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Simulazione dei sistemi gestionali

01QGDPG, 01QGDNG

A.A. 2021/22

2021/22

Simulazione dei sistemi gestionali

La simulazione è l’insieme delle conoscenze e delle tecniche per costruire modelli software in grado di riprodurre in modo accurato il funzionamento dinamico dei sistemi reali con l’obiettivo di poterne valutare il comportamento in scenari diversi. Tale insieme di tecniche e conoscenze è molto vasto ed eterogeneo e si può utilizzare in ambiti molto diversi (industriale, finanziario, ambientale, militare, etc.) ed è quindi è uno degli strumenti più diffusi soprattutto nella valutazione delle performance. In ambito produttivo, ad esempio, è alla base dei Digital Twin, uno degli elementi fondamentali dell’Industria 4.0. Le conoscenze in questo ambito si possono quindi considerare conoscenze indispensabili per l’ingegnere Gestionale, soprattutto ove questi si caratterizzi come analista di processo per il supporto alle decisioni. L’insegnamento di “Simulazione dei sistemi gestionali” è un insegnamento introduttivo alle tecniche computazionali e matematiche per modellare, simulare e analizzare le prestazioni di vari sistemi (produttivi, logistici, informatici, etc.) usando la simulazione. I modelli di sistema studiati sono: modelli stocastici (almeno alcune delle variabili di stato del sistema sono casuali), dinamici (l'evoluzione temporale delle variabili di stato del sistema è importante) e ad eventi discreti (i cambiamenti significativi nelle variabili di stato del sistema sono associati ad eventi che si verificano solo in istanze di tempo discrete). L’insegnamento rappresenta quindi un'introduzione a ciò che è comunemente noto come simulazione ad eventi discreti (DES), che è un argomento multidisciplinare studiato e applicato in diversi contesti industriali e scientifici. Poiché la simulazione è una forma di costruzione di modelli e risoluzione di problemi assistita da calcolatore, gli strumenti software verranno utilizzati per comprendere meglio come funzionano i sistemi e come rispondono ai cambiamenti.

Simulazione dei sistemi gestionali

The course is an introductory course to computational and mathematical techniques for modelling, simulating, and analysing the performance of various systems using simulation. For the most part of the course, the system models studied are: stochastic (at least some of the system state variables are random); dynamic (the time evolution of the system state variables is important); and discrete-event (significant changes in system state variables are associated with events that occur at discrete time instances only). The course then represents an introduction to what is commonly known as discrete-event simulation (DES), which is a multi-disciplinary topic studied and applied in several different industrial and scientific contexts. As simulation is a form of computer-aided model building and problem solving, software tools will used to reach a better understanding of how systems operate and respond to change.

Simulazione dei sistemi gestionali

Al termine dell’insegnamento si richiederà che lo studente sia in grado di: - creare un modello di simulazione di un sistema reale, applicando correttamente le tecniche di analisi del problema, semplificazione e rappresentazione tramite strumenti di modellazione concettuale (diagrammi di flusso e Event Relationship Graph (ERG)). - raccogliere i dati per la sperimentazione, identificando correttamente le distribuzioni di probabilità che rappresentano i fenomeni affetti da incertezza tramite tecniche di input analysis. - programmare ed instanziare un modello software utilizzando il software Rockwell Arena. - pianificare la sperimentazione applicando tecniche di output analysis e progettare gli scenari da valutare con tecniche di Design of Experiment (DOE). - analizzare i risultati ottenuti tramite tecniche di statistica inferenziale. Quanto sopra riportato comporta l'acquisizione degli argomenti trattati in modo non nozionistico ma critico, ed una estrema familiarità con le basi teoriche della simulazione.

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Students must be able to develop a simulation model of a real system, to gather the data needed for numerical experiments and to critically analyze the numerical results. These abilities strictly require a deep understanding of all the issues discussed in the course both the practical ones (related to the use of software environment) and the theoretical ones (related to the theoretical basis of simulation).

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Per la corretta fruizione dell’insegnamento, sono necessarie le seguenti conoscenze: - conoscenze teoriche di probabilità e statistica: distribuzioni di probabilità teoriche base (Normale, Esponenziale, Uniforme, Poisson, Triangolare, Erlang, t-Student), definizione di valore atteso, varianza, coefficiente di correlazione, valore atteso e varianza di somma di variabili casuali, test di ipotesi e intervali di confidenza. - conoscenze base di informatica: costruzione di diagrammi di, linguaggi di programmazione general purpose. Ulteriori requisiti essenziali sono adeguate capacità logiche di strutturazione di problemi ed estrema concretezza e interesse per i problemi pratici.

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Students must have a knowledge of statistics and probability (even though they will be shortly addressed at the beginning of the course), English language and basics of computer programming. Ability to logically represent problems and deep concreteness and interest in practical problems are also required.

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Il ruolo della simulazione nel progetto e nella reingegnerizzazione di sistemi complessi. Principi base della simulazione a eventi discreti. Modellazione concettuale. (15h) Caratterizzazione dei dati di input e generazione di variabili casuali con distribuzione data. (10h) Scelta del tipo di simulazione e costruzione degli scenari. (10h) Tecniche di riduzione della varianza. (5h) Integrazione tra simulazione e ottimizzazione. (5h) Software Rockwell Arena (sviluppo di modelli per sistemi di produzione, supply chain, sistemi di trasporto, servizi ospedalieri). (35h)

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Role of simulation in designing and re-engineering of complex systems. Basics of discrete event simulation. • Input modelling, random number generation and random variate generation. • Representation of business processes; entity flow and synchronization; introductory examples • Supply chain modelling. • Transportation system modelling. • Model verification and validation. Output analysis. • Integration between simulation and optimization.

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L'insegnamento alterna lezioni teoriche in aula (45 h) e lezioni pratiche in laboratorio informatico (35 h). Potranno essere proposti lavori di gruppo su progetti reali o realistici per meglio acquisire le competenze teoriche e pratiche relative allo sviluppo di un progetto di simulazione. In caso di didattica da remoto, le lezioni pratiche saranno comunque svolte con lo stesso software, ma nella versione studenti, in modo che gli studenti le possano svolgere utilizzando i loro propri strumenti informatici. Inoltre, in caso di didattica da remoto, i lavori di gruppo, il cui svolgimento richiede l’utilizzo delle versione professionale del software (e non la versione studenti), saranno sospesi.

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The course is composed by theory classes and practical classes (in computer laboratory). Group work on real or realistic projects could be proposed to better acquire the theoretical and practical skills related to the development of a simulation project. In the case of online teaching, the practical classes will still be carried out with the same software, but in the student version, so that students can carry them out using their own IT tools. Furthermore, in the case of online teaching, group work, the development of which requires the use of the professional version of the software (and not the student version), will be suspended.

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Testi di riferimento per l’insegnamento: A.M. Law., “Simulation Modeling and Analysis”, McGraw-Hill, 2015. Materiale su portale della didattica (slide e articoli)

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Law A., "Simulation Modelingand Analysis", McGraw Hill, 4thedition, 2006. Altiok T., Melamed B., “Simulation Modeling and Analysis with ARENA”, Academic Press, 2007. Additional reading material (slides and papers) on "Portale della didattica”.

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Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo; Elaborato progettuale in gruppo;

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L’esame è volto a testare la conoscenza dei vari aspetti teorici/pratici, necessari per impostare e supportare uno studio tramite simulazione in tutte le sue parti, dall'analisi concettuale del problema, allo sviluppo del software, all'analisi dei dati in input, alla progettazione della sperimentazione e all'analisi dei risultati. Esso si compone di una parte scritta della durata di 1.5 ore, i cui obiettivi sono quelli appena sopra riportati, ed una parte pratica volta ad accertare l’adeguata conoscenza del software di simulazione presentato ed utilizzato durante l'insegnamento. La parte scritta contiene domande teoriche a risposta aperta, dimostrazioni matematiche ed esercizi numerici. Domande teoriche ed esercizi numerici possono essere anche integrati in un singolo quesito. Durante l’esame scritto non è possibile consultare alcun supporto (formulario, dispense, testi, etc.). La valutazione massima raggiungibile è pari a 20. La parte pratica consiste nello sviluppo un progetto, da svolgersi, anche a gruppi, durante il semestre di svolgimento dell'insegnamento. Il progetto, dovrà essere composto dal software sviluppato e da un elaborato che descriva tutte le fasi dello studio, dall’analisi del problema alla raccomandazione finale. Il software dovrà essere consegnato prima del primo appello della sessione estiva, in date concordate con gli studenti. La fase di consegna del software consisterà in una discussione critica del medesimo da parte degli studenti, che ne dovranno illustrare il funzionamento pratico. Tale discussione avrà la durata indicativa di 30 minuti per gruppo e tutto il gruppo che ha sviluppato il progetto dovrà essere presente. L'elaborato contente la descrizione del progetto in tutte le sue fasi dovrà essere consegnato prima dell'appello in cui si intende sostenere l'esame, per gli appelli della sessione estiva, ed entro la fine di luglio per gli appelli della sessione autunnale ed invernale. La valutazione massima raggiungibile per il progetto è pari a 10. Il voto finale è pari alla somma della valutazione dello scritto e della valutazione del progetto.

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Exam: Written test; Group essay; Group project;

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The exam is designed to test the knowledge of the various theoretical / practical aspects, necessary to set up and support a study through simulation in all its parts, from the conceptual analysis of the problem, to software development, to the analysis of input data , to the planning of the experimentation and to the analysis of the results. It consists of a written part lasting 1.5 hours, the objectives of which are those listed above, and a practical part aimed at ascertaining the adequate knowledge of the simulation software presented and used during the teaching. The written part contains open theoretical questions, mathematical demonstrations and numerical exercises. Theoretical questions and numerical exercises can also be integrated into a single question. During the written exam it is not possible to consult any support (form, handouts, texts, etc.). The maximum achievable rating is 20. The practical part consists in the development of a project, to be carried out, even in groups, during the semester of teaching. The project must be composed of the developed software and a paper describing all the phases of the study, from the analysis of the problem to the final recommendation. The software must be delivered before the beginning of the summer session, on dates agreed with the students. The software delivery phase will consist of a critical discussion of the same by the students, who will have to illustrate the practical operation. This discussion will have an indicative duration of 30 minutes per group and the whole group that has developed the project must be present. The paper containing the description of the project in all its phases must be delivered before the exam session in which it is intended to take the exam, for the summer session, and by the end of July for the autumn and winter session . The maximum achievable rating for the project is 10. The final mark is equal to the sum of the evaluation of the written exam and of the evaluation of the project.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;

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L’esame è volto a testare la conoscenza dei vari aspetti teorici/pratici, necessari per impostare e supportare uno studio tramite simulazione in tutte le sue parti, dall'analisi concettuale del problema, allo sviluppo del software, all'analisi dei dati in input, alla progettazione della sperimentazione e all'analisi dei risultati. Esso si compone di una parte orale della durata di circa 20 minuti per studente, i cui obiettivi sono quelli appena sopra riportati, ed una parte pratica della durata di 1.5 ore, volta ad accertare l’adeguata conoscenza del software di simulazione presentato ed utilizzato durante l'insegnamento. Nela parte orale vengono proposte domande teoriche a risposta aperta, dimostrazioni matematiche ed esercizi numerici. Domande teoriche ed esercizi numerici possono essere anche integrati in un singolo quesito. Durante l’esame orale non è possibile consultare alcun supporto (formulario, dispense, testi, etc.). La valutazione massima raggiungibile è pari a 30 ed è determinata come media del voto relativo alla parte orale e del voto relativo alla parte pratica.

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Exam: Compulsory oral exam; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;

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The exam is designed to test the knowledge of the various theoretical / practical aspects, necessary to set up and support a study through simulation in all its parts, from the conceptual analysis of the problem, to software development, to the analysis of input data , to the planning of the experimentation and to the analysis of the results. It consists of an oral part lasting about 20 minutes per student, the objectives of which are those listed above, and a practical part aimed at ascertaining the adequate knowledge of the simulation software presented and used during the teaching. The oral part contains open theoretical questions, mathematical demonstrations and numerical exercises. Theoretical questions and numerical exercises can also be integrated into a single question. During the oral exam it is not possible to consult any support (form, handouts, texts, etc.). The maximum achievable rating is 30, computed as average between the evaluation of the oral part and of the practical part.

Simulazione dei sistemi gestionali

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti; Elaborato progettuale in gruppo;

Simulazione dei sistemi gestionali

L’esame è volto a testare la conoscenza dei vari aspetti teorici/pratici, necessari per impostare e supportare uno studio tramite simulazione in tutte le sue parti, dall'analisi concettuale del problema, allo sviluppo del software, all'analisi dei dati in input, alla progettazione della sperimentazione e all'analisi dei risultati. Esso si compone di una parte orale della durata di circa 20 minuti per studente, i cui obiettivi sono quelli appena sopra riportati, ed una parte pratica della durata di 1.5 ore, volta ad accertare l’adeguata conoscenza del software di simulazione presentato ed utilizzato durante l'insegnamento. Nela parte orale vengono proposte domande teoriche a risposta aperta, dimostrazioni matematiche ed esercizi numerici. Domande teoriche ed esercizi numerici possono essere anche integrati in un singolo quesito. Durante l’esame orale non è possibile consultare alcun supporto (formulario, dispense, testi, etc.). La valutazione massima raggiungibile è pari a 30 ed è determinata come media del voto relativo alla parte orale e del voto relativo alla parte pratica. Nel caso in cui sia stato possibile lo svolgimento del progetto di simulazione relativo al lavoro di gruppo, la parte pratica sarà sostituita dalla valutazione del progetto stesso. Nello specifico, il progetto, da svolgersi durante il semestre di svolgimento dell'insegnamento, dovrà essere composto dal software sviluppato e da un elaborato che descriva tutte le fasi dello studio, dall’analisi del problema alla raccomandazione finale. Il software dovrà essere consegnato prima del primo appello della sessione estiva, in date concordate con gli studenti. La fase di consegna del software consisterà in una discussione critica del medesimo da parte degli studenti, che ne dovranno illustrare il funzionamento pratico. Tale discussione avrà la durata indicativa di 30 minuti per gruppo e tutto il gruppo che ha sviluppato il progetto dovrà essere presente. L'elaborato contente la descrizione del progetto in tutte le sue fasi dovrà essere consegnato prima dell'appello in cui si intende sostenere l'esame, per gli appelli della sessione estiva, ed entro la fine di luglio per gli appelli della sessione autunnale e invernale. La valutazione massima raggiungibile per il progetto è pari a 30. Il voto finale è pari alla media della valutazione dell’esame orale e della valutazione del progetto. Gli studenti in presenza svolgeranno esame orale e discussione del progetto in aula, mentre gli studenti da remoto svolgeranno esame orale e discussione del progetto tramite piattaforma online (Virtual Classroom, Skype or Zoom).

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Exam: Written test; Compulsory oral exam; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff; Group project;

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The exam is designed to test the knowledge of the various theoretical / practical aspects, necessary to set up and support a study through simulation in all its parts, from the conceptual analysis of the problem, to software development, to the analysis of input data, to the planning of the experimentation and to the analysis of the results. It consists of an oral part lasting about 20 minutes per student, the objectives of which are those listed above, and a practical part aimed at ascertaining the adequate knowledge of the simulation software presented and used during the teaching. The oral part contains open theoretical questions, mathematical demonstrations and numerical exercises. Theoretical questions and numerical exercises can also be integrated into a single question. During the oral exam it is not possible to consult any support (form, handouts, texts, etc.). The maximum achievable rating is 30, computed as average between the evaluation of the oral part and of the practical part. If it was possible to carry out the simulation project related to group work, the practical part will be replaced by the evaluation of the project itself. Specifically, the project, to be carried out during the semester of the course, must be composed of the developed software and a document that describes all the phases of the study, from the analysis of the problem to the final recommendation. The software must be delivered before the first session of the summer session, on dates agreed with the students. The software delivery phase will consist of a critical discussion of the software by the students, who will have to illustrate its practical functioning. This discussion will have a duration of about 30 minutes per group and the whole group that developed the project must be present. The paper containing the description of the project in all its phases must be delivered before the exam session in which the student intend to take the exam, for the summer session, and by the end of July for the autumn and winter session . The maximum achievable rating for the project is 30. The final mark is equal to the average of the oral exam evaluation and the project evaluation. Onsite students will carry out oral examination and discussion of the project in the classroom, while online students will carry out oral examination and discussion of the project via online platform (Virtual Classroom, Skype or Zoom).

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