Simulación

La simulación de datos crea datos artificiales para replicar el comportamiento de datos del mundo real. Estos datos artificiales se generan mediante modelos o programas informáticos basados ​​en reglas, patrones o características específicas. Este tipo de datos está diseñado para imitar el funcionamiento de sistemas, procesos o comportamientos reales, lo que permite a investigadores y analistas estudiar y probar escenarios sin observar ni recopilar información directamente del mundo real. ^{[ 20 ]}

En informática , la simulación tiene algunos significados especializados: Alan Turing usó el término simulación para referirse a lo que sucede cuando una máquina universal ejecuta una tabla de transición de estados (en terminología moderna, una computadora ejecuta un programa) que describe las transiciones de estado, las entradas y las salidas de una máquina de estados discretos. ^{[ 22 ]} La computadora simula la máquina en cuestión. En consecuencia, en informática teórica el término simulación es una relación entre sistemas de transición de estados , útil en el estudio de la semántica operacional .

En un plano menos teórico, una aplicación interesante de la simulación por computadora consiste en simular computadoras usando otras computadoras. En arquitectura de computadoras , un tipo de simulador, generalmente llamado emulador , se usa a menudo para ejecutar un programa que debe funcionar en un tipo de computadora poco conveniente (por ejemplo, una computadora de nuevo diseño que aún no se ha construido o una computadora obsoleta que ya no está disponible), o en un entorno de prueba estrictamente controlado (véase Simulador de arquitectura de computadoras y Virtualización de plataformas ). Por ejemplo, los simuladores se han utilizado para depurar un microprograma o, en ocasiones, programas de aplicaciones comerciales, antes de que el programa se descargue en la máquina de destino. Dado que el funcionamiento de la computadora se simula, toda la información sobre su funcionamiento está directamente disponible para el programador, y la velocidad y la ejecución de la simulación se pueden variar a voluntad.

Los simuladores también pueden utilizarse para interpretar árboles de fallos o para probar diseños lógicos VLSI antes de su construcción. La simulación simbólica utiliza variables para representar valores desconocidos.

En el campo de la optimización , las simulaciones de procesos físicos se utilizan a menudo junto con la computación evolutiva para optimizar las estrategias de control.

Existe una amplia variedad de hardware de entrada disponible para aceptar la entrada del usuario en simulaciones virtuales. La siguiente lista describe brevemente algunos de ellos:

• Seguimiento corporal : El método de captura de movimiento se utiliza a menudo para registrar los movimientos del usuario y convertir los datos capturados en entradas para la simulación virtual. Por ejemplo, si un usuario gira físicamente la cabeza, el hardware de simulación capturará el movimiento y lo traducirá en un cambio de perspectiva correspondiente dentro de la simulación.
  • Se pueden usar trajes o guantes de captura para registrar los movimientos de las partes del cuerpo del usuario. Los sistemas pueden incorporar sensores internos para detectar los movimientos de diferentes partes del cuerpo (por ejemplo, los dedos). Alternativamente, estos sistemas pueden tener dispositivos o marcas de seguimiento externos que se detectan mediante ultrasonidos, receptores ópticos o sensores electromagnéticos. Algunos sistemas también incluyen sensores inerciales internos. Las unidades pueden transmitir datos de forma inalámbrica o mediante cables.
  • Los sistemas de seguimiento ocular también pueden utilizarse para detectar los movimientos de los ojos, de modo que el sistema pueda determinar con precisión hacia dónde mira el usuario en un instante dado.
• Controladores físicos : Los controladores físicos proporcionan información a la simulación únicamente mediante la manipulación directa por parte del usuario. En las simulaciones virtuales, la retroalimentación táctil de los controladores físicos es muy deseable en diversos entornos de simulación.
  • Las cintas de correr omnidireccionales pueden utilizarse para capturar la locomoción del usuario mientras camina o corre.
  • La instrumentación de alta fidelidad, como los paneles de instrumentos en las cabinas de vuelo virtuales, proporciona a los usuarios controles reales para aumentar el nivel de inmersión. Por ejemplo, los pilotos pueden usar los controles del sistema de posicionamiento global (GPS) del dispositivo real en una cabina simulada para practicar procedimientos con el dispositivo real dentro del sistema de cabina integrado.
• Reconocimiento de voz/sonido : Esta forma de interacción puede utilizarse para interactuar con agentes dentro de la simulación (por ejemplo, personas virtuales) o para manipular objetos en la simulación (por ejemplo, información). Se presume que la interacción por voz aumenta el nivel de inmersión del usuario.
  • Los usuarios pueden utilizar auriculares con micrófono de brazo, micrófonos de solapa o bien la sala puede estar equipada con micrófonos ubicados estratégicamente.

Existe una amplia variedad de hardware de salida disponible para proporcionar estímulos a los usuarios en simulaciones virtuales. La siguiente lista describe brevemente algunos de ellos:

• Pantalla visual : Las pantallas visuales proporcionan el estímulo visual al usuario.
  • Las pantallas fijas pueden variar desde monitores de escritorio convencionales hasta pantallas envolventes de 360 ​​grados y pantallas estereoscópicas tridimensionales. Los monitores de escritorio convencionales pueden tener tamaños que van desde 15 hasta 60 pulgadas (380 a 1520 mm) . Las pantallas envolventes se utilizan normalmente en lo que se conoce como entorno virtual automático tipo cueva (CAVE). Las pantallas estereoscópicas tridimensionales producen imágenes tridimensionales con o sin gafas especiales, según el diseño. 
  • Los visores de realidad virtual (HMD) cuentan con pequeñas pantallas montadas en un casco que lleva el usuario. Estos sistemas se conectan directamente a la simulación virtual para brindar una experiencia más inmersiva. El peso, la frecuencia de actualización y el campo de visión son algunas de las variables clave que diferencian los HMD. Naturalmente, los HMD más pesados ​​son indeseables, ya que provocan fatiga con el tiempo. Si la frecuencia de actualización es demasiado lenta, el sistema no puede actualizar las pantallas con la suficiente rapidez para corresponder a un giro rápido de la cabeza del usuario. Las frecuencias de actualización más lentas tienden a causar mareo por simulación y a interrumpir la sensación de inmersión. El campo de visión, o la extensión angular del mundo que se ve en un momento dado, puede variar de un sistema a otro y se ha comprobado que afecta la sensación de inmersión del usuario.
• Visualización auditiva : Existen varios tipos de sistemas de audio que ayudan al usuario a escuchar y localizar espacialmente los sonidos. Se puede utilizar software especializado para producir efectos de audio 3D y crear la ilusión de que las fuentes de sonido se ubican dentro de un espacio tridimensional definido alrededor del usuario.
  • Los sistemas de altavoces convencionales fijos pueden utilizarse para proporcionar sonido envolvente de dos o varios canales. Sin embargo, los altavoces externos no son tan eficaces como los auriculares para producir efectos de audio 3D. ^{[ 29 ]}
  • Los auriculares convencionales ofrecen una alternativa portátil a los altavoces fijos. Además, tienen la ventaja añadida de enmascarar el ruido ambiental y facilitar efectos de sonido 3D más efectivos. ^{[ 29 ]}
• Pantalla háptica : Estas pantallas proporcionan una sensación táctil al usuario ( tecnología háptica ). Este tipo de respuesta a veces se denomina retroalimentación háptica.
  • Las pantallas táctiles utilizan diferentes tipos de actuadores, como vejigas inflables, vibradores, subwoofers de baja frecuencia, actuadores de pasador y/o actuadores térmicos, para producir sensaciones en el usuario.
  • Las pantallas del efector final pueden responder a las entradas del usuario con resistencia y fuerza. ^{[ 29 ]} Estos sistemas se utilizan a menudo en aplicaciones médicas para cirugías remotas que emplean instrumentos robóticos. ^{[ 31 ]}
• Pantallas vestibulares : Estas pantallas proporcionan al usuario una sensación de movimiento ( simulador de movimiento ). Suelen utilizarse como bases de movimiento para la simulación de vehículos virtuales, como simuladores de conducción o de vuelo. Las bases de movimiento son fijas, pero utilizan actuadores para mover el simulador de forma que se produzcan sensaciones de cabeceo, guiñada o balanceo. Los simuladores también pueden moverse de forma que produzcan una sensación de aceleración en todos los ejes (por ejemplo, la base de movimiento puede producir la sensación de caída).

Una aplicación médica importante de un simulador —aunque, quizás, con un significado ligeramente diferente de simulador— es el uso de un fármaco placebo , una formulación que simula el fármaco activo en ensayos de eficacia de medicamentos.

La seguridad del paciente es una preocupación en el sector médico. Se sabe que los pacientes sufren lesiones e incluso la muerte debido a errores de gestión y a la falta de aplicación de los mejores estándares de atención y formación. Según Building a National Agenda for Simulation-Based Medical Education (Eder-Van Hook, Jackie, 2004), "la capacidad de un profesional sanitario para reaccionar con prudencia ante una situación inesperada es uno de los factores más críticos para lograr un resultado positivo en una emergencia médica, independientemente de si ocurre en el campo de batalla, en la autopista o en la sala de urgencias de un hospital". Eder-Van Hook (2004) también señaló que los errores médicos causan hasta 98 000 muertes, con un coste estimado de entre 37 y 50  millones de dólares y entre 17 000 y 29 000 millones de dólares  anuales en concepto de eventos adversos prevenibles.

La simulación se utiliza para estudiar la seguridad del paciente, así como para capacitar a profesionales médicos. ^{[ 40 ]} Estudiar la seguridad del paciente y las intervenciones de seguridad en la atención médica es un desafío, porque hay una falta de control experimental (es decir, complejidad del paciente, variaciones del sistema/proceso) para ver si una intervención marcó una diferencia significativa (Groves y Manges, 2017). ^{[ 41 ]} Un ejemplo de simulación innovadora para estudiar la seguridad del paciente proviene de la investigación en enfermería. Groves et al. (2016) utilizaron una simulación de alta fidelidad para examinar comportamientos de enfermería orientados a la seguridad durante momentos como el informe de cambio de turno . ^{[ 40 ]}

Sin embargo, el valor de las intervenciones de simulación para su traslación a la práctica clínica sigue siendo objeto de debate. ^{[ 42 ]} Como afirma Nishisaki, "existe buena evidencia de que el entrenamiento mediante simulación mejora la autoeficacia y la competencia del proveedor y del equipo en maniquíes. También existe buena evidencia de que la simulación de procedimientos mejora el desempeño operativo real en entornos clínicos". ^{[ 42 ]} Sin embargo, es necesario contar con mejor evidencia para demostrar que el entrenamiento en gestión de recursos de equipo a través de la simulación. ^{[ 42 ]} Uno de los mayores desafíos es demostrar que la simulación de equipo mejora el desempeño operativo del equipo a la cabecera del paciente. ^{[ 43 ]} Aunque la evidencia de que el entrenamiento basado en simulación realmente mejora el resultado del paciente ha tardado en acumularse, hoy en día la capacidad de la simulación para proporcionar experiencia práctica que se traslade al quirófano ya no está en duda. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

Uno de los factores más importantes que podrían influir en la capacidad de que la capacitación impacte el trabajo de los profesionales en la cabecera del paciente es la capacidad de empoderar al personal de primera línea (Stewart, Manges, Ward, 2015). ^{[ 43 ] [ 47 ]} Otro ejemplo de un intento de mejorar la seguridad del paciente mediante el uso de la capacitación con simulaciones es la atención al paciente para brindar un servicio justo a tiempo o justo en el lugar. Esta capacitación consiste en 20  minutos de capacitación simulada justo antes de que los trabajadores se presenten a su turno. Un estudio encontró que la capacitación justo a tiempo mejoró la transición a la cabecera del paciente. La conclusión, según lo informado en el trabajo de Nishisaki (2008), fue que la capacitación con simulación mejoró la participación de los residentes en casos reales; pero no sacrificó la calidad del servicio. Por lo tanto, se podría hipotetizar que al aumentar el número de residentes altamente capacitados mediante el uso de la capacitación con simulación, esta capacitación, de hecho, aumenta la seguridad del paciente.

Los primeros simuladores médicos eran modelos simples de pacientes humanos. ^{[ 48 ]}

Desde la antigüedad, estas representaciones en arcilla y piedra se utilizaban para demostrar las características clínicas de las enfermedades y sus efectos en los seres humanos. Se han encontrado modelos en numerosas culturas y continentes. En algunas culturas (por ejemplo, la china), estos modelos se utilizaban como instrumento de diagnóstico , permitiendo a las mujeres consultar a médicos varones respetando las normas sociales de pudor. Actualmente, los modelos se utilizan para ayudar a los estudiantes a aprender la anatomía del sistema musculoesquelético y los sistemas orgánicos. ^{[ 48 ]}

En 2002, se formó la Sociedad para la Simulación en la Atención Médica (SSH) para convertirse en líder en los avances interprofesionales internacionales en la aplicación de la simulación médica en la atención médica ^{[ 49 ].}

La necesidad de un "mecanismo uniforme para educar, evaluar y certificar a los instructores de simulación para la profesión sanitaria" fue reconocida por McGaghie et al. en su revisión crítica de la investigación sobre educación médica basada en simulación. ^{[ 50 ]} En 2012, la SSH puso en marcha dos nuevas certificaciones para reconocer a los educadores con el fin de satisfacer esta necesidad. ^{[ 51 ]}

Un simulador de automóviles ofrece la oportunidad de reproducir las características de vehículos reales en un entorno virtual. Reproduce los factores y condiciones externas con las que interactúa un vehículo, permitiendo al conductor sentir como si estuviera sentado en la cabina de su propio automóvil. Los escenarios y eventos se reproducen con suficiente realismo para garantizar que los conductores se sumerjan por completo en la experiencia, en lugar de considerarla simplemente una actividad educativa.

El simulador proporciona una experiencia constructiva para el conductor principiante y permite a los conductores más experimentados realizar ejercicios más complejos. Para los conductores principiantes, los simuladores de camiones ofrecen la oportunidad de iniciar su carrera aplicando las mejores prácticas. Para los conductores experimentados, la simulación permite perfeccionar la conducción, detectar malas prácticas y sugerir las medidas correctivas necesarias. Para las empresas, ofrece la oportunidad de capacitar al personal en las habilidades de conducción que permiten reducir los costos de mantenimiento, aumentar la productividad y, lo más importante, garantizar la seguridad en todas las situaciones.

• 
  simulador de carreras de coches
• 
  Un soldado prueba un simulador de conducción de vehículos pesados.

Un simulador biomecánico es una plataforma de simulación para crear modelos mecánicos dinámicos a partir de combinaciones de cuerpos rígidos y deformables, articulaciones, restricciones y diversos actuadores de fuerza. Está especializado en la creación de modelos biomecánicos de estructuras anatómicas humanas, con el fin de estudiar su función y, eventualmente, contribuir al diseño y la planificación de tratamientos médicos.

Un simulador biomecánico se utiliza para analizar la dinámica de la marcha, estudiar el rendimiento deportivo, simular procedimientos quirúrgicos, analizar las cargas articulares, diseñar dispositivos médicos y animar el movimiento humano y animal.

Un simulador neuromecánico combina la simulación biomecánica con la simulación biológicamente realista de redes neuronales. Permite al usuario poner a prueba hipótesis sobre las bases neuronales del comportamiento en un entorno virtual 3D físicamente preciso.

Un simulador de ciudades puede ser un juego de construcción de ciudades , pero también una herramienta que los planificadores urbanos utilizan para comprender cómo es probable que evolucionen las ciudades en respuesta a diversas decisiones políticas. AnyLogic es un ejemplo de simulador urbano moderno a gran escala diseñado para su uso por planificadores urbanos. Los simuladores de ciudades suelen ser simulaciones basadas en agentes con representaciones explícitas del uso del suelo y el transporte. UrbanSim y LEAM son ejemplos de modelos de simulación urbana a gran escala que utilizan las agencias de planificación metropolitana y las bases militares para la planificación del uso del suelo y el transporte .

Existen varias simulaciones con temática navideña, muchas de las cuales se centran en Papá Noel . Un ejemplo de estas simulaciones son los sitios web que afirman permitir al usuario rastrear a Papá Noel. Debido a que Papá Noel es un personaje legendario y no una persona real ^{[ 72 ] [ 73 ]} , es imposible proporcionar información real sobre su ubicación, y servicios como NORAD Tracks Santa y Google Santa Tracker (el primero de los cuales afirma usar radar y otras tecnologías para rastrear a Papá Noel) ^{[ 74 ]} muestran información de ubicación falsa y predeterminada a los usuarios. Otro ejemplo de estas simulaciones son los sitios web que afirman permitir al usuario enviar correos electrónicos o mensajes a Papá Noel. Sitios web como emailSanta.com o la antigua página de Papá Noel en el ahora desaparecido Windows Live Spaces de Microsoft utilizan programas o scripts automatizados para generar respuestas personalizadas que se afirman que provienen del propio Papá Noel, basadas en la entrada del usuario. ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]}

Los sistemas modernos de comunicaciones por satélite ( SATCOM ) suelen ser grandes y complejos, con numerosos componentes y elementos que interactúan entre sí. Además, la necesidad de conectividad de banda ancha en vehículos en movimiento ha aumentado drásticamente en los últimos años, tanto para aplicaciones comerciales como militares. Para predecir con precisión y ofrecer un servicio de alta calidad, los diseñadores de sistemas SATCOM deben tener en cuenta el terreno, así como las condiciones atmosféricas y meteorológicas, en su planificación. Para abordar esta complejidad, los diseñadores y operadores de sistemas recurren cada vez más a modelos informáticos para simular las condiciones operativas reales y obtener información sobre la usabilidad y los requisitos antes de la aprobación final del producto. El modelado mejora la comprensión del sistema al permitir que el diseñador o planificador del sistema SATCOM simule el rendimiento en el mundo real mediante la introducción de múltiples condiciones atmosféricas y ambientales hipotéticas en los modelos. La simulación se utiliza a menudo en la formación de personal civil y militar. Esto suele ocurrir cuando resulta prohibitivo o demasiado peligroso permitir que los alumnos utilicen el equipo real en un entorno real. En tales situaciones, dedican tiempo a aprender valiosas lecciones en un entorno virtual "seguro", pero viviendo una experiencia realista (o al menos ese es el objetivo). A menudo, la conveniencia reside en permitir errores durante el entrenamiento de un sistema crítico para la seguridad.

Las soluciones de simulación se integran cada vez más con soluciones y procesos asistidos por ordenador ( diseño asistido por ordenador o CAD, fabricación asistida por ordenador o CAM, ingeniería asistida por ordenador o CAE, etc.). El uso de la simulación a lo largo del ciclo de vida del producto , especialmente en las primeras etapas de concepto y diseño, tiene el potencial de ofrecer beneficios sustanciales. Estos beneficios abarcan desde la reducción de costes directos, como la disminución del prototipado y la reducción del tiempo de comercialización, hasta productos con mejor rendimiento y mayores márgenes de beneficio. Sin embargo, para algunas empresas, la simulación no ha proporcionado los beneficios esperados.

El éxito del uso de la simulación en las primeras etapas del ciclo de vida se debe en gran medida a la mayor integración de las herramientas de simulación con el conjunto completo de soluciones CAD, CAM y de gestión del ciclo de vida del producto. Las soluciones de simulación ahora pueden funcionar en toda la empresa en un entorno multi-CAD e incluyen soluciones para gestionar los datos y procesos de simulación, asegurando que los resultados de la simulación se integren en el historial del ciclo de vida del producto.

El entrenamiento mediante simulaciones se ha convertido en un método para preparar a las personas ante desastres. Las simulaciones permiten replicar situaciones de emergencia y observar cómo responden los participantes gracias a una experiencia realista. Las simulaciones de preparación ante desastres pueden incluir capacitación sobre cómo afrontar ataques terroristas , desastres naturales, brotes pandémicos u otras emergencias que pongan en peligro la vida.

Una organización que ha utilizado el entrenamiento de simulación para la preparación ante desastres es CADE (Center for Advancement of Distance Education). CADE ^{[ 79 ]} ha utilizado un videojuego para preparar a los trabajadores de emergencia para múltiples tipos de ataques. Como informó News-Medical.Net, "El videojuego es el primero de una serie de simulaciones para abordar el bioterrorismo, la gripe pandémica, la viruela y otros desastres para los que el personal de emergencia debe prepararse. ^{[ 80 ]} " Desarrollado por un equipo de la Universidad de Illinois en Chicago (UIC), el juego permite a los estudiantes practicar sus habilidades de emergencia en un entorno seguro y controlado.

El Programa de Simulación de Emergencias (ESP) del Instituto de Tecnología de Columbia Británica (BCIT), Vancouver, Columbia Británica, Canadá, es otro ejemplo de una organización que utiliza la simulación para entrenar en situaciones de emergencia. El ESP utiliza la simulación para entrenar en las siguientes situaciones: lucha contra incendios forestales, respuesta a derrames de petróleo o químicos, respuesta a terremotos, aplicación de la ley, extinción de incendios municipales, manejo de materiales peligrosos, entrenamiento militar y respuesta a ataques terroristas ^{[ 81 ].} Una característica del sistema de simulación es la implementación del "Reloj de tiempo de ejecución dinámico", que permite que las simulaciones se ejecuten en un marco de tiempo "simulado", "acelerando" o "ralentizando" el tiempo según se desee ^{[ 81 ].} Además, el sistema permite grabaciones de sesiones, navegación basada en iconos de imágenes, almacenamiento de archivos de simulaciones individuales, componentes multimedia y lanzamiento de aplicaciones externas.

En la Universidad de Quebec en Chicoutimi, un equipo de investigación del Laboratorio de Investigación y Peritaje al Aire Libre (LERPA) se especializa en el uso de simulaciones de accidentes en zonas remotas para verificar la coordinación de la respuesta ante emergencias.

Desde el punto de vista pedagógico, la capacitación en emergencias mediante simulaciones ofrece la ventaja de poder monitorear el desempeño del alumno a través del sistema. Esto permite al desarrollador realizar ajustes según sea necesario o alertar al instructor sobre temas que requieran mayor atención. Otras ventajas incluyen la posibilidad de guiar o capacitar al alumno sobre cómo responder adecuadamente antes de pasar al siguiente segmento de emergencia, un aspecto que podría no estar disponible en un entorno real. Algunos simuladores de capacitación en emergencias también permiten brindar retroalimentación inmediata, mientras que otros ofrecen un resumen e instruyen al alumno para que retome el tema de aprendizaje.

En una situación de emergencia real, los equipos de respuesta no tienen tiempo que perder. El entrenamiento mediante simulación en este entorno brinda a los participantes la oportunidad de recopilar la mayor cantidad de información posible y practicar sus conocimientos en un ambiente seguro. Pueden cometer errores sin riesgo de poner vidas en peligro y tener la oportunidad de corregirlos para prepararse para la emergencia real.

Las simulaciones en economía , y especialmente en macroeconomía , evalúan la conveniencia de los efectos de las políticas propuestas, como los cambios en la política fiscal o monetaria . Un modelo matemático de la economía, ajustado a datos económicos históricos, se utiliza como aproximación a la economía real; los valores propuestos del gasto público , los impuestos, las operaciones de mercado abierto , etc., se utilizan como entradas para la simulación del modelo, y diversas variables de interés, como la tasa de inflación , la tasa de desempleo , el déficit de la balanza comercial , el déficit presupuestario público , etc., son las salidas de la simulación. Los valores simulados de estas variables de interés se comparan para diferentes propuestas de políticas con el fin de determinar qué conjunto de resultados es el más deseable. ^{[ 82 ]}

La simulación es una característica importante en los sistemas de ingeniería o en cualquier sistema que involucre muchos procesos. Por ejemplo, en ingeniería eléctrica , las líneas de retardo se pueden usar para simular el retardo de propagación y el desfase causados ​​por una línea de transmisión real . De manera similar, las cargas ficticias se pueden usar para simular la impedancia sin simular la propagación y se utilizan en situaciones donde la propagación no es deseada. Un simulador puede imitar solo algunas de las operaciones y funciones de la unidad que simula. Contrasta con : emular . ^{[ 83 ]}

La mayoría de las simulaciones de ingeniería implican modelado matemático e investigación asistida por computadora. Sin embargo, existen muchos casos en los que el modelado matemático no es confiable. La simulación de problemas de dinámica de fluidos a menudo requiere simulaciones tanto matemáticas como físicas. En estos casos, los modelos físicos requieren similitud dinámica . Las simulaciones físicas y químicas también tienen usos prácticos directos, más allá de los usos de investigación; en ingeniería química , por ejemplo, las simulaciones de procesos se utilizan para proporcionar los parámetros de proceso que se utilizan inmediatamente para operar plantas químicas, como refinerías de petróleo. Los simuladores también se utilizan para la capacitación de operadores de planta. Se denomina Simulador de Entrenamiento de Operadores (OTS, por sus siglas en inglés) y ha sido ampliamente adoptado por muchas industrias, desde la química hasta la de petróleo y gas y la energética. Esto creó un entorno virtual seguro y realista para capacitar a operadores e ingenieros de cubierta. Mimic es capaz de proporcionar modelos dinámicos de alta fidelidad de casi todas las plantas químicas para la capacitación de operadores y las pruebas de sistemas de control.

La simulación ergonómica implica el análisis de productos virtuales o tareas manuales dentro de un entorno virtual. En el proceso de ingeniería, el objetivo de la ergonomía es desarrollar y mejorar el diseño de productos y entornos de trabajo. ^{[ 84 ]} La simulación ergonómica utiliza una representación virtual antropométrica del ser humano, comúnmente denominada maniquí o Modelo Humano Digital (MHD), para imitar las posturas, las cargas mecánicas y el rendimiento de un operador humano en un entorno simulado, como un avión, un automóvil o una planta de fabricación. Los MHD se reconocen como una herramienta valiosa y en constante evolución para realizar análisis y diseños ergonómicos proactivos. ^{[ 85 ]} Las simulaciones emplean gráficos 3D y modelos basados ​​en la física para animar a los humanos virtuales. El software de ergonomía utiliza la capacidad de cinemática inversa (CI) para posicionar los MHD. ^{[ 84 ]}

Las herramientas de software suelen calcular propiedades biomecánicas, incluyendo fuerzas musculares individuales, fuerzas articulares y momentos. La mayoría de estas herramientas emplean métodos de evaluación ergonómica estándar, como la ecuación de levantamiento del NIOSH y la Evaluación Rápida de las Extremidades Superiores (RULA). Algunas simulaciones también analizan medidas fisiológicas, como el metabolismo, el gasto energético y los límites de fatiga. Los estudios de tiempo de ciclo, la validación del diseño y del proceso, la comodidad del usuario, la accesibilidad y la línea de visión son otros factores humanos que pueden examinarse en los paquetes de simulación ergonómica. ^{[ 86 ]}

El modelado y la simulación de una tarea pueden realizarse manipulando manualmente al ser humano virtual en el entorno simulado. Algunos programas de simulación ergonómica permiten la simulación y evaluación interactivas en tiempo real mediante la interacción humana real a través de tecnologías de captura de movimiento. Sin embargo, la captura de movimiento para ergonomía requiere equipos costosos y la creación de accesorios para representar el entorno o el producto.

Algunas aplicaciones de la simulación ergonómica incluyen el análisis de la recolección de residuos sólidos, tareas de gestión de desastres, juegos interactivos, ^{[ 87 ]} líneas de ensamblaje de automóviles, ^{[ 88 ]} prototipado virtual de ayudas para la rehabilitación, ^{[ 89 ]} y diseño de productos aeroespaciales. ^{[ 90 ]} Los ingenieros de Ford utilizan software de simulación ergonómica para realizar revisiones virtuales del diseño de productos. Utilizando datos de ingeniería, las simulaciones ayudan a evaluar la ergonomía del ensamblaje. La empresa utiliza el software de simulación ergonómica Jack and Jill de Siemens para mejorar la seguridad y la eficiencia de los trabajadores, sin necesidad de construir prototipos costosos. ^{[ 91 ]}

En finanzas, las simulaciones por computadora se utilizan con frecuencia para la planificación de escenarios. El valor actual neto ajustado al riesgo , por ejemplo, se calcula a partir de datos de entrada bien definidos, pero no siempre conocidos (o fijos). Al imitar el desempeño del proyecto en evaluación, la simulación puede proporcionar una distribución del VAN en función de diferentes tasas de descuento y otras variables. Las simulaciones también se utilizan a menudo para probar una teoría financiera o la capacidad de un modelo financiero. ^{[ 92 ]}

Las simulaciones se utilizan con frecuencia en la formación financiera para que los participantes experimenten diversas situaciones, tanto históricas como ficticias. Existen simulaciones de bolsa, de cartera, de gestión de riesgos y de divisas. Estas simulaciones suelen basarse en modelos estocásticos de activos . El uso de estas simulaciones en un programa de formación permite aplicar la teoría a situaciones similares a la vida real. Al igual que en otros sectores, el uso de simulaciones puede estar impulsado por la tecnología o por estudios de caso.

La simulación de vuelo se utiliza principalmente para entrenar a los pilotos fuera de la aeronave. ^{[ 93 ]} En comparación con el entrenamiento en vuelo, el entrenamiento basado en simulación permite practicar maniobras o situaciones que podrían ser poco prácticas (o incluso peligrosas) de realizar en la aeronave, manteniendo al piloto y al instructor en un entorno de riesgo relativamente bajo en tierra. Por ejemplo, se pueden simular fallos en el sistema eléctrico, en los instrumentos, en el sistema hidráulico e incluso en los controles de vuelo sin riesgo para la tripulación ni el equipo. ^{[ 94 ]}

Los instructores también pueden ofrecer a los estudiantes una mayor concentración de tareas de entrenamiento en un período de tiempo determinado de lo que suele ser posible en la aeronave. Por ejemplo, realizar múltiples aproximaciones instrumentales en la aeronave real puede requerir un tiempo considerable para reposicionarla, mientras que en una simulación, tan pronto como se completa una aproximación, el instructor puede reposicionar inmediatamente la aeronave simulada en una ubicación desde la cual se pueda iniciar la siguiente aproximación.

La simulación de vuelo también ofrece una ventaja económica sobre el entrenamiento en una aeronave real. Una vez considerados los costos de combustible, mantenimiento y seguro, los costos operativos de un simulador de vuelo suelen ser considerablemente menores que los de la aeronave simulada. Para algunos aviones de transporte de gran tamaño, los costos operativos del simulador pueden ser varias veces inferiores a los de la aeronave real. Otra ventaja es la reducción del impacto ambiental, ya que los simuladores no contribuyen directamente a las emisiones de carbono ni de ruido. ^{[ 95 ]}

También existen "simuladores de vuelo de ingeniería", que son un elemento clave del proceso de diseño de aeronaves . ^{[ 96 ]} Muchos de los beneficios que se derivan de un menor número de vuelos de prueba, como las mejoras en costos y seguridad, se describen anteriormente, pero existen algunas ventajas únicas. Disponer de un simulador permite un ciclo de iteración de diseño más rápido o el uso de más equipos de prueba de los que cabrían en una aeronave real. ^{[ 97 ]}

Similar a los simuladores de vuelo , un simulador marino está diseñado para el entrenamiento del personal de los barcos. Los simuladores marinos más comunes incluyen: ^{[ 98 ]}

• Simuladores de puente de mando de barcos
• Simuladores de sala de máquinas ^{[ 99 ]}
• simuladores de manipulación de carga
• Simuladores de comunicación/ GMDSS
• simuladores de ROV

Este tipo de simuladores se utilizan principalmente en escuelas marítimas, centros de formación y armadas. Suelen consistir en una réplica del puente de mando de un barco, con la(s) consola(s) de control y varias pantallas en las que se proyecta el entorno virtual.

Las simulaciones militares, también conocidas informalmente como juegos de guerra, son modelos en los que se pueden probar y perfeccionar teorías bélicas sin necesidad de hostilidades reales. Existen en diversas formas, con distintos grados de realismo. En los últimos tiempos, su alcance se ha ampliado para incluir no solo factores militares, sino también políticos y sociales (por ejemplo, la serie de ejercicios estratégicos Nationlab en América Latina). ^{[ 100 ]} Si bien muchos gobiernos utilizan la simulación, tanto individualmente como en colaboración, se sabe poco sobre los detalles del modelo fuera de los círculos profesionales.

Los sistemas de red y distribuidos se han simulado exhaustivamente para comprender el impacto de nuevos protocolos y algoritmos antes de su implementación en sistemas reales. La simulación puede centrarse en diferentes niveles ( capa física , capa de red , capa de aplicación ) y evaluar distintas métricas (ancho de banda de la red, consumo de recursos, tiempo de servicio, paquetes perdidos, disponibilidad del sistema). Algunos ejemplos de escenarios de simulación de sistemas de red y distribuidos son:

• Redes de distribución de contenido ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]}
• Ciudades inteligentes
• Internet de las cosas

Las técnicas de simulación también se han aplicado a los sistemas de pago y liquidación de valores. Entre los principales usuarios se encuentran los bancos centrales, que generalmente son responsables de la supervisión de la infraestructura del mercado y tienen derecho a contribuir al buen funcionamiento de los sistemas de pago.

Los bancos centrales han estado utilizando simulaciones de sistemas de pago para evaluar aspectos como la adecuación o suficiencia de la liquidez disponible (en forma de saldos de cuentas y límites de crédito intradía) para los participantes (principalmente bancos) para permitir una liquidación eficiente de los pagos. ^{[ 105 ] [ 106 ]} La necesidad de liquidez también depende de la disponibilidad y el tipo de procedimientos de compensación en los sistemas, por lo que algunos estudios se centran en comparaciones de sistemas. ^{[ 107 ]}

Otra aplicación es evaluar los riesgos relacionados con eventos como fallas en la red de comunicación o la incapacidad de los participantes para enviar pagos (por ejemplo, en caso de posible quiebra bancaria). ^{[ 108 ]} Este tipo de análisis se enmarca dentro de los conceptos de pruebas de estrés o análisis de escenarios .

Una forma habitual de realizar estas simulaciones es replicar la lógica de liquidación de los sistemas reales de pago o de liquidación de valores que se analizan, utilizando datos de pago reales observados. En el caso de la comparación o el desarrollo de sistemas, naturalmente, también es necesario implementar las demás lógicas de liquidación.

Para realizar pruebas de estrés y análisis de escenarios, es necesario modificar los datos observados; por ejemplo, retrasando o eliminando algunos pagos. Para analizar los niveles de liquidez, se varían los niveles iniciales. Las comparaciones de sistemas (benchmarking) o las evaluaciones de nuevos algoritmos o reglas de compensación se realizan mediante simulaciones con un conjunto fijo de datos, variando únicamente la configuración del sistema.

Normalmente, se realiza una inferencia comparando los resultados de la simulación de referencia con los resultados de configuraciones de simulación modificadas, comparando indicadores como las transacciones pendientes o los retrasos en la liquidación.

La simulación de gestión de proyectos se utiliza para la formación y el análisis en este campo. Se emplea frecuentemente como simulador de capacitación para gestores de proyectos. En otros casos, se utiliza para análisis de escenarios hipotéticos y para apoyar la toma de decisiones en proyectos reales. Por lo general, la simulación se lleva a cabo mediante herramientas de software.

Un simulador de robótica se utiliza para crear aplicaciones integradas para un robot específico (o no) sin depender del robot real. En algunos casos, estas aplicaciones se pueden transferir al robot real (o reconstruir) sin modificaciones. Los simuladores de robótica permiten reproducir situaciones que no se pueden recrear en el mundo real debido al costo, el tiempo o la singularidad de un recurso. Un simulador también permite la creación rápida de prototipos de robots. Muchos simuladores de robótica incorporan motores de física para simular la dinámica del robot.

La simulación de sistemas de producción se utiliza principalmente para examinar el efecto de las mejoras o inversiones en un sistema de producción . Por lo general, esto se hace utilizando una hoja de cálculo estática con tiempos de proceso y tiempos de transporte. Para simulaciones más sofisticadas, se utiliza la Simulación de Eventos Discretos (DES), que ofrece la ventaja de simular la dinámica en el sistema de producción. Un sistema de producción es muy dinámico, dependiendo de las variaciones en los procesos de fabricación, los tiempos de ensamblaje, las configuraciones de las máquinas, las interrupciones, las averías y las pequeñas paradas. ^{[ 109 ]} Existe mucho software comúnmente utilizado para la simulación de eventos discretos. Estos difieren en usabilidad y mercados, pero a menudo comparten la misma base.

Las simulaciones son útiles para modelar el flujo de transacciones a través de procesos comerciales, como en el campo de la ingeniería de procesos de ventas , para estudiar y mejorar el flujo de pedidos de clientes a través de diversas etapas de finalización (por ejemplo, desde una propuesta inicial para proporcionar bienes/servicios hasta la aceptación del pedido y la instalación). Dichas simulaciones pueden ayudar a predecir cómo las mejoras en los métodos podrían afectar la variabilidad, el costo, el tiempo de mano de obra y el número de transacciones en diversas etapas del proceso. Se puede utilizar un simulador de procesos computarizado completo para representar dichos modelos, al igual que demostraciones educativas más sencillas utilizando software de hojas de cálculo, transfiriendo monedas de un recipiente según el resultado de un dado, o sumergiendo una cuchara en un recipiente con cuentas de colores. ^{[ 110 ]}

En el ámbito deportivo, las simulaciones por ordenador se utilizan con frecuencia para predecir el resultado de los eventos y el rendimiento de los deportistas. Estas simulaciones intentan recrear el evento mediante modelos basados ​​en estadísticas. El avance tecnológico ha permitido que cualquier persona con conocimientos de programación pueda ejecutar simulaciones de sus modelos. Dichas simulaciones se construyen a partir de una serie de algoritmos matemáticos , o modelos, y su precisión puede variar. Accuscore, con licencia de empresas como ESPN , es un programa de simulación muy conocido para los principales deportes . Ofrece un análisis detallado de los partidos mediante líneas de apuestas simuladas, totales de puntos proyectados y probabilidades generales.

Con el creciente interés en los modelos de simulación de deportes de fantasía , los modelos que predicen el rendimiento individual de los jugadores han ganado popularidad. Empresas como What If Sports y StatFox se especializan en utilizar sus simulaciones no solo para predecir los resultados de los partidos, sino también el desempeño de cada jugador. Muchas personas utilizan estos modelos para determinar a quién alinear en sus ligas de fantasía.

Otra forma en que las simulaciones ayudan al ámbito deportivo es mediante el uso de la biomecánica . Se derivan modelos y se ejecutan simulaciones a partir de datos recibidos de sensores conectados a los atletas y equipos de video. La biomecánica deportiva, asistida por modelos de simulación, responde preguntas sobre técnicas de entrenamiento, como el efecto de la fatiga en el rendimiento del lanzamiento (altura del lanzamiento) y factores biomecánicos de las extremidades superiores (índice de fuerza reactiva; tiempo de contacto de la mano). ^{[ 111 ]}

Las simulaciones por ordenador permiten a sus usuarios tomar modelos que antes eran demasiado complejos para ejecutar y obtener respuestas. Las simulaciones han demostrado ser una de las mejores herramientas para comprender tanto el rendimiento del juego como la previsibilidad del equipo.

La simulación se utilizó en el Centro Espacial Kennedy (KSC) para entrenar y certificar a los ingenieros del Transbordador Espacial durante las operaciones simuladas de cuenta regresiva de lanzamiento. La comunidad de ingeniería del Transbordador Espacial participaba en una simulación integrada de cuenta regresiva de lanzamiento antes de cada vuelo del Transbordador. Esta simulación es una simulación virtual donde personas reales interactúan con el vehículo simulado del Transbordador Espacial y el hardware del Equipo de Apoyo en Tierra (GSE). La Simulación de la Fase Final de Cuenta Regresiva del Transbordador, también conocida como S0044, incluía procesos de cuenta regresiva que integraban muchos de los sistemas del vehículo del Transbordador Espacial y del GSE. Algunos de los sistemas del Transbordador integrados en la simulación son el sistema de propulsión principal, RS-25 , los propulsores de cohete sólido , el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido en tierra, el tanque externo , los controles de vuelo, la navegación y la aviónica. ^{[ 112 ]} Los objetivos de alto nivel de la Simulación de la Fase Final de Cuenta Regresiva del Transbordador son:

• Para demostrar las operaciones de la fase final de cuenta regresiva en la sala de tiro .
• Proporcionar formación a los ingenieros de sistemas para que puedan reconocer, informar y evaluar los problemas del sistema en un entorno donde el tiempo es un factor crítico.
• Poner a prueba la capacidad del equipo de lanzamiento para evaluar, priorizar y responder a los problemas de forma integrada en un entorno con plazos ajustados.
• Proporcionar procedimientos que se utilizarán para realizar pruebas de fallos/recuperación de las operaciones realizadas en la fase final de cuenta atrás. ^{[ 113 ]}

La simulación de la fase final de la cuenta regresiva del transbordador espacial tuvo lugar en las salas de control del Centro de Control de Lanzamiento del Centro Espacial Kennedy . La sala de control utilizada durante la simulación es la misma donde se ejecutan las operaciones reales de cuenta regresiva. Por lo tanto, se utilizaron equipos propios de dichas operaciones. Durante la simulación se emplearon computadoras de mando y control, software de aplicación, herramientas de trazado y análisis de tendencias, documentos de procedimientos de cuenta regresiva, documentos de criterios de confirmación de lanzamiento, documentos de requisitos de hardware y cualquier otro elemento utilizado por los equipos de ingeniería durante las operaciones reales de cuenta regresiva.

El hardware del transbordador espacial y el hardware GSE asociado se simulan mediante modelos matemáticos (escritos en el lenguaje de modelado del Simulador de Operaciones Terrestres del Transbordador (SGOS) ^{[ 114 ]} ) que se comportan y reaccionan como hardware real. Durante la simulación de la fase de cuenta regresiva final del transbordador, los ingenieros controlan el hardware mediante software de aplicación real que se ejecuta en las consolas de control, como si estuvieran controlando el hardware real del vehículo. Sin embargo, estas aplicaciones de software reales no interactúan con el hardware real del transbordador durante las simulaciones. En cambio, las aplicaciones interactúan con representaciones de modelos matemáticos del vehículo y el hardware GSE. En consecuencia, las simulaciones evitan mecanismos sensibles e incluso peligrosos, a la vez que proporcionan mediciones de ingeniería que detallan cómo habría reaccionado el hardware. Dado que estos modelos matemáticos interactúan con el software de aplicación de comando y control, los modelos y las simulaciones también se utilizan para depurar y verificar la funcionalidad del software de aplicación. ^{[ 115 ]}

La única forma fiable de probar los receptores GNSS (conocidos comúnmente como sistemas de navegación por satélite en el ámbito comercial) es mediante un simulador de constelación de radiofrecuencia. Un receptor que, por ejemplo, se utilice en una aeronave, puede probarse en condiciones dinámicas sin necesidad de realizar un vuelo real. Las condiciones de prueba se pueden reproducir con exactitud y se tiene un control total sobre todos los parámetros. Esto no es posible en el mundo real con las señales reales. Para probar los receptores que utilizarán el nuevo sistema Galileo (navegación por satélite), no existe alternativa, ya que las señales reales aún no están disponibles.

La predicción de las condiciones meteorológicas mediante la extrapolación/interpolación de datos previos es una de las aplicaciones reales de la simulación. La mayoría de los pronósticos meteorológicos utilizan esta información publicada por las oficinas meteorológicas. Este tipo de simulaciones ayuda a predecir y alertar sobre condiciones meteorológicas extremas, como la trayectoria de un huracán o ciclón activo. La predicción numérica del tiempo implica el uso de complejos modelos informáticos numéricos para predecir el clima con precisión, teniendo en cuenta numerosos parámetros.

• Astrofísica computacional : métodos y herramientas informáticas desarrolladas y utilizadas en la investigación astrofísica. 
• Química computacional – Rama de la química 
• Dinámica de fluidos computacional : análisis y resolución de problemas que involucran flujos de fluidos. 
• Física computacional : simulaciones numéricas de problemas físicos mediante ordenadores. 
• Estudios de futuro – Estudio de la postulación de posibles futuros 
• Dinámica molecular : simulaciones por ordenador para descubrir y comprender las propiedades químicas. 
• Identificación de sistemas : métodos estadísticos para construir modelos matemáticos de sistemas dinámicos a partir de datos medidos. 

• Proyecto Illustris – Universos simulados por computadora 
• Simulador de planetas : máquina diseñada para estudiar la vida en el universo. 
• Simulacros y simulación – Libro de Jean Baudrillard, 1981 
• UltraHLE – Emulador de Nintendo 64 de 1999