Évolution des logiciels de simulation à événements discrets

Aujourd'hui, les logiciels de simulation d'événements discrets (DES) et les avantages qu'ils procurent sont utilisés dans une majorité d'industries pour simplifier les opérations commerciales, faire des prédictions et mieux comprendre les processus complexes. Mais avant que les logiciels de simulation modernes tels que Simio puissent être utilisés pour créer des modèles brillants et exécuter des simulations en temps réel, il existait des technologies antérieures qui constituaient les fondations sur lesquelles reposent les logiciels de simulation modernes. Comme vous pouvez probablement le constater, il y a une histoire derrière l'évolution des logiciels de simulation et aujourd'hui, cette histoire est racontée.

Pour raconter cette histoire avec précision, l'évolution doit être classée par ordre chronologique. L'ordre traditionnel actuellement utilisé est celui décrit par R.E. Nance en 1995. Cet ordre chronologique sera utilisé ici, mais avec de légères modifications pour tenir compte des premiers souvenirs des logiciels de simulation et des progrès actuels. En effet, l'ordre le plus référencé, décrit en 1995, ne prenait pas en compte les efforts de Jon von Neumann et de Stanislaw Ulam qui ont utilisé la simulation pour analyser le comportement des neutrons en 1946.

RE. La chronologie de Nance, rédigée en 1995, ne pouvait pas prendre en compte les récents changements de paradigme dans les logiciels DES. Cette omission compréhensible sera également soulignée et incluse dans ce billet. Par conséquent, cet article sur la simulation à événements discrets doit être considéré comme une mise à jour de l'histoire et de l'évolution des logiciels de simulation à événements discrets.

Les premières années (1930 - 1950)

Avant que la simulation discrète ne prenne de l'importance, les premiers mathématiciens utilisaient l'échantillonnage statistique déterministe pour estimer les incertitudes et modéliser des processus complexes. Ce processus prenait beaucoup de temps et était sujet à des erreurs, ce qui a conduit aux premières techniques de DES connues sous le nom de simulations de Monte Carlo. La première simulation était la technique de l'aiguille de Buffon, utilisée par Georges-Louis Leclerc, Compte de Buffon, pour estimer la valeur de Pi en laissant tomber des aiguilles sur un sol constitué de bandes parallèles équidistantes. Bien que cette méthode ait été couronnée de succès, le logiciel de simulation tel que nous le connaissons a vu le jour en 1946.

À l'automne 46, deux mathématiciens se sont trouvés confrontés au problème de la compréhension du comportement des neutrons. Pour comprendre le comportement des neutrons, Jon von Neumann et Stanislaw Ulam ont mis au point la technique de la roulette pour traiter les simulations d'événements discrets. C'est en jouant au Solitaire qu'Ulam a eu l'illumination. Ulam a réussi à simuler le nombre de fois où il pouvait gagner au Solitaire en étudiant des centaines de parties réussies.

Après avoir réussi à estimer quelques jeux, il s'est rendu compte qu'il lui faudrait des années pour observer et sélectionner manuellement les jeux réussis pour chaque main. C'est ainsi qu'Ulam a demandé à Jon von Neumann d'élaborer un programme permettant de simuler plusieurs mains de solitaire sur l'Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC). C'est ainsi que le premier logiciel de simulation a été écrit.

La période de recherche (1955 - 1960)

Le succès des deux mathématiciens dans la simulation des modèles de comportement des neutrons a mis en lumière la simulation et encouragé les agences gouvernementales à explorer ses utilisations dans le domaine militaire. Comme pour tous les processus technologiques, la croissance des logiciels de simulation discrète ne pouvait s'adapter qu'aux unités de calcul disponibles à l'époque. À l'époque, les ordinateurs analogiques et à peine numériques constituaient le tremplin du développement.

Vers 1952, John McLeod et quelques-uns de ses collègues du Naval Air Missile Test Center ont entrepris de définir des concepts de simulation et de développer des algorithmes et des routines pour faciliter la conception de logiciels de simulation standardisés. En arrière-plan, John Backus et son équipe développaient également un langage de haut niveau pour les ordinateurs. Les efforts des multiples équipes travaillant indépendamment les unes des autres ont abouti au développement du premier langage et logiciel de simulation qui allait conduire à l'évolution du logiciel DES.

Cela met également en évidence le thème général de la manière dont les progrès technologiques et les évolutions logicielles se produisent, c'est-à-dire par le biais de progrès dans divers domaines interdépendants.

L'avènement (1960 - 1965)

En 1961, John Backus et son équipe d'IBM ont réussi à développer FORTRAN, le premier langage de programmation de haut niveau d'usage courant. Le succès de FORTRAN a conduit à la création d'un langage de simulation à usage général basé sur FORTRAN. Ce langage, SIMSCRIPT, a été mis en œuvre avec succès en 1962 par Harry Markowitz.

D'autres logiciels et systèmes de simulation à usage général ont également vu le jour au cours de cette période, les entrepreneurs concurrents continuant à développer des langages et des systèmes de simulation. À la fin de l'année 1965, des programmes et des progiciels tels qu'ALGOL, General Purpose Simulation System (GPSS) et General Activity Simulation Program (GASP) avaient été développés. Les ordinateurs IBM et l'équipe BUNCH, composée de Burroughs, UNIVAC, NCR, Control Data Corporation et Honeywell, développaient des ordinateurs plus puissants pour traiter des simulations complexes.

L'un des faits marquants de cette période a été la conception réussie du simulateur Gordon par IBM. Le simulateur Gordon a été utilisé par la Federal Aviation Administration pour distribuer des informations météorologiques aux acteurs de l'industrie aéronautique. C'est ainsi que la simulation a été utilisée pour la première fois dans l'industrie aéronautique.

Là encore, l'augmentation de la vitesse de traitement et l'apparition d'un nouveau terme, la conception assistée par ordinateur, ont joué un rôle dans le développement de logiciels de simulation. À ce stade, les premiers progiciels et langages de simulation étaient encore utilisés principalement par le gouvernement et quelques entreprises. En outre, les progiciels faciles à utiliser, intuitifs et réactifs étaient lentement intégrés dans les logiciels de simulation tels que le GPSS, qui était devenu populaire dans les années 60.

Les années de formation (1966 - 1970)

Les années de formation ont été marquées par le développement de logiciels de simulation à usage commercial. À cette époque, les entreprises ont commencé à comprendre la simulation et le rôle qu'elle joue dans la simplification des processus commerciaux et la résolution de problèmes complexes. Le succès de systèmes tels que le simulateur Gordon a également suscité l'intérêt des acteurs de l'industrie pour les diverses façons dont les logiciels de DES pouvaient être utilisés.

Reconnaissant la nécessité d'appliquer la simulation aux processus industriels, la première organisation exclusivement consacrée à la simulation a été créée en 1967 et la première conférence s'est tenue à New York, à l'hôtel Roosevelt. Lors de la deuxième conférence, 78 articles sur la simulation à événements discrets et le développement de logiciels DES ont été soumis. Il est surprenant de constater que certaines des questions posées lors de la conférence de 1968 sont toujours d'actualité. Il s'agit notamment des questions suivantes

• les difficultés à convaincre les cadres supérieurs de l'intérêt des logiciels de simulation
• Comment la simulation peut-elle être appliquée à la fabrication, au transport, au comportement humain, aux systèmes urbains, etc.

La période d'expansion (1971 - 1978)

La période d'expansion a été consacrée à la simplification du processus de modélisation lors de l'utilisation de logiciels de simulation et à l'introduction de leur utilisation dans les salles de classe. À ce stade, diverses industries ont commencé à comprendre l'utilisation et les avantages des logiciels de simulation pour leurs industries respectives. Cela a conduit à discuter de la nécessité de préparer les étudiants à un monde qui intègre la simulation.

En outre, les progrès technologiques, tels que l'introduction et l'utilisation généralisée de l'ordinateur personnel, ont justifié le développement de logiciels de simulation pour des systèmes d'exploitation dédiés. C'est ainsi qu'est né le GPSS/H pour les ordinateurs centraux IBM et les ordinateurs personnels. Le GPSS/H a également introduit le débogage interactif dans le processus de simulation et l'a rendu environ 20 fois plus rapide que les progiciels de simulation précédents. En termes d'évolution technologique, le GASP IV a également introduit l'utilisation d'événements temporels pendant les simulations, ce qui souligne la croissance des logiciels de simulation disponibles pour les industries à cette époque.

Lors de la cinquième conférence sur la simulation, la "Winter Simulation Conference" de 1971, divers tutoriels sur l'utilisation de progiciels de simulation tels que GASP2 et SIMSCRIPT avaient été mis à la disposition du public. La popularité croissante de la simulation a également entraîné une augmentation des opportunités commerciales et, en 1978, les logiciels de simulation pouvaient être achetés pour moins de 50 000 dollars.

La consolidation et la régénération (1979 - 1986)

L'ère de la consolidation a été définie par l'essor de l'ordinateur de bureau et de l'ordinateur personnel, ce qui a conduit au développement généralisé de logiciels de simulation pour l'ordinateur personnel. Les logiciels de simulation ont également connu des améliorations grâce au développement du langage de simulation pour la modélisation alternative (SLAM). Le concept SLAM a permis de combiner diverses capacités de modélisation et d'obtenir de multiples perspectives de modélisation lors du traitement de processus complexes.

Ces améliorations ou développements ont rendu possible la simulation pour la planification de la production et l'industrie manufacturière a commencé à s'intéresser de près aux logiciels de simulation. L'augmentation de la capacité de calcul et de stockage a également conduit à la création de systèmes de gestion d'usine tels que le CAM - I. Le CAM - I est effectivement devenu le premier logiciel de simulation utilisé uniquement pour le contrôle en boucle fermée des activités et des processus au sein des ateliers.

En 1983, SLAM II a été développé et il s'agissait d'un logiciel de simulation de qualité industrielle en avance sur son temps. SLAM II proposait trois approches de modélisation différentes qui pouvaient également être combinées selon les besoins. Ces approches comprenaient la modélisation d'événements discrets, la modélisation de réseaux et la possibilité d'intégrer la modélisation discrète et la modélisation de réseaux dans un modèle de simulation particulier. Plus important encore, SLAM II coûtait environ 900 dollars, ce qui était relativement bon marché à l'époque. On peut considérer que c'est à ce moment-là que la simulation à événements discrets a pris tout son sens, car les logiciels commerciaux de modélisation de simulation à événements discrets sont devenus accessibles au grand public.

La phase de croissance et d'animation (1987 - 2000)

Les années 90 ont été marquées par la consolidation des progrès réalisés au cours des années précédentes et de nombreuses technologies et processus interdépendants ont également vu le jour au cours de cette décennie. Cette époque s'est concentrée sur la simplicité, le développement d'interfaces utilisateur interactives et la mise à disposition de la simulation pour tous, y compris les non-initiés.

Au milieu des années 90, les logiciels de simulation ont été utilisés pour résoudre des problèmes encore plus complexes, tels que la simulation de chaque événement et processus dans des installations à grande échelle. L'exemple d'Universal Data System était une première à l'époque. Universal Data System devait convertir l'ensemble de son usine en un atelier de production hybride permettant d'améliorer la production. Pour ce faire, l'entreprise a utilisé GPSS et le résultat final a été un flux réussi qui a amélioré les opérations quotidiennes et l'ensemble du processus a été modélisé et simulé en 30 jours.

En 1998, les fournisseurs ont commencé à ajouter des fonctions de collecte de données aux logiciels de simulation. Ces fonctions comprenaient l'automatisation des processus de collecte de données, l'utilisation de graphiques en 3D et d'animations pour rendre le processus de simulation plus convivial et non technique. Il va sans dire que les avancées technologiques en matière d'animation, de modélisation, de conception graphique et d'interface utilisateur ont joué un rôle dans l'amélioration des logiciels de simulation au cours de cette période.

La phase de flexibilité et d'évolutivité (2000 - 2019...)

Enfin, nous arrivons à la dernière phase d'évolution du logiciel DES tel que nous le connaissons. Une fois de plus, les progrès des technologies interdépendantes ont rendu possible la mise à l'échelle de la simulation et l'accélération de son processus. L'évolution qui a suivi le nouveau millénaire a vu les fournisseurs de DES tirer parti de l'utilisation de l'informatique en nuage, de l'IA et de l'informatique à haute performance pour porter la simulation à de plus hauts niveaux.

D'autres changements sont intervenus au cours de ces décennies, notamment l'évolution du processus d'ordonnancement basé sur la production vers un processus d'ordonnancement basé sur la simulation. Cette évolution a permis la planification, le traitement et la prise de décision par simulation en temps réel. Cette évolution s'inscrit également dans le cadre de la quatrième révolution industrielle, où la collecte de données, l'automatisation et l'interconnectivité règnent en maîtres. Les logiciels de simulation de cette génération ont évolué pour devenir des outils capables de numériser et de développer des jumeaux numériques.

Les logiciels de simulation d'événements discrets tels que Simio sont des exemples de technologies de simulation complètes qui sont nécessaires pour piloter l'industrie 4.0. En effet, les logiciels DES de la nouvelle ère doivent être capables de collecter et de stocker leurs propres données, de modéliser des graphiques 3D précis, des animations, de gérer la planification en temps réel et la numérisation. Ils doivent également être dotés de fonctionnalités qui permettent de tirer parti de l'informatique en nuage, d'intégrer les applications de planification des ressources de l'entreprise et de l'informatique à haute performance. Toutes ces caractéristiques se conjuguent pour garantir que les simulations les plus complexes sont exécutées de manière à fournir des réponses ou des informations précises lorsqu'elles sont appliquées dans un cadre professionnel.

En résumé

L'avenir de la simulation d'événements discrets n'est en aucun cas gravé dans le marbre, comme l'ont montré les expériences des époques précédentes. Cela signifie qu'avec les progrès des technologies et des logiciels de simulation interdépendants, davantage de concepts industriels et de modèles d'entreprise seront bouleversés au cours de la prochaine décennie.