أساسيات المحاكاة

كتبت عدة مقالات منذ فترة طويلة عن المحاكاة وأود أن أضيف بعض المقالات الأخرى لمزيد من التفصيل.

طرق دراسة النظم

المحاكاة هي إحدى طرق دراسة نظم العمل ونظم الإدارة بل وأي نظام. فهناك عدة طرق لدراسة أي تعديل أو تغيير في أي منظومة وهي:

1- التجربة في المنظومة نفسها مثل أن نضيف ماكينة جديدة ثم نرى تأثيرها او أن نغير نظام العمل ثم نعرف التأثير. هذا قد يكون ملكفا جدا في بعض الأحيان وقد يكون مناسبا في أحيان أخرى حين تكون تكلفة التجربة بسيطة.

2- استخدام نماذج تماثل النمنظومة الأصلية وهذه يتم استخدامها في حالة صعوبة التجربة في المنظومة نفسها. هذه النماذج يمكن تقسيمها إلى:

أ- نماذج فيزيائية مثل التجارب المعملية كأن نبني نموذجا صغيرا للسيارة أو الطائرة لندرس تأثير سريان الهواء عليها 

ب- نماذج رياضية بمعنى أن نبني نموذجا رياضيا يوضح العلاقة بين متغيرات المنظومة المختلفة. هذه النماذج الرياضية يمكن تقسيمها إلى:

- نماذج تحليلية أي عبارة عن معادلات رياضية يتم حلها لتحديد تأثير التغيير على اداء المنظومة. وهذه تتميز بسرعة حلها ودقتها ولكنها تكون صعبة أو مستحيلة في حالة النظم المعقدة.

- المحاكاة عن طريق الحاسوب وهذه تستخدم عند وجود علاقات مترابطة ووجود تغيرات كبيرة في المنظومة. وهذا هو الحال في معظم أنظمة الصناعة والخدمات ولذلك فإن هناك مجالات واسعة لاستخدام المحاكاة لدراسة هذه النظم.

أنواع مختلفة للمحاكاة: 

هناك عدة أنواع من المحاكاة لابد أن نعرف الفرق بينها:

1- محاكاة الأحداث المنفصلة والمحاكاة المتصلة:

محاكاة الأحداث المنفصلة هي محاكاة تعتمد على حدوث أحداث منفصلة في الزمن تؤدي إلى تغير حالة المنظومة. فعند محاكاة قسم الطوارئ في مستشفى فإن عمل النموذج يعتمد على أحداث غير متصلة مثل وصول مريض من وقت لآخر. وعند محاكاة خط إنتاج فإن الأحداث التي تؤدي إلى تغير حالة المنظومة تشمل وصول أمر توريد من العميل وتوقف ماكينة وانتهاء خطوة من خطوات التصنيع وهذه كلها أحداث تحدث في نقاط منفصلة في الزمن.

أما المحاكاة المتصلة فإن المتغيرات الرئيسية تتغير بشكل مستمر مع الزمن مثل تغير درجة حرارة جزء معرض للتسخين أو تغير سرعة مائع أو ضغطه أو تغير سرعة طائرة تطير من مكان لآخر. هذا النوع من المحاكاة يعتمد على معادلات تفاضلية لدراسته وهو 

2- محاكاة ديناميكية ومحاكاة إستاتيكية:

نماذج المحاكاة الاستاتيكية (الساكنة) هي نماذج لا تعتمد على مرور الزمن. ومن أمثلة ذلك محاكاة مونت كارلو Monte Carlo Simulation والذي له تطبيقات عديدة في النواحي المالية والفيزيائية.

في المقابل فإن المحاكاة الديناميكية هي محاكاة تعتمد على مرور الوقت. في هذه النماذج نبدأ من زمن صفر ثم يبدأ الزمن في المرور وتحدث الأحداث مع مرور الزمن وتتغير مع ذلك حالة المكونات الأساسية للنموذج. المحاكاة الديناميكية تستخدم في دراسة أي عملية تعتمد على مرور الوقت مثل أنظمة التصنيع والخدمات. فعند دراسة أوقات الانتظار وطول الطوابير في مركز خدمي فإننا لابد أن نستخدم محاكاة ديناميكة. وكذلك الحال عند دراسة تأثير تعديل عملية تصنيع لأنه لابد من إدخال عامل الوقت في الاعتبار.

3- محاكاة عشوائية ومحاكاة محددة

بعض الأنظمة تتميز بأن احداثها تتم في زمن محدد تماما مثل حركة معدات اتوماتيكية بسرعة ثابتة. في هذه الحالة فإننا نستخدم محاكاة محددة أي أن كل المدخلات التي نبني عليها نموذج المحاكاة هي مدخلات ثابتة.

ولكن في معظم الأنظمة في الحياة فإن الكثير من المدخلات يتميز بالعشوائية وبالتالي يسمى هذا النوع بالمحاكاة العشوائية أي محاكاة الأنظمة التي بها متغيرات عشوائية. ربما تزعجك كلمة عشوائية قليلا ولذلك أحب أن أوضح المقصود منها. على سبيل المثال معدل وصول العملاء للبنك أو للمطعم هل هو ثابت تماما كأن تقول أن عميلا يصل كل كذا دقيقة أم أنه يتغير؟ بالفعل هو متغير وهذا التغير يختلف كذلك من ساعة لأخرى مما يعني أن هناك قدر من العشوائية في هذا النظام. في هذه الحالة علينا محاكاة النظام بكل عشوائياته أي أنه علينا استخدام أوقات متغيرة في نموذج المحاكاة.

المحاكاة التي نناقشها في هذا الموقع هي محاكاة ديناميكية عشوائية ذات أحداث منفصلة.

المحاكاة باستخدام برامج جاهزة أو باستخدام لغات البرمجة:

يتم بناء نموذج المحاكاة إما باستخدام لغات برمجة مثل  C أو Fortran أو باستخدام برامج محاكاة جاهزة مثل برومودل أو أرينا  Promodel / Arena. استخدام لغات البرمجة يحتاج شخص خبير بالبرمجة ولكنه يعطي مرونة كبيرة لبناء النموذج بالشكل الذي يناسب الحالة تماما. هذا الأسلوب قد يكون مناسبا في الدراسات البحثية أو عند الرغبة في بناء نموذج واحد فقط وكذلك عند عدم توفر برنامج محاكاة. أما استخدام البرامج الجاهزة فهو الأكثر شيوعا في عالم الصناعة لأنه أسهل في بناء النموذج ولا يحتاج شخص متخصص في البرمجة وإن احتاج بعض البرمجة.

مكونات نموذج المحاكاة:

لمحاكاة نظام ما فإن علينا تصنيف مكوناته لكي يمكننا بعد ذلك محاكاتها دون نقص أو تغيير. هذه المكونات هي:

1- الكائنات Entities

الكائنات هي الأشياء التي يتم تشغيلها أو التعامل معها مثل العملاء في الفندق أو السوق التجاري والمواد الخام في المصنع والرسائل في مركز خدمة العملاء والاتصالات التليفونية في مركز الخدمة التليفوني. 

2- الأنشطة Activities

هي الأنشطة المرتبطة بتشغيل الكائنات. هذه الأنشطة تشمل أنشطة تشغيلية مثل الرد على مكالمة تليفونية أو تقطيع المعدن أو خدمة العميل وتشمل كذلك أنشطة مساعدة مثل تحرك الموظف من مكان لآخر لكي يستقبل العميل وتضبيط الماكينة ونقل المواد.

3- الموارد Resources

الموارد هي الوسائل التي تستخدم لتشغيل الكائنات مثل الطبييب والماكينة والعامل والموظف والعربة والرافعة والحاسوب. 

4- أدوات التضبط Controls

أدوات الضبط يقصد بها التسلسل السليم للعمليات من حيث التوقيت والمكان. فهي تحدد أين ومتى  سيتم كل نشاط. فهي تحدد مسار الكائنات من مرحلة لأخرى وأوقات عمل كل مورد من موارد النظام وأولويات العمليات.

من مراجع الموضوع:

Simulation Modeling and Analysis, Law and Kelton, McGrawHill, 3rd edition, 2000

Simulation using ProModel, Harrell, Ghosh and Bowden, McGrawHill, 2000

مقالات ذات صلة: 

المحاكاة

تحديات تطبيق المحاكاة

أمثلة توضيحية لاستخدامات المحاكاة

أمثلة توضيحية لاستخدامات المحاكاة