una ecuación, pero que, no obstante, puede representarse formalmente, es la simulación agent-based. En esta simulación, las entidades individuales (como, por ejemplo, moléculas, células, árboles o consumidores) del modelo se representan directamente (en lugar de por su densidad o concentración) y poseen un estado interno y un conjunto de comportamientos o reglas que determinan cómo se actualiza el estado del «agente» (agent) de un salto de tiempo al siguiente.
• Los modelos distribuidos se ejecutan en una red de ordenadores interconectados, posiblemente a través de Internet. A este tipo de simulaciones dispersas en distintos ordenadores centrales se las conoce con el nombre de «simulaciones distribuidas». Existen diversos standars para las simulaciones distribuidas, entre los que se encuentran el Aggregate Level Simulation Protocol (ALSP), el Distributed Interactive Simulation (DIS),el High level architecture (simulation)(HLA) y el Test and Training Enabling Architecture (TENA).
  
  
  >>Ejemplo de Simulacion MonteCarlo.