المحاكاة هي عبارة عن تقليد للعمليات أو أنظمة العالم الحقيقي باستخدام النماذج، لكن ما هي مزاياها؟ كيف تعمل, وما هي تطبيقاتها العملية؟
المحتويات:
1. ما هي المحاكاة؟
المحاكاة Simulation هي نموذج يحاكي تشغيل نظام موجود أو مقترح، وهي تقدم دليلاً على اتخاذ القرار من خلال القدرة على اختبار سيناريوهات مختلفة أو تغييرات عملية. يمكن أن يقترن ذلك بتقنيات الواقع الافتراضي Vartual Reality للحصول على تجربة غامرة أكثر.
كما يمكن استخدام المحاكاة لضبط الأداء وتحسين العمليات وتحسين السلامة واختبار النظريات وتدريب الموظفين وحتى للترفيه في ألعاب الفيديو! تسمح أنظمة النمذجة العلمية للمستخدم باكتساب نظرة ثاقبة لتأثيرات الظروف المختلفة ومسارات العمل.
يمكن أيضاً استخدامها عندما يتعذر الوصول إلى النظام الحقيقي أو يكون من الخطورة تقييمه أو عندما يكون النظام لا يزال في مراحل التصميم أو النظرية. مفتاح أي عملية هو المعلومات المستخدمة لبناء النموذج الذي ستتم محاكاته وبروتوكولات التحقق والتحقق من صحة النماذج التي لا تزال قيد البحث والتنقيح، لا سيما فيما يتعلق بمحاكاة الحاسوب.
2. كيف تعمل المحاكاة؟
تعمل المحاكاة من خلال استخدام برنامج محاكي بديهي لإنشاء نموذج مرئي لعملية ما. يجب أن تتضمن هذه العملية المرئية تفاصيل عن التوقيتات والقواعد والموارد والقيود، وذلك لتتمكن من عكس عملية العالم الحقيقي بدقة، ويمكن تطبيق ذلك على مجموعة من السيناريوهات، على سبيل المثال، يمكنك نمذجة سوبر ماركت ومحاكاة السلوكيات المحتملة للعملاء مثل التحرك في أرجاء المحل عندما يصبح أكثر ازدحاماً. يمكن أن يساعد هذا الأمر في اتخاذ القرارات، بما في ذلك متطلبات التوظيف وتخطيط أرضية المتجر واحتياجات سلسلة التوريد.
من الأمثلة الأخرى هي بيئة التصنيع، حيث يمكن أن نحاكي أجزاء مختلفة من خط الإنتاج لتقييم كيفية تفاعل عملياتها مع تلك الخاصة بالأجهزة الأخرى. يمكن أن يوفر هذا الأمر نظرة عامة على كيفية أداء النظام بأكمله من أجل ابتكار طرق مبتكرة لتحسين الأداء.
تستخدم المحاكاة لتقييم تأثير تغييرات العملية والإجراءات الجديدة والاستثمار الرأسمالي في المعدات. يمكن للمهندسين استخدامها لتقييم أداء نظام موجود أو التنبؤ بأداء نظام مخطط، ومقارنة الحلول والتصاميم البديلة. كما تستخدم كبديل لاختبار النظريات والتغييرات في العالم الحقيقي، والتي قد تكون مكلفة.
كما يمكن أن تقيس العوامل بما في ذلك أوقات دورات النظام والإنتاجية تحت الأحمال المختلفة واستخدام الموارد والاختناقات ونقاط الاختناق واحتياجات التخزين ومتطلبات التوظيف وفعالية الجدولة وأنظمة التحكم.
إقرأ أيضاً… ما هو إنترنت الأشياء Internet of Things (IoT)؟ كيف يعمل وما هي فوائده ؟
3. مزايا استخدام المحاكاة.
هناك مجموعة من المزايا التي يمكن اكتسابها من خلال استخدام المحاكاة، بما في ذلك:
أ. مخاطر مالية أقل.
المحاكاة أقل تكلفة من التجارب الواقعية. يمكن أن تشمل التكاليف المحتملة لاختبار نظريات أنظمة العالم الحقيقي تلك المرتبطة بالتغيير إلى عملية غير مختبرة أو تعيين موظفين أو حتى شراء معدات جديدة. فهي تسمح لك باختبار النظريات وتجنب الأخطاء المكلفة في الحياة الواقعية.
ب. الفحص المتكرر.
تسمح لك المحاكاة باختبار نظريات وابتكارات مختلفة مرة تلو الأخرى مقابل نفس الظروف بالضبط. هذا يعني أنه يمكنك اختبار ومقارنة الأفكار المختلفة بدقة دون انحراف لأكثر من مرة.
ج. فحص الآثار طويلة المدى.
يمكن إنشاء محاكاة للسماح لك برؤية المستقبل من خلال النمذجة الدقيقة لتأثير سنوات من الاستخدام في بضع ثوانٍ فقط. يتيح لك ذلك رؤية التأثيرات قصيرة وطويلة المدى بحيث يمكنك بثقة اتخاذ قرارات استثمارية مدروسة الآن يمكن أن توفر فوائد لسنوات في المستقبل.
د. اكتساب رؤى لتحسين العملية.
لا تتحقق فوائدها فقط في نهاية المشروع. يمكن دمج التحسينات خلال العملية بأكملها عن طريق اختبار نظريات مختلفة.
هـ. تقييم الأحداث العشوائية.
يمكن أيضاً استخدامها لتقييم الأحداث العشوائية مثل غياب الموظفين غير المتوقع أو حدوث مشكلات في سلسلة التوريد.
و. اختبار التوزيعات غير القياسية.
يمكن أن تأخذ المحاكاة في الاعتبار التوزيعات المتغيرة وغير القياسية، بدلاً من الاضطرار إلى تكرار المعطيات المحددة فقط. على سبيل المثال، عند محاكاة سوبر ماركت، يمكنك إدخال أنواع مختلفة من العملاء الذين سينتقلون عبر المتجر بسرعات مختلفة. سيدة الأعمال الشابة التي تحصل على المعلبات ستنتقل عبر المتجر بشكل مختلف عن الزوجين المسنين أو الأم التي تقوم بالتسوق الأسبوعي مع طفلين. من خلال أخذ مثل هذه المعطيات المتغيرة في الاعتبار، يمكن للمحاكاة أن تحاكي العالم الحقيقي بشكل أكثر دقة.
ز. يشجع التفكير المتعمق.
حتى عملية تصميم محاكاة وتحديد المعلمات المختلفة يمكن أن تقدم حلولاً. وذلك من خلال التفكير المتعمق في عملية أو إجراء، من الممكن التوصل إلى حلول أو ابتكارات دون استخدام المحاكاة النهائية.
ح. تحسين عملية الشراء.
يمكن أن تساعد المحاكاة المرئية أيضًا في تحسين الشراء من الشركاء والمنتسبين وأصحاب العمل. يمكنك عرض نتائج أي تغييرات في العملية بصريًا وكيف تم تحقيقها ، وتحسين المشاركة مع الأطراف المهتمة أو حتى تمكين عرض مبيعات قائم على المحاكاة.
4. محددات استخدام المحاكاة.
على الرغم من وجود العديد من المزايا لاستخدامها، لا تزال هناك بعض القيود عند مقارنتها بالتقنيات المماثلة الأخرى، مثل التوأم الرقمي. يتوسع التوأم الرقمي في المحاكاة لدمج ردود الفعل في الوقت الفعلي وتدفق المعلومات بين المحاكاة الافتراضية وأصل أو أصول حقيقية. الفرق هو أنه في حين أنها نظرية، فإن التوأم الرقمي حقيقي. نتيجة لهذا، فإنه يوجد لها قيود عندما يتعلق الأمر بتقييم مواقف العالم الحقيقي الفعلية عند حدوثها.
5. أنواع المحاكاة.
يمكن تقسيم المحاكاة إلى ثلاثة أنواع شاملة، على النحو التالي:
- الأحداث المنفصلة. وهي نمذجة النظام أثناء تقدمه عبر الزمن، على سبيل المثال؛ عمليات المصنع (الختم، الخراطة، الطحن) أو تحليل حركة المرور (الطرق والشبكات وقوائم الانتظار).
- ديناميكية. وهي نمذجة النظام أثناء تقدمه عبر المكان، على سبيل المثال؛ حركيات الآلة وبيئة العمل البشرية واختبار الديناميكا الهوائية والنماذج الافتراضية.
- العملية. وهي نمذجة التفاعلات الفيزيائية بين نظامين أو أكثر، على سبيل المثال؛ نمذجة المنتج أثناء الخدمة ونمذجة المنتجات في التصنيع والتنبؤ بالطقس.
ما الذي يمكن محاكاته؟
يمكن محاكاة أي نظام أو عملية بها تدفق للأحداث. كقاعدة عامة، إذا كان بإمكانك رسم مخطط انسيابي للعملية، فيمكنك محاكاتها. ومع ذلك، تكون هذه العملية أكثر فاعلية عند تطبيقها على العمليات أو المعدات التي تتغير بمرور الوقت، وتمتلك عوامل متغيرة أو مدخلات عشوائية.
على سبيل المثال، يحتوي السوبر ماركت الخاص الذي ذكرناه سابقاً على عوامل متغيرة وعشوائية بسبب أوقات استخدام العملاء والمتطلبات والمخزون. يمكن أن يوفر استخدام المحاكاة لنمذجة الأنظمة الديناميكية المعقدة والمتغيرة رؤى يصعب اكتسابها باستخدام طرق أخرى.
إقرأ أيضاً… ما هو الواقع الافتراضي Virtual Reality (VR)؟ الاستخدامات والمستقبل.
6. أمثلة تطبيقية.
هناك العديد من الأمثلة على المحاكاة في مجال الصناعة والترفيه والتعليم وغير ذلك. فيما يلي بعض الأمثلة البارزة:
- السيارات.
تسمح المحاكاة بتكرار خصائص السيارة الحقيقية في بيئة افتراضية، بحيث يشعر السائق وكأنه يجلس في سيارة حقيقية. كما يمكن أن تحاكي سيناريوهات مختلفة بحيث يتمتع السائق بتجربة غامرة بالكامل. يمكن أن يساعد هذا النوع من الأجهزة في تدريب السائقين الجدد وذوي الخبرة، مما يوفر طريقة لتعليم مهارات القيادة بحيث يمكنها أن تقلل من تكاليف الصيانة والوقود وتضمن سلامة السائقين أنفسهم.
- الميكانيكا الحيوية.
يمكن تطبيق المحاكاة على الميكانيكا الحيوية لإنشاء نماذج من الهياكل التشريحية للإنسان أو الحيوان من أجل دراسة وظيفتها وتصميم العلاجات والأجهزة الطبية. يمكن أيضاً استخدامها الميكانيكا الحيوية لدراسة الأداء الرياضي والإجراءات الجراحية وتقييم أحمال المفاصل. مثال إضافي هو المحاكي الميكانيكي العصبي الذي يحاكي الشبكة العصبية مع الميكانيكا الحيوية لاختبار الفرضيات في بيئة افتراضية.
- تخطيط المدن والعمران.
يمكن استخدامها لتصميم مدن وبيئات حضرية جديدة وكذلك لاختبار كيفية تطور المناطق الحضرية القائمة نتيجة لقرارات السياسة. وهذا يشمل البنية التحتية للمدينة وتدفق حركة المرور من بين النماذج المحتملة الأخرى.
- تصميم دورة الحياة الرقمية.
يمكن أن تساعد أيضاً في تصميم المنتج، مما يسمح بالنماذج الرقمية والاختبار لإنشاء منتجات ذات أداء أفضل مع وقت أقصر للتسويق ، مع تقييم دورة حياة المنتج النهائي أيضاً.
إقرأ أيضاً… ما هي أهم اتجاهات التكنولوجيا والذكاء الاصطناعي؟
- الاستعداد للكوارث.
يمكن أن تكرر المحاكاة حالات الطوارئ للمساعدة في التأهب للكوارث، وهذا يشمل التدريب وتصميم الاستجابات لأحداث مثل الكوارث الطبيعية أو الأوبئة أو الهجمات الإرهابية. يمكن تتبع الردود وتقييمها من خلال محاكاتها، وتسليط الضوء على المشاكل المحتملة والمجالات التي قد تتطلب المزيد من التدريب للمستجيبين، وكذلك ضمان ارتكاب أي أخطاء في بيئة آمنة قبل أي حدث حقيقي في الحياة.
- الاقتصاد والتمويل.
يستفيد الاقتصاد والاقتصاد الكلي والتمويل أيضاً من هذه العمليات. يمكن اختبار النموذج الرياضي للاقتصاد. على سبيل المثال، باستخدام البيانات التاريخية كبديل للاقتصاد الفعلي. يمكن استخدام هذا لتقييم التضخم والبطالة والميزان التجاري والميزانيات. وفي أماكن أخرى، يمكن استخدامها في البورصة أو استخدامها لاختبار النماذج المالية. تستخدم البنوك أيضاً هذه العمليات لتكرار أنظمة الدفع وتسوية الأوراق المالية.
- محاكاة الطيران.
تم استخدام أجهزة محاكاة الطيران لسنوات لتدريب الطيارين الجدد في بيئة آمنة. لا يسمح هذا فقط بتقييم الطيارين بأمان، ولكن يمكنه أيضاً اختبار أعطال الأجهزة وغيرها من المشكلات دون المخاطرة بالطيار أو المدرب أو الطائرة. يمكنك أيضاً بسهولة تكرار نفس السيناريوهات بالضبط، مثل الاقتراب من المدرج للهبوط في ظل ظروف مختلفة، ناهيك عن توفير الوقود والتكاليف الأخرى مقارنة بوقت الطيران الفعلي.
- التطبيقات العسكرية.
يشار إليها أحيانًا باسم “الألعاب الحربية” ، ويمكن استخدامها في التطبيقات العسكرية لاختبار الخطط العسكرية في بيئة افتراضية باستخدام نماذج الكمبيوتر. يمكن أن تتضمن أيضاً عوامل اجتماعية وسياسية وتستخدمها الحكومات والمنظمات العسكرية في جميع أنحاء العالم.
- الجو والتنبؤ بالطقس.
يستخدم التنبؤ بالطقس عمليات تحاكي الجو بناءً على البيانات السابقة، وذلك للتنبؤ بالظروف الجوية القاسية مثل الأعاصير أو الفياضانات.