كلمات كليدي : شبيه سازي، مدل، سيستم، اطلاعات، تصميم گيري
نویسنده : محمد محمدي , هادي بغدادي
کلمه Simulation بهمعنی «عمل نائل شدن به اصل چیزی بدون واقعیت»[1] و «نمایش کارکرد یک سیستم یا یک فرایندی بهوسیله کارکرد کامپیوتر یا فرایند دیگر»[2] آمده است.
شبیهسازی توانایی یا قابلیت طراحی است؛ که یک راهحل آماری قدرتمند را ایجاد کرده و مدیر را از دستیابی به اهداف سازمان مطمئن میکند.[3]
یک مدل شبیهسازی، گونهای از پدیدهها یا سیستمهای دینامیک را نشان میدهد، که میتواند مسائل موجود در سازمان را پیش از آنکه تبدیل به مشکل شوند، شناسایی کند.
شبیهسازی در واقع فرآیند طراحی مدلی از سیستم واقعی است؛ که با انجام آزمایشها با استفاده از این مدل و با هدف پیبردن به رفتار سیستم، یا ارزیابی استراتژیهای گوناگون، در محدودهای که بهوسیله معیار و یا مجموعهای از معیارها اعمال شده، برای عملیات سیستم، صورت میگیرد.[4]
شبیهسازی تقلیدی از عملکرد فرآیند یا سیستم واقعی با گذشت زمان است. همچنانکه یک سیستم با گذشت زمان تکوین مییابد، رفتـــار آن با ایجاد مدل شبیهسازی بررسی میشود. این مدل، معمولاً بهشکل مجموعهای از فرضهای مربوط به عملکرد سیستم است. این فرضها در چارچوب رابطههای ریاضی، منطقی و نمادین بین نهادهها یا اهداف مورد نظر سیستم بیان میشود.[5]
با توجه به تغییر و تحولات تکنیکال کنونی در بسیاری از موارد، ماشین جایگزین انسان شده است و بسیاری از کارهای فیزیکی که در گذشته توسط انسانها انجام میگرفت، امروزه توسط ماشینها اداره میشود. اگرچه قدرت کامپیوترها در ذخیره و بازیابی اطلاعات و اتوماسیون اداری، غیر قابل انکار است، اما همچنان، مواردی وجود دارد که انسان ناچار است خودش کارها را انجام دهد. اما بهطور کلی، موارد مرتبط با ماشین، شامل سیستمهایی است که در آن، بهعلت ارتباطات پیچیده بین اجزا، مغز انسان از درک ریاضی این ارتباطات قاصر است. مغز انسان بهمرور زمان، با مشاهده توالی رفتارهای سیستم و گاه آزمایشهای نتیجهای، که بر اثر دستکاری یکی از اجزای سیستم بهدست میآید، تا حدی میتواند عادتهای سیستم را شناسایی کند. در چنین سیستمهایی، مغز، قادر به تجزیه و تحلیل داخلی سیستم نیست و تنها با توجه به رفتارهای خارجی، عملکرد داخلی سیستم را تخمین میزند و عکسالعملهای آنرا پیشبینی میکند. چگونگی اداره حجم انبوه اطلاعات و استفاده مؤثر از آنها در بهبود تصمیمگیری، از موضوعات بحث برانگیز مخصوصا در تخصصهای میانرشتهای همانند شبیهسازی است.
شبیهسازی در دهه 60 میلادی بهطور چشمگیری فیزیولوژی وارد ادبیات مدیریت شد. این روش بهحدی مورد توجه قرار میگیرد که ارتش آمریکا در سال 1968 میلادی در مورد شبیهسازی بهعنوان روشی برای حل مسائل مدیریتی تحقیقات گستردهای انجام میدهد.[6]
موارد استفاده از شبیهسازی
شبیهسازی زمانی استفاده میشود که بهعلت پیچیدگی سیستم مورد نظر، استفاده از روشهای تحلیلی غیر عملی است. از اینرو روشهای مطالعه سیستم از طریق شبیهسازی مطرح میشود. غالباً پیچیدگی موجود در سیستمهای واقعی بهصورت اشکال زیر نمود پیدا میکند:
1. حالت عدم اطمینان در سیستم؛ شبیهسازی، مکانیزمی منصف و سودمند را برای غلبه بر عدماطمینان فراهم میآورد؛ بدون آنکه محدودیتی برای سیستم ایجاد کند.
2.رفتار پویا؛ رفتار سیستم در طول زمان ثابت نیست و متغیرهای اصلی موجود، همانند بهرهوری نیز در طول زمان متغیرند. برای تشخیص علّت تغییرات و کنترل آن، بایستی از مدل پویا و متناسب با تغییرات، استفاده شود.
3. مکانیزمهای بازخورد؛ رفتارهای انجامشده و تصمیمات اتخاذشده در یک مرحله از یک فرآیند، قسمتهای دیگر فرآیند را بهطور مستقیم یا غیر مستقیم تحت تأثیر قرار میدهد و شناسایی این اثرات و علل آن، بسیار ضروری است.[7]
دلایل استفاده از شبیهسازی
شبیهسازی، تکنیکی کمّی است که از آن برای مطالعه و ارزیابی گزینههای گوناگون استفاده میشود. این کار، از طریق مدلسازی سیستم واقعی و اجرای آزمایشات بر روی مدل، بهمنظور پیشبینی رفتار آینده، سیستم امکانپذیر است. این دلایل را میتوان بهصورت گزارههای زیر خلاصه کرد:
1. استفاده از مدلهای تحلیلی در زمینه ارزیابی و بهبود فرآیند تولید پایگاههای اطلاعات امکانپذیر نیست.
2. هنگام استفاده از شبیهسازی، چهارچوب ساختاری مدل، بهراحتی قابل تغییر است و به سوالات مختلف درباره اینکه "اگر سیستم واقعی چنین شود، چه پیش خواهد آمد؟" بهراحتی پاسخ داده میشود. این خصوصیت شبیهسازی در مورد مراکزی که در محیطی پویا و متلاطم با متغیرهای در حال تغییر مداوم، بسیار مؤثر است.
3. چنانچه هزینه اعمال تغییرات پیشنهادی زیاد باشد، شبیهسازی میتواند بسیار مفید بوده و حتی در مواردی که هنوز سیستم در عمل خلق نشده و فقط درباره روابط نظری آن اطلاعاتی در دسترس است، این ابزار تنها راهحل است.
4. در شبیهسازی، امکان فشردهسازی زمان وجود دارد.
5. تشریح مدلهای پیچیده ریاضی فعالیتهای مرکز، برای مدیران غیرحرفهای در مدلسازی ریاضی، زمانبر و مشکل است. در حالیکه تشریح مدل شبیهسازی فعالیتهای مرکز، بهسادگی امکانپذیر بوده و به زمان بسیار کمی نیاز دارد.[8]
مراحل شبیهسازی
اصولاً پروژههای مبتنی بر شبیهسازی زمانی آغاز میشود که در سیستم، مسئلهای بهوجود آید. در این زمان، برای شبیهسازی مدل مناسب، باید گامهای زیر را طی کرد:
1. تدوین مسئله؛ برای یافتن جواب مسئله باید فهمید که اصل آن چیست؟ بنابراین اولین قدم در آزمایش شبیهسازی، همانند هر آزمایش دیگری، تعیین هدف آزمایش است، چون این هدف است که نحوه آزمایش، جزئیات لازم و نتایج نهایی را تعیین میکند.
2. تعریف سیستم؛ در این مرحله میبایست تعیین کرد که از چه روشها و تکنیکهایی میتوان برای بررسی و مطالعه سیستم استفاده کرد. تعریف سیستم در حقیقت، تعیین اجزای سیستم، عناصر و عوامل داخلی و خارجی محیط سیستم و پارامترها و متغیرهای سیستم را شامل میشود. پس از آن، روابط و قوانین حاکم میان ویژگیهای سیستم و متغیرهای آن مشخص و یا فرموله شده، سپس چگونگی رفتار سیستم مورد بررسی قرار گرفته و جزئیات حاصل از تغییر متغیرها در سیستم معلوم میشود.
3. پاسخ به یک سؤال؛ پاسخ به این سوال که آیا در تمامی تصمیمگیریها میتوان از مدل شبیهسازی استفاده کرد؟ اگر شرایط واقعی چندان پیچیده نباشد و بتوان با استفاده از روشهای تجزیه و تحلیل به حل مسئله پرداخت، طبیعتا نیازی به استفاده از مدل شبیهسازی نیست. ولی اگر با توجه به شرایط پیچیده و ریسک بالا، فقط از شبیهسازی میتوان استفاده کرد، پس کاربرد روش شبیهسازی الزامی است.
4. تدوین مدل؛ هنر مدلسازی عبارت است از توانایی تحلیل مسئله، چکیدهسازی خصایص آن، انتخاب مفروضات و سپس تکمیل و توسعه مدل تا زمانی که تقریب مفیدی از واقعیت بهدست آید. هرچه مدل کاملتر باشد، وضعیت پیچیده را روشنتر منعکس میکند.
5. تدارک دادهها؛ هر مطالعهای، مستلزم جمعآوری دادهها است. در یک مدل شبیهسازی، دادههای ورودی، باید با اطلاعات مربوط به اجزای سیستم و ارتباط میان آنها رابطه نزدیک داشته باشد. در این زمان تحلیلگر باید تصمیم بگیرد چه دادههایی مورد نیازند و چگونه باید این اطلاعات را جمعآوری کرد.
6. برگرداندن مدل؛ گام ششم با بر گرداندن مدل برداشته میشود. در این مرحله باید مدلی که از سیستم تهیه شده را برای کامپیوتر توصیف کنیم. مدلهای شبیهسازی، از لحاظ منطقی بسیار پیچیده بوده و دارای فعل و انفعالات متقابل بسیاری در بین عناصر سیستم هستند.
7. تعیین اعتبار مدل؛ این مرحله، مهمترین و مشکلترین مرحله از مراحل شبیهسازی است. تعیین اعتبار، یعنی آنکه آیا مدل ساختهشده رفتار سیستم واقعی را بهدرستی شبیهسازی و توصیف میکند؟ بنابراین آنچه که اهمیت دارد قابل اعتماد بودن مدل است نه حقیقت ساختار آن.
8. برنامهریزی استراتژیکی و تاکتیکی؛ برنامه استراتژیک یعنی طرح آزمایشی که اطلاعات مطلوب از آن حاصل میشود و برنامهریزی تاکتیکی یعنی تعیین این موضوع که هریک از آزمونهای مشخص شده در طرح آزمایش، چگونه صورت میگیرد.
9. آزمایش و تفسیر؛ در این مرحله، اشتباهات و نواقص برنامهریزی آشکار میشود و مراحل اجراشده مورد بازبینی قرار میگیرد.
10. پیادهسازی و مستندسازی؛ موفقیت یک پروژه شبیهسازی را تنها میتوان زمانی محقق دانست که مدل پذیرفتهشده، تفهیم شود و مورد استفاده قرار گیرد. مستندسازی دقیق و کامل از چگونگی ایجاد، توسعه و نحوه عمل مدل، میتواند عمر مفید و شانس پیادهسازی موفق آنرا افزایش دهد.[9]
انواع شبیهسازی
1. شبیهسازی همانی؛ در این روش، خود سیستم را بهعنوان مدل آن در نظر گرفته و رفتار آنرا بررسی میکنیم. بهعبارت دیگر این روش، همان آزمایش مستقیم روی سیستم است و در صورت یافتن پاسخی برای مسئله مورد نظر، صددرصد قابل استفاده و مفید است.
2. شبیهسازی نیمههمانی؛ در این روش، تا آنجا که امکان دارد، از اشیا و قوانین واقعی سیستم استفاده میکنیم. تنها، اشیا یا مراحلی از سیستم واقعی که باعث غیر ممکن شدن شبیهسازی همانی است، مدلسازی میشود. بهعبارت دیگر، بخشی از مدل سیستم، واقعی و بخش دیگر غیر واقعی یا شبیهسازی شده است.
3. شبیهسازی آزمایشگاهی؛ در این روش، بعضی از نماها و اشیای سیستم واقعی، بهوسیله امکانات آزمایشگاهی ساختهشده و بعضی نماها و روابط دیگر بهوسیله سمبلها جایگزین میشوند. مثل راداری که با امکانات و مقیاس آزمایشگاهی ساخته میشود.
4. شبیهسازی کامپیوتری؛ در شبیهسازی کامپیوتری، مدل ساختهشده، برنامهای کامپیوتری است که کلیه اشیا و نماهای سیستم، به ساختارهای برنامهای و کلیه مشخصات و رفتار آن، به متغیرها و توابع ریاضی تبدیل شده و قوانین و روابط حاکم بر سیستم و ارتباطشان با یکدیگر، در درون برنامه در نظر گرفته میشود . شبیهسازی کامپیوتری (بهعلت عملی بودن و داشتن امتیازات خاص خود)، برای بررسی و مطالعه اغلب سیستمها؛ از قبیل حمل و نقل، بیمارستان، سیستمهای صنعتی، تولیدی، ترافیک، انبار و غیره بهکار میرود.[10]
در هر حال با بهکارگیری آثار شبیهسازی در تحلیل، اندازهگیری، طراحی و پیشبینی پارامترهای گوناگون مؤثر در فرآیندهای سازمان (بهطور مستقیم یا غیر مستقیم) و تأثیر آن بر فرآیند تصمیمگیری میتوان گامهای بلندی را در جهت کمّیسازی فرآیند مدیریت اثربخش برداشت. شبیهسازی میتواند در پیشبینی پارامترهای گوناگون توسعه فرآیندهای سازمان همانند هزینه، اعتبار، طبقهبندی و نواقص موجود در گامهای توسعه فرآیندهای سازمان، مورد استفاده قرار گیرد و به مدیران و کارکنان، این توانایی را میدهد که در فرآیند تصمیمگیری، موارد مورد نیاز را بسنجند؛ تا فرآیندهای موجود، بهبود یافته، نواقص برطرف شده و سازمان به اهداف از پیشتعیین شده خود دست یابد.