Model symulacyjny jest reprezentacją rzeczywistości stworzoną w celu zademonstrowania czegoś, czego nie można łatwo zobaczyć lub co jeszcze się nie wydarzyło. Główną ideą jest uwidocznienie tego, co nie jest od razu widoczne gołym okiem. Niektóre z najprostszych modeli są statyczne, co oznacza, że nie poruszają się ani nie zmieniają w odpowiedzi na stymulację lub zdarzenia zewnętrzne. Wiele z najbardziej zaawansowanych przykładów jest specjalnie przeznaczonych do zmiany z pewnymi zmiennymi, często jako sposób przewidywania przyszłych wydarzeń, zanim się wydarzą, lub uzyskania poczucia możliwych wyników. Dobrymi przykładami są modele takich rzeczy, jak wzorce pogodowe lub przepływy wolumenu w firmie, a obrazowanie komputerowe jest często bardzo pomocne w takich przypadkach. Bez względu na to, jak wygląda produkt końcowy, cel każdego projektu w tej dziedzinie jest zwykle taki sam: mianowicie ożywienie i ożywienie rzeczy, które w inny sposób trudno jest skonceptualizować, oraz umożliwienie ludziom planowania i rozumienia ich w inny sposób jako wynik.
Podstawowy pomysł
Każdy model symulacyjny składa się zazwyczaj z trzech podstawowych elementów. Pierwsza to identyfikacja podstawowych części systemu. Następnie modelarz musi zrozumieć interakcje między tymi częściami. Na koniec należy zestawić liczbę i charakter danych wejściowych. Zasadniczo tworzony jest model dla każdego z nich, przy czym kluczowe aspekty są brane pod uwagę, a drobne aspekty ignorowane. Model całego systemu powstaje, gdy wszystkie te elementy zaczynają ze sobą współpracować.
Modelarze mogą podejść do zadania z kilku różnych punktów widzenia i nie ma jednej formy, którą koniecznie przybierają wszystkie produkty końcowe. Nadrzędną ideą jest wzięcie czegoś z rzeczywistości — cząsteczki, cyklu życia mutacji wirusa, biznesowego planu dystrybucji — i skondensowanie tego w formie wizualnej, przystępnej i łatwej do zrozumienia. Grafika jest wspólnym elementem wielu modeli, podobnie jak kolory. Modele, które się poruszają, często mają animację lub ruchome części mechaniczne, podczas gdy te, które nadal są, mogą mieć narysowane strzałki lub inne oznaki powolnej zmiany.
Dlaczego jest to przydatne
Ten rodzaj modelowania był wykonywany w takiej czy innej formie od wieków. Obecnie najczęściej występuje w sektorach matematyki i nauk ścisłych, chociaż może być używany prawie do wszystkiego. Dobry model symulowany może zaoszczędzić naukowcom dużo czasu i energii, pozwalając im na badanie i wykonywanie podstawowych pomiarów z modelu, a nie z rzeczywistości. W wielu przypadkach umożliwia również przewidywanie przyszłych wydarzeń, które mogą mieć wpływ na takie rzeczy, jak prognozowanie pogody i podejmowanie decyzji logistycznych dla dużych firm.
Przykłady statyczne i dynamiczne
Model może być fizyczny lub abstrakcyjny, a oba typy mogą być statyczne lub dynamiczne — czyli coś, co pozostaje takie samo lub zmienia się w czasie. Przykładem statycznego modelu fizycznego jest sztyftowy model cząsteczki wody, z dwiema małymi „kulkami” wodoru reprezentującymi atomy wodoru przyklejone krótkimi pałeczkami po obu stronach jednej „kulki” tlenu, tworząc wizualną interpretację H2O. Cząsteczki wody można oglądać pod potężnymi mikroskopami, ale symulowane modele stołowe mogą być bardziej przydatne przy próbie wyjaśnienia właściwości rdzenia.
Innym modelem fizycznym jest model zbiornika wody z piaskiem, który pokazuje wpływ wiatru i ruchu wody. W tym dynamicznym modelu piasek i woda wykazują wzory zależne od intensywności i kierunku wiatru w czasie. Większość modeli zawiera jakiś element dynamiki.
Na przykład, w przypadku symulacji przepływu pracy w fabryce, jedną maszynę można zamodelować jako element, którego utworzenie określonej części zajmuje określoną ilość czasu, podczas gdy inna maszyna zajmuje inną ilość czasu. Czas przenoszenia części między maszynami może być pominięty w przypadku maszyn znajdujących się blisko siebie, ale zwykle modeluje się liczbę, szybkość i czas, w którym surowiec i zlecenia pracy trafiają do fabryki. W oparciu o to wszystko symulacja określa, czy produkcja fabryki spełnia zapotrzebowanie.
Rola programowania komputerowego
Tradycyjnie modelowanie symulacyjne ma charakter matematyczny. Na przykład surowiec przychodzący do fabryki będzie traktowany w przybliżeniu jako przychodzący w stałych odstępach czasu. Komputery mogą teraz wykonywać bardziej realistyczne symulacje, używając skryptów i kodów podobnych do rzeczywistej sytuacji, a nawet dokładnego nagrania rzeczywistej sytuacji.
Niektóre symulacje można uruchomić za pomocą standardowych programów symulacyjnych, a inne wymagają napisania specjalnego oprogramowania. Modele części, interakcje części i dane wejściowe są wprowadzane do programu, który następnie uruchamia model symulacyjny i dostarcza dane wyjściowe w czasie, często przedstawiając je w formie graficznej. Dzięki komputerom można przeprowadzić symulacje obejmujące tysiące, a nawet miliony elementów i obejmujące duże odstępy czasu. Modele ewolucji planetarnej lub zaawansowane manewry wojskowe to dwa przykłady.