پدیده ای به نام طب هسته ای (پزشکی هسته ای)
مقدمه:
آزمایش های طبی هسته ای:
از امتیازات بارز و برجسته آزمایشات طب هسته ای (اتمی) آن است که احتیاج به هیچ گونه مقدمات، زمینه ها و آمادگی های اولیه بیمار جهت اجرای آزمایش قبل از انجام کار همچون عدم خوردن غذا و یا دادن ماده وداروی لازم قبل وهنگام اجرای آزمایش ندارد.ضریب دقت و صحت آزمایشهای طب هسته ای:
وقتی که اتم واتمی به گوش برسد بلافاصله اولیه تعریف و معنایی که ازاین کلمه و لفظ به ذهن بیشتر واکثریت قریب بر اتفاق مردم خطور می کند همان معنای سند اول ماده اتمی است که در موارد نظامی و تسلیحاتی کاربرد دارد که از اثر منفی بالایی برجسم انسان برخوردار است. مواد متشعشه اتمی (هسته ای) که درطب هسته ای (اتمی) استفاده می شوند موادی خاص بوده که برای استعمال واستفاده برروی انسان جهت تشخیص وعلاج در امور پزشکی، هیچ گونه اثر منفی تا به حال از آنها گزارش نگردیده است. این مواد توسط شرکتهای معروفی در سطح جهانی جهت اینگونه مصارف خاص تهیه می گردند. سپس در آزمایشگاه ها و لابراتورهای خاص در خصوص سلامت و صحت وعادی آنها از هر گونه عوارض میکروبی وهسته ای مضمر برانسان مورد بررسی وآزمایش قرار می گیرند. سپس آنها را در ظروف خاص سربی جهت سهولت حمل و جا به جایی بدون هیچ گونه خطری گذاشته می شوند. ماده متشعشه که به بیمار داده می شودبرای مدت کوتاهی درجسم بیماور می ماند و قسمت اعظم آن از طریق ادرار و تعرق تنفس و موارد دیگر از جسد وجسم انسان خارج و دفع می گردند اضافه براینکه خود آن ماده، خود به خود از لحاظ فیزیکی برحسب نصف عمر هر ماده تحلیل می رود.تــــاریخ حوادث و وقایع مــهم در پزشکی هسته ای :
1896 هنری بکرل اشعه مرموز ساطع شده از اورانیوم را کشف کرد.نتیجه گیری
طب هسته ای شاخه ای از پزشکی نوین با تکنولوژی مدرن جدید و پیشرفته پزشکی روز نقش مهمی را در تشخیص و علاج و بهبودی بیماریهای مختلف ونیز تنظیم برنامه مداوا و معالجه بیمار داشته وایفا می کند واز امتیازات کار در این شاخه از پزشکی سهولت در بررسی و آزمایشات پزشکی بر بیمار وعدم وجود اثرات منفی و عوارض جانبی و یا عود یا مضاعف شدن وشدت و یا خسارت حجمی بر بیمار است.انرژی پاکیزه
ضرورت استفاده از نیروی هستهای
جهان ما بدون گسترش سریع انرژی هستهای نمیتواند نیازهای روبه افزایش خود را در زمینه انرژی به شکلی پاکیزه رفع کند.انرژی هستهای امروز
استفاده از نیروی هستهای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین میکند که 40 سال پیش به وسیله تمام منابع انرژی تأمین میشد.قابلیت رقابت نیروی هستهای
در حال حاضر هزینه ساخت نیروگاههای هستهای بیش از ساخت نیروگاههایی است که با سوخت زغال یا گاز کار میکنند. این تفاوت با توجه به تجربة طولانی استفاده از نیروی هستهای که به کاهش دورة ساخت و افزایش طول عمر نیروگاه کمک میکند، در حال کم شدن است.آینده هستهای فراگیر
با شروع قرن بیست و یکم، انرژی هستهای 16 درصد برق جهان را تأمین میکند.کانه آرایی
استخراج به صورت مایع
یکی از روش های استخراج اورانیوم استخراج به صورت مایع است. در این روش محلول های نفوذ کننده از مجاری حفر شده به معدن تزریق می شوند. این محلول ها به سرعت در سنگ معدن نفوذ کرده و استخراج آنها را به صورت نیمه مایع از مجاری در نظر گرفته شده امکان پذیر می سازد. این روش در صورتی کارساز است که یک قشر غیر قابل نفوذ در زیر بستر سنگ های معدنی وجود داشته باشد تا این کانی ها که به صورت نیمه مایع درآمده اند خشک نشده و قابل استخراج بمانند.اکتشاف تکمیلی
این مرحله برای تعیین میزا ن تخمینی ذخیره اورانیوم است. با بررسی های آزمایشگاهی مانند XRF- XRD سنگ نگاری ، کانی شناسی ، میکرو شیمی و کانه آرایی ، ساختار کانی مشخص می گردد. در این مرحله نوع ذخیره و نوع کانی های حاوی اورانیوم مشخص می شود. سپس مطالعات و عملیات هیدرومتالورژیکی برای استخراج اورانیوم از کانی ها آغاز می شود.اکتشاف اولیه
اکتشاف ذخائر اورانیوم معمولا با شناسایی مناطقی آغاز می شود که از نظر زمین شناسی برای تمرکز اورانیوم مناسب تشخیص داده شوند. اکتشافات اولیه با هواپیما یا هلیکوپتر به وسیله وسایل اندازه گیری تابشی از قبیل اشکارساز گایگر- مولر و شمارشگرهای سنتیلاسیون صورت می گیرد. اکتشافات هوایی ، یک منطقه مشخص را تحت پوشش قرار داده و محل هایی را که دارای فعالیت بیشتر هستند شناسایی می کند.معادن اورانیوم ایران
در ایران تاکنون در سنگ های پروتروزوئیک پیشین و کامبرین پیشین در چند ناحیه ساغند ، زریگان ، نریگان ، انارک ، گنبد نمکی گچین ، قلات و همچنین در ارتباط با سنگ های ماگمایی ترشیری (الموت، اهر و ...) شواهدی از اورانیوم به دست آمده است.معادن اورانیوم
در میان کشورهای مختلف جهان، استرالیا دارای بزرگترین معادن اورانیوم است. و ذخایر ومنابع ارزان اورانیوم به ترتیب در کشورهای استرالیا ، قزاقستان ،آمریکا ، کانادا ،آفریقای جنوبی ، نامیبیا ، روسیه ، نیجر ، برزیل، ازبکستان ، اوکراین و مغولستان قرار دارد. کانادا با 25% تولید در صدرو استرالیا و نیجر با 14.8% و 9% تولید جهانی درمرتبه دوم و سوم قرار دارند. در حال حاضر 24 کشور دارای معادن اورانیوم نزد آژانس بین المللی انرژی اتمی ثبت شده اند که به غیر از چین، پاکستان و هندوستان مابقی گزارشات رسمی منابع و معادن اورانیوم خود را ارائه می دهند.عوامل موثر در کاهش سوخت
نیاز تکنولوژی هسته ای (به طور عمده تولید برق) در 50 سال آینده به اورانیوم طبیعی، تابع عوامل و فاکتورهای ذیل است:1- تکامل نوع نیروگاه های هستهای
امروزه 5 نوع اصلی از نیروگاه های اتمی در دست ساخت و بهره برداری میباشند. نیروگاههای اتمی نوع PWR ، BWR و PHWR بعد از سال 2020 عمده ترین و اصلی ترین راکتورهای قدرت در دنیا خواهند بود و این تحول در تقلیل نیاز بازار به اورانیوم طبیعی سهم به سزایی خواهد داشت.2- مصرف مجدد سوخت
استفاده مجدد از سوختهای مصرف شده و مصرف سوخت نوعMOX و ارسال سوخت نسل سوم به پسمانگور که حدود 30 درصد مصارف آتی را تامین خواهد نمود ،. و برهمین مبنا کاهش نیاز بازار به اورانیوم نسل اول (اورانیوم طبیعی) را به همراه خواهد داشت.3- تکامل درجه سوخت
بالا رفتن نرخ سوختن منجر به استفاده بیشتر از اورانیوم مصرفی و کاهش نیاز به اورانیوم طبیعی خواهد شد.4- بهره گیری از سوخت با غنای بیشتر
راکتورهای اتمی سبب استفاده بهینه از میلههای سوخت و در نهایت کاهش اورانیوم مورد نیاز خواهند شد. و میزان اورانیوم تخلیه شده را کاهش خواهند داد.5- بازفرآوری سوخت هستهای
در سناریوهای مختلف( کم و زیاد) منجر به صرفهجویی اورانیوم از 12 تا 35 درصد خواهد شد. با توجه به روند فزونی درخواست بازار جهانی اورانیوم ، مسلما از سال 2020 به بعد منابع اورانیوم گران تر از هزینه تولید 80 دلار به کیلوگرم مورد بهره برداری قرار خواهد گرفت.منابع و ذخایر اورانیوم درمناطق مختلف
منابع شناخته شده اورانیوم برحسب قیمت تمام شده تولید در ردههای مختلف طبقهبندی می شود.تولید ومصرف اورانیوم
امروزه حدود 000/300/4 تن اورانیوم در کره زمین کشف گردیده و میزان مصرف سالانه اورانیوم در کشورهای مختلف بالغ بر65000 تن می شود. برپایه تخمین آژانس بینالمللی انرژی اتمی (IAEA 1998) نیاز اورانیوم از 61500 تن در سال 1997 به 75000 تن در سال 2020 خواهد رسید که مجموع نیاز تا آن تاریخ بالغ بر 1634 میلیون تن خواهد بود. تولید 36195 تن اورانیوم در سال 1996 تنها 60 درصد نیاز جهانی را تامین می کرده و بقیه از محل ذخایر انبار شده تدارک شده است. استفاده از ذخایر انبار شده از 22000 تن در سال از 1992 شروع شده و رو به اتمام است.چگونگی تشکیل
در مراحل آغازین تبلور ماگمای گرانیتی ، با کاسته شدن از درجه قلیایی محیط، اورانیوم چهارظرفیتی عموما به صورت ایزومورف وارد شبکه بلورین کانیهای سازنده سنگ می شود وگرانیتهای پرمایه از اورانیوم را میسازد. بیشترین مقدار اورانیوم (تا 50 درصد از کل) درکانیهای فرعی پرتوزا نظیر اسفن، اورتیت، مونازیت، زیرکن، آپاتیت، ایلمنیت و غیره… تمرکز مییابد. عمده ترین کانیهای سازنده سنگ، به خصوص کانیهای تیره حاوی 5 تا 15 درصد از مقدار کل اورانیوم را دارا هستند. و بقیه اورانیوم به صورت میکروانکلوزیون و پراکنده در بین دانهها ظاهر می شود. در تودههای گرانیتی چند فازی، فازهای پسین عموما پرمایهتر از فازهای آغازین هستند. و در انواع شدیدا اسیدی یا قلیایی پسین ، مقدار اورانیوم میتواند تا %4- 10 یعنی ppm (50-10) افزایش یابد. فازهای پسین تبلور ماگمای گرانیتی عموما با افزایش پتانسیل اکسیداسیون توام است که این وضعیت موجب تغییر اورانیوم به حالت 6 ظرفیتی و انحلال در سیالات و بخارات ماگمایی و در نهایت مهاجرت با محلول های گرمابی می شود. مهاجرت اورانیوم در محلول های گرمابی عموما به صورت کمپلکس های کربوکسی اورانیل سدیم و به مقدار محدودتری به شکل اورانیل سولفات، اورانیل فسفات، اورانیل سیلیکات و سایر کمپلکسها انجام میپذیرد. به عنوان فرآیندی از گاززدایی و اختلاط محلول ها و تغییر در درجه اسیدی آنها همراه با تغییر حرارت و فشار و تبادل شیمیایی بین محلول ها و سنگ دیواره معبر جریان، کمپلکسهای مهاجرت میشکنند و اورانیوم به صورت چهار ظرفیتی از سیستم گرمابی خارج و به شکل تودههای معدنی گرمابی جای گیر می شود و کانسارهای درونزاد را میسازد. در شرایط اکسید کنندگی محیط، اورانیوم چهارظرفیتی ناپایدار شده و به انواع 6 ظرفیتی تبدیل میگردد. در این شرایط اورانیوم هیدرولیز شده و کمپلکس اورانیل – کاتیون دو ظرفیتی را میسازد که قابلیت تحرک و مهاجرت زیاد داشته و میتواند در نهایت کانسارهای برونزاد را بسازد. پیآمد قابلیت انحلال کمپلکسهای اورانیل تری کربنات ،اورانیل دیاکوادی کربنات ، اورانیل هیدروکسید و به مقدار بسیار اندکی اورانیل هومات ، اورانیل فسفات و اورانیل سیلیکون در محیط طبیعی یا قلیایی و ورود به آب های زیرزمینی کم عمق و آب های سطحی است. در چنین شرایطی اورانیوم از بخشهای نزدیک به سطح زمین از کانسارهای درونزاد رها شده و زون های اکسیدی را پیرامون هاله احیایی درونزاد میسازد. این پدیده درکانسارهای درونزاد سولفیددار از بالا به پایین چهره زیر را نمایش میدهد:شکل های ذخایر اورانیوم
ذخائر کانی اورانیوم به صورت های زیر در طبیعت یافت می شود :کانی های اورانیوم
اورانیوم که همیشه در ترکیب با اکسیژن در طبیعت یافت می شود ، به صورت پراکنده در تمام قشر خارجی کره زمین وجود دارد. در سنگ های با مواد معدنی به رنگ روشن مانند گرانیت ، محتوای اورانیوم ppm 5-4 و در سنگ های بازالت با مواد کانی تیره رنگ ، محتوای اورانیوم ppm 2-1 است.ژئوشیمی و کانی شناسی
فراوانی پوستهای (کلارک) اورانیوم %4-10×5/2 ( ppm2/5( است که به صورت بارزی از سنگ های فوق بازی به بازی و اسیدی افزایش مییابد. ) مقدار کلارک در سنگ های فوق بازی ppm3، در سنگ های بازی ppm 5 و در سنگ های اسیدی ppm 3/5 میباشد. ضریب تمرکز اورانیوم برای تشکیل کانسار 400 یا به عبارتی عیار اورانیوم در کانسنگ قابل استخراج (به روش معمولی) حدود 1/0 درصد است.کاربردها
باستانشناسان اذعان دارند که بشر از سال 79 میلادی از اورانیوم به عنوان مادهای برای اضافه کردن رنگ زرد به سفال لعابدار استفاده میکرده است. شیشه زرد رنگی با ترکیبی از اورانیوم در ناپل ایتالیا کشف شده است.
دقت وصحت در طب هسته ای
کاربرد و امتیازات طب هسته ای
1-تشخیص سریع و رود هنگام بیماری؛
فناوری هسته ای ابزارمهم در پژوهش های کشاورزی
تولید ابزارهای مقاوم به شوری و سرما
با پرتودهی بذرها می توان آنها را در برابر آب و خاک شور و مناطق سرد مقاوم کرد و از این طریق در مناطق کویری هم می توان گیاهان مقاومت را کاشت و بارور کرد.تولید میوه های بدون هسته
مراکز تحقیقاتی جهادکشاورزی بیشترین همکاری را با سازمان انرژی اتمی دارد و یکی از طرح های مشترک تولید پرتقال، نارنگی و پرتقال کم هسته در باغات تنکابن است.افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی
رئیس موسسه تحقیقاتی بیوتکنولوژی جهادکشاورزی افزایش ماندگاری میوه به ویژه مرکبات را در سردخانه ها از دیگر کاربردهای انرژی هسته ای و کشاورزی می داند و می افزاید: با استفاده از پرتودهی گاما و افزایش عمر ماندگاری محصولات باغی به ویژه مرکبات می توان ضایعات میوه را کاهش داد و زمان بیشتری برای بازاریابی و صادرات این محصولات به بازارهای بین المللی برای تولیدکنندگان و صادرکنندگان فراهم کرد.کاربرد انرژی هسته ای در مبارزه با آفات محصولات کشاورزی
امروزه در جهان به بهداشت محصولات غذایی اهمیت زیادی می دهند .تولید گونه های پرمحصول و حفظ ذخایر ژنتیکی کشور
تولید گونه هایی از محصولات غذایی با حاصلخیزی بیشتر به منظور افزایش عملکرد محصول در واحد سطح و استفاده بهینه از منابع آب و خاک یکی از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای است.افزایش سرعت تحقیقات
برخی تحقیقات کشاورزی برای رسیدن به نتیجه مطلوب زمان زیادی طلب می کند درحالی که با استفاده از فناوری هسته ای این زمان به نصف کاهش می یابد.با زباله های هسته ای چه می کنید?
سایتهای دفن زباله نیز مطابق با استانداردهای
نظام ایمنی طراحی و پیشبینی شده که پسماندههای حد متوسط در این سایت نگهداری میشوند.پسماندههای تمدن جدید
تمدن جدید مقادیر متنابهی پسمان صنعتی تولید می کند که باید تحت کنترل و یا نابود شوند. در میان این پسمانها، پسمانهای هستهای - که تعداد آنها در مقایسه با سایر زبالهها بسیار ناچیز است – قابل کنترل هستند. در حالی که پسماندههای اتمی مورد بمباران تبلیغاتی و خبری قرار گرفته، در حال حاضر با روشهای جدید 90 درصد پسماندههای هستهای قابل بازیافت است و تنها 10 درصد آن غیرقابل مصرف و البته قابل کنترل است. در عوض زبالههای شیمیایی هزاران بار از نظر حجمی بیشترند، میتوانند برای همیشه سمی باقی بمانند و مسأله نابودی آنها بسیار دشوار است. این در حالی است که بنابر تحقیقات انجمن جهانی هستهای (WNA) پسمانهای هستهای غیرنظامی در صورتی که بهطور مؤثر و مفید مورد حفاظت قرار گیرند، هیچگاه برای انسان و محیطزیست زیبانبار نخواهند بود.زلزله هم خطرساز نیست
آیا در پهنه جغرافیایی اماکنی هست که بتواند پسمانهای هستهای را بدون خطر برای کره زمین، در خود حفظ و قرنطینه کند؟
برق هسته ای
انرژی های فنا پذیر و آلوده ساز
اگر جامعه جهانی و بویژه دولت صنعتی غرب در ادعاهای خود در مباحث مربوط به جهانی شدن و الزام های آن صداقت دارند٬باید این صداقت را در همه امور نشان دهد. در زمینه منابع انرژی فسیلی٬با توجه به دو ویژگی مهم این منابع٬ نگرش و برنامهریزی یکپارچه اهمیت فراوانی دارد.این دو ویژگی عبارتند از:فنا ناپذیر بودن و آلوده ساز بودن این منابع اگر نگاه واقعاً جهانی باشد٬منابع محدود فسیلی متعلق به کل جامعه بشری است و پیامدهای زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویۀ آن نیز گریبان کل جامعه بشری را می گیرد. بنابراین یک برنامه ریزی منطقی با نگرش های محدود ملی لازم است که در انتخاب ترکیب بهینه به استفاده از حامل های مختلف انرژی و منابع کل جامعۀ بشری توجه شود.در این چارچوب آیا منطقی خواهدبود که مثلاً در یک کشور٬بعضی از حامل های انرژی به صورت غیر اقتصادی استفاده شوند و این کشور به هر دلیل یا بهانه ای ٬ از بهینه کردن ترکیب انرژی خود بازداشته شود و یا در جایی که بهینه ملی یا بهینۀ جهانی در تعارض قرار می گیرند٬در فرایند جهانی شدن کدام را باید انتخاب کرد؟کشورهای صنعتی بعد از دهۀ70 تمام تلاش خود را برای به حداقل رساندن سهم نفت و گاز در سبد انرژی مصرفی خود داشته اند٬اما سهم این منابع هرگز به صفر نرسیده است و نخواهد رسید و بنابراین باید از منابع هیدرو کربوری در سطح جامعۀ بین المللی به صورت بهینه استفاده کرد.استفادۀ غیر بهینه یک کشور موجب محرومیت کل جامعه بشری خواهد شد٬بنابراین منطق جهانی ایجاب می کند که جامعه بشری در مقابل وادار کردن یک کشور به استفادۀ غیر بهینه از منابع انرژی خود موضع گیری کند.دامنۀ کاربرد فناوری هسته ای
یکی از حوزه های کاربرد انرژی هسته ای صنایع غذایی است. پرتو دهی مواد غذایی فرایندی است که طی آن اشعه یونیزان برای تازه نگهداشتن غذا و کشتن میکروب ها مورد استفاده قرار می گیرد. برخی پرتو دهی مواد غذایی را تحت عنوان روش پاستوریزاسیون سرد نامیده اند.زیرا در این روش به جای انرژی گرمایی٬انرژی اشعه برای از بین بردن میکروارگانیزم های بیماری زا به کار می رود. لیستر٬پاستور و دیگران ارتباط بین فساد مواد غذایی را با وسایل و ظروف آلوده که به شیوع بیماری منجر می شود٬مطرح کردند.پس از آن نه تنها تهیۀ غذا در زمان و مکان مورد نیاز بلکه جلوگیری از صدمه زدن به انسان نیز از اهداف مورد نظر بود. به کار گیری فرایند قرار دادن مواد غذایی در معرض انرژی اشعه تازگی ندارد. برای مثال قرن ها از انرژی خورشید برای حفظ گوشت٬میوه و سبزی و ماهی استفاده شده است. اخیراً تشعشع مایکروویو و مادون قرمز برای گرم کردن غذا به کار می روند. فناوری پرتودهی تاریخچۀ طولانی در مورد محصولات غیر غذایی دارد. این فناوری چند دهه برای اتصال متقاطع پلیمرهای مورد استفاده در لاستیک های اتومبیل ها٬عایق دار کردن سیم ها٬جوهرهای چاپ و محافظ های بسته بندی موادغذایی بکار رفته است؛همچنین به منظور استریل کردن حدوداً 50%همه مواد عرضه شده در وسایل پزشکی مانند بانداژها٬نخ بخیه و پارچه های جراحی استفاده می شود و در حال حاضر محصولات مورد مصرفی همچون مواد آرایشی٬پستانک بچه٬حلقه های لاستیکی مخصوص گاز گرفتن کودک و ... همگی با پرتو دهی استریل می شوند. از دیگر حوزه های کاربرد انرژی هسته ای٬صنعت است. رادیو ایزوتوپ ها٬ مواد رادیو اکتیوی که طبیعی اند یا بطور مصنوعی ساخته می شوند٬کاربرد وسیعی در ابزار٬اندازه گیری ها و دستگاه های تصویر برداری دارند. محور همه این کاربرد ها رادیو ایزوتوپ است. گر چه اشعه دیده نمی شود٬اما براحتی می تواند با ابزار نوری صحیح تشخیص داده شود. علوم فضایی نیز از این تکنولوژی بی بهره نمانده است فناوری فوق نقش بسیار مهمی در اکتشافات فضایی دارد. با مطالعه علوم هستهای و بکارگیری این دانش می توانیم ماهوار ها٬ایستگاه فضایی بین المللی و مسافران فضا را تقویت و حفاظت کنیم.از مهمترین کاربردهای انرژی هسته ای٬بکارگیری آن در علم پزشکی است. پزشکی هسته ای و رادیولوژی همگی تکنیک های پزشکی هستند که مستلزم استفاده از پرتودهی یا رادیواکتیویته برای تشخیص٬درمان و جلوگیری از بیماری اند. در حالیکه رادیولوژی تقریباً نزدیک به یک قرض است مورد استفاده قرار گرفته٬پزشکی هسته ای حدوداً 50 سال پیش آغاز شد؛وبالاخره یکی از حوزه های مهم استفاده از انرژی هسته ای تولید الکتریسیته است. انرژی از منابع طبیعی از جمله ذغال٬گاز٬نفت٬آب٬باد٬خورشید و در نهایت از منابع هسته ای ایجاد می شود. بخشی از این انرژی برای تولید برق استفاده می شود (دیگر بخش ها برای مثال شامل حمل ونقل می باشد) کارخانجات تولید برق گرما یا حرکت این منابع طبیعی را برای تولید برق بکار می برند٬ اما یکی از پاکیزه ترین روش ها از لحاظ محیطی برای تولید برق٬استفاده از انرژی هسته ای است؛ با این وصف جایگاه انرژی اتمی با جنبه های وسیع و سودمند کاربردی مشخص بوده و اهمیتی که در بهبود کیفیت زندگی بشر دارد و نقش آن در پیشرفت علمی٬صنعتی و اقتصادی جوامع روشن است.برق هستهای
مقدمه
از مهمترین منابع استفاده صلح آمیز از انرژی اتمی ، ساخت راکتورهای هستهای جهت تولید برق میباشد. راکتور هستهای وسیلهای است که در آن فرآیند شکافت هستهای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. در طی این فرآیند انرژی زیاد آزاد میگردد به نحوی که مثلا در اثر شکافت نیم کیلوگرم اورانیوم انرژی معادل بیش از 1500 تن زغال سنگ بدست میآید. هم اکنون در سراسر جهان ، راکتورهای متعددی در حال کار وجود دارند که بسیاری از آنها برای تولید قدرت و به منظور تبدیل آن به انرژی الکتریکی ، پارهای برای راندن کشتیها و زیردریائیها ، برخی برای تولید رادیو ایزوتوپوپها و تحقیقات علمی و گونههایی نیز برای مقاصد آزمایشی و آموزشی مورد استفاده قرار میگیرند. در راکتورهای هستهای که برای نیروگاههای اتمی طراحی شدهاند (راکتورهای قدرت) ، اتمهای اورانیوم و پلوتونیم توسط نوترونها شکافته میشوند و انرژی آزاد شده گرمای لازم را برای تولید بخار ایجاد کرده و بخار حاصله برای چرخاندن توربینهای مولد برق بکار گرفته میشوند.انواع راکتور اتمی
راکتورهای اتمی را معمولا برحسب خنک کننده ، کند کننده ، نوع و درجه غنای سوخت در آن طبقه بندی میکنند. معروفترین راکتورهای اتمی ، راکتورهایی هستند که از آب سبک به عنوان خنک کننده و کند کننده و اورانیوم غنی شده (2 تا 4 درصد 235U) به عنوان سوخت استفاده میکنند. این راکتورها عموما تحت عنوان راکتورهای آب سبک (LWR) شناخته میشوند. راکتورهای PWR ، BWR و WWER از این دستهاند. نوع دیگر ، راکتورهایی هستند که از گاز به عنوان خنک کننده ، گرافیت به عنوان کند کننده و اورانیوم طبیعی یا کم غنی شده به عنوان سوخت استفاده میکنند. این راکتورها به گاز - گرافیت معروفند. راکتورهای GCR ، AGR و HTGR از این نوع میباشند.تاریخچه
به لحاظ تاریخی اولین راکتور اتمی در آمریکا بوسیله شرکت "وستینگهاوس" و به منظور استفاده در زیر دریائیها ساخته شد. ساخت این راکتور پایه اصلی و استخوان بندی تکنولوژی فعلی نیروگاههای اتمی PWR را تشکیل داد. سپس شرکت جنرال الکتریک موفق به ساخت راکتورهایی از نوع BWR گردید. اما اولین راکتوری که اختصاصا جهت تولید برق طراحی شده ، توسط شوروی و در ژوئن 1954در "آبنینسک" نزدیک مسکو احداث گردید که بیشتر جنبه نمایشی داشت. تولید الکتریسیته از راکتورهای اتمی در مقیاس صنعتی در سال 1956 در انگلستان آغاز گردید.سهم برق هستهای در تولید برق کشورها
کشورهای مختلف در تولید برق هستهای روند گوناگونی داشتهاند. به عنوان مثال کشور انگلستان که تا سال 1965 پیشرو در ساخت نیروگاه اتمی بود، پس از آن تاریخ ، ساخت نیروگاه اتمی در این کشور کاهش یافت، اما برعکس در آمریکا به اوج خود رسید. کشور آمریکا که تا اواخر دهه 1960 تنها 17 نیروگاه اتمی داشت، در طول دهه های 1970و 1980 بیش از 90 نیروگاه اتمی دیگر ساخت. این مسئله نشان دهنده افزایش شدید تقاضای انرژی در آمریکاست. هزینه تولید برق هستهای در مقایسه با تولید برق از منابع دیگر انرژی در آمریکا کاملا قابل رقابت میباشد.دیدگاههای اقتصادی و زیست محیطی برق هستهای
جمهوری اسلامی ایران در فرآیند توسعه پایدار خود به تکنولوژی هستهای چه از لحاظ تأمین نیرو و ایجاد جایگزینی مناسب در عرصه انرژی و چه از نظر دیگر بهره برداریهای صلح آمیز آن در زمینههای صنعت ، کشاورزی ، پزشکی و خدمات نیاز مبرم دارد که تحقق این رسالت مهم به عهده سازمان انرژی اتمی ایران میباشد. بدیهی است در زمینه کاربرد انرژی هستهای به منظور تأمین قسمتی از برق مورد نیاز کشور قیود و فاکتورهای بسیار مهمی از جمله مسایل اقتصادی و زیست محیطی مطرح میگردند.دیدگاه اقتصادی استفاده از برق هستهای
امروزه کشورهای بسیاری بویژه کشورهای اروپایی سهم قابل توجهی از برق مورد نیاز خود را از انرژی هستهای تأمین مینمایند. بطوری که آمار نشان میدهد از مجموع نیروگاههای هستهای نصب شده جهت تأمین برق در جهان به ترتیب 35 درصد به اروپای غربی ، 33 درصد به آمریکای شمالی ، 16.5 درصد به خاور دور ، 13درصد به اروپای شرقی و نهایتا فقط 0.74 درصد به آسیای میانه اختصاص دارد. بدون شک در توجیه ضرورت ایجاد تنوع در سیستم عرضه انرژی کشورهای مذکور ، انرژی هستهای به عنوان یک گزینه مطمئن اقتصادی مطرح است.دیدگاه زیست محیطی استفاده از برق هستهای
افزایش روند روزافزون مصرف سوختهای فسیلی طی دو دهه اخیر و ایجاد انواع آلایندههای خطرناک و سمی و انتشار آن در محیط زیست انسان ، نگرانیهای جدی و مهمی برای بشر در حال و آینده به دنبال دارد. بدیهی است که این روند به دلیل اثرات مخرب و مرگبار آن در آینده تداوم چندانی نخواهد داشت. از اینرو به جهت افزایش خطرات و نگرانیها تدریجی در مورد اثرات مخرب انتشار گازهای گلخانهای ناشی از کاربرد فرآیند انرژیهای فسیلی ، واضح است که از کاربرد انرژی هستهای بعنوان یکی از رهیافتهای زیست محیطی برای مقابله با افزایش دمای کره زمین و کاهش آلودگی محیط زیست یاد میشود. همچنانکه آمار نشان میدهد، در حال حاضر نیروگاههای هستهای جهان با ظرفیت نصب شده فعلی توانستهاند سالانه از انتشار 8 درصد از گازهای دی اکسید کربن در فضا جلوگیری کننداقتصاد انرژی هسته ای
شاخه های فناوری نانو
شبیه سازی زمان خرابیهای ماشین شرکت تولیدی براساس تجربه ، تصور می کند تعداد خرابیهای ماشینهایش بیش از حداست . مدیریت شرکتمی خواهد رفتار فعلی کار ( و خرابی ) ماشین ها را در یک دور زمانی طولانی ، برای درک بهتر رفتار سیستمشبیه سازی کند . پرسنل ستادی شرکت معتقدند که زمان بین خرابیهای ماشین به هفته با تقریب دارای توزیعیکنواخت به صورت 4<x<0 8f(x)=x است . شکل زیر نشان دهنده تابع احتمال پیوسته است که در آنمتغیر تصادفی x نشان دهندة زمان ( به هفته ) بین خرابیها است . مساحت زیر منحنی معرف احتمال وقوعمتغیر تصافی x است بنابراین ، مساحت زیر منحنی با یک است .
با محاسبه سطح زیر منحنی از صفر تا هر مقداری از متغیرتصادفی x می توان احتمال تجمعی مقدار x راتعیین کرد .ملاحظه می کنید که دامنة مقادیر متغیر تصادفی x (4<x<0) با احتمالات تجمعی 1<F(x)<0 متناظراست. از این رو برای هر مقدار F (x) در فاصله ( 1 و 0) مقداری برای x وجود دارد .
در مثال قبل متغیر تصادفی گسسته را با مقادیر مختلف x را با دامنه ای از توزیع تجمعی x مربوط میکردیم . ولی در حالتی که متغیر تصادفی پیوسته باشد ، رابطة بین x و تابع توزیع تجمعی ، F(x) ، برقرارمیشود . پس هر مقدار تابع توزیع تجمعی متناظر با مقدار خاصی از x است بنابراین ، هر عدد تصادفی r(بین0 و 1 ) را می توان به طور مستقیم به مقدار متناظر x آن با استفاده از تابع توزیع تجمعی آن ترجمه کرد . چونF(x) در فاصله ( 1 و 0 ) تعریف می شود وعدد تصادفی نیز در همین فاصله ( 1 و 0) تعریف می شود ،داریم: 162r=F(x)= r= xچون می خواهیم با اعداد تصادفی r مقادیر متغیر تصادفی x را به دست آوریم ،ابتدا بایستی ، معادله را برای x بر حسب r حل کنیم لذا r 4x= بعداز به دست آوردن عدد تصادفی r ،جایگزینی آن در معادلهr 4x= مقدار x متناظر آن به دست می آید . برای مثال ، اگر 25/0r = آنگاه 2=xاست . مولد فرایند r 4x= همان کاری را می کند که در مثال متغیر گسسته قبل دامنه برای r انجام می داد .سپس از مقادیرx درمدل شبیه سازی همانند مثالهای قبل استفاده می شود .
با مراجعه به مثال شرکت تولیدی ، به یاد آورید که متغیر تصادفی پیوسته x زمان بین خرابیها به هفته است ومدیریت علاقه مند است خرابیها را برای یک سال شبیه سازی کند . اعداد تصادفی که در این آزمایشبایداستفاده شود باید بین 0 تا 1 باشد ، اگر این چنین نبود باید اعداد را بر عددی مناسب تقسیم کنیم تا اعدادبین 0 تا 1 بدست آید . سپس از این مقادیر، استفاده شده تا مقادیر تصادفی برای x براساس فرمول تولید شودr 4x= نتایج شبیه سازی درجدول صفحه بعد آمده است .
تعداد تجمعی زمان تجمعی زمان بین خرابیهاxهفته r
خرابیها هفته r =4x
1 68/2 68/2 45/0
2 48/6 80/3 90/0
3 15/10 67/3 84/0
4 80/11 65/1 17/0
5 24/15 44/3 74/0
6 12/19 88/3 94/0
7 18/20 06/1 07/0
8 73/21 55/1 15/0
9 53/22 80/ 04/0
10 76/24 23/2 31/0
11 82/25 06/1 07/0
12 80/29 98/3 99/0
13 74/33 94/3 97/0
14 16/37 42/3 73/0
15 60/38 44/1 133/0
16 30/39 70/ 03/0
17 45/42 15/3 62/0
18 19/45 74/2 47/0
19 17/49 98/3 99/0
20 63/52 46/3 75/0
شبیه سازی برای 52 هفته (یک سال ) بعد از 20 خرابی صورت گرفته است ، با استفاده ازهمین روش ،شرکت می تواند خرابیهایی ماشین را برای یک دورة طولانی انجام دهد .
کاربردهای شبیه سازی اکنون با توجه به مفهوم شبیه سازی و توانایی آن در تجزیه و تحلیل سیستم ها و کمک به حل مسائل آنها و ازطرفی توجه به پیچیدگی سیستم هایی که در دنیای واقعی وجود دارند ، میتوان به راحتی میزان کاربرد فراوانشبیه سازی را حدس زد البته در این زمینه مطالعات و بررسی های نیز انجام شده است که نتایج حاصل از آنهامطلب فوق را تآئید می کنند . مثلا شانون در کتاب خود نتایج حاصل از بررسی نمونهای را که توسط شانون وبیلز از اعضای دائمی غیر دانشگاهی انجمن پژوهش عملیاتی آمریکا به دست آمده را ذکر می کند . حاصل ایننتایج در جدول صفحه بعد نشان داده شده است .
مطلوبیت فنون پژوهش عملیاتی برای افراد دست اندرکار
نظریة احتمال ( و استنباط آماری ) 182/0
تحلیل اقتصادی ( کارایی هزینه ) 150/0
شبیه سازی 143/0
برنامه ریزی خطی 12/0
کنترل موجودی ها 097/0
خط انتظار ( صف بندی ) 085/0
تحلیل شبکه ای ( ترتیب دهی ) 072/0
تحلیل جایگذاری 042/0
نظریه بازی ها 040/0
برنامه ریزی پریا 031/0
فنون جستجو 020/0
برنامه ریزی غیر خطی 018/0
00/1
می بینم برای محققینی که عملا کار می کنند ، تنها احتمال و روش کارایی هزینه است که از لحاظ ارزش یامطلوبیت در مرتبة بالاتری از شبیه سازی قرار می گیرند .
از دیگر مطالعات و بررسی هایی که در زمینه کاربرد فنون مختلف تحقیق درعملیات انجام شده است ،گزارش تورین است . این مطالعه در مورد 500 شرکت که توسط مجله فورچون به عنوان بزرگترینشرکتهای عالم معرفی شده بود ، صورت گرفت . نتیجة این مطالعات درجدول زیر آمده است .
کاربرد فنون مختلف تحقیق در عملیات
« گزارش تورین »نام فن تعداد طرحها درصد استفاده
تحلیل آماری* 63 29
شبیه سازی 54 25
برنامه ریزی خطی 41 19
نظریه موجودی ها 13 6
نظریه شبکه ها 13 6
برنامه ریزی پویا 9 4
برنامه ریزی غیر خطی 7 3
نظریه صف 2 1
برنامه ریز ابتکاری 2 1
گوناگون 13 6
* شامل احتمالات ، رگریسون ، تفریب نمایی ، نمونه گیری آماری، آزمون فرض
علاوه بر این صرف 74 میلیون دلار در سال مالی 1986 برای بررسیهای شبیه سازی توسط ارتش آمریکاکاربرد شبیه سازی را بیشتر آشکار می کند . بنابراین با وجود ظرافت و نداشتن پیچیدگی ریاضی ، شبیه سازییکی از پر مصرفترین فنون کمی است که در حل مسائل مدیریت به کار می رود .
مزایا و معایب شبیه سازی ( شبیه سازی کامپیوتری)
در سراسر بحث از مزایا شبیه سازی به نوعی یاد شده است . در اینجا بعضی از مزایای شبیه سازی را فهرستوار عنوان می کنیم :
داشتن قدرت فشردن زمان . بدین ترتیب که به وسیله شبیه سازی ممکن است چندین سال از فعالیتیک سیستم را در چند ثانیه ملاحظه و بررسی نمود . در نتیجه، بررسی کننده قادر است چندین طرح از یکسیستم را در یک فرصت کوتاه مطالعه نموده و نتاج عملکرد آنها را مقایسه نماید .
داشتن قدرت گسترش زمان. به وسیله جمع آوری آمار و اطلاعات لازم در برنامه شبیه سازی ، بررسیکننده قادر است جزئیات تغییراتی که در زمان واقعی قابل مشاهده نیستند مطالعه کند . بعبارتی دیگر تغییراتیکه بعلت بالا بودن سرعت ایجاد آنها در سیستم واقعی قابل مشاهده یا مطالعه نمی باشند ، در این روش قابلکنترل و بررسی هستند. این عمل با کمک کند نمودن زمان در مدل صورت می گیرد مانند کند نمودن سرعتحرکت یک فیلم برای بررسی حرکت هایی که در حال عادی قابل دقت و بررسی نیستند .
در یک بررسی گاه لازم است که حرکت زمان را متوقف کرده و نتایج بدست آمده تا این لحظه را مطالعهنمود و پس از تصمیم های لازم بررسی را از همان نقطه توقف یا از سر گرفت . لازمه این نیاز، این است که تمامپدیده های وابسته به سیستم وضعیت خود را تاشروع مجدد بررسی و آزمایش دقیقاً حفظ کنند . این امکانفقط در شبیه سازی ممکن است .
شبیه سازی این امکان را به تحلیل گر می دهد که یک آزمایش یا بررسی را با حفظ کلیه شرایط اولیه ورفتار سیستم بوسیله یک برنامه تکرار کند . در هر یک از دفعات تکرار، تنها مقادیر بعضی از پارامترها را بهمنظور دریافت اثر آنها بر رفتار سیستم و نتایج حاصل تغییر می دهد .
شبیه سازی قادر به بررسی تغییرات جدید در سیستم های موجود و مطالعه سیستم هایی که در مرحلهطرح می باشند و هنوز هیچ گونه امکانات ، سرمایه و زمان برای پیشرفت یا ایجاد فیزیکی آنها صرف نشدهاست . همچنین بررسی و آزمایش سیستمهای فرضی که احیاناً ایجاد و مطالعه آنها بوسیله روش های دیگرغیر ممکن یا خطر ناک می باشد با این روش امکان پذیر است. و اما معایب شبیه سازی را می توان چنین عنوانکرد :
ایجاد و توسعه یک مدل خوب شبیه سازی اغلب گران و محتاج زمان است و نیاز به اطلاعات زیادیدارد که ممکن است به آسانی دردسترس نباشد . شانون به به نقل از فازستو در کتاب خود ذکر می کند کهتوسعه یک مدل خوب برنامه ریزی شرکتها ممکن است 3 تا 10 سال وقت بخواهد .
شبیه سازی می تواند چنین وانمود کند که وضعیت جهان واقعی را به دقت نشان میدهد ، در حالی کهواقعاً این کار را نمیکند . چندین مسئله ذاتی در شبیه سازی وجود دارند که اگر به درستی حل نشوند می توانندنتایج غلطی را به وجود آورند .
شبیه سازی دقیق نبوده و نمی توان درجه این بی دقتی را اندازه گرفت . تحلیل حساسیت مدل نسبت بهتغییر مقدار پارارمترها تنها قسمتی از این مشکل را حل می کند .
معمولا نتایج شبیه سازی به صورت عددی بوده و با هر تعداد ارقام اعشاری که آزمایشگر انتخاب کند ،معین می شوند در نتیجه، خطر بزرگ کردن اعداد، یعنی اعتبار دادن بیش از حد به اعداد پیش می آید .
درنهایت هر چند شبیه سازی روش بسیار با ارزش و مفید برای حل مسائل است ، ولی به طور حتم راه حلتمام مسائل مدیریت نیست . هنوز تا حد زیادی توسعه و استفاده از مدلهای شبیه سازی به جای اینکه علمباشد هنر است . بنابراین مانند سایر هنرها تا حد زیادی فن ، موفقیت یا شکست را معین نمی کند بلکه عاملتعیین کننده ، چگونگی کار برد آن است .
منابع :
مبانی شبیه سازی http://www.irandoc.ac.ir
شبیه سازی چیست؟ http://www.callwithme.ir
شبیه سازی انسان http://www.senmerv.com
شبیه سازی www.http://aftab.ir
شبیه سازی چیست؟ http://www.knowclub.com
شبیه سازی زمان خرابیهای ماشین شرکت تولیدی براساس تجربه ، تصور می کند تعداد خرابیهای ماشینهایش بیش از حداست . مدیریت شرکتمی خواهد رفتار فعلی کار ( و خرابی ) ماشین ها را در یک دور زمانی طولانی ، برای درک بهتر رفتار سیستمشبیه سازی کند . پرسنل ستادی شرکت معتقدند که زمان بین خرابیهای ماشین به هفته با تقریب دارای توزیعیکنواخت به صورت 4<x<0 8f(x)=x است . شکل زیر نشان دهنده تابع احتمال پیوسته است که در آنمتغیر تصادفی x نشان دهندة زمان ( به هفته ) بین خرابیها است . مساحت زیر منحنی معرف احتمال وقوعمتغیر تصافی x است بنابراین ، مساحت زیر منحنی با یک است .
با محاسبه سطح زیر منحنی از صفر تا هر مقداری از متغیرتصادفی x می توان احتمال تجمعی مقدار x راتعیین کرد .ملاحظه می کنید که دامنة مقادیر متغیر تصادفی x (4<x<0) با احتمالات تجمعی 1<F(x)<0 متناظراست. از این رو برای هر مقدار F (x) در فاصله ( 1 و 0) مقداری برای x وجود دارد .
در مثال قبل متغیر تصادفی گسسته را با مقادیر مختلف x را با دامنه ای از توزیع تجمعی x مربوط میکردیم . ولی در حالتی که متغیر تصادفی پیوسته باشد ، رابطة بین x و تابع توزیع تجمعی ، F(x) ، برقرارمیشود . پس هر مقدار تابع توزیع تجمعی متناظر با مقدار خاصی از x است بنابراین ، هر عدد تصادفی r(بین0 و 1 ) را می توان به طور مستقیم به مقدار متناظر x آن با استفاده از تابع توزیع تجمعی آن ترجمه کرد . چونF(x) در فاصله ( 1 و 0 ) تعریف می شود وعدد تصادفی نیز در همین فاصله ( 1 و 0) تعریف می شود ،داریم: 162r=F(x)= r= xچون می خواهیم با اعداد تصادفی r مقادیر متغیر تصادفی x را به دست آوریم ،ابتدا بایستی ، معادله را برای x بر حسب r حل کنیم لذا r 4x= بعداز به دست آوردن عدد تصادفی r ،جایگزینی آن در معادلهr 4x= مقدار x متناظر آن به دست می آید . برای مثال ، اگر 25/0r = آنگاه 2=xاست . مولد فرایند r 4x= همان کاری را می کند که در مثال متغیر گسسته قبل دامنه برای r انجام می داد .سپس از مقادیرx درمدل شبیه سازی همانند مثالهای قبل استفاده می شود .
با مراجعه به مثال شرکت تولیدی ، به یاد آورید که متغیر تصادفی پیوسته x زمان بین خرابیها به هفته است ومدیریت علاقه مند است خرابیها را برای یک سال شبیه سازی کند . اعداد تصادفی که در این آزمایشبایداستفاده شود باید بین 0 تا 1 باشد ، اگر این چنین نبود باید اعداد را بر عددی مناسب تقسیم کنیم تا اعدادبین 0 تا 1 بدست آید . سپس از این مقادیر، استفاده شده تا مقادیر تصادفی برای x براساس فرمول تولید شودr 4x= نتایج شبیه سازی درجدول صفحه بعد آمده است .
تعداد تجمعی زمان تجمعی زمان بین خرابیهاxهفته r
خرابیها هفته r =4x
1 68/2 68/2 45/0
2 48/6 80/3 90/0
3 15/10 67/3 84/0
4 80/11 65/1 17/0
5 24/15 44/3 74/0
6 12/19 88/3 94/0
7 18/20 06/1 07/0
8 73/21 55/1 15/0
9 53/22 80/ 04/0
10 76/24 23/2 31/0
11 82/25 06/1 07/0
12 80/29 98/3 99/0
13 74/33 94/3 97/0
14 16/37 42/3 73/0
15 60/38 44/1 133/0
16 30/39 70/ 03/0
17 45/42 15/3 62/0
18 19/45 74/2 47/0
19 17/49 98/3 99/0
20 63/52 46/3 75/0
شبیه سازی برای 52 هفته (یک سال ) بعد از 20 خرابی صورت گرفته است ، با استفاده ازهمین روش ،شرکت می تواند خرابیهایی ماشین را برای یک دورة طولانی انجام دهد .
کاربردهای شبیه سازی اکنون با توجه به مفهوم شبیه سازی و توانایی آن در تجزیه و تحلیل سیستم ها و کمک به حل مسائل آنها و ازطرفی توجه به پیچیدگی سیستم هایی که در دنیای واقعی وجود دارند ، میتوان به راحتی میزان کاربرد فراوانشبیه سازی را حدس زد البته در این زمینه مطالعات و بررسی های نیز انجام شده است که نتایج حاصل از آنهامطلب فوق را تآئید می کنند . مثلا شانون در کتاب خود نتایج حاصل از بررسی نمونهای را که توسط شانون وبیلز از اعضای دائمی غیر دانشگاهی انجمن پژوهش عملیاتی آمریکا به دست آمده را ذکر می کند . حاصل ایننتایج در جدول صفحه بعد نشان داده شده است .
مطلوبیت فنون پژوهش عملیاتی برای افراد دست اندرکار
نظریة احتمال ( و استنباط آماری ) 182/0
تحلیل اقتصادی ( کارایی هزینه ) 150/0
شبیه سازی 143/0
برنامه ریزی خطی 12/0
کنترل موجودی ها 097/0
خط انتظار ( صف بندی ) 085/0
تحلیل شبکه ای ( ترتیب دهی ) 072/0
تحلیل جایگذاری 042/0
نظریه بازی ها 040/0
برنامه ریزی پریا 031/0
فنون جستجو 020/0
برنامه ریزی غیر خطی 018/0
00/1
می بینم برای محققینی که عملا کار می کنند ، تنها احتمال و روش کارایی هزینه است که از لحاظ ارزش یامطلوبیت در مرتبة بالاتری از شبیه سازی قرار می گیرند .
از دیگر مطالعات و بررسی هایی که در زمینه کاربرد فنون مختلف تحقیق درعملیات انجام شده است ،گزارش تورین است . این مطالعه در مورد 500 شرکت که توسط مجله فورچون به عنوان بزرگترینشرکتهای عالم معرفی شده بود ، صورت گرفت . نتیجة این مطالعات درجدول زیر آمده است .
کاربرد فنون مختلف تحقیق در عملیات
« گزارش تورین »نام فن تعداد طرحها درصد استفاده
تحلیل آماری* 63 29
شبیه سازی 54 25
برنامه ریزی خطی 41 19
نظریه موجودی ها 13 6
نظریه شبکه ها 13 6
برنامه ریزی پویا 9 4
برنامه ریزی غیر خطی 7 3
نظریه صف 2 1
برنامه ریز ابتکاری 2 1
گوناگون 13 6
* شامل احتمالات ، رگریسون ، تفریب نمایی ، نمونه گیری آماری، آزمون فرض
علاوه بر این صرف 74 میلیون دلار در سال مالی 1986 برای بررسیهای شبیه سازی توسط ارتش آمریکاکاربرد شبیه سازی را بیشتر آشکار می کند . بنابراین با وجود ظرافت و نداشتن پیچیدگی ریاضی ، شبیه سازییکی از پر مصرفترین فنون کمی است که در حل مسائل مدیریت به کار می رود .
مزایا و معایب شبیه سازی ( شبیه سازی کامپیوتری)
در سراسر بحث از مزایا شبیه سازی به نوعی یاد شده است . در اینجا بعضی از مزایای شبیه سازی را فهرستوار عنوان می کنیم :
داشتن قدرت فشردن زمان . بدین ترتیب که به وسیله شبیه سازی ممکن است چندین سال از فعالیتیک سیستم را در چند ثانیه ملاحظه و بررسی نمود . در نتیجه، بررسی کننده قادر است چندین طرح از یکسیستم را در یک فرصت کوتاه مطالعه نموده و نتاج عملکرد آنها را مقایسه نماید .
داشتن قدرت گسترش زمان. به وسیله جمع آوری آمار و اطلاعات لازم در برنامه شبیه سازی ، بررسیکننده قادر است جزئیات تغییراتی که در زمان واقعی قابل مشاهده نیستند مطالعه کند . بعبارتی دیگر تغییراتیکه بعلت بالا بودن سرعت ایجاد آنها در سیستم واقعی قابل مشاهده یا مطالعه نمی باشند ، در این روش قابلکنترل و بررسی هستند. این عمل با کمک کند نمودن زمان در مدل صورت می گیرد مانند کند نمودن سرعتحرکت یک فیلم برای بررسی حرکت هایی که در حال عادی قابل دقت و بررسی نیستند .
در یک بررسی گاه لازم است که حرکت زمان را متوقف کرده و نتایج بدست آمده تا این لحظه را مطالعهنمود و پس از تصمیم های لازم بررسی را از همان نقطه توقف یا از سر گرفت . لازمه این نیاز، این است که تمامپدیده های وابسته به سیستم وضعیت خود را تاشروع مجدد بررسی و آزمایش دقیقاً حفظ کنند . این امکانفقط در شبیه سازی ممکن است .
شبیه سازی این امکان را به تحلیل گر می دهد که یک آزمایش یا بررسی را با حفظ کلیه شرایط اولیه ورفتار سیستم بوسیله یک برنامه تکرار کند . در هر یک از دفعات تکرار، تنها مقادیر بعضی از پارامترها را بهمنظور دریافت اثر آنها بر رفتار سیستم و نتایج حاصل تغییر می دهد .
شبیه سازی قادر به بررسی تغییرات جدید در سیستم های موجود و مطالعه سیستم هایی که در مرحلهطرح می باشند و هنوز هیچ گونه امکانات ، سرمایه و زمان برای پیشرفت یا ایجاد فیزیکی آنها صرف نشدهاست . همچنین بررسی و آزمایش سیستمهای فرضی که احیاناً ایجاد و مطالعه آنها بوسیله روش های دیگرغیر ممکن یا خطر ناک می باشد با این روش امکان پذیر است. و اما معایب شبیه سازی را می توان چنین عنوانکرد :
ایجاد و توسعه یک مدل خوب شبیه سازی اغلب گران و محتاج زمان است و نیاز به اطلاعات زیادیدارد که ممکن است به آسانی دردسترس نباشد . شانون به به نقل از فازستو در کتاب خود ذکر می کند کهتوسعه یک مدل خوب برنامه ریزی شرکتها ممکن است 3 تا 10 سال وقت بخواهد .
شبیه سازی می تواند چنین وانمود کند که وضعیت جهان واقعی را به دقت نشان میدهد ، در حالی کهواقعاً این کار را نمیکند . چندین مسئله ذاتی در شبیه سازی وجود دارند که اگر به درستی حل نشوند می توانندنتایج غلطی را به وجود آورند .
شبیه سازی دقیق نبوده و نمی توان درجه این بی دقتی را اندازه گرفت . تحلیل حساسیت مدل نسبت بهتغییر مقدار پارارمترها تنها قسمتی از این مشکل را حل می کند .
معمولا نتایج شبیه سازی به صورت عددی بوده و با هر تعداد ارقام اعشاری که آزمایشگر انتخاب کند ،معین می شوند در نتیجه، خطر بزرگ کردن اعداد، یعنی اعتبار دادن بیش از حد به اعداد پیش می آید .
درنهایت هر چند شبیه سازی روش بسیار با ارزش و مفید برای حل مسائل است ، ولی به طور حتم راه حلتمام مسائل مدیریت نیست . هنوز تا حد زیادی توسعه و استفاده از مدلهای شبیه سازی به جای اینکه علمباشد هنر است . بنابراین مانند سایر هنرها تا حد زیادی فن ، موفقیت یا شکست را معین نمی کند بلکه عاملتعیین کننده ، چگونگی کار برد آن است .
منابع :
مبانی شبیه سازی http://www.irandoc.ac.ir
شبیه سازی چیست؟ http://www.callwithme.ir
شبیه سازی انسان http://www.senmerv.com
شبیه سازی www.http://aftab.ir
شبیه سازی چیست؟ http://www.knowclub.com
مثالهایی از شبیه سازی در این قسمت به منظور درک مفهوم شبیه سازی چند مثال شبیه سازی را ذکر میکنیم .
شبیه سازی یک سیستم موجودی انبار با تقاضا و زمان تأخیر احتمالی
تقاضای هفتگی برای یک توزیع کنندة تجهیزات الکتریکی ، متغیر تصادفی گسستهای است که توزیع احتمالآن به شکل جدول زیر است .
احتمالتقاضا تقاضای هر هفته
P(X) X
0/2 14
0/4 15
0/2 16
0/1 17
0/1 18
در این جدول ، P)X)احتمال آن است که تقاضا برای این کالا در هفتهای مشخص X باشد . این توزیع کننده ،تجهیزات مورد نیاز خود را به وسیله سفارش از تولید کننده تهیه کند . از طرفی بین زمان صدور سفارش تازمانی که تجهیزات را دریافت میکند ، زمان تأخیری وجود دارد . که این زمان تأخیر ثابت نبوده بلکه یک متغیرتصادفی گسسته است که توزیع احتمال آن در زیر نشان داده شده است .
احتمالزمانتأخیر زمان تأخیر بر حسب هفته
P(Y) Y
6/0 2
3/0 3
1/0 4
00/1
هدف توزیع کننده آن است که تعداد بهینة سفارش را به اضافة زمانی که باید سفارش داده شود ( نقطه سفارشمجدد) مشخص کند . تصمیم بهینه ، تصمیمی خواهد بود که موجب حداقل هزینههای کل انبار شود . توزیعکننده پارامترهای هزینه زیر را تعیین کرده است : هزینه هر بار سفارش (Co) 150 تومان ، هزینه انبار داری(Cc) برای هر واحد در هفته 1 تومان و در صورت کمبود کالا برای پاسخگوئی به تقاضا تامین نشده به ازای هرواحد 100 تومان است (هزینه کمبود (Cs).
توجه کنید که طول هر پاره خط عمودی در هر پله دقیقاً متناظر با احتمال کمیتی از تقاضا ، P(X) ، است .برای مثال ، در قسمت بالای نمودار ، پاره خط عمودی که مستقیماً بالای مقدار 18 قرار دارد ، دارای احتمالیبین 9/0 تا 0/1 است . این دامنه با احتمال تقاضای 18 ترمینال کامپیوتری ، 1/0 = (18)p متناظر است . همینقضیه برای تقاضاهای دیگر نیز صادق است .
بنابراین ، تابع تجمعی X ، شامل چندین دامنه است که هر دامنه متناظر با میزان مشخصی از تقاضا است .همین مطلب برای زمان تأخیر و احتمال آن نیز صادق است . حال اگر اعداد تصادفی مانند 1rو 2r را بتوان بین 0تا 1 تولید کرد ، در این صورت با توجه به اینکه این عدد های تصادفی در کجا قرار گیرند میتوان مقدار متناظرتقاضا و زمان تأخیر را روی محور افقی مشخص کرد . برای مثال مقدار 76/0=1r در دامنه 8/0<F(x)<6/0قرار میگیرد. پس تقاضای متناظر آن 16 واحد است که از روی محور افقی پیدا میشود. بنابراین ، با انتخابمقادیر تصادفی 1r و2r میتوان مقادیر x وy را به صورت تصادفی براساس توزیع احتمال تقاضا و زمان تاخیرتولید کرد . برای تولید اعداد تصادفی از جدول اعداد تصادفی استفاده شده است .
دامنه اعداد تصادفی r1 دامنه توزیع تجمعی F(x) احتمال تقاضا (P(x) تقاضا x
19 - 00 19/0 - 0/00 2/0 14
59 - 20 59/0 - 20/0 4/0 15
79 - 60 79/0 - 60/0 2/0 16
89 - 80 89/0 - 80/0 1/0 17
99 - 90 99/0 - 90/0 0/11/0 18
برای مثال توجه کنید که اولین دامنه r1 شامل20 مقدار ممکن است ، یعنی از 00 تا 019 این دامنه متناظر بااحتمال تقاضای 14 = x است .
دامنه اعداد تصادفی
r2 دامنه توزیع تجمعی
p(y) احتمال زمان تأخیر
(y)p زمان تأخیر(هفته)
y
59 - 00 59/ - 00/ 60/ 2
89 - 60 89/ - 60/ 30/ 3
99 - 90 99/ - 90/ 10/ 4
00/1
توجه کنید که برای مقادیر r1 و r2 ما 100 عدد تصادفی که احتمال انتخاب شدن همه آنها مساوی ( 01/0)است ، انتخاب می کنیم . با توجه به این تعداد اعداد و دامنة r1و r2 ، این دامنه ها همان احتمال مربوطه رامشخص می کنند . مثلا زمان تأخیر 2 هفته احتمالش 60/0 است و تعداد اعداد بین 0 تا 59 می شود 60 عددکه احتمال آن نسبت به کل اعداد ( 100) همان 60/0 است .
چون هدف تجزیه و تحلیل انبار ، تعیین تعداد بهینه سفارش و بهترین زمان سفارش ( نقطه سفارش مجدد)است ، آزمایش شبیه سازی را با انتخاب تعداد سفارش ونقطه سفارش خاصی شروع می کنیم . شبیه سازی رابا تعداد سفارش 40 ترمینال ( 40 = Q ) در هر بار سفارش ونقطه سفارش مجدد 30 ترمینال ( 30 = R )شروع می کنیم . پس هر موقع موجودی انبار کمتر یا مساوی 30 ترمینال باشد ، ما 40 عدد سفارش می دهیم .
به تعویق انداختن سفارش در زمان کمبود مجاز نیست . وقتی در هفته n ام سفارشی داده می شود ، در هفته
n + y (که yزمان تأخیر است ) سفارش دریافت می شود . دراین مثال شرایط شروع شبیه سازی با فرض20 ترمینال کامپیوتری در انبار شروع شده تا به شرایط واقعی نزدیکتر باشد .
آزمایش شبیه سازی با 40 = Q و 30 = R
زبانهای شبیه سازیGpss III
Gpss را ابتدا در آغاز دهه 1960 فردی به نام جی.جردن برای شرکت آی.بی.ام ساخت . III Gpssسومین نسخه این زبان ، برنامه ای دو قسمتی است که نیازمند به کارگیری همگردان است . قسمت اوّل یکبرنامه مونتاژ است که توصیف کنندههای سیستم را به صورت دادة قسمت دوم تبدیل میکند . قسمت دومشبیه سازی را انجام میدهد . Gpss III به برنامه نویسی به مفهوم معمول آن نیاز ندارد . مدل سیستم بااستفاده از دستور العملهای مستطیلی ساخته میشود . استفاده از Gpss به هیچ گونه دانش قبلی در موردبرنامه نویسی کامپیوتری نیاز ندارد .
DYNAMO
دینامو در سال 1959 در دانشگاه ام.آی.تی توسط فیلیس فوکس و الکساندر رال پو تدوین شد. اینزبان به عنوان محصولی که به وسیله جی.دبیلو.فرستر برای تحلیل رفتار جامع سیستمهای صنعتی درمقیاس وسیع طراحی شده ، به وجود آمده است . دینامو یک برنامه کامپیوتری است که مدل به صورتمجموعه معادلات توصیف کنندة نشان داده میشود . سپس رفتار سیستم ، با ارزیابی مستمر معادلات در طولزمان ، شبیه سازی میشود . از این زبان به صورت مؤثر در مدلسازی و اقتصاد سنجی و شبیه سازیسیستمهای پیچیدة صنعتی و همچنین برنامه ریزی سیستمهای شهری ـ اجتماعی استفاده میشود . این زباننیز مانند Gpss به دانش برنامه نویسی نیاز ندارد .
GASP IV
این زبان را در سال 1973 ای.آلن.بی. پریتسکر و نیکولاس آر.هرست ساختند و به جای زبانGASP II ـ که کاملاً یک زبان شبیه سازی متغیرهای گسسته بود ـ جایگزین شده است . زبان GASP II نتیجهکار فیلیپ جی کیویات در شرکت فولاد آمریکا بود . تفاوت عمدة بین GASP II و GASP IV تواناییاضافی GASP IV در شبیه سازی متغیرهای پیوسته علاوه بر متغیرهای گسسته است . این زبان توانایی اجرایترکیبی از متغیرهای پیوسته و گسسته را داراست . این زبان کاملاً به زبان فورترن IV نوشته شده و در هرکامپیوتری با همگردان فورترن قابل استفاده و این یکی از ویژگیهای جذاب و بینظیر آن است . این زبان ازچندین برنامه فرعی فورترن تشکیل شده که هر یک وظیفة خاصی را در شبیه سازی انجام میدهند ، یکبرنامه نویس میتواند GASP IV را طوری تغییر داده و اصلاح کند که با خصوصیات مورد علاقه خود که دربرنامه لحاظ نشده است ، منطبق شود .
SIMSCRIPT
simscript را در اوایل دهة 1960 هری مارکویتز در شرکت راند به عنوان یک زبان برنامه نویسی به وجودآورد . گرچه در ابتدا برای تجزیه و تحلیلهای شبیه سازی طراحی شد ، ولی میتوان از آن به عنوان یک زبانبرای مقاصد کلی و عمومی استفاده کرد . این زبان ، یک زبان قدرتمند شبیه سازی است که در آن از واژههایانگلیسی استفاده نشده است و به هیچ گونه کد کردن خاصی نیاز ندارد و برای استفاده از آن هم به یک زبانواسطة همچون فورترن ، نیازی نیست .
Q-GERT
این زبان برای مدلسازی شبکه و خصوصاً تحلیل سیستمهای صف مناسب است . این زبان را پریتسکردر طی دهة 1965 ساخت . GERT علامت اختصاری برای تکنیک ارزیابی و بازنگری با استفاده از نموداراست . تفاوت عمدة بین Q-GERT و GERT در این است که Q-GERT توانایی وارد نمودن خدمت دهندگان وصفها را در مدل شبکه دارد . علاوه بر این به استفاده کننده (کاربر) امکان میدهد که مسیر نهادههای خاصی رادر طول جریان سیستم پیگیری کند . از زبانهای که در این قسمت معرفی شد، Q-GERT سادهترین زبان شبیهسازی برای کاربران است .
SLAM
SLAM برمبنای زبان فورترن بنا نهاده شده و آن را پریتسکر به وجود آورده است . امکان استفاده از این زبان درمدلهای شبکه ، مدلهای با حوادث گسسته ، مدلهای حوادث پیوسته و ترکیبی از این سه مدل، وجود دارد .
SLAM علامت اختصاری «زبان شبیه سازی برای مدلسازی جایگزین» است . SLAM به دلیل توان ترکیبمدلهای شبکه، حوادث گسسته و پیوسته به کاربر امکان میدهد تا مدلهای دیگری را توسعه دهد . این زبانمحصول زبانهای GERT و GASPIV است که به وسیله پریتسکر به وجود آمده است .
7 ـ تعیین اعتبار: این مرحله از مهمترین و معمولاً مشکلترین مراحل شبیه سازی است . تعیین اعتبار عبارت ازفرآیند اطمینان دادن به استفاده کنندة مدل، تا آن سطح که بپذیرد هر گونه استنباط حاصل از شبیه سازی دربارةسیستم ، صحیح است . به عبارتی دیگر تعیین اعتبار یعنی پاسخ دادن به این سؤال که «آیا مدل ساخته شدهرفتار سیستم واقعی را بدرستی شبیه سازی میکند یا خیر؟» بنابراین آنچه که به ما مربوط میشود قابل اعتباربودن مدل است ، نه حقیقت ساختار آن. تعیین اعتبار مدل بیش از حد مهم است ، زیرا شبیه سازی ها معمولاًواقعی جلوه کرده و مدلسازها و استفاده کنندگان به راحتی آنها را باور میکنند. مفروضاتی که در شبیه سازیهابه کار میرود اغلب از دید یک شخص عادی و حتی گاهی از دید مدلساز نیز پنهان میماند. در نتیجه ، اگرمراحل تعیین اعتبار و ارزیابی ، به دقت و به طور کامل انجام نگیرد ، ممکن است نتایج غلط با اثرات خطرناکپذیرفته شود . در تعیین اعتبار مدل یک سؤال مطرح میشود و آن این است که ضابطه اندازه گیری تطابق رفتارمدل با رفتار سیستم چیست و چگونه از آن استفاده میشود. معمولاً دو روش برای آزمایش رفتار مدلهایشبیه سازی بکار میرود :
الف ) در مواقعی که ارقام و نتایج رفتار سیستم واقعی در دست میباشد ، مقادیر و نتایج مشابه بدست آمده ازبررسی مدل را با آنها مقایسه میکنند .
ب ) دقت مدل را در پیش بینی و تعیین مقادیر پارامترها و متغیرهای سیستم در آینده مورد بررسی قرارمیدهند . برای تعیین اعتبار مطمئن و دقیق مدل بحث ها و بررسیهای زیادی صورت گرفته و نظریههایمتعددی بیان گردیده است. پرداختن به این نظریه ها خارج از محدوده این مجموعه است و لذا در اینجا فقط بهذکر مراحل یک روش تعیین اعتبار میپردازیم . این مراحل عبارتند از :
الف ـ در مرحله اول ، اساسی که مدل بر پایه آنها بنا شده است باید مشخص گردد . این اساس شامل یک سریواقعیات غیر قابل انکار و یک سری فرضیات است که در هنگام شناخت و تعریف سیستم تعیین شدهاند. برایاین تشخیص ، مدلساز از اطلاعات خود راجع به سیستم واقعی یا سیستمهای مشابهی که شبیه سازی شدهانداستفاده خواهد کرد . مدلساز فرضیات را از بدیهیات غیر قابل انکار بازشناخته و از بین آنها فرضیاتی را که قابلآزمایش هستند انتخاب میکند. دلیل این انتخاب این است که در شبیه سازی مواردی وجود دارد که آزمونیک فرض، گاه غیر ممکن و یا بسیار مشکل است . در این گونه موارد ، با این استدلال که فرضیه غیر قابلآزمایش بیمعنی است ، کنار گذاشته میشود و یا آنرا بصورت موقتی قبول کرده و در عین حال به جستجویفرضیه قابل آزمایشی پرداخته میشود .
ب ـ در مرحله دوم فرضیات منتخب مرحله اول مورد آزمون قرار میگیرند. این فرضیات که اغلب مربوط بهمتغیرهای تصادفی سیستم (بعنوان پارامترهای ورودی) میباشند باید با روشهای آماری آزمون فرض، موردآزمایش قرار گیرند.
ج ـ مرحله سوّم تست رفتار مدل یا تطابق نتایج است. برای انجام این مرحله دو روش وجود دارد که در صفحهقبل ذکر گردید. واضح است که مدل ساخته شده باید متناسب با هدف شبیه سازی رفتار و عملکرد سیستم رابه نمایش بگذارد . بعبارت دیگر باید کلیه وقایعی که در سیستم رخ میدهند، هر کدام بموقع خود، و تمامجزئیات اثر یا اثرات آنها در مدل گنجانیده شود . گاه اتفاق میافتد که بعضی جزئیات در مدل از قلم افتاده یااشتباهی برنامه نویسی شده و یا حتی بعضی از قسمتها بطور نادرست مدلسازی شدهاند. این اشتباهات گاهیآنقدر مخرب هستند که نتایج حاصل بجای عملی بودن اصولاً مسخره خواهند بود .
8 ـ برنامه ریزی استراتژیک و تاکتیکی : بطور کلی برنامه استراتژیک یعنی طرح آزمایشی که اطلاعات مطلوباز آن حاصل شود و برنامه ریزی تاکتیکی یعنی تعیین این موضوع که هر یک از آزمونهای مشخص شده درطرح آزمایش ، چگونه انجام گیرد.
استفاده از طرحهای آزمایش به دو دلیل است : 1 ـ کاهش تعداد دفعات آزمایش و 2 ) ساختاری برایفرایند یادگیری محققین . در طرح آزمایش روشی برای جمع آوری اطلاعات اساسی انتخاب میشود کهدربارة پدیده یا سیستم، آن قدر آگاهی به دست آید که بتوان استنباطهای معتبری راجع به رفتار آن کسب کرد .در آزمایش شبیه سازی عوامل متعددی وجود دارند که باید دارای طرح معینی باشند . بعضی از این عواملعبارتند از ، شرایط اولیه (یا شرایط شروع) شبیه سازی، شرایط پایانی و زمانهایی که مدل باید اطلاعاتی راتولید کند . هر یک از این عامل ها اثرات بسیار مهمی روی نتایج حاصل از شبیه سازی دارند که با تغییر آنها ،میزان تأثیرشان تغییر مییابد . آزمایش کننده میبایست قبل از به اجرا گذاشتن مدل، تصمیم خود را در موردچگونگی این عوامل ، البته براساس روشهای علمی و فنی ، بگیرد . نتیجه این تصمیم بخشی از طراحیآزمایش را تشکیل میدهد . دو نوع از اهداف آزمایش به سهولت قابل تشخیص اند : 1 ) یافتن ترکیبی از مقادیرپارامترها که جواب آزمایش را بهینه کند و یا 2 ) یافتن روابط بین جواب آزمایش و عوامل قابل کنترل سیستم.برای هر دوی این اهداف طرحهای آزمایشی زیادی به وجود آمده و در دسترساند .
عموماً در برنامه ریزی تاکتیکی مسئله بازدهی مطرح است و با تعیین چگونگی اجرای مدل که در طرحآزمایشی مشخص میشوند، سروکار دارد . برنامه ریزی تاکتیکی ، حل دو گروه از مسائل را در نظر دارد: 1 )شرایط شروع ، چون در رسیدن به تعادل مؤثرند و 2 ) نیاز به کاهش پراکندگی (واریانس) جواب تاحد ممکن ،در حالی که حجم نمونه های لازم مینیمم شوند.
اولین مشکل از ماهیت تصنعی عملکرد مدل ناشی میشود. بر خلاف جهان واقعی ، مدل شبیه سازی فقطدر فواصل معین عمل میکند . یعنی آزمایش کننده ، مدل را به کار انداخته ، اطلاعاتش را بدست آورده و سپستا اجرای بعدی آنرا از کار باز میدارد . هر بار که اجرای مدل آغاز میشود ممکن است مدت زمانی طولبکشد تا مدل به شرایط تعادل که نمایشگر عملکرد سیستم جهان واقعی است برسد . در نتیجه ، دورة ابتداییعملکرد مدل به علت دارا بودن شرایط ابتدایی شروع ، نمایشی غیر واقعی است . راه حل این مشکل عبارتاست از : 1 ) صرفنظر کردن از بعضی از دادههای دورة ابتدایی و 2) انتخاب شرایطی برای شروع که زمان لازمبرای رسیدن به تعادل را کاهش دهند . هر چه مدل شبیه سازی پیچیده تر شود اهمیت برنامه ریزی تاکتیکیخوب قبل از اجرای آزمایشها بیشتر میشود.
9 ـ آزمایش کردن و تفسیر (تحلیل حساسیت):
بالاخره بعد از آن همه برنامه ریزی و توسعه مدل بدست آوردن اطلاعات مطلوب، مدل اجرائی میشود . دراین مرحله است که اشتباهات و نقایص برنامه ریزی آشکار میشود و تا رسیدن به اهدافی که ابتدا مشخصشدهاند مراحل اجرا شده مورد بازرسی قرار میگیرد . تحلیل حساسیت یکی از مهمترین مفاهیم مدلسازی ازطریق شبیه سازی است . منظور از آن ، تعیین حساسیت جوابهای نهایی نسبت به مقادیر پارامترهای به کار رفتهاست . معمولاً در تحلیل حساسیت مقادیر پارامترها را روی محدودة مورد نظر به طور منظم تغییر میدهند واثر آن را روی پاسخ مدل مشاهده میکنند . تقریباً در هر مدل شبیه سازی، بسیاری از متغیرها براساسدادههایی قرار دارند که بسیار قابل بحثاند. در اکثر موارد ، ممکن است تنها براساس حدس افراد با تجربه و یاتحلیلی بسیار شتابزده از حداقل دادهها، مقادیر آنها تعیین شود . بنابراین تعیین درجة حساسیت نتایج نسبت بهمقادیر به کار رفته، بینهایت مهم است . اگر با تغییری مختصر در مقادیر بعضی از پارامترها، جواب به میزانزیادی تغییر کند ، این مطلب ممکن است انگیزه و توجیه لازم برای صرف کردن زمان و پول بیشتر جهت کسببرآوردهای دقیق تر را فراهم کند . از طرف دیگر ، اگر با وجود نوسانات زیاد در مقادیر پارامترها، نتایج بهدست آمده تغییر نکنند، تلاش بیشتری لازم نبوده و قابل توجیه هم نیست . به علت میزان کنترلی که آزمایشکننده از آن برخوردار است ، به طور ایدهال ، شبیه سازی برای تحلیل حساسیت مناسب است .
10 ـ پیاده سازی و مستند سازی : پیاده سازی و مستند سازی آخرین عناصری هستند که باید در هر پروژه شبیهسازی موجود باشند . نمیتوان پروژة شبیه سازی را با موفقیت پایان یافته تلقی کرد ، مگر آنکه پذیرفته شده ،تفهیم شود و مورد استفاده قرار بگیرد . بزرگترین شکست علمای مدیریت ، در به دست آوردن پذیرش واستفاده از کارهایشان بوده است . شانون در کتاب خود نتایج بررسی گرشفسکی را چنین ذکر میکند .گرشفسکی در بررسیهایشان دریافت که به طور متوسط از زمان کل ایجاد و توسعه یک مدل ، 25% برای تدوینمسئله ، 25% برای جمعآوری و تحلیل دادههای گذشته ، 40% برای ایجاد و توسعه یک مدل کامپیوتری و10% برای پیاده سای صرف شده است .» بنابراین تعجب آور نیست که یکی از بزرگترین علل شکستپروژههای شبیه سازی ، ناشی از آن باشد که استفاده کننده، از نتایج درک کافی نداشته ، در نتیجه مدل را پیادهنکرده است . مستند سازی رابطة نزدیکی با پیاده سازی دارد . مستند سازی دقیق و کاملی از چگونگی ایجاد وتوسعه و نحوه عمل مدل میتواند عمر مفید و شانس پیاده سازی موفق آن را ، بسیار افزایش دهد . مستندسازی خوب ، اصلاح مدل را آسانتر ساخته ، حتی در صورت نبودن ایجاد کنندههای اصلی آن ، تواناییاستفاده از آن را ، تأمین میکند .
تشریح فرایند شبیه سازی1 ـ تدوین مسئله : آلبرت انیشتین بیان داشت که تدوین صحیح مسئله، حتی از حل آن اساسیتر است .برای یافتن جواب مسئله ، ابتدا باید فهمید که مسئله چیست . این نکته ممکن است ساده به نظر آید اما بسیاریاز دانشمندان علم مدیریت ، آن را کاملاً نادیده میگیرند. هر ساله در جهان جهت یافتن جوابهای عالی و جامعبرای سؤالات اشتباه، سرمایه های گزافی هزینه میشوند . در بسیاری از موارد ممکن است مدیریت نتواند یاقادر نباشد مشکل خود را بطور صحیح تشخیص دهد . آنها میدانند که مشکل وجود دارد اما ممکن استمشکل حقیقی را تشخیص ندهند . بنابراین پروژه تحلیل سیستم ، معمولاً با انجام مطالعهای جهت آشنا شدن باسیستم تحت کنترل تصمیم گیرنده ، آغاز میشود . تجربه نشان میدهد که تدوین مسئله در طول مطالعه وبررسی ، فرایندی پیوسته است . بنابراین اولین قدم در هر آزمایش ، منجمله یک آزمایش شبیه سازی ، تعیینهدف آزمایشی است . چون این هدف است که نحوه آزمایش، جزئیات لازم و نتایج نهایی را تعیین میکند .
شانون در کتاب خود به نقل از بارتی مسئله را این چنین عنوان میکند «میتوان مسئله را به عنوان حالتیاز خواست برآورده نشده ، تعریف کرد» . زمانی که نتایج دلخواه از عملیات سیستم حاصل نشوند، وضعیتسیستم به یک مسئله تبدیل میشود . وقتی که نتایج مورد نظر به دست نیایند، نیاز به اصلاح سیستم یا محیطیکه سیستم در آن عمل میکند ، به وجود میآید . مسئله را میتوان بصورت ریاضی این چنین تعریف کرد :
که در این فرمول Pt = [Dt -At]
Pt : وضعیت مسئله در زمان t است .
Dt: حالت مطلوب در زمان t است .
At: حالت واقعی (وضعیت سیستم) در زمان t است .
2 ـ تعریف سیستم : قسمت مهمی از فرایند تحلیل سیستم ، تعریف سیستمی است که باید مورد مطالعه قرارگیرد . وقتی که هدف مطالعه و بررسی مشخص گردید، آنگاه باید به شناخت سیستم و تعریف قسمتهائی از آنکه بطور مستقیم یا غیر مستقیم به هدف بستگی دارند پرداخت . البته این به آن معنی نیست که شناختقسمتهای دیگر یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیستم مخرب بوده و مسیر آزمایش را تغییر میدهد . بلکهتنها اشکالی که ممکن است ایجاد گردد این است که وجود جزئیات زیاد و اطلاعات اضافی باعث سردرگمیمدلساز و یا پیچیدگی مدل گردد . تعریف سیستم شامل تعیین جزء سیستم، اشیاء و عوامل داخلی و خارجی ،محیط سیستم ، اشیاء آن و بالاخره پارامترها و متغییرهای سیستم میباشد . بعد از تعیین دقیق بخشها واطلاعات مذکور، مشخصاتی از اشیاء سیستم که در ارتباط با هدف مطالعه و بررسی هستند تعریف و روابط وقوانین حاکم بین آنها و بین اشیاء سیستم مشخص یا فرموله میگردند . آنگاه چگونگی رفتار سیستم موردبررسی قرار گرفته و جزئیات تغییر وضعیت ها و اثر پیش آمدها در سیستم معلوم میگردند .
3 ـ آیا از شبیه سازی استفاده شود؟ تاکنون سیستم ، بررسی و مشکل سیستم مشخص شد . حال باید با انتخابروشی صحیح و منطقی سیستم را مورد مطالعه و بررسی قرار داده و مشکل را حل کرد . در این مرحله بایدمشخص کرد که از چه روشها و تکنیکهایی میتوان برای این منظور استفاده کرد . اگر فقط از شبیه سازیمیتوان استفاده کرد و دیگر روشها کاربرد ندارند و یا کاربرد آنها چندان مطلوب نیست ، قطعاً از شبیه سازیاستفاده میکنیم . اما اگر هم از شبیه سازی و هم از روشهای دیگر بتوان استفاده کرد باید به تجزیه و تحلیلروشها از دیدگاههای مختلف مانند هزینه ، میزان دقت نتایج و غیره و همچنین امکانات در دسترس و دیگرعواملی که برای مسئولان مهم است پرداخت و سپس به انتخاب روش صحیح و منطقی برای بررسی سیستمپرداخت . با فرض اینکه مشخص شده که از شبیه سازی باید استفاده کرد ، به تشریح قدمهای بعدی این فرایندمیپردازیم.
4 ـ تدوین مدل : چهارمین مرحله از فرایند شبیه سازی ساختن مدل است . باید خاطرنشان ساخت کهمدلسازی یک هنر است و لذا میزان مطلوبیت مدل بستگی زیاد به فردی دارد که مدل را تهیه کرده است . روشساخت موفقیت آمیز مدلها بر اساس تکمیل و توسعة آنها استوار است . کار را با مدلی بسیار ساده شروع کرده، به نحوی تکاملی سعی میشود که کار به سوی مدلی پیش رود که کاملتر بوده و وضعیت پیچیده را روشنترمنعکس کند . هنر مدلسازی عبارت است از توانایی تحلیل مسئله ، چکیده سازی خصایص اساسی آن،انتخاب مفروضات و سپس تکمیل و توسعه مدل تا وقتی که تقریبی مفید از واقعیت بدست آید . شانون درکتاب خود به نقل از موریس برای مدلسازی هفت رهنمود زیر را پیشنهاد میکند :
1 ـ سیستم مورد سؤال را به مسائل سادهتر تقسیم کنید.
2 ـ بیان روشنی از اهداف ارائه دهید .
3 ـ شباهتها را جستجو کنید .
4 ـ یک مثال عددی مشخص از مسئله را در نظر بگیرید .
5 ـ چند نماد فراهم کنید .
6 ـ بدیهیات را مشخص کنید .
7 ـ اگر مدل قابل کنترل بود آن را توسعه دهید ، در غیر این صورت آن را ساده کنید .
بطور کلی ، ساده سازی را میتوان با یکی از روشهای زیر انجام داد ، در حالی که درست عکس موارد زیربرای غنیسازی صورت میپذیرد:
1 ـ تبدیل متغیرها به مقادیری ثابت
2 ـ حذف یا ترکیب متغیرها
3 ـ خطی فرض کردن روابط
4 ـ افزودن فرضها و محدودیت های مؤثرتر
5 ـ محدود کردن حدود سیستم
یکی از عواملی که سرعت و جهت تکاملی مدلسازی به آن بستگی دارد ، رابطة بین سازندة مدل و استفادهکنندة آن است . با همکاری نزدیک در فرایند تکاملی ، سازنده مدل و استفاده کننده آن میتوانند محیطی ازاعتماد و تفاهم متقابل به وجود آورند که به کمک آن ، متناسب بودن نتیجة نهایی با اهداف ، مقاصد ومعیارهای مورد نظر تأمین میشود . به هنگام تلاش برای مدل کردن سیستم حتماً باید اهداف یا مقاصد آنرابیان داشت و از آنها منحرف نشد تا مدل مناسبی حاصل شود . چون شبیه سازی با حل مسائل جهان واقعیسروکار دارد ، باید اطمینان یافت که نتیجة نهایی مدل، وضعیت حقیقی را دقیقاً به تصویر میکشد . در نتیجهمدلی که جوابهای بیمعنی میدهد باید فوراً مورد سوء ظن قرار گیرد. مدل باید همچنین قادر باشد بهسؤالهای «چه میشود اگر...» پاسخ گوید زیرا این گونه سؤالها هستند که در درک مسئله و کوشش برای ارزیابیگزینهها بر ایمان بسیار مفیدند. شانون در کتاب خود معیارهای خاصی که هر مدل خوب شبیه سازی باید بهآنها برسد را چنین تعیین میکند :
1 ـ درک آن برای استفاده کننده آسان باشد .
2 ـ در جهت هدف یا مقصود باشد .
3 ـ قوی بوده، بدین مفهوم که جوابهای بیمعنی ندهد .
4 ـ برای استفاده کننده ، کنترل و کار کردن با آن راحت بوده ، یعنی ارتباط با آن آسان باشد .
5 ـ در مورد موضوعات مهم کامل باشد .
6 ـ اصلاح یا به هنگام کردن مدل به آسانی انجام شود.
7 ـ تکاملی باشد ، بدین مفهوم که به طور ساده شروع و سپس پیچیدهتر شود.
5 ـ تدارک دادهها: هر مطالعهای مستلزم جمعآوری دادههاست . معمولاً جمعآوری دادهها را به مفهومجمعآوری اعداد تعبیر میکنند در صورتی که جمعآوری اعداد ، تنها جنبهای از کار جمعآوری دادههاست.تحلیلگر سیستم باید دادهها مربوط به ورودیها و خروجیهای سیستم و نیز با اطلاعات مربوط به اجزاءمختلف سیستم و ارتباطهای بین آنها ارتباط نزدیک داشته باشد . بنابراین تحلیلگر به جمعآوری دادههای کمّیو کیفی علاقهمند بوده و باید تصمیم بگیرد که چه دادههایی مورد نیازند، آیا دادهها مناسباند ، آیا دادههایموجود برای اهداف او قابل قبولاند، و چگونه این اطلاعات را باید تهیه کرد . طراحی یک مدل شبیه سازیتصادفی ، همیشه مستلزم این انتخاب است که آیا دادههای تجربی مستقیماً در مدل به کار روند یا از توزیعهاینظری احتمال با فراوانی استفاده شود. به سه دلیل این انتخاب مهم و بنیادی است . اول آنکه استفاده ازدادههای تجربی خام ، به این مطلب اشاره میکند که تمام آنچه را که یک مدل انجام میدهد شبیه سازی حالتگذشته است . حال آنکه ، استفاده از دادههای یک سال ، تنها عملکرد همان سال را تکرار کرده و لزوماً در موردعملکرد مورد انتظار سیستم در آینده ، چیزی به ما نمیگوید . دوم آنکه برای تولید متغیرهای تصادفی که درعملیات مدل لازماند، از لحاظ وقت کامپیوتر و حافظه مورد نیاز ، کاربرد توزیع نظری احتمال عموماً نسبت بهکاربرد شیوههای مراجعه به جدول، کارایی بیشتری دارند. سوم آنکه اگر الزامی در کار نباشد ، بسیار مطلوباست که تحلیلگر ، حساسیت مدلش را نسبت به شکل دقیق توزیعهای احتمالی که به کار رفتهاند و نسبت بهمقادیر پارامترها ، تعیین کند . به عبارت دیگر ، آزمونهای حساسیت نتایج، نسبت به دادههای ورودی بسیارمهماند .
بنابراین ، تصمیمهای مربوط به دادههایی که به کار میروند ، اعتبار و شکل آنها ، نیکویی بر ارزش آنها وعملکرد گذشته آنها برای موفقیت آزمایش شبیه سازی حیاتی بوده و فقط در سطح علمی و نظری مطرحنیستند.
6 ـ برگردان مدل : در این مرحله باید مدلی که از سیستم تهیه شده برای کامپیوتر توصیف کنیم . پذیرش سریعشبیه سازی کامپیوتری موجب توسعة بسیاری از زبانهای خاص برنامه نویسی شده که برای آسان کردن اینبرگردان ، طرح ریزی شدهاند . عملاً اکثر زبانهای پیشنهاد شده تنها روی تعداد محدودی از کامپیوترها پیادهشدهاند . مدلهای شبیه سازی از لحاظ منطقی معمولاً بسیار پیچیده بوده ، دارای فعل و انفعالهای متقابلبسیاری در بین عناصر سیستم اند ، که اکثر این فعل و انفعالها در حین برنامه به طور پویا تغییر میکنند . اینوضعیت موجب شدهاست که محققان ، زبانهای برنامه نویسی را ایجاد و توسعه دهند تا مشکل برگردان راآسان کنند . در اینجا برخی از زبانهای شبیه سازی را همراه با توصیف مختصری درباره آنها معرفی میکنیم .
تعریف شبیه سازی :از شبیهسازی تعاریف زیادی ارائه شده است اما جامعترین و کاملترین تعریف را شانون ارائه داده است .شانون شبیه سازی را چنین تعریف میکند «شبیه سازی عبارت از فرایند طراحی مدلی از سیستم واقعیوانجام آزمایشهایی با این مدل است که با هدف پیبردن به رفتار سیستم ، یا ارزیابی استراتژیهای گوناگون (درمحدودهای که به وسیله معیار و یا مجموعهای از معیارها اعمال شده است) برای عملیات سیستم ، صورتمیگیرد.» بنابراین در مییابیم که فرایند شبیه سازی، هم شامل ساختن مدل و هم شامل استفاده تحلیلی از آنبرای مطالعة یک مسئله است . در تعریف فوق، سیستم واقعی به معنای سیستمی که وجود دارد یا قابلیتایجاد شدن را دارد ، بکار رفته است . قبل از پرداختن به مسائل دیگر شاید بهتر باشد که برای تشریح مفهومشبیه سازی به مثال سادهای توجه کنیم . سیستم باجه پرداخت پول یک بانک را در نظر بگیرد . فرض کنید کهیک نفر در قسمت پرداخت پول کار میکند . و همچنین فرض کنید که زمان بین ورود مشتریان روی 1 تا 10دقیقه بطور یکنواخت توزیع شده باشد (برای سادگی ، اندازة تمام زمانها را به نزدیکترین عدد صحیح گردمیکنیم). همچنین فرض کنید که زمان لازم برای خدمت به هر مشتری روی 1 تا 6 دقیقه به طور یکنواختتوزیع شده است . میخواهیم متوسط مدت زمانی را که مشتری در سیستم صرف میکند، اعم از زمان انتظارمشتری و زمان خدمت و درصد مدت زمانی را که صندوقدار مشغول به کار نیست محاسبه کنیم . برای شبیهسازی کردن این سیستم نیاز داریم آزمایشی ساختگی که معرف وضعیت بالا باشد ، بوجود آوریم . بدینمنظور باید روشی برای تولید مراجعة ساختگی گروهی از مشتریان و زمان لازم برای خدمت به هر یک از آنهارا ایجاد کنیم . در یکی از روشهایی که میتواند مورد استفاده قرار گیرد کار را با 10 مهره و یک تاس آغازمیکنیم . سپس مهره ها را از یک تا ده شماره گذاری کرده ، آنها را داخل ظرفی میگذاریم و با تکان دادن ظرفآنها را قاطی میکنیم . با استخراج یک مهره از داخل ظرف و خواندن عدد روی آن میتوان زمان بین ورودیمشتری فعلی و قبلی را مشخص کرد. زمان خدمت به این مشتری را نیز میتوان با پرتاب تاس و خواندن تعدادنقطههای روی وجه فوقانی آن به دست آورد . با تکرار این عملیات (با جایگذاری مهره ها در داخل ظرف وتکان دادن آن بعد از هر بار استخراج) ما ورود و زمانهای خدمت یک گروه از مشتریان فرضی را تولید کردهایم .جدول زیر نشان میدهد که نمونهای با 15 مشتری چه شکلی خواهد داشت .
مشتری مدت زمان بین دو ورود مدت زمان زمان ورود زمان شروع خدمت زمان پایان خدمت مدت زمان انتظار زمان تلف شده
متوالی (به دقیقه) خدمت (به دقیقه) (به دقیقه) (به دقیقه) مشتری صندوقدار
1 ــ 1 00: 00: 01: 1 0
2 3 4 03: 03: 07: 4 2
3 7 4 10: 10: 14: 4 3
4 3 2 13: 14: 16: 3 0
5 9 1 22: 22: 23: 1 6
6 10 5 32: 32: 37: 5 9
7 6 4 38: 38: 42: 4 1
8 8 6 46: 46: 52: 6 4
9 8 1 54: 54: 55: 1 2
10 8 3 02:1 02:1 05:1 3 7
11 7 5 09:1 09:1 14:1 5 4
12 3 5 12:1 14:1 19:1 7 0
13 8 3 20:1 20:1 23:1 3 1
14 4 6 24:1 24:1 30:1 6 1
15 4 1 28:1 30:1 31:1 3 0
جمع 56 41
دقیقه 73/3 = 5615 = متوسط مدت زمان انتظار مشتری
45/0 = 100 * 4191 = درصد وقت تلف شده صندوقدار
توجه کنید که 91 کل زمانی است که سیستم شبیه سازی شده است . چون زمان پایان خدمت آخرین مشتریدر ساعت یک و 31 دقیقه خاتمه یافته است پس کل زمانی که سیستم شبیه سازی شده 91=31+60 دقیقهمیباشد .
مسلماً برای اینکه مثال بالا از لحاظ آماری معنی دار باشد مجبوریم از نمونهای با حجم بزرگتر استفادهکنیم. لازم به تذکر است که در این مثال چندین مطلب مهم از قبیل شرایط شروع ، که بعداً مورد بحث قرارخواهد گرفت ، نادیده گرفته شده است . نکته مهم در اینجا این است که با استفاده از دو وسیله برای تولیداعداد تصادفی (مهرههای شماره گذاری شده و تاس) آزمایش ساختگی (شبیه سازی شده) برای سیستمی کهبتوانیم بعضی از مشخصات رفتاری آن را مورد بررسی قرار دهیم ایجاد کردهایم .
چه موقع از شبیه سازی استفاده کنیم .
مسئله یا مسائل مورد نظر در بررسی یکی سیستم اغلب روش بررسی و حل آنرا تعیین میکنند . روشهایتحلیل ریاضی هر جا که ممکن باشد، مطلوب ترین و دقیق ترین روشها برای مطالعه سیستمها میباشند، زیرااین روشها معمولاً با کمترین کوشش، جوابها یا نتایجی را تولید میکنند که برای مقادیر مختلف پارامترهایمدل قابل محاسبه بوده و میزان دقت آنها صد درصد میباشد . اما جائیکه روشهای تحلیلی ، بعلت پیچیدگیمدلها یا نیاز به تولید واقعی تر رفتار سیستم غیر عملی است ، روشهای مطالعه سیستم از طریق شبیه سازیمطرح میگرد. شبیه سازی به عنوان آزمایش کردن با مدل یک سیستم واقعی تعریف میشود. یک مسئلهآزمایشی، موقعی پدید میآید که به اطلاعات بخصوصی دربارة یک سیستم نیاز بوده و آنها را از منابع موجودنتوان تهیه کرد . آزمایش کردن روی سیستم واقعی، مشکلات زیادی را که در تطبیق دادن مناسب مدل باشرایطی واقعی وجود دارد از بین میبرد . شانون در کتاب خود به نقل از بریش معایب آزمایش مستقیم راچنین بیان میکند:
1 ـ میتوانند عملیات سازمان را مختل کنند .
2 ـ اگر مردم جزء جدا نشدنی سیستم باشند، نتایج حاصل ممکن است متأثر از «اثر هاثورن» باشند ، یعنیمردم به علت تحت نظر بودن ، ممکن است رفتارشان را تغییر دهند .
3 ـ ممکن است یکسان نگهداشتن شرایط عمل برای هر بار تکرار یا اجرای آزمایش بسیار مشکل باشد .
4 ـ بهدست آوردن حجم نمونهای یکسان (و در نتیجه معنی دار بودن آماری) ممکن است به زمان و هزینةزیادی نیاز داشته باشد .
5 ـ ممکن است که آزمایش کردن در جهان واقعی امکان کاوش بسیاری از گزینهها را به دست ندهد .
شانون خاطر نشان میسازد که در صورت وجود یک یا چند شرط از شرایط زیر ، تحلیلگر میتواند از شبیهسازی استفاده کند:
1 ـ تدوین ریاضی کاملی از مسئله وجود نداشته ، یا برای حل مدل ریاضی هنوز روشهای تحلیل به وجودنیامده باشد .
2 ـ روشهای تحلیلی وجود داشته اما شیوههای ریاضی آنقدر پیچیده و سخت باشند که شبیه سازی ، روشیسادهتر برای حل مسئله به حساب آید .
3 ـ راهحلهای ریاضی وجود داشته ، یا به دست آوردن آنها امکان پذیر بوده ، اما انجام آن خارج از توان ریاضیافراد دستاندر کار باشد . در این صورت باید هزینة طراحی، آزمایش و اجرای شبیه سازی ، در مقابل هزینهبدست آوردن کمک از خارج سازمان ارزیابی شود .
4 ـ علاوه بر برآورد بعضی از پارامترهای خاص ، مشاهدة گذشته در طول دورهای از زمان مطلوب باشد .
5 ـ ممکن است به علت مشکلات موجود در انجام آزمایشها و مشاهده پدیده ها در محیط واقعی آنها، شبیهسازی تنها را ه ممکن باشد . ایجاد یک سازمان جدید مثالی از این حالت است .
6 ـ تراکم زمان برای سیستمها یا فرایندهایی که دارای چارچوب زمانی بلند مدت هستند مورد نیاز باشد . درشبیه سازی، کنترل کاملی روی زمان وجود دارد ، زیرا سرعت یک پدیده را میتوان به دلخواه کم و زیاد کرد .
انواع شبیه سازیفرمهای مختلفی از شبیه سازی وجود دارد که اینجا برخی از آنها را یادآور میشویم :
1 ـ شبیه سازی همانی : مدلها از نظر شباهت به سیستم واقعی، در یک حوزه وسیع قرار دارند . در منتهاالیه اینحوزه میتوان خود سیستم را بعنوان مدل آن در نظر گرفت و رفتار آنرا بررسی نمود . این روش را شبیه سازیهمانی نامند. به عبارت دیگر این روش همان آزمایش مستقیم روی سیستم است که گرچه ساده بنظر میرسدو در صورت یافتن پاسخی برای مسئله مورد نظر، صد در صد قابل استفاده و مفید میباشد ولی دارای معایبزیادی هم میباشد که در قسمت های قبل ذکر گردید .
2 ـ شبیه سازی نیمه همانی : همانطور که از نام این روش بر میآید ، در مطالعه سیستم سعی میگردد تا آنجا کهامکان دارد از اشیاء و قوانین واقعی سیستم استفاده گردد تنها اشیاء یا مراحلی از سیستم واقعی که باعث غیرممکن شدن شبیه سازی همانی است ، مدلسازی میگردد . بعبارت دیگر بخشی از مدل سیستم، واقعی وبخش دیگر غیر واقعی یا شبیه سازی شده است . بعنوان مثال مانورهای نظامی که در آن سربازان ، افسران وسلاحها واقعی بوده ولی خرابی یا کشتاری صورت نمیگیرد . و محل عمل ، محل واقعی حمله یا دفاعنمیباشد . هرچند این روش عملی تر از شبیه سازی همانی است ولی معایب آنرا کم و بیش دارد .
3 ـ شبیه سازی آزمایشگاهی : در این روش بعضی از نماها و اشیاء سیستم واقعی بوسیله امکاناتآزمایشگاهی ساخته شده و بعضی نماها و روابط دیگر به وسیله سمبلها جایگزین میگردند .
4 ـ شبیه سازی کامپیوتری: در شبیه سازی کامپیوتری، مدلی که از سیستم تحت بررسی ساخته میشود یکبرنامه کامپیوتری است یعنی کلیه اشیاء ها و نماهای سیستم به ساختارهای برنامهای و کلیه مشخصات و رفتارآنها به متغیرها و توابع ریاضی تبدیل میگردد . قوانین و روابط حاکم بر سیستم و ارتباطشان با یکدیگر دربرنامه در نظر گرفته میشود . شبیه سازی کامپیوتری به علت عملی بودن و دارا بودن امتیازهای خاص خودبرای بررسی و مطالعه اغلب سیستمها از قبیل حمل و نقل ، بیمارستان ، سیستمهای صنعتی ، تولیدی ،ترافیک ، انبار و غیره بکار میرود . منظور ما نیز از شبیه سازی، شبیه سازی کامپیوتری است .
فرایند شبیه سازیمراحل بررسی و مطالعه یک سیستم بوسیله فلوچارت صفحه بعد مشخص گردیده است. هر یک از مراحلمذکور قدمهای اساسیای هستند که احتیاج به توضیح بیشتری دارند . از طرف دیگر مراحل تعین شدهفلوچارت جنبه کلی داشته و در برگیرنده همه انواع بررسی هایی است که شامل یک مدل میباشند ، درحالیکه هدف ما در این جا مطالعه روش شبیه سازی کامپیوتری است . لذا مراحل مذکور در ادامه بحثبصورت دقیقتر توضیح داده میشود.
شاید تصور شود که آزمایش شبیه سازی تنها شامل شناخت سیستم و ساختن مدل کامپیوتری آن میباشد،و بهمین علت در بعضی دورههای آموزشی تنها به جنبه های برنامهای و زبانهای خاص شبیه سازی توجهمیشود. در صورتیکه ساختن مدل سیستم بوسیله یک زبان کامپیوتری تنها یکی از قدمهای لازم است . اهمیتاین مطلب ، بخصوص وقتی زیادتر میگردد که آزمایش جنبه آموزشی نداشته و نتایج آن باید در موردیکسیستم واقعی بکار گرفته شود. در آنجاست که باید تا حد ممکن مطمئن بود که مدل معتبر بوده و رفتار سیستمرا بخوبی شبیه سازی میکند . علاوه بر آن ، نتایج خام بدست آمده از اجرای مدل، مورد تجزیه و تحلیل قرارگیرند تا باعث قضاوتهای دقیق تری در مورد سیستم گردد . فرایند شبیه سازی در فلوچارت صفحه بعد نشانداده شده است .