1. Modelado de sistemas
1.1. Introducción .................................................................................................................. 1
1.2 Concepto de sistema y de modelo ......................................................................... 1
1.3. Tipos de modelos ......................................................................................................... 3
1.3.1. Elección del modelo ............................................................................................3
l.4. Modelado analítico ....................................................................................................... 5
1.4.1 Sistemas continuos ............................................................................................ 5
1.4.2 Sistemas discretos ............................................................................................. 7
1.4.3 Sistemas muestreados ...................................................................................... 9
1.4.4. Sistemas por lotes .......................................................................................... 10
1.5. Modelado simbólico ................................................................................................. 11
1.5.1. Modelos basados en reglas ......................................................................... 12
1.5.2. Modelos cualitativos ..................................................................................... 12
1.5.3. Modelos funcionales y causales ................................................................ 12
2. Objetivos y técnicas de simulación
2.1. Introducción .................................................................................................................. 13
2.2. Aplicaciones de la simulación .............................................................................. 14
2.3. Proceso de modelado y simulación ................................................................... 14
2.4. Tipos de simulación ................................................................................................. 15
2.5. Simulación de sistemas continuos ..................................................................... 17
2.6. Simulación de sistemas por lotes ....................................................................... 19
2.7. Simulación combinada ........................................................................................... 24
2.8. Simulación cualitativa ............................................................................................. 24
2.9. Lenguajes empleados en simulación ................................................................ 24
2.10. Uso y limitaciones de la simulación ............................................................... 25
3. Simulación de sistemas continuos. Simulación analógica
3.1. Introducción ................................................................................................................ 27
3.2. Identificación y modelado de sistemas continuos ...................................... 27
3.2.1. Modelos ..................................................................................................................... 28
3.2.2. Parametrización ............................................................................................ 28
3.2.3. Elección del modelo ....................................................................................... 28
3.2.4. Aplicaciones de la identificación de sistemas ...................................... 29
3.3. Cálculo analógico ...................................................................................................... 30
3.3.1. Computadores analógicos .......................................................................... 30
3.3.2. Programación ................................................................................................. 35
3.3.3. Características ................................................................................................ 43
4. Simulación digital de sistemas continuos
4.1. Introducción ................................................................................................................ 45
4.2. Métodos numéricos de resolución .................................................................... 46
4.2.1. Método de Taylor ........................................................................................... 47
4.2.2. Método de Euler ............................................................................................. 47
4.2.3. Interpolación polinomial ............................................................................ 48
4.2.4. Fórmulas multipaso ...................................................................................... 49
4.2.5. Predictor-corrector ....................................................................................... 49
4.2.6. Adams-Moulton ............................................................................................... 50
4.2.7. Métodos de Runge-Kutta ............................................................................. 51
4.2.8. Sistemas de ecuaciones diferenciales ..................................................... 54
4.2.9. Arranque de la simulación ......................................................................... 55
4.2.10. Elección del paso de integración ........................................................... 55
4.2.11. Comparación entre métodos de análisis numérico ........................ 56
4.3. Estabilidad numérica .............................................................................................. 56
4.3.1. Inestabilidad debida a la ecuación ......................................................... 57
4.3.2. Inestabilidad debida al paso de integración ....................................... 57
4.3.3. Inestabilidad debida al método ................................................................ 58
4.4. Algoritmo de simulación de sistemas continuos ......................................... 59
4.5. Sistemas discretos .................................................................................................... 60
4.5.1. Algoritmo de simulación de sistemas discretos .................................. 61
4.6. Sistemas muestreados ............................................................................................ 62
4.6.1. Algoritmo de simulación de sistemas muestreados .......................... 63
5. Lenguajes de simulación de sistemas continuos y ejemplos
5.1. Introducción ................................................................................................................ 65
5.1.1. Simulación actual. Evolución .................................................................... 65
5.1.2. Dificultades y carencias actuales ............................................................. 67
5.1.3. Requerimientos ............................................................................................... 67
5.1.4. Características de un simulador .............................................................. 68
5.2. Lenguajes de modelado de sistemas continuos ........................................... 68
5.2.1. Clasificación ..................................................................................................... 68
5.2.2. Origen ................................................................................................................. 69
5.2.3. ACSL .................................................................................................................... 70
5.2.4. SIMNON ............................................................................................................. 74
5.2.5. EASY5 ................................................................................................................. 74
5.2.6. DYMOLA ............................................................................................................. 77
5.2.7. SPEEDUP ........................................................................................................... 78
5.2.8. SIMULINK ......................................................................................................... 82
5.2.9. MODELICA ........................................................................................................ 84
5.2.10. ECOSIM ............................................................................................................. 84
5.2.11. Lenguajes en el entorno académico ..................................................... 86
5.2.12. Lenguajes de simulación estacionaria ................................................ 87
5.3. Arquitectura de un simulador ............................................................................. 88
5.4. Tendencias ................................................................................................................... 89
6. Simulación simbólica
6.1. Introducción ................................................................................................................ 91
6.2. Simulación basada en reglas ................................................................................ 93
6.3. Objetivos de la simulación cualitativa .............................................................. 94
6.3.1. Objetivo generales ......................................................................................... 94
6.3.2. Objetivos de control ...................................................................................... 95
6.4 Características generales ........................................................................................ 96
6.5. Representaciones cualitativas ............................................................................. 98
6.5.1. Terminología ................................................................................................... 98
6.5.2. Valores cualitativos ....................................................................................... 99
6.5.2.1. Variables y valores cualitativos ...................................................... 99
6.5.2.2. Niveles de abstracción múltiples ................................................. 100
6.5.2.3. Valores incrementales cualitativos ............................................. 102
6.5.3. Espacio de cantidades ............................................................................... 103
6.5.3.1. Definiciones ...................................................................................... 103
6.5.3.2. Tipos de valores ............................................................................... 104
6.5.3.3. Espacio de hitos ............................................................................... 105
6.5.3.4. Especificación de espacio de cantidades ................................... 105
6.5.3.5. Relaciones de orden ........................................................................ 106
6.5.4. Representación del tiempo ...................................................................... 107
6.5.4.1. Eventos ............................................................................................... 108
6.5.4.2. Episodios ........................................................................................... 108
6.5.4.3. Historias ............................................................................................. 109
6.5.5. Restricciones ................................................................................................. 109
6.5.5.1. Tipos de restricciones .................................................................... 109
6.5.6. Regiones de funcionamiento ................................................................... 109
6.5.7. Modelos ........................................................................................................... 110
6.6. Algoritmo de simulación ..................................................................................... 110
6.6.1. Introducción ......................................................................................................... 110
6.6.2. Valores cualitativos .................................................................................... 111
6.6.3. Proceso de simulación ............................................................................... 111
6.6.3.1. Datos de partida ............................................................................... 111
6.6.3.2. Resultados de la simulación .......................................................... 112
6.6.3.3. Algoritmo de simulación QSIM .................................................... 112
6.6.4. Ejemplo de simulación .............................................................................. 112
7. Simulación de sistemas por lotes
7.1. Introducción ............................................................................................................... 117
7.2. Conceptos básicos .................................................................................................. 118
7.3. Componentes de un simulador por lotes ..................................................... 119
7.4. Proceso de simulación por lotes ...................................................................... 126
7.5. Simulación combinada ......................................................................................... 128
7.5.1. Tareas básicas en la simulación combinada ..................................... 128
8. Generación de entradas de simulación
8.1. Introducción ............................................................................................................. 131
8.2. Ajuste de distribuciones a los datos de entrada ....................................... 131
8.2.1. Selección de distribuciones probabilísticas de entrada ................ 131
8.2.2. Distribuciones empíricas .......................................................................... 132
8.2.3. Elección de una familia de distribuciones teóricas ........................ 133
8.2.4. Estimación de parámetros ....................................................................... 134
8.2.5. Contrastes de ajuste ................................................................................... 135
8.3. Generación de números y variables aleatorias ......................................... 138
8.3.1. Generación de distribución uniforme [0,1) ....................................... 139
8.3.2. Comprobación de la bondad de un generador ................................. 141
8.3.3. Generación de variables aleatorias ...................................................... 142
9. Lenguajes de simulación de sistemas por lotes
9.1. Introducción ............................................................................................................. 145
9.2. Herramientas Software disponibles para la simulación de
sistemas por lotes .................................................................................................. 146
9.3. Características deseables en un software de simulación ...................... 147
9.4. Lenguajes de simulación por lotes ................................................................. 151
9.5. Paquetes de Simulación de Sistemas por lotes .......................................... 153
10. Validación
10.1. Introducción .......................................................................................................... 155
10.2. Conceptos básicos de validación ................................................................... 156
10.3. Significado del modelo válido ........................................................................ 159
10.4. Metodología y técnicas para realizar la validación ............................... 161
10.4.1. Validación formal del modelo ............................................................ 161
10.4.2. El empleo de pruebas estadísticas ................................................... 163
10.4.2.1. Inspección parcial .................................................................... 164
10.4.2.2. Pruebas de hipótesis ............................................................... 164
10.4.2.3. Pruebas de significación de medias .................................... 166
10.4.2.4. Análisis de varianza ................................................................. 167
10.4.2.5. Intervalo de confianza ............................................................ 168
10.4.2.6. La prueba de Mann-Whitney ................................................. 171
10.4.2.7. Comparación entre distribuciones de salida tipo
serie temporal .......................................................................... 174
10.5. Conclusiones .......................................................................................................... 175
11. Ejecución y análisis de la salida
11.1. Introducción .......................................................................................................... 177
11.2. Ejecución de la simulación .............................................................................. 177
11.3. Técnicas de reducción de la varianza .......................................................... 178
11.3.1. Números aleatorios comunes ............................................................ 178
11.3.2. Variables antitéticas ................................................................................ 179
11.3.3. Variables de control .............................................................................. 180
11.3.4. Otras técnicas .......................................................................................... 183
11.4. Diseño de experimentos ................................................................................... 183
11.4.1. Metodología de la respuesta de la superficie .............................. 185
11.5. Optimización ......................................................................................................... 186
11.5.1. Métodos de búsqueda ........................................................................... 186
11.5.1.1. Método de variable simple, caso determinista ................. 187
11.5.1.2. Método de variable simple, caso no determinista ............. 192
11.5.1.3. Búsqueda multidimensional ................................................. 195
11.6. Determinación del tamaño de la muestra y las reglas de parada ... 197
12. Análisis de sensibilidad e incertidumbre
12.1. Introducción .......................................................................................................... 199
12.2. Metodología para el análisis de sensibilidad e incertidumbre ........ 200
12.2.1. Tipos de incertidumbre y tipos de análisis de sensibilidad .... 200
12.2.2. Metodología general ............................................................................. 201
12.2.3. Técnicas de muestreo ............................................................................ 205
12.2.3.1. Muestreo aleatorio simple ..................................................... 205
12.2.3.2. Diseños factoriales ................................................................... 206
12.2.3.3. Muestreo hipercubo latino .................................................... 207
12.3. Análisis de incertidumbres ............................................................................. 208
12.3.1. Histogramas ............................................................................................. 209
12.3.2. Función de distribución empírica .................................................... 209
12.3.3. Estimación de medias ........................................................................... 209
12.3.4. Estimación de varianzas ..................................................................... 211
12.4. Análisis de sensibilidad .................................................................................... 211
12.4.1. Diagramas de dispersión ..................................................................... 212
12.4.2. Análisis de regresión ............................................................................. 213
13. Aplicaciones de la simulación en ingeniería eléctrica
13.1. Introducción .......................................................................................................... 215
13.2. Modelos para planificación ............................................................................. 216
13.2.1. Modelos generales de planificación energética .......................... 217
13.2.2. Modelos de planificación eléctrica .................................................. 218
13.2.3. Previsión de la demanda eléctrica ................................................... 218
13.2.3.1. Modelos de previsión basados en series temporales ...... 219
13.2.4. Expansión del equipo generador y de la red ................................ 219
13.2.5. Gestión de las energías primarias y de los combustibles ........ 219
13.3. Estudios clásicos de redes ............................................................................... 220
13.3.1. Valores por unidad ................................................................................. 220
13.3.2. Reparto de cargas .................................................................................. 221
13.3.3. Cortocircuitos .......................................................................................... 222
13.3.4. Estabilidad transitoria ......................................................................... 224
13.3.5. Transitorios electromagnéticos ........................................................ 225
14.Aplicaciones de la simulación en ingeniería eléctrica
14.1. Introducción .......................................................................................................... 227
14.2. Simuladores digitales ........................................................................................ 227
14.2.1. Modelos de simuladores digitales .................................................... 229
14.2.1.1. Modelos de puertas ................................................................. 229
14.2.1.2. Modelos descriptivos (VHDL) ............................................... 229
14.2.1.3. Modelos fisicos ......................................................................... 231
14.2.1.4. Comparación entre modelos ................................................. 231
14.2.2. Algoritmos de simulación ................................................................... 232
14.2.3. Utilización por los simuladores del tiempo .................................. 232
14.3. Simuladores analógicos y mixtos ................................................................. 232
14.3.1. SPICE y sus derivados ........................................................................... 233
14.3.1.1. Modelos y componentes ......................................................... 235
14.3.2. Tipos de análisis ..................................................................................... 236
14.3.3. Simuladores mixtos ............................................................................... 237
14.3.4. Prestaciones de un simulador de calidad ...................................... 238
14.4. Simuladores de potencia .................................................................................. 238
14.5. Proceso de simulación en un entorno CAEE ............................................ 239
14.5.1. Captura de esquemas y elección de componentes ..................... 239
14.5.2. Compilación expansión ........................................................................ 239
14.5.3. Simulación ................................................................................................ 240
14.5.4. Diseño del circuito impreso ................................................................ 240
14.5.5. Simulación térmica y de interferencias ......................................... 240
14.5.6. Fabricación ............................................................................................... 240
14.5.7. Control de calidad .................................................................................. 241
14.5.8. Testabilidad .............................................................................................. 241
15. Aplicaciones de la simulación en los sistemas de fabricación flexible
15.1. Introducción .......................................................................................................... 243
15.2. Ejemplo. Un taller de mecanizado ................................................................ 244
15.3. Elementos de la simulación por lotes aplicada a los FMS .................. 246
15.3.1. Piezas .......................................................................................................... 246
15.3.2. Estaciones ................................................................................................. 246
15.3.3. Recursos ..................................................................................................... 247
15.3.4. Almacenes ................................................................................................. 247
15.3.5. Transportes .............................................................................................. 248
15.3.6. Interrupciones ......................................................................................... 249
15.3.7. Planificador .............................................................................................. 249
15.4. Herramientas para la simulación de un FMS ........................................... 250
15.5. Simulación de un almacén automático de despacho de pedidos .... 251
15.5.1. Simulador del subsistema de carga-descarga de
estanterías ................................................................................................. 254
15.5.1.1. Reparto de productos en las estanterías ............................ 254
15.5.1.2. Reparto de un pedido de cajas .............................................. 255
15.5.1.3. Determinación del orden de servicio de las cajas ............ 256
15.5.1.4. Resultados de la simulación .................................................. 257
16. Aplicaciones de la simulación al diseño y análisis de sistemas de
comunicaciones
16.1. Introducción .......................................................................................................... 261
16.2. Modelización de redes de computadores .................................................. 262
16.3. ¿Qué es una simulación de un red informática? ..................................... 263
16.4. Ventajas y desventajas en el uso de la simulación ................................. 266
16.5. Factores que intervienen en el uso de la simulación ........................... 267
16.6. Software de simulación para redes de comunicaciones ..................... 267
16.6.1. Características deseables .................................................................... 269
16.7. Elementos en un estudio de simulación de una red de
comunicaciones .................................................................................................... 270
16.8. Resumen del programa de simulación COMNET III ............................. 271
16.8.1. Breve descripción ................................................................................... 271
16.8.2. Características ........................................................................................ 271
16.8.3. Aplicabilidad ............................................................................................ 272
16.8.4. Construcción de modelos en COMNET III ...................................... 273
16.8.5. COMNET III y el modelo OSI ............................................................... 277
16.8.6. Usos de COMNET Ill ............................................................................... 277
16.9. Aplicación: Simulación de la red de la UNED .......................................... 278
16.9.1. Objetivos de la simulación .................................................................. 278
16.9.2. Planificación del estudio ..................................................................... 278
16.9.3. Pasos realizados ..................................................................................... 279
16.9.3.1. Recogida de datos para definir la topología del
sistema ........................................................................................ 279
16.9.3.2. Recogida de datos para definir las cargas de trabajo ....... 280
16.9.3.3. Realización del modelo ........................................................... 280
16.9.3.4 Determinación de los parámetros de la simulación .......... 281
16.9.3.5. Simulación ................................................................................. 282
16.9.3.6. Evaluación de resultados y alternativas ............................. 282
16.9.4. Conclusión .......................................................................................................... 285
ANEXO. Conceptos básicos de estadística y probabilidad
A.l. Introducción ................................................................................................................ 289
A.2. Distribuciones estadística .................................................................................. 296
A.2.1. Distribuciones continuas .......................................................................... 297
A.2.2. Distribuciones discretas ........................................................................... 302

Incluye referencias bibliográficas (p. 305-309) e índice.

1. Modelado de sistemas. --
2. Objetivos y técnicas de simulación. --
3. Simulación de sistemas continuos. Simulación analógica. --
4. Simulación digital de sistemas continuos. --
5. Lenguajes de simulación de sistemas continuos y ejemplos. --
6. Simulación simbólica. --
7. Simulación de sistemas por lotes. --
8. Generación de entradas de simulación. --
9. Lenguajes de simulación de sistemas por lotes. --
10. Validación. --

11. Ejecución y análisis de la salida. --
12. Análisis de sensibilidad e incertidumbre. --
13. Aplicaciones de la simulación en ingeniería eléctrica. --
14. Aplicaciones de la simulación en ingeniería eléctrica. --

15. Aplicaciones de la simulación en los sistemas de fabricación flexible. --
16. Aplicaciones de la simulación al diseño y análisis de sistemas de comunicaciones. --

El modelado y la simulación se han convertido en actividades centrales a todas las disciplinas de las ciencias y de la ingeniería. Se utilizan en el análisis de los sistemas físicos ya que permiten obtener una mejor comprensión y conocimiento de como funciona nuestro mundo real. También son importantes en el diseño de nuevos sistemas de ingeniería, cuando se pretende predecir la conducta del mismo antes de su construcción.

El libro Simulación de Procesos y Aplicaciones proporciona un tratamiento de carácter introductorio y práctico de los métodos y conceptos que conforman el campo del modelado y la simulación. Sus autores han logrado un buen equilibrio entre los aspectos formativos y de información útil, al suministrar al lector una panorámica de las herramientas más ampliamente utilizadas en la actualidad.

Unicoc Ingeniería de Sistemas 109967

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