miniatura|SIMUVEG, Simulador de conducció desenvolupat per SINTEC-INTRAS (Universitat de València). Utilitzat en avaluació de conductors, carreteres, dispositius IVIS i altres àrees.
miniatura|TUTOR, un simulador mixt que permet recrear un autobús i un camió. Va ser desenvolupat per l'empresa Lander Simulation & Training Solutions, S.A. Va ser instal·lat l'any 2004 a l'INTA aEspanya.
Un simulador és un dispositiu que permet reproduir un sistema i el seu comportament de manera controlada. La simulació per ordinador té com a objectiu crear models de sistemes reals o hipotètics mitjançant programes informàtics, de manera que se'n pugui analitzar el funcionament i predir l'evolució futura.
Els simuladors busquen recrear tant les sensacions físiques —com ara la velocitat, l'acceleració o la percepció de l’entorn— com el comportament dels equipaments de la màquina o sistema que es vol simular. Per representar l’entorn exterior es projecten imatges generades a partir de bases de dades topogràfiques. Aquest escenari rep el nom d'entorn sintètic. Per generar sensacions físiques sovint cal fer servir mecanismes hidràulics complexos i controlar-los amb ordinadors d’altes prestacions. A partir de models matemàtics els ordinadors reprodueixen moviments i forces de manera realista.
Thomas T. Goldsmith Jr. i Estle Ray Mann, creadors del primer joc de simulació, defineixen la simulació com «una tècnica numèrica per dur a terme experiments en un ordinador digital. Aquests experiments incorporen determinades relacions matemàtiques i lògiques necessàries per descriure el comportament i l’estructura de sistemes complexos del món real al llarg de períodes prolongats».
R. E. Shannon proposa una definició més formal: «la simulació és el procés de dissenyar un model d’un sistema real i realitzar-hi experiments amb la finalitat de comprendre’n el comportament o d’avaluar noves estratègies dins dels límits imposats per un criteri o conjunt de criteris determinats per al funcionament del sistema».
En l’àmbit de la simulació cal sobretot recollir informació fiable per triar quines característiques i quins comportaments importen, fer servir aproximacions i supòsits simplificadors quan convingui, i comprovar que els resultats siguin fidels i vàlids.
En essència simular significa imitar un fenomen, un estat o un procés real. Quan simulem, representem amb precisió els trets essencials o els comportaments d’un sistema físic o abstracte.
Classificació i terminologia Al llarg de la història, diversos camps —com la física, l’enginyeria, l’economia o les ciències socials— han desenvolupat simulacions de manera independent i sense un marc teòric unificat. Tanmateix, al segle XX, la Teoria de Sistemes i la Cibernètica, juntament amb l’ús generalitzat dels ordinadors, van ajudar a integrar enfocaments i van aportar una visió més estructurada del concepte de simulació.
Certament, es poden classificar els simuladors segons diversos criteris, entre els quals, es distingeixen dos conceptes: la simulació física i la simulació interactiva.
Simulació física
En la simulació física es substitueix un objecte o un sistema real per un prototip físic, sovint més petit o més barat. Així, es pot estudiar el comportament del sistema original sense manipular-lo directament. Aquesta pràctica és habitual en l’aerodinàmica (túnels de vent), l’arquitectura, la hidràulica o l’enginyeria estructural, perquè els prototips permeten reproduir condicions reals en una escala controlada.
Simulació interactiva
En la simulació interactiva un operador humà participa activament i interactua amb el simulador en temps real. Aquesta modalitat inclou simuladors de vol, conducció, navegació o operació de maquinària industrial. Aquests sistemes combinen models físics o virtuals amb interfícies perquè l’usuari pugui experimentar situacions reals o d’entrenament, i el simulador respongui segons les accions que fa l’operador.
Etapes per dur a terme un estudi de simulació Definició del sistema
En aquesta etapa es determina què s’ha de simular i amb quin objectiu. Es tracta d’analitzar el context del problema, identificar els objectius generals i específics del projecte, establir els índexs o mètriques per mesurar l’eficàcia del sistema i definir clarament els límits i components del sistema que es vol modelar.
Formulació del model
Un cop establerts els objectius i els resultats esperats es construeix el model que representarà el sistema. Això implica:
identificar totes les variables rellevants. definir les relacions entre aquestes variables. elaborar diagrames o esquemes que descriguin el flux i la lògica del sistema.
Segons el tipus de simulació que es vulgui desenvolupar, el model pot ser físic, matemàtic, lògic o conceptual.
Col·lecció de dades
Perquè el model funcioni correctament, cal recopilar totes les dades necessàries amb precisió i coherència. Això inclou informació quantitativa, qualitativa o experimental que descrigui el sistema real o el comportament que es vol simular.
Implementació del model en la computadora
Depenent del tipus de simulació, el model pot:
construir-se com a prototipus físic, si es tracta d’una simulació física. programar-se en un ordinador amb un llenguatge de programació (Fortran, Algol, Lisp, Python, C++, etc.) o amb un paquet de simulació (Vensim, Stella, Arena, Flexsim, etc.).
L’objectiu és obtenir una representació funcional del model que permeti generar resultats fiables
Verificació
En aquesta etapa es comprova que el model compleix amb les especificacions del seu disseny. És a dir, el model funciona correctament segons com ha estat construït, sense errors lògics ni inconsistències.
validació del sistema. La validació consisteix a comparar el comportament del simulador amb el sistema real per assegurar que el model és representatiu i fiable. Alguns mètodes comuns inclouen:
opinió d’experts sobre els resultats de la simulació. comparació amb dades històriques. predicció de comportaments futurs. provar escenaris que provoquen falles en el sistema real. acceptació i confiança dels usuaris finals en els resultats generats pel model. Experimentació
Un cop validat, el model es fa servir per realitzar experiments, generar dades i analitzar l’impacte de canvis en les variables. També permet fer anàlisis de sensibilitat, per comprendre com diferents factors afecten el sistema.
Interpretació dels resultats
Els resultats obtinguts s’analitzen per donar suport a la presa de decisions, especialment en situacions semi‑estructurades o complexes. L’objectiu és traduir els resultats de la simulació en conclusions pràctiques i aplicables.
Documentació i informació
Per assegurar un ús correcte del simulador cal preparar dos tipus de documentació:
tècnica: descriu el model, les variables, les equacions i els procediments utilitzats. manual de l’usuari: proporciona instruccions clares per a l’operació del simulador i la interpretació dels resultats.
Aquesta documentació facilita tant la reproducció de l’estudi com l’aplicació pràctica del model.
Simulació de sensacions físiques Per recrear les sensacions físiques s’utilitzen mecanismes hidràulics i mecànics de gran complexitat, controlats per ordinadors d’altes prestacions. Aquests ordinadors, mitjançant models matemàtics avançats, poden reproduir de manera realista forces, velocitats i acceleracions que l’usuari percebria en el sistema real.
Per simular la percepció de l’entorn exterior es projecten imatges generades a partir de bases de dades del terreny en grans pantalles o entorns immersius. Aquest conjunt d’elements visuals i sensorials forma l’anomenat entorn sintètic, que permet a l’usuari experimentar de manera realista la situació que el simulador representa.
Models de simulació L'experimentació pot ser un treball de camp o de laboratori. El model de mètode utilitzat per a la simulació seria teòric, conceptual o sistèmic. Després de confirmar la hipòtesi, podem dissenyar un teorema. Finalment si aquest és admès pot convertir-se en una teoria o en una llei.
Model teòric El model teòric ha de contenir els elements necessaris per a la simulació. Un exemple, en treball de laboratori, seria un programa d’estadística que generi nombres aleatoris i que incorpori estadístics com la mitjana i les seves variants (quadràtica, aritmètica, geomètrica i harmònica). A més, ha de ser capaç de determinar la normalitat, en termes de probabilitat, de les sèries generades. La hipòtesi de treball és que la mitjana i les seves variants també determinen la normalitat de les sèries. Si la hipòtesi és certa, es pot establir la seqüència teorema–teoria–llei. Aquest és un model habitual en la investigació científica, ja que permet definir o confirmar hipòtesis, fer prediccions, etc.
Model conceptual El model conceptual vol establir per un qüestionari i amb treball de camp, la importància de la discriminació o rebuig en una col·lectivitat i fer-ho per mitjà d'un qüestionari en forma d'una simulació amb una escala d'actitud. Després de veure si la població és representativa o adequada, ara la simulació és l'aplicació del qüestionari i el model és el qüestionari per confirmar o rebutjar la hipòtesi de si hi ha discriminació en la població i cap a quin grup de persones i en què qüestions. Gran part de les simulacions són d'aquest tipus amb models conceptuals.
Model sistèmic El model sistèmic és més pretensiós i és un treball de laboratori. Es simula el sistema social en una de les representacions totals. L'anàlisi de sistemes és una representació total. Un pla de desenvolupament en el segment de transports amb un model d'ecologia humana, per exemple. L'èmfasi en la teoria general de sistemes és l'adequat en aquest tipus de simulacions. Aquest mètode, que és per a un sistema complex, és summament abstracte, no es limita a la descripció del sistema, sinó que ha d'incloure en la simulació les entrades i sortides d'energia i processos d'homeòstasi, autopoesi i retroalimentació.
Tant el programa d'estadística, com l'escala d'actitud, com el sistema total, són perfectes simulacions de la realitat i modelitzen tots els elements en les seves respectives hipòtesis de treball. Són també un microclima i l'ambient o l'escenari en els processos de simulació / experimentació. Altres propietats que han de contenir les simulacions que siguin repetibles indefinidament. Que evitin l'efecte d'aprenentatge que incita a l'enquestador a omplir ell mateix els qüestionaris i que es podrà evitar amb algun control, que siguin flexibles o millorables i que no sigui invasiu o canviar la població de les mostres successives.
Simulació per ordinador És un intent de modelar situacions de la vida real per mitjà d'un programa d'ordinador, el que requereix ser estudiat per veure com és que treballa el sistema. Ja sigui per canvi de variables, potser prediccions fetes sobre el comportament del sistema.
La simulació per ordinador s'ha convertit en una part útil del modelatge de molts sistemes naturals en física, química i biologia, i sistemes humans com l'economia i les ciències socials (sociologia computacional).