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SimulaciónDr. Ignacio Ponzoni
Clase XXIII: Evolución del Software para Simulación
Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Computación
Universidad Nacional del Sur
Año 2005
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Simulación 2 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
Dividiremos la historia en seis períodos:
• 1955-60: El Período de Búsqueda
• 1961-65: El Advenimiento
• 1966-70: El Período de Formación
• 1971-78: El Período de Expansión
• 1979-86: El Período de Consolidación y Regeneración
• 1987-Actualidad: El Período de Ambientes Integrados (VIMS)
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Evolución del Software de Simulación
Período de Búsqueda (1955-60)
• En los primeros años, la simulación se realizó en lenguajes de propósito general como Fortran que programan sin el apoyo de las rutinas específicas de simulación.
• En este período se hicieron muchos esfuerzos en la búsqueda por unificar conceptos y en el desarrollo de rutinas reusables para facilitar la simulación.
• GSP (General Simulation Program) desarrollado por Tocher y Owen constituyó la primera librería diseñada específicamente para simulación.
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Simulación 4 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
El Advenimiento (1961-65)
• En este período aparecen los precursores de los lenguajes de programación de simulación (LPS) actuales.
• El primer LPS desarrollado con interacción de procesos fue GPSS (General Purpose Simulation System) presentado por IBM en 1961.
• GPSS fue diseñado para simular comunicaciones y sistemas de computo, pero rápidamente se extendió a otras áreas de aplicación.
• Básicamente GPSS, usa una representación de diagramas de bloques apropiada para modelar sistemas de colas.
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Simulación 5 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
El Advenimiento (1961-65)
• En 1963 surgió SIMSCRIPT, el cual fue desarrollado por RAND bajo el auspicio de la Fuerza Aerea de EEUU.
• SIMSCRIPT estaba fuertemente influenciado por FORTRAN, y en sus principios estaba orientado a la planificación de eventos.
• Al mismo tiempo apareció GASP orientado a Planificación de Eventos y basado inicialmente en Algol, pero implementaciones posteriores fueron hechas basadas en Fortran.
• GASP no era un lenguaje apropiado, sino una colección de rutinas de Fortran para facilitar la simulación en este último lenguaje.
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Simulación 6 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
Período de Formación (1966-70)
• Los conceptos fueron revisados y redefinidos para promover una representación más consistente de cada vista del mundo. La mayoría de los LPS maduraron y lograron un uso más amplio.
• Los rápidos avances del hardware y las demandas de los usuarios forzaron a que algunos lenguajes sean revisados y sufrieran cambios notables.
• Tal es el caso de la aparición de GPSS/360, diseñado para las IBM 360, y SIMSCRIPT II. Otras versiones de GPSS fueron desarrolladas por otras empresas.
• El LPS SIMULA agregó el concepto de clases y herencia, transformándose en un precursor de los modernos lenguajes de programación orientados a objetos.
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Simulación 7 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
Período de Expansión (1971-78)
• En este período ocurrieron los mayores avances en GPSS. Se desarrolló GPSS/H, versión principal de GPSS que sigue utilizándose actualmente.
• Apareció GASP IV que agregó soporte para emplear Barrido de Actividades.
• Se realizaron esfuerzos intentando simplificar la modelación de procesos.
• Usando a SIMULA como base, se empezó a desarrollar las primeras herramientas de alto nivel tratando de automatizar el proceso de traducción del modelo conceptual al computacional.
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Simulación 8 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
Consolidación y Regeneración (1979-86)
• En este período los principios de los LPS se adaptaron para su utilización en computadoras personales y microordenadores manteniendo su estructura básica.
• También comenzaron los esfuerzos por lograr LPS que permitieran modelar utilizando distintas vistas del mundo.
• SLAM (Simulation Language for Alternative Modeling) soporta planificación de eventos basada en GASP, un enfoque de red (derivado de la interacción de procesos) y un enfoque para el modelado de sistemas continuos.
• SIMAN (SIMulation ANalysis) permite utilizar planificación de eventos e interacción de procesos usando FORTRAN como base, y también incorpora rutinas para simulación continua.
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Simulación 9 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Evolución del Software de Simulación
Período de Ambientes Integrados (1987-Act.)
• En este período es notable el crecimiento de LPS para computadoras personales con ambientes de simulación con interfaces gráficas de usuario, animaciones (2D y 3D) y otras herramientas para la visualización.
• Varios de estos ambientes también contienen analizadores de datos de entrada y de salidas. Algunos paquetes intentan simplificar el modelado de procesos mediante el uso de flujos de procesos o diagramas de bloques dando origen a los paquetes VIMS.
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Criterios para Selección del Software de Simulación
Las características a considerar ante la selección de un software de simulación son:
– La Interface
– El Procesamiento
– La Salida
– El Ambiente
– El Costo y Proveedor del Software
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Simulación 11 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Selección del Software de Simulación
La Interface
• Amigable para el usuario.
• Importación de archivos de datos.
• Exportación de archivos de datos.
• Sintaxis comprensible, consistente y libre ambigüedades.
• Controlador interactivo de corridas (debugger).
• Interfaces con otros lenguajes.
• Capacidad de análisis de datos de entrada y salida.
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Selección del Software de Simulación
Consideraciones de Procesamiento
• Velocidad de cómputo.
• Flexibilidad en la especificación del tiempo de corrida.
• Generadores de Variables Aleatorias.
• Capacidad para Replicación Independiente.
• Definición de Variables Globales y Atributos.
• Programación de detalles específicos.
• Portabilidad.
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Selección del Software de SimulaciónLa Salida
• Generadores de Reportes Estandarizados.
• Generadores de Reportes Personalizados.
• Gráficos de Negocios.
• Mantenimiento de Bases de Datos.
• Colección de expresiones matemáticas.
• Medidas de performance personalizadas.
• Posibilidad de enviar las salidas a un archivo para un análisis posterior o manipulación.
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Selección del Software de SimulaciónEl Ambiente
• Facilidad de uso.
• Facilidad para su autoaprendizaje.
• Calidad de la ayuda y tutoriales.
• Capacidades de animación.
• Creación de una aplicación Stand-Alone.
• Estabilidad del producto en el mercado.
• Evolución del software.
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Selección del Software de Simulación
El Costo y Proveedor
• El costo del software de simulación en general es variable, desde u$s500 a u$s50.000, estabilizándose los más populares alrededor de los u$s15.000.
• Es importante tener en cuenta cual es la política del proveedor del software respecto de las actualizaciones.
• El elevado costo de un paquete de software puede ser bien amortizado si las actualizaciones no son caras.
• En todo caso, nunca se debe perder de vista las funcionalidades del paquete respecto del tipo de sistemas que vamos a modelar. Un software barato que no satisface los requerimientos de nuestro problema siempre resultará caro.
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Selección del Software de Simulación
Resumiendo• Precisión y detalles pueden ser muy importantes.
• Capacidades poderosas y mayor nivel de abstracción pueden hacer que la productividad del diseñador de modelos se incremente.
• Tener en cuenta que el soft demo muchas veces no muestra las verdaderas capacidades del paquete de simulación.
• La implementación y capacidades del software es siempre lo más importante.
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Clasificación del Software de Simulación
El software empleado para desarrollar modelos de simulación puede dividirse en cuatro categorías:
•Complementos para Planillas de Cálculo
Crystal Ball, Risk, etc.
•Lenguajes de Programación de Propósito General
Fortran, C, C++, Java , etc.
•Lenguajes Programación para Simulación
GPSS/H, SIMAN V, SIMSCRIPT II, etc.
•Ambientes de simulación
Arena, AutoMod, SimProcess, Simul8, Network II, etc.
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Complementos para Planillas de Cálculo
• Básicamente, estos paquetes traen facilidades para:
Modelar las variables aleatorias mediante una galería de distribuciones.
Replicación automática de experimentos, y
Herramientas para el análisis de la salida.
• Los complementos más utilizados actualmente son:
Crystal Ball, desarrollado por Decisioneering, INC.
Risk, comercializado por la compañía Palisade.
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Lenguajes de Propósito General C++
• Este lenguaje no ha sido diseñado específicamente para su uso en simulación.
• Es empleado debido a su gran disponibilidad y extenso uso.
• Muy pocas personas escriben modelos de simulación de eventos discretos usando sólo lenguajes de programación, en general estos están extendidos con librerías especiales.
• Su orientación a objetos facilita la construcción modular de modelos grandes. Empleando librerías de simulación como CSIM se reduce la programación de bajo nivel.
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CSIM• Es una librería utilizada para modelar objetos
predefinidos como apoyo a los modelos de simulación orientados a procesos.
• Es barato se utiliza fundamentalmente en la industria y en la educación, principalmente para modelar computadoras y sistemas de comunicación.
• Es rápido debido a su cuidadosa implementación y por tratarse de un lenguaje compilado.
• Representa con facilidad colas con multiservidores pudiéndole asociar diferentes disciplinas.
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Lenguajes de SimulaciónGPSS-GPSS/H
• Es un lenguaje de simulación altamente estructurado basado en el enfoque de interacción de procesos y orientado a la simulación de sistemas de colas.
• El sistema es descrito por medio de un diagrama de bloques. Los bloques representan eventos, demoras, y otras acciones que afectan el flujo del proceso.
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Lenguajes de SimulaciónGPSS-GPSS/H
• GPSS/H incluye un debugger interactivo, gran velocidad de ejecución, facilidades para que el usuario extienda el repertorio de sentencias de control, un constructor para funciones matemáticas y un generador de variables aleatorias.
• Tiene además un animador que provee animación en 2-D, con buenas facilidades para el escalamiento de los gráficos. La animación puede correr en modo post-proceso o concurrentemente con la simulación.
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Lenguajes de SimulaciónSimScript II
• Es un lenguaje que permite modelos construidos usando interacción de procesos.
• Puede emplearse para producir gráficos de presentación dinámicos y estáticos como histogramas, gráficos de torta, gráficos de barras y cuadros de variables respecto del avance de tiempo.
• La animación de salida es construida usando SimGraphics.
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Lenguajes de SimulaciónAweSim
• Es un sistema de simulación integrado de propósito general basado en la interface de Windows.
• Permite realizar múltiples tareas en paralelo mientras la simulación está corriendo en background.
• Los modelos se construyen mediante redes de nodos, y los parámetros de los nodos se especifican como expresiones en sus campos apropiados.
• Las animaciones pueden ser vistas sin correr la simulación. Es un precursor de los primeros paquetes VIMS.
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• Subredes de nodos visuales permiten la creación de modelos jerárquicos y componentes de modelo reusables.
• El análisis de salida incluye un visor de reportes que permite tanto presentar la salida en formato de texto o gráfico.
• Las capacidades de modelado extendidas se realizan en Visual Basic o Visual C++.
Lenguajes de SimulaciónAweSim
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Lenguajes de SimulaciónSimple++
• Es un sistema completo de simulación orientado a objetos con una interface gráfica integrada.
• Los modelos se crean haciendo una librería de objetos. Estos objetos representan clases (padres) cuyas instancias (hijos) pueden ser insertados dentro del modelo.
• Incluye estructuras de clases, herencia, jerarquía, modularidad y polimorfismo.
• Además posee una arquitectura abierta que permite comunicarse con otros softwares.
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Simulación 27 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
• Los paquetes VIMS actuales poseen características comunes como interface gráficas de usuario, animación y análisis de salida.
• En ellos los resultados pueden verse en forma tabular o gráfica permitiendo comparaciones.
• La mayoría proporciona análisis estadísticos, incluyendo intervalos de confianza para las medidas tomadas.
• Todos toman la vista del mundo de interacción de procesos y algunos también permiten planificación de eventos y mezclan modelos continuos y discretos.
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Simulación 28 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMSArena
• Puede ser usado para la simulación de modelos discretos o continuos.
• Emplea un diseño orientado a objetos para el desarrollo completo de modelos gráficos, permitiendo la creación de nuevos objetos de modelado (módulos) los cuales son los bloques de construcción en la creación de un modelo.
• Todos los aspectos de un proceso en particular (lógica, datos, animación) pueden ser módulos para representar el proceso a través del que fluyen las entidades.
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Simulación 29 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMSArena
• Incluye módulos enfocados a los aspectos específicos de sistemas de fabricación y manejo de materiales.
• Puede ser también usado para modelar sistemas combinados discretos-continuos (producción farmacéutica y química).
• Crea animaciones 2-D usando herramientas de dibujo propias o importadas de ClipArt, AutoCad, etc.
• Incluye un analizador de entrada que ayuda a seleccionar la distribución de entrada apropiada y un analizador de salida.
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Simulación 30 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
AutoMod• Su enfoque principal es hacia los sistemas de fabricación
y manejo de materiales.
• Tiene un sistema común de construcción de plantillas para el manejo de materiales, incluyendo sistemas de vehículos, portadores, almacenamiento automatizado y sistemas de recuperación, sistemas de potencia y sistemas cinemáticos para robótica.
• Soporta también el modelado de fluídos continuos y de volúmenes de flujo de materiales.
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Simulación 31 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
AutoMod
• Su vista del mundo es la interacción de procesos. Las capacidades de animación incluyen escalamiento y rotación de gráficos 3-D. Se utiliza CAD para construir el modelo.
• Posee una interface de hoja de cálculos que permite al usuario expresar lógica compleja sin programar.
• Realiza el análisis de los datos de salida, el manejo de escenarios, la generación de intervalos de confianza y diseño de experimentos mediante AutoStat.
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Simulación 32 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
• Los modelos se desarrollan creando un diagrama de flujos para describir una red de tareas.
• La animación es mediante imágenes y está basado en la representación de diagramas de flujo u organigramas.
• Es utilizado en el modelado de sistemas de cuidado de salud, de fabricaciones y aplicaciones militares.
• Sustenta la ergonomía y modelado del comportamiento y desempeño humano.
Paquetes de Simulación VIMS
Micro Saint
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Simulación 33 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
ProModel
• Es una herramienta de simulación y animación diseñada para el modelado de sistemas de manufactura.
• La compañía que lo desarrolla, homónima, también ofrece MedModel para sistemas de cuidado de salud, ServiceModel para sistemas de servicios y ProcessModel basado en organigramas para procesos comerciales.
• Genera gráficos de salida y estadísticas automáticamente.
• Ofrece animación 2D, así como una perspectiva de vista 3D opcional. Pueden importarse dibujos CAD o ClipArts.
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Simulación 34 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
Taylor ED• Es usado para modelar procesos de fabricación,
almacenaje y procesos de manejo de materiales además de servicios y procesos de flujo de datos.
• También puede usarse para supervisar procesos de flujo en tiempo real. Ofrece animaciones 2D y 3D.
• Está basado en el concepto de átomos (objetos inteligentes y recursos del constructor de modelos).
• Estos representan productos o entidades, que fluyen a través de los sistemas así como los recursos que actúan en estas entidades.
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Simulación 35 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
Taylor ED
• Para construir un modelo, un usuario crea primero un modelo de esquema seleccionando átomos de una biblioteca de átomos y poniéndolos en la pantalla.
• Luego el usuario conecta los átomos y define la asignación de rutas de los productos o entidades (también átomos) fluyendo a través del modelo.
• Luego el usuario asigna la lógica e incluye asignaciones de ruta lógica a cada átomo revisando sus campos de parámetros.
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Simulación 36 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
WITNESS
• Está fuertemente orientado a la simulación de maquinarias y contiene muchos elementos para manufactura de partes discretas.
• También contiene elementos para procesos continuos como la salida de fluidos a través de procesadores, tanques y cañerías.
• Ofrece un esquema de animación 2D más una vista del flujo de procesos.
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Simulación 37 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Paquetes de Simulación VIMS
WITNESS• Las capacidades de reporte incluyen mostrar
información en pantalla dinámicamente de cada elemento modelado.
• Los reportes pueden ser exportados a hojas de cálculo. C-Links permite programación detallada y agregar subrutinas.
• El debugg puede ser hecho parando el modelo, cambiando los parámetros deseados, y continuando con la simulación en el punto dejado.
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Simulación 38 Prof. Dr. Ignacio Ponzoni
Recomendaciones
• Lectura sugerida:
Capítulo 4 del libro Discrete-Event System Simulation de Banks, Carson, Nelson y Nicol.