Durante décadas, a criação de simulações de sistemas complexos – seja em engenharia, defesa ou ciência – foi limitada por ferramentas de software incompatíveis e métodos inconsistentes. Um novo estudo propõe uma solução prática enraizada na teoria de sistemas baseada matematicamente. Pesquisadores da RTSync Corp. do Prof. Bernard Zeigler, Dr. Robert Kewley e o professor Gabriel Wainer da Carleton University demonstraram uma abordagem de modelagem chamada DEVS.
O professor Zeigler e sua equipe se concentraram em três aspectos principais do DEVS: conectividade, universalidade e fechamento sob exclusividade. Esses recursos podem parecer técnicos, mas oferecem benefícios reais. O fechamento sob montagem significa que modelos menores podem ser montados em modelos maiores enquanto ainda estão dentro da estrutura DEVS, semelhante ao empilhamento de blocos de Lego para criar uma estrutura reconfigurável maior. “Qualquer sistema construído conectando vários modelos DEVS pode ser representado matematicamente como um único modelo DEVS, que fornece os mesmos resultados quando simulado.” Professor Ziegler explicou. Isso significa que mesmo os sistemas mais complexos podem ser manipulados de maneira simples, facilitando o gerenciamento e a escalabilidade das simulações.
O grupo do professor Ziegler destaca a universalidade do DEVS, que é a capacidade de descrever qualquer sistema que se comporte através de eventos que ocorrem em momentos específicos, conhecidos como eventos discretos. Por exemplo, seja um horário de trem, uma linha de produção ou um sistema de transações on-line, o DEVS pode modelá-lo. “A representação do DEVS também é única, o que significa que a versão básica e simplificada desse sistema se ajusta perfeitamente aos modelos DEVS”, disse o professor. Weiner. Isso permite que o DEVS agrupe vários modelos sob um padrão consistente.
A pesquisa deles fornece etapas práticas para adaptar sistemas antigos ou não padronizados para funcionar com DEVS. Ao “embrulhar” esses sistemas – adicionando uma interface compatível para que possam interagir como modelos DEVS – eles podem interoperar com outros componentes DEVS. Esta abordagem é particularmente útil para organizações como o Departamento de Defesa dos EUA, que frequentemente utilizam ferramentas de simulação mais antigas. Dr. Como Kewley aponta, isso “remove uma grande barreira para a adoção generalizada de DEVS dentro de organizações com grandes investimentos em simulação de legado”.
Esta abordagem apoia a Abordagem de Sistemas Abertos Modulares do Departamento de Defesa, ou MOSA, uma estratégia de design que consiste em peças separadas e intercambiáveis que são fáceis de atualizar e montar. Os investigadores sugerem que o DEVS sustenta esta abordagem, garantindo que todos os componentes de um sistema, independentemente da forma como são desenvolvidos, podem funcionar em conjunto sem problemas. Um conceito chamado DEVS Bus ajuda a conseguir isso, permitindo que diferentes ferramentas e sistemas se comuniquem entre si em um ambiente de simulação compartilhado.
O estudo do professor Ziegler analisou duas técnicas eficazes: achatamento e aprofundamento. O nivelamento simplifica modelos complexos removendo camadas aninhadas para que todas as peças tenham o mesmo tamanho, o que ajuda as simulações a serem executadas mais rapidamente. O aprofundamento é o oposto: introduz mais estrutura ao organizar as peças em blocos reutilizáveis maiores, tornando-as mais fáceis de gerenciar e criar. “Flat remove a estrutura, reduzindo o tráfego de mensagens e aumentando a eficiência da simulação; o aprofundamento pode introduzir uma estrutura hierárquica para melhorar a modularidade, a reutilização e a escalabilidade”, disse o professor Ziegler.
O professor Ziegler e sua equipe concluem descrevendo como o DEVS pode evoluir. Desenvolva módulos DEVS padrão, melhore ferramentas de simulação e garanta que o DEVS tenha um bom desempenho em plataformas amplamente utilizadas, como FMI. Ele representa uma interface de maquete funcional padrão para transferência de modelo e simulação paralela. Todos estes esforços visam criar um sistema flexível e confiável baseado em DEVS onde os modelos possam ser reutilizados, modificados e facilmente combinados.
Ao basear a sua abordagem em teorias bem estabelecidas e ao fornecer métodos fáceis de usar para ligar diferentes sistemas, os investigadores acreditam que o DEVS proporciona um caminho prático a seguir. À medida que o software se torna mais interconectado e complexo, ter uma maneira confiável de simulá-lo e testá-lo totalmente é mais importante do que nunca – e este estudo fornece uma solução robusta e com suporte matemático.
O presidente da RTSync, Dr. Doohan Kim enfatizou que o DEVS tem provado consistentemente que oferece o rigor e a modularidade que a indústria exige para ambientes de simulação escalonáveis e confiáveis. Ele disse: “A RTSync está liderando o esforço para comercializar plataformas baseadas em DEVS, como gêmeos digitais do mundo real e infraestruturas de simulação baseadas em nuvem”. Ao mesmo tempo, organizações como a Organização Internacional de Normalização (ISO) estão a trabalhar para normalizar os DEVS, garantindo a interoperabilidade e a fiabilidade nos setores da defesa, científico e industrial. Juntos, esses esforços representam a transformação do DEVS de pesquisa acadêmica em uma espinha dorsal reconhecida mundialmente para exploração científica e inovação em engenharia.
Nota de diário
Zeigler B., Kewley R., Wainer G., “Fechamento DEVS sob acoplamento, universalidade e exclusividade: de uma base teórica de sistema à simulação e implementação de interoperabilidade de software.” Computadores, 2025. DOI: https://www.mdpi.com/2073-431X/14/12/514
Sobre os professores
Bernard B. Ziegler Foi professor emérito de engenharia elétrica e de computação na Universidade do Arizona, onde lecionou até se aposentar. Junto com essa função, ele atua como cientista-chefe de uma empresa spin-off originalmente lançada no Laboratório do Centro de Modelagem e Simulação Integrada do Arizona (ACIMS). Ele recebeu bacharelado em Engenharia Física pela McGill University, mestrado em Engenharia Elétrica pelo MIT e doutorado. em Ciência da Computação/Comunicação pela Universidade de Michigan. Ele é mais conhecido por desenvolver a estrutura DEVS para modelagem e simulação e possui status de colega nas principais sociedades profissionais. Seu trabalho abrange pesquisas acadêmicas e aplicações comerciais de modelagem em engenharia de sistemas e ambientes de software.
Robert Kewley é diretor e engenheiro de sistemas na Simlytics.cloud LLC, onde se concentra na aplicação de métodos de simulação e modelagem a sistemas complexos, incluindo ambientes operacionais, baseados em nuvem e de “sistema de sistemas”. Sua carreira inclui funções em engenharia de sistemas de defesa e educação em simulação. Ele é autor de trabalhos sobre modelagem orientada a dados, simulações federadas e arquiteturas de modelos distribuídos. Na Simlytics, ele lidera esforços para integrar tecnologias antigas e novas para que possam ser usadas juntas em plataformas de simulação flexíveis. A formação de Kewley combina profundidade técnica em engenharia da computação com uma orientação prática para desafios industriais e organizacionais.
Gabriel Weiner Ele é professor do Departamento de Engenharia de Sistemas e Computação da Carleton University em Ottawa, Canadá, e dirige o Laboratório Avançado de Simulação em Tempo Real. Ele é Ph.D. pela Universidade de Buenos Aires/Universidade de Aix-Marseille, ocupou cargos de visitante em institutos de pesquisa na Argentina, França e Canadá. Sua pesquisa abrange métodos de modelagem e simulação, sistemas em tempo real, modelos celulares e ambientes de simulação paralelos ou baseados na web. Ele publicou extensivamente, liderou importantes bolsas e atuou em funções de liderança editorial e em conferências. Weiner continua a moldar a forma como as ferramentas de simulação são desenvolvidas, integradas e ensinadas.
