علمی به قدمت زندگی
با شبیهسازی هر غیرممکنی ممکن میشود
روانشناسان میگویند: "بازی کودکان با اسباببازیها، شبیهسازی دنیای بزرگسالان است." دختر بچهای که با عروسکش بازی میکند، و یا پسر خردسالی که با انواع وسایل مکانیکی و جنگی روز خود را سپری میکند،در واقع در حال آماده شدن برای ورود به دنیای بزرگسالان و تبدیل شدن به پدر و مادری تمام عیار است.
کودکان دنیای خود را با شبیهسازی و به واسطه اسباببازیهایشان میآموزند. گرچه ممکن است ما در جایگاه یک بزرگسال، بسیاری از عادات بچگی خود را از دست داده باشیم اما بعدها توانستهایم آن را در قالب شبیهسازیهای کامپیوتری بازیافت کنیم. پس تاریخچه شبیهسازی همان تاریخچه زندگی است.
شبیهسازی راهی است برای «آموزش از راه عمل» یعنی اینکه برای دانستن و فهم یک سیستم که وجود خارجی دارد، ابتدا یک مدل از آن بسازیم و سپس آن مدل را اجرا و یا با آن کار کنیم. به کمک شبیهسازی میتوان واقعیتها را با تمام جزییات و پیچیدگیهای آن دریافت. سادهترین نوع شبیهسازی ساخت یک مدل مصنوعی از روی اجسام است اما بیشتر وقتها این کار توسط کامپیوتر انجام میشود. شبیهسازی کامپیوتری درواقع معادل الکترونیکی این کار است. این نوع شبیهسازی تلاشی است برای مدلسازی یک موقعیت از روی زندگی واقعی و یا یک موقعیت فرضی بر روی کامپیوتر به نحوی که بتوان آن را مطالعه کرد و با تغییر دادن متغیرها و عوامل خارجی به بررسی عملکرد آن پرداخت. شبیهسازی کامپیوتری بخش مهمی از مدلسازی بسیاری از سیستمهای طبیعی در علوم فیزیک، شیمی و زیستشناسی است. همچنین علومی مثل اقتصاد، اجتماعی و یا مهندسی برای دریافتن نحوه کارکرد سیستمهای خود به این علم محتاجند. نمونه بسیار جالب این مورد "شبیهسازی شبکه ترافیکی" است. شبیهسازی کامپیوتری انواع مختلفی دارد و از بستههای نرمافزاری خاصی برای اجرای این شبیهسازیها استفاده میشود.
شبیهسازی توانایی کار با یک برنامه و یا دستگاه را، که میتواند خطرناک و یا کنترل کردن آن مشکل باشد و یا اینکه هزینه زیادی را دربرداشته باشد،به ما میدهد. به کمک شبیهسازی میتوان متغیرهایی را محاسبه کرد که محاسبه آنها به صورت تجربی کاری سخت و یا غیرممکن است.
در اینجا قصد نداریم بگوییم برای اینکه یک سیستم شبیهسازی شود، چه مراحلی را باید طی کرد؛ فقط همین را بگوییم که برای انجام یک شبیهسازی باید 3 مرحله اصلی را بهاجرادرآورد: طراحی مدل، اجرای مدل و تحلیل و بررسی مدل.
آموزش به کمک شبیهسازی
شاید یکی از اصلیترین کاربردهای شبیهسازی را بتوان بحث آموزش و پرورش نیرو در بخشهای نظامی و کارخانجات برشمرد. بهعبارت دیگر تمامی محیطهایی که کار مستقیم با آنها همراه با خطر و ریسک باشد، نیازمند شبیهسازی هستند. بنابراین در ابتدای امر هیچ کارمند و یا شخصی را بدون اینکه در محیط شبیهسازی شده آموزش دیده باشد وارد محیط اصلی نمیکنند.
شبیهسازی تئوری تا حدی شبیه شبیهسازی عملی است. اخیرا پای شبیهسازی تئوری به عرصه آموزش شاگردان نیز کشیده شده است و با استفاده از فناوری به نامAVN در کلاسهای درس به یادگیری هرچه بیشتر آنها کمک میکندAVN .ها فیلمهای داستانی و کارتون مانندی هستند که از داستانهای فرضی و یا واقعی ساختهشدهاند. شبیهسازی در آموزش فوت و فنتجارت هم موثر است. در این رابطه انواع بازیهای مدیریتی و یا شبیهسازیهای تجاری وجود دارند که کاربر خود را با استراتژیهای تجارت در یک محیط بدون خطر ورشکستگی آشنا میکنند.
دوست دارید خلبان شوید؟
وقتی صحبت از شبیهسازی میشود شاید اولین مثالی که به ذهن خیلیها خطور کند، شبیهساز پرواز باشد. گرچه این فقط نمونه کوچکی از دنیای عظیم شبیهسازی است اما مثال بدی هم نیست. از این شبیهسازها برای آموزش خلبانان بر روی زمین استفاده میشود. تصور کنید برای اولین بار قرار باشد با یک هواپیما پرواز کنید. هر اتفاقی ممکن است بیفتد. تصادف و سقوط و خطرات جانی و مالی. اما با استفاده از این شبیهسازها خلبان مبتدی میتواند در یک محیط مجازی و کاملا شبیه هواپیمای واقعی اما بر روی زمین و بدون هیچ خطری، تجربه بینظیری از اولین پروازش داشته باشد. البته این شبیهسازها فقط برای آموزش مبتدیها استفاده نمیشود؛ یکی از کاربردهای مهم آن در آموزش به خلبانانی است که گرچه سابقه پروازهای واقعی دارند اما هنوز برای موقعیتهای بحرانی مثل فرود بدون موتور و یا نقص کامل سیستم الکتریکی و هیدرولیکی آمادگی لازم را کسب نکردهاند.
شبیهسازهای دریایی هم وجود د ارند که درست مثل شبیهسازهای پرواز هستند اما کار آنها آموزش پرسنل کشتیها و نیروی دریایی است. مهمترین آنها عبارتند از:شبیهسازهای موتورخانه کشتی، شبیهسازهای جابجا کننده بار، شبیهسازهای ارتباطی و از همه مهمتر شبیهسازهای سکوی هدایتگر کشتی برای آموزش به کاپیتانهای آینده.
در بحث حمل و نقل زمینی هم شبیهسازی بسیار موثر و اقتصادی است. مهمترین استفاده از محصولات شبیهسازی مکانیکی در صنعت خودروسازی است. "شبیهسازهای خودرو" که یک برنامه کامپیوتری هستند برای شبیهسازی شتاب، ترمزها و یا یدکی که به تریلرها متصل میشود کاربرد زیادی دارند. برنامههای مشابهی هم مثل "شبیهساز کامیون" وجود دارند که در آن چرخهای دوبل و سیستمهای راهبری شبیهسازی میشوند. امروزه کارخانههای خودروسازی به ارزش استفاده از این فناوری در صنعت خودروسازی پی بردهاند؛بهطوریکه یک کارخانهدار میتواند با استفاده از یک شبیهساز طراح خودرو بیش از یک میلیارد دلار صرفهجویی کند. بهغیر از کاربرد کارخانهای و صنعتی، شبیهسازهای رانندگی هم وجود دارند که بدون خطر تصادف در یک محیط امن به رانندگان آموزش رانندگی میدهند.
بیماران شبیهسازی شده
اولین شبیهسازیهای طبی همان مدلهایی بودند که از روی بدن انسان ساخته میشدند. این مدلها که از کاوشهای باستانی بهدست آمدهاند در بسیاری از فرهنگها و قارهها وجود داشتهاند. درفرهنگ چین باستان از آنها به عنوان یک وسیله تشخیصی برای بانوان استفاده میشده است. در آن دوران زنان چینی حق اینکه توسط یک پزشک مرد ویزیت بشوند را نداشتند. از این مدلها امروزه برای آموزش آناتومی و سیستم اسکلتی و عضلانی و اندامهای داخلی به دانشجویان استفاده میشود.
شبیهسازیهای کلینیکی به سرعت در حال پیشرفت هستند. از آنها برای برنامههای تشخیصی، درمانی، آموزش مفاهیم پزشکی و نیز تصمیماتی که باید پرسنل پزشکی در مواقع حساس اخذ کنند، استفاده میشود. از این فنآوری برای آموزش کارهای سادهای چون گرفتن خون تا جراحیهای لاپاراسکوپیک و مراقبتهای ویژه استفاده میشود. در علم پزشکی انواع پیچیدهتر و پیشرفتهای از برنامههای شبیهسازی هم وجود دارند. این انواع شامل مدلها و یا مانکنهایی هستند که به نحوی طراحی شدهاند که میتوانند به انواع داروهای تزریقی واکنش نشان دهند. همچنین این مدلها میتوانند موقعیتهای اورژانسی و تهدید کننده حیات را برای دانشجویان پزشکی خلق کنند. علاوهبراین میتوان به تکنیکهای گرافیکی کامپیوتری اشاره کرد که قادرند انواع سیتیاسکنها و یاMRI های 3بعدی را بهوجود آورند.
مدیریت شهری در دستان شبیهسازی
برخی از شبیهسازیها کاربرد موثری در بهبود مدیریت شهری دارند. یک شبیهساز شهری در عین حالی که میتواند یک بازی باشد، ابزاری بسیار کارآمد برای برنامهریزان و مدیران شهری است. این افراد به کمک چنین شهر شبیهسازی شدهای میتوانند تصمیمات خوبی اتخاذ کنند و آن تصمیم را قبل از اینکه عملی کنند در این شهر مجازی به اجرا درآورند و از نتیجه نهایی آن باخبر شوند. بهاینترتیب بودجه شهرداریها به هدر نخواهد رفت و همیشه بهترین سیاستها به عمل تبدیل خواهند شد. نرمافزارهای بسیاری در این حوزه وجود دارند که میتوان بهUrbanSim ساخته دانشگاه واشنگتن،ILUTE ساخته دانشگاه تورنتو و نیزDistrimobs که در دانشگاه بولوگان ساخته شده است اشاره کرد. به کمک این شبیهسازیها میتوان بهترین کاربری را برای زمینهای بلااستفاده پیدا کرد و یا اینکه سیستم حمل و نقل را براساس پارامترهای موجود به بهترین شکل ممکن طراحی کرد.
اصل ماجرا
شبیهسازی یک اتفاق مهم در علم مهندسی و فرآیندهایی است که در آن رخ میدهد. این فنآوری کاربردهای زیادی در علم مهندسی دارد. در مهندسی الکترونیک برای شبیهسازی تاخیر واقعی در انتشار امواج و جابجایی فاز در خطوط واقعی پخش رادیویی، از بلوکهای تاخیر (المانهای تاخیر) استفاده میشود. همچنین از بارهای مجازی در محیط آزمایشگاه و در شرایطی که نخواهند امواج منتشر شوند استفاده میشود (این بارهای مجازی به جای آنتن پخش کننده انرژی در فضا، انرژی امواج را میگیرند و بعد آن را به گرما تبدیل میکنند و از بین میبرند).
بسیاری از شبیهسازیهای مهندسی شامل مدلهای ریاضیاتی و استفاده از کامپیوتر هستند.
قابل توجه بازیخورها
فنآوری شبیهسازی در طراحی بازیها نقش بسیار مهمی دارد. بازیهای استراتژیک (که قبلا در کلیک راجع به آن نوشتهایم) را میتوان به عنوان شبیهسازیهایی از موقعیتهایی که باید تصمیمات مهمی گرفتهشود تلقی کرد. کاربرد این بازیها در آموزشهای نظامی و سیاسی است. در بازیهای جنگی نیز میتوان انواع تئوریهای نظامی را بدون نیاز به عملیات جنگی واقعی تست کرد.
در یک نگاه کلی باید گفت بسیاری از بازیهای ویدیویی شبیهسازی هستند. علاوهبراین انواعی از بازیها هم وجود دارند که به آنهاSimgames گفته میشود. در این بازیها میتوان جنبههای مختلفی از واقعیتهای شبیهسازی شده را از جنبههای اقتصادی گرفته تا راندن یک وسیله نقلیه مشاهده و تجربه کرد. انواع دیگری از بازیها، شبیهسازیهای دولتی هستند که به بازیکن کمک میکنند جنبههای خاصی از علم سیاست را بفهمد و درک کند.
فریبا فرهادیان
تازه ها
گوناگون
پیشنهاد سردبیر
در تپش این هفته، ماجرای فریب و تعرض در پوشش عرفانهای دروغین و رمالی را بررسی کردیم
پشت پرده اتاقهای دود و طلسـم
