nova aula 1-1.ppt

8/16/2019 Nova Aula 1-1.ppt

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1Simulação de Sistemas

Modelagem e Simulação

Discreta de Sistemas

Prof. Paulo J. Freitas Filho, Dr. Eng .

UFSC - CTC - INE


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Objetivos do curso

Ao final deste curso você deverá saber: O que é modelagem e simulação de sistemas;

omo funcionam !rogramas de simulação;

omo utili"ar corretamente uma linguagem es!ec#fica de simulação

de sistemas; omo solucionar !roblemas reais em!regando técnicas de simulação;

omo utili"ar técnicas estat#sticas !ara validar as soluç$esencontradas via simulação;


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%Simulação de Sistemas

Modelagem e Simulação de Sistemas

Capítulo 1


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.Simulação de Sistemas

Definindo Simulação de Sistemas

A simulação com!utacional de sistemas/ ou sim!lesmente simulação/consiste na utili"ação de determinadas técnicas matemáticas/ em!regadasem com!utadores digitais/ as quais !ermitem imitar o funcionamento de/

!raticamente/ qualquer ti!o de o!eração ou !rocesso 0sistemas do mundoreal

“Simulação implica na modelagem de um processo ou sistema, de tal forma que o modelo imite as respostas do sistema real numa sucessão de

eentos que ocorrem ao longo do tempo, Sc3riber 4156&7

8Simulação ! o processo de pro"etar um modelo de um sistema real econdu#ir e$perimentos com este modelo com o prop%sito de entender seu

comportamento e&ou aaliar estrat!gias para sua operação9/ (egden415517


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Simulação de Sistemas

or !ue Simular"

'escrever o com!ortamento dos sistemas modelados; onstruir teorias e 3i!teses considerando observaç$es

efetuadas sobre modelos;


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or !ue Simular" $cont%&

,acilidade de com!reensão e aceitação =eralmente/ estaaceitação deve>se a fatores/ tais como:

n#veis de detal3es;

a visuali"ação dos sistemas 0inclusive com animaç$es;

economia de tem!o e recursos financeiros=an3os de !rodutividade equalidade 01? a .?;

a !erce!ção de que o com!ortamento do modelo simulado é muitosemel3ante ao do sistema real


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'a()es para *+perimentar com Modelos

O sistema modelado ainda não eiste Beste caso a simulação !oderá ser usada !ara !laneCar o novo

sistema;

-!erimentar com o sistema real é dis!endioso O modelo !oderá indicar/ com muito menos custo/ quais os benef#cios

de se investir em um novo equi!amento/ !or eem!lo;

A e!erimentação com o sistema real é inadequada



Sistemas

8Um con"unto de o'"etos, como pessoas ou m(quinas, pore$emplo, que atuam e interagem com a intenção de alcançar um

o'"etio ou um prop%sito l%gico9 4DaElor/ 156F7

Os obCetivos de um !articular estudo/ é que vão definir que

obCetos devem constituir o sistema (or eem!lo/ um su!ermercado:

Su!ervisor dos caias: obCetos do setor de atendimento nos caias0subsistema se o obCetivo for !esquisar/ !or eem!lo/ a taa de uso destes

recursos/ as filas que se formam ou qualidade dos serviço =erente de su!rimentos: obCetos do setor 0subsistema de recebimento e

arma"enagem de mercadorias/ obCetivando estudar a rece!ção/movimentação e arma"enagem/ uso de equi!amentos utili"ados/ adis!onibilidade de área !ara estocagem/ etc


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Modelos

O !rocesso de imitação e criação de uma 3istria artificial dos sistemasreais 0modelagem/ simulação e e!erimentação/ !ressu!$e uma série desim!lificaç$es

Dais sim!lificaç$es/ que usualmente tomam a forma de relaç$esmatemáticas ou lgicas/ c3amamos de modelos/ e servem !ara que

!ossamos tentar adquirir mais con3ecimento sobre como ocorres!ondente sistema se com!orta

A modelagem de um sistema/ de!enderá/ fundamentalmente do !ro!sitoe da com!leidade do sistema sob investigação

Os modelos aos quais estaremos tratando neste curso/ são voltados asimulação de sistemas discretos



Modelos

*ntradas

$Dados&

Modelo de

Simulação

Sistema do Mundo 'eal

Saídas

$'espostas&

*+perimentação

Ge!resentação esquemática de um modelo de sistema



Tipos de Modelos e o rocesso Decisório

*odelos +oltados H (revisão: A simulação !ode ser usada !ara !rever o estado de um sistema em

algum !onto no futuro/ com base no com!ortamento atual e ao longodo tem!o

*odelos +oltados H Investigação: Jusca de informaç$es e desenvolvimento de 3i!teses sobre o

com!ortamento de sistemas As variáveis de res!osta servem !araconstruir e organi"ar as informação sobre a nature"a do fenKmeno ousistema sob estudo Os e!erimentos recaem sobre as reaç$es do

sistema 0modelo a est#mulos normais e anormais

*odelos +oltados H om!aração:

Avaliar dos efeitos de mudanças sobre as variáveis de controle


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*odelos -s!ec#ficos


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*odelos =enéricos *odelos que são usados !eriodicamente !or longos !er#odos -is

alguns eem!los:

M modelos !ara au#lio H tomada de decis$es sobre a!licaç$esorçamentarias/ baseadas em desem!en3o e !roCeç$es simuladas dofuturo;

M *odelos !ara gerenciamento do tráfego sobre uma área em !articular Oaumento da densidade !o!ulacional na área gera a necessidade de novosestudos/ tais como o !laneCamento de tráfego/ etc;

*odelos com caracter#sticas genéricas necessitam ser fle#veis e

robustos H mudanças nos dados de entrada/ de atividades e !rocessos !or eles contem!ladas além/ de mudanças nas !ol#ticas internas eeternas das em!resas que os utili"am


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1.Simulação de Sistemas

Modelos Discretos e Modelos Contínuos

-stes conceitos estão associados a idéia de sistemas que sofrem mudançasde forma discreta ou cont#nua ao longo do tem!o

Os termos corretamente atribu#dos são: modelos de mudança discreta emodelos de mudança cont)nua

A caracteri"ação de um modelo é dada em função da maneira com queocorrem as mudanças nas variáveis de estado do sistema

lassifica>se o modelo 0e não o sistema com base nas variáveisnecessárias ao acom!an3amento de seus estados A classificação de!endede como o mesmo foi modelado


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Modelos de Mudança Discreta ou Discretos

Bestes modelos/ as variáveis de estado mantém>se inalteradas ao longo deintervalos de tem!o e mudam seus valores somente em !ontos bemdefinidos/ também con3ecidos como tempo de ocorr*ncia do eento

A variação do tem!o/ nestes modelos/ !ode ser tanto discreta comocont#nua

Se as variáveis que de!endem do tem!o !odem assumir qualquer valor aolongo tem!o/ a variação !oderá ser continua/ caso contrário/ somente nos

!ontos !ermitidos


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Modelos de Mudança Discreta ou Discretos

Dem!o Simulado

BO de Cobs

na fila da(<


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1@Simulação de Sistemas

Modelos de Mudança Contínua ou Contínuos

Bestes modelos/ as variáveis de estado !odem variar continuamente aolongo do tem!o

(or eem!lo/ imaginemos um modelo que descreva um sistema com!ostode uma caia dPágua com um tam!ão em sua base omo variáveis deestado/ !oder#amos utili"ar seu volume ou o seu n#vel de água As

simulaç$es reali"adas teriam in#cio no momento em que o tam!ão fosseaberto a água contida começasse a escoar

Intuitivamente/ !odemos imaginar que qualquer das duas variáveis deestado estará variando continuamente ao longo do tem!o simulado


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Modelos de Mudança Contínua ou Contínuos

Dem!o Simulado

Dem!o

médio nosistema


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2FSimulação de Sistemas

,antagens de *mpregar a Simulação

los matematicamente tratáveis/ os modelos desimulação não a!resentam tais restriç$es Além disso/ nos modelos

anal#ticos/ as análises recaem a!enas sobre um nLmero limitado demedidas de desem!en3o 'e maneira contrária/ os dados gerados !elosmodelos de simulação/ !ermitem a análise de/ !raticamente/ qualquermedida conceb#vel


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,antagens de *mpregar a Simulação%%%

los;

(odemos com!reender mel3or quais variáveis são as maisim!ortantes em relação a !erformance e como as mesmas interagementre si e com os outros elementos do sistema;


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,antagens de *mpregar a Simulação

A identificação de 8gargalos9/ !reocu!ação maior no gerenciamentoo!eracional de inLmeros sistemas/ tais como fluos de materiais/fluo de informaç$es e de !rodutos/ !ode ser obtida de formafacilitada/ !rinci!almente com a aCuda visual;


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2%Simulação de Sistemas

Desvantagens de *mpregar a Simulação

A construção de modelos requer treinamento es!ecial -nvolve arte e !ortanto o a!rendi"ado se da ao longo do tem!o com a aquisição dee!eriência 'ois modelos de um sistema constru#dos !or doisindiv#duos com!etentes terão similaridades mas dificilmente serãoiguais

Os resultados da simulação são/ muitas ve"es de dif#cil inter!retação


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2&Simulação de Sistemas

Desvantagens de *mpregar a Simulação

A modelagem e a e!erimentação associadas a modelos de simulaçãoconsomem muitos recursos/ !rinci!almente tem!o A tentativa desim!lificação na modelagem ou nos e!erimentos obCetivandoeconomia de recursos costuma levar a resultados insatisfatrios -mmuitos casos a a!licação de métodos anal#ticos 0como a teoria das

filas/ !or eem!lo !ode tra"er resultados menos ricos e maiseconKmicos


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assos na -ormulação %%%

Plane"amento o Pro"eto# om o !laneCamento do !roCeto !retende>se ter a certe"a de que teremos recursos suficientes an#vel de !essoal/ su!orte/ gerência/ 3ardRare e softRare !arareali"ação do trabal3o !ro!osto Além disso/ o !laneCamento deveincluir uma descrição dos vários cenários que serão investigados eum cronograma tem!oral das atividades que serão desenvolvidas/indicando os custos e necessidades relativas aos recursosanteriormente citados


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Formulação o $oelo %onceitual + Draçar um esboço do sistema/ de forma

gráfica 0fluograma/ !or eem!lo ou algor#tmica 0!seudocdigo/ definindocom!onentes/ descrevendo as variáveis e interaç$es lgicas que constituem osistema recomendado que o modelo inicie de forma sim!lificada e vácrescendo até alcançar algo mais com!leo/ contem!lando todas as suas

!eculiaridades e caracter#sticas O usuário deve !artici!ar intensamente desta

eta!a Algumas das quest$es que devem ser res!ondidas:a Nual a estratégia de modelagem) 'iscreta) ont#nua) simulação)

Animaç$es durante a eecução)d Nue n#vel de !ersonali"ação de cenários e #cones de entidades e recursos

deve ser im!lementado)e Nue n#vel de agregação dos !rocessos 0ou de alguns deve ser

im!lementado)f omo os dados serão colocados no modelo) *anualmente) Teitura de

arquivos)


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2@Simulação de Sistemas


%oleta e $acro &nformaç'es e Daos# *acro informaç$es são fatos/

informaç$es e estat#sticas fundamentais/ derivados de observaç$es/e!eriências !essoais ou de arquivos 3istricos -m geral/ macroinformaç$es servem !ara condu"ir os futuros esforços de coleta de dadosvoltados a alimentação de !arUmetros do sistema modelado Algumasquest$es que se a!resentam são:

a Nuais são as relaç$es e regras que condu"em a dinUmica do sistema) O usode diagramas de fluos é comum !ara facilitar a com!reensão destas inter>relaç$es

b Nuais são as fontes dos dados necessários a alimentação do modelo)c Os dados Cá se encontram na forma deseCada) O mais comum é os dados

dis!on#veis encontrarem>se de maneira agregada 0na forma de médias/ !or

eem!lo/ o que não é interessante !ara a simulaçãod - quanto aos dados relativos a custos e finanças) Incor!orar elementos de

custos em um !roCeto torna sua utili"ação muito mais efetiva ustos dees!era/ custos de utili"ação/ custos de trans!orte etc/ quando em!regados/tornam os modelos mais envolventes e com maior credibilidade e valor


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(raução o $oelo+ odificar o modelo numa linguagem de simulação

a!ro!riada -mbora 3oCe os esforços de condução desta eta!a ten3am sidominimi"ados em função dos avanços em 3ardRare e/ !rinci!almente/ nossoftRares de simulação/ algumas quest$es básicas devem ser !ro!riamenteformuladas e res!ondidas:

a Nuem fará a tradução do modelo conceitual !ara a linguagem de

simulação) fundamental a !artici!ação do usuário se este não for ores!onsável direto !elo cdigo b omo será reali"ada a comunicação entre os res!onsáveis !ela !rogramação e a gerência do !roCeto)c - a documentação) Os nomes de variáveis e atributos estão claramente

documentados) Outros que não somente o !rogramador res!onsável !odem

entender o !rograma)


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%1Simulação de Sistemas


Pro"eto E*+erimental Final# (roCetar um conCunto de e!erimentos que !rodu"a a informação deseCada/ determinando como cada um dos testes devaser reali"ado O !rinci!al obCetivo é obter mais informaç$es com menose!erimentaç$es As !rinci!ais quest$es são:

a Nuais os !rinci!ais fatores associados aos e!erimentos)

b -m que n#veis devem ser os fatores variados de forma que se !ossamel3or avaliar os critérios de desem!en3o)c Nual o !roCeto de e!erimentos mais adequado ao quadro de

res!ostas deseCadas)


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%2Simulação de Sistemas


E*+erimentação+ -ecutar as simulaç$es !ara a geraçãodos dados deseCados e !ara a reali"ação das análises desensibilidade


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%%Simulação de Sistemas


&nter+retação e Análise Estatstica os -esultaos Draçar inferências sobreos resultados alcançados !ela simulação -stimativas !ara as medidas dedesem!en3o nos cenários !laneCados são efetuadas As análises !oderãoresultar na necessidade de um maior nLmero de eecuç$es 0re!licaç$es domodelo !ara que se !ossa alcançar a !recisão estat#stica sobre os resultados

deseCados Algumas quest$es que devem ser a!ro!riadamente res!ondidas:a O sistema modelado é do ti!o terminal ou não>terminal) b Nuantas re!licaç$es são necessárias)c Nual deve ser o !er#odo simulado !ara que se !ossa alcançar o

estado de regime)d - o !er#odo de arm-up)


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%&Simulação de Sistemas


%om+aração e istemas e &entificação as melhores soluç'es. *uitasve"es o em!rego da técnica de simulação visa a identificação de diferençaseistentes entre diversas alternativas de sistemas -m algumas situaç$es/ oobCetivo é com!arar um sistema eistente ou considerado como !adrão/ com

!ro!ostas alternativas -m outras/ a idéia é a com!aração de todas as

!ro!ostas entre si com o !ro!sito de identificar a mel3or ou mais adequadadelas As quest$es !r!rias deste ti!o de !roblema são)

a omo reali"ar este ti!o de análise) b omo !roceder !ara com!arar alternativas com um !adrão)c omo !roceder !ara com!arar todas as alternativas entre si)d omo identificar a mel3or alternativa de um conCunto)

e omo garantir estatisticamente os resultados)


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%.Simulação de Sistemas


Documentação# omo lin3as gerais !ode>se di"er que os seguinteselementos devem constar de uma documentação final de um !roCeto desimulação:

a 'escrição dos obCetivos e 3i!teses levantadas; b onCunto de !arUmetros de entrada utili"ados 0incluindo a descrição das

técnicas adotadas !ara adequação de curvas de variáveisaleatrias;c 'escrição das técnicas e métodos em!regados na verificação e na

validação do modelo;d 'escrição do !roCeto de e!erimentos e do modelo fatorial de

e!erimentação adotado;

e Gesultados obtidos e descrição dos métodos de análise adotados;f onclus$es e recomendaç$es Besta Lltima eta!a é fundamental tentardescrever os gan3os obtidos na forma monetária


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%Simulação de Sistemas


A+resentação os -esultaos e &m+lementação.

a Gestabelecimento e confirmação dos obCetivos do !roCeto; b Nuais !roblemas foram resolvidos;

c Gá!ida revisão da metodologia;

d Jenef#cios alcançados com a0s solução0$es !ro!osta0s;

e onsideraç$es sobre o alcance e !recisão dos resultados;

f Alternativas reCeitadas e motivos;g Animaç$es das alternativas !ro!ostas quando cab#veis;

3 -stabelecimento de cone$es entre o !rocesso e os resultados alcançados com

o modelo simulado e outros !rocessos de reengen3aria ou de reformulação

eistentes no negcio;

i Assegurar que os res!onsáveis !elo estabelecimento de mudançasorgani"acionais ou !rocessuais ten3am com!reendido a abordagem utili"ada e seus

benef#cios;

C Dentar demonstrar que a simulação é uma es!écie de !onte entre a idéia e sua

im!lementação


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