La simulació per ordinador

La simulació per ordinador intenta modelitzar sistemes reals o hipotètics per ordinador de manera que el seu funcionament pot ser estudiat i podem predir el seu comportament.
La historia i l'evolució de la simulació per ordinador han estat paral·leles a l'evolució de la Informàtica. Els seus orígens els trobem a la segona Guerra Mundial quan dos matemàtics: J.V. Neumann y S. Ulam, teníen el repte de resoldre un problema complex relacionat amb el comportament dels neutrons. Els experiments, basats en prova i error, eren molt cars i el problema era massa complicat per abordar-lo mitjançant tècniques analítiques. L'aproximació que van agafar es basa en la utilització de nombres aleatoris i distribucions de probabilitat. El mètode desenvolupat es va anomenar mètode de Montecarlo pel paral·lelisme entre la generació de nombres aleatoris i el joc de la ruleta.

Durant la guerra freda es va intensificar l'ús de la simulació per resoldre problemes d'interès militar; trajectòries i dinàmiques de satèl·lits artificials, guiatge de míssils, etc. Molts d'aquests problemes exigien la resolució de sistemes d'equacions diferencials no lineals. Per abordar aquests problemes es van utilitzar ordinadors analògics que feien servir elements electrònics per resoldre les operacions matemàtiques: integració, suma, multiplicació, generació de funcions, etc. En la figura adjunta s'observa com aquests elements es connectaven per la creació dels models de simulació continua.
A partir de la dècada dels 60 comencen a aparèixer en el mercat programes de simulació de sistemes d'esdeveniments discrets que mica en mica es van començar a utilitzar per resoldre problemes de l'àmbit civil. Els més destacables van ser el GPSS d'IBM (General Purpose System Simulator) i el SIMSCRIPT. Els models d'esdeveniments discrets són molt utilitzats en l'actualitat per estudiar problemes de fabricació de processos, logística, transport, comunicacions i serveis. Aquests problemes es caracteritzen per centrar el seu interès en els canvis que hi ha en el sistema com a conseqüència dels esdeveniments i en la seva capacitat per modelar els aspectes aleatoris del sistema. En el cas de la nova terminal Sud de l'aeroport de Barcelona, el simulador es va utilitzar per analitzar el disseny de la terminal pel què fa a la capacitat dels diferents espais, el moviment de les persones en situacions normals i l'anàlisi del pla d'evacuació. Un altre simulador és el que mostra el funcionament del magatzem intermedi de Gràfiques de Premsa Diària (Grup Z). Aquest simulador s'ha utilitzat per analitzar millores en la seva gestió.
La revolució que es va produir en la informàtica a partir dels anys 80 té un impacte molt important en la simulació per ordinador. L’ús de simuladors es generalitza en pràcticament tots els àmbits de la ciència i de l'enginyeria, per exemple:

• Predicció del temps: El primer model numèric de predicció del temps que va donar resultats positius va ser desenvolupat per J. G. Charney; R. Fjörtoft i J. von Neumann amb l'ordinador anomenat ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Des d'aleshores, i especialment en les darreres dues dècades, s'han popularitzat aquests simuladors per a la predicció a curt i mig termini del temps.
• Entrenament de pilots: La necessitat d'entrenar els pilots sorgeix ja en els inicis de l'aviació. A falta d'ordinadors i programes informàtics de simulació, els primers pilots s'entrenaven amb primitius simuladors físics. Actualment, tots els pilots estan obligats a entrenar-se periòdicament en sofisticats simuladors per estar preparats per resoldre qualsevol problema que pugui aparèixer en el vol.

Finalment, en els darrers anys, l'ús de la simulació s'ha ampliat al sector de l'oci i ha entrat en l'àmbit familiar amb productes software sofisticats, que utilitzen tots els recursos de l'ordinador: Gràfics potents, bases de dades, computació intensiva, etc. Alguns dels simuladors més populars són MS Flight Simulator, NASCAR Racing, SimCity, Civilization, RollerCoaster Tycoon, i The Sims.
En conclusió, podem dir que la informàtica ha estat l'instrument bàsic que ha permès i permetrà continuar avançant en el camp de la simulació per ordinador.

Simulació de capacitat i fluxes en la nova terminal de l'Aeroport de Barcelona
Un exemple de la utilització de la simulació per ordinador ha estat un projecte per permetre avaluar i determinar el grau d'acceptació de la nova àrea terminal de l'aeroport de Barcelona, projectat per R. Bofill, segons els estàndards IATA (International Air Transport Association) en l'àmbit de capacitats i fluxes.
La Nova Àrea Terminal (NAT) farà possible que l'Aeroport de Barcelona es converteixi en un aeroport de tipus Hub, que permetrà la connexió de vols continentals i ampliarà l'oferta actual de la matriu de vols origen/destinació. Es preveu que el volum de passatgers que passaran per Barcelona, en origen, en destinació o en trànsit, serà de l'ordre de 55 milions.
La simulació de la NAT es va realitzar des de dos enfocaments diferents: macroscòpic i microscòpic.
El primer estudi, macroscòpic, va permetre analitzar els grans números dels principals subsistemes associats a les operacions comercials de l'aeroport:

• Sistema Accessos Terrestres, distribució d'arribada de passatgers durant el dia i si arriben en cotxe, en metro, en tren, etc; quants carrils haurien de tenir els vials d'arribada i de sortida; quants taxis caldrien per donar servei a la nova demanda; quants autobusos; quina ampliació en aparcaments seria necessària.
• Sistema Edifici Terminal, els processos aeroportuaris són extremadament complicats. Més encara arrel dels atemptats de l'11-S, i si afegim el volum de passatgers que poden passar en un dia de màxima afluència, caldrà configurar correctament tots els processos que solen ser el coll d'ampolla d'un sistema aeroportuari com ara controls de seguretat, facturació, recollida d'equipatges, torns de treball, etc.
• Sistema Handling, avaluació dels recursos de handling: bombers, jardineres, carrets portaequipatges, necessaris per donar servei a les aeronaus estacionades a l'aeroport i circulació d'aquests recursos pels vials del costat aire.

La segona fase es va centrar en el desenvolupament d'un estudi de simulació microscòpica de l’Edifici Terminal, on cada passatger podia ser identificat dins del sistema com una identitat pròpia i, conseqüentment, caracteritzat per una sèrie d'atributs o propietats que, a la fi, determinarien el seu comportament dins del model. Aquest estudi va permetre respondre, entre d'altres preguntes, a:

• La distribució modal d'arribades (Renfe, Ave, cotxe...) és compatible amb el disseny arquitectònic?
• Quin seria el MCIT (Minimum Check In Time)?
• I el MCT (Maximum Connection Time)?
• Podrien absorbir els passadissos del dic central el flux de passatgers?
• Seria un Pax Schengen/No Schengen? Com afectaria la seva circulació dins de la NAT?
• L'estudi va concloure que la NAT projectada, assolia els estàndards de qualitat IATA en matèria de fluxos i capacitats desitjats.

Font: UPC- FIB