Técnicas de Simulação
e
Simulação Aplicada
Carlos Antonio Fragoso
Modelagem e Simulação de
Sistemas
• Referência Bibliográfica
– Introdução à modelagem e simulação de sistemas
– Freitas Filho
– Editora Visual Books
– Capítulo 1
Simulação
• Schriber 1974
– Simulação implica na modelagem de um processo ou sistema, de tal
forma que o modelo imite as respostas do sistema real numa sucessão
de eventos que ocorrem ao longo do tempo
• Shannon 1975
– Um modelo computacional é um programa de computador cujas
variáveis apresentam o mesmo comportamento dinâmico e
estocástico o sistema real que representa
• Pegden 1990
– Simulação é o processo de projetar um modelo computacional de um
sistema real e conduzir experimentos com este modelo com o
propósito de entender seu comportamento e/ou avaliar estratégias
para sua operação
Simulação
• Processo mais amplo, não compreende
somente a construção do modelo, mas,
também, todo o método experimental que
serve para:
– Descrever o comportamento do sistema
– Construir teorias e hipóteses considerando as
observações efetuadas
– Usar o modelo para prever o comportamento
futuro, isto é, os efeitos produzidos por alterações
no sistema ou nos métodos empregados em sua
operação
Por que simular ?
• O sistema real ainda não existe > planejar um
futuro sistema
• Experimentar como o sistema real é
dispendioso => investigar quais benefícios da
aquisição de novo equipamento
• Experimentar como o sistema real não é
apropriado
Sistema
• Taylor 1970
– Um conjunto de objetos, como pessoas ou
máquinas, por exemplo, que atuam e interagem
com a intenção de alcançar um objetivo ou um
propósito lógico
Exemplos de sistemas
• Sistemas de produção
–
–
–
–
–
Manufatura e montagem
Movimentação de peças e matérias prima
Alocação de mão de obra
Áreas de armazenagem
Layout, etc
• Sistemas de transporte e estocagem
– Redes de distribuição
– Armazéns e entrepostos
– Frotas, etc
• Sistemas computacionais
–
–
–
–
–
–
Redes de computadores
Redes de comunicação
Servidores de redes
Arquitetura de computadores
Sistemas operacionais
Gerenciadores de bases de dados, etc
Exemplos de sistemas
• Sistemas administrativos
– Seguradoras
– Operadores de crédito
– Financeiras
• Sistemas de prestação de serviços diretos ao público
–
–
–
–
–
Hospitais
Bancos
Restaurantes industriais e tipo fast food
Serviços de emergência (polícia, bombeiros, etc)
Serviços de assistência jurídica, etc
Modelos
• Modelagem é um processo de criação e descrição,
envolvendo um determinado grau de abstração que, na
maioria das vezes, acarreta numa série de simplificações
sobre a organização e o funcionamento do sistema real =>
relações matemáticas ou lógicas => modelos
Sistema de mundo real
Entradas
Saídas
Modelo de Simulação
(Dados)
(Respostas)
Classificação de modelos de
simulação
•
•
•
•
•
Modelos voltados à previsão
Modelos voltados à investigação
Modelos voltados à comparação
Modelos específicos
Modelos genéricos
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
Tradução do Modelo
Verificação e
Validação do modelo
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
. Por que o problema está sendo estudado?
Experimentação
. Quais serão as respostas que
o estudo espera
Tradução do Modelo
alcançar ?
Análise para
estatísticaavaliação
dos resultados da
. Quais são os critérios
Verificação e
performance
do sistema ?
Validação
do modelo
. Quais são as hipóteses e prerrogativas ?
. Quais restrições e limites são esperados das
soluções obtidas ? Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
Tradução
do Modelo
. Existem
Experimentação
recursos disponíveis para a realização do
projeto ?
Análise estatística dos resultados
Verificação
e
. Definir os cenários que serão investigados
Validação do modelo
. Realizar um cronograma e definição dos custos das
atividades do projeto
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Qual a estratégia deEtapa
modelagem
? Discreta ?
de Experimentação
Etapa de. Modelagem
Contínua ? Uma combinação ?Projeto experimental
Coleta
Dados a quantidade de detalhes deve ser
. deQual
incorporada ao modelo ?
Experimentação
Tradução
do
Modelo
. Como o modelo reportará os resultados ?
Relatórios pós-simulação Análise
? Animação
durante a
estatística dos resultados
Verificação
e
execução
?
Validação do modelo
. Que nível de personalização de cenários e ícones
de entidades e recursos deve ser implementado ?
. Que nível de agregação
processos
(ou de
Tomada dedos
decisão
e conclusão
do
alguns) deve ser implementado ?projeto
. Como os dados serão
colocados no modelo ?
Comparação e Identificação das melhores
Manualmente ? Leitura de arquivos
?
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Experimentação
Etapa de Modelagem
Projetoque
experimental
.
Quais
são
as
relações
e
regras
conduzem a
Coleta de Dados
dinâmica do sistema ? (O uso de diagrama de fluxos
Experimentação
é comum para facilitar a compreensão
destas interTradução do Modelo
relações )
Análise
estatísticanecessários
dos resultados
. Quais são as fontes dos
dados
à
Verificação e
alimentação
o modelo ?
Validação
do modelo
. Os dados já se encontram na forma desejada ? (O
mais comum é os dados disponíveis na forma de
Tomada de decisão e conclusão do
média)
projetoe finanças ?
. E quanto aos dados relativos a custos
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
Tradução do Modelo
Verificação e
Validação do modelo
Experimentação
Análiseserá
estatística
dos resultados
Esta fase
realizada
após a
coleta macro de informações
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Coleta de Dados
Tradução do Modelo
Verificação e
Validação do modelo
Etapa de Experimentação
. Quem fará a tradução do
experimentalpara
modelo Projeto
conceitual
a
linguagem de simulação ?
. Como Experimentação
será realizada a
comunicação
entre
os
Análise estatística dos resultadospela
responsáveis
programação e a gerência do
projeto ?
. E a documentação ? Os
Tomada
e conclusão
do
nomesdededecisão
variáveis
e atributos
projeto claramente
estão
Comparação e Identificação
documentados
? das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Formulação do
Modelo conceitual
Coleta macro
de informações
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
Tradução do Modelo
Verificação e
Validação do modelo
. O modelo gera informações
que satisfazem
aos objetivos
Experimentação
do estudo ?
. As informações
geradas são
Análise estatística dos resultados
confiáveis ?
. A aplicação de testes de
consistência e outros confirma
que odemodelo
isento de
Tomada
decisãoestá
e conclusão
do
erros de programação
?
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
. Quais os principais fatores associados
aos experimentos ?
Planejamento
Tradução do Modelo
do
projeto
. Em que níveis devem ser os fatores
variados, de forma que se possa
melhor
Verificação e
Formulação
do critérios de desempenho
avaliar os
Validação do?modelo
Modelo conceitual
. Qual o projeto experimental mais
adequado ao quadro de respostas
Coleta macro
dedesejadas
informações ?
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Planejamento
do projeto
Etapa de Modelagem
Projeto experimental
Coleta de Dados
Tradução do Modelo
É a execução da simulação para gerar
Verificação e as
dados desejados e para realizar
Formulação do
Validação do modelo
Modelo
conceitual
análises
de sensibilidade
Coleta macro
de informações
Etapa de Experimentação
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise do problema
Etapa de Modelagem
Projeto experimental
Coleta de Dados
. O sistema modelado é do tipo terminal
Planejamento
Tradução do Modelo
ou
não terminal ?
do projeto
. Quantas replicações são necessárias ?
Verificaçãopara
e
. Qual deve ser o período simulado
Formulação do
Validação do modelo
Modelo
queconceitual
se possa alcançar o estado de
regime ?
Coleta
. E omacro
período de warm-up ?
de informações
Etapa de Experimentação
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Formulação e
Análise
do problema
. Como
realizar
Etapa de Modelagem
Coleta de Dados
este tipo de análise
?
. Como proceder para comparar
Planejamento
do Modelo
alternativas
com um padrãoTradução
?
do projeto
. Como proceder para comparar todas as
Verificação e
alternativas entre si ?
Formulação do
Validação do modelo
Modelo
conceitual
. Como
identificar a melhor alternativa
de um conjunto ?
Coleta
macro garantir estatisticamente os
. Como
de informações
resultados ?
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
envolvendo modelagem e simulação
Etapa de
Planejamento
Documentação:
Formulação e
Análise do problema
Etapa de Modelagem
Etapa de Experimentação
Projeto experimental
Coleta de Dados
. Descrição dos objetivos e hipóteses
levantadas
Planejamento
Tradução do Modelo
do
projeto
. Conjunto de parâmetros de entrada
utilizados
Verificação e
Formulação
do
do modelo
. Descrição das técnicasValidação
e métodos
Modelo conceitual
empregados na verificação e na
validação do modelo
Coleta macro
de.informações
Descrição do projeto de experimentos
e do modelo fatorial de experimentação
adotado
. Resultados obtidos e descrição dos
métodos de análise adotados
Experimentação
Análise estatística dos resultados
Tomada de decisão e conclusão do
projeto
Comparação e Identificação das melhores
soluções
Documentação e
Apresentação dos resultados da implementação
Passos na formulação de um estudo
. Restabelecimento
e confirmação
dos objetivos do e simulação
envolvendo
modelagem
projeto
Apresentação dos resultados:
Etapaproblemas
de
. Quais
foram resolvidos ?
Etapa de Experimentação
Planejamento
Etapa de Modelagem
. Rápida revisão da metodologia
Formulação e
Projeto experimental
Benefícios
alcançados
com
a(s)
solução
(ões)
Análise do problema
Coleta de Dados
proposta(s)
Experimentação
. Planejamento
Considerações sobre o alcance
e precisão dos
Tradução do Modelo
do projeto
resultados
Análise estatística dos resultados
. Alternativas rejeitadas e seus motivos
Verificação e
do
. Formulação
Animações
das alternativas
propostas
quando
Validação
do modelo
Modelo conceitual
cabíveis
. Estabelecimento
de conexões entre o processo e os
Coleta macro
de decisão e conclusão do
resultados
e
de informações alcançados com o modelo simulado Tomada
projeto
outros processos de reengenharia ou de reformulação
Comparação e Identificação das melhores
existentes no negócio
soluções
. Assegurar que os responsáveis pelo estabelecimento
de mudanças organizacionais ou processuais tenham
Documentação e
compreendido a abordagem utilizada e seus benefíciosApresentação dos
resultados da implementação
. Tentar demonstrar que a simulação é a espécie de
ponte entre a idéia e sua implementação
Erros mais comuns na abordagem
via simulação
• Pouco conhecimento ou pouca afinidade com
a ferramenta utilizada
• Objetivos com pouca clareza ou definição
• Construção de modelos muito detalhados
• Realização de conclusões com base em uma
única replicação