Mô hình hóa & mô phỏng - Giới thiệu
Modellinglà quá trình biểu diễn một mô hình bao gồm cấu tạo và hoạt động của nó. Mô hình này tương tự như một hệ thống thực, giúp nhà phân tích dự đoán ảnh hưởng của những thay đổi đối với hệ thống. Nói cách khác, mô hình hóa là tạo ra một mô hình đại diện cho một hệ thống bao gồm các thuộc tính của chúng. Đó là một hành động xây dựng một mô hình.
Simulationcủa một hệ thống là hoạt động của một mô hình theo thời gian hoặc không gian, giúp phân tích hiệu suất của một hệ thống hiện có hoặc một hệ thống được đề xuất. Nói cách khác, mô phỏng là quá trình sử dụng một mô hình để nghiên cứu hoạt động của một hệ thống. Nó là một hành động sử dụng một mô hình để mô phỏng.
Lịch sử mô phỏng
Các quan điểm lịch sử của mô phỏng như được liệt kê theo trình tự thời gian.
1940 - Một phương pháp có tên 'Monte Carlo' được phát triển bởi các nhà nghiên cứu (John von Neumann, Stanislaw Ulan, Edward Teller, Herman Kahn) và các nhà vật lý làm việc trong một dự án Manhattan để nghiên cứu sự tán xạ neutron.
1960 - Các ngôn ngữ mô phỏng mục đích đặc biệt đầu tiên được phát triển, chẳng hạn như SIMSCRIPT của Harry Markowitz tại RAND Corporation.
1970 - Trong thời kỳ này, nghiên cứu được bắt đầu trên cơ sở toán học của mô phỏng.
1980 - Trong thời kỳ này, phần mềm mô phỏng dựa trên PC, giao diện người dùng đồ họa và lập trình hướng đối tượng đã được phát triển.
1990 - Trong thời kỳ này, mô phỏng dựa trên web, đồ họa hoạt hình lạ mắt, tối ưu hóa dựa trên mô phỏng, phương pháp Markov-chain Monte Carlo đã được phát triển.
Phát triển mô hình mô phỏng
Mô hình mô phỏng bao gồm các thành phần sau: các thực thể hệ thống, các biến đầu vào, các thước đo hiệu suất và các mối quan hệ chức năng. Sau đây là các bước để phát triển một mô hình mô phỏng.
Step 1 - Xác định vấn đề với một hệ thống hiện có hoặc đặt ra các yêu cầu của một hệ thống được đề xuất.
Step 2 - Thiết kế vấn đề trong khi quan tâm đến các yếu tố và hạn chế hiện có của hệ thống.
Step 3 - Thu thập và bắt đầu xử lý dữ liệu hệ thống, quan sát hiệu suất và kết quả của nó.
Step 4 - Phát triển mô hình bằng cách sử dụng sơ đồ mạng và xác minh nó bằng các kỹ thuật xác minh khác nhau.
Step 5 - Xác thực mô hình bằng cách so sánh hiệu suất của nó trong các điều kiện khác nhau với hệ thống thực.
Step 6 - Tạo một tài liệu về mô hình để sử dụng trong tương lai, bao gồm các mục tiêu, giả định, các biến đầu vào và hiệu suất một cách chi tiết.
Step 7 - Lựa chọn thiết kế thí nghiệm phù hợp theo yêu cầu.
Step 8 - Nêu điều kiện thí nghiệm trên mô hình và quan sát kết quả.
Thực hiện phân tích mô phỏng
Sau đây là các bước để thực hiện phân tích mô phỏng.
Step 1 - Lập bản thuyết minh vấn đề.
Step 2- Chọn các biến đầu vào và tạo các thực thể cho quá trình mô phỏng. Có hai loại biến - biến quyết định và biến không kiểm soát. Các biến quyết định được kiểm soát bởi lập trình viên, trong khi các biến không kiểm soát được là các biến ngẫu nhiên.
Step 3 - Tạo ràng buộc đối với các biến quyết định bằng cách gán nó vào quá trình mô phỏng.
Step 4 - Xác định các biến đầu ra.
Step 5 - Thu thập dữ liệu từ hệ thống ngoài đời thực để đưa vào mô phỏng.
Step 6 - Xây dựng lưu đồ thể hiện tiến trình của quá trình mô phỏng.
Step 7 - Chọn một phần mềm mô phỏng thích hợp để chạy mô hình.
Step 8 - Xác minh mô hình mô phỏng bằng cách so sánh kết quả của nó với hệ thống thời gian thực.
Step 9 - Thực hiện một thí nghiệm trên mô hình bằng cách thay đổi các giá trị biến để tìm ra giải pháp tốt nhất.
Step 10 - Cuối cùng, áp dụng các kết quả này vào hệ thống thời gian thực.
Mô hình hóa & mô phỏng ─ Ưu điểm
Sau đây là những ưu điểm của việc sử dụng Mô hình hóa và Mô phỏng -
Easy to understand - Cho phép hiểu cách hệ thống thực sự hoạt động mà không cần làm việc trên hệ thống thời gian thực.
Easy to test - Cho phép thực hiện các thay đổi trong hệ thống và ảnh hưởng của chúng đến đầu ra mà không cần làm việc trên hệ thống thời gian thực.
Easy to upgrade - Cho phép xác định các yêu cầu hệ thống bằng cách áp dụng các cấu hình khác nhau.
Easy to identifying constraints - Cho phép thực hiện phân tích điểm nghẽn gây ra sự chậm trễ trong quá trình làm việc, thông tin, v.v.
Easy to diagnose problems- Một số hệ thống rất phức tạp nên không dễ dàng hiểu được tương tác của chúng tại một thời điểm. Tuy nhiên, Mô hình hóa & Mô phỏng cho phép hiểu tất cả các tương tác và phân tích tác dụng của chúng. Ngoài ra, các chính sách, hoạt động và thủ tục mới có thể được khám phá mà không ảnh hưởng đến hệ thống thực.
Mô hình hóa & mô phỏng ─ Nhược điểm
Sau đây là những nhược điểm của việc sử dụng Mô hình hóa và Mô phỏng -
Thiết kế một mô hình là một nghệ thuật đòi hỏi kiến thức lĩnh vực, đào tạo và kinh nghiệm.
Các hoạt động được thực hiện trên hệ thống bằng cách sử dụng số ngẫu nhiên, do đó khó dự đoán kết quả.
Mô phỏng đòi hỏi nhân lực và nó là một quá trình tốn thời gian.
Kết quả mô phỏng rất khó dịch. Nó đòi hỏi các chuyên gia phải hiểu.
Quá trình mô phỏng là tốn kém.
Mô hình hóa & mô phỏng ─ Khu vực ứng dụng
Mô hình hóa & mô phỏng có thể được áp dụng cho các lĩnh vực sau - Ứng dụng quân sự, đào tạo & hỗ trợ, thiết kế chất bán dẫn, viễn thông, thiết kế & thuyết trình công trình dân dụng và các mô hình kinh doanh điện tử.
Ngoài ra, nó được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc bên trong của một hệ thống phức tạp như hệ thống sinh học. Nó được sử dụng trong khi tối ưu hóa thiết kế hệ thống như thuật toán định tuyến, dây chuyền lắp ráp, v.v. Nó được sử dụng để kiểm tra các thiết kế và chính sách mới. Nó được sử dụng để xác minh các giải pháp phân tích.