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La simulación se ha convertido en una parte integral de muchas industrias debido a su capacidad para proporcionar una visión de operaciones y procesos complejos. Este artículo trata de los distintos tipos de aplicaciones de software de simulación, sus capacidades y su aplicación. Aquí se definirán la simulación de eventos discretos, la basada en agentes y la continua, y se destacarán las diferencias entre todas las opciones para ayudar a las empresas a tomar decisiones fáciles a la hora de elegir un software de simulación.
Definición
La simulación de eventos discretos (DES) modela el funcionamiento de un sistema como una secuencia de eventos discretos que ocurren en diferentes intervalos de tiempo. Los eventos discretos se producen en momentos específicos, marcando así los cambios de estado que se producen en el sistema modelado.
La simulación continua (SC) modela las operaciones de un sistema para realizar un seguimiento continuo de las respuestas del sistema a lo largo de la simulación. Esto significa que los resultados se producen en cada momento de la simulación y no a intervalos. Las simulaciones continuas también producen datos en instancias en las que no se producen cambios continuos.
Los modelos basados en agentes (ABM) simulan las acciones e interacciones de agentes individuales dentro de un sistema. Los agentes pueden ser una pieza de equipo singular o un grupo de activos que trabajan hacia un objetivo similar. Las simulaciones ABM se ejecutan para determinar los efectos de estos agentes en las funciones de todo el sistema del que forma parte un agente.
Un ejemplo que pone de relieve las funciones de estas diferentes técnicas de simulación es el de una simple caja de un supermercado. Un modelo DES considerará la llegada de un cliente y el momento en que se marcha como dos acontecimientos separados, mientras que el tiempo transcurrido se representará como un lapso de tiempo entre ambos acontecimientos. La simulación continua contará continuamente el número de clientes que pasan por el puesto de control y su efecto general en el sistema de cajas. La simulación ABM considera al cliente y al punto de caja como agentes autónomos y hace un seguimiento de su efecto en todo el proceso de venta.
Con esta explicación, es fácil observar que la técnica DES modela de forma excelente los fenómenos físicos o la realidad, ya que es capaz de realizar un seguimiento de los sucesos que ocurren. Las opciones basadas en agentes y continuas son excelentes para determinar el patrón de comportamiento de un sistema. En muchos casos, una combinación de las distintas técnicas de simulación proporciona resultados más redondos, especialmente cuando se modelan procesos complejos con diversas variables y eventos.
Diferencias entre las características de la simulación basada en agentes, de eventos discretos y continua
Para destacar estas diferencias se utilizarán algunos criterios. Estos criterios incluyen las siguientes características:
- Qué simulan - Se refiere a los modelos que mejor simulan
- Paso del tiempo - Se refiere a cómo las técnicas ven el paso del tiempo y los intervalos de tiempo.
- Colas: cómo se gestionan los flujos de colas.
- Detalles estadísticos: cómo definen o evalúan los acontecimientos de un sistema.
Qué simulan
Empezando por el DES, como ya se ha dicho, las aplicaciones de software DES se utilizan para simular eventos discretos, necesidades y requisitos. Las simulaciones continuas se aplican generalmente a procesos continuos que fluyen, mientras que la ABM se aplica a agentes y sistemas autónomos.
Paso temporal
En el software DES, el paso de tiempo cambia en función de la ocurrencia de eventos individuales, mientras que en la simulación continua, los pasos de tiempo permanecen básicamente invariables. En las aplicaciones de software AGM, los pasos temporales cambian en función de las interacciones cambiantes del agente autónomo.
Colas
El software DES aplica diversas técnicas o sistemas para gestionar las colas. Esto incluye el uso de un enfoque de primero en entrar, primero en salir (FIFO) o el enfoque de último en entrar, primero en salir (LIFO) para gestionar las colas. Los programas informáticos de simulación continua sólo utilizan el sistema de "primero en entrar, primero en salir" para gestionar las colas. En cuanto a la ABM, la gestión de colas es un poco diferente, ya que describe un sistema desde la perspectiva del agente. Pero en las simulaciones ABM puede utilizarse un sistema FIFO o LIFO para gestionar las colas.
Las diferencias en la aplicación
Los casos de uso proporcionan ejemplos realistas para definir o poner de relieve las diferencias que se encuentran al utilizar estas distintas técnicas de simulación. Empezando por la simulación de eventos discretos, la naturaleza discreta de esta técnica la convierte en una opción excelente para las simulaciones industriales en las que se producen eventos.
Esto incluye la industria manufacturera, las empresas de producción farmacéutica, las plantas y las industrias con sistemas logísticos funcionales. Aquí, la capacidad de simular la llegada y salida de entidades o los problemas de colas proporcionan un nivel de conocimiento de las operaciones industriales que otros métodos no pueden ofrecer. Un ejemplo es el uso del software DES de Simio para optimizar las actividades del Centro Médico de Nebraska. En este ejemplo, la modelización DES se utilizó para optimizar las operaciones del hospital reduciendo el tiempo de desplazamiento de cirujanos y pacientes, así como el uso de quirófanos en todo el centro médico.
Las simulaciones de eventos discretos también son herramientas poderosas en industrias intensivas en capital debido a su capacidad para realizar análisis hipotéticos antes de emprender nuevas iniciativas de implantación. La capacidad de experimentación que aporta puede evitar a estas empresas pérdidas financieras en operaciones comerciales concretas. La capacidad de acelerar o ralentizar fenómenos específicos para analizar cambios o sistemas expansivos la convierte en una potente herramienta para aplicaciones empresariales.
Otras ventajas que aportan las aplicaciones de software DES son su uso como herramienta de formación y validación en la Industria 4.0 y su capacidad para poner en marcha las iniciativas de transformación digital de las empresas.
Software de simulación continua: la naturaleza continua de esta técnica de simulación la convierte en una herramienta única para analizar procesos o elementos fluidos con relaciones no lineales.
Las simulaciones continuas se utilizan generalmente en campos de ingeniería avanzada en los que se diseñan motores de simulación. Esto incluye la industria aeronáutica para el diseño de simuladores de vuelo y programas de piloto automático. También se utilizan en el diseño de motores para videojuegos como la Nintendo Wii.
En entornos industriales, se prefieren las aplicaciones de software de simulación de eventos discretos, pero la simulación continua se está utilizando para tareas de diseño generativo y gestión de sistemas de control en la industria farmacéutica. También se utiliza para predecir o estimar la probabilidad de fenómenos naturales como inundaciones o huracanes. Estos ejemplos de aplicación hacen que la simulación continua se aplique predominantemente en campos relacionados con las STEM.
Entre las ventajas que aporta la simulación continua se incluyen la capacidad de describir sistemas con actividades variables que ocurren en el mismo intervalo de tiempo. Las simulaciones continuas también se utilizan para mejorar los sistemas de inteligencia artificial gracias a sus capacidades analíticas teóricas.
Software de simulación basado en agentes - Los modelos ABM se utilizan generalmente en las ciencias sociales. Se utilizan mucho para estudiar las interdependencias entre distintas actividades humanas, sistemas sociales y económicos, y en instalaciones donde las interacciones entre diversos sistemas definen las operaciones.
Los tres conceptos que definen la aplicación de la GPA son su flexibilidad, su capacidad para captar fenómenos emergentes y su capacidad para definir sistemas. Estas capacidades conllevan ciertas ventajas, como la posibilidad de integrar simulaciones ABM en entornos DES o de simulación continua.
Su capacidad para simular interacciones entre agentes autónomos también la convierte en una herramienta excelente para comprender el comportamiento de los talleres. Por ejemplo, puede utilizarse para analizar la causa del tráfico en el taller en una instalación en la que interactúan tanto humanos como máquinas autónomas. En este caso, su enfoque individualista de la simulación ofrece diferentes perspectivas de los agentes activos que explican la causa de fenómenos como un atasco inesperado dentro de un sistema.
La ABM se utiliza activamente para supervisar procesos fluidos como la gestión del tráfico y de la afluencia de clientes en tiendas físicas, parques y centros recreativos. Un ejemplo es su uso en una tienda Macy's. En este ejemplo, ABM se utilizó para estimar la distribución de los vendedores dentro de sus instalaciones y cómo interactúan con los clientes para mejorar sus operaciones.
También se utiliza para analizar fenómenos bursátiles y riesgos operativos en organizaciones de diversos nichos industriales. De este modo, se pone de relieve la versatilidad y flexibilidad que aportan las simulaciones ABM a diversos procesos interactivos.
En resumen
La simulación permite comprender las relaciones humanas, los procesos industriales, la planificación urbana y regional y los sistemas complejos en todos los nichos. De este modo, se consolida como una importante herramienta de análisis de datos y transformación digital diseñada para todas las organizaciones.
Aunque las simulaciones DES, CS y ABM aplican diferentes enfoques a la simulación, los resultados que producen optimizan los esfuerzos humanos e industriales de diferentes maneras. Estas formas incluyen la planificación y la implementación, la mejora de las relaciones con los clientes, la formación del personal, el desarrollo de estrategias y el diseño. El software de modelado y simulación Simio proporciona una plataforma intuitiva para modelar, ejecutar, gestionar y compartir simulaciones DES, CS y ABM con el fin de optimizar los procesos operativos de su organización. Puede obtener más información sobre casos de uso específicos consultando nuestro catálogo de casos prácticos.