شبیه‌سازی

(تغییرمسیر از شبیه سازی)

شبیه‌سازی در بسیاری از متون شامل مدل‌سازی سیستم‌های طبیعی و سیستم‌های انسانی استفاده می‌شود. برای به دست آوردن بینش به کارکرد این سیستم‌ها و همچنین در تکنولوژی و مهندسی ایمنی که هدف، آزمون بعضی سناریوهای عملی در دنیای واقعی است از شبیه‌سازی استفاده می‌شود. در شبیه‌سازی با استفاده از یک شبیه‌ساز یا وسیله دیگری در یک موقعیت ساختگی می‌توان اثرات واقعی بعضی شرایط احتمالی را بازسازی کرد.[۱]

شبیه‌سازی یا سیمولاسیون، تقلید یک چیز واقعی یا وضعیت اجتماعی یا یک فرایند است و معمولاً متضمن وانمایاندن شماری ویژگی‌ها یا رفتارهای کلیدی در یک سامانهٔ فیزیکی یا انتزاعی است.

شبیه‌سازی در بسیاری زمینه‌ها از جمله مدل‌سازی سامانه‌های طبیعی و انسانی، برای کسب بینش پیرامون نحوهٔ کارشان، به کار می‌رود. موارد دیگر شامل شبیه‌سازی فناوری برای بهینه‌سازی عملکرد، مهندسی ایمنی، آزمایش، آموزش و مهارت‌آموزی‌است. از شبیه‌سازی می‌توان برای نشان‌دادن تأثیرات و عواقب غایی شرایطی دگرگون —که مثلاً در عالم واقع برقرار نبوده‌است— یا شق‌های دیگر سلسله کنش‌ها استفاده کرد. معادل شبیه‌سازی در عربی «استنساخ» و در لاتین Cloning و در فرانسه Clonege است. واژه شبیه‌سازی در فرهنگ‌نامه‌های پزشکی چنین توضیح داده شده‌است: «کلونیک» از کلمه یونانی Clon به معنای جوانه و ترک چوب گرفته شده‌است و کلونینک، در لغت عبارت است از بریدن، تکثیر کردن و قلمه زدن. شباهت شبیه‌سازی با قلمه زدن در این است که در روش مورد بحث، عمل تولید مثل بدون عمل لقاح (ترکیب سلول‌های نر و ماده) صورت می‌پذیرد. شبیه‌سازی (Cloning) اصطلاحاً عبارت است از کشت هسته سلول غیر جنسی انسان یا حیوان – که دارای کروموزوم کامل می‌باشد – در سلول تخمک عاری از هسته جنس ماده، و بارور کردن این تخمک به کمک روش‌های ویژه در رحم طبیعی یا مصنوعی، به منظور تشکیل موجود زنده‌ای که از لحاظ شکل ظاهری دقیقاً مانند صاحب هسته سلول اولیه باشد. یا به بیان ساده‌تر، کلونینک به معنای «تولید مثل و ایجاد موجودی مشابه نسخه اصلی به طریقه‌ای غیرجنسی» می‌باشد. از مهمترین اهداف شبیه‌سازی می‌توان به کاهش هزینه و ریسک پذیری، کاهش پیچیدگی‌های موقعیت یا مدل واقعی، تغییر نگرش یا رفتار خاص، شناخت وظایف و نقش‌ها، افزایش تفکر منطقی و ساختارمند و مواردی از این قبل نام برد. انواع شبیه‌سازی: شبیه‌سازی فیزیکی، شبیه‌سازی در آموزش، شبیه‌سازی در علوم کامپیوتری، شبیه‌سازی در تعلیم و تربیت، شبیه‌سازی در پزشکی، شبیه‌سازی مهندسی و نظایر آن. انواع شبیه‌سازی‌ها در آموزش: زنده: کاربرد تجهیزات شبیه‌سازی شده در محیط واقعی توسط افراد واقعی. مجازی: کاربرد تجهیزات شبیه‌سازی شده در محیط شبیه‌سازی شده توسط افراد واقعی. ساختاری: افراد شبیه‌سازی شده، تجهیزات شییه سازی شده را در محیط شبیه‌سازی به کار می‌برند. ایفای نقش: افراد واقعی در محیط واقعی به صحنه سازی (بازی یا ایفای نقش می‌پردازند).

شبیه‌سازی‌ها (Simulations)، بازنمایی و تقلید موقعیت‌ها یا فرایندها با استفاده از چیزی مشابه است. شبیه‌سازی در بسیاری زمینه‌ها از جمله مدل‌سازی سامانه‌های طبیعی و انسانی، برای فهمیدن در مورد نحوه کارشان، به کار می‌رود. موارد دیگر شامل شبیه‌سازی فناوری‌هایی است که برای بهینه‌سازی عملکرد، مهندسی ایمنی، آزمایش، آموزش و مهارت آموزی کاربرد دارد. از شبیه‌سازی می‌توان برای نشان دادن تأثیرات و عواقب نهایی شرایطی استفاده کرد که در حالت معمول نسبت به آن آگاهی نداریم یا آزمون و خطای آن شرایط هزینه بر است.

شبیه‌سازی‌ها می‌توانند ابزاری با ارزش در کلاس علوم باشند. آنها می‌توانند مفاهیم و موقعیت‌های علمی را مثال بزنند و از این طریق به دانش آموزان و دانشجویان اجازه می‌دهند ماهیت چیزها را کشف کنند. مواردی مانند هزینه، ایمنی، دامنه، زمان و مقیاس را می‌توان با استفاده از یک شبیه‌سازی علمی مرتفع کرد.[۲]

▪ شبیه‌سازی فیزیکی و متقابلویرایش

ـ شبیه‌سازی فیزیکی، به شبیه‌سازی اطلاق می‌شود که در آن اشیای فیزیکی به جای شی حقیقی جایگزین می‌شوند و این اجسام فیزیکی اغلب به این خاطر استفاده می‌شوند که کوچکتر یا ارزان‌تر از شی یا سیستم واقعی هستند.

ـ شبیه‌سازی متقابل که شکل خاصی از شبیه‌سازی فیزیکی است و غالباً به انسان در شبیه‌سازی‌های حلقه‌ای اطلاق می‌شود یعنی شبیه‌سازی‌های فیزیکی که شامل انسان می‌شوند مثل مدل استفاده شده در شبیه‌ساز پرواز.

▪ شبیه‌سازی در آموزشویرایش

شبیه‌سازی اغلب در آموزش پرسنل شهری و نظامی استفاده می‌شود و معمولاً هنگامی رخ می‌دهد که استفاده از تجهیزات در دنیای واقعی از لحاظ هزینه کمرشکن یا بسیار خطرناک است تا بتوان به کارآموزان اجازه استفاده از آن‌ها را داد.

در چنین موقعیت‌هایی کارآموزان وقت خود را با آموزش دروس ارزشمند در یک محیط مجازی «ایمن» می‌گذرانند. غالباً این اطمینان وجود دارد تا اجازه خطا را به کارآموزان در طی آموزش داد تا ارزیابی سیستم ایمنی- بحران صورت گیرد.

شبیه‌سازی‌های آموزشی به‌طور خاص در یکی از چهار گروه زیر قرار می‌گیرند:

ـ شبیه‌سازی زنده (جایی که افراد حقیقی از تجهیزات شبیه‌سازی شده (یا آدمک) در دنیای واقعی استفاده می‌کنند)

ـ شبیه‌سازی مجازی (جایی که افراد حقیقی از تجهیزات شبیه‌سازی شده در دنیای شبیه‌سازی شده (یا محیط مجازی) استفاده می‌کنند) یا ـ شبیه‌سازی ساختاری (جایی که افراد شبیه‌سازی شده از تجهیزات شبیه‌سازی شده در یک محیط شبیه‌سازی شده‌استفاده می‌کنند) شبیه‌سازی ساختاری اغلب به عنوان بازی جنگی نامیده می‌شود زیرا که شباهتهایی با بازی‌های جنگی رومیزی دارد که در آن‌ها بازیکنان، ارتش سربازان و تجهیزات را اطراف یک میز هدایت می‌کنند. ـ شبیه‌سازی ایفای نقش (جایی که افراد حقیقی نقش یک شخصیت با کاری مجازی را بازی می‌کنند)

▪ شبیه‌سازهای پزشکیویرایش

شبیه‌سازهای پزشکی به‌طور فزاینده‌ای در حال توسعه و کاربرد هستند تا روش‌های درمانی و تشخیص و همچنین اصول پزشکی و تصمیم‌گیری به پرسنل بهداشتی آموزش داده شو د. طیف شبیه‌سازها برای آموزش روش‌ها از پایه مثل خونگیری تا جراحی لاپاراسکوپی و مراقبت از بیمار دچار ضربه، وسیع و گسترده‌است. بسیاری از شبیه‌سازهای پزشکی دارای یک کامپیوتر می‌باشند که به یک ماکت پلاستیکی با آناتومی مشابه واقعی متصل است. در سایر آنها، ترسیم‌های کامپیوتری، تمام اجزای قابل رؤیت را به دست می‌دهد و با دستکاری در دستگاه می‌توان جنبه‌های شبیه‌سازی شده کار ر ا تولید کرد. بعضی از این دستگاه‌ها دارای شبیه‌سازهای گرافیکی کامپیوتری برای تصویر برداری هستند مثل اشعه ایکس یا سایر تصاویر پزشکی. بعضی از شبیه‌سازهای بیمار، دارای یک مانکن انسان نما هستند که به داروهای تزریق شده واکنش می‌دهد و می‌توان آن را برای خلق صحنه‌های مشابه اورژانس‌های خطرناک برنامه‌ریزی کرد. بعضی از شبیه‌سازهای پزشکی از طریق شبکه اینترنت قابل گسترش می‌باشند و با استفاده از جستجوگرهای استاندارد شبکه به تغییرات جواب می‌دهند. در حال حاضر، شبیه‌سازی‌ها به موارد غربال گری پایه محدود شده‌اند به نحوی که استفاده‌کنندگان از طریق وسایل امتیازدهی استاندارد با شبیه‌سازی در ارتباط هستند.

▪ شبیه‌سازهای پروازویرایش

یک شبیه‌ساز پرواز برای آموزش خلبانان روی زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این شبیه‌سازی، به خلبان اجازه داده می‌شود تا به هواپیمای شبیه‌سازی شده اش آسیب برساند بدون آن که خود دچار آسیب شود. شبیه‌سازهای پرواز اغلب برای آموزش خلبانان استفاه می‌شوند تا هواپیما را در موقعیت‌های بسیار خطرناک مثل زمین نشستن بدون داشتن موتور یا نقص کامل الکتریکی یا هیدرولیکی هدایت کنند. پیشرفته‌ترین شبیه‌سازها دارای سیستم بصری با کیفیت بالا و سیستم حرکت هیدرولیک هستند. کار با شبیه‌ساز به‌طور معمول نسبت به هواپیمای واقعی ارزان‌تر است.

▪ شبیه‌سازی و بازی‌هاویرایش

بسیاری از بازی‌های ویدئویی نیز شبیه‌ساز هستند که به‌طور ارزان‌تر آماده‌سازی شده‌اند. بعضی اوقات از این‌ها به عنوان بازی‌های شبیه‌سازی (sim) نامبرده می‌شود. چنین بازیهایی جنبه‌های گوناگون واقعی را شبیه‌سازی می‌کنند از اقتصاد گرفته تا وسایل هوانوردی مثل شبیه‌سازهای پرواز.

▪ شبیه‌سازی مهندسیویرایش

شبیه‌سازی یک مشخصه مهم در سیستم‌های مهندسی است. به عنوان مثال در مهندسی برق، از خطوط تأخیری استفاده می‌شود تا تأخیر تشدید شده و شیفت فاز ناشی از خط انتقال واقعی را شبیه‌سازی کنند. مشابهاً، از بارهای ظاهری می‌توان برای شبیه‌سازی مقاومت بدون شبیه‌سازی تشدید استفاده کرد و از این حالت در مواقعی استفاده می‌شود که تشدید ناخواسته باشد. یک شبیه‌ساز ممکن است تنها چند تا از توابع و عملکردهای واحد را شبیه‌سازی کند که در مقابل با عملی است که تقلید نامیده می‌شود.

اغلب شبیه‌سازی‌های مهندسی مستلزم مدل‌سازی ریاضی و بررسی‌های رایانه یار هستند. به هر حال موارد زیادی وجود دارد که مدل‌سازی ریاضی قابل اعتماد نمی‌باشد. شبیه‌سازی مشکلات مکانیک سیالات اغلب مستلزم شبیه‌سازی‌های ریاضی و نیز فیزیکی است. در این موارد، مدل‌های فیزیکی نیاز به شبیه‌سازی دینامیک دارند.

▪ شبیه‌سازی کامپیوتریویرایش

شبیه‌سازی رایانه ای، جزو مفیدی برای مدل‌سازی بسیاری از سیستم‌های طبیعی در فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی و نیز برای سیستم‌های انسانی در اقتصاد و علوم اجتماعی (جامعه‌شناسی محاسباتی) و همچنین در مهندسی برای به دست آوردن بینش نسبت به عمل این سیستم‌ها شده‌است. یک نمونه خوب از سودمندی استفاده از رایانه‌ها در شبیه‌سازی را می‌توان در حیطه شبیه‌سازی ترافیک شبکه یافت. در چنین شبیه‌سازی‌هایی رفتار مدل هر شبیه‌سازی را مطابق با مجموعه پارامترهای اولیه منظور شده برای محیط تغییر خواهد داد. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای اغلب به این منظور به کار گرفته می‌شوند تا انسان از شبیه‌سازی‌های حلقه‌ای در امان باشد.

به‌طور سنتی، مدل برداری رسمی سیستم‌ها از طریق یک مدل ریاضی بوده‌است به نحوی که تلاش در جهت یافتن راه حل تحلیلی برای مشکلات بوده‌است که پیش‌بینی رفتار سیستم را با استفاده از یک سری پارامترها و شرایط اولیه ممکن ساخته‌است. شبیه‌سازی رایانه ای اغلب به عنوان یک ضمیمه یا جانشین برای سیستم‌های مدل‌سازی می‌باشد که در آن‌ها راه حل‌های تحلیلی بسته ساده ممکن نمی‌باشد. انواع مختلفی از شبیه‌سازی رایانه‌ای وجود دارد که وجه مشترک همه آن‌ها در این است که تلاش می‌کند تا یک نمونه از سناریوهای نمایانگر برای یک مدل تولید کنند که در آن امکان محاسبه کامل تمام حالات ممکن مدل که مشکل یا غیرممکن بوده وجود داشته باشد. به‌طور رو به افزونی معمول شده‌است که نام انواع مختلفی از شبیه‌سازی شنیده می‌شود که به عنوان «محیط‌های صناعی» اطلاق می‌شوند. این عنوان اتخاذ شده‌است تا تعریف شبیه‌سازی عملاً به تمام دستاوردهای حاصل از کامپیوتر تعمیم داده شود.

▪ شبیه‌سازی در علم کامپیوترویرایش

در برنامه‌نویسی کامپیوتر، یک شبیه‌ساز اغلب برای اجرای برنامه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که انجام آن برای کامپیوتر با مقداری دشواری همراه است. مثلاً، شبیه‌سازها معمولاً برای رفع عیب یک ریزبرنامه استفاده می‌شوند. از آن جایی که کار کامپیوتر شبیه‌سازی شده‌است، تمام اطلاعات در مورد کار کامپیوتر مستقیماً در دسترس برنامه دهنده است و سرعت و اجرای شبیه‌سازی را می‌توان تغییر داد. شبیه‌سازها همچنین برای تفسیر درخت‌های عیب یا تست کردن طراحی‌های منطقی VLSI قبل از ساخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در علم نظری کامپیوتر، عبارت شبیه‌سازی نشان دهنده یک رابطه بین سیستم‌های انتقال وضعیت است که در مطالعه مفاهیم اجرایی سودمند می‌باشد.

▪ شبیه‌سازی در تعلیم و تربیتویرایش

شبیه‌سازی‌ها در تعلیم و تربیت گاهی مثل شبیه‌سازی‌های آموزشی هستند. آن‌ها روی وظایف خاص متمرکز می‌شوند. در گذشته از ویدئو برای معلمین و دانش آموزان استفاده می‌شده تا مشاهده کنند، مسائل را حل کنند و نقش بازی کنند؛ هرچند یک استفاده جدید تر از شبیه‌سازی‌ها در تعلیم و تربیت شامل فیلم‌های انیمیشن است (ANV). ANVها نوعی فیلم ویدئویی کارتون مانند با داستان‌های تخیلی یا واقعی هستند که برای آموزش و یادگیری کلاس استفاده می‌شوند.ANVها برای ارزیابی آگاهی، مهارت‌های حل مسئله و نظم بچه‌ها و معلمین قبل و حین اشتغال کارایی دارند. شکل دیگری از شبیه‌سازی در سال‌های اخیر با اقبال در آموزش تجارت مواجه شده‌است. شبیه‌سازی‌های تجاری که یک مدل پویا را به کار می‌برند، آزمون استراتژی‌های تجارت را در محیط فاقد خطر مهیا می‌سازند و محیط مساعدی برای بررسی موردی مباحث ارائه می‌دهند.[۳]

پانویسویرایش

  1. مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، شبیه‌سازی، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد
  2. شبیه‌سازی چیست؟ . شباهنگ. 31 فروردین 1399
  3. پارسیان، احمد. مبانی احتمال و آمار برای دانشجویان علوم و مهندسی. اصفهان: مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، چاپ اوّل، پاییز ۱۳۸۴. شابک ‎۹۶۴-۸۴۷۶-۱۵-۲.

منابعویرایش

نظام‌الدین فقیه، مبانی شبیه‌سازی سیستم‌ها[۱]

۹۶۴-۶۸۱۰-۰۶-۳:شابک

  1. Fundamentals of System Simulation