Simulaatiomalli on esitys todellisuudesta, joka on tehty osoittamaan jotain, jota ei voi nähdä tai jota ei ole vielä tapahtunut. Pääidea on tehdä näkyväksi se, joka ei näy heti paljaalla silmällä. Jotkut yksinkertaisimmista malleista ovat staattisia, mikä tarkoittaa, että ne eivät liiku tai muutu vastauksena stimulaatioon tai ulkoisiin tapahtumiin. Monet edistyneimmistä esimerkeistä on nimenomaan tarkoitettu siirtymään tiettyjen muuttujien kanssa, mutta usein tapa ennustaa tulevia tapahtumia ennen niiden tapahtumista tai saada käsitys mahdollisista tuloksista. Mallit asioista, kuten säämallit tai liiketoiminnan volyymivirrat, ovat hyviä esimerkkejä, ja tietokonekuvaus on usein todella hyödyllinen näissä tapauksissa. Riippumatta siitä, miltä lopputuote näyttää, minkä tahansa tämän alan projektin tavoite on yleensä sama: nimittäin tuoda elämää ja eloisuutta asioihin, joita on muuten vaikea käsittää, ja antaa ihmisten suunnitella ympärilleen ja ymmärtää ne eri tavalla tulos.
Peruskonsepti
Simulaatiomallissa on tyypillisesti kolme ydinosaa. Ensimmäinen on järjestelmän perusosien tunnistaminen. Sitten mallinnuksen tekijän on ymmärrettävä näiden osien välinen vuorovaikutus. Lopuksi syötteiden määrä ja luonne on taulukoitava. Jokaiselle näistä luodaan malli, jossa ratkaisevat näkökohdat otetaan huomioon ja pienet näkökohdat jätetään huomiotta. Koko järjestelmän malli kehitetään, kun kaikki nämä osat alkavat toimia yhdessä.
Mallinnustajat voivat lähestyä tehtävää useasta eri näkökulmasta, eikä ole olemassa yhtä muotoa, jonka kaikki lopputuotteet välttämättä ottavat. Yleisideana on ottaa jotain todellisuudesta – molekyyli, viruksen mutaation elinkaari, liiketoiminnan jakelusuunnitelma – ja tiivistää se visuaaliseen, helposti lähestyttävään ja helposti ymmärrettävään muotoon. Grafiikka on yleinen osa monia malleja, samoin kuin värit. Liikkuvissa malleissa on usein animaatioita tai mekaanisia liikkuvia osia, kun taas liikkumattomissa malleissa voi olla piirretty nuolia tai muita merkkejä hitaasta muutoksesta.
Miksi se on hyödyllistä
Tällaista mallintamista on tehty tavalla tai toisella vuosisatojen ajan. Se on yleisintä nykyään matematiikan ja luonnontieteiden aloilla, vaikka sitä voidaan käyttää melkein mihin tahansa. Hyvä simuloitu malli voi säästää tutkijoita paljon aikaa ja energiaa antamalla heidän opiskella ja ottaa ydinmittauksia pois mallista eikä todellisuudesta. Monissa tapauksissa se mahdollistaa myös ennakoinnin tulevista tapahtumista, jotka voivat vaikuttaa esimerkiksi sääennusteisiin ja logistiseen päätöksentekoon suuryrityksille.
Staattisia ja dynaamisia esimerkkejä
Malli voi olla fyysinen tai abstrakti, ja molemmat tyypit voivat olla staattisia tai dynaamisia – toisin sanoen jotain, joka pysyy samana tai muuttuu ajan myötä. Esimerkki staattisesta fysikaalisesta mallista on vesimolekyylin tikumalli, jossa on kaksi pientä vetyä “palloa”, jotka edustavat vetyatomeja, jotka on kiinnitetty lyhyillä tikuilla yhden happipallon kummallekin puolelle, mikä luo visuaalisen tulkinnan H2O: sta. Vesimolekyylejä voidaan tarkastella tehokkailla mikroskoopeilla, mutta simuloidut pöytämallit voivat olla hyödyllisimpiä, kun yritetään selittää ydinominaisuuksia.
Toinen fyysinen malli on vesisäiliö hiekalla, joka osoittaa tuulen vaikutuksen ja veden liikkeen. Tässä dynaamisessa mallissa hiekka ja vesi osoittavat kuvioita, jotka riippuvat tuulen voimakkuudesta ja suunnasta ajan myötä. Useimmat mallit sisältävät jonkin verran dynaamisuutta.
Esimerkiksi tehtaan työnkulun simulointia varten yksi kone voidaan mallintaa elementiksi, joka vie tietyn osan tietyn osan luomiseen, kun taas toinen kone vie eri ajan. Aika, joka kuluu osien siirtämiseen koneiden välillä, voidaan jättää huomiotta lähekkäin olevien koneiden kohdalla, mutta raaka -aineen ja työtilausten määrä, nopeus ja aika, jolloin tehdas saapuu tehtaalle, mallinnetaan yleensä. Näiden perusteella simulaatio määrittää, vastaako tehtaan tuotanto kysyntää.
Tietokoneohjelmoinnin rooli
Simulaatiomallinnus on perinteisesti ollut luonteeltaan matemaattista. Esimerkiksi tehtaaseen tulevaa raaka -ainetta arvioidaan tulevan tietyin väliajoin. Tietokoneet voivat nyt tehdä realistisempia simulaatioita käyttämällä skriptejä ja koodeja, jotka muistuttavat todellista tilannetta tai jopa tarkkaa tallennusta todellisesta tilanteesta.
Jotkut simulaatiot voidaan suorittaa tavallisilla simulointiohjelmilla, ja toiset vaativat erikoisohjelmiston kirjoittamisen. Osien mallit, osien vuorovaikutus ja tulot syötetään ohjelmaan, joka sitten suorittaa simulaatiomallin ja toimittaa lähdöt ajan mittaan ja näyttää usein nämä tulokset graafisesti. Tietokoneilla voidaan kokeilla simulointeja, jotka sisältävät tuhansia tai jopa miljoonia elementtejä ja jotka kattavat suuria aikavälejä. Mallit planeetan evoluutiosta tai kehittyneistä sotilasliikkeistä ovat kaksi esimerkkiä.