Modelagem e Simulação de Sistemas: Uma Introdução Completa, Notas de aula de Engenharia Química

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INTRODUÇÃO À

SIMULAÇÃO

MB-761 – Prof. Anderson Ribeiro Correia

Introdução

• (^) Modelagem e simulação são ferramentas empregadas na

análise de sistemas complexos. O processo envolve a:

• (^) Criação de uma representação (modelo) do sistema em estudo;
• (^) Experimentação com o modelo do sistema guiado por um conjunto de objetivos, tais como: melhorias de projeto, análise custo- benefício, análise de sensibilidade dos parâmetros, etc.
• (^) A experimentação produz um histórico do comportamento do sistema ao longo do tempo, assim como estatísticas deste comportamento.

Modelo

Um Modelo é a representação de um sistema real, sob um

determinado conjunto de condições operacionais e

hipóteses simplificadoras que retratam a estrutura e o

comportamento do sistema correspondente (Law, A. M.,

CONCEITOS

Modelos Analíticos x Modelos de Simulação

As diferenças entre modelos analíticos e modelos de

simulação estão na natureza de suas soluções:

• (^) Analítico: obtenção da solução para um problema

matemático por meio de algoritmos. As soluções

encontradas são usadas como medidas de desempenho

do sistema.

• (^) Simulação: a solução é obtida por meio da execução de

um programa (modelo) que produz amostras do

comportamento do sistema. As estatísticas obtidas destas

amostras são usadas como medidas do desempenho do

sistema.

Processo e Conteúdo da Simulação

• (^) A resolução e a análise dos problemas devem ir além de

critérios técnicos de simulação apenas, deve-se

considerar os impactos reais na organização.

• (^) O sucesso do estudo envolvendo modelagem e

simulação dependem da correta implantação do:

• (^) Processo de planejamento, condução e conclusão do estudo de modo a conectar o mundo técnico do analista com o mundo real da organização;
• (^) Conteúdo e conhecimento relacionado ao sistema em investigação e às ferramentas de simulação utilizadas. SIMULAÇÃO E ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

SIMULAÇÃO Vantagens  (^) Estudos de sistemas reais sem modificá-los;  (^) Possibilita melhor compreensão de quais variáveis são mais importantes em relação a performance e como estas interagem entre si e com os outros elementos do sistema;  (^) Facilita a identificação de “gargalos”;  (^) Permite análise do tipo “o que aconteceria se…”;  (^) Permite replicações precisas;  (^) Análise de condições extremas com segurança; CONCEITOS

PROCESSO DE

DESENVOLVIMENTO

DA SIMULAÇÃO

• (^) Os modelos de simulação computacional atuais executam,

sequencialmente e de maneira repetitiva, um conjunto de

instruções.

• (^) Na medida em que as instruções são executadas, os

valores que determinadas variáveis podem assumir são

alterados, uma vez que se modificam as condições que

influenciam o comportamento do modelo.

MODELO DE SIMULAÇÃO Simulação de Eventos Discretos

Terminologia Básica Utilizada

• (^) Entidades e Atributos
• (^) Recursos
• (^) Variáveis de Estado
• (^) Eventos e Atividades TERMINOLOGIA

Entidades e Atributos

• (^) Entidades: objetos que constituem o modelo, que se

movimentam através do sistema e seu comportamento é

rastreado.

• (^) Exemplos: Pacientes em um hospital, aeronaves em um aeroporto, máquinas em uma fábrica.
• (^) Atributos: características pertencentes a cada entidade. Usado

para controlar o comportamento de uma entidade, e para

distingui-las entre si.

• (^) Exemplos: Nome ou tipo de peça, cliente ou tarefa. TERMINOLOGIA

Variáveis de Estado

• (^) Determinam o estado de um sistema num particular

momento.

• (^) Constituem o conjunto de informações necessárias que

descrevem a evolução do sistema ao longo do tempo.

• (^) Exemplo:
  • (^) Linha de Produção: o número de peças esperando para serem processadas na máquinas (fila da máquina);
  • (^) Banco: número de caixas ocupados, número de clientes esperando na fila do caixa, horário de chegada de cada cliente ao banco. TERMINOLOGIA TERMINOLOGIA

Eventos e Atividades

• (^) Eventos são acontecimentos, ocorrências, que provocam mudança de estado em um sistema.
• (^) Toda mudança de estado é provocada pela ocorrência de um evento.
  • (^) Exemplos:
    • (^) Chegada ou saída de uma entidade (ex. Passageiro, cliente, aeronave) em um processo.
    • (^) Início ou término de alguma operação.
• (^) Atividades são operações e procedimentos com duração predeterminada. Todo início e final de uma atividade é causada por um evento (mudança de estado). - (^) Exemplo: - (^) Processamento por uma máquina. TERMINOLOGIA

Etapas da simulação PLANEJAMENTO

• (^) Formulação e análise do problema (objetivos)
• (^) Planejamento do projeto (recursos necessários)
• (^) Formulação do modelo conceitual (esboço do sistema)
• (^) Coleta de macro-informações (ex: qual fonte de dado?) MODELAGEM - (^) Coleta de dados - (^) Tradução do modelo (linguagem de simulação) - (^) Verificação e Validação (modelo ok?) EXPERIMENTOS - (^) Projeto experimental (criar cenários) - (^) Experimentação (executar simulação: cenários) - (^) Análise dos resultados (estatística, análise desempenho) CONCLUSÃO - (^) Comparação e identificação das melhores soluções - (^) Documentação e apresentação dos resultados - (^) Implementação PROCESSO DE SIMULAÇÃO

Construção Modelo Conceitual

• (^) Para construção do modelo conceitual é necessário o

entendimento claro do sistema a ser simulado e os objetivos do

estudo.

• (^) Deve-se decidir com clareza qual será o escopo do modelo, suas

hipóteses e seu nível de detalhamento.

Capturar os fatores essenciais do sistema para elaboração do modelo conceitual.

” a compreensão do sistema e a identificação de seus elementos mais

significativos dependem do conhecimento, da experiência e da

habilidade do modelador ” Sakurada, N; Miyake, D. I. (2009)

PLANEJAMENTO