Transcript Modeling and simulation of information systems

‫أنظمة المحاكاة‬
Modeling and simulation of information systems
[email protected]
Subjects
Introduction
to computer simulation and modeling ,role in
engineering design and scientific discovery types of simulations, general
principles, software.
Mathematical and statistical models, discrete distributions, continuous
distributions, Poisson processes, empirical distributions.
Random number generation, types of pseudo-random number
generators, tests of random number generators.
Random variant generation.
Input modeling, simulation design, experimental design.
Verification and validation.
Output analysis, interpretation of results, visualization.
[email protected]
‫‪Introduction‬‬
‫‪Lec1‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Simulation and Modeling‬النمذجة والمحاكاة‬
‫ ‪: Model‬النموذج‬‫بناء هیكل تصوري لوصف النظام‪ .‬أو هو تجرید للنظام یتكون من تجمع لمعلومات حول‬
‫النظام بغرض دراسته‪.‬‬
‫ ‪: System‬النظام‬‫النظام هو مجموعة من األشیاء تتفاعل وتعتمد على بعضها البعض‪ .‬أو هو مجموعة من‬
‫الكائنات ترتبط مع بعضها البعض بصورة ما لتحقیق عدد من األهداف‪.‬‬
‫ ‪ : system environment‬بیئة النظام‬‫یتأثر النظام بالتغیرات التي تحدث خارجه كما انه یؤثر على المحیط من حوله مثل هذه‬
‫التغیرات تؤثر على بیئة النظام‪.‬‬
‫نظام مصنع ‪ :‬وصول الطلبیات ‪.arrival orders‬‬
‫نظام بنك ‪:‬وصول الزبائن ‪.arrival of customers‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Introduction‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫ ‪: model of a system‬نموذج النظام‬‫لعمل نموذج للنظام من الضروري فهم النظام وفكرته وحدوده‪.‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫نظام المصانع (مصنع سیارات) هو عبارة عن مجموعة من اآلالت وقطع الغیار وعمال‬
‫هدفه إنتاج سیارات‪.‬‬
‫وغالبا النظام یتأثر بالتغییرات التي تحدث خارجه وتسمي بیئة النظام ‪ .‬وفي نمذجة النظم‬
‫من الضروري تحدید حد ‪ boundary‬بین النظام وبیئته وهذا یعتمد على الغرض من‬
‫الدارسة أو النموذج‪.‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫نظام مصنع السیارات یتأثر بوصول الطلبات‪.‬‬
‫نظام البنك یتأثر بالحد الفاصل لكمیة الدخل‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Introduction‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫ ‪ :component of a system‬مكونات النظام‬‫لفهم وتحلیل النظام هنالك عدة مصطلحات یجب أن تُعرف وهي مكونات النظام ‪:‬‬
‫أ‪ -‬الكیان ‪ : entity‬وهو أهم كائن في النظام ‪،‬مثال الماكینات في المصانع‪.‬‬
‫ب‪ -‬الصفات ‪ : attribute‬وهي خصائص الكیان ومكوناته ‪،‬مثال السرعة والسعة‪.‬‬
‫ج‪ -‬النشاط ‪ : activity‬وهي الفترة الزمنیة النجاز عمل معین ‪،‬مثال اللحام‪.‬‬
‫د‪ -‬حالة النظام ‪ : state of a system‬هي مجموعة من المتغیرات الضروریة لوصف‬
‫النظام في أي وقت بالنسبة ألهداف النظام مثال حالة الماكینات (تعمل ‪ ،‬التعمل ‪ ،‬متعطلة)‬
‫هـ‪ -‬الحدث ‪ : event‬وهو تغییر فوري یغیر حالة النظام مثال توقف النظام‪ ،‬وهناك نوعان‬
‫من األحداث هي ‪:‬‬
‫ أحداث ذاتیة النشوء ‪ : Endogenous‬وهي األحداث التي تؤثر على النظام‪.‬‬‫ أحداث خارجیة ‪ : Exogenous‬وهي األحداث التي تتكرر مع بیئة النظام‪.‬‬‫ملحوظة ‪ :‬مجموعة الكیانات التي تكون النظام بغرض دراسة واحده یمكن أن تكون‬
‫مجموعة جزئیة لدراسة أخرى ‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Introduction‬‬
‫‪‬‬
‫الجدول التالي یوضح المكونات األساسیة لبعض النظم‪:‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Lec2‬‬
‫‪Continuous And Discrete Systems‬‬
‫‪‬‬
‫النظم المستمرة والنظم المتقطعة‬
‫‪‬‬
‫یمكن تقسیم النظم أو تصنیفها من خالل تأثرها بالزمن إلى نظم مستمرة أو نظم متقطعة‪.‬‬
‫نجد أن هناك القلیل من النظم یمكن وصفها بأنها متقطعة أو مستمرة بصورة دائمة أو‬
‫بشكل كامل ولكن على حسب معظم صفات النظام إذا كانت معظم صفاته متقطعة یوصف‬
‫بأنه متقطع وإذا كانت معظم صفاته مستمرة یوصف النظام بأنه مستمر‪ .‬وفي كلتا الحالتین‬
‫تحدث التغیرات في النموذج بالنسبة للزمن‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Continuous And Discrete Systems‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫النظم المتقطعة ‪:Discrete Systems‬‬
‫هي التي تتغیر فیها حالة المتغیرات أو الصفات عند نقاط متقطعة غیر مستمرة خالل فترة‬
‫زمنیة ‪،‬مثال نظام البنك هو نظام متقطع ألن حالة المتغیر (عدد العمالء) في البنك یتغیر‬
‫عند وصول عمیل جدید أو عند انتهاء الخدمة للعمیل‪ ،‬الشكل التالي یوضح عدد العمالء‬
‫عند فترة زمنیة‪:‬‬
‫‪Number of‬‬
‫‪customer‬‬
‫‪Waiting‬‬
‫‪in line‬‬
‫‪time‬‬
‫‪Fig.(1): Discrete System Example‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪‬‬
‫‪Continuous And Discrete Systems‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫النظم المستمرة ‪:Continuous Systems‬‬
‫هي التي یتغیر فیها واحد أو أكثر من المتغیرات بصورة مستمرة خالل فترة زمنیة‬
‫مثال مضخة الماء جانب الخزان خالل فترة المطر ‪،‬كمیة الماء تتغیر في البحیرة بجانب‬
‫الخزان والماء یستخدم لعمل الكهرباء والتبخر یقلل من معدل الماء ولكن نجد معدل الماء‬
‫مستمر في التدفق كما في الشكل التالي‪:‬‬
‫‪Head of‬‬
‫‪water‬‬
‫‪behind‬‬
‫‪the dam‬‬
‫‪time‬‬
‫‪Fig.(2): Continuous System Example‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪Lec3‬‬
‫‪‬‬
‫نمذجة النظم ‪Systems Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫في بعض األحیان ندرس النظام لفهم العالقات بین مكوناته أو دارسة كیفیة عمل النظام‬
‫تحت ظروف جدیدة‪ ،‬وفي بعض األوقات من الممكن تجربة النظام نفسه ولكن لیس دائما‬
‫مثال في حالة النظم الجدیدة التي لم توجد بعد أو التي یمكن أن تكون في شكل افتراضات‬
‫أو في مرحلة التصمیم‪ ،‬وحتى إذا كانت النظم موجودة یمكن أن تكون غیر مطبقة عملیا‬
‫الختبارها‪.‬‬
‫مثال ‪ :‬تقلیص عدد ماكینات ‪ tellers‬لدراسة األثر في خطوط االنتظار یمكن أن یؤدي‬
‫إلى تقلیص العمالء ونقل حسابهم إلى بنك آخر‪.‬‬
‫ویُعرف النموذج كتمثیل بسیط للنظام بغرض دارسته من أجل فهمه بصورة أسهل أو‬
‫التحكم فیه وتحسینه أو مراقبة تصرفاته‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫في معظم الدارسات من الضروري وضع اعتبارات للتوقعات التي تُحدث تأثیرات أو‬
‫تغیرات للنظام وهو في طور المناقشة‪ ،‬وهذه التوقعات تُمثل داخل نموذج النظام ‪،‬‬
‫والنموذج على حسب التعریف هو تبسیط للنظام ‪ ،‬ومن جهة أخرى نجد أن النموذج یجب‬
‫أن یوفر إیجاز صحیح للنظام الحقیقي‪ .‬والنماذج المختلفة للنظام الواحد یمكن أن تكون‬
‫مطلوبة لتعبر عن التغییرات في النظام وهو قید المناقشة‪.‬‬
‫وعملیة النمذجة هي عملیة إنشاء عالقات متداخلة بین العناصر األساسیة في نظام شامل‬
‫(األهداف‪ -‬األداء‪ -‬المعوقات التي تعترض بناء النظام)‪ .‬وهي عملیة متكررة ومتداخلة‬
‫وذلك نسبة الستخدام أكثر من عملیة في نظام التغذیة العكسیة ‪ feedback‬من نتائج كل‬
‫عملیة لكل مرحلة‪.‬‬
‫‪‬‬
‫ مكونات النموذج ‪: component of a model‬‬‫مكونات النموذج هي نفسها مكونات النظام وهي كیانات ‪ entities‬و صفات ‪attributes‬‬
‫ونشاطات ‪ activities‬ویمكن أن یحتوي على أي مكونات أخرى تكون مهمة للدراسة‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫أنواع النماذج ‪: types of models‬‬‫تقسم النماذج إلي ‪:‬‬
‫‪ -1‬النماذج الفیزیائیة (مادیة) ‪: physical models‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫وهي التي تمثل نظم فیزیائیة وعملیة بنائها مكلفة جدا ‪،‬في بعض األحیان یمكن القول أن النموذج‬
‫الفیزیائي له وجود مادي ومحسوس ویشغل حیز‪.‬‬
‫النماذج الفیزیائیة تبنى بمواد حسیة مثل بناء نموذج طائرة في مرحلة التصمیم وذلك الختبار هیكلها‬
‫تحت ظروف معینه‪.‬‬
‫تقسم النماذج الفیزیائیة إلى نماذج ساكنة ‪ :static‬وهي التي ال تتغیر حالتها مع الزمن (مثل نموذج‬
‫لبناء المسجد الحرام ونموذج سفینة أو طائره في نافذة مكتب سیاحي) ونماذج حركیة ‪:dynamic‬‬
‫وهي التي تتغیر حالتها مع الزمن (مثل نموذج آلة االحتراق الداخلي)‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫‪ -2‬نماذج ریاضیة (تحلیلیه) ‪: mathematical models‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫أ‪-‬‬
‫ب‪-‬‬
‫‪‬‬
‫وهي التي تستخدم الرموز والمعادالت الریاضیة لتمثیل النظام ونموذج المحاكاة هو نوع معین من‬
‫النموذج الریاضي للنظام‪.‬‬
‫مكونات النماذج الریاضیة ألي نظام‪:‬‬
‫تتكون من أربعة عناصر هي ‪:‬‬
‫المكونات ‪. component‬‬
‫المتغیرات ‪. variables‬‬
‫ج‪-‬‬
‫المعامالت ‪. parameters‬‬
‫د‪-‬‬
‫العالقات بین الدوال ‪. functional relations‬‬
‫ویمكن تمثیل أنواع النماذج بیانیا كالتالي‪:‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫في التوضیح السابق قسمنا النماذج الریاضیة الساكنة إلي تحلیلیة ‪ Analytical‬وعددیة ‪ Numerical‬والنماذج‬
‫الریاضیة الحركیة إلي تحلیلیة ‪ Analytical‬وعددیة ‪ Numerical‬ومحاكاة ‪ Simulation‬وذلك ألن القلیل‬
‫جدا من النماذج الریاضیة یمكن حلها تحلیلیا وذلك باستخدام النظریات الریاضیة واالستنتاجات المنطقیة ‪،‬‬
‫وأغلبها یمكن حلها عددیا باستخدام الطرق والخوارزمیات العددیة وجمیعها یمكن حلها بواسطة المحاكاة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫خصائص نموذج المحاكاة ‪: Characterizing a Simulation Model‬‬
‫‪ -1‬نماذج محددة او عشوائیة ‪: deterministic or stochastic models‬‬
‫‪‬‬
‫النماذج المحددة ‪ : deterministic‬هي نماذج المحاكاة التي ال تحتوي علي متغیرات عشوائیة وهي‬
‫التي لها مجموعة واحدة ومحددة من المخرجات‪.‬‬
‫مثال‪ :‬جدول مواعید عند طبیب االسنان اذا التزم كل مریض بموعده یمكن ان یكون هناك زمن‬
‫وصول محدد‪.‬‬
‫‪‬‬
‫النماذج العشوائیة ‪ : stochastic‬یكون لها واحد او اكثر من المدخالت (متغیرات عشوائیة)‬
‫والمدخالت العشوائیة تؤدي إلى مخرجات عشوائیة لذك نستخدم اإلحصاء للحصول على ممیزات‬
‫صحیحة للنظام‪.‬‬
‫مثال متوسط وقت اإلنتظار للمستفیدین ‪ ،‬متوسط عدد االشخاص المنتظرین‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪ -2‬نماذج ثابتة او متغیرة ‪: static or dynamic models‬‬
‫‪‬‬
‫النماذج الثابتة تسمي محاكاة مونت كارلو ‪ ، Monte Carlo simulation‬وهي تمثیل للنظام في‬
‫نقطة زمنیة محددة‪.‬‬
‫‪‬‬
‫النماذج المتغیرة وهي تمثل النظم التي تتغیر خالل فترة زمنیة محددة مثال‪ :‬محاكاة نظام بنك من‬
‫‪ 9:00 am‬إلى ‪.4:00 pm‬‬
‫‪ -3‬نماذج مستمرة او متقطعة ‪: continuous or discrete models‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫لیس بالضروري استخدام محاكاة النماذج المتقطعة في النظم المتقطعة كما لیس بالضروري استخدم‬
‫محاكاة النظم المستمرة في النظم المستمرة‪ ،‬ویمكن لنماذج المحاكاة أن تستخدم المتقطعة والمستمرة‬
‫معا ً الختبار أي نموذج مستمر أو متقطع وكیفیة االختیار تكون واحدة من أهداف تحدید ممیزا ت‬
‫النظام وأهداف الدراسة‪.‬‬
‫مثال‪ :‬في حالة قناة االتصال یمكن أن نستخدم نموذج متقطع إذا كانت حركة كل رسالة ضروریة‬
‫للدراسة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تطویر النموذج ‪: How a model can be developed‬‬
‫تطویر نموذج المحاكاة یتم بواسطة دراسة كیفیة عمل النظام وتطویره خالل فترة زمنیة‬
‫معینة‪ ،‬وهذا النموذج یأخذ عادة شكل مجموعة من االفتراضات متعلقة بتشغیل النظام ‪،‬‬
‫ویُعبر عن هذه االفتراضات بعالقات ریاضیة او منطقیة او رمزیة لمكونات النظام‬
‫(الكیانات ‪ )Entities‬أو (الكائنات ‪. )object‬‬
‫وبعد تطویر وتصحیح هذا النموذج یمكن أن یُستخدم لإلجابة على استفسارات كثیرة في‬
‫شكل ‪( what .. .. If‬ماذا سیحدث ‪ ...‬اذا)‪.‬‬
‫الطرق الریاضیة المستخدمة في عملیات تطویر النموذج تشمل نظریات االحتماالت أو‬
‫طرق جبریة‪ .‬ممیزات هذه الطرق إذا كانت تُستخدم في األنظمة العادیة غیر (األنظمة‬
‫المعقده ‪ )complex systems‬تؤدي إلى نتائج دقیقه بالرغم من استخدامها لعدد قلیل من‬
‫العوامل‪.‬‬
‫یمكن كذلك استخدام طرق ریاضیة اعتمادا على جهاز الحاسوب ‪computer-based :‬‬
‫تتمیز هذه الطرق بأنها بسیطه ومرنة في حالة األنظمة المعقدة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
System Modeling
:‫مثال‬
: Discrete-event simulation DES ‫تطویر نموذج محاكاة األحداث المتقطعة‬
.‫ تحدید األهداف‬determine the goals and objectives
.‫ بناء نموذج تخیلي‬build a conceptual model
.‫ التحویل الي نموذج وصفي‬convert into a specification model
.‫ التحویل الي نموذج حسابي‬convert into a computational model
.‫ التحقق‬verify
.‫ الصالحیة‬validate
[email protected]







:Three model levels ‫ثالث مستویات للنموذج‬
: conceptual model ‫نموذج تخیلي‬
.‫مستوى عالي جدا‬
‫كم یجب أن یشتمل النموذج ؟‬
‫ أیها المهمة ؟‬، ‫ أیها المتغیرة‬، ‫ما هي المتغیرات الثابتة‬






‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫نموذج وصفي ‪: specification model‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫نموذج حسابي ‪: computational model‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫كتابة على الورق‪.‬‬
‫قد یحوي معادالت ‪ ،‬شفرات مزیفة ‪pseudo code .‬‬
‫كیف یمكن للنموذج إدخال البیانات ؟‬
‫برنامج حاسوبي‪.‬‬
‫لغة عامة او لغة محاكاة‪.‬‬
‫‪Comparison between verification and validation‬‬
‫مقارنة بین التحقق والصالحیة ‪:‬‬
‫التحقق ‪: verification‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫النموذج الریاضي یجب ان یكون متطابق ‪ consistent‬مع النموذج الوصفي‪.‬‬
‫هل تم بناء النموذج الصحیح؟‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫الصالحیة ‪: validation‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫النموذج الحسابي یجب أن یكون متطابق ‪consistent‬مع النظام المحلل‪.‬‬
‫هل تم بناء النموذج الصحیح؟‬
‫هل یمكن لخبیر ان یمیز ناتج المحاكاة من ناتج النظام؟‬
‫فوائد النماذج ‪: Benefits models‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تكون تكلفة تحلیل النماذج أقل بكثیر من تكلفة التجارب الشبیهة التي تجرى على النظام الحقیقي‪.‬‬
‫تمكن النماذج من ضغط الوقت‪.‬‬
‫تكون معالجة النموذج أسهل كثیرا ً من معالجة النظام الحقیقي‪.‬‬
‫تكون تكلفة حدوث الخطأ في تجربة المحاولة أقل عند استخدام النماذج عما في الواقع‪.‬‬
‫یسمح استخدام النماذج بحساب المخاطر في إجراءات محددة‪.‬‬
‫تمكن النماذج الریاضیة من تحلیل عدد كبیر من الحلول‪.‬‬
‫تعزز النماذج و تقوى التعلیم و التدریب‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪System Modeling‬‬
‫‪‬‬
‫استخدام النماذج ‪: The use of models‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تسهیل الفهم ‪ :‬یكون النموذج أبسط من النظام الذي یُفهم بسهولة أكبر عند تمثیل عناصره والعالقات‬
‫بینها بطریقة مبسطة‪.‬‬
‫تسهیل االتصال ‪ :‬بمجرد فهم القائم بحل المشكلة للنظام غالبا ما یُلزم بتوصیل هذا الفهم إلى آخرین‪.‬‬
‫التنبؤ بالمستقبل ‪ :‬یمكن للنموذج الریاضي ان یتنبأ بما یمكن أن یحدث في المستقبل إال أنه قد ال‬
‫یكون دقیقا ‪. % ١٠٠‬‬
‫یسمى نشاط استخدام النموذج محاكاة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪Lec4‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫المحاكاة ‪: Simulation‬‬
‫المحاكاة ‪ :Simulation‬مصطلح التیني یعني نسخة أو صورة انعكاسیة مصغرة‪.‬‬
‫والنمذجة باسلوب المحاكاة (‪ :)Simulation model‬هي محاولة یتم من خاللها إیجاد‬
‫صورة انعكاسیة مصغرة طبق األصل لنظام ما دون محاولة الحصول على النظام الحقیقي‬
‫نفسه وذلك بتطویر نموذج )‪ )model‬یمثل النظام موضوع الدراسة ‪،‬حیث یظهر جمیع‬
‫التغیرات الممكنة لحاالت النظام ثم وضع المقاییس التي تُستخدم في تقدیر أداء النظام‬
‫بإجراء تجارب على عینات النظام‪.‬‬
‫أو هي مجموعة من العملیات تحاكي العملیات في العالم الحقیقي او النظم الموجودة خالل‬
‫فترة معینة سواء كانت تلك النظم یدویة او حاسوبیة‪.‬‬
‫وتستلزم المحاكاة دراسة النظام ومالحظته لدراسة األثر المتعلق بخصائص تشغیل النظام‬
‫في العالم الحقیقي‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫یمكن استخدام المحاكاة لدراسة النظم في مرحلة التصمیم قبل بناء النظام او في مرحلة‬
‫التحلیل كأداة تحلیل للتنبؤ بتأثیر تغیرات النظم الموجودة او كأداة تصمیم للتنبؤ بكفاءة‬
‫النظم الجدیدة عن طریق مجموعة متغیرة من الحاالت‪ .‬وكذلك یمكن محاكاة تغیرات‬
‫محتملة للتنبؤ بمدى تأثیرها على أداء النظام‪.‬‬
‫‪‬‬
‫المحاكاة باستخدام الحاسوب ‪: Computer simulations :‬‬
‫في بعض األمثلة یمكن للنموذج أن یتطور حتى یكون سهل لكي یُحل بواسطة طرق‬
‫ریاضیة مثل المعادالت التفاضلیة‪ ،‬نظریة االحتماالت ‪ ،‬الطرق الجبریة أو أي تقنیات‬
‫ریاضیة أخرى‪.‬‬
‫والحل عادة یحتوي على مجموعة من العوامل العددیة تسمى مقاییس كفاءة النظام‪.‬‬
‫ومع ذلك نجد أن معظم النظم الحقیقیة تكون معقدة حتى أنه عمل نماذج لحلها ریاضیا‬
‫یكون شبه مستحیل وفي هذه الحاالت نستخدم المحاكاة المؤسسة على الحاسوب‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫وهذا النوع من المحاكاة یُستخدم لمحاكاة تصرفات النظام خالل فترة زمنیة معینة ‪ ،‬وتُجمع‬
‫البیانات كما في النظم الحقیقیة‪ .‬والبیانات المنتجة من المحاكاة تُستخدم لتطویر مقیاس‬
‫كفاءة النظام‪.‬‬
‫استخدام النماذج الحاسوبیة لدراسة التجارب المتعلقة باألنظمة الحقیقیة تم تعریفها من قبل‬
‫العلماء بعدة طرق نستنتج منها ‪( :‬المحاكاة هي اسلوب عملي لحل المشاكل المتعلقة‬
‫باألنظمة الحقیقیة من خالل تصمیم نظام یحاكي النظام الحقیقي ومن ثم تصمیم نماذج‬
‫حاسوبیة لمعرفة التغیرات اإلحصائیة والدینامیكیة للنظام الحقیقي من خالل اختبار النظام‬
‫الذي یحاكیه)‪.‬‬
‫‪‬‬
‫نموذج المحاكاة ‪: Simulation model‬‬
‫یمكن وصف ودراسة سلوك األنظمة الموجودة خالل فترة معینة باستخدام نموذج المحاكاة‬
‫التي تعتبر اسلوب عملي لحل المشاكل المتعلقة باألنظمة الحقیقیة من خالل تصمیم نظام‬
‫یحاكي النظام الحقیقي وعلیه فإن بناء نموذج محاكاة یهتم باآلتي‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪‬‬
‫أهداف المحاكاة ‪: simulation objectives‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫شرح سلوك النظام‪.‬‬
‫استخالص النظریات أو الفرضیات التي تعد لمالحظة سلوك النظام‪.‬‬
‫استخدام هذه النظریات لتقدیر أو تخمین السلوك المستقبلي للنظام ( التغیرات الدینامیكیة )‪.‬‬
‫دراسة النظام الحالي‪.‬‬
‫تحلیل بعض األنظمة المقترحة‪.‬‬
‫تخطیط وتصمیم أنظمة أكثر تطورا ً‪.‬‬
‫متى تكون المحاكاة أداة مناسبة ‪:‬‬
‫‪: When Simulation Is Appropriate Tool‬‬
‫من العوامل التي جعلت المحاكاة من اكثر األدوات انتشارا ً وقبوال في بحوث العملیات‬
‫وتحلیل النظم‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫توفر اللغات الخاصة بالمحاكاة‪،‬‬
‫وانتشار الحاسوب والتقدم في طرق المحاكاة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫ونجد أن المحاكاة لها الممیزات اآلتیة‪:‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫‪.8‬‬
‫‪.9‬‬
‫المحاكاة لها المقدرة على دراسة كل ما یتعلق بالنظم الجزئیة ‪ subsystem‬لألنظمة المعقدة‪.‬‬
‫محاكاة التغیرات المعلوماتیة واإلداریة والبیئیة ودراسة ورؤیة تأثیر البدائل على النموذج‪.‬‬
‫محاكاة النظم في طور التصمیم تساهم في تقدیم اقتراحات لتطویر النظام وهو قید المناقشة‪.‬‬
‫تغییر قیم مدخالت المحاكاة ورؤیة المخرجات لمعرفة المتغیرات األكثر أهمیة وكیفیة تفاعلها‪.‬‬
‫استخدام المحاكاة كأداة تعلیم لتقویة وتصحیح طرق الحل التحلیلیة‪.‬‬
‫استخدام المحاكاة لتجربة تصمیم جدید أو طرق جدیدة قبل التطبیق لمعرفة ما قد سیحدث‪.‬‬
‫بمحاكاة قدرات مختلفة لآللة یمكن أن نحدد احتیاجاتها‪.‬‬
‫تصمیم نموذج محاكاة للتدریب یسمح بالتعلم من غیر تكلفة‪.‬‬
‫النظم الحدیثة والمصانع تكون معقدة جدا ً لذلك التفاعل یتم فقط من خالل المحاكاة‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫متى تكون المحاكاة غیر مناسبة ‪:‬‬
‫‪: When Simulation Is not Appropriate‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫إذا كانت المشكلة تتعلق أو تحل بواسطة ‪ . common sense‬مثل ‪ :‬إذا كانت لدینا محطة خدمة‬
‫سیارات وكان وصول السیارات بصورة عشوائیة بمتوسط ‪ ١٠٠‬سیارة في الساعة وتتم الخدمة داخل‬
‫المحطة بمعدل ‪ ١٢‬سیارة في الساعة‪ ،‬لحساب العدد األدنى للعاملین في المحطة یمكن باستخدام العالقة‬
‫(‪ )8.3=100/12‬أي ‪ 9‬عمال أو أكثر‪.‬‬
‫اذا كانت المشكلة تُحل تحلیلیا ً ‪،‬مثال‪ :‬متوسط زمن اإلنتظار في المثال السابق یمكن حسابه من رسم‬
‫منحنى ‪.curve‬‬
‫إذا كان حل المشكلة یكون أسهل باستخدام طرق اختبار مباشرة ‪،‬مثال‪ :‬في مطعم من األسهل استخدام‬
‫عامل اضافي إذا لوحظ بطء في الخدمة‪.‬‬
‫إذا كانت تكلفة المحاكاة تفوق الدخل‪.‬‬
‫إذا كان الزمن والمصادر ‪ resources‬غیر متوفرین ‪،‬مثال‪ :‬إذا كان الزمن المسموح به اسبوعین‬
‫والمحاكاة تستغرق شهر‪،‬حیث تحتاج بیانات كبیرة في حالة عدم توفر البیانات مثال‪.‬‬
‫عدم المقدرة لتصحیح وتطبیق النموذج إذا لم یوجد زمن كافي أو أشخاص غیر متوفرین‪.‬‬
‫إذا كان النظام معقد جدا أو ال یمكن تعریفه مثال السلوك البشري (المدراء لیس لهم سیاسات واضحة )‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫ممیزات المحاكاة ‪: Advantages‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪.6‬‬
‫‪.7‬‬
‫‪.8‬‬
‫‪.9‬‬
‫یمكن اكتشاف طرق أو إجراءات أو قواعد أو قرارات جدیدة من غیر تعطیل العملیات الجاریة في‬
‫النظام الحقیقي‪.‬‬
‫یمكن اختبار تصمیم آالت جدیدة أو مخرجات فیزیائیة من غیر استهالك ‪hardware‬أو تنفیذ‬
‫فعلي بشرائهم أو تركیبهم‪.‬‬
‫اختبار المرونة باستخدام فرضیات وتكرار بعض الظواهر‪.‬‬
‫زیادة أو نقصان الزمن لتسریع أو تقلیل عامل خالل تطور النظام‪.‬‬
‫معرفة نتائج جدیدة باستخدام تفاعالت المتغیرات‪.‬‬
‫معرفة المتغیرات المهمة لفعالیة النظام‪.‬‬
‫حل مشكلة عنق الزجاجة ‪. bottleneck‬‬
‫دراسة المحاكاة یمكن أن یساعد في فهم كیفیة عمل النظام أكثر من األفراد‪.‬‬
‫إجابة اسئلة ‪what ... ... if .‬‬
‫‪[email protected]‬‬
‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫عیوب المحاكاة ‪: disadvantages‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪‬‬
‫بناء النماذج یحتاج لتدریب خاص (التجربة خالل الزمن)‪.‬‬
‫نتائج المحاكاة یمكن أن تكون صعبة التفسیر(الترجمة) ألن المخرجات غالبا تكون عشوائیة‬
‫(المدخالت غیر عشوائیة)‪.‬‬
‫تصمیم نماذج المحاكاة وتحلیلها یمكن أن یستهلك زمن وتكلفة عالیة‪.‬‬
‫تستخدم المحاكاة في بعض األحیان إذا كان التحلیل ممكن‪.‬‬
‫وحلت تلك العیوب كاآلتي‪:‬‬
‫‪ ‬منتجي برامج المحاكاة وفروا حزم برامج تحتوي على جزء أو كل النماذج التي تحتاج لمدخالت‪.‬‬
‫‪ ‬معظم منتجي برامج المحاكاة طوروا المقدرة على تحلیل المخرجات مع برامجهم أو حزمهم إلنجاز‬
‫التحلیل الكامل‪.‬‬
‫‪ ‬یمكن أن تتم المحاكاة بسهولة هذه األیام وسریعة بالمقارنة مع السابق وستكون أسرع في المستقبل‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬
Simulation model
: area of application ‫مجاالت التطبیق‬
: ‫أهم مجاالت التطبیق هي‬
. Manufacturing application ‫التطبیق الصناعي‬
. Semiconductor manufacturing ‫تصنیع أشباه الموصالت‬
. Military application ‫التطبیقات العسكریة‬
.Construction engineering and project management ‫هندسة البناء وادارة المشاریع‬
Logic, transportation and ‫التطبیقات المنطقیة وتطبیقات النقل والتطبیقات الموزعة‬
. distribution application
. Business process simulation ‫محاكاة عملیة العمل‬
. Human systems ‫أنظمة االنسان‬
[email protected]
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7


‫‪Simulation model‬‬
‫‪‬‬
‫‪(1‬‬
‫‪(2‬‬
‫من ما سبق یمكن حصر مجاالت )‪ )fields‬استخدام نماذج المحاكاة فى حل نوعین من‬
‫المسائل‪:‬‬
‫المسائل النظریة فى مجاالت العلوم الریاضیة و الفیزیائیة و الكیمیائیة‪ :‬مسار الجسیمات‬
‫‪،‬حساب مساحة األشكال المحددة ‪،‬تحویل المصفوفات ‪،‬حل المعادالت على المستوى‬
‫بمنحنیات‪.‬‬
‫المسائل التطبیقیة في إدارة و تنظیم مختلف مجاالت النشاط اإلنسانى مثل‪:‬‬
‫‪.a‬‬
‫‪.b‬‬
‫‪.c‬‬
‫‪.d‬‬
‫‪.e‬‬
‫محاكاة عملیة اإلنتاج التكنولوجیة‪ :‬التخزین‪ :‬الصفوف‪.‬‬
‫محاكاة األنظمة اإلقتصادیة‪ :‬التخطیط والتنظیم االقتصادى‪.‬‬
‫محاكاة المسائل اإلجتماعیة‪ :‬هجرة السكان ومشاكل السلوك‪.‬‬
‫محاكاة أنظمة الطب الحیوي‪ :‬دورات الدورة الدمویة وعمل الدماغ‪.‬‬
‫محاكاة مسائل التحلیل التتابعى إلنجاز اإلستراتیجیات والتكتیك الحربي‪.‬‬
‫‪[email protected]‬‬