Simulatsioon
Simulatsioon on reaalmaailma protsessi või süsteemi jäljendamine ajas.[1] Millegi simuleerimine eeldab esmalt mudeli loomist, mis kujutab valitud füüsilise või abstraktse süsteemi või protsessi põhinäitajaid või käitumisi/funktsioone. Mudel esindab süsteemi ennast, samas kui simulatsioon kujutab süsteemi toimimist aja jooksul.[2]
Simulatsiooni kasutatakse paljudes kontekstides, näiteks tehnoloogia jõudluse optimeerimisel, ohutustehnikas, testimisel, treenimisel, hariduses ning arvutimängudes.[3] Tihti kasutatakse simuleerimismudelite uurimiseks arvutieksperimente. Simuleerimist kasutatakse veel looduse ja inimsüsteemide teaduslikuks modelleerimiseks, et saada ülevaade nende toimimisest.[4] Simulatsioonide abil saab näidata alternatiivtingimuste ja -tegevuste mõju süsteemile. Samuti kasutatakse simuleerimist siis, kui tõelist süsteemi ei ole võimalik rakendada põhjusel, et see ei ole ligipääsetav, selle kallal töötamine võib olla ohtlik või vastuvõetamatu, see on alles väljatöötamisel või see lihtsalt ei eksisteeri.[5]
Simulatsiooni võtmeküsimuste hulka kuuluvad oluliste omaduste ja käitumiste kohta paikapidavate lähteandmete omandamine, lihtsustavate eelduste ja samasuste kasutamine simulatsiooni kestel ning simulatsiooni tulemuste täpsus ja kehtivus. Simulatsioonitehnoloogia akadeemilise uurimise, täiustamise, teadus- ja arendustöö jätkuvateks tegevusaladeks on menetlused ja protokollid mudeli kontrollimiseks ja valideerimiseks, seda eriti arvutisimulatsiooni valdkonnas.[6]
Klassifikatsioon ja terminoloogia muuda
Ajalooliselt arenesid erinevates valdkondades kasutatavad simulatsioonid suurel määral sõltumatult, kuid 20. sajandi uuringud süsteemiteooriast ja küberneetikast koos arvutite kasutamise levikuga kõigis nendes valdkondades on rajanud tee mõiste mõninga ühtlustuse ja süstemaatilisema arusaamani.[7]
Füüsiline simulatsioon viitab simulatsioonile, kus reaalne süsteem on asendatud füüsiliste objektidega. Need füüsilised objektid on sageli valitud, sest nad on väiksemad või odavamad kui tegelik objekt või süsteem.[8]
Interaktiivne simulatsioon on eriline füüsiline simulatsioon, kus füüsiliste simulatsioonide juurde kuuluvad inimestest operaatorid. Näiteks lennusimulaator ja sõidusimulaator.[9]
Simulatsiooni täpsuse abil kirjeldatakse simulatsiooni reeglipärasust ja tegeliku vaste jäljendamist. Täpsus jagatakse üldjoontes kolme kategooriasse: madal, keskmine ja kõrge. Täpsuse tasemete konkreetsed kirjeldused on tõlgendamise küsimus, kuid on võimalik teha järgmine üldistus:[10]
- Madal – minimaalne vajalik simulatsioon süsteemi reageerimiseks ning sisendite aktsepteerimiseks ja väljundite tootmiseks
- Keskmine – reageerib automaatselt stiimulitele, piiratud täpsusega
- Kõrge – peaaegu eristamatu või võimalikult lähedane tegelikule süsteemile
Arvutisimulatsioon muuda
Arvutisimulatsioon (tuntud ka kui "sim") on katse modelleerida reaalseid või hüpoteetilisi olukordi arvutis nii, et neid saaks süsteemi tööpõhimõtte teadasaamiseks uurida. Süsteemi käitumise ennustamiseks muudetakse simulatsiooni muutujaid.[1]
Arvutisimulatsioon on osutunud kasulikuks osaks paljude ökosüsteemide modelleerimisel füüsikas, keemias ja bioloogias[11] ning inimsüsteemide modelleerimisel ökonoomias ja sotsiaalteadustes (näiteks arvutuslik sotsioloogia).[12] Süsteemide toimimise mõistmiseks kasutavad seda ka insenerid. Hea näite arvutisimulatsioonide kasutamisest võib tuua võrguliikluse simulatsiooni valdkonnast. Selliste simulatsioonide korral muudab mudeli käitumine igat simulatsiooni keskkonnale antud esialgsetele parameetritele vastavalt.[13]
Arvutiteadus muuda
Arvutiteaduses on simulatsioonil mõned spetsialiseerunud tähendused: Alan Turing kasutas terminit "simulatsioon", et viidata mis juhtub, kui universaalne masin täidab olekusiirde tabelit (tänapäeva terminoloogias jooksutab arvuti programmi), mis kirjeldab uuritava diskreetses seisundis masina olekumuutusi, sisendeid ja väljundeid.[14] Arvuti simuleerib uuritavat masinat. Vastavalt tähistab teoreetilises informaatikas termin "simulatsioon" seost üleminekusüsteemide vahel, mis on kasulik operatiivse semantika uurimisel.[15]
Simulatsioon ja tootmine muuda
Simulatsiooni üks olulisemaid rakendusi on tootmises. See võimaldab inseneridel hinnata investeeringute mõju seadmetesse ja füüsilistesse rajatistesse, nagu tehased, laod ja jaotuskeskused. Simulatsiooni saab kasutada olemasolevate või kavandatavate süsteemide suutlikkuse ennustamiseks ja alternatiivsete lahenduste võrdlemiseks konkreetsete disainiprobleemide korral.[16]
Teine oluline eesmärk simulatsiooni kasutamisel tootmissüsteemides on süsteemi suutlikkuse mõõtmine. Levinud süsteemi suutlikkuse meetmed on järgmised:[17]
- Tootlikkus keskmisel ja tippkoormusel;
- Süsteemi tsükliaeg (kui kaua ühe osa tootmine aega võtab);
- Ressursi, tööjõu ja masinate utiliseerimine;
- Kitsaskohad ja ummikud;
- Järjekorrad töökohtades;
- Materjale käsitsevate seadmete ja süsteemide poolt põhjustatud järjekorrad ja viivitused;
- Lõpetamata toodangu ladustamise vajadus;
- Personali vajadus;
- Planeerimissüsteemide tõhusus;
- Kontrollsüsteemide tõhusus.
Viited muuda
- ↑ 1,0 1,1 Carson, J. (2001). Discrete-Event System Simulation. Prentice Hall.
- ↑ Banks, Carson, Nelson & Nicol. "Discrete-Event System Simulation, Chapter 1" (PDF) (inglise keeles). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 10.01.2017. Vaadatud 11.01.2017.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Strickland, J. (2001). Using Math To Defeat The Enemy: Combat Modeling For Simulation.
- ↑ "Encyclopedia of Computer Science" (inglise keeles). Grove's Dictionaries. Juuli 2000. Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Sokolowski, J.A. (2009). Principles of Modeling and Simulation. Wiley.
- ↑ Jane Hillston (19.09.2003). "Model Validation and Verification" (PDF) (inglise keeles). Vaadatud 11.01.2017.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Jozefczyk, J. (2010). Knowledge-Based Intelligent System Advancements.
- ↑ "What is Physical Simulation?" (inglise keeles). Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Roger Smith. "Interactive Simulation" (PDF) (inglise keeles). Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Martin Berutti (19.08.2009). "Understanding Simulation Fidelity" (inglise keeles). Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ "Folding@home – Main" (inglise keeles). Originaali arhiivikoopia seisuga 18.01.2017. Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Eric Winsberg (23.04.2015). "Computer Simulations in Science" (inglise keeles). Vaadatud 11.01.2017.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ "Simulating network traffic" (inglise keeles). 01.02.2011. Vaadatud 11.01.2017.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ A. M. Turing. "Computing Machinery and Intelligence" (PDF) (inglise keeles). Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Habrias, Frappier (2013). Software Specification Methods. John Wiley & Sons.
- ↑ Ornella Benedettini, Benny Tjahjono (13.08.2008). "Towards an improved tool to facilitate simulation modelling of complex manufacturing systems" (inglise keeles). Vaadatud 16.12.2016.
{{netiviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link) - ↑ Banks, J. (2005). Discrete-event system simulation. Pearson Prentice Hall.