Mô phỏng máy tính là thuật ngữ liên quan đến việc sử dụng máy tính để biểu diễn các phản ứng động của một hệ thống bằng hành vi của một hệ thống khác được mô hình hóa sau nó. Mô phỏng sử dụng mô tả toán học hoặc mô hình của một hệ thống thực ở dạng chương trình máy tính. Mô hình này bao gồm các phương trình sao chép các mối quan hệ chức năng trong hệ thống thực. Khi chương trình được chạy, các kết quả toán học tạo thành một hoạt động tương tự của hệ thống thực, với kết quả được trình bày dưới dạng dữ liệu.

Công nghệ mô phỏng máy tính đã phát triển trong mối quan hệ chặt chẽ với cả ngành công nghiệp máy tính và các quy trình kỹ thuật. Liên quan đến các ngành công nghiệp sản xuất quy trình, mô phỏng thường được sử dụng như một công cụ để tăng năng lực sản xuất.

Sự phát triển của máy tính, ngôn ngữ lập trình hiện đại, các công cụ trực quan và đồ họa đã có tác động rất lớn đến sự phát triển của công nghệ mô phỏng.

Mô phỏng máy tính trong công nghiệp

Công nghệ mô phỏng máy tính cung cấp ngày nay thường cung cấp một loạt các tính năng:

• Một môi trường có cấu trúc độc đáo tạo điều kiện cho các mô hình có chức năng thiết lập hình học nhanh chóng
• Tự động tạo chi tiết, giao diện cửa sổ và menu bật lên
• Sử dụng dễ dàng và nhanh chóng, ít rủi ro lỗi hơn
• Các mẫu và mẫu xử lý vật liệu tích hợp
• Thiết kế sản phẩm được xác minh và thử nghiệm nhanh hơn, cung cấp các lựa chọn thay thế chế độ xem 3D
• Đồ họa 3D được tạo tự động khi người dùng nhập dữ liệu
• Kết quả mô phỏng có thể được xem ngay lập tức trong hoạt hình 3D

Công nghệ mô phỏng thời gian thực ngày nay được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau trong các lĩnh vực sản xuất, năng lượng và hệ thống điện, thiết bị công nghiệp, van, máy bơm, động cơ ô tô và máy bay. Những thách thức chính trong mô phỏng công nghiệp là tích hợp mô hình kỹ thuật số, giảm thời gian đưa ra thị trường, khả năng xử lý tính toán, hiệu quả năng lượng và giảm chi phí liên quan.

Ngành công nghiệp đang áp dụng mô phỏng với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết và kết nối nó với cái mà tôi gọi là phân tích dữ liệu cho những thứ như lập lịch trình và quản lý chuỗi cung ứng. Thay vì xây dựng một hệ thống nguyên mẫu thực sự, ngành công nghiệp nhận ra những cố gắng mô phỏng mọi thứ vì nó rẻ hơn và nhanh hơn.

Ví dụ: Mô phỏng giúp các nhà sản xuất ô tô thử nghiệm hầu hết các dòng xe mới của họ. Thay vì đâm hàng chục chiếc xe mới, các nhà nghiên cứu chạy mô phỏng để xem tất cả các tình huống có thể xảy ra với cả phương tiện và hành khách trong vô số vụ tai nạn. Những mô phỏng này xác định xem xe có đủ an toàn để lái hay không.

Mô phỏng máy tính trong kỹ thuật quân sự

Sự phát triển của đồ họa máy tính và các hệ thống trực quan hóa đã thay đổi điều này một cách đáng kể: Hình ảnh động trên máy tính giúp mọi người hình dung kết quả của tất cả các mô hình toán học đó một cách dễ tiếp cận. Đến những năm 1990, mô phỏng đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế kỹ thuật, hóa học, mô hình hóa các hồ chứa mỏ dầu, dự báo thời tiết và một loạt các lĩnh vực có cường độ tính toán cao khác.

Máy tính hiện đại và một thế hệ công cụ mô phỏng phần mềm có thể mang lại khả năng mô hình hóa và trực quan hóa mạnh mẽ. Chúng có thể giúp đẩy nhanh quá trình phát triển các thiết kế sản phẩm mới sang sản xuất số lượng lớn và có thể tạo điều kiện cải tiến quy trình liên tục.

Các tổ chức từ lâu đã sử dụng máy tính để mô phỏng thế giới vật chất. Một trong những động lực sớm nhất cho sự phát triển của máy tính kỹ thuật số là mong muốn tính toán những thứ như quỹ đạo đường đạn một cách nhanh chóng hoặc chạy các mô hình toán học để đẩy nhanh sự phát triển của các hệ thống vũ khí khác.

Lập kế hoạch hoạt động và thiết kế

Các kỹ sư sử dụng phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) để thiết kế những thứ như bố trí vật lý của hệ thống xử lý vật liệu. Nhưng sau đó, họ thường xây dựng hệ thống vật lý, thử nghiệm và sau đó tinh chỉnh. Bằng cách kết hợp mô phỏng, giờ đây họ có thể thực hiện tất cả các chức năng này mà không cần tốn chi phí xây dựng. Về cơ bản là không mất phí, họ có thể khám phá các lựa chọn thay thế, kiểm tra khả năng của bố cục ban đầu trong việc xử lý các tình huống hoặc nhu cầu khác nhau, và thực hiện sàng lọc trước khi đầu tư, triển khai. Điều này đẩy nhanh việc triển khai các quy trình sản xuất mới và thời gian đưa ra thị trường và giảm thiểu rủi ro.

Cải tiến quy trình

Mô hình mô phỏng cho phép thử nghiệm nhanh chóng với các quy trình và khi dữ liệu vận hành thực tế được thu thập và mô hình được tinh chỉnh, các kỹ sư nhà máy có thể thực hiện các thí nghiệm nhanh chóng để cải thiện quy trình mà không can thiệp vào sản xuất. Điều này có thể thúc đẩy quá trình cải thiện và loại bỏ chất thải nhanh hơn. Các mô hình cũng có thể được sử dụng để mô phỏng các hệ thống điều khiển và thử nghiệm các phương pháp tiếp cận mới trước khi triển khai thực tế.

Hợp tác thiết kế và sản xuất chặt chẽ hơn

Sử dụng mô hình mô phỏng, các nhà thiết kế sản phẩm làm việc trên các cụm sản phẩm phức tạp có thể nhanh chóng lặp lại trình tự lắp ráp với các đối tác sản xuất của họ, cải thiện khả năng sản xuất của các thiết kế của họ cũng như hiểu được ý nghĩa của các lựa chọn của họ. Cũng giống như việc chia sẻ các mô hình CAD, thông tin liên lạc được cải thiện giữa các nhà thiết kế và kỹ sư sản xuất, các mô hình mô phỏng quy trình cho phép họ cộng tác trong toàn bộ vòng đời sản phẩm, tăng cơ hội cho quá trình sản xuất nhanh hơn và xử lý linh hoạt và hiệu quả hơn.

Đào tạo

Mô hình mô phỏng có thể được sử dụng để đào tạo các thành viên mới trong nhóm và cung cấp cho họ một cái nhìn toàn cảnh về các hoạt động trước khi họ bắt đầu làm việc trên một dây chuyền. Điều này giúp họ thành thạo công việc mới một cách nhanh chóng.