SIMULAO DISCRETA MODELAGEM E SIMULAO DE SISTEMAS 2132022

SIMULAÇÃO DISCRETA MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 1

DEFININDO MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS • 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. (Schriber – 1974 – GPSS) 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 2

Modelo Computacional • É um programa de computador cujas variáveis apresentam o mesmo comportamento dinâmico e estocástico do sistema real que representa. • (Robert Shannon – 1975) 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 3

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 a sua operação. • Pegden - 1990 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 4

Por que Simular? • Permite responder questões do tipo: “O que aconteceria se? • Permite estudar modelos dinâmicos. • Permite emprego de animações no modelo virtual. • Economia de tempo e recursos financeiros. • O comportamento do modelo simulado é muito semelhante ao modelo real. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 5

Por que realizar o experimento com modelos simulados? • O sistema real ainda não existe. • Experimentar com o sistema real é dispendioso. • Experimentar com o sistema real não é apropriado. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 6

O que é Sistema? • 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. • Taylor - 1970 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 7

Alguns sistemas aptos à Modelagem e Simulação • Sistemas de produção: manufatura e montagem, movimento de peças e matéria prima, alocação de mão de obra, áreas de armazenagem, layout, etc. • Sistemas de transporte e estocagem: redes de distribuição, armazens e entrepostos, frotas, etc. • Sistemas computacionais: redes de computadores, redes de comunicação, servidores de redes, arquiteturas de computadores, sistemas operacionais, gerenciadores de BD, etc. • Sistemas administrativos: seguradoras, operadores de crédito, financeiras. • Sistemas de prestação de serviços diretos ao público: hospitais, bancos, restaurantes industriais e fast food, serviços de emergência, serviços de assitência jurídica, etc. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 8

O que é um Modelo? • É uma relação matemática ou lógica sobre a organização e o funcionamento de um sistema real. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 9

Representação esquemática de um modelo de sistema Sistema do Mundo Real Entradas (Dados) Saídas (Respostas) Modelo de Simulação Experimentação 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 10

Tipos de Modelos que podem ser empregados para estudo de um sistema • • Matemáticos Descritivos Estatísticos Entrada/Saída 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 11

Que tipo de modelo usar? • Sistemas simples e estáticos onde as interrelações entre seus elementos podem ser bem descritas e estruturadas podem ser estudados via cálculo, álgebra ou teoria das filas. • Sistemas complexos onde seu comportamento não é previsível (dinâmico) não aceita estudos analíticos pois sua solução é pobre e pouco confiável. Um modelo voltado a simulação do sistema é mais indicado. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 12

TÉCNICAS DE PREVISÃO DE DESEMPENHO Precisão Baixo Regras Básicas 2/13/2022 Custo e Complexidade Modelos de Custo Análise de Tendências Analítico Simulação Alto Benchmarks MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 13

REGRAS BÁSICAS • Regras populares estabelecidas por fabricantes. • Geralmente definem limites que devem ser usados como padrão. • Ex. : utilização de canal inferior a 35%, utilização de CPU inferior a 80%, pico de utilização não exceder a 90%, etc. • Não é recomendado seu uso como previsão de desempenho. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 14

ANÁLISE DE TENDÊNCIAS • Previsão com base nos dados históricos relativos ao comportamento passado. • No caso do planejamento de capacidade, os dados históricos gravados pelos registros de contabilização são utilizados para analisar o relacionamento entre o desempenho e a carga de trabalho. • Freqüentemente, a previsão é realizada com a utilização de extrapolação linear sobre as tendências recentes. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 15

ANÁLISE DE TENDÊNCIAS • A partir da intensidade de carga de trabalho esperada, obtém-se o ponto correspondente ao valor de desempenho previsto. • Assume relacionamento linear entre desempenho e intensidade de carga de trabalho (aproximação errada para alto tráfego) • A análise de tendência geralmente prevê o desempenho separadamente para cada classe. • Os efeitos negativos de performance provenientes de interação entre classes que compartilham recursos comuns são ignorados. • A previsão torna-se excessivamente otimista. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 16

PREVISÃO DE DESEMPENHO USANDO ANÁLISE DE TENDÊNCIAS 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 17

BENCHMARKS • É considerado uma técnica útil para prever a capacidade de novos sistemas computacionais. • No benchmark: tanto a carga de trabalho como os recursos do sistema devem estar representados adequadamente. • Na previsão de desempenho, a questão chave é como uma configuração de sistema particular irá desempenhar durante o processamento de uma dada carga de trabalho. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 18

BENCHMARKS • Quando conduzida adequadamente, os benchmarks produzem resultados precisos, pois eles lidam com sistemas reais e cargas de trabalho reais. • Os seus resultados são bastante confiáveis e possuem uma ampla aceitação. • Os benchmarks são freqüentemente considerados como uma técnica para comparar sistemas. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 19

QUE TÉCNICA USAR PARA PREVISÃO DE DESEMPENHO? • Regras básicas são simples, fáceis de usar, baratas porém não são precisas. • Benchamarks são precisos porém complexos e caros. • Modelos de performance analíticos ou via simulação são um meio termo entre ambas. • São amplamente usados em previsão de performance devido ao seu baixo custo, aplicação genérica e uso flexível. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 20

Classificação de modelos de simulação • Modelos voltados à previsão • Modelos voltados à investigação • Modelos voltados à comparação 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 21

Vantagens do uso de simulação • • • Uma vez criado, um modelo pode ser utilizado inúmeras vezes para avaliar projetos e políticas propostas. A simulação é geralmente mais fácil de aplicar que métodos analíticos. Enquanto que modelos analíticos requerem um número muito grande de simplificações para torná-los matematicamente tratáveis, os modelos de simulação não apresentam tais restrições. Políticas e procedimentos operacionais podem ser avaliados sem que o sistema real seja perturbado. Hipóteses sobre como ou por que certos fenômenos acontecem podem ser testadas para confirmação. O tempo pode ser controlado. Pode-se compreender melhor quais variáveis são as mais importantes em relação à performance e como as mesmas interagem entre si e com os outros elementos do sistema. A identificação de gargalos. Um estudo de simulação costuma mostrar como realmente o sistema opera em oposição à maneira com que todos pensam que ele opera. Novas situações sobre as quais se tenha pouco conhecimento e experiência podem ser tratadas. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 22

Desvantagens da Simulação • A construção de modelos requer treinamento especial. • Os resultados da simulação são, muitas vezes, de difícil interpretação. • A modelagem e a experimentação associadas a modelos de simulação consomem muitos recursos, principalmente tempo. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 23

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 de Macro Informações 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 24

Formulação e Análise do Problema • Todo o estudo de simulação inicia com a formulação do problema. O propósito e objetivo do estudo deve ser claramente definidos. • Por que o problema está sendo estudado? • Quais serão as respostas que o estudo espera alcançar? • Quais são os critérios para a avaliação da performance do sistema? • Quais são as hipóteses e prerrogativas? • Quais restrições e limites são esperados das soluções obtidas? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 25

Planejamento do Projeto • Pretende-se ter a certeza de que se possuem recursos suficientes no que diz respeito a pessoal, suporte, gerência, hardware e software para a realização do trabalho proposto. • O planejamento deve incluir uma descrição dos vários cenários que serão investigados e um cronograma temporal das atividades que serão desenvolvidas, indicando os custos e necessidades relativas aos recursos anteriormente citados. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 26

Formulação do Modelo Conceitual • Traçar um esboço do sistema, de forma gráfica (fluxograma, por exemplo) ou algorítmica (pseudo-código) definindo componentes, descrevendo as variáveis e interações lógicas que constituem o sistema. • A) Qual a estratégia de modelagem? Discreta? Contínua? Uma combinação? • B) Qual a quantidade de detalhes que devem ser incorporados ao modelo? • C) Como o modelo reportará os resultados? Relatórios pós-simulação? Animações durante a execução? • D) Que nível de personalização de cenários e ícones de entidades e recursos deve ser implementado? • E) Que nível de agregação dos processos (ou de alguns) deve ser implementado? • F) Como os dados serão colocados no modelo? Manualmente? Leitura de arquivos? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 27

Coleta de Macro-Informações e Dados • São fatos, informações e estatísticas fundamentais, derivados de observações, experiências pessoais ou de arquivos históricos. • A) Quais são as relações e regras que conduzem a dinâmica do sistema? O uso de diagrama de fluxos é comum para facilitar a compreensão destas inter-relações. • B) Quais são as fontes dos dados necessários à alimentação do modelo? • C) Os dados já se encontram na forma desejada? • D) E quanto aos dados relativos a custos e finanças? Incorporar elementos de custos em um projeto torna sua utilização muito mais efetiva. Custos de espera, custos de utilização, custos de transporte, etc. , quando empregados tornam os modelos mais envolventes e com maior credibilidade e valor. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 28

Passos na formulação de um estudo envolvendo modelagem e simulação Etapa de Modelagem Coleta de dados Tradução do modelo Verificação e validação do modelo 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 29

• • Tradução do Modelo Codificar o modelo numa linguagem de simulação apropriada. A) Quem fará a tradução do modelo conceitual para a linguagem de simulação? É fundamental a participação do usuário se este não for o responsável direto pelo código. B) Como será realizada a comunicação entre os responsáveis pela programação e a gerência do projeto? C) E a documentação? Os nomes de variáveis e atributos estão claramente documentados? Outros, que não o programador responsável, podem entender o programa? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 30

Verificação e Validação • Confirmar que o modelo opera de acordo com a intenção do analista (sem erros de sintaxe e lógica) e que os resultados por ele fornecidos possuam crédito e sejam representativos dos resultados do modelo real. • A) O modelo gera informações que satisfazem aos objetivos do estudo? • B) As informações geradas são confiáveis? • C) A aplicação de testes de consistência e outros confirma que o modelo está isento de erros de programação? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 31

Passos na formulação de um estudo envolvendo modelagem e simulação Etapa de Experimentação Projeto experimental Experimentação Análise estatística dos resultados 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 32

Projeto Experimental Final • Projetar um conjunto de experimentos que produza a informação desejada, determinando como cada um dos testes deve ser realizado. O principal objetivo é obter mais informações com menos experimentações. • A) Quais os principais fatores associados aos experimentos? • B) Em que níveis devem ser os fatores variados, de forma que se possa melhor avaliar os critérios de desempenho? • C) Qual o projeto experimental mais adequado ao quadro de respostas desejadas? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 33

Experimentação • Executar as simulações para a geração dos dados desejados e para a realização das análises de sensibilidade. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 34

Interpretação e Análise Estatística dos Resultados • Traçar inferências sobre os resultados alcançados pela simulação. Estimativas para as medidas de desempenho nos cenários planejados são efetuadas. As análises poderão resultar na necessidade de um maior número de execuções (replicações) do modelo para que se possa alcançar a precisão estatística sobre os resultados desejados. • A) O sistema modelado é do tipo terminal ou não-terminal? • B) Quantas replicações são necessárias? • C) Qual deve ser o período simulado para que se possa alcançar o estado de regime? • D) E o período de warm-up? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 35

Passos na formulação de um estudo envolvendo modelagem e simulação Tomada de decisão e conclusão do projeto Comparação e identificação das melhores soluções Documentação Apresentação dos resultados Implementação 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 36

Comparação de Sistemas e Identificação das melhores soluções • Muitas vezes, o emprego de técnicas de simulação visa à identificação de diferenças existentes entre diversas alternativas de sistemas. • A) Como realizar este tipo de análise? • B) Como proceder para comparar alternativas com um padrão? • C) Como proceder para comparar todas as alternativas entre si? • D) Como identificar a melhor alternativa de um conjunto? • E) Como garantir estatisticamente os resultados? 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 37

Documentação • A) Descrição dos objetivos e hipóteses levantadas. • B) Conjunto de parâmetros de entrada utilizados (incluindo a descrição das técnicas adotadas para a adequação de curvas de variáveis aleatórias) • C) Descrição das técnicas e métodos empregados na verificação e na validação do modelo. • D) Descrição do projeto de experimentos e do modelo fatorial de experimentação adotado. • E) Resultados obtidos e descrição dos métodos de análise adotados. • F) Conclusões e recomendações 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 38

Apresentação dos Resultados e Implementação • • • A apresentação dos resultados do estudo de simulação deve ser realizada por toda a equipe participante. A) Restabelecimento e confirmação dos objetivos do projeto. B) Quais problemas foram resolvidos. C) Rápida revisão da metodologia. D) Benefícios alcançados com as soluções propostas. E) Considerações sobre o alcance e precisão dos resultados. F) Alternativas rejeitadas e seus motivos. G) Animações das alternativas propostas quando cabíveis. H) Estabelecimento de conexões entre o processo e os resultados alcançados com o modelo simulado e outros processos de reengenharia ou de reformulação existentes no negócio. I) Assegurar que os responsáveis pelo estabelecimento de mudanças organizacionais ou processuais tenham compreendido a abordagem utilizada e seus benefícios. J) Tentar demonstrar que a simulação é uma espécie de ponte entre a idéia e sua implementação. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 39

Erros mais comuns na abordagem via simulação • A) Pouco conhecimento ou pouca afinidade com a ferramenta utilizada. • B) Objetivos com pouca clareza ou definição. • C) Construção de modelos muito detalhados. • D) Realização de conclusões com base em uma única replicação. 2/13/2022 MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE SISTEMAS - R. C. BETINI 40