Mô hình mô phỏng được sử dụng hàng ngày và vì vậy mô phỏng là một khái niệm không xa lạ với chúng ta. Ví dụ, các nhà dự báo thời tiết hàng ngày cho chúng ta thấy các mô phỏng của hệ thống thời tiết, để chúng ta thấy trước chuyển động của  thời tiết trong những ngày tới.

Nhiều người trong chúng ta có các máy chơi game mô phỏng toàn bộ các hoạt động khác nhau, cho phép chúng ta kiểm tra các kỹ năng của mình như là người lái xe đua, nhà thám hiểm và nhà quy hoạch thành phố…

Theo nghĩa chung nhất, mô phỏng có thể được định nghĩa là:

Sự phỏng theo của một hệ thống.

Ý của “phỏng theo” đây là bắt chước hoặc sao chép một thứ khác.

Dựa trên định nghĩa trên, mô phỏng động sử dụng máy tính có thể được định nghĩa như sau:

Sự phỏng theo (trên máy tính) của một hệ khi nó diễn biến theo thời gian.

Một số khía cạnh của định nghĩa cần giải thích thêm. Đầu tiên là khái niệm “Hệ thống”, nói chung, một hệ thống là một tập hợp các bộ phận được tổ chức cho một số mục đích (Coyle 1996).

Checkland (1981) xác định bốn loại chính của hệ thống:

- Hệ thống tự nhiên: các hệ thống có nguồn gốc nằm trong nguồn gốc của vũ trụ, ví dụ: nguyên tử, hệ thống thời tiết Trái đất và hệ thống thiên hà.

- Hệ thống vật lý được thiết kế: là kết quả của thiết kế của con người, ví dụ: căn nhà, một chiếc xe hơi và một cơ sở sản xuất.

- Hệ thống trừu tượng được thiết kế: cũng là kết quả thiết kế của con người, ví dụ: toán học và văn học.

- Hệ thống hoạt động con người: hệ thống hoạt động của con người có ý thức, hoặc vô thức, được sắp xếp, ví dụ: một gia đình, một thành phố và hệ thống chính trị.

Nhiều tình huống trong đó mô phỏng được sử dụng nằm ở trung gian giữa các hệ thống vật lý được thiết kế và hệ thống hoạt động của con người. Ví dụ, hoạt động dịch vụ (ngân hàng, trung tâm cuộc gọi và siêu thị), nhà máy sản xuất, chuỗi cung ứng, hệ thống vận chuyển, khoa cấp cứu bệnh viện và hoạt động quân sự đều liên quan đến các yếu tố của cả hai lớp hệ thống.

Nói chung, các hệ thống này có thể được gọi là hệ thống hoạt động (operations systems) hoặc hệ thống điều hành (operating systems). Đây là khía cạnh thứ nhất của định nghĩa trên.

Khía cạnh thứ hai của định nghĩa cần khám phá là xem xét mục đích của mô hình mô phỏng. Theo Pidd (2003) mục đích của một mô phỏng có thể được mô tả là có được sự hiểu biết tốt hơn và/hoặc xác định các phương án cải tiến cho một hệ thống. Nâng cao sự hiểu biết về một hệ thống, cũng như việc xác định các cải tiến, điều này rất quan trọng vì nó định hình cho việc ra quyết định trong tương lai trong hệ thống thực.

Một đặc tính khác của mô tả mô hình mà Pidd nhấn mạnh là sự đơn giản hóa (simplification). Không thể dám chắc là một mô phỏng của hệ thống hoạt động, đặc biệt là các yếu tố hoạt động của con người, có thể thể hiện đầy đủ tính chi tiết của nó. Ngay cả khi điều đó là có thể, thì có lẽ là điều không mong muốn, vì thời gian cần thiết để thu thập dữ liệu và mô hình hóa mọi khía cạnh của một hệ thống sẽ là quá tốn kém.

Một khía cạnh cuối cùng cần xem xét là bản chất của việc sử dụng mô hình mô phỏng. Một mô phỏng chỉ đơn giản là dự đoán hiệu suất của một hệ thống hoạt động theo một bộ thông số đầu vào cụ thể. Chẳng hạn, nó có thể dự đoán thời gian chờ trung bình cho khách hàng gọi điện thoại đến một trung tâm cuộc gọi khi có một lượng điều hành viên làm việc.

Công việc của người sử dụng mô hình mô phỏng là thay đổi đầu vào (số lượng toán tử) và chạy mô hình để xác định hiệu ứng. Như vậy, mô phỏng là một cách tiếp cận thử nghiệm để mô hình hóa, nghĩa là, một công cụ phân tích nguyên nhân-kết quả (what-if). Người dùng mô hình nhập vào một kịch bản và mô hình dự đoán kết quả. Người dùng mô hình tiếp tục khám phá các kịch bản thay thế cho đến khi họ có đủ hiểu biết hoặc xác định cách cải thiện hệ thống thực.

Bốn khía cạnh này (hệ thống hoạt động, mục đích, đơn giản hóa và thử nghiệm) được thêm vào định nghĩa trước để mô phỏng được định nghĩa cụ thể hơn là:

Thử nghiệm với sự phỏng theo đơn giản hóa (trên máy tính) của một hệ thống hoạt động khi nó diễn biến theo thời gian, với mục đích hiểu rõ hơn và / hoặc cải thiện hệ thống đó.

CAE hoặc Computer-Aided Engineering là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả quy trình của toàn bộ quy trình kỹ thuật sản phẩm, từ thiết kế và thử nghiệm ảo với các thuật toán phân tích tinh vi đến kế hoạch sản xuất. ... Kết quả mô phỏng sau đó được đánh giá và sử dụng để cải thiện thiết kế.

Mô hình hóa mô phỏng và phân tích của các loại hệ thống khác nhau được thực hiện cho các mục đích (Pedgen và cộng sự, 1995):

• Đạt sự thấu hiểu hoạt động hệ thống
• Phát triển các chính sách điều hành hoặc tài nguyên để cải thiện hiệu năng hệ thống
• Thử nghiệm ý tưởng hoặc hệ thống mới trước khi thực thi
• Đạt được thông tin mà không làm nhiễu loạn hệ thống thực tế

Đạt sự thấu hiểu hoạt động hệ thống

Một số hệ thống phức tạp đến mức khó có thể hiểu được hoạt động và các tương tác trong hệ thống mà không có mô hình động. Nói cách khác, có thể không thể nghiên cứu hệ thống bằng cách dừng nó hoặc kiểm tra các thành phần riêng lẻ. Một ví dụ điển hình của việc này là cố gắng hiểu làm thế nào các tắc nghẽn trong quá trình sản xuất xảy ra.

Phát triển các chính sách điều hành hoặc tài nguyên để cải thiện hiệu năng hệ thống

Có thể hiện tại có một hệ thống bạn am hiểu nhưng muốn cải thiện. Hai cách cơ bản để làm điều này là thay đổi chính sách điều hành hoặc tài nguyên. Những thay đổi trong chính sách điều hành có thể bao gồm các ưu tiên lập lịch khác nhau cho các đơn đặt hàng công việc. Những thay đổi trong chính sách tài nguyên có thể bao gồm các cấp độ nhân viên hoặc phá vỡ lịch trình.

Thử nghiệm ý tưởng hoặc hệ thống mới trước khi thực thi

Nếu một hệ thống chưa tồn tại hoặc bạn đang xem xét việc mua các hệ thống mới, một mô hình mô phỏng có thể giúp cung cấp cho bạn ý tưởng hệ thống được đề xuất sẽ hoạt động tốt như thế nào. Chi phí mô hình hóa một hệ thống mới có thể rất nhỏ so với đầu tư vốn liên quan đến việc cài đặt bất kỳ quy trình sản xuất quan trọng nào. Những ảnh hưởng của các cấp độ và chi phí khác nhau của thiết bị có thể được đánh giá. Ngoài ra, việc sử dụng mô hình mô phỏng trước khi thực hiện có thể giúp tinh chỉnh cấu hình của thiết bị được chọn.

Hiện tại, một số công ty yêu cầu các nhà cung cấp thiết bị xử lý vật liệu để phát triển mô phỏng hệ thống đề xuất của họ trước khi mua. Mô hình mô phỏng được sử dụng để đánh giá các yêu cầu khác nhau của nhà cung cấp. Ngay cả sau khi cài đặt, mô hình mô phỏng có thể hữu ích. Công ty có thể sử dụng mô hình mô phỏng để giúp xác định các vấn đề nếu hệ thống được cài đặt không hoạt động như đã hứa.

Đạt được thông tin mà không làm nhiễu loạn hệ thống thực tế

Các mô hình mô phỏng có thể là phương pháp duy nhất có sẵn để thử nghiệm với các hệ thống không thể bị xáo trộn. Một số hệ thống rất quan trọng hoặc nhạy cảm đến mức không thể thực hiện bất kỳ loại thay đổi chính sách tài nguyên hoặc vận hành nào để phân tích hệ thống. Ví dụ kinh điển của loại hệ thống này sẽ là trạm kiểm soát an ninh tại một sân bay thương mại. Tiến hành chính sách vận hành hoặc thử nghiệm cấp tài nguyên sẽ có tác động nghiêm trọng đến khả năng hoạt động hoặc hiệu quả bảo mật của hệ thống.

Trách nhiệm và nhiệm vụ của Kỹ sư CAE. Thực hiện phân tích thiết kế phức tạp bằng phần mềm Computer Aided Engineering (CAE). Hiểu các yêu cầu cơ bản của khách hàng và mong đợi đối với thiết kế sản phẩm mới và thiết kế cải tiến. ... Cung cấp hướng dẫn thiết kế và hỗ trợ kịp thời cho nhóm để đáp ứng yêu cầu của khách hàng.

Mô hình hóa mô phỏng có những lợi ích đặc biệt. Bao gồm:

Thử nghiệm trong thời gian được rút ngắn (nén)

Bởi vì mô hình được mô phỏng trên máy tính, các lần chạy mô phỏng thử nghiệm có thể được thực hiện trong thời gian nén. Đây là một lợi thế lớn vì một số quy trình có thể mất vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm để hoàn thành.

Thời gian xử lý hệ thống dài có thể làm cho việc phân tích mạnh mẽ trở nên khó khăn hoặc thậm chí không thể thực hiện được. Với một mô hình máy tính, hoạt động và tương tác của các quá trình dài có thể được mô phỏng trong vài giây. Điều này cũng có nghĩa là nhiều bản sao của mỗi lần chạy mô phỏng có thể dễ dàng được chạy để tăng độ tin cậy thống kê của phân tích. Do đó, các hệ thống trước đây không thể phân tích mạnh mẽ có thể được nghiên cứu

Giảm các yêu cầu phân tích

Trước sự tồn tại của mô phỏng máy tính, những kỹ sư đã buộc phải sử dụng các công cụ khác, đòi hỏi phân tích nhiều hơn. Ngay cả khi đó, chỉ những hệ thống đơn giản liên quan đến các yếu tố xác suất được phân tích bởi kỹ sư tầm trung.

Các hệ thống phức tạp hơn hoàn toàn là lĩnh vực của nhà toán học hoặc nhà phân tích nghiên cứu hoạt động. Ngoài ra, các hệ thống chỉ có thể được phân tích bằng một cách tiếp cận tĩnh tại một thời điểm nhất định.

Ngược lại, sự ra đời của các phương pháp mô phỏng đã cho phép các kỹ sư nghiên cứu các hệ thống linh hoạt trong thời gian thực trong quá trình chạy mô phỏng.

Hơn nữa, việc phát triển các gói phần mềm cụ thể mô phỏng đã giúp cách ly kỹ sư khỏi những kiến thức tính toán phức tạp và các yêu cầu lập trình có thể cần thiết.

Những yêu cầu phân tích được giảm bớt đã cung cấp cho nhiều kỹ sư hơn, với nhiều nền tảng khác nhau, với cơ hội phân tích nhiều loại hệ thống khác nhau hơn so với trước đây.

Các mô hình dễ dàng được trình diễn

Hầu hết các gói phần mềm mô phỏng mô tả sinh động (bằng hình ảnh động/video) của hoạt động mô hình. Mô tả sinh động rất hữu ích cho việc chỉnh lỗi mô hình và cũng để chứng minh cách thức hoạt động của mô hình.

Chỉnh lỗi dựa trên mô tả sinh động cho phép các kỹ sư quan sát các lỗ hổng trong tính logic mô hình một cách dễ dàng. Việc sử dụng hình ảnh động trong một bài thuyết trình có thể giúp thiết lập độ tin cậy của mô hình. Mô tả sinh động cũng có thể được sử dụng để mô tả hoạt động và tương tác của các quy trình  đồng thời hệ thống. Điều này bao gồm mô tả động lực học cách mô hình hệ thống xử lý các tình huống khác nhau. Nếu không có khả năng mô tả sinh động, các kỹ sư sẽ bị giới hạn trong các bài thuyết trình dựa trên văn bản và số kém hiệu quả.

Kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) là việc sử dụng rộng rãi phần mềm máy tính để hỗ trợ các nhiệm vụ phân tích kỹ thuật. ... Các công cụ phần mềm đã được phát triển để hỗ trợ các hoạt động này được coi là các công cụ CAE. Các công cụ CAE đang được sử dụng, ví dụ, để phân tích sự mạnh mẽ và hiệu suất của các thành phần và lắp ráp.

Mô hình hóa (Modeling) là quá trình tạo ra một mô hình (Model);

Một mô hình là một đại diện của sự xây dựng và làm việc của một số hệ thống quan tâm. Một mô hình tương tự nhưng đơn giản hơn hệ thống mà nó đại diện.

Một mục đích của một mô hình là cho phép nhà phân tích dự đoán ảnh hưởng của những thay đổi đối với hệ thống. Một mặt, một mô hình nên gần đúng với hệ thống thực và kết hợp hầu hết các tính năng nổi bật của nó. Mặt khác, không nên phức tạp đến mức không thể hiểu và thử nghiệm với nó.

Một mô hình tốt là một sự cân bằng hợp lý giữa thực tế và sự đơn giản. Các nhà thực hành mô phỏng khuyên nên tăng độ phức tạp của một mô hình khi lặp.

Một vấn đề quan trọng trong mô hình là tính hợp lệ (validity) của mô hình. Các kỹ thuật xác nhận mô hình bao gồm mô phỏng mô hình trong các điều kiện đầu vào đã biết và so sánh đầu ra mô hình với hệ thống đầu ra.

Nói chung, một mô hình dành cho nghiên cứu mô phỏng là một mô hình toán học được phát triển với sự trợ giúp của phần mềm mô phỏng.

Phân loại mô hình toán học bao gồm xác định (biến đầu vào và đầu ra là giá trị cố định) hoặc ngẫu nhiên (ít nhất một trong các đầu vào hoặc biến đầu ra là theo xác suất); tĩnh (thời gian không được tính đến) hoặc động (tương tác thay đổi theo thời gian giữa các biến được tính đến).

Thông thường, các mô hình mô phỏng là ngẫu nhiên và động.

Mô phỏng là quá trình sử dụng một mô hình để nghiên cứu hành vi và hiệu suất của một hệ thống thực tế hoặc lý thuyết. Trong một mô phỏng, các mô hình có thể được sử dụng để nghiên cứu các đặc điểm hiện có hoặc được đề xuất của một hệ thống.

Mục đích của một mô phỏng là nghiên cứu các đặc điểm của một hệ thống thực tế hoặc ảo bằng cách thao tác các biến không thể điều khiển trong một hệ thống thực. Mô phỏng cho phép đánh giá một mô hình để tối ưu hóa hiệu năng hệ thống hoặc đưa ra dự đoán về một hệ thống thực.

Mô phỏng rất hữu ích để nghiên cứu các thuộc tính của mô hình hệ thống đời thực, nếu không quá phức tạp, quá lớn/nhỏ, quá nhanh/chậm, không thể truy cập, quá nguy hiểm. Mặc dù một mô hình nhắm đúng với hệ thống mà nó đại diện, một mô phỏng có thể sử dụng một mô hình để khám phá các trạng thái không thể có trong hệ thống ban đầu.

Không chắc chắn nên chọn giải pháp nào cho ý tưởng của quý Anh/Chị? Cho dù Anh/Chị đang tìm kiếm Mô hình từ tính nâng cao, Động lực học tường minh, Tương tác kết cấu chất lỏng, Digital Twins và các giải pháp khác. Hãy liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới để biết thêm chi tiết Anh/Chị nhé.

Vui lòng đăng ký hoặc liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin. Cảm ơn bạn.