استراتيجية النمذجة والمحاكاة
تعتبر النمذجة والمحاكاة هي عمل نموذج مصغر على مجموعة من البرامج الهندسية يشبه الواقع الحقيقي على الطبيعة فيمكن من خلال هذا النموذج إقامة التجارب والتحليل كما يمكن أيضا اختبار عمل النموذج قبل إنشائه على أرض الواقع لمعرفة ما إذا كان يصلح أم يحتاج بعض التعديلات فهو يحاكي النظام في التشغيل نسبة للمكان والزمان وله الكثير من المجالات التي تعمل على هذه الإستراتيجية مثل الهندسة الكيميائية، الهندسة المعمارية، الهندسة الميكانيكية والكثير من المجالات الأخرى.
تعريف النمذجة
النمذجة هي مصطلح يأتي من كلمة نموذج، ويشير إلى عملية تصميم نموذج على البرامج الهندسية يحاكي الواقع في الزمان والمكان والمقاييس الأساسية للإنشاء، وذلك لتمكين إجراء التجارب والاختبارات، حيث يتم تصميم النموذج بنفس خصائص المبنى أو المنتج الأصلي، ولكن بشكل مصغر يسهل التعامل معه ويقلل من المخاطر والخسائر التي قد تحدث عند التعامل مع النموذج الحقيقي.
تعريف المحاكاة
يعد تشغيل النموذج وإجراء التحليلات اللازمة بمراعاة الزمان والمكان بداية للمحاكاة، حيث تعد المحاكاة دراسة واقعية لأداء النظام وتحديد ما إذا كان سيتم استخدامه بالفعل أم لا وما إذا كان يحتاج إلى التعديل.
التعلم بالنمذجة
توجد العديد من الخطوات التي يجب على المهندس اتباعها قبل البدء في التصميم أو تعلم النمذجة، ويجب اتباع هذه الخطوات بالترتيب، ويتضمن ذلك مصنعا موجودا بالفعل
- يتعين تحديد المشكلة الموجودة في الواقع والتي يجب حلها أو التعديلات المطلوبة التي يجب تطويرها.
- تصميم المشكلة مع مراعاة القيود.
- جمع البيانات حول المشكلة المراد حلها مع مراقبة النتائج.
- يتم التحقق من مخططات الشبكة والعمل على تطوير النموذج باستخدام أساليب مختلفة.
- يتم التأكد من صحة عمل النموذج من خلال مقارنة أدائه في ظروف مختلفة مع الحقيقة.
- يجب إنشاء مستند يحتوي على جميع بيانات ومعلومات النموذج والاحتفاظ به حتى الحاجة إليه في المستقبل، حيث يضم المستند الأهداف وجميع المتغيرات في الأداء وكل ما تم التوصل إليه حديثًا.
- يتعين اختيار التصميم الملائم الذي سيتم تجربته بناءً على جميع البيانات والمعلومات المتاحة لديك.
- يُجرى الاختبار على النموذج الذي تم اختياره وتدوين النتائج التي تم الحصول عليها.
استراتيجية تحليل المحاكاة
يوجد الكثير من الخطوات لتتم عملية تحليل المحاكاة منها:
- إعداد بيان المشكلة.
- يتعين عليك اختيار متغيرات الإدخال وتحديد متغيرات القرار والمتغيرات الأخرى التي لا يمكن التحكم بها مباشرة، وتعد هذه المتغيرات عشوائية حيث يمكن التحكم بها عن طريق متغيرات أخرى أو لا يمكن التحكم بها على الإطلاق، ولذلك يتم التعامل مع متغيرات أخرى.
- تُنشئ القيود على القرارات والمتغيرات المتعلقة بها عن طريق تعريف هذه المتغيرات وتخصيصها للمحاكاة.
- قم بتخصيص متغيرات الإخراج.
- يتم جمع البيانات من النموذج الحقيقي الموجود في الواقع لاستخدامها في المحاكاة.
- أعد تصميم مخطط تدفق يعطي صورة كاملة عن التقدم الذي تم إحرازه في عملك بالمحاكاة.
- يجب اختيار برنامج مناسب للاستخدام في عملية المحاكاة، مثل برنامج الماتلاب الذي يستخدمه معظم المهندسين لتشغيل النموذج.
- يجب مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع النتائج المتوقعة من النظام المثبت، وإذا تم العثور على أي خطأ في العملية يجب إصلاحه.
- للحصول على أفضل النتائج والحلول، يجب تغيير الأرقام التي تم تعيينها للحصول على مجموعة واسعة من النتائج.
- إذا تأكدت من أن النموذج يعمل بشكل صحيح، فيجب تطبيقه على النظام الفعلي على الفور.
مميزات استراتيجية النمذجة والمحاكاة
- يعتبر الموديل في العلوم أمرًا سهلا الفهم عندما تراه بكامله أمامك، لأنه يمكنك رؤية كيفية عمله في الواقع من منظور شامل.
- يُسهل هذا النموذج عليك إجراء الاختبارات والتجارب والتحقق من النتائج، وكيف تتأثر إذا قمت بإجراء بعض التغييرات عليه.
- يمكن تطوير النموذج الفعلي دون إجراء أي تغييرات عليه، ببساطة عبر تعديل النموذج بجميع التجارب التي تريدها وتطبيق أفضل حل وجدته على النموذج الفعلي.
- يمكنك تحديد القيود التي يعمل بها النموذج الفعلي وتجربتها على النموذج الاصطناعي الذي تم إنشاؤه، ويمكنك ملاحظة مدى تأثير تلك القيود على الأداء العام للنموذج.
- يتيح لك تحديد المشكلات التي يمكن أن تواجهها في النموذج الفعلي، وإيجاد حلول لها، وتجربتها دون إحداث أي ضرر للنموذج الفعلي الذي قد يؤدي إلى مشاكل أكبر.
عيوب استراتيجية النمذجة والمحاكاة
- إن إنشاء نموذج يحاكي الواقع ويخلو من الأخطاء يتطلب الكثير من الخبرة والتدريب في المجال الذي يتم فيه التصميم، ولا يمكن لمبتدئ في المجال تصميم نموذج كهذا دون أخطاء.
- يصعب الوصول إلى الرقم الذي يتم به البدء في عمل النموذج، لذلك يحتاج المرء إلى مزيد من الخبرة لتسريع التنبؤ بالأرقام والنتائج التي سيتم الوصول إليها.
- إذا قمنا بإنشاء نموذج جديد من البداية، فسوف يتطلب عملية النمذجة والمحاكاة وقتًا طويلاً، وسنحتاج إلى عقول واضحة وقوة بشرية ووقت طويل للعمل.
- من الصعب جدًا ترجمة النتائج التي ستحصل عليها بعد تجربة النموذج، وبالتالي يحتاج الأمر إلى خبراء في الترجمة.
- إن إنشاء التجارب وتغيير الأرقام بشكل متكرر للحصول على أفضل النتائج يعد أمرًا مكلفًا جدًا، حيث يتطلب الكثير من المال، ومن الممكن في النهاية عدم الوصول إلى حلول مفيدة.
التحقق من صحة النموذج
- تُعَدُّ خطوة التحقُّق خطوةً مهمةً جدًّا بعد إنشاء النموذج، حيث يتم التحقُّق من صحَّة النموذج بناءً على نموذج مقام مسبقًا أو عن طريق نموذج حقيقي على أرض الواقع، فتُعَدُّ هاتان الخطوتان من أساسيات صحَّة النموذج المقام.
- يعد التحقق من النتائج من بين الخطوات الأساسية، حيث يتم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بنتائج متوقعة من نموذج حقيقي. يجب أن تكون هذه المقارنة دقيقة للغاية، لأنه إذا لم تتمكن من اكتشاف الأخطاء الموجودة وقمت بتنفيذ النموذج، ستحدث العديد من الأخطاء والمشكلات.
- هناك العديد من الطرق للتحقق من صحة النموذج، وتشمل هذه التقنيات
- يتم استخدام برامج فرعية لتصحيح محاكاة الكمبيوتر عن طريق مهارات البرمجة في الكتابة.
- يتم التدقيق في النصوص من قبل أكثر من شخص باستخدام إرشادات تنظيمية للقراءة.
- يتم تتبع النتائج ورصدها ومقارنتها بدقة مع نتائج أخرى.
- يتعين تتبع المدخلات والتأكد من صحتها عندما تصبح مخرجات.
- قارني النتائج التي تم تحليلها من قبلك مع نتائج واقعية أخرى.
تقنيات التحقق
- يجب تصميم النموذج في البداية ومناقشته مع خبراء في نفس المجال، ويجب أن يكون النموذج تفاعليًا مع الشخص الذي سيستخدمه طوال فترة التجارب، ويجب أن يشرف على النموذج خبراء في النظام أو نظام مماثل له.
- اختبار البيانات التي تم جمعها وفحص جودتها وتحليلها، ثم متابعة تأثير التغييرات عليها عند إدخال عدد كبير من المتغيرات.
- يتم تحديد مخرجات النموذج المحاكي عن طريق تحديد مخرجات النظام الفعلي المشابه للنموذج، ويجب أن تكون هذه العملية مقاربة للنموذج.
- تتم المقارنة باستخدام اختبارات تقوم بعرض البيانات بشكل منظم، وتُعد هذه الاختبارات مهمة حيث يقوم الخبراء في المجال بشرحها فقط للحصول على أفضل النتائج.
- يتم استخدام الإحصائيات والمقارنة لمقارنة المخرجات التي تم الحصول عليها باستخدام الطريقة الإحصائية مع المخرجات التي تم الحصول عليها باستخدام النموذج.
- بعد الانتهاء من التجارب والحصول على النتائج، يتم مقارنة البيانات التي تم استخدامها في النموذج مع البيانات الحقيقية، وإذا تم الحصول على نفس النتائج أو نتائج مشابهة، فإن النموذج يمكن استخدامه.
تطبيقات استراتيجية النمذجة والمحاكاة
- تشمل المجالات العسكرية التدريبات والحصول على الدعم.
- تستخدم المجالات الهندسية في تصميم المواقع والمصانع وإنشاء العروض التقديمية، وكذلك في تطوير وتطوير الإلكترونيات.
- في دراسة التركيبات الداخلية البيولوجية والهياكل الداخلية للأنظمة المعقدة داخل الكائنات الحية، تلعب الأحياء والطب دورًا مهمًا.
- التصميمات الجديدة تستخدم تقنيات مثل تصميمات الخوارزميات وخطوط التجميع.
تعد استراتيجية النمذجة والمحاكاة أمرًا حيويًا في مجال التصميم الهندسي والعديد من التصاميم الأخرى. يجب التحقق من النموذج المنشأ والتدقيق في النتائج بدقة بإشراف خبراء في المجال للحصول على نتائج أكثر دقة وتفادي الخسائر