Simülasyon

JSC2003-00011 (7 Ocak 2003) --- Astronot Christer Fuglesang, STS-116 görev uzmanı, Araç Dışı Hareketlilik Birimi (EMU) uzay giysisinin eğitim versiyonunu giyiyor, 19. Uluslararası Uzay İstasyonu'na (ISS) mekik görevi. Fuglesang'a Johnson Uzay Merkezi yakınlarındaki Nötr Yüzdürme Laboratuvarı'nda (NBL) yürütülen simülasyon için görev uzmanı astronot Robert L. Curbeam, Jr. (çerçeve dışı) katıldı. Fuglesang, Avrupa Uzay Ajansı'nı (ESA) temsil ediyor.

Simülasyon veya benzetim, teknik olmayan anlamda bir şeyin benzeri veya sahtesi anlamında kullanılır. Teknik anlamda gerçek bir dünya süreci veya sisteminin işletilmesinin zaman üzerinden taklit edilmesidir. Sistem nesneleri arasında tanımlanmış ilişkileri içeren sistem veya süreçlerin bir modelidir.

"Simülasyon" terimi, "benzer" anlamındaki similis kökünden gelen, bir şeyin benzerini (taklidini) yapmak demek olan ve 14. yüzyıldan beri Latince'de kullanılan simulare sözcüğünden türetilmiştir. Bu terim ancak 20. yüzyılda teknik bir anlam kazanmıştır. Günümüzde, Batı dillerinde teknik olan ve olmayan anlamları ile kullanılmakta ve yerine göre hangi anlama geldiği anlaşılmaktadır. Simülasyon gerçek dünya içerisindeki bir işlemin veya sistemin zamana bağlı taklitidir. Simülasyon davranışı ilk olarak bir model geliştirilmesini gerekli kılar; bu model seçilmiş fiziksel veya somut sistem ya da sürecin anahtar karakteristik özelliklerini veya davranış/fonksiyonlarını temsil eder. Model sistemin kendisini temsil ederken diğer taraftan simülasyon sistemin zamana bağlı çalışmasını temsil eder.

Simülasyon performans optimizasyonu için teknolojinin simülasyonu, güvenlik mühendisliği, test, eğitim, öğretim ve video oyunları gibi birçok bağlamda kullanılır. Çoğu zaman simülasyon modelleri çalışmak için bilgisayar deneyleri kullanılır. Simülasyon ayrıca bilimsel modelleme ile doğal sistem veya insan sistemlerinin çalışmalarına derinlemesine bakış için de kullanılır. Simülasyon alternatif durumların ve hareket tarzlarının nihai gerçek etkilerini göstermek için kullanılabilir. Simülasyon ayrıca gerçek sistemin erişemediği veya tehlikeli, uygulamanın kabul edilmediği veya dizayn edilmiş ancak henüz üretilmemiş ya da basitçe ortada olmayan sistemlerin uygulanamadığı zamanlarda da kullanılır. Simülasyondaki temel hususlar, önemli özelliklerin ve davranışların seçimi hakkında geçerli kaynak bilgilerinin edinilmesini, simülasyonda yakınlaştırma ve varsayımların basitleştirilmesinin kullanımı ve simülasyon sonuçlarının doğruluğu ve geçerliliğini içerir. Model doğrulaması ve geçerliliği için prosedürler ve protokoller simülasyon teknolojisinde veya uygulamasında, özellikle bilgisayar simülasyonu alanında, akademik çalışma, arıtma, araştırma ve geliştirme alanlarında devam eden bir branştır.

Sınıflandırma ve Terminoloji

Tarihsel olarak simülasyon daha çok bağımsız bir şekilde gelişen alanlarda kullanılmıştır, Ancak sistem teorisi ve sibernetik ile ilgili 20. yüzyıl araştırmaları, bu alanlardaki bilgisayarların kullanımıyla birlikte bir takım birleşmeye ve konseptin daha sistematik bir görünümüne kavuşmasına yol açmıştır.

Fiziksel simülasyon, gerçek nesne için fiziksel nesnelerin yerini aldığı simülasyonu ifade eder (Bazı çevreler bu terimi, seçilen bilgisayar fizyolojisi yasalarını modelleyen bilgisayar simülasyonları için kullanır ancak bu makale o şekilde kullanmaz). Bu fiziksel nesneler çoğu zaman gerçek nesneler veya sistemden daha küçük veya ucuz olduğu için seçilir.

İnteraktif simülasyon özel bir çeşit fiziksel simülasyondur ve genellikle uçuş simülatöründe veya sürüş simülatöründe insan operatörlerini içeren fiziksel simülasyonların bulunduğu döngü simülasyonunda bir insan olarak anılır.

Simülasyon Doğruluğu bir simülasyonun hassasiyetini ve gerçeğini ne kadar yakın taklit ettiğini açıklamak için kullanılır. Doğruluk genel olarak 3 kategoriden 1’i olarak sınıflandırılır: düşük, orta ve yüksek. Doğruluk seviyelerinin spesifik açıklamaları yorumlanmaya tabidir, ancak aşağıdaki genellemeler yapılabilir;

• Düşük – Bir sistemin girdileri kabul etmesi ve çıktılar vermesi için gerekli minimum simülasyon
• Orta - Uyaranlara sınırlı doğrulukla otomatik olarak yanıt veren simülasyon
• Yüksek – Neredeyse gerçek sistem ile ayırt edilemeyecek veya çok yakın simülasyon

Arıza analizinde simülasyon, teçhizat arızasının nedenini belirlemek için çevre/koşulları yarattığımız simülasyon anlamına gelir.

Bilgisayar Simülasyonu

Bir bilgisayar simülasyonu (veya "sim"), gerçek hayatta veya varsayımsal bir durumu bir bilgisayarda modellemeye yönelik bir girişimdir; böylece sistemin nasıl çalıştığı görmek için incelenebilir. Simülasyondaki elementleri değiştirerek, sistemin davranışları hakkında tahminler yapılabilir. İncelenen sistemin davranışlarını açıkça araştırmak için bir araçtır.

Bilgisayar simülasyonu, fizik, kimya ve biyoloji gibi doğal sistemler ile ekonomi ve sosyal bilimler (örneğin Hesaplamalı Sosyoloji) gibi insan sistemlerinin modellenmesi için, ayrıca bu sistemlerin işleyişi hakkında bilgi sahibi olmak için yapılan mühendislik çalışmalarının da kullanışlı bir parçası olmuştur. Simülasyon için bilgisayar kullanımına bir güzel örnek network trafik simülasyonu alanında bulunabilir. Böyle simülasyonlarda, model davranışı çevre için varsayılan başlangıç paremetre gruplarına bağlı olarak her bir simülasyonu değiştirecektir.

Geleneksel olarak, sistemlerin biçimsel modellenmesi, paremetre gruplarından veya başlangıç şartlarından tahminler yaparak analitik çözümler bulmaya çalışan matemetiksel modelleme yoluyla yapılmıştır. Bilgisayar simülasyonu, basit kapalı form analitik çözümlerin mümkün olmadığı modelleme sistemlerine ek veya ikame olarak sıklıkla kullanılır. Birçok farklı tipte bilgisayar simülasyonları vardır, bunların hepsinin paylaştığı ortak özellik, bir model için olası tüm evrelerin numaralandırılması yasaklayıcı veya imkânsız olmasıdır.

Bilgisayar destekli simülasyon modellemesi için neredeyse tüm modellemeyi neredeyse zahmetsiz kılan birkaç program paketi bulunmaktadır (örneğin Monte Carlo simülasyon, Stochastic modelleme, Multimethod modelleme). “Bilgisayar Simülasyon” teriminin modern kullanımı, neredeyse tüm bilgisayar tabanlı modelleme temsilini kapsayabilir.

Bilgisayar bilimi

Bilgisayar biliminde, simülasyon bazı özel anlamlara sahiptir: Alan Turing, bir evrensel makinanın durum geçişlerini, girdilerini ve söz konusu ayrık-geçiş makinasının çıktılarını tanımlayan bir durum geçiş tablosunu çalıştırırken (modern terminolojide bir bilgisayar bir programı çalıştırdığında) ne olacağını belirtmek için "simülasyon" terimini kullandı. Bilgisayar söz konusu makineyi simüle eder. Buna göre, teorik bilgisayar bilimlerinde simülasyon terimi, işletimsel semantik (anlambilim) çalışmada yararlı olan durum geçiş sistemleri arasındaki bir ilişkidir.

Daha az teorik olarak, bilgisayar simülasyonunun ilginç bir uygulaması bilgisayarları kullanarak bilgisayarı simüle etmektir. Bilgisayar mimarisinde genellikle emülatör olarak adlandırılan bir tip simülatörü, kullanımı uygun olmayan bazı bilgisayarlarda (örneğin henüz üretilmemiş yeni dizayn edilmiş veya kullanım durmuş demode bir bilgisayar) veya sıkı kontrollü bir test ortamında bir programı çalıştırmak için kullanılır. Örneğin simülatörler, bir mikro program veya bazen ticari bir uygulamadaki hatayı, program hedef bilgisayara indirilmeden önce ayıklamak için kullanılmıştır. Bilgisayarın çalışması simüle edildiğinden bilgisayarın çalışması ile ilgili tüm bilgiler doğrudan programcı tarafından kullanılabilir ve simülasyonun hızı ve yürütümü isteğe bağlı olarak değişebilir.

Simülatörler ayrıca, hata ağaçlarını yorumlamak veya VLSI mantık tasarımlarını inşa edilmeden önce test etmek için kullanılabilir. Sembolik simülasyon, bilinmeyen değerleri belirlemek için değişkenleri kullanır.

Optimizasyon alanında, kontrol stratejilerini optimize etmek için fiziksel süreçlerin simülasyonları evrimsel hesaplama ile birlikte sıklıkla kullanılır.

Bir araç olarak kullanılan benzetim, günümüzde mevcut olan ve ileride mevcut olabilecek işlemler hakkında objektif bilgiler sağlar. Taklit edilen gerçek bir olay, genelde bilgisayar yardımıyla modellenmektedir. Örneğin bir uçuş simülatörü, uçuşun bazı kurallarının bilgisayar üzerinde öğretilmesi amacıyla kullanılan bir benzetim modelidir. Pilotun kokpitte göreceği ekranın bir benzerini bilgisayar ekranında görmesi ve uçuşu kontrol etme işlemlerini gerçekten uçaktaymış gibi yapması bir benzetim olayıdır. Ayrıca sinyalizasyon sisteminde, trafik ışıklarının planlanmasında, hizmet ve üretim sektöründe kuyrukların ve birikimlerin planlamasında kullanılan bir matematik modelleme yöntemi olarak yerini almıştır.

Bu tür simülasyon modellerini oluşturabilmek ve analiz yapabilmek amacıyla geliştirilmiş özel yazılımlar mevcuttur. Özellikle Kesikli olay simülasyonu konusunda geliştirilmiş olan özel yazılımlar endüstriyel olarak geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Sistem simülasyonu

Simülasyon kelimesi latince kökenli bir kelime olup, sözlük anlamı olarak “benzeme, benzeşme, taklit, sahte tavır, yalandan yapma, benzer şartları yaratma” anlamlarına gelmektedir. Bu tanımdan yola çıkarak; Sistem simülasyonu ise benzetim yöntemi ile gerçek sistemin tüm özelliklerini taşıyan aynı girdilere karşılık aynı çıktıları verebilen ve kullanıcılara sistemi daha kolay, ucuz ve hızlı tanıma imkânı sunan teorik, fiziksel veya bilgisayar ortamında modellenmiş yapay sistemlerdir.

Sistem simülasyonun da bilgisayar kullanılmasının temelinde ise sistemlerdeki değişkenlerin kendi aralarındaki etkileşimden doğan karışıklığı göstermek ve bu karışıklığı tanımlamak amacıyla bilgisayarlar ve sayısal modelleme kullanılır. Bu karmaşıklık, simüle edilen olayların doğasından, sistem etkileşim kuralları ve zamanlar içinde değişen davranışların bir bütün olarak ele alınmasının zorluğundan meydana gelmektedir.

Sistem simülasyonu trafik modelleri, deprem modelleri, lojistik- tedarik dağıtım sistemleri, üretim uygulama sistemleri, sağlık sistemleri, askeri sistemler gibi birçok alanda uygulama alanı olan geniş bir benzetim uygulamasıdır. Örneğin, askeri alanda kullanılan çok farklı uçak tipleri mevcuttur. Bu uçakları kullanacak olan pilotların benzer fiziki ve zihinsel yapıya sahip insanlardan oluştuğu gerçeği ile farklı uçaklara ait değişik karakteristiklerin, bu pilotlar tarafından öğrenilmesi için gerekli eğitimlerin tamamının gerçek uçak üzerinde yapıldığını düşünecek olsak, bu durumun birçok olumsuzluk, risk ve dezavantajları da beraberinde getirdiği görülecektir.

Pilot eğitiminde her uçuşun gerçek uçakla yapılması öncelikle kaza riskini arttıracaktır. Buda en önemli unsurumuz olan insan gücünden taviz vermemize neden olacaktır. Diğer yandan gerçek uçuş her zaman benzetilmiş uçuştan (Simülatör uçuşu) daha maliyetli olacaktır. Halbuki simülatörde uçan bir pilot adayı benzetilmiş ortamda olduğu için aynı uçuşu bir yerine defalarca daha az maliyette uçabilecektir. Pilot simülatörde olduğunu bildiği için daha az stres içerisinde olacak böylece daha efektif bir eğitim almış olacaktır.

Olası bir hata durumunda da gerçek uçak, personel ve zaman kaybı olmaksızın, eğitimin hata yapılan kısmından devam etme imkânına sahip olunacaktır. Sistem simülasyonlarının gerçek sisteme göre daha düşük risk, maliyet ve daha az zamanda gerçekleme imkânı sunması, tüm dünyada kabul gören bir uygulama olmasını sağlamıştır.

Sistem simülasyonu genel olarak deney yapmanın maliyetli veya uygun olmadığı durumlarda kullanılan bir uygulama olup bunun yanında bir sistemin henüz yapım aşamasında yani tasarımında, sistem davranışlarının analiz edilmesi gerektiği durumlarda veya analitik çözümle çözülemeyen sistem işleyişine olasılığın girdiği karmaşık durumlarda kullanılan bir uygulamadır.

Yapılan sistem simülasyonunun iyi bir simülasyon olması için kullanıcıların uygulamayı kolay kullanabilmesi gerekmektedir. Bunun yanı sıra tasarlayanların basitten karmaşığa doğru zaman içerisinde geliştirebildikleri ve süreç içinde denetim ve işletiminin basit olarak gerçekleştirebildikleri uygulamalar olmalıdır. Ayrıca bu uygulamalar kullanıcılar için belirlenen hedeflere ve amaçlara yönelik olarak gerçek sistem özelliklerinin tamamını bünyesinde barındıran uygulamalar olmalı dolayısı ile uygulamaların sonuçları kullanıcılar tarafından kolaylıkla değerlendirilebilir olmalıdır.

Kaynakça

• Jean BAUDRILLARD, Simülark ve Simülasyon, Çeviri: Oğuz Adanır doğu-batı yayınları 3. Baskı (1929-2007)
• Banks CARSON, Nelson and NİCOL: Discrete Event System Simulation, 4th Edition, Prentice Hall (2005)

Literatür

• Günal, M. & Sezen, K. Yöneylem Araştırmasında Benzetim, Ekin Yayinevi, 2009, ISBN 9786054301003.
• Ören, T. Benzetim: Temel Kavramlar ve İlerlemeler 14 Mart 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Türkiye Bilişim Ansiklopedisi, Papatya Yayıncılık, İstanbul. 2006.
• Varol, A. Benzetim (Simulasyon), 1999.