Нақты процестерді модельдеу және симуляциялау

Симуляция – нақты процестерді уақыт бойынша модельдеу. Технологияны жақсарту, қауіпсіздік, оқыту, ойындарда қолданылады.💻

34 мин оқу

100%

Дереккөз: Simulation — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Шынайы әлемдегі процесс немесе жүйенің уақыт бойынша жұмыс істеуін имитациялау.

Симуляция – нақты әлемде болуы мүмкін процесс немесе жүйенің еліктеу арқылы бейнеленуі. Осы кең мағынада, симуляция сөзі модель сөзімен жиі алмастырылып қолданылады. Бұл анықтама уақытқа тәуелсіз симуляцияларды да қамтиды. Көбінесе симуляцияны жүзеге асыру үшін компьютерлер пайдаланылады. Симуляция көптеген салаларда қолданылады, мысалы, өнімділікті жақсарту немесе оңтайландыру, қауіпсіздік инженериясы, сынақтар жүргізу, оқыту, білім беру және бейне ойындар үшін технологияны симуляциялау. Симуляция табиғи немесе адам жүйелерінің қызметін түсіну үшін ғылыми модельдеуде де қолданылады, мысалы, экономикада. Симуляция баламалы жағдайлар мен әрекеттердің болашақтағы нақты салдарларын көрсетуге мүмкіндік береді. Симуляция нақты жүйені пайдалана алмайтын жағдайларда да қолданылады, себебі ол қолжетімсіз болуы мүмкін, пайдалану қауіпті немесе қолайсыз болуы мүмкін, ол әлі жобаланып жатыр және құрылмаған немесе ол жай ғана болмауы мүмкін. Модельдеу және симуляциялаудағы маңызды мәселелерге модельді құру үшін қажетті негізгі сипаттамалар мен мінез-құлықтар туралы дұрыс ақпаратты алу, модельдегі шамалаулар мен болжамдарды оңайлату, сондай-ақ симуляция нәтижелерінің сенімділігі мен жарамдылығы кіреді. Модельді тексеру және растау процедуралары мен хаттамалары – симуляция технологиясы немесе тәжірибесінде, әсіресе компьютерлік симуляция саласындағы академиялық зерттеулердің, жетілдірудің, зерттеулер мен дамудың үздіксіз саласы болып табылады.

Компьютерлік модельдеу

Компьютерлік симуляция (немесе "сим") – жүйенің қалай жұмыс істейтінін анықтау үшін нақты өмірдегі немесе гипотетикалық жағдайды компьютерде модельдеуге жасалған әрекет. Симуляциядағы айнымалыларды өзгерту арқылы жүйенің мінез-құлқы туралы болжамдар жасау мүмкін. Бұл зертенеін жүйенің мінез-құлқын виртуалды түрде зерттеуге арналған құрал. Ол экономика және әлеуметтік ғылымдардағы (мысалы, есептеу әлеуметтануы) адам жүйелерін, сондай-ақ инженерлік салаларда жүйелердің жұмыс істеуін түсіну үшін қолданылады. Компьютерді модельдеу үшін пайдаланудың тиімділігіне жақсы мысал – желілік трафикті модельдеу саласы. Мұндай модельдеулерде модельдің мінез-құлқы, орта үшін қабылданған бастапқы параметрлер жиынтығына сәйкес, әр модельдеуде өзгереді. Дәстүрлі түрде жүйелерді формалды модельдеу математикалық модельдеу арқылы жүзеге асырылады, ол жүйенің мінез-құлқын параметрлер мен бастапқы шарттар жиынтығынан болжауға мүмкіндік беретін аналитикалық шешімдерді табуға бағытталған. Компьютерлік симуляция көбінесе жабық түрдегі қарапайым аналитикалық шешімдері жоқ жүйелерді модельдеуге қосымша немесе орынбасар ретінде қолданылады. Компьютерлік симуляцияның көптеген түрлері бар, олардың ортақ ерекшелігі – барлық мүмкін болатын жағдайларды толық санау мүмкін емес немесе тыйым салынған модель үшін өкілдік жағдайлардың үлгісін жасауға тырысу. Компьютерлік модельдеуді жүргізуге арналған бірнеше бағдарламалық пакеттер бар (мысалы, Монте-Карло модельдеуі, стохастикалық модельдеу, мультиметодты модельдеу), бұл модельдеу процесін жеңілдетеді. "Компьютерлік симуляция" терминінің қазіргі қолданысы кез келген компьютерлік бейнелеуді қамтуы мүмкін.

Компьютерлік ғылым

Компьютерлік ғылымда симуляцияның ерекше мағыналары бар: Алан Тьюринг симуляция терминін әмбебап машинаның күйлерді өзгерту кестесін орындаған кезде болатын жағдайды түсіндіру үшін қолданды (қазіргі терминологияда компьютер бағдарламаны іске қосады), ол нысанның дискретті күй машинасының күйлерді өзгертуін, кірістерін және шығыстарын сипаттайды. Компьютер нысан машинасын симуляциялайды. Сәйкесінше, теориялық компьютерлік ғылымда симуляция термині – операциялық семантиканы зерттеуде пайдалы болатын күйлерді өзгерту жүйелері арасындағы қатынас. Теориялық тұрғыдан қарағанда, компьютерлік симуляцияның қызықты қолданысы – компьютерлерді компьютерлердің көмегімен симуляциялау. Компьютерлік архитектурада, әдетте эмулятор деп аталатын симулятор түрі, көбінесе қолдануға қолайсыз компьютер түрінде (мысалы, әлі құрастырылмаған жаңа компьютер немесе қолданыстан шыққан ескі компьютер) немесе қатаң бақыланатын сынақ ортасында (Компьютерлік архитектура симуляторы мен Платформаны виртуализациялауға қараңыз) іске қосылуы тиіс бағдарламаны іске қосу үшін қолданылады. Мысалы, симуляторлар микропрограмманы немесе кейде коммерциялық қолданба бағдарламаларын нысан машинаға жүктемес бұрын түзету үшін пайдаланылады. Компьютердің жұмысы симуляцияланғандықтан, компьютердің жұмысы туралы барлық ақпарат бағдарламашыға тікелей қолжетімді, ал симуляцияның жылдамдығы мен орындалуын қалауынша өзгертуге болады. Симуляторлар қате ағаштарын түсіндіруге немесе VLSI логикалық жобаларын құрастырмас бұрын сынауға да қолданылуы мүмкін. Символикалық симуляция белгісіз мәндерді білдіретін айнымалыларды пайдаланады. Оптимизация саласында физикалық процестерді симуляциялау эволюциялық есептеумен бірге басқару стратегияларын оңтайландыру үшін жиі қолданылады.

Білім беру мен оқытудағы симуляция

Симуляция білім беру мақсатында кеңінен қолданылады. Ол тәжірибелілерге нақты жабдықты нақты әлемде пайдалануға мүмкіндік беру тым қымбат немесе тым қауіпті жағдайларда қолданылады. Мұндай жағдайларда олар «қауіпсіз» виртуалды ортада құнды сабақтарды үйренуге уақыт жұмсайды, бірақ өмірлік тәжірибеге ие болады (не болмаса бұл мақсат). Көбінесе қауіпсіздікке маңызды жүйеге арналған оқыту кезінде қателіктерге жол беруге мүмкіндік береді. Білім берудегі симуляция оқыту симуляциясына ұқсас. Олар белгілі бір тапсырмаларға баса назар аударады. «Микродүние» термині білім беруде қолданылатын, нақты объектіні немесе ортаны модельдеудің орнына қандай да бір абстрактілдік ұғымды модельдейтін симуляцияларды атау үшін қолданылады, немесе кей жағдайларда оқушыға негізгі ұғымдарды түсінуге көмектесу үшін нақты әлем ортасын қарапайым түрде модельдейді. Әдетте, пайдаланушы микродүниеде модельделетін тұжырымдамаларға сәйкес келетін қандай да бір құрылымды жасай алады. Сеймур Паперт микродүниелердің құндылығын тұңғыш рет жақтағандардың бірі болды, ал Паперт жасаған Logo бағдарламалау ортасы ең танымал микродүниелердің бірі болып табылады. Жобаларды басқарудың симуляциясы студенттер мен мамандарды жобаны басқарудың өнері мен ғылымына оқыту үшін жиі қолданылады. Жобаларды басқару бойынша оқытуда симуляцияны қолдану оқуды ұстап қалуды жақсартады және оқу процесін жетілдіреді. Әлеуметтік симуляцияларды әлеуметтік ғылымдар сыныптарында антропология, экономика, тарих, саясаттану немесе әлеуметтану курстарында, әдетте, жоғары мектеп немесе университет деңгейінде әлеуметтік және саяси процестерді көрсету үшін қолдануға болады. Бұл, мысалы, азаматтық симуляция түрінде болуы мүмкін, онда қатысушылар симуляцияланған қоғамда рөлдерді қабылдайды, немесе халықаралық қатынастар симуляциясы, онда қатысушылар келіссөздер, одақ құру, сауда, дипломатия және күш қолданумен айналысады. Мұндай симуляция ойдан шығарылған саяси жүйелерге негізделуі мүмкін немесе қазіргі немесе тарихи оқиғаларға негізделуі мүмкін. Соңғылардың мысалы – Барнард колледжінің «Өткенге реакция» тарихи білім беру ойындары сериясы. Ұлттық ғылым қоры ғылым мен математика білімін қамтитын реакциялық ойындар құруды қолдады. Әлеуметтік медиа симуляцияларында қатысушылар жеке ортада сыншылармен және басқа да мүдделі тараптармен қарым-қатынас жасауды үйренеді. Соңғы жылдары көмек және даму агенттіктеріндегі қызметкерлерді оқытуда әлеуметтік симуляцияларды қолдану жиілеуде. Мысалы, Carana модельін алғаш рет БҰҰ Даму бағдарламасы әзірледі, ал қазір оны Дүниежүзілік банк өте өзгертілген түрде бейімдеп, қақтығысқа ұшыраған елдерге арналған кадрларды даярлау үшін қолданады. Симуляцияны әскери мақсаттар үшін қолдану көбінесе ұшақтарды немесе броньды ұрыс машиналарын қамтиды, бірақ сонымен қатар шағын қаруды және басқа да қару жүйелерін оқытуды мақсат ете алады. Нақтырақ айтқанда, виртуалды атыс қарулары көптеген әскери оқу процестерінде қалыпты жағдайға айналды және қарулы мамандар үшін пайдалы құрал екенін көрсететін деректердің едәуір мөлшері бар.

Simulation is extensively used for educational purposes. It is used for cases where it is prohibitively expensive or simply too dangerous to allow trainees to use the real equipment in the real world. In such situations they will spend time learning valuable lessons in a "safe" virtual environment yet living a lifelike experience (or at least it is the goal). Often the convenience is to permit mistakes during training for a safety critical system. Simulations in education are somewhat like training simulations. They focus on specific tasks. The term 'microworld' is used to refer to educational simulations which model some abstract concept rather than simulating a realistic object or environment, or in some cases model a real world environment in a simplistic way so as to help a learner develop an understanding of the key concepts. Normally, a user can create some sort of construction within the microworld that will behave in a way consistent with the concepts being modeled. Seymour Papert was one of the first to advocate the value of microworlds, and the Logo programming environment developed by Papert is one of the most well known microworlds. Project management simulation is increasingly used to train students and professionals in the art and science of project management. Using simulation for project management training improves learning retention and enhances the learning process. Social simulations may be used in social science classrooms to illustrate social and political processes in anthropology, economics, history, political science, or sociology courses, typically at the high school or university level. These may, for example, take the form of civics simulations, in which participants assume roles in a simulated society, or international relations simulations in which participants engage in negotiations, alliance formation, trade, diplomacy, and the use of force. Such simulations might be based on fictitious political systems, or be based on current or historical events. An example of the latter would be Barnard College's Reacting to the Past series of historical educational games. The National Science Foundation has also supported the creation of reacting games that address science and math education. In social media simulations, participants train communication with critics and other stakeholders in a private environment. In recent years, there has been increasing use of social simulations for staff training in aid and development agencies. The Carana simulation, for example, was first developed by the United Nations Development Programme, and is now used in a very revised form by the World Bank for training staff to deal with fragile and conflict affected countries. Military uses for simulation often involve aircraft or armoured fighting vehicles, but can also target small arms and other weapon systems training. Specifically, virtual firearms ranges have become the norm in most military training processes and there is a significant amount of data to suggest this is a useful tool for armed professionals.

Виртуалды модельдеу

Виртуалды симуляция – пайдаланушы үшін симуляциялық әлемді құруға арналған симуляциялық жабдықты қолданатын симуляция түрі. Виртуалды симуляциялар пайдаланушыларға виртуалды әлеммен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Виртуалды әлемдер интеграцияланған бағдарламалық және аппараттық компоненттердің платформаларында жұмыс істейді. Бұл арқылы жүйе пайдаланушыдан (мысалы, дене қозғалысын бақылау, дауыс/дыбыс тану, физикалық контроллерлер) деректерді қабылдап, пайдаланушыға (мысалы, визуальды дисплей, дыбыстық дисплей, сезімдік дисплей) шығару мүмкіндігін береді. Виртуалды симуляциялар пайдаланушыға бойдану (иммерсия) сезімін тудыру үшін аталған өзара әрекеттесу түрлерін пайдаланады.

Виртуалды симуляция енгізу аппараттары

Виртуалды симуляцияларға пайдаланушы енгізетін мәліметтерді қабылдау үшін көптеген түрлі аппараттық құралдар қолжетімді. Төмендегі тізім олардың бірнешеуін қысқаша сипаттайды:

Дене қозғалысын бақылау: Қозғалысты жазу әдісі көбінесе пайдаланушының қозғалыстарын тіркеу және алынған деректерді виртуалды симуляцияға енгізу үшін қолданылады. Мысалы, егер пайдаланушы басын физикалық түрде бұрса, онда қозғалыс симуляциялық аппараттармен бір жолмен тіркеліп, симуляция ішіндегі көріністің сәйкес өзгерісіне аударылады. Пайдаланушының дене мүшелерінің қозғалысын тіркеу үшін арнайы костюмдер және/немесе қолғаптар қолданылуы мүмкін. Жүйелерде әртүрлі дене бөліктерінің (мысалы, саусақтардың) қозғалысын сезінуге арналған сенсорлар орнатылған болуы мүмкін. Сондай-ақ, бұл жүйелерде сыртқы бақылау құрылғылары немесе сыртқы ультрадыбыс, оптикалық қабылдағыштар немесе электромагниттік сенсорлар арқылы анықталатын белгілер болуы мүмкін. Кейбір жүйелерде ішкі инерциялық сенсорлар да қарастырылған. Бөлшектер деректерді сымсыз немесе кабель арқылы жіберуі мүмкін. Көзді бақылау құрылғылары көздің қозғалысын анықтау үшін де қолданылады, осылайша жүйе пайдаланушының кез келген сәтте қайда қарап тұрғанын дәл анықтай алады. Физикалық басқару құралдары: Физикалық басқару құралдары тек пайдаланушының тікелей әрекеттері арқылы ғана симуляцияға кіріс береді. Виртуалды симуляцияларда физикалық басқару құралдарынан тактильді кері байланыс алу көптеген симуляциялық орталарда өте маңызды. Барлық бағытта қозғалатын жүгіру жолдары пайдаланушылардың жүріп-тұруын тіркеу үшін қолданылуы мүмкін. Виртуалды ұшақ пилот кабинасындағы аспаптар панелі сияқты жоғары дәлдікті аспаптар пайдаланушыларға толыққанды ену деңгейін арттыру үшін нақты басқару мүмкіндігін береді. Мысалы, ұшқыштар нақты құрылғыдан алынған жаһандық позициялау жүйесінің басқару элементтерін симуляциялық пилот кабинасында пайдалана алады, бұл оларға интеграцияланған пилот кабинасы жүйесінде нақты құрылғымен процедураларды жаттығуға көмектеседі. Дауыс/дыбыс тану: Бұл өзара әрекеттесу түрі симуляциядағы агенттермен (мысалы, виртуалды адамдар) өзара әрекеттесу үшін немесе симуляциядағы объектілерді (мысалы, ақпарат) басқару үшін қолданылуы мүмкін. Дауыстық өзара әрекеттесу пайдаланушының толыққанды ену деңгейін арттыруы мүмкін. Пайдаланушылар микрофоны бар құлаққаптарды, жағаға ілгіш микрофондарды пайдалана алады немесе бөлме стратегиялық түрде орналасқан микрофондармен жабдықталуы мүмкін.

Body tracking: The motion capture method is often used to record the user's movements and translate the captured data into inputs for the virtual simulation. For example, if a user physically turns their head, the motion would be captured by the simulation hardware in some way and translated to a corresponding shift in view within the simulation. Capture suits and/or gloves may be used to capture movements of users body parts. The systems may have sensors incorporated inside them to sense movements of different body parts (e. g., fingers). Alternatively, these systems may have exterior tracking devices or marks that can be detected by external ultrasound, optical receivers or electromagnetic sensors. Internal inertial sensors are also available on some systems. The units may transmit data either wirelessly or through cables. Eye trackers can also be used to detect eye movements so that the system can determine precisely where a user is looking at any given instant. Physical controllers: Physical controllers provide input to the simulation only through direct manipulation by the user. In virtual simulations, tactile feedback from physical controllers is highly desirable in a number of simulation environments. Omnidirectional treadmills can be used to capture the users locomotion as they walk or run. High fidelity instrumentation such as instrument panels in virtual aircraft cockpits provides users with actual controls to raise the level of immersion. For example, pilots can use the actual global positioning system controls from the real device in a simulated cockpit to help them practice procedures with the actual device in the context of the integrated cockpit system. Voice/sound recognition: This form of interaction may be used either to interact with agents within the simulation (e. g., virtual people) or to manipulate objects in the simulation (e. g., information). Voice interaction presumably increases the level of immersion for the user. Users may use headsets with boom microphones, lapel microphones or the room may be equipped with strategically located microphones.

Пайдаланушы енгізу жүйелері бойынша қазіргі зерттеулер

Болашақтағы енгізу жүйелерін зерттеу виртуалды симуляция үшін зор мүмкіндіктер ашады. Ми-компьютер интерфейстері (МКИ) сияқты жүйелер виртуалды симуляция пайдаланушыларының денгейін одан әрі арттыруға мүмкіндік береді. Ли, Кейнрат, Шерер, Бишоф, Пфуртшелер жаңадан бастаған адамдарды БКИ көмегімен виртуалды пәтерде салыстырмалы түрде оңай бағытталғанға үйретуге болатынын көрсетті. БКИ-ді пайдаланып, авторлар тәжірибелі қатысушылар виртуалды ортада минимал күш-жігер жұмсап еркін жүре алатынын анықтады. Осы сияқты жүйелер болашақтағы виртуалды симуляция жүйелерінде стандартты енгізу құралдарына айналуы мүмкін.

Виртуалды модельдеудің шығыс аппараттары

Виртуалды симуляцияларда пайдаланушыларға ынталандыру беру үшін кең ауқымды шығыс аппараттары қол жетімді. Төмендегі тізім олардың бірнешеуін қысқаша сипаттайды:

Визуалды дисплей: Визуалды дисплейлер пайдаланушыға визуалды ынталандыруды қамтамасыз етеді. Стационарлық дисплейлер кәдімгі үстел дисплейінен бастап 360 градусқа дейін айналатын экрандарға және стерео үш өлшемді экрандарға дейін әртүрлі болуы мүмкін. Дәстүрлі үстел дисплейлері экранның мөлшері бойынша өзгеше болуы мүмкін, ал айналатын экрандар әдетте «үңгір автоматты виртуалды ортасы» (CAVE) деп аталатын жерде қолданылады. Стерео үш өлшемді экрандар арнайы көзілдіріктермен немесе оларсыз үш өлшемді бейнелерді шығарады – бұл дизайнға байланысты. Басына кигізілетін дисплейлер (HMD) пайдаланушы киетін бас киімге орнатылған кішкентай дисплейлерден тұрады. Бұл жүйелер виртуалды симуляцияға тікелей қосылып, пайдаланушыға көбірек әсер ететін тәжірибе сыйлайды. Салмағы, жаңарту жылдамдығы және көру бұрышы – HMD-ді ерекшелейтін негізгі факторлар. Әрине, ауыр HMD-лер ұзақ уақыт пайдаланғанда шаршауға себеп болатындықтан қолайсыз. Жаңарту жылдамдығы тым төмен болса, жүйе пайдаланушының жылдам бас бұруына сәйкес дисплейлерді жеткілікті түрде жаңарта алмайды. Жаңарту жылдамдығының төмендеуі симуляциялық ауруға және әсер ету сезімін жоюға әкелуі мүмкін. Көру бұрышы, яғни белгілі бір сәтте көрінетін әлемнің бұрыштық мөлшері, жүйеге қарай өзгереді және пайдаланушының әсер ету сезіміне әсер ететіні анықталды. Аудио дисплейі: Пайдаланушыға дыбыстарды кеңістікте естіп, оларды анықтауға көмектесетін әртүрлі аудио жүйелері бар. Арнайы бағдарламалық жасақтама 3D аудио эффекттерін жасау үшін қолданылады, бұл дыбыс көздері пайдаланушының айналасындағы үш өлшемді кеңістікте орналасқан сияқты сезім тудырады. Стационарлық, дәстүрлі динамик жүйелері екі немесе көп арналы дыбысты қамтамасыз ету үшін пайдаланылуы мүмкін. Дегенмен, сыртқы динамиктер 3D аудио эффекттерін шығаруда құлаққаптардай тиімді емес. Вестибулярлық дисплей: Бұл дисплейлер пайдаланушыға қозғалыс сезімін береді (қозғалыс симуляторы). Олар көбінесе жүргізу тренажерлері немесе ұшу тренажерлері сияқты виртуалды көлік құралдарын симуляциялау үшін қозғалыс платформалары ретінде көрінеді. Қозғалыс платформалары бекітілген, бірақ симуляторды қозғалысқа келтіру үшін актuatorларды пайдаланады, бұл иілу, бұрылу немесе домалану сезімін тудырады. Симуляторлар барлық осьтерде үдеу сезімін тудыру үшін де қозғалуы мүмкін (мысалы, қозғалыс платформасы құлау сезімін тудыра алады).

Visual display: Visual displays provide the visual stimulus to the user. Stationary displays can vary from a conventional desktop display to 360 degree wrap around screens to stereo three dimensional screens. Conventional desktop displays can vary in size from Wrap around screens is typically used in what is known as a cave automatic virtual environment (CAVE). Stereo three dimensional screens produce three dimensional images either with or without special glasses—depending on the design. Head mounted displays (HMDs) have small displays that are mounted on headgear worn by the user. These systems are connected directly into the virtual simulation to provide the user with a more immersive experience. Weight, update rates and field of view are some of the key variables that differentiate HMDs. Naturally, heavier HMDs are undesirable as they cause fatigue over time. If the update rate is too slow, the system is unable to update the displays fast enough to correspond with a quick head turn by the user. Slower update rates tend to cause simulation sickness and disrupt the sense of immersion. Field of view or the angular extent of the world that is seen at a given moment field of view can vary from system to system and has been found to affect the user's sense of immersion. Aural display: Several different types of audio systems exist to help the user hear and localize sounds spatially. Special software can be used to produce 3D audio effects 3D audio to create the illusion that sound sources are placed within a defined three dimensional space around the user. Stationary conventional speaker systems may be used to provide dual or multi channel surround sound. However, external speakers are not as effective as headphones in producing 3D audio effects. Vestibular display: These displays provide a sense of motion to the user (motion simulator). They often manifest as motion bases for virtual vehicle simulation such as driving simulators or flight simulators. Motion bases are fixed in place but use actuators to move the simulator in ways that can produce the sensations pitching, yawing or rolling. The simulators can also move in such a way as to produce a sense of acceleration on all axes (e. g., the motion base can produce the sensation of falling).

Клиникалық денсаулық сақтау симуляторлары

Клиникалық денсаулық сақтау симуляторлары терапиялық және диагностикалық процедураларды, сондай-ақ медициналық түсініктерді және денсаулық сақтау саласының мамандарына шешім қабылдауды үйрету үшін көбірек дамытылып, қолданылуда. Симуляторлар қан алу, лапароскопиялық хирургия және жарақаттық көмек сияқты қарапайым процедуралардан бастап, күрделі жаттығуларға арналған. Олар биомедициналық инженерия мәселелері үшін жаңа құрылғылардың прототиптерін жасауға көмектесу үшін де маңызды. Қазіргі уақытта симуляторлар медицинада жаңа терапиялар, емдеулер мен ерте диагностика құралдарын зерттеу және әзірлеу үшін қолданылады. Көптеген медициналық симуляторлар тиісті анатомияның пластикалық моделімен байланыстырылған компьютерден тұрады. Мұндай күрделі симуляторлар инъекцияланған дәрілерге реакция жасайтын және өмірге қауіп төндіретін жағдайларды модельдеуге бағдарламаланатын нақты өлшемдегі манекенді пайдаланады. Басқа симуляцияларда процедураның визуалды бөліктері компьютерлік графика әдістерімен қайта жандандырылады, ал сезімталдық бөліктері пайдаланушының әрекеттеріне жауап ретінде есептелген физикалық симуляция алгоритмдерімен үйлесімде біріктірілген тактильді кері байланыс құрылымдарымен қайта жандандырылады. Мұндай медициналық симуляциялар көбінесе пациент деректерінің 3D КТ немесе МРТ скандарының реализмін арттыру үшін пайдаланылады. Кейбір медициналық симуляциялар кеңінен тарату үшін жасалған (мысалы, веб-қосымшалар және стандартты веб-браузерлер арқылы қарауға болатын процедуралық симуляциялар) және пернетақта мен тышқан сияқты стандартты компьютерлік интерфейстерді пайдаланып өзара әрекеттесуге болады.

Плацебо

Симулятордың маңызды медициналық қолданысы – бұл, мүмкін, «симулятор» сөзінің сәл өзге мағынасын білдіргенімен – плацебо дәрісін қолдану, дәрі-дәрмектердің тиімділігін сынауда белсенді дәріні имитациялайтын құрамы.

Науқастардың қауіпсіздігін арттыру

Пациенттердің қауіпсіздігі медицина саласындағы маңызды мәселе. Пациенттер басқару қателігінің және күтім мен оқытудың ең жақсы стандарттарын қолданбаудың салдарынан жарақат алып, тіпті қайтыс болуы мүмкін. «Медициналық білім беруді дамыту үшін ұлттық бағдарламаны құру» (Эдер Ван Хук, Джеки, 2004) еңбегінде: «Денсаулық сақтау қызметкерінің күтпеген жағдайға сақтықпен ден қою қабілеті – майданда, тас жолда немесе аурухананың шұғыл жәрдем бөлімінде болсын, медициналық төтенше жағдайдың жағымды нәтижесіне қол жеткізудің ең маңызды факторы болып табылады» делінген. Эдер Ван Хук (2004) медициналық қателіктердің 98 000 адамның өмірін қиюы мүмкін екенін, ал оның құны жылына 37-50 миллион доллар, ал алдын алуға болатын жағымсыз оқиғалар үшін 17-29 миллиард долларға жетеді деп атап көрсеткен. Симуляция пациенттердің қауіпсіздігін зерттеу және медициналық мамандарды даярлау үшін қолданылады. Денсаулық сақтауда пациенттердің қауіпсіздігі мен қауіпсіздік шараларын зерттеу қиын, себебі тәжірибелік бақылаудың жетіспеуі (яғни пациенттің күрделілігі, жүйе/процесс айырмашылықтары) араласудың мағыналы нәтиже бергенін анықтауды қиындатады (Groves & Manges, 2017). Пациенттердің қауіпсіздігін зерттеудегі инновациялық симуляцияның мысалы – медбикелердің зерттеулері. Гровс және авторлар (2016) ауысымдарды алмастыру кезіндегі еміру қауіпсіздігіне бағытталған мінез-құлықты зерттеу үшін жоғары дәлдікті симуляцияны қолданды. Дегенмен, экипаж ресурстарын басқару оқытуының тиімділігін көрсету үшін қосымша дәлелдер қажет. Симуляцияға негізделген оқыту пациенттердің жағдайын жақсартатынына қатысты нақты деректер жинау баяу болғанымен, қазіргі таңдағы симуляцияның тәжірибелік дағдыларды дамытуға және оларды операциялық бөлмеге ауыстыруға қабілеті күмәнді емес. Оқытудың нәтижесіне әсер ететін маңызды факторлардың бірі – алдыңғы қатардағы қызметкерлерді ынталандыру (Stewart, Manges, Ward, 2015). Симуляциялық оқыту арқылы пациенттердің қауіпсіздігін жақсартуға жасалған тағы бір әрекет – пациенттерге уақтылы және қажетті жерде қызмет көрсету. Бұл оқыту жұмысшылар ауысымға түсер алдында 20 минутқа созылатын симуляциялық жаттығудан тұрады. Бір зерттеу нәтижесінде уақтылы оқыту төсек жанына ауысуды жақсартқаны анықталды. Nishisaki (2008) жұмысында баяндалғандай, симуляциялық оқыту резиденттердің нақты жағдайларға қатысуын арттырды, бірақ қызмет сапасын төмендетпеді. Осылайша, симуляциялық оқыту арқылы жоғары білікті резиденттердің санын арттыру арқылы симуляциялық оқыту пациенттердің қауіпсіздігін арттырады деген гипотезаны қоюға болады.

Patient safety is a concern in the medical industry. Patients have been known to suffer injuries and even death due to management error, and lack of using best standards of care and training. According to Building a National Agenda for Simulation Based Medical Education (Eder Van Hook, Jackie, 2004), "a health care provider's ability to react prudently in an unexpected situation is one of the most critical factors in creating a positive outcome in medical emergency, regardless of whether it occurs on the battlefield, freeway, or hospital emergency room." Eder Van Hook (2004) also noted that medical errors kill up to 98,000 with an estimated cost between $37 and $50 million and $17 to $29 billion for preventable adverse events dollars per year. Simulation is being used to study patient safety, as well as train medical professionals. Studying patient safety and safety interventions in healthcare is challenging, because there is a lack of experimental control (i. e., patient complexity, system/process variances) to see if an intervention made a meaningful difference (Groves & Manges, 2017). An example of innovative simulation to study patient safety is from nursing research. Groves et al. (2016) used a high fidelity simulation to examine nursing safety oriented behaviors during times such as change of shift report. However, there is a need to have improved evidence to show that crew resource management training through simulation. Although evidence that simulation based training actually improves patient outcome has been slow to accrue, today the ability of simulation to provide hands on experience that translates to the operating room is no longer in doubt. One of the largest factors that might impact the ability to have training impact the work of practitioners at the bedside is the ability to empower frontline staff (Stewart, Manges, Ward, 2015). Another example of an attempt to improve patient safety through the use of simulations training is patient care to deliver just in time service or/and just in place. This training consists of 20 minutes of simulated training just before workers report to shift. One study found that just in time training improved the transition to the bedside. The conclusion as reported in Nishisaki (2008) work, was that the simulation training improved resident participation in real cases; but did not sacrifice the quality of service. It could be therefore hypothesized that by increasing the number of highly trained residents through the use of simulation training, that the simulation training does, in fact, increase patient safety.

Денсаулық сақтаудағы симуляция тарихы

Алғашқы медициналық симуляторлар адам пациенттерінің қарапайым үлгілері болды. Ежелгі заманнан бері, саз және таста жасалған бұл бейнелер аурулардың клиникалық белгілерін және олардың адамдарға тигізетін әсерін көрсету үшін пайдаланылған. Үлгілер көптеген мәдениеттер мен континенттерде табылды. Кейбір мәдениеттерде (мысалы, қытай мәдениетінде) бұл үлгілер "диагностикалық" құрал ретінде қолданылған, бұл әйелдерге қоғамдық әдеп талаптарын сақтай отырып, ер дәрігерлермен кеңесуге мүмкіндік берген. Бүгінде үлгілер студенттерге тірек-қимыл және органикалық жүйелердің анатомиясын үйренуге көмектеседі. McGaghie және авторлар денсаулық сақтау саласындағы симуляция оқытушыларын оқыту, бағалау және сертификаттау үшін "бірыңғай механизмнің" қажеттігін атап өтті, осылайша симуляциялық медициналық білім беруді зерттеуге сынды пікір білдірді. 2012 жылы SSH осы қажеттілікті қанағаттандыру үшін білім берушілерді мойындау мақсатында екі жаңа сертификаттауды сынақтан өткізді.

Белсенді үлгілер

Тірі анатомия мен физиологияны қайта жаңғыртуға тырысатын белсенді модельдер жақында ғана пайда болды. Белгілі "Харви" манекені Майами университетінде жасалған және кардиологиялық тексерудің көптеген физикалық белгілерін – пальпация, аускультация және электрокардиография сияқты – қайта жасай алады.

Интерактивті модельдер

Соңғы уақытта студенттер мен дәрігерлердің іс-әрекеттеріне жауап беретін интерактивті модельдер әзірленді. Науқастар үшін "кибертерапия" травматикалық жағдайларды модельдеу сеанстары үшін қолданылуы мүмкін, мысалы, биіктіктен қорқудан бастап әлеуметтік алаңдаушылыққа дейін. Бағдарламаланған науқастар және симуляцияланған клиникалық жағдайлар, соның ішінде төтенше жағдайларды модельдеу жаттығулары, білім беру және бағалау үшін кеңінен пайдаланылды. Бұл "нақты өмірге ұқсас" симуляциялар қымбатқа түседі және оларды қайта жасау мүмкін емес. Толыққанды жұмыс істейтін "3Di" симуляторы клиникалық дағдыларды оқыту және бағалау үшін ең тиімді құрал болар еді. Ойын платформалары осы виртуалды медициналық ортаны құруға, сондай-ақ клиникалық жағдайда ақпаратты оқып, қолданудың интерактивті әдісін жасауға қолданылды. Аурудың күйін толыққанды модельдеу дәрігерге немесе денсаулық сақтау маманына аурудың қандай сезім беретінін сезінуге мүмкіндік береді. Сенсорлар мен түрлендіргіштерді пайдалану арқылы симптомдық әсерлер қатысушыға жеткізілуі мүмкін, осылайша науқастың ауруын сезінуге болады. Мұндай симулятор клиникалық біліктілікті объективті және стандартталған түрде тексеру мақсатына сай келеді. Бұл жүйе "стандартты науқастарды" пайдаланатын тексерулерден артық, себебі ол біліктілікті сандық өлшеуге және бірдей объективті нәтижелерді қайта табуға мүмкіндік береді.

Көңіл көтерудегі симуляция

Көңіл көтерудегі симуляция кино, теледидар, бейнеойындар (соның ішінде пайдалы ойындар) және ойын-сауық парктеріндегі аттракциондар сияқты көптеген ірі және танымал салаларды қамтиды. Қазіргі заманғы симуляцияның оқыту және әскери саладан бастау алғаны саналса да, 20 ғасырда ол көңіл көтеруге бағытталған кәсіпорындардың да құралына айналды.

Ерте тарихы (1940-1950 жылдар)

Бірінші симуляциялық ойынды 1947 жылы Томас Т. Голдсмит және Эстел Рей Манн жасаған болуы мүмкін. Бұл нысанаға зымыран атуды модельдеуге арналған қарапайым ойын болды. Зымыранның траекториясы мен жылдамдығын бірнеше реттегіштер арқылы өзгертуге болады. 1958 жылы Вилли Хиггинботам "Теннис екі ойыншыға" деп аталатын компьютерлік ойынды құрастырды, ол екі ойыншының бір уақытта қолмен басқару арқылы теннис ойнауын модельдеді және нәтижесі осциллоскоп экранында көрсетілді. Бұл графикалық дисплейді қолданған алғашқы электрондық бейне ойындардың бірі еді.

1970 және 1980 жылдардың басында

Компьютерлік графика 1972 жылы "Компьютерлік анимациялық қол" фильмінде объектілерді модельдеу үшін қолданылды, оның бір бөлімдері 1976 жылғы "Болашақ әлемі" фильмінде үлкен экранда көрсетілді. Содан кейін 1977 жылғы "Жұлдызды соғыстар" фильмінде жас Скайуокер өшірген "бағыттау компьютері" пайда болды. "Трон" (1982) фильмі компьютерлік графиканы екі минуттан астам уақыт пайдаланған алғашқы фильм болды. 1980-ші жылдардағы технологияның дамуы 3D-модельдеудің кеңінен қолданылуына әкелді және ол фильмдерде, сондай-ақ Atari's Battlezone (1980) және Acornsoft's Elite (1984) сияқты компьютерлік ойындарда пайда бола бастады. Бұл үй компьютерлері үшін алғашқы сымды 3D-графикалық ойындардың бірі еді.

Виртуалды кинематографиядан бұрынғы дәуір (1980-жылдардың басында - 1990-жылдар)

1980-ші жылдардағы технологияның жетістіктері компьютерлерді бұрынғы онжылдықтарға қарағанда қолжетімді әрі мүмкіндіктері жоғары етті, бұл Xbox сияқты компьютерлік ойынның дамуына жағдай жасады. 1970 және 1980 жылдардың басында шыққан алғашқы бейне ойын консольдері 1983 жылы индустриялық дағдарысқа ұшырады, бірақ 1985 жылы Nintendo компаниясы Nintendo Entertainment System (NES) консолін шығарды, ол бейне ойын тарихындағы ең көп сатылған консольдердің біріне айналды. 1990-шы жылдары The Sims және Command & Conquer сияқты ойындардың шығуымен компьютерлік ойындар кеңінен танымал болды, сонымен қатар үстелдік компьютерлердің қуаты арта берді. Бүгінде World of Warcraft сияқты компьютерлік симуляциялық ойындарды әлемнің миллиондаған адамдары ойнайды. 1993 жылы "Юралық парк" фильмі компьютерлік графиканы кеңінен пайдаланған тұңғыш танымал фильм болды, ол жасалған динозаврларды тікелей түсірілген кадрларға өте жақсы үйлестірді. Бұл оқиға кино индустриясын өзгертіп жіберді; 1995 жылы "Той Стори" фильмі толығымен компьютерлік графикамен түсірілген алғашқы фильм болды, ал жаңа мыңжылдыққа келген кезде компьютерлік графика фильмдердегі арнайы эффектілер үшін басты таңдауға айналды.

Виртуалды кинематография (2000 жылдардың басынан қазіргі уақытқа дейін)

2000 жылдардың басында виртуалды кинематографияның пайда болуы, оның көмегісіз түсіру мүмкін болмайтын фильмдердің көптеп пайда болуына әкелді. Классикалық мысалдар – «Матрица» фильмдерінің жалғасындағы Нео, Смит және басқа кейіпкерлердің цифрлық көшірмелері, сондай-ақ «Сақиналардың иесі» трилогиясында физикалық тұрғыдан мүмкін емес камералық көріністердің кеңінен қолданылуы. «Pan Am» (телесериал) терминалы 2011–2012 жылдар аралығында түсірілген кезінде болмады, бірақ бұл ешқандай қиындық тудырмады, себебі олар виртуалды кинематографияны пайдаланып, автоматтандырылған көзқарас іздеу және сәйкестендіру арқылы, сондай-ақ нақты және модельделген кадрларды біріктіру арқылы оны жасады. 2000 жылдардың басынан бері киностудиялардағы суретшілер үшін бұл – күнделікті жұмыс. Компьютерлік графика – «арнайы эффекттерге 3D компьютерлік графиканың қолданылуы». Бұл технология визуалды эффекттер үшін қолданылады, өйткені олардың сапасы жоғары, басқаруға оңай және басқа технологиялармен шығаруға мүмкін емес әсерлерді жасауға болады, себебі бұл қымбатқа түсуі, көп ресурстар қажет етуі немесе қауіпті болуы мүмкін. Бүгінгі таңда көптеген фильмдерде, әсіресе әрекет жанрында компьютерлік графиканы көруге болады. Сонымен қатар, компьютерлік графика балалар фильмдерінде қолмен салынған анимацияны толығымен ығыстырды, сондықтан қазіргі балалар фильмдері тек компьютерлік графикамен жасалады. Компьютерлік графика қолданылған фильмдердің мысалдары: «Немоны іздеу», «300» және «Темір адам».

Симуляциялық ойындар

Симуляциялық ойындар, басқа бейне және компьютерлік ойындардан өзгеше, нақты ортаны көрсетеді немесе симуляциялайды. Бұдан әрі, олар ойналатын кейіпкерлер мен ортаның арасындағы қарым-қатынасты шынайы түрде бейнелейді. Мұндай ойындар көбінесе ойын процесі жағынан күрделі болады. Симуляциялық ойындардың барлық жастағы адамдар арасында үлкен танымалдыққа ие болуына себеп болды. Көрікті симуляциялық ойындардың қатарында SimCity және Tiger Woods PGA Tour ойындары бар. Сонымен қатар, ұшу симуляторы және жүргізу симуляторы да кездеседі.

Темалық саябақтардың атракциондары

Симуляторлар 1930 жылдардағы Link Trainer-ден бастап ойын-сауық мақсатында қолданылып келеді. Темалық паркте ашылған алғашқы заманауи симуляторлы аттракцион 1987 жылы Disney-дің Star Tours аттракционы болды, одан кейін 1990 жылы Universal компаниясының The Funtastic World of Hanna Barbera аттракционы ашылды, ол толығымен компьютерлік графикамен жасалған алғашқы аттракцион еді. Симуляторлы аттракциондар әскери жаттығу симуляторлары мен коммерциялық симуляторлардың нәтижесі болып табылады, бірақ олар негізгі қағидалары бойынша ерекшеленеді. Әскери жаттығу симуляторлары жаттығушының кірісіне нақты уақытта шынайы түрде реакция жасайды, ал аттракцион симуляторлары тек шынайы қозғалып тұрғандай сезім тудырады және алдын ала жазылған қозғалыс сценарийлері бойынша қозғалады.

Автомобильдер

Автомобиль симуляторы нақты көліктердің қасиеттерін виртуалды ортада қайта жасай алу мүмкіндігін ұсынады. Ол көлік құралының сыртқы факторларымен және жағдайларымен өзара әрекеттесуін имитациялайды, соның арқасында жүргізуші өзінің көлігінің кабинасында отырғандай сезінеді. Сценарийлер мен оқиғалар оқиғаның шындыққа жақын болуын қамтамасыз етеді, бұл жүргізушілердің оқу тәжірибесі ретінде емес, толыққанды оқиғаға енуіне мүмкіндік береді. Симулятор жаңадан бастаған жүргізушіге пайдалы тәжірибе сыйлайды, ал тәжірибелі жүргізушіге күрделі жаттығуларды орындауға көмектеседі. Жаңа жүргізушілер үшін жүк көлігі симуляторлары үздік тәжірибелерді қолдану арқылы мансапты бастауға жағдай жасайды. Ал тәжірибелі жүргізушілер үшін модельдеу жақсы жүргізу дағдыларын жетілдіруге немесе нашар әдеттерді анықтап, түзету шараларын ұсынуға мүмкіндік береді. Компаниялар үшін бұл қызметкерлерді көлік құралдарын күтіп жөндеу шығындарын азайтуға, өнімділікті арттыруға және ең бастысы, кез келген жағдайда олардың қауіпсіздігін қамтамасыз етуге бағытталған дағдылармен оқытуға мүмкіндік береді.

Биомеханика

Биомеханикалық симулятор – қатаң және деформацияланатын денелердің, буындардың, шектеулердің және әртүрлі күштік актuatorлардың комбинациясынан құрылған динамикалық механикалық модельдерді жасауға арналған симуляциялық платформа. Ол адам анатомиялық құрылымдарының биомеханикалық модельдерін жасауға маманданған, олардың функциясын зерттеу және медициналық емдеуді жобалау мен жоспарлауға көмектесу мақсатымен құрылған. Биомеханикалық симулятор жүріс динамикасын талдау, спорттық жетістіктерді зерттеу, хирургиялық процедураларды модельдеу, буынға түсетін жүктемені талдау, медициналық құралдарды жобалау және адам мен жануарлардың қозғалысын анимациялау үшін қолданылады. Нейромеханикалық симулятор – биомеханикалық және биологиялық реалистік нейрондық желілерді симуляциялауды біріктіреді. Ол пайдаланушыға физикалық тұрғыдан дәл 3D виртуалды ортада мінез-құлықтың нейрондық негізіне қатысты гипотезаларды тексеруге мүмкіндік береді.

Қалалық және қалалық

Қала симуляторы қала салу ойыны болуы мүмкін, бірақ сонымен қатар қала жоспарлаушылары қалалардың түрлі саясаттарға жауап ретінде қалай дамитынын түсіну үшін пайдаланатын құрал да болуы мүмкін. AnyLogic – қала жоспарлаушыларына арналған заманауи, кең ауқымды қалалық симуляторлардың бір мысалы. Қала симуляторлары көбінесе жер пайдалану және көлік жүйесі нақты бейнеленген агенттік модельдеуге негіделген симуляциялар болып табылады. UrbanSim және LEAM – метрополитендік жоспарлау агенттіктері мен әскери базалар жерді пайдалану және көлік жоспарлау үшін қолданатын кең ауқымды қалалық модельдеу үлгілерінің мысалдары.

Рождество

Рождествоға арналған бірнеше симуляциялар бар, олардың көпшілігі Санта-Клаусқа негізделген. Осы симуляциялардың мысалы – пайдаланушыға Санта-Клаустың қайда екенін білуге мүмкіндік беретін веб-сайттар. Санта – аңыз кейіпкер екендігі және нақты, тірі адам емес екендігіне байланысты, оның орналасқан жері туралы шын ақпарат беру мүмкін емес. NORAD Tracks Santa және Google Santa Tracker (біріншісі Сантаны қадағалау үшін радар және басқа технологияларды қолданатынын мәлімдейді) сияқты қызметтер пайдаланушыларға жалған, алдын ала белгіленген орналасқан жер туралы ақпарат көрсетеді. Осы симуляциялардың тағы бір мысалы – пайдаланушыға Санта-Клаусқа электрондық хат немесе хабарлама жіберуге мүмкіндік беретін веб-сайттар. Мысалы, emailSanta.com немесе Microsoft компаниясының қазір тоқтатылған Windows Live Spaces желісіндегі Сантаның бұрынғы беті автоматтандырылған бағдарламалар мен скрипттерді пайдаланып, пайдаланушы енгізген мәліметтерге негізделген, Санта-Клаустан деп айтылатын жеке жауаптарды жасайды.

Болашақтың сынып залы

Болашақтағы сыныптарда мәтіндік және бейнелік оқу құралдарымен қатар, бірнеше түрлі симуляторлар болады. Бұл студенттердің клиникалық тәжірибеге жақсы дайындалып, жоғары деңгейдегі біліктермен келуіне мүмкіндік береді. Ал жоғары білім алған студенттер мен аспиранттар үшін қайта оқудың немесе жаңа клиникалық процедураларды өз біліктіліктеріне қосудың ыңғайлы әрі толыққанды тәсілі болады, сондай-ақ реттеуші органдар мен медициналық мекемелер жеке тұлғалардың біліктілігі мен қабілетін бағалауды жеңілдетеді. Болашақтағы сынып медициналық қызметкерлердің білімін жетілдіру үшін клиникалық дағдылар орталығының негізін қалайды; дәл сол сияқты, мерзімдік ұшқыштарға ұшу жаттығулары көмектесетіндей, бұл технология дәрігерлерге олардың мансабының бойында көмектеседі. Симулятор – тек «тірі» оқулық емес, ол медицина тағылымының ажырамас бөлігіне айналады. Симуляторлық орта медициналық білім беру ұйымдарында оқу бағдарламаларын жасау үшін стандартты платформаны да қамтамасыз етеді.

Байланыс спутниктері

Қазіргі заманғы спутниктік байланыс жүйелері (SATCOM) көбінесе көптеген өзара әрекеттесетін бөліктер мен элементтермен үлкен және күрделі болады. Сонымен қатар, соңғы бірнеше жылда коммерциялық және әскери салаларда жылжымалы көлік құралдарында кеңжолақты байланысқа деген қажеттілік күрт өсті. SATCOM жүйесін жобалаушылар жоғары сапалы қызмет көрсетуді дұрыс болжау және қамтамасыз ету үшін жоспарлау кезінде жер бедерін, сондай-ақ атмосфералық және метеорологиялық жағдайларды ескеруі керек. Мұндай күрделілікпен күресу үшін жүйе жобалаушылар мен операторлар өз жүйелерінің компьютерлік модельдерін пайдаланады, олармен нақты әлемдегі жұмыс жағдайларын симуляциялап, соңғы өнімге бекіту алдында пайдалану мүмкіндіктерін және талаптарды зерделейді. Модельдеу, SATCOM жүйесінің жобалаушысына немесе жоспарлаушысына модельдерге түрлі гипотетикалық атмосфералық және қоршаған орта жағдайларын енгізу арқылы нақты әлемдегі өнімділікті симуляциялауға мүмкіндік береді, осылайша жүйенің түсінігін арттырады. Симуляция көбінесе азаматтық және әскери қызметкерлерді оқытуда қолданылады. Бұл әдетте оқушыларға нақты жабдықты нақты жағдайда пайдалануға рұқсат беру тым қымбат немесе қауіпті болғанда болады. Мұндай жағдайларда олар "қауіпсіз" виртуалды ортада құнды тәжірибе алады, өмірге жақын сезімдерді басынан өткізеді (кемінде осы мақсатқа жұмыс істейді). Көбінесе қауіпсіздігі маңызды жүйелерді оқыту кезінде қателіктер жасауға мүмкіндік беру ыңғайлы.

Цифрлық өмірлік цикл

Моделилеу шешімдері компьютерлік көмекпен жасалған шешімдермен және процестермен (компьютерлік көмекпен жобалау немесе CAD, компьютерлік көмекпен өндіріс немесе CAM, компьютерлік көмекпен инженерия немесе CAE және т.б.) күні бүгінге дейін тығыз байланыстырып келеді. Өнімнің өмірлік циклы барысында, әсіресе идея және жобалау кезеңдерінде модельдеуді қолдану айтарлықтай пайда әкелу мүмкіндігін ұсынады. Бұл пайдалар прототиптерді жасауға кететін шығындарды азайту және өнімді нарыққа тезірек шығару сияқты тікелей экономиядан бастап, өнімнің сапасын арттыру мен үлкен табысқа қол жеткізуге дейін жетеді. Дегенмен, кейбір компаниялар үшін модельдеу күтілген нәтижелерді берген жоқ. Өмірлік циклдың басында модельдеуді табысты қолдану, көбінесе модельдеу құралдарын CAD, CAM және өнімнің өмірлік циклын басқару жүйелерімен интеграциялаудың артуымен байланысты. Модельдеу шешімдері енді кеңейтілген кәсіпорында көптеген CAD орталарында жұмыс істей алады, сондай-ақ модельдеу деректерін және процестерін басқаруға, ал модельдеу нәтижелерінің өнімнің өмірлік циклы тарихының бір бөлігі болуын қамтамасыз етуге арналған шешімдерді де қамтиды.

Апаттық жағдайларға дайындық

Симуляциялық оқыту адамдарды апаттарға дайындаудың бір әдісіне айналды. Симуляциялар төтенше жағдайларды қайта жасайды және оқушылардың реакциясын шынайы тәжірибе арқылы қадағалайды. Апаттарға дайындық симуляциялары террористік шабуылдарға, табиғи апаттарға, пандемияларға немесе өмірге қауіп төндіретін басқа да жағдайларға жауап беруді үйретуді қамтиды. Апаттарға дайындық үшін симуляциялық оқытуды қолданған ұйымдардың бірі – CADE (Алыстан білім беруді дамыту орталығы). CADE төтенше жағдайларда жұмыс істейтін қызметкерлерді түрлі шабуылдарға дайындау үшін бейне ойынды пайдаланды. News Medical сайты хабарлағандай, "Бұл бейне ойын биотерроризм, пандемиялық тұмау, шешек және төтенше жағдайларға жауап беруге дайындалуға арналған симуляциялардың алғашқысы". Чикагодағы Иллинойс университетінің (UIC) командасы жасаған ойын оқушыларға қауіпсіз және бақыланатын ортада төтенше жағдайлардағы дағдыларын тәжірибелеуге мүмкіндік береді. Британдық Колумбияның Ванкувер қаласындағы Технология институтының (BCIT) Төтенше жағдайларды симуляциялау бағдарламасы (ESP) – төтенше жағдайларға дайындық үшін симуляцияны пайдаланатын ұйымның тағы бір мысалы. ESP мына жағдайларда оқыту үшін симуляция қолданады: орман өртін сөндіру, мұнай немесе химиялық заттар төгілген кездегі іс-қимыл, жер сілкінісіне жауап беру, құқық қорғау, қалалық өрт сөндіру, қауіпті материалдарды басқару, әскери оқу және террористік шабуылға жауап беру. Симуляция жүйесінің бір ерекшелігі – "Динамикалық уақыт сағатының" енгізілуі, ол симуляцияларға "симуляцияланған" уақыт аралығында жұмыс істеуге, қажет болған жағдайда уақытты "жеделдетуге" немесе "баяулатуға" мүмкіндік береді.

Инженерлік, технологиялық және процестер

Симуляция инженерлік жүйелерде немесе көптеген процестерді қамтитын кез келген жүйеде маңызды мүмкіндік болып табылады. Мысалы, электр техникасында, кешіктіру желілері нақты тарату желісінің салдарынан таралудың кешігуін және фазалық өзгерісін симуляциялау үшін қолданылуы мүмкін. Сол сияқты, жалған жүктемелер таралуды симуляцияламастан кедергіні симуляциялау үшін қолданылады және таралу қажет емес жағдайларда пайдаланылады. Симулятор өзі симуляциялайтын құрылғының операциялары мен функцияларының бір бөлігін ғана имитациялай алады. Эмуляциямен салыстырыңыз. Көптеген инженерлік симуляциялар математикалық модельдеуді және компьютерлік көмекпен зерттеуді қамтиды. Дегенмен, математикалық модельдеудің сенімді болмайтын көптеген жағдайлары бар. Сұйық динамикасы мәселелерін симуляциялау көбінесе математикалық және физикалық симуляцияларды қажет етеді. Мұндай жағдайларда физикалық модельдер динамикалық ұқсастықты талап етеді. Физикалық және химиялық симуляциялар зерттеу мақсатынан гөрі тікелей қолданысқа ие; мысалы, химиялық инженерияда химиялық зауыттарды, мысалы, мұнай өңдеу зауыттарын пайдалану үшін дереу қолданылатын процесс параметрлерін беру үшін процесс симуляциясы қолданылады. Симуляторлар сондай-ақ зауыт операторларын оқыту үшін қолданылады. Бұл Операторлық оқыту симуляторы (OTS) деп аталады және химия, мұнай-газ және энергетика салаларында кеңінен қолданылады. Бұл операторлар мен инженерлерді оқыту үшін қауіпсіз және реалистік виртуалды ортаны құрады. Mimic операторларды оқыту және басқару жүйесін сынау үшін дерлік барлық химиялық зауыттардың жоғары дәлдіктегі динамикалық модельдерін ұсынуға қабілетті.

Эргономиялық

Эргономикалық модельдеу виртуалды өнімдерді немесе виртуалды ортадағы қолмен атқарылатын жұмыстарды талдауды қамтиды. Инженерлік процесте эргономияның мақсаты – өнімдер мен жұмыс ортасының дизайнын дамыту және жақсарту. Эргономикалық модельдеу адамның антропометриялық виртуалды бейнесін, әдетте манекен немесе Цифрлық Адам Модельдері (ЦАМ) ретінде, ұшақ, автомобиль немесе өндіріс ортасы сияқты модельделген ортада адамның қозғалыстарын, механикалық жүктемелерін және орындалуын имитациялау үшін пайдаланады. ЦАМ-дар проактивті эргономикалық талдау мен жобалауды жүзеге асыру үшін дамып келе жатқан және құнды құрал ретінде танылады. Симуляцияларда виртуалды адамдарды жандандыру үшін 3D графика және физикалық модельдер қолданылады. Эргономикалық бағдарламалық жасақтама ЦАМ-дарды бекіту үшін кері кинематика (КК) мүмкіндігін пайдаланады. Жұмысты модельдеу және симуляциялау виртуалды адамды модельделген ортада қолмен басқару арқылы жүргізіледі. Кейбір эргономикалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасы қозғалыс түсіру технологиясы арқылы нақты адамның араласуымен интерактивті, нақты уақыт симуляциясы мен бағалауға мүмкіндік береді. Дегенмен, эргономиялық қозғалыс түсіру үшін қымбат жабдықтар және ортаны немесе өнімді бейнелейтін керек-жарақтар жасау қажет. Эргономикалық модельдеутің кейбір қолданылу салаларына қатты қалдықтарды жинауды, төтенше жағдайларды басқару жұмыстарын талдау, интерактивті ойындар, автомобиль құрастыру желісі, оңалту құралдарының виртуалды прототипін жасау және аэроғарыш өнімдерін жобалау кіреді. Ford инженерлері өнімнің виртуалды дизайнын тексеру үшін эргономикалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасын пайдаланады. Инженерлік деректерді қолдану арқылы симуляциялар құрастыру эргономикасын бағалауға көмектеседі. Компания Siemens-тің Jack and Jill эргономикалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасын жұмыскерлердің қауіпсіздігі мен тиімділігін арттыру үшін, қымбат прототиптерді жасау қажеттілігінсіз пайдаланады.

Қаржылық

Қаржы саласында компьютерлік модельдеу сценарийлік жоспарлау үшін жиі қолданылады. Мысалы, тәуекелге бейімделген таза ағымдағы құн (NPV) жақсы анықталған, бірақ әрқашан белгілі немесе тұрақты емес кіріс деректерінен есептеледі. Бағалауға алынған жобаның жұмысын имитациялау арқылы модельдеу, дисконттау ставкалары мен басқа да айнымалылар диапазоны бойынша NPV үлестірілімін ұсынуға мүмкіндік береді. Модельдеу қаржылық теорияны немесе қаржылық модельдің мүмкіндіктерін тексеру үшін де жиі қолданылады. Қаржылық оқытуда модельдеу, қатысушыларды түрлі тарихи және ойдан шығарылған жағдайларды бастан өткеруге тарту үшін жиі пайдаланылады. Қор нарығын модельдеу, портфельдік модельдеу, тәуекелді басқару модельдеуі немесе үлгілері, валюта нарығын модельдеу сияқты түрлері бар. Мұндай модельдеулер көбінесе стохастикалық активтер модельдеріне негізделген. Оқу бағдарламаларында осы модельдеулерді пайдалану теорияны нақты өмірге ұқсас жағдайларда қолдануға мүмкіндік береді. Басқа салалардағыдай, модельдеуді қолдану технологияға немесе жағдайлық зерттеулерге негізделуі мүмкін.

Ұшу

Ұшу симуляциясы негізінен ұшқыштарды ұшақтан тыс жағдайда оқыту үшін қолданылады. Ұшудағы оқумен салыстырғанда, симуляцияға негізделген оқу ұшақта орындау қиын немесе тіпті қауіпті болатын маневрлерді немесе жағдайларды тәжірибелеуге мүмкіндік береді, сонымен бірге ұшқыш пен нұсқаушыны салыстырмалы түрде қауіпсіз жердегі ортада ұстайды. Мысалы, электр жүйесінің, құралдардың, гидравликалық жүйелердің және тіпті ұшуды басқару жүйесінің бұзылуларын экипажға немесе жабдыққа ешқандай қауіп келтірмей симуляциялауға болады. Нұсқаушылар студенттерге ұшақтағыдан гөрі белгілі бір уақыт ішінде көбірек оқу тапсырмаларын орындауға мүмкіндік береді. Мысалы, нақты ұшақта бірнеше құралдық келулерді орындау үшін ұшақты қайта орналастыруға көп уақыт кетсе, симуляцияда бір келуді аяқтағаннан кейін нұсқаушы бірден симуляцияланған ұшақты келесі келуді бастауға болатын жерге қайта орналастыра алады. Ұшу симуляциясы нақты ұшақта оқумен салыстырғанда экономикалық артықшылықтарды да ұсынады. Отын, техникалық қызмет көрсету және сақтандыру шығындарын ескергенде, FSTD-нің (ұшу симуляторының) пайдалану шығындары әдетте симуляцияланған ұшақтың пайдалану шығындарынан әлдеқайда төмен болады. Кейбір ірі көлік санатындағы ұшақтар үшін FSTD-нің пайдалану шығындары нақты ұшаққа қарағанда бірнеше есе арзан болуы мүмкін. Тағы бір артықшылығы – қоршаған ортаға тигізетін зиянның азаюы, себебі симуляторлар тікелей көміртегі немесе шу шығарындыларына себеп болмайды. Сонымен қатар, "инженерлік ұшу симуляторлары" да бар, олар ұшақтарды жобалау процесінің маңызды бөлігі болып табылады. Қауіпсіздік пен шығындарды жақсарту сияқты сынақ ұшуларының азайтылуынан туындайтын көптеген пайдалар жоғарыда айтылды, бірақ сонымен қатар ерекше артықшылықтары да бар. Симулятордың болуы жобалау циклын жылдамдатуға немесе нақты ұшаққа сыймайтын көбірек сынақ жабдықтарын пайдалануға мүмкіндік береді.

Әскери

Әскери симуляциялар, сонымен қатар бейресми түрде соғыс ойындары деп аталады, – бұл қақтығыстарға түсіп, шығынға ұшырамастан соғыс теорияларын сынап, жетілдіруге мүмкіндік беретін модельдер. Олар түрлі формаларда, әртүрлі деңгейдегі реализммен кездеседі. Соңғы кезде олардың ауқымы әскери факторлар ғана емес, сонымен қатар саяси және әлеуметтік аспектілерді де қамтиды (мысалы, Латын Америкасындағы стратегиялық жаттығулардың Nationlab сериясы). Көптеген үкіметтер оларды жеке және бірлесіп пайдаланғанымен, модельдің ерекшеліктері туралы кәсіби топтардан тыс ақпарат аз.

Төлем және бағалы қағаздарды есеп айырысу жүйесі

Симуляция әдістері төлем және бағалы қағаздарды есеп-айырысу жүйелеріне де қолданылды. Басты пайдаланушылар – нарықтық инфрақұрылымды бақылауға жауапты және төлем жүйелерінің тиімді жұмыс істеуіне үлес қосуға құқылы орталық банктер. Орталық банктер төлем жүйесінің симуляциясын пайдаланып, қатысушыларға (көбінесе банктерге) төлемдерді тиімді жүзеге асыру үшін жеткілікті өтімділік (шоттағы қалдықтар және тәулік ішіндегі несие лимиттері түрінде) бар ма, жоқ па, соны бағалайды. Өтімділік қажеттілігі жүйелердегі есеп айырысу процедураларының қолжетімділігі мен түріне байланысты, сондықтан кейбір зерттеулер жүйелерді салыстыруға бағытталған. Тағы бір қолданылуы – байланыс желісінің бұзылуы немесе қатысушылардың төлемдерді жіберу мүмкіншілігінің болмауы сияқты жағдайлармен байланысты тәуекелдерді бағалау (мысалы, банктердің банкротқа ұшырау мүмкіндігінде). Мұндай талдау стресс-тестілеу немесе сценарийлік талдау ұғымдарына жатады. Осы симуляцияларды жүргізудің әдеттегі жолы – талдауға алынған нақты төлем немесе бағалы қағаздарды есеп-айырысу жүйелерінің есеп айырысу логикасын қайта жасайды, содан кейін нақты байқалған төлем деректерін пайдалану. Жүйелерді салыстыру немесе жаңа жүйелерді дамыту кезінде, әрине, басқа есеп айырысу логикасын да іске асыру қажет. Стресс-тестілеу және сценарийлік талдау жүргізу үшін байқалған деректер өзгертілуі керек, мысалы, кейбір төлемдер кешіктірілуі немесе жойылуы мүмкін. Өтімділік деңгейін талдау үшін бастапқы өтімділік деңгейлері өзгертіледі. Жүйелерді салыстыру (бенчмаркинг) немесе жаңа есеп айырысу алгоритмдері немесе ережелерін бағалау үшін тек жүйелік параметрлерді өзгертіп, белгілі бір деректер жиынтығымен симуляциялар жүргізіледі. Нәтижелерді салыстыру арқылы, мысалы, есептелмеген транзакциялар немесе есеп айырысу кешігуі сияқты көрсеткіштерді салыстыру арқылы қорытынды жасалады.

Жобаларды басқару

Жобалық басқару симуляциясы – жобалық басқаруды оқыту және талдау үшін пайдаланылатын модельдеу. Ол көбінесе жоба менеджерлерін даярлауға арналған оқу симуляциясы ретінде қолданылады. Кейде, бұл «не болса» сондай жағдайларды талдау және нақты жобаларда шешім қабылдауға көмектесу үшін де қолданылады. Симуляция көбінесе бағдарламалық құралдар арқылы жүзеге асырылады.

Робототехника

Робототехникалық симулятор нақты роботқа тәуелді болмай, белгілі бір (немесе кез келген) робот үшін ендірілген қосымшаларды жасау үшін қолданылады. Кейбір жағдайларда, бұл қосымшаларды нақты роботқа (немесе қайта құруға) өзгеріссіз көшіруге болады. Робототехникалық симуляторлар шығын, уақыт немесе ресурстың сирек болуы салдарынан нақты әлемде қайта жасай алмайтын жағдайларды модельдеуге мүмкіндік береді. Симулятор сондай-ақ роботты жылдам прототиптеуге мүмкіндік береді. Көптеген робот симуляторлары роботтың динамикасын симуляциялау үшін физикалық қозғалтқыштарды қамтиды.

Өндіріс

Өндірістік жүйелерді модельдеу негізінен өндіріс жүйесіндегі жақсартулардың немесе инвестициялардың әсерін зерттеу үшін қолданылады. Көбінесе бұл өндіріс процесі уақыты мен тасымалдау уақытын көрсететін статикалық электрондық кесте арқылы жасалады. Күрделірек модельдеу үшін дискретті оқиғалар симуляциясы (DES) қолданылады, оның артықшылығы – өндіріс жүйесіндегі динамиканы модельдеу мүмкіндігі. Өндірістік жүйе өндіріс процестерінің, құрастыру уақытының, жабдықты орнатудың, тоқтаулардың, бұзылулардың және ұсақ кешігулердің өзгеруіне байланысты өте динамикалық болып келеді. Дискретті оқиғалар симуляциясы үшін көптеген бағдарламалық қамтамасы қолданылады. Олар қолдану оңайлығы және нарықтары бойынша әртүрлі, бірақ көбінесе ортақ негізге ие.

Сату процесі

Симуляциялар бизнес-процестер арқылы мәмілелер ағынын модельдеуде пайдалы, мысалы, сату процесін жобалау саласында, тапсырыстардың әртүрлі кезеңдердегі ағынын зерттеу және жақсарту үшін (мысалы, тауарлар мен қызметтерді ұсыну туралы бастапқы ұсыныстан бастап, тапсырысты қабылдау және орнатуға дейін). Мұндай симуляциялар әдістерді жақсартудың өзгергіштікке, құнға, еңбек уақытына және процестің әртүрлі кезеңдеріндегі транзакциялар санына қалай әсер ететінін болжауға көмектеседі. Мұндай модельдерді бейнелеу үшін толыққанды компьютерлік процесс симуляторын пайдалануға болады, сондай-ақ электрондық кесте бағдарламалық жасақтамасын қолдана отырып, оқу демонстрацияларын жасауға болады, мысалы, диірменнің айналуы арқылы стақандар арасында монеталарды ауыстыру немесе қасықпен түсті моншақтарға батыру.

Спорт

Спортта компьютерлік симуляциялар көбінесе оқиғалардың нәтижесін және жеке спортшылардың өнерін болжау үшін қолданылады. Олар статистикалық модельдер арқылы оқиғаны қайта жасай беруге тырысады. Технологияның жетілуі бағдарламалауды білетін кез келген адамға өз модельдерін симуляциялауға мүмкіндік берді. Симуляциялар математикалық алгоритмдер немесе модельдер тізбегінен құралады және олардың дәлдігі әртүрлі болуы мүмкін. ESPN сияқты компаниялар лицензия алған Accuscore, барлық ірі спорт түрлері үшін танымал симуляция бағдарламасы. Ол ойынды терең талдауды, болжамды ұпайларды, тікелей ставкаларды және жалпы ықтималдықтарды ұсынады. Фантастикалық спортқа қызығушылықтың артуымен жеке ойыншылардың өнерін болжауға арналған симуляциялық модельдер де танымал болды. What If Sports және StatFox сияқты компаниялар ойын нәтижелерін болжау үшін ғана емес, сонымен қатар жеке ойыншылардың қаншалықты жақсы өнер көрсететінін болжауға маманданған. Көптеген адамдар өз фантастикалық лигаларында кімді қосу керектігін анықтау үшін модельдерді пайдаланады. Симуляциялар спорт саласына биомеханиканы қолдану арқылы да көмектеседі. Модельдер спортшыларға бекітілген сенсорлар мен бейне жабдықтарынан алынған деректер негізінде жасалады және симуляциялар жүргізіледі. Симуляциялық модельдерге сүйенген спорттық биомеханика жаттығу техникасына қатысты мәселелерге жауап береді, мысалы, шаршаудың лақтыру қабілетіне (лақтыру биіктігіне) және жоғарғы аяқ-қолдардың биомеханикалық факторларына (реактивті күш индексі; қолмен жанасу уақыты) әсері. Компьютерлік симуляциялар пайдаланушыларға бұрын тым күрделі болған модельдерді пайдаланып, жауаптар алуға мүмкіндік береді. Симуляциялар ойынның нәтижесі мен команданың болжамдылығы туралы ең жақсы мәліметтерді ұсынып, өте пайдалы болып танылды.

Ғарыш шаттлының кері санауы

Кенеди ғарыш орталығында (KSC) симуляция ғарыш шаттлының инженерлерін симуляциялық ұшыруға кері санау операциялары кезінде оқыту және сертификаттау үшін пайдаланылды. Ғарыш шаттлының инженерлік тобы әрбір ұшу алдында толыққанды ұшыруға кері санау симуляциясына қатысты. Бұл симуляция – нақты адамдардың симуляцияланған ғарыш шаттлының құрылғысымен және Жердегі қолдау жабдығымен (GSE) өзара әрекеттесетін виртуалды орта. Шаттлдың соңғы кері санау фазасының симуляциясы, сондай-ақ S0044 деп белгілі, шаттл құрылғысы мен GSE жүйелерінің көптеген бөліктерін біріктіретін кері санау процестерін қамтыды. Симуляцияға енгізілген шаттл жүйелерінің арасында негізгі қозғалтқыш жүйесі, RS 25, қатты отынды ракеталық күшейткіштер, жердегі сұйық сутегі мен сұйық оттегі, сыртқы бак, ұшуды басқару, навигация және авиациялық электроника жатады. Шаттлдың соңғы кері санау фазасының симуляциясының негізгі мақсаттары: ұшыру орталығындағы соңғы кері санау фазасының операцияларын көрсету; жүйелік инженерлерді уақыт шектеулі жағдайда жүйелік мәселелерді анықтау, хабарлау және бағалау бойынша оқыту; ұшыру тобының уақыт шектеулі ортада мәселелерді бағалау, басымдық беру және үйлесімді түрде жауап беру қабілетін дамыту; соңғы кері санау фазасында орындалатын операциялардың ақаулықты іздеу/қайта жаңғырту сынақтарын жүргізу үшін процедураларды ұсыну. Шаттлдың соңғы кері санау фазасының симуляциясы Кенеди ғарыш орталығындағы Ұшыруды басқару орталығының ұшыру бөлмелерінде өтті. Симуляция кезінде қолданылған ұшыру бөлмесі – нақты ұшыруға кері санау операциялары жүзеге асырылатын бақылау бөлмесі. Осылайша, нақты ұшыруға кері санау операциялары үшін қолданылатын жабдықтар да пайдаланылды. Командалық-бақылау компьютерлері, қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз ету, инженерлік сызу және трендтерді талдау құралдары, ұшыруға кері санау процедурасының құжаттары, ұшыруға келісу критерийлерінің құжаттары, аппараттық талаптардың құжаттары және нақты ұшыруға кері санау операциялары кезінде инженерлік ұшыру тобы қолданатын кез келген басқа да материалдар симуляция кезінде қолданылды. Ғарыш шаттлының аппараттық құрылғысы мен оған байланысты GSE аппараттық құрылғысы математикалық модельдермен (Shuttle Ground Operations Simulator (SGOS) модельдеу тілінде жазылған) модельдендірілді, олар нақты аппараттық құрылғылар сияқты мінез-құлық танытады және реакция жасайды. Шаттлдың соңғы кері санау фазасының симуляциясы кезінде инженерлер басқару консольдерінде орындалатын нақты қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы аппаратты басқарды және бақылады – дәл осылай, олар нақты құрылғыға бұйрық бергендей. Дегенмен, бұл бағдарламалық қамтамасыз ету симуляция кезінде нақты шаттл аппараттық құрылғыларымен байланыс жасамады. Оның орнына, бағдарламалар көлік құралының және GSE аппараттық құрылғысының математикалық модельдік бейнелерімен өзара әрекеттеседі. Осының салдарынан, симуляция сезімтал және тіпті қауіпті механизмдерді айналып өтеді, сонымен қатар аппараттың қалай реакция жасайтынын көрсететін инженерлік өлшемдерді ұсынады. Бұл математикалық модельдер командалық-бақылау бағдарламалық қамтамасыз етуімен өзара әрекеттесетіндіктен, модельдер мен симуляциялар қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз етудің функционалдығын жөндеу және тексеру үшін де қолданылады.

Simulation was used at Kennedy Space Center (KSC) to train and certify Space Shuttle engineers during simulated launch countdown operations. The Space Shuttle engineering community would participate in a launch countdown integrated simulation before each Shuttle flight. This simulation is a virtual simulation where real people interact with simulated Space Shuttle vehicle and Ground Support Equipment (GSE) hardware. The Shuttle Final Countdown Phase Simulation, also known as S0044, involved countdown processes that would integrate many of the Space Shuttle vehicle and GSE systems. Some of the Shuttle systems integrated in the simulation are the main propulsion system, RS 25, solid rocket boosters, ground liquid hydrogen and liquid oxygen, external tank, flight controls, navigation, and avionics. The high level objectives of the Shuttle Final Countdown Phase Simulation are:
To demonstrate firing room final countdown phase operations. To provide training for system engineers in recognizing, reporting and evaluating system problems in a time critical environment. To exercise the launch team's ability to evaluate, prioritize and respond to problems in an integrated manner within a time critical environment. To provide procedures to be used in performing failure/recovery testing of the operations performed in the final countdown phase. The Shuttle Final Countdown Phase Simulation took place at the Kennedy Space Center Launch Control Center firing rooms. The firing room used during the simulation is the same control room where real launch countdown operations are executed. As a result, equipment used for real launch countdown operations is engaged. Command and control computers, application software, engineering plotting and trending tools, launch countdown procedure documents, launch commit criteria documents, hardware requirement documents, and any other items used by the engineering launch countdown teams during real launch countdown operations are used during the simulation. The Space Shuttle vehicle hardware and related GSE hardware is simulated by mathematical models (written in Shuttle Ground Operations Simulator (SGOS) modeling language) that behave and react like real hardware. During the Shuttle Final Countdown Phase Simulation, engineers command and control hardware via real application software executing in the control consoles – just as if they were commanding real vehicle hardware. However, these real software applications do not interface with real Shuttle hardware during simulations. Instead, the applications interface with mathematical model representations of the vehicle and GSE hardware. Consequently, the simulations bypass sensitive and even dangerous mechanisms while providing engineering measurements detailing how the hardware would have reacted. Since these math models interact with the command and control application software, models and simulations are also used to debug and verify the functionality of application software.

Спутниктік навигация

GNSS қабылдағыштарын (кәсіби саласында Sat Nav деп белгілі) сынаудың жалғыз дұрыс жолы – RF Constellation Simulator қолдану. Мысалы, ұшақта пайдаланылатын қабылдағышты нақты ұшуға шығармай, динамикалық жағдайларда сынауға болады. Сынақ шарттарын нақты қайталауға мүмкіндік бар, сондай-ақ барлық сынақ параметрлерін толық бақылауға болады. Мұндай мүмкіндік нақты сигналдарды қолдана отырып, "нақты әлемде" болмайды. Жаңа Galileo (спутниктік навигация) жүйесін қолданатын қабылдағыштарды сынау үшін басқа амал жоқ, себебі нақты сигналдар әлі дамытылмаған.

Ауа райы

Бұрынғы деректерді экстраполяциялау/интерполяциялау арқылы ауа райының жағдайын болжау – симуляцияның нақты қолданылуының бір мысалы. Көптеген ауа райы болжамдары осы ақпаратты, ауа райы бюролары жариялаған деректерді пайдаланады. Мұндай симуляциялар, мысалы, белсенді дауыл/циклонның жолын сияқты, қауіпті ауа райы жағдайларын болжауға және алдын ала ескертуге көмектеседі. Ауа райын сандық болжау болжам жасау үшін күрделі сандық компьютерлік модельдерді қолданады, бұл ауа райын көптеген факторларды ескере отырып дәл болжауға мүмкіндік береді.

Симуляциялық ойындар

Стратегиялық ойындар – дәстүрлі де, заманауи да – әскери және саяси лидерлерді даярлау үшін абстрактілі шешім қабылдауды модельдеу ретінде қарастырылуы мүмкін (мұндай дәстүрдің мысалы үшін Го тарихына, ал жақындағы мысал үшін Kriegsspiel-ге қараңыз). Көптеген бейне ойындар да түрлі симуляторлар болып табылады. Мұндай ойындар шындықтың әртүрлі салаларын – бизнестен, үкіметтен, құрылыстан, көлік құралдарын басқарудан (жоғарыда айтылғандай) – модельдей алады.