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

تعريف النمذجة

هو مصطلح يأتي من نموذج أي يقوم المهندس أو المصمم بعمل نموذج على البرامج الهندسية يحاكي الواقع من الزمان والمكان والمقاييس الأساسية للإنشاء ليكون متاح إقامة التجارب ويكون به نفس خصائص المنشأ، المعدة أو المصنع الحقيقي ولكن بشكل مصغر يسهل التعامل معه حتى لا تسبب الخسائر في التعامل مع النموذج الواقعي.

تعريف المحاكاة

المحاكاة عبارة عن بداية تشغيل النموذج الذي قمنا بعمله وبداية إقامة التحاليل مع مراعاة الزمان والمكان فتعتبر المحاكاة دراسة واقعية لمعرفة أداء النظام وهل سيتم استخدامه بالفعل أم يحتاج بعض التعديلات.

التعلم بالنمذجة

يوجد الكثير من الخطوات التي يجب أن يتبعها المهندس قبل أن يبدأ فعلا في التصميم أو

التعلم بالنمذجة

مصنع موجود بالفعل ويجب اتباع هذه الخطوات بالترتيب ومن هذه الخطوات

تحديد المشكلة الموجودة في الواقع والتي يجب أن يتم حلها أو التعديلات المطلوبة التي يجب تطويرها.
تصميم المشكلة مع مراعاة القيود.
جمع البيانات عن المشكلة التي يجب توافرها مع مراقبة النتائج.
التحقق من مخططات الشبكة والعمل على تطوير النموذج باستخدام أساليب مختلفة.
التأكد من صحة عمل النموذج من خلال المقارنة نسبة للأداء في ظروف مختلفة مع الحقيقة.
يجب إنشاء مستند لجميع بيانات ومعلومات النموذج لحين الاحتياج اليه في المستقبل فهذا المستند يتضمن الأهداف وكل المتغيرات في الأداء وكل ما تم التوصل أليه مؤخرا.
اختيار التصميم المناسب الذي سيتم التجربة عليه حسب جميع البيانات والمعلومات التي لديك.
قم بالتجربة على النموذج الذي قمت باختياره وقم بتدوين النتائج التي تحصل عليها.

استراتيجية تحليل المحاكاة

يوجد الكثير من الخطوات لتتم عملية تحليل المحاكاة منها:

إعداد بيان المشكلة.
قم باختيار متغيرات الإدخال فقم بتحديد 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 نهائيا فيتم التعامل مع متغيرات أخرى.
أنشئ القيود على القرار ومتغيراته عن طريق تحديد هذه المتغيرات وتخصيصها للمحاكاة.
قم بتخصيص متغيرات الإخراج.
اجمع البيانات من النموذج الحقيقي الموجود على أرض الواقع لاستخدامها في المحاكاة.
ضع مخطط متدفق يقوم بإعطاء صورة كاملة عن التقدم الذي قمت به في عملك بالمحاكاة.
اختر برنامج مناسب لتستخدمه في عملية المحاكاة مثل الماتلاب الذي يستخدمه أغلب المهندسون لتقوم بتشغيل النموذج.
قارن بين النتائج التي حصلت عليها والنتائج مع النظام المقام فعليا وإذا وجدت خطأ في التشغيل قم بإصلاحه.
قم بتغيير الأرقام التي قمت بفرضها للحصول على الكثير من النتائج لتصل إلى أفضل نتيجة ممكنة وأفضل الحلول.
إذا قمت بالتأكد أن النموذج يعمل بشكل صحيح وأفضل قم بتطبيقه فورا على النظام الفعلي.

مميزات استراتيجية النمذجة والمحاكاة

يعتبر النموذج عندما تراه كاملا أمامك سهل الفهم حيث ترى بعينيك كيف يعمل في الحقيقة بمنظور أعلى.
يسهل عليك الاختبار وإقامة التجارب والتحقق من المخرجات وكيف تتأثر إذا قمت ببعض التغييرات على النموذج.
يمكنك أن تقوم بتطوير النموذج الفعلي دون إجراء أي تغييرات عليه فقط تقوم بالتعديل على النموذج بكافة التجارب التي تفضل أن تقوم بها وتقوم بتطبيق أفضل حل وجدته فقط على النموذج الفعلي.
يمكنك أن تحدد القيود التي يعمل بها النموذج الفعلي وتجربتها على النموذج المقام ويمكنك أن ترى مدى تأثيرها على العمل.
يسهل عليك تحديد المشكلات التي يمكنك أن تجدها في النموذج الفعلي وإيجاد حلول وتقوم بتجربتها أيضا دون إحلال أي ضرر بالنموذج الفعلي قد يسبب في مشاكل أكبر.

عيوب استراتيجية النمذجة والمحاكاة

يتطلب إنشاء النموذج الكثير من الخبرة والتدريب في المجال الذي يتم به التصميم حيث لا يمكن أن يقوم مبتدئ في المجال أن يصمم نموذج يحاكي الواقع ويخلوا من الأخطاء.
يصعب الوصول إلى الرقم الذي يتم به البدء في عمل النموذج فيحتاج المزيد من الخبرة لسرعة التنبؤ بالأرقام والنتائج التي سوف يصل إليها أيضا.
تستغرق عملية النمذجة والمحاكاة وقتا طويلا في حالة إنشاء نموذج جديد من البداية فسوف نحتاج إلى عقول صافية وقوة بشرية ووقت طويل للعمل.
الاحتياج إلى خبراء لترجمة النتائج التي سوف نحصل عليها بعد تجربة النموذج فالموضوع صعب جدا.
إنشاء التجارب وتغيير الأرقام كثيرا للحصول على أفضل النتائج أمر مكلف جدا يحتاج الكثير من المال ويمكن في النهاية عدم الوصول إلى حلول مفيدة.

التحقق من صحة النموذج

تعتبر خطوة التحقق خطوة مهمة جدا بعد إنشاء النموذج حيث يتم التحقق عن طريق نموذج مقام مسبقا بالفعل أو عن طريق نموذج حقيقي على أرض الواقع، فتعتبر خطوتان التحقق والمصادقة من أساسيات صحة النموذج المقام.
خطوة التحقق من أهم الخطوات حيث يتم المقارنة بين النتائج التي حصلت عليها والنتائج التي يمكن أن تحصل عليها من نموذج حقيقي فيجب المقارنة بدقة شديدة لأنك إذا لم تجد الأخطاء الموجودة وقمت بتنفيذ النموذج ستحدث الكثير من الكوارث.
يوجد الكثير من الطرق للتحقق من صحة النموذج ومن هذه التقنيات
استخدام برامج فرعية التي تعمل على تصحيح

محاكاة الكمبيوتر

عن طريق مهارات الكتابة للبرمجة.
التدقيق من قبل أكثر من شخص عن طريق القراءة باستخدام الإرشاد المنظم.
تتبع النتائج ورصدها ومقارنتها مع نتائج أخرى دقيقة.
تتبع المدخلات وهي تصبح مخرجات والتحقق من صحتها.
مقارنة النتائج التي قمت بتحليلها مع نتائج أخرى واقعية.

تقنيات التحقق

يجب في البداية تصميم النموذج ومناقشته مع خبراء في نفس المجال ويجب أن يكون النموذج متفاعلا مع الشخص الذي يقوم عليه طوال فترة التجارب، يجب أن يشرف على النموذج خبراء في النظام أو نظام مماثل له.
اختبار البيانات التي تم الحصول عليها واختبار كميتها وتحليلها وملاحظة تأثير التغيرات عليها عند إدخال الكثير من المدخلات.
تحديد المخرجات للنموذج الذي تم محاكاته عن طريق تحديد مخرجات النظام الفعلي المشابه للنموذج ويجب أن تكون مقاربة للنموذج.
مقارنة تتم عن طريق استخدام اختبارات تقوم بعرض البيانات بشكل منظم وتعتبر هذه الاختبارات مهمة حيث يقوم بشرحها الخبراء في المجال فقط للحصول على أفضل النتائج.
استخدام الطريقة التي تمت عن طريق الاحصائيات والمقارنة أيضا بين المخرجات التي حصلنا عليها من الاحصائيات والمخرجات عن طريق النموذج.
المقارنة بين البيانات التي يتم استخدامها في النموذج والبيانات الحقيقية وبعد الوصول إلى نهاية التجارب والحصول على مخرجات تتم أيضا المقارنة مرة أخرى وإذا حصلنا على نفس النتائج أو نتائج مقاربة يعتبر النموذج في هذه الحالة يمكن استخدامه.

تطبيقات استراتيجية النمذجة والمحاكاة

المجالات العسكرية في التدريبات والحصول على الدعم.
المجالات الهندسية في تصميمات المواقع والمصانع وإنشاء العروض التقديمية كما تستخدم في الإلكترونيات وتطويرها.
الأحياء والطب في دراسة التركيبات الداخلية البيولوجية والهياكل الداخلية للأنظمة المعقدة بداخل الكائنات الحية.
التصميمات الجديدة من خلال مثل تصميمات الخوارزميات وخطوط التجميع.

تعتبر استراتيجية النمذجة والمحاكاة مهمة جدا في التصميمات الهندسية والكثير من التصميمات الأخرى ويجب التحقق من النموذج الذي تم نمذجته والتدقيق في النتائج جيدا تحت اشراف خبراء في المجال للحصول على نتائج أكثر دقة ولتجنب الخسائر.[1]