آینده ‌‌را پیش‌بینی‌ کنید

بعضی‌ها فکر می کنند آینده را نمی‌شود پیش بینی کرد. کارشناسان ثابت می کنند که می‌شود. نیازی به کف بینی و فال گرفتن هم نیست. این بار با روش‌های کاملاً علمی سر و کار دارید. علومی مثل آمار، معادلات دیفرانسیل و نرم‌افزارهای کامپیوتری در کنار هم جمع می‌شوند و دانشی را می‌سازند به نام شبیه‌سازی که می‌تواند آینده را پیش بینی کند.
هزینه‌های هنگفت، خطر تجربه‌های واقعی و خیلی مشکل‌های دیگر باعث شده شبیه‌سازی جای خود را در بخش‌های مختلف زندگی بشر باز کند. حالا دیگر با کمک شبیه‌سازها لازم نیست برای آموزش تیر اندازی یا خلبانی تفنگ و هواپیمای واقعی وجود داشته باشد. البته این فقط یکی از کاربردهای علم شبیه‌سازی است. امروزه انواع مختلف شبیه‌سازی کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارد که حتی در سیاستگذاری‌های کلان هم استفاده می‌شود. سراغ دکتر رضا سمیع‌زاده، استادیار دانشگاه الزهرا، عضو هیات مدیره و دبیر انجمن مهندسی صنایع ایران رفته‌ایم تا نگاه موشکافانه‌تری به این علم بیندازیم.
● در شبیه‌سازی همیشه با یک محیط فیزیکی شبیه‌‌سازی شده سر و کار داریم؟
چند مدل شبیه‌سازی وجود دارد. یک نوع از آن شبیه‌سازی فیزیکی است. این نوع شبیه‌سازی مربوط به سیمیلاتورهاست. ویژگی این نوع از شبیه‌سازی این است که یک محیط واقعی در دنیای فیزیکی طوری طراحی می‌شود که بیشترین شباهت را به شرایط واقعی داشته باشد. در این سیمولاتورها اپراتور می‌تواند شرایط محیط واقعی را در یک فضای غیرواقعی و شبیه‌سازی شده تجربه کند. در شبیه‌سازی چنین محیط‌هاییی بحث جدیدی به صورت فضاهای شبیهGame هم وجود دارد. وقتی قرار است یک کلانتری ساخته شود، می‌توان ابتدا آن را به شکلGame شبیه‌سازی کرد. افراد می‌توانند پیش از ورود به کلانتری واقعی، محیط آن را در یک فضای مجازی کامپیوتری تجربه کنند. در واقع نوعی سیمیلاتور غیرفیزیکی است.
● این نوع شبیه‌سازی کاربرد آموزشی دارد؟
یکی از کاربردهایش آموزش است. برای مثال اگر کسی بخواهد رانندگی، تیراندازی یا خلبانی یاد بگیرد، با استفاده از سیمیلاتورها آموزش با کمترین هزینه و بدون خطر انجام می‌شود. در واقع کارآموز با قرار گرفتن در یک محیط فیزیکی شبیه‌سازی شده بدون اینکه تیر و تفنگ واقعی وجود داشته باشد، احساس کند که تیر شلیک کرده و یا روی زمین احساس پرواز با یک هواپیمای واقعی را داشته باشد. این سیمیلاتورها علاوه بر کاربرد آموزشی برای تمرین یا حتی مدرک دادن هم استفاده می‌شود.
● شبیه‌سازهایی که با آمار و محاسبه سر و کار دارند، چطور عمل می کنند؟
در این نوع از شبیه‌سازی تحلیل گذشته و شناسایی عملکرد گذشته اهمیت دارد. در واقع ابتدا اطلاعات مربوط به گذشته جمع آوری و بررسی می‌شود. سپس بر اساس دانسته‌های موجود برای رفتار پدیده مورد نظر مدل ریاضی طراحی می‌شود. طراحان مدل ریاضی پس از تایید مدل، از آن برای پیش بینی آینده استفاده می کنند. این نوع از شبیه‌سازی به دو دسته پیوسته و گسسته تقسیم می‌شود. در انواع گسسته از مدل‌های آماری پیچیده ای استفاده می‌شود و باید بتوانید رفتار واقعی پدیده را با مدل آماری هماهنگ کنید. درواقع اگر بتوانید گذشته را پیش بینی کنید می‌توانید آینده را هم پیش بینی کنید. فقط کافی است ضرایب را تغییر دهید. برای مثال در یک بانک یا موسسه مالی اگر با کمک مدل ریاضی پیش بینی کنید که در آینده صف‌های طولانی مقابل صندوق خواهید داشت، می‌توانید تعداد صندوقدارها را افزایش دهید تا به صف‌های پیش بینی شده برخورد نکنید. این نوع شبیه‌سازی برای پیش بینی رفتار یک خط تولید یا سرویس دهنده‌های بانکی استفاده می‌شود.
● در این نوع شبیه‌سازی به جامعه آماری بزرگی نیاز است؟
همیشه نه! بیش از جامعه آماری بزرگ به اطلاعات تاریخی دقیق و ثبت شده نیاز است. در بعضی از موردهایی که رفتار گذشته موجود نیست، می‌توانید از نمونه‌های آماری برای حدس زدن رفتار گذشته استفاده کنید.
● شبیه‌سازی پیوسته چه تفاوتی با انواع گسسته دارد؟
شبیه‌سازی پیوسته بیشتر در ابعاد صنعتی استفاده می‌شود. در جاهایی مثل پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها که با محصول‌های مجزا و قابل شمارش مثل خودرو یا یخچال و بخاری سر و کار ندارید، از شبیه‌سازی پیوسته استفاده می‌شود. با این شبیه‌سازی حتی می‌شود شکاف هسته ای را هم پیش بینی کرد. شبیه‌سازی‌هایی که درباره آنها صحبت کردیم بیشتر در ابعاد خرد استفاده می‌شوند، اما مهمترین نوع شبیه‌سازی پیوسته که امروزه بیشترین کاربرد را دارد، شبیه‌سازی دینامیکی است که برای شبیه‌سازی پدیده‌های علت و معلولی استفاده می‌شود.
● پدیده‌های علت و معلولی؟
پدیده‌هایی مثل مهاجرت، فقر یا حاشیه نشینی. وقوع چنین پدیده‌هایی با هم ارتباط دارد و هر اتفاق معلول یک اتفاق دیگر است. فقر را در نظر بگیرید؛ اگر فقر زیاد شود فساد هم زیاد می‌شود. پس این دو پدیده علت و معلول هم هستند. در این نوع شبیه‌سازی ابتدا باید حلقه‌های علت و معلولی را شبیه‌سازی کنیم که به این حلقه‌ها در اصطلاح لوپ گفته می‌شود. برای مثال افزایش فساد در اثر افزایش فقر یک لوپ است. به این لوپ می گویند لوپ افزایشی. لوپی که اگر یک طرف آن زیاد شود، طرف دیگر هم افزایش می یابد. این افزایش در طول زمان همچنان ادامه خواهد داشت و لوپ بزرگ و بزرگتر می‌شود. وقتی شبیه‌سازی لوپ‌های علت و معلولی انجام شود، می‌توان برای رفع یک مشکل دنبال راه حل بود. این راه حل می‌تواند ایجاد کردن یک لوپ جدید باشد. برای مثال کارشناسان اجتماعی می دانند که اگر میزان تحصیلات در جامعه افزایش یابد، به دنبال آن فقر کاهش خواهد یافت. بنابراین با ایجاد یک لوپ جدید بر اساس فقر و تحصیلات، می‌توان با لوپ قبلی برخورد کرد؛ یعنی اگر لوپی داشته باشیم که در آن با افزایش سطح تحصیلی جامعه فقر کاهش پیدا می کند، با گذشت زمان این لوپ بزرگ می‌شود و لوپ قبلی را ضعیف می کند. شبیه‌سازی دینامیک امروزه کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد و در کشورهای پیشرفته برای مسائل مختلف و متعددی استفاده می‌شود. حتی برای پیش بینی گرم شدن زمین هم کاربرد دارد. اگر بخواهید لایه ازن را بررسی کنید، نمی‌توانید فقط به مطالعه گذشته بپردازید. باید لوپ‌های مختلف مربوط به ارتباط بین لایه ازن و پدیده‌هایی مثل گازهای گلخانه ای و یا صنعتی شدن طراحی و بررسی شود.
● در این نوع شبیه‌سازی هم مبنای کار اطلاعات آماری است؟
بر خلاف شبیه‌سازی‌های قبلی که به آنها اشاره کردیم و مبنای کار سیستم‌ها، آمار بود در شبیه‌سازی دینامیک اساس کار، معادلات دیفرانسیل است.
کامپیوتر هم کاربردی در شبیه‌سازی دارد؟
بله. در همه این شبیه‌سازی‌ها مدل سازی با کامپیوتر انجام می‌شود.
حتی در بسیاری از موارد با کمک نرم‌افزارهای ویژه انیمیشن سازی می‌شود. شبیه‌سازی خط تولید یک کارخانه را در نظر بگیرید. با کمک نرم‌افزار سینما می‌توان به صورت انیمیشن نشان داد که در بویلر چه اتفاقی می افتد.
● بیشتر از چه نرم‌افزارهایی استفاده می‌شود؟
نرم‌افزارهای زیادی هستند که در شبیه‌سازی کاربرد دارند. مثلDynamo وI think که در شبیه‌سازی دینامیک کاربرد دارند وCinema وSlam که در انواع غیر دینامیک استفاده می‌شوند.
پس سابقه تاریخی علم شبیه‌سازی باید در حد سابقه پیشرفت کامپیوتر باشد؟
نه! سابقه شبیه‌سازی خیلی بیشتر از این است. در دنیا سابقه اش به بعد از جنگ جهانی دوم می رسد. البته آن زمان بیشتر شبیه‌سازهای فیزیکی بودند. از حدود دهه ۷۰ میلادی شبیه‌سازی‌های دینامیک آغاز شد و به تدریج گسترش یافت.
● در ایران هم شبیه‌سازی چنین سابقه ای دارد؟
در ایران سابقه اش کمتر است. می‌توان گفت در حد سابقه مهندسی صنایع است، چون بیشتر در این رشته تدریس می‌شود. شبیه‌سازی دینامیک هم نخستین بار سال‌های ۶۷، ۶۸ در دانشگاه صنعتی شریف تدریس شد.
● این‌ها که بیشتر کاربرد دانشگاهی است. کاربرد عملی؟
سیمیلاتورها و شبیه‌سازی‌های فیزیکی در ایران کاربرد گسترده‌ای دارد. به ویژه در صنایع نظامی و هوایی مثل آموزش تیراندازی یا خلبانی.
● شبیه‌سازی‌های گسسته و پیوسته چطور؟
تدریس می‌شود ولی تا آنجا که می دانم کاربرد عملی چندانی ندارد. سال‌های ۷۱ و ۷۲ کارهایی در زمینه ترافیک انجام شد. ترافیک کل تهران را با آمارهای بسیار گسترده‌ای شبیه‌سازی کردند. چنین شبیه‌سازی‌هایی می‌تواند به کاهش ترافیک در شبکه راه‌های شهر کمک کند. به طور کلی شبیه‌سازی در هر جایی که نمی دانید اگر چه عملی انجام دهید، چه خواهد شد کاربرد دارد. در کشورهای پیشرفته کاربردهایش خیلی گسترده است. از کارخانه‌ها و صنایع مختلف تا منابع آب، انرژی، بیمارستان‌ها و پدیده‌های اجتماعی مثل مهاجرت، حاشیه نشینی، جمعیت و بیکاری.
کاربرد شبیه‌سازی همیشه در پیش بینی آینده براساس گذشته است؟ یعنی باید گذشته ای برای مطالعه وجود داشته باشد؟ نمی‌شود قبل از آغاز کار تمثلاً برای راه اندازی یک کارخانه- شبیه‌سازی انجام شود؟
با فرضیه‌ها هم می‌شود کار کرد. برای مثال با فرض مقدار مشخصی از تولید شبیه‌سازی انجام می دهیم یا کارخانه‌های مشابه را مطالعه می کنیم و در نظر می گیریم چه کسانی چه تولیدی داشته اند. درواقع می‌توان گفت در آغاز یک طرح بهترین کاری که می‌شود انجام داد، شبیه‌سازی است. با شبیه‌سازی می‌توان وضعیت همه چیز را دید.
● نقش مهندسان کامپیوتر و صنایع در این علم چگونه است؟
طبیعی است که نرم‌افزارهای موجود را کارشناسان کامپیوتر طراحی و برنامه نویسی کرده اند، اما برای مهندسان صنایع کامپیوتر در حد یک ابزار است. آنچه در اختیار آنها قرار می گیردPackage های آماده نرم‌افزاری است که با استفاده از آن کار شبیه‌سازی را انجام می دهند.

http://ictarticle.blogfa.com/
نوشته: بنفشه رحمانی