شبيه سازی؛ کمک به مديران برای تصميم گيری

مقدمه
تکنيک شبيه سازي، فرايندي است که به سازمانها کمک مي کند تا نتايج عملکرد و فرآيند تصميم گيري خود را پيش‌بيني، مقايسه و بهينه سازي کنند؛ بدون اينکه هزينه و ريسک تغيير فرآيندهاي جاري و اجراي جديد را ، متحمل شوند. در حقيقت، شبيه سازي فرآيندي تکنيکي است که امکان نمايش فرآيند ها، منابع، کالاها و خدمات را در مدل ديناميکي فراهم مي کند. به وسيله اين ابزار کارامد، مي توان هزينه ها و ريسک اتخاذ تصميمهاي نادرست در سازمان را کاهش داد و فرآيندها و محصولات سازمان را بهبود بخشيد. هدف از ايجاد شبيه سازي به عنوان ابزاري جهت تحليل براي پيش بيني تاثير تغييرات سيستمهاي موجود و طراحي براي پيش بيني عملکرد سيستم جديد است. مطالعات شبيه سازي براي تغيير در چگونگي روشهاي کار و روشهاي به کارگيري منابع است. مطالعات شبيه سازي مـــي تواند تاثيرهاي فراواني بر ارزش افزوده نهايي داشته باشند. اين امر موجب شده است که در مهندسي مجدد طرحها، طراحي کارخانه و محصول، شبيه‌سازي کاربردهاي ويژه خود را يافته، مدل سازي از واحدهاي توليد، مطرح و اجرا شود. شبيه سازي يکي‌ از روشهايي است‌ که‌ براي‌ شناخت‌وضع‌ موجود و بهبود عملکرد سيستمها به وجود آمده‌ و يکي‌ از پرقدرترين‌ و مفيد ترين‌ ابزارهاي‌ تحليل‌ عملکرد فرايندهاي‌ پيچيدة‌ سيستمها است.‌ با استفاده از شبيه‌سازي، مي‏توان طيف گسترده‌اي از مسائل ديناميک (پويا) را در حوزه‌هاي ساخت و توليد، پشتيباني و خدمات، تجزيه و تحليل کرد. شبيه‌سازي اين امکان را فراهم مي ‏آورد تا بتوان جريان مواد و کالاها، منابع انساني، و اطلاعات را در سازمان خود مدل سازيد و به واسطه شبيه سازي و تنظيم سناريو‏هاي مختلف، انيميشن 3 بعدي و … سيستم را مورد تجزيه و تحليل قرار داده، نسبت به انجام بهبودهاي بالقوه در آن اهتمام ورزيد. تغييرات در سيستم را مي توان ابتدا شبيه سازي کرد تا تاثيرشان بر عملکرد سيستم پيش بيني شود. شبيه سازي به منظور بررسي سيستمهاي در دست طراحي نيز پيش از ايجاد آنها، کاربرد دارد.

تعريف شبيه سازي
شبيه سازي در فرهنگنامه WEBSTER به معناي: وانمودکردن يا نايل شدن به اصل چيزي بدون واقعيت است. شبيه سازي رايانه اي را به فرايند مدل سازي با استفاده از روابط رياضي و منطقي و نيز اجراي مدل به وسيله رايانه گويند.
شبيه‌سازي، تکنيکي است که امکان نمايش فرآيندها، منابع، کالاها و خدمات را در مدل ديناميک رايانه اي فراهم مي‌سازد. در حقيقت شبيه سازي رايانه‌اي ابزاري نيرومند براي پشتيباني از تصميمهاي مديريت و کاهش ريسک فرآيند تصميم‌گيري با استفاده از ارزيابي و تحليل استراتژي هاي مختلف است.
از شبيه‌سازي‌ تعريفهاي‌ زيادي‌ ارائه‌ شده‌ است،‌ اما جامعترين‌ و کاملترين‌ تعريف‌ را شانون‌ ارائه‌ داده‌ است:
شانون‌در کتاب‌ خود: علم‌ و هنر شبيه‌ سازي‌سيستم‌ها شبيه‌ سازي‌ را چنين‌ تعريف‌ مي‌کند: شبيه‌ سازي‌ عبارت‌ از فرايند طراحي‌ مدلي‌ از سيستم‌ واقعي‌وانجام‌ آزمايشهايي‌ با اين‌ مدل‌ است‌ که‌ با هدف‌ پي‌بردن‌ به‌ رفتار سيستم‌ ، يا ارزيابي‌ استراتژيهاي‌ گوناگون‌ – درمحدوده‌اي‌ که‌ به‌ وسيله‌ معيار و يا مجموعه‌اي‌ از معيارها اعمال‌ شده‌ است‌- براي‌ عمليات‌ سيستم‌، صورت ‌مي‌گيرد. (شانون،1731 )

شبيه سازي چيست؟
شبيه سازي علم و هنر ساختن نمايشي (مدلي) از يک پروسه يا سيستم، به منظور ارزيابي و آزمايش راهبردها مي باشد، و يا شبيه سازي، روشي براي آگاهي از نتايج ايده‌هاي پيشنهادي پيش از اجراي آنها است.
شبيه سازي را مي توان براي: 1. بررسي و آزمايش روابط متقابل هر سيستم ساده و يا پيچيده؛2. مشاهده تغييرات اطلاعاتي، سازماني و محيطي و تاثير اين تغييرات بر رفتار مدل؛3. شناخت و اصلاح در سيستم در حال بررسي؛4. به منظور تحقيق در مورد پاسخهاي تحليلي، مورد استفاده قرار داد.
در شرايطي ويژه بايد از شبيه سازي استفاده کرد و آن در صورتي است که شرايط تحميلي از سوي مسئله، امکان استفاده از راههاي ديگر را براي حل آن مسئله محدود کند. اين شرايط شامل:
زماني است که تجزيه و تحليل جبري ميسر نيست، مانند: سيستم هاي غير قطعي، سيستم هاي پويا، سيستم هاي پيچيده.
زماني است که امکان آزمايش در دنياي واقعي وجود ندارد : سيستم هنوز ايجاد نشده است، ريسکهاي زياد و خطرناکي وجود دارد، هزينه آزمايش بالا باشد.
اما زماني ممکن است استفاده از شبيه سازي منجر به تامين هدفهاي مورد نظر نشود. در اين مواقع بهتر است براي حل مسئله، به دنبال راه حل ديگري باشيم. اين موارد شامل زماني است که:
– مسئله به طور کامل بررسي ومطالعه نشده باشد.
– هدف فرموله شده اي وجود ندارد.
– بتوان مسئله را از راه محاسبات جبري حل کرد.
– هيچ ديدي نسبت به جوابهاي مسئله وجود نداشته باشد.
– بهره وري سيستم بسيار بالا باشد و الگوي ورود نيز بي نظم باشد.
براي ايجاد شرايط مناسب تدوين فرايند شبيه سازي، مراحلي متصور است. انجام درست اين مراحل متضمن نتيجه گيري بهينه خواهد بود. اين مراحل عبارتند از:
1. تعريف مسئله؛ 2. مشخص کردن هدفها؛ 3. بيان شرح کلي از سيستم؛ 4. جمع‌آوري‌‌ داده‌ها؛‌‌5. ساخت‌ ‌مدل؛  6. اعتبارسنجي و اعتبار بخش؛
7.اجراي مدل؛ 8. تجزيه و تحليل نتايج؛ 9. جمع بندي و ارائه گزارش.

چرا بايد شبيه سازي کنيم؟
اما پرسشي که به طور معمول ايجاد مي شود اين است که انجام شبيه سازي چه لزومي دارد و چرا اين تکنيک امروزه گستردگي روز افزوني يافته است؟ در پاسخ بايد گفت:
– ممکن است آزمايشها روي سيستم واقعي، عمليات‌ سازمان‌ را مختل‌ سازند.
– از آنجا که مردم‌ جزء جدا نشدني‌ سيستم‌ هستند، نتايج‌ حاصل‌ ممکن‌ است‌ متأثر از اثر هاثورن‌ باشند ، يعني‌مردم‌ به‌ علت‌ زير‌ نظر بودن‌ ، ممکن‌ است‌ رفتارشان‌ را تغيير دهند .
– ممکن‌ است‌ يکسان‌ نگهداشتن‌ شرايط‌ عمل‌ براي‌ هر بار تکرار يا اجراي‌ آزمايش‌ بسيار مشکل‌ باشد .
– به‌دست‌ آوردن‌ حجم‌ نمونه‌اي‌ يکسان‌ (و در نتيجه‌ معني‌ دار بودن‌ آماري‌) ممکن‌ است‌ به‌ زمان‌ و هزينة‌زيادي‌ نياز داشته‌ باشد .
– ممکن‌ است‌ که‌ آزمايش‌ کردن‌ در جهان‌ واقعي‌ امکان‌ کاووش‌ بسياري‌ از گزينه‌ها را به‌ دست‌ ندهد.
دلايلي که در بالا گفته شد به دليل مزايائي است که اين تکنيک در رويارويي با محيط دارد. از جمله اين مزايا مي توان به موارد زير اشاره کرد:
1. از اين روش مي توان در کمک به تحليل هر سيستم استفاده کرد، هرچند داده هاي ورودي ناقص باشد.
2. معمولا دستيابي به داده هاي شبيه سازي بسيار کم هزينه تر از فراهم آوردن داده‌هاي مربوط به سيستم حقيقي است.
3. پس از ساختن هر مدل، مي توان به منظور تحليل طرحهاي پيشنهادي، بارها آن را به کار گرفت.
4. به کار گيري اين روش معمولا آسانتر از روشهاي تحليلي است.
5. در برخي موارد تنها راه يافتن مسئله است.
هرچند شبيه سازي تکنيک کارامدي در بسياري از زمينه هاي ذکر شده را دارد، اما بايد توجه داشت اين روش ضعفهايي هم دارد، که عبارتند از:
1. مدلهاي شبيه سازي شده معمولا پر هزينه است؛ زيرا ساخت و معتبر سازي آنها معمولا زمان بر است.
2. شبيه‌ سازي‌ دقيق‌ نبوده‌ و نمي‌ توان‌ درجه‌ اين‌ بي‌ دقتي‌ را اندازه‌ گرفت‌. تحليل‌ حساسيت‌ مدل‌ نسبت‌ به‌تغيير مقدار پارامترها تنها بخشي از اين‌ مشکل‌ را حل‌ مي‌ کند.

انواع‌ شبيه‌ سازي‌
انواع‌ مختلفي‌ از شبيه‌ سازي‌ وجود دارد که‌ اينجا برخي‌ از آنها را يادآور مي‌شويم‌ :
1 . شبيه‌ سازي‌ هماني: مدلها از نظر شباهت‌ به‌ سيستم‌ واقعي‌، در يک‌ حوزه‌ وسيع‌ قرار دارند . در انتهاي‌ اين‌حوزه‌ مي‌توان‌ خود سيستم‌ را به عنوان‌ مدل‌ آن‌ در نظر گرفت‌ و رفتار آن را بررسي‌ کرد‌. اين‌ روش‌ را شبيه‌ سازي‌هماني‌ نامند. به‌ عبارت‌ ديگر اين‌ روش‌ همان‌ آزمايش‌ مستقيم‌ روي‌ سيستم‌ است‌ که‌ گرچه‌ ساده‌ به نظر مي‌رسد و در صورت‌ يافتن‌ پاسخي‌ براي‌ مسئله‌ مورد نظر، صد در صد قابل‌ استفاده‌ و مفيد است.
2 . شبيه‌ سازي‌ نيمه‌ هماني: همان‌گونه که‌ از نام‌ اين‌ روش‌ بر مي‌آيد، در مطالعه‌ سيستم‌ سعي‌ مي‌شود تا آنجا که‌امکان‌ دارد از اشياء و قوانين‌ واقعي‌ سيستم‌ استفاده‌ شود. تنها اشياء يا مراحلي‌ از سيستم‌ واقعي‌ که‌ باعث‌ غيرممکن‌ شدن‌ شبيه‌ سازي‌ هماني‌ است‌، مدلسازي‌ مي شود. به عبارت‌ ديگر بخشي‌ از مدل‌ سيستم‌، واقعي‌و بخش‌ ديگر غير واقعي‌ يا شبيه‌ سازي‌ شده‌ است‌. براي‌ مثال:‌ مانورهاي‌ نظامي‌ که‌ در آن‌ سربازان‌، افسران‌ وسلاح‌ها واقعي‌ بوده‌ ولي‌ خرابي‌ يا کشتاري‌ صورت‌ نمي‌گيرد و محل‌ عمليات هم، محل‌ واقعي‌ حمله‌ يا دفاع‌نيست.
3 . شبيه‌ سازي‌ آزمايشگاهي‌: در اين‌ روش‌ بعضي‌ از نماها و اشياي سيستم‌ واقعي‌ به وسيله‌ امکانات ‌آزمايشگاهي‌ ساخته‌ شده، بعضي‌ نماها و روابط‌ ديگر به‌ وسيله‌ نمادها جايگزين‌ مي‌شوند .
4 . شبيه‌ سازي‌ کامپيوتري‌: در شبيه‌ سازي‌ کامپيوتري‌، مدلي‌ که‌ از سيستم‌ زير‌ بررسي‌ ساخته‌ مي‌شود، يک‌برنامه‌ کامپيوتري‌ است‌؛ يعني‌ تمامي‌ اشيا و نماهاي‌ سيستم‌ به‌ ساختارهاي‌ برنامه‌اي‌ و تمام مشخصات‌ و رفتارآنها به‌ متغيرها و توابع‌ رياضي‌ تبديل‌ مي‌شود . قوانين‌ و روابط‌ حاکم‌ بر سيستم‌ و ارتباطشان‌ با يکديگر دربرنامه‌ در نظر گرفته‌ مي‌شود . شبيه‌ سازي‌ کامپيوتري‌ به‌ علت‌ عملي‌ بودن‌ و دارا بودن‌ امتيازهاي‌ ويژه خود براي‌ بررسي‌ و مطالعه‌ اغلب‌ سيستم‌ها، از قبيل:‌ حمل‌ و نقل‌، بيمارستان‌، سيستم‌هاي‌ صنعتي‌، توليدي‌، ترافيک‌، انبار و غيره‌ به کار مي‌رود.

موارد استفاده از شبيه سازي
با توجه به مطالبي که گفته شد و با گسترش اين تکنيک مفيد در دنياي امروزي، موارد استفاده هاي مختلفي براي آن وجود دارد که برخي از آنها به اين شرح است:
1. خطوط توليد از قبيل :خودروسازي، فولاد و… ؛
2. در کارخانه‌ها، بنادر، سيستم‌هاي حمل‌ونقل و لجستيک؛
3. خطوط ريلي و مترو؛
4. فرودگاهها و خطوط هوايي؛
5. مديريت زنجيره تامين و سيستم هاي توزيع؛
6. صنايع نفت، پتروشيمي و گاز؛
7. ترافيک درون شهري و جاده‌اي؛
8. گردش افراد در مناطقي از قبيل فرودگاه، ايستگاه قطار براي کاستن از انبوه جمعيت.

نتيجه گيري
تکنيک‌هاي شبيه سازي که براي ارزيابي سيستم ها به کار مي روند، ابزار بسيار مناسبي براي بهبود کيفيت مقياس ، و معيارهاي مورد استفاده در فرآيند طراحي، کدگذاري، و آزمايش گامهاي سازمان ارائه مي دهند که مي توان آن را در شرايط واقعي به کار گرفت. در نتيجه، احتمال وجود نقص در محصولات و خدماتي که به مشتري ارائه مي شوند کاهش يافته، نيازها و خواسته‌هاي مشتريان برآورده شده، سازمان به کاميابي در مأموريت خود دست مي يابد.
از سوي ديگر با استفاده از تکنيک شبيه‌سازي مي توان هزينه‌ها را پيش بيني و اولويتها را تعيين کرد. محصولات و خدمات را طبقه بندي کرده، نيروي کار مورد نياز را تشخيص داد و در حقيقت با استفاده از داده هاي حاصل از به کارگيري تکنيک شبيه سازي، مديريت با اطمينان بيشتري در مورد هزينه، بودجه، نيروي انساني و… برنامه ريزي و تصميم گيري مي کند.

منابع
1. شانون رابرت، علم و هنر شبيه سازي سيستم‌ها‌، مرکز نشر دانشگاهي، 1371
2. دکتر حسن صالح فتح‌آبادي: شبيه سازي سيستم‌ها به وسيله کامپيوترهاي رقمي، نشر دانشگاهي،1378
3. مومني‌ ، منصور: پژوهش‌ عملياتي‌ (مدلهاي‌ احتمالي‌)، انتشارات‌ سمت‌،0831
4. جري بنکس و جان کارسن، شبيه سازي سيستم‌هاي گسسته- پيشامد، انتشارات دانشگاه شريف، 1376
5. مقالات اينترنتي