مباني شبيه سازي

شبيه سازي برج تقطير

انسان براي رفع نيازهاي خويش سيستم هاي متنوعي اعم از توليدي و خدماتي را بوجود آورده است. اين سيستم ها در طول زمان رشد و توسعه يافته اند و به نوبة خود مسائل و مشكلات مـختلفي را هم ايجاد نموده اند. از طرف ديگر پيچيدگيهاي اين سيستم ها، فرآيند تصميم گيري هدايت و كـنترل را براي افراد مسئول، بسيار حساس و مشكل ساخته است. لذا براي حل مسائل و مشكلات و در نهايت كمك به مسئولان به منظورشناخت و بهبود عملكرد و تصميم گيري در مورد سيستم ها،  روشها و تكنيكهاي متفاوتي بوجود آمده اند. يكي از روشهائي كه براي شناخت وضع موجود و بهبود عملكرد سيتم ها بوجود آمده، شبيه سازي است. شبيه سازي يكي از مفيدترين و پرقدرترين ابزارهاي تحليل عملكرد فرآيندهاي پيچيدة سيستم هاست. مدلسازي از طريق شبيه- سازي تا حد زيادي به علوم كامپيوتر، رياضيات، احتمالات و آمار متكي است. چون شبيه سازي نوعي مدلسازي سيستم اسـت لذا در بخش نخست سيستم ها و سپس مدلها و در نهايت شبيه- سازي را موردبحث قرار خواهيم داد.

1-1      سيستم ها

2-1       مدلها

معمولاً نوع بررسي سيستم، مدل و ميزان اطلاعات قرار داده شده در آنرا تعين مي كند. لـذا ممكن است بررسي هاي متفاوت، مدل هاي متفاوتي از يك سيستم را لازم داشته باشد. در موقع مدلسازي دو سؤال مطرح مي گردد:

        ·  در كداميك و به چه اندازه خصوصيات و جزئيات سيستم بايد وجود داشته باشد؟

        ·  ميزان شباهت مدل به سيستم واقعي چقدر است؟

مسلماً هرچه جزئيات بيشتر از سيستم در مدل گنجانده شود شباهت زيادتري به سيستم واقعي پيدا نموده و رفتار آنرا بهتر نمايش مي دهد. از طرف ديگر، وجود جزئيات بيشتر در مدل سبب مشكل تر نمودن مطالعه و رسيدن به نتيجه مي گردد. اغلب افزودن جزئيات بيش از حد به يك مدل باعث تغير روش بررسي شده و كليت بحث از دست مي رود.

بهرحال، در مدلسازي معياري براي قابل قبول بودن شمول جزئيات يك مدل قبل از بكارگيري نتايج در واقعيت وجود ندارد. بنابراين تعادل بايد بگونه اي باشد كه اولاً بوسيلة تكنيكها و وسايل موجود، بررسي مدل امكان پذير بوده و ثانياً نتايج بررسي منطبق يا نزديك به واقعيت باشد.

3-1      شبيه سازي

همانطور كه ذكر شد يكي از روشهاي تجزيه و تحليل سيستم ها، شبيه سازي است. اين كه مفهوم دقـيق شبيه سازي چيست و جه موقع از آن استفاده مي شود و داراي چه كاربردهايي است و چه مزايا و معايبي دارد و داراي چه فرايندي است بحث هايي هستند كه در اين بخش به آنها خواهيم پرداخت.

بر خلاف بسياري از علوم فني كه مي توانند بر حسب رشته اي كه منشاء آنها است رده بندي شوند ( مـانند فيزيـك يـا شيـمي ) شبيه سازي در تمام رشته ها قابل استفاده است. انگيزة اصلي شبيه- سازي، ريشه در برنامه هاي فضايي دارد. امّا حتي يك بررسي غير رسمي نوشته هاي مربوط به شبيه سازي، مي تواند زمينه وسيع كاربردهاي فعلي آنرا نشان دهد.

مباني شبيه سازي                                                                                                                                                                     4

تعريف شبيـه سازي

از شبيه سازي تعاريف زيادي ارائه شده است امّا جامعترين و كاملترين تعريف را شانون ارائه داده است. شانون شبيه سازي را چنين تعريف مي كند:

« شبيه سازي عبارتست از فرآيند طراحي مدلي از سيستم واقعي و انجام آزمايشهاي با اين مدل است كه با هدف پي بردن به رفتار سيستم، يا ارزيابي استراتژيهاي گوناگون براي عمليات سيـسـتم صورت مي گيرد.»

بنابراين در مي يابيم كه فرآيند شبيه سازي، هم شامل ساختن مـدل و هم شـامل استفاده تحليلي از آن براي مطالعة يك مسئله است.

چه موقع از شبيه سازي استفاده مي كنيم؟

مسئله يا مسائل موردنظر در بررسي يك سيستم اغلب روش بررسي و حل آنرا تعين مي كنند. روشهاي تحليل رياضي هرجا كه ممكن باشد، مطلوب ترين و دقيق ترين روشها براي مطالعة سيستم ها مي باشند، زيرا اين روشها معمولاً با كمترين كوشش، جوابها يا نتايجي را توليد مـي- كنند كه براي مقادير مختلف پارامترهاي مدل قابل محاسبه بوده و ميزان دقت آنها صددرصد مي باشد. امًا جائيكه روشهاي تحليلي، بعلت پيچيدگي مدلها يا نياز به توليد واقعـي تر رفتار سيستم غير عملي است، روشهاي مطالعه سيستم از طريق شبيه سازي مطرح مي گردد. شبيه سازي به عنوان آزمايش كردن با مدل يك سيستم واقعي تعريف مي شود. آزمايش كـردن روي سيستم واقعي، مشكلات زيادي را كه در تطبيق دادن مناسب مـدل بـا شرايطـي واقعي وجـود دارد از بين مي برد. شانون در كتاب خود به نقل از بريش معايب آزمايش مستقيم را چنين بيان مي كند:

       ×مي توانند عمليات سازمان را مختل كنند.

       × ممكن است يكسان نگه داشتن شرايط عمل براي هربار تكرار يا اجراي آزمايش بسيار      مشكل باشد.

       × بدست آوردن حجم نمونه اي يكسان ممكن است به زمان و هزينة زيادي نياز داشته باشد.

       ×ممكن است كه آزمايش كردن در جهان واقعي امكان كاوش بسياري از گزينه ها را نداشته باشد.

مباني شبيه سازي                                                                                                                                                                    5

انواع شبيه سازي

فرم هاي مختلفي از شبيه سازي وجود دارد كه اينجا برخي از آنها را يادآور مي شويم: