El software de simulación se basa en el proceso de modelar un fenómeno real con un conjunto de fórmulas matemáticas . Es, esencialmente, un programa que permite al usuario observar una operación mediante simulación sin necesidad de realizar esa operación. El software de simulación se utiliza ampliamente para diseñar equipos de modo que el producto final se acerque lo más posible a las especificaciones de diseño sin costosas modificaciones durante el proceso. El software de simulación con respuesta en tiempo real se utiliza a menudo en los juegos, pero también tiene importantes aplicaciones industriales. Cuando la sanción por una operación inadecuada es costosa, como en el caso de los pilotos de aviones, los operadores de plantas de energía nuclear o los operadores de plantas químicas, se conecta una maqueta del panel de control real a una simulación en tiempo real de la respuesta física, lo que brinda una valiosa experiencia de capacitación sin miedo a un resultado desastroso.
Los programas informáticos avanzados pueden simular el comportamiento de los sistemas de energía , [1] condiciones climáticas , circuitos electrónicos , reacciones químicas , mecatrónica , [2] bombas de calor , sistemas de control de retroalimentación , reacciones atómicas e incluso procesos biológicos complejos . En teoría, cualquier fenómeno que pueda reducirse a datos y ecuaciones matemáticas se puede simular en una computadora. La simulación puede resultar difícil porque la mayoría de los fenómenos naturales están sujetos a un número casi infinito de influencias o a una fuente de causa desconocida, por ejemplo, la lluvia. Uno de los trucos para desarrollar simulaciones útiles es determinar cuáles son los factores más importantes que afectan los objetivos de la simulación.
Además de imitar procesos para ver cómo se comportan en diferentes condiciones, las simulaciones también se utilizan para probar nuevas teorías. Después de crear una teoría de las relaciones causales, el teórico puede codificar las relaciones en forma de un programa de computadora. Si el programa se comporta de la misma manera que el proceso real, hay muchas posibilidades de que las relaciones propuestas sean correctas.
Los paquetes de simulación generales se dividen en dos categorías: eventos discretos y simulación continua . Las simulaciones de eventos discretos se utilizan para modelar eventos estadísticos, como clientes que llegan en cola a un banco. Al correlacionar adecuadamente las probabilidades de llegada con el comportamiento observado, un modelo puede determinar el recuento óptimo de colas para mantener los tiempos de espera en un nivel específico. Los simuladores continuos se utilizan para modelar una amplia variedad de fenómenos físicos como trayectorias balísticas, respiración humana, respuesta de motores eléctricos, comunicación de datos por radiofrecuencia, generación de energía de turbinas de vapor, etc. Las simulaciones se utilizan en el diseño inicial del sistema para optimizar la selección de componentes y las ganancias del controlador, así como así como en sistemas de diseño basado en modelos para generar código de control integrado. La operación en tiempo real de la simulación continua se utiliza para la capacitación del operador y el ajuste del controlador fuera de línea.
Hay cuatro enfoques de simulación principales reconocidos: método de programación de eventos, escaneo de actividades, interacción de procesos y enfoque trifásico; en comparación, se puede observar lo siguiente:
El método de programación de eventos es más simple y solo tiene dos fases, por lo que no hay C ni B, lo que permite que el programa se ejecute más rápido ya que no hay escaneo de eventos condicionales. Todas estas ventajas también nos dicen algo sobre las desventajas del método, ya que solo hay dos fases y todos los eventos se mezclan (sin B y C) y el método no es parsimonia, lo que significa que es muy difícil de mejorar (Pidd, 1998). . El enfoque de Escaneo de Actividad también es más simple que el método Trifásico ya que no tiene calendario y admite el modelado parsimonioso. Sin embargo, este enfoque es mucho más lento que el trifásico, ya que trata todas las actividades como condicionales. Por otro lado, el ejecutivo tiene dos fases. Generalmente este enfoque se confunde con el método Trifásico (Pidd, 1998). El Proceso-Interacción “comparte dos ventajas comunes primero; evitan programas que tardan en ejecutarse. En segundo lugar, evitan la necesidad de pensar en todas las posibles consecuencias lógicas de un evento” (Pidd, 1998). Sin embargo, como afirma (Pidd, 1998), este enfoque sufre del problema DEADLOCK, pero es muy atractivo para los modeladores novatos. Aunque (Schriber et al, 2003). Dice que "la interacción de procesos era entendida sólo por un grupo de élite de individuos y estaba fuera del alcance de los programadores comunes". De hecho (Schriber et al, 2003) añade “. En las clases de informática se hablaba de aplicaciones multiproceso, pero rara vez se utilizaban en la comunidad en general”. Lo que indica que la implementación de Proceso-Interacción fue muy difícil de implementar. La contradicción obvia en la cita anterior se debe a la confusión entre el enfoque de interacción de procesos y el enfoque de flujo de transacciones. Para ver la idea completa de los orígenes de Transaction-Flow expresada mejor por (Schriber et al, 2003): Esta fue la sopa primordial de la que surgió el Simulador Gordon. La visión del mundo del flujo de transacciones de Gordon era una forma hábilmente disfrazada de interacción de procesos que ponía el enfoque de interacción de procesos al alcance de los usuarios comunes. . Gordon realizó uno de los mejores trabajos de embalaje de todos los tiempos. Ideó un conjunto de bloques de construcción que podrían unirse para construir un diagrama de flujo que representara gráficamente el funcionamiento de un sistema. Bajo este paradigma de modelado, el flujo de elementos a través de un sistema era fácilmente visible, porque ese era el foco de todo el enfoque. El enfoque trifásico permite “simular el paralelismo evitando al mismo tiempo el punto muerto” (Pidd y Cassel, 1998). Sin embargo, Three-Phase tiene que escanear el cronograma en busca de actividades vinculadas y luego escanear todas las actividades condicionales que lo ralentizan. Sin embargo, muchos renuncian al tiempo invertido a cambio de resolver el problema del estancamiento. De hecho, Three-Phase se utiliza en sistemas distribuidos, ya sea que se trate de sistemas operativos, bases de datos, etc., con diferentes nombres, entre ellos el compromiso Three-Phase (Tanenbaum y Steen, 2002). [3]
El software de simulación electrónica utiliza modelos matemáticos para replicar el comportamiento de un dispositivo o circuito electrónico real. Básicamente, es un programa informático que convierte una computadora en un laboratorio de electrónica en pleno funcionamiento. Los simuladores electrónicos integran un editor de esquemas , un simulador SPICE y formas de onda en pantalla y hacen que los escenarios hipotéticos sean fáciles e instantáneos. Al simular el comportamiento de un circuito antes de construirlo, se mejora enormemente la eficiencia y se proporciona información sobre el comportamiento y la estabilidad de los diseños de circuitos electrónicos. La mayoría de los simuladores utilizan un motor SPICE que simula circuitos analógicos, digitales y mixtos A/D para lograr una potencia y precisión excepcionales. También suelen contener amplias bibliotecas de modelos y dispositivos. Si bien estos simuladores suelen tener capacidades de exportación de placas de circuito impreso (PCB), no son esenciales para el diseño y prueba de circuitos, que es la aplicación principal de la simulación de circuitos electrónicos.
Si bien existen simuladores de circuitos electrónicos estrictamente analógicos [4] , incluyen capacidades de simulación tanto analógica como digital basada en eventos [5] y se conocen como simuladores de modo mixto. [6] Esto significa que cualquier simulación puede contener componentes analógicos, controlados por eventos (digitales o de datos muestreados) o una combinación de ambos. Se puede realizar un análisis completo de señales mixtas desde un esquema integrado. Todos los modelos digitales de los simuladores de modo mixto proporcionan especificaciones precisas del tiempo de propagación y los retrasos del tiempo de subida/bajada.
El algoritmo impulsado por eventos proporcionado por los simuladores de modo mixto es de propósito general y admite tipos de datos no digitales. Por ejemplo, los elementos pueden utilizar valores reales o enteros para simular funciones DSP o filtros de datos muestreados. Debido a que el algoritmo controlado por eventos es más rápido que la solución matricial SPICE estándar, el tiempo de simulación se reduce considerablemente para los circuitos que utilizan modelos controlados por eventos en lugar de modelos analógicos. [7]
La simulación en modo mixto se maneja en tres niveles; (a) con elementos digitales primitivos que utilizan modelos de temporización y el simulador lógico digital incorporado de 12 o 16 estados, (b) con modelos de subcircuitos que utilizan la topología de transistor real del circuito integrado , y finalmente, (c) con In- línea de expresiones lógicas booleanas .
Las representaciones exactas se utilizan principalmente en el análisis de problemas de integridad de señales y líneas de transmisión donde se necesita una inspección minuciosa de las características de E/S de un IC. Las expresiones lógicas booleanas son funciones sin retardo que se utilizan para proporcionar un procesamiento de señales lógicas eficiente en un entorno analógico. Estas dos técnicas de modelado utilizan SPICE para resolver un problema, mientras que el tercer método, las primitivas digitales, utilizan la capacidad de modo mixto. Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y aplicaciones específicas. De hecho, muchas simulaciones (particularmente aquellas que utilizan tecnología A/D) requieren la combinación de los tres enfoques. Ningún enfoque por sí solo es suficiente.
Para comprender adecuadamente el funcionamiento de un controlador lógico programable (PLC), es necesario dedicar un tiempo considerable a programar , probar y depurar programas de PLC. Los sistemas PLC son intrínsecamente caros y el tiempo de inactividad suele ser muy costoso. Además, si un PLC se programa incorrectamente, puede provocar una pérdida de productividad y condiciones peligrosas. El software de simulación de PLC es una herramienta valiosa para la comprensión y el aprendizaje de los PLC y para mantener este conocimiento actualizado y actualizado. [8] La simulación de PLC proporciona a los usuarios la capacidad de escribir, editar y depurar programas escritos utilizando un formato basado en etiquetas. Muchos de los PLC más populares utilizan etiquetas, que son un método potente para programar PLC, pero también más complejos. La simulación de PLC integra programas de lógica de escalera basados en etiquetas con animaciones interactivas en 3D para mejorar la experiencia de aprendizaje del usuario. [9] Estas animaciones interactivas incluyen semáforos , procesamiento por lotes y líneas de embotellado. [10]
Al utilizar la simulación de PLC, los programadores de PLC tienen la libertad de probar todos los escenarios hipotéticos cambiando instrucciones y programas de lógica de escalera y luego volver a ejecutar la simulación para ver cómo los cambios afectan la operación y el rendimiento del PLC. Este tipo de pruebas a menudo no es factible utilizando PLC operativos cableados que controlan procesos que a menudo valen cientos de miles o millones de dólares. [11]
El software de simulación de conformado de láminas de metal utiliza modelos matemáticos para replicar el comportamiento de un proceso de fabricación de láminas de metal real. [ cita necesaria ] Básicamente, es un programa de computadora que convierte una computadora en una unidad de predicción de fabricación de metales en pleno funcionamiento. La simulación de conformado de chapa evita que las fábricas de metales presenten defectos en sus líneas de producción y reduce las pruebas y errores costosos, mejorando la eficiencia en el proceso de conformado de metales. [ cita necesaria ]
La simulación de fundición de metales se realiza actualmente mediante un software de simulación del Método de Elementos Finitos diseñado como una herramienta de predicción de defectos para que el ingeniero de fundición corrija y/o mejore su proceso de fundición , incluso antes de que se produzcan las pruebas de prototipo. La idea es utilizar información para analizar y predecir resultados de manera simple y efectiva para simular procesos como:
El software normalmente tendría las siguientes especificaciones:
La interacción entre las entidades de la red está definida por varios protocolos de comunicación . El software de simulación de redes simula el comportamiento de las redes a nivel de protocolo. El software de simulación de protocolos de red se puede utilizar para desarrollar escenarios de prueba, comprender el comportamiento de la red frente a ciertos mensajes de protocolo, el cumplimiento de la implementación de una nueva pila de protocolos y pruebas de pila de protocolos. Estos simuladores se basan en especificaciones de arquitectura de protocolos de telecomunicaciones desarrolladas por organismos de normalización internacionales como ITU-T , IEEE , etc. El resultado del software de simulación de protocolos puede ser seguimientos detallados de paquetes, registros de eventos, etc.
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