Simülasyon Teknolojileri ve Paradigmaları

Anylogic, bir çok modelleme yaklaşınımı destekleyen ve çoklu modelleme tekniklerine izin veren bir simülasyon yazılımıdır. Çokludan kasıt, Anylogic’in hem Kesikli hem de Sürekli simülasyon teknikleri kullanarak, farlı farklı paradigmalarda modeller kurulabilmeye imkan tanımasıdır (Şekil 11).

Şekil 11. Simülasyon Teknolojileri - Paradigmaları

3.1.1. Simülasyon Teknolojileri (Teknikleri)

Simülasyon Teknolojileri, tüm simülasyon paradigmalarının temel mantığını oluşturan ve altında yatan olgudur. Bunlar;

Kesikli Olay Simülayonu (Discrete event simulation) :

Kesikli Olay Simülasyonlarında, sistemin durum değişkenleri anlık olarak değişmektedir. Đmalat ve lojistik simülasyon uygulamaları tamamen bu başlık altına girmektedir. Örnek olarak bir imalat modeli kurulurken, modelde her bir makinanın dolu-boş durumu, işlenecek malzeme geldiğinde dolu, işlem bittiğinde ise boş olarak anlık olarak değişecektir.

Sürekli Simülasyon (Continious Simulation) :

Sürekli simülasyon sistemin durum değişkenleri sürekli olarak değişir. Mesela boşalmakta olan bir tankın su seviyesi, reel bir değişken ile ifade edilebilir. Bir su tankının dolma ve boşalma sürecinin modellenmesi sürekli simülasyon çalışmasıdır. Sürekli simülasyonlar makina tasarımında, kimyasal reaksiyonların tasarımında, robot tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Anylogic’in içerdiği numeric simülasyon motoru, diferansiyel olarak tanımlanmış simülasyon modellerini yürütebilmektedir. 3.1.2. Simülasyon Paradigmaları

Yukarıda belirtilen Simülasyon Teknolojilerinin (Teknikleri) birini ya da her ikisini birden içeren çeşitli Simülasyon Paradigmaları aşağıda açıklanmaya çalışılmıştır.
Proses Bazlı (Odaklı) Simülasyon :

Proses Odaklı Simülasyon başta imalat, malzeme elleçleme (taşıma) ve lojistik alanlarında uzun yıllar kullanılan bir teknolojidir. Bu alanda faaliyet gösteren simülasyon yazılımları arasında; ProModel, Automod, Arena, emPlant, Quest, ShowFlow, Taylor, Simul VIII gibi yazılımlar yer almaktadır. Diğer simülasyon paradigmalarına kıyasla bu alanda bu denli yazılım paketinin olmasının sebebi, uygulama sahasında ki simülasyon ihtiyacının yüksek olmasından kaynaklanmaktadır.

Anylogic’in Enterprise kütüphanesi de, bu alanda kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Makina, konvoyör, assemble gibi bileşenleri içermektedir. Đstenildiğinde bu kaynaktan ilgili bileşenlerin kullanıcılar tarafından yararlanabiliyor olması; büyük bir zaman tasarrufunu ve kolaylığı da beraberinde getirmiştir.

Olay Bazlı Simülasyon :

Olay Bazlı Simülasyonda, sistemin durumunu değiştiren her bir olay kodlanmak süretiyle simülasyon modeli kurulur. SĐMULA ve MODSĐM III bu paradigma ile simülasyon modeli kurmaya imkan sağlayan ticari simülasyon yazılımlarıdır.

Bir kuyruk sistemini olay bazlı modellenmesi durumunda sistemin durum değişkenleri; o anda kuyrukta bekleyen müşteri sayısı ve hizmet verebilir konumda ki

memur sayısıdır. Sistemin durumunu değiştiren iki olay olarak, kuyruğa giriş yapılması ve memurun bir müşteriye hizmeti sonlandırmasıdır. Kodlama esnasında her bir olay ayrı ayrı kodlanmak sureti ile model oluşturulur.

Sistem Dinamiği (SD) :

Anylogic, SD de dahil olmak üzere bir çok modelleme yaklaşınımı desteklemektedir. SD nin özellikle sosyo-ekonomik, şehircilik gibi alanlarında çok yaygın kullanımları vardır. SD nin kendine ait stok ve flow diyagramlarından oluşan bir notasyonu olup; Anylogic de bu notasyonu desteklemektedir.

SD, aslında sürekli simülasyonların bir varyasyonudur. Teknoloji olarak aynı mekanizmaya sahiptir ancak uygulama sahası farklıdır. SD sistem düşüncesinden yola çıkarak, sosyo-ekonomik sistemlerde çalışma yapmak amacı ile geliştirilmiştir. Sosyo- ekonomik sistemin her bir faktörü bir sürekli değişken olarak ele almıştır. SD modelleme tekniği, sistem parametreleri ve bu parametrelerin birbirleri ile etkileşimi esasına dayanır. Bu parametrelerin birbirlerini pozitif veya negatif etkileyerek değişimi sağlarlar ve yer yer bu parametreler arasında geri beslemeler oluşur.

SD modelleme tekniğinde, model birikim (stock) ve akış (flow) tespit edilmesi gerekmektedir. Modelde bir değişken değerde birikim varsa o birikim iken, birikimlerin değerini değiştiren ise akıştır. Anylogic de yer alan birikim tipi değişkenler kullanılarak bu modeler SD modelleme yapılabilir.

Bunun dışında birde yardımcı değişken (auxiliaries) olarak tanınlanan birikim ve flow dışında değeri anlık değişen bir component daha bulunmaktadır. SD notasyonunda birikimler kare, flowlar valf ve auxiliariesler ise daire şeklinde gösterilirler.

Bu açıdan bakılırsa stocklar aynı zamanda modelin durum değişkenleridir. Akış ise durum değişkenleri arasındaki değişimin miktarıdır. SD modelleme sürekli bir modelleme tekniği olduğundan simülasyon başladığı anda birikimler, akış’a bağlı olarak sürekli azalır veya artar. Burdaki mantık ise simülasyon motoru her birim

zamanda ilerleme ile ilgili değişkenlerin değerini denklemler dahilinde güncellemesidir.

SD modellemede her bir stok için d(stok degiskeni), dt integralinde +inflow +inflow …..-outflow -outflow değerinin yazılması gerekmektedir. Bunun anlamı ise, zaten dx/dt demek olup; x değişeninin t zaman değişkenine göre türevidir (değişim miktarı). Buna göre girilen formül, stokların birim zamanda nasıl değiştiğini tanımlamaktadır.

Hibrid Simülasyon :

Çoğu gerçek hayat uygulamasında, bir çok model hem sürekli hemde kesikli bileşenler ihtiva eder. Mesela bir tüp dolum tesisinde gaz tankları sürekli bir component iken, tüpleri taşıyan forklift ekipmanları kesikli simülasyon bileşenleridir. Bunun gibi hem süreki hemde kesikli simülasyon model kompenentleri içeren simülasyon modelleri hibrid olarak adlandırılır.

Anylogic içinde makanizma olarak hem numeric, hemde even-scheduling simülasyon motorları vardır ve bu motorlar birbiri ile senkronize çalışırlar. Bu imkandan dolayı bir sürekli tank dolum ile üretim hattı modeli, Anylogic ile bir model altında modellenebilir.

Dinamik Simülasyon (DS) :

Dinamik simülasyon ile sürekli sistem modelleri kurulabilmektedir. Uygulama sahası olarak makine mühendisliği, kimya mühendisliği alanlarında en başta kullanılan simülasyon paradigmasıdır. Bu alanda Matlap, Simulink gibi simülasyon yazılımları hizmet vermektedir. Sistem Dinamiği ile Dinamik Simülasyon arasında teknoloji olarak bir fark yoktur, sadece farklı uygulama sahalarına odaklandıkları için farklı paradigmalardır.

Ajan Bazlı (AB) Simülasyon:

Ajan bazlı simülasyon metodolojisi, sistemi modellemekten ziyade; sistemi oluşturan birimlerin modellenmesi ve birimlerin kollektif davranışlarının sistemi yansıtması esasına dayanır.

AB modelleme sistemi yukardan aşağıya modellemek yerinde aşağıdan yukarı modellemek yolu ile bazı alanlarda çok daha etkin modelleme imkanı sağlamakta olup; ilerideki bölümlerde detaylı olarak anlatılacaktır.

Nesne Tabanlı Simülasyon :

Nesne tabanlı simülasyon, nesne yönelimli yazılım gelişmenin simülasyon sahasında yansımalarıdır. Bu yaklaşımda modeli oluşturan nesneler diğer nesnelerden türetilmek sureti ile modelleme yapılır. Örnek olarak bir makina taban modeli vardır. Diğer makina türleri bu makinadan türetilir. Bu şekilde model kurucunun her defasında yeniden makina modeli oluşturmasından ziyade bir simülasyon kütüphanesi oluşturması ve modelleme sürecinin hızlandırılması amaçlanmıştır. Bu alanda ilk simülasyon yazılımı SIMULA dır. Sonrasında ciddi bir ticari başarı elde eden ve akabinde piyasadan çekilen MODSĐM III gelmektedir.

Anylogic de aynı şekilde, nesne tabanlı simülasyon imkan sağlamaktadır. Her bir nesne portlar vasıtası ile diğer nesnelerle iletişim kurar. Mesela, DE yaklaşımı ile modellemeye imkan sağlayan konveyör, assemble, makina gibi nesneler tasarlanmış olup; bu nesneler tekrar tekrar kullanılabilmektedir.