Simulación

La simulación por ordenador

La simulación por ordenador intenta modelizar sistemas reales o hipotéticos por ordenador de forma que su funcionamiento puede ser estudiado y podemos predecir su comportamiento.

La historia y la evolución de la simulación por ordenador han ido paralelas a la evolución de la Informática. Sus orígenes los encontramos en la segunda Guerra Mundial cuando dos matemáticos, J.VNeumann y S.Ulam, tenían el reto de resolver un problema complejo relacionado con el comportamiento de los neutrones. Los experimentos basados en prueba y error eran muy caros y el problema era demasiado complicado para abordarlo mediante técnicas analíticas. La aproximación que cogieron se basa en la utilización de números aleatorios y distribuciones de probabilidad. El método desarrollado fue llamado "método de Montecarlo" por el paralelismo entre la generación de números aleatorios y el juego de la ruleta.

Durante la Guerra Fría se intensificó el uso de la simulación para resolver problemas de interés militar; trayectorias y dinámicas de satélites artificiales, guiar mísiles, etc. Muchos de estos problemas exigen la resolución de sistemas de ecuaciones diferenciales no lineales. Para abordar estos problemas se utilizaron ordenadores analógicos que usaban elementos electrónicos para resolver las operaciones matemáticas: integración, suma, multiplicación, generación de funciones, etc. En la figura adjunta se observa como estos elementos se conectaban para la creación de modelos de simulación continua.
A partir de la década de los 60 empiezan a aparecer en el mercado programas de simulación de sistemas de acontecimientos discretos que poco a poco se empezaron a utilizar para resolver problemas de ámbito civil. Los más destacables fueron el GPSS de IBM (General Purpose System Simulator) y el SIMSCRIPT. Los modelos de acontecimientos discretos son muy utilizados en la actualidad para estudiar problemas de fabricación de procesos, logística, transporte, comunicaciones y servicios. Estos problemas se caracterizan por centrar su interés en los cambios que hay en el sistema como consecuencia de los acontecimientos y en su capacidad para modelar los aspectos aleatorios del sistema. En el vídeo adjunto se muestra la simulación del movimiento de las personas en la nueva terminal Sur del aeropuerto de Barcelona. Este simulador se utilizó para analizar el diseño de la terminal en lo que respecta a los distintos espacios, el movimiento de las personas en situaciones normales y el análisis del plan de evacuación. El segundo vídeo muestra una pequeña animación del funcionamiento del almacén intermedio de Gráficas de Prensa Diaria (Grupo Z). Este simulador se ha utilizado para analizar mejoras en su gestión.

La revolución que se produjo en la informática a partir de los años 80, tiene un impacto importante en la simulación por ordenador. El uso de simuladores se generaliza en prácticamente todos los ámbitos de la ciencia y la ingeniería, por ejemplo:
  • Predicción del tiempo: el primer modelo numérico de predicción del tiempo que dio resultados positivos fue desarrollado por J. G. Charney, R. Fjörtoft y J. von Neumann con el ordenador "ENIAC" (Electronic Numerical Integrator and Computer). Desde entonces, y especialmente en las últimas dos décadas, se han popularizado estos simuladores para la predicción a corto y largo plazo del tiempo.
  • Entrenamiento de pilotos: la necesidad de entrenar los pilotos surge ya en los inicios de la aviación. A falta de ordenadores y programas informáticos de simulación, los primeros pilotos se entrenaban con primitivos simuladores físicos. Actualmente, todos los pilotos están obligados a entrenar-se periódicamente en sofisticados simuladores para estar preparados para resolver cualquier problema que pueda aparecer en el vuelo.

Finalmente, en los últimos años, el uso de la simulación se ha ampliado al sector del ocio y ha entrado en el ámbito familiar con productos de software sofisticado, que utilizan todos los recursos del ordenador: gráficos potentes, bases de datos, computación intensiva, etc. Algunos de los simuladores más populares son MS Flight Simulator, NASCAR Racing, SimCity, Civilization, RollerCoaster Tycoon, y The Sims.

En conclusión, podemos decir que la informática ha estado el instrumento básico que ha permitido y permitirá seguir avanzando en el campo de la simulación por ordenador.

Simulación de capacidad y flujos en la nueva terminal del Aeropuerto de Barcelona

Un ejemplo de la utilización de la simulación por ordenador ha sido un proyecto para permitir evaluar y determinar el grado de aceptación de la nueva área terminal del aeropuerto de Barcelona, proyectado por R.Bofill, según los estándares IATA (International Air Transport Association) en el ámbito de capacidades y flujos.

La Nueva Área Terminal (NAT) hará posible que el aeropuerto de Barcelona se convierta en un aeropuerto de tipo Hub, que permitirá la conexión de vuelos continentales y ampliará la oferta actual en la matriz de vuelos origen/destino. Se prevé que el volumen de pasajeros que pasarán por Barcelona, en origen, en destino o en tránsito, será del orden de 55 millones.

La simulación de la NAT se realizó desde dos enfoques distintos: macroscópico i microscópico.

El primer estudio, macroscópico, permitió analizar los grandes números de los principales subsistemas asociados a las operaciones comerciales del aeropuerto:

  • Sistema Accesos Terrestres, distribución de llegada de pasajeros durante el día y si llegan en coche, en metro, en tren, etc; cuántos carriles taxi serían necesarios para dar servicio a la nueva demanda; cuántos autobuses; qué ampliación en aparcamientos sería necesaria.
  • Sistema Edificio Terminal, los procesos de aeropuerto son extremadamente complicados, más aún a raíz de los atentados del 11-S, y si añadimos el volumen de pasajeros que pueden pasar en un día de máxima afluencia, hará falta configurar correctamente todos los procesos que suelen ser el cuello de botella de un sistema aeropuerto como los controles de seguridad, facturación, recogida de equipajes, turnos de trabajo, etc.
  • Sistema Handling, evaluación de los recursos de handling: bomberos, jardineros, carritos portaequipajes, necesarios para dar servicio a las aeronaves estacionadas en el aeropuerto, y circulación de estos recursos para los viales del lado aire.

La segunda fase se concentró en el desarrollo de un estudio de simulación microscópica del Edificio Terminal, donde cada pasajero podía ser identificado dentro del sistema como una entidad propia i, consecuentemente, caracterizado por una serie de atributos o propiedades que determinarían su comportamiento dentro del modelo. Este estudio permitió responder, entre otras preguntas, a:

  • La distribución modal de llegadas (Renfe, Ave, coche...) es compatible con el diseño arquitectónico?
  • Cual seria el MCIT (Minimum Check In Time) ?
  • Y el MCT (Maximum Connection Time) ?
  • Podrían absorber los pasadizos del dic central el flujo de pasajeros?
  • Sería un Pax Schegen/No Schengen? Cómo afectaría su circulación dentro de la NAT?
El estudio concluyó que la NAT proyectada, alcanzaba los estándares de calidad IATA en materia de flujos y capacidades deseadas.







Simulación del tránsito

TSS es una empresa especializada en el desarrollo de herramientas de software para la modelización y el análisis de sistemas de tránsito y transporte, y en la realización de proyectos relacionados con estos sistemas. Fue fundada en 1997 por miembros del Laboratorio de Investigación Operativa y Simulación (LIOS), un grupo de investigación en problemas de transporte del Departamento de Estadística y Investigación Operativa de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC).






















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