Ing. Csar Fernndez

Introduccin a la Simulacin basada en la

Ingeniera en Sistemas

Unidad 1

Modelacin 1 Universidad de San Carlos de Guatemala

Sistema de Sistemas (System of Systems

SOS)

Definicin de sistema, ingeniera de sistemas,

y el proceso de ingeniera de sistemas

Puntos de vista de Ingeniera de Sistemas

Definicin de CAS, las interacciones CSS, y el

ejemplo de los sistemas complejos

Metodologa de Simulacin

Requisitos para la simulacin basada en

Ingeniera de Sistemas (SBSE)

Resumen

La emulacin es una simulacin de las funciones

actuales del sistema, la arquitectura y las interfaces

en su entorno dinmico

Un Co-evolutivo sistema de sistemas (SOS) tiene

patrones de comportamiento que estn en

constante cambio. No hay estado estable:

Los casos de uso estticos y los cronogramas de

E/S no son suficientes

Simulacin del sistema en su dinmica, entorno

operacional coevolutivo es necesario para el

diseo del sistema

La Emulacin mejora el Diseo

La instrumentacin de una simulacin de

OpEMCSS para SOS con el propsito de

recopilar datos y calcular los MOEs y MOPs

para el anlisis de sistemas conduce

naturalmente a los requisitos de calificacin

del sisema

La capacidad de heramientas de SE

existentes se han mejorado con OpEMCSS

Evolucionar el diseo de sistemas utilizando un

diseo de optimizador de agente inteligente

La Emulacin mejora el Diseo

Bloques necesarios para simular la interaccin de procesos concurrentes

Bloques necesarios para hacer la optimizacin

evolutiva del diseo del sistema

El bloque de algoritmo evolutivo puede optimizar

architecture component algorithms y mtodos

utilizados

El bloque clasificador de sistema optimiza decisiones

de control de sistemas

Los bloques requieren la simulacin de movimiento

e interacciones espaciales entre un conjunto de

entidades fsicas en el sistema y su entorno

Bloques de OpEMCSS

Se define como una coleccin de sistemas en los

que cada sistema de forma independiente provee servicios especficos y puede funcionar

independientemente del resto de los demas SOS

Servicios adicionales prestados a travs de la

colaboracin de un subconjunto de los sistemas

individuales, creando sinergias

Sistemas Co-evolutivos: El comportamiento de los SOS es

complejo y en constante cambio

No hay estado estable, se observan patrones fractales

Un ejemplo de un SOS con un comportamiento complejo

Red de control de trfico inteligente que reduce el tiempo total de

espera para los vehculos que atraviesan la red

Sistema de Sistemas (SOS)

Cada sistema en el SOS transforma sus percepciones brutas

y estados internos en hechos que son condiciones de las

reglas de decisin. Las reglas deciden las acciones

El sistema de evaluacin de decisiones premia o castiga las

reglas de decisin de acuerdo a lo apropiado de sus

decisiones. El sistema refuerza o reduce su confianza en las

reglas de decisin que llevaron a cada eleccin

Lo que se debe aprender es que conocimiento compartir y

que acciones tomar con el fin de colaborar con otros

sistemas en el SOS para alcanzar servicios adicionales del

sistema y las sinergias

Los patrones de percepcin del sistema estn cambiando

constantemente y requiere constante reinterpretacin

Concepto de Sistema Inteligente para SOS complejos (1/4)

Los sensores perciben los datos brutos

Las seales de procesamiento miden Lo que hay y producen un conjunto de caractersticas que

definen un espacio caracterstico

Concepto de Sistema Inteligente para SOS complejos (2/4)

El extractor de caractersticas primero mapea el espacio

caracterstico a un conjunto ms pequeo de caractersticas

de decisin: el espacio caracterstico es mapeado en un

espacio de decisiones

El clasificador entonces descubre los hechos de decisin

exactos que son mas relevantes para las decisiones del agente

Concepto de Sistema Inteligente

para SOS complejos (3/4)

Create manageable decision set

Crear un criterio de recompensa o castigo evaluando el entorno,

basado en el grado de satisfaccin del objetivo o en la rentabilidad

actual del entorno

Pasar estos criterios en el bloque de extraccin de caractersticas

(CASSim solamente) para calcular los valores adecuados para guiar la bsqueda evolutiva

Pasar estos criterios al clasificador para guiar el aprendizaje

Concepto de Sistema Inteligente

para SOS complejos (4/4)

Select Reward Criteria

Transacciones (material, conocimiento, energa) fluyen

a travs del sistema

Sistemas inteligentes (agentes) comparten

conocimientos y adaptan su comportamiento a

procesar estas transacciones

Patrones de comportamiento de los agentes emergen

como los agentes que logran una colaboracin que

provee servicios adicionales de los SOS mientras

interactan con el entorno del sistema

El patrn cambia (adapta) como las caractersticas del

del flujo transaccional: el comportamiento de SOS est

en constante cambio

Los Sistemas SOS debe ser

inteligentes y adaptables para

crear complejos SOS

La unin de productos finales y productos que

permiten alcanzar un fin determinado.

Composicin de personas, productos y procesos que proporcionan la capacidad de satisfacer

necesidades establecidasincluye las

instalaciones, equipo (hardware y software),

materiales, servicios, datos, personal capacitado y las tcnicas necesarias para alcanzar, proveer y

mantener la eficacia del sistema

Serie de componentes que actan en conjunto para alcanzar una serie de objetivos comunes a

travs del cumplimiento de un conjunto de tareas

o funciones

Definicin de Sistema

Disciplina que se desarrolla, coincide con

requisitos operativos, funciones y recursos

alternativos para alcanzar una solucin rentable, ciclo de vida balanceado de productos basado en

las necesidades de los actores

Disciplina intelectual, acadmica y profesional son

la preocupacin principal de las cuales se debe asegurar que se satisfacen todos los requisitos para

un sistema a travs del ciclo de vida del mismo

Definicin de Ingeniera de

Sistemas

Ciclo de vida de Ingeniera de

Sistemas

Stakeholder

Needs Lead to

Research and

Idea Invention

Grey Area is

Systems

Engineering

Process

Discipline

Engineers

(Aerospace,

Electrical, etc)

Conocimiento Necesario en un

Equipo de Diseo

Modelo V Tradicional de

Ingeniera de Sistemas

Definir los

Requerimien-

tos que

resultan en la

efectividad de

la misin

optimizada

El Sistema se compone de varias partes

Descomponerlo top-down en una jerarqua de

componentes

El enfoque estar compuesto por un top-down, , un

proceso iterativo de anlisis de requerimientos, anlisis

funcional y la asignacin, la sntesis de diseo y

verificacin, y el anlisis y control del sistema

Esto produce una estructura de desglose de

trabajo (Work Breakdown Structure - WBS) para la

trazabilidad de los requerimientos

Metodologa Tradicional

Reduccionista

Descomposicin significa dividir el sistema en una jerarqua de componentes.

Los Sistemas Complejos tienen trayectorias causales

de avance y retroalimentacin que producen el

comportamiento complejo que se deriva de la

interaccin de todos los componentes

Sistemas Adaptativos Complejos (CAS) tienen un

comportamiento emergente debido a las

interacciones de sistemas sensibles al contexto (CSS)

Este comportamiento complejo no es producido por

un componente o subconjunto simple

Por lo tanto: el comportamiento de la red de sistemas

debe ser modelado y comprendido en cada nivel de

descomposicin de la misma

Sistemas Expansionistas modifican

los procesos SE tradicionales

Sistemas Complejos Histricos vrs

Modernos MODERN Complex Systems

Network of Decision Networks:

Deals with interactions between objects

Objects adapt to situations and environment

Very large number of system states and contexts : making them unpredictable

Implemented through intelligent adaptive agents that learn rules

Hierarchical Functional Decomposition

with defined inputs and predictable outputs

for each known system state or context

Network of Networks executed in its operational context: same inputs do not necessarily produce the same outputs because system state or

context not predictable

Reductionist Mechanistic Paradigm

-Functional Decomposition,

- mechanistic / reductionist

-The same input gives the same output, for each known system state or context

HISTORICAL Systems

Technology Evolution

Definir el problema a nivel del diseo de sistema: La

simulacin empieza con los escenarios

operacionales a fin de entender el espacio del

problema y visualizar alternativas de solucin del

sistema

Desarrollar la arquitectura funcional del Sistema:

Simular sistemas en un entorno operativo dinmico

los requerimientos relacionados con el tiempo y las

reglas de control del sistema

Diseo de la arquitectura fsica del sistema: Simular el

sistema para optimizar la seleccin de instancias de

componentes (algoritmos y mtodos)

Sistemas de Ingeniera de

Procesos

Desarrollar la arquitectura Operativa del Sistema: Simular un sistema para evaluar alternativas de

asignacin funcional y arquitecturas de

componentes: verificar que todos los requisitos de los interesados se han cumplido

Desarrollar la arquitectura de la Interfase: Simular el

sistema para identificar los cuellos de botella y

control de flujo en las interfaces fsicas

Desarrollar el sistema de calificacin: Instrumento de

simulacin del sistema para recopilar datos y

calcular los MOEs y los MOPs

El resultado final es la base para la calificacin de

los requisitos del sistema

Sistemas de Ingeniera de

Procesos

Modelo OpEMCSS de organizacin

de un Sistema Inteligente

Vista Operativa (Interaccin de Procesos

Concurrentes)

Vista Externa (Diagramas de Contexto)

Vista Funcional (Arquitectura Lgica)

Vista Estructural (Arquitectura Fsica)

Puntos de Vista Tradicionales de

Ingeniera en Sistemas

Nos vamos a enfocar en las vistas Operativas,

Estructurales, Funcionales y Externas

Interfases entre el mundo exterior y el sistema

Vista Externa

Proveedor de Pizza Cliente

Pizza Parlor Dueo Cliente

Funciones, organizadas jerrquicamente,

transforman inputs en outputs: Mapa de entradas X (Datos Brutos)

Mapa de salidas Y (Funcin de Vector Espacial)

Ejemplo: Cada agente de sonar transforma seales

acsticas brutas X, utilizando procesamiento de

seales, en una funcin espacial de vectores Y que

mide lo que es percibido por el agente

Muestra lo que hace el sistema

Vista Funcional

Y = F(X) X Y

La Vista Funcional es expandida

Elaborar el proceso para transformar X en Y

Decidir cundo y donde enviar los mensajes

La variable de estado Z se agrega para proporcionar

la memoria para permitir que el sistema recuerde lo que pas antes (como parte del modelo). Utilizados

en el control de la retroalimentacin

Si el estado Z determina el mapeo de X a Y entonces F

es una mquina de estado finito

Vista Funcional (expandida)

Y = F(X) X Y

Estado Z

Muestra las relaciones entre los componentes

estructurales (fsicos) del sistema

Muestra como los componentes funcionales

sern almacenados en el sistema

Vista Estructural

Estado Z

Pizza Shop

Pizza Machine

Pizza Ingredients

Employee