Ứng dụng mô hình mô phỏng trong việc bố trí hợp lý số lao động trong dây

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung luận văn là do bản thân tôi tự sƣu tập, tổng hợp
và tìm hiểu, đề tài này chƣa đƣợc công bố trên bất kỳ tài liệu nào. Tôi hoàn toàn
chịu trách nhiệm về các nội dung trong luận văn.

1


LỜI NÓI ĐẦU
Trong ngành chế tạo máy nói chung và lĩnh vực công nghệ chế tạo máy nói riêng
khi thiết kế công nghệ chuẩn bị sản xuất, cần thiết phải xác định đến phƣơng pháp
tối ƣu hóa sản xuất. Tuy nhiên tối ƣu hóa toàn bộ quá trình sản xuất trong công
nghiệp là một bài toán rất lớn và chỉ có thể giải quyết đƣợc sau khi đã đƣợc tối ƣu
hóa các công đoạn trong sản xuất.
Đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô trong Viện Cơ Khí – Trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội cũng nhƣ của bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình
của thầy GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc và TS. Nguyễn Thành Nhân với sự nỗ lực của
bản thân, đến nay em đã hoàn thành đề tài: “Ứng dụng mô hình mô phỏng trong
việc bố trí hợp lý số lao động trong dây chuyền sản xuất tại phân xƣởng sản xuất”
Trong quá trình nghiên cứu, em đã hết sức hoàn thành bài luận văn nhƣng do
kiến thức và kinh nghiệm vẫn còn hạn chế nên còn có nhiều thiếu xót, em rất mong
nhận đƣợc sự chỉ bảo của các thầy cô để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và xin gửi lời cảm ơn đến thầy
GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc và TS. Nguyễn Thành Nhân đã hƣớng dẫn em hoàn thành
đề tài này.
Hà Nội, ngày 22 tháng 3 năm 2014

Học viên

Phan Văn Cảnh

2


DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
GPSS

General Purpose Simulation System

SIMPLE++

Simulation Production Logitics

SLAM

Simulaion Language for Alternative Modelling

TR

Timing Routine

GPSS

General Purpose Simulation System

SimPy

(Simulation in Python)

GPSS

Hệ thống mô phỏng, mục đích tổng quát

SLAMII

Ngôn ngữ mô phỏng cho mô hình thay thế.

AweSim

Một hệ thống mô phỏng hỗ trợ xây dựng mô hình.

ATRIB(I)

Thuộc tính I của đối tƣợng hiện tại

II

Biến thƣờng sử dụng nhƣ hằng số hoặc đối số

XX(I)

Vector chung hoặc hệ thống

ARRAY(I,J)

Ma trận chung hoặc hệ thống

TNOW

Biến lƣu thời gian

NNACT(I)

Các bƣớc trong nguyên công I tại thời điểm hiện tại

NNCN(I)

Số chi tiêt đã hoàn thành nguyên công I

NNQ(I)

Số chi tiết trong file I tại thời gian hiện tại

NNRSC(RLB)

Kiểm tra phôi RLBL

NRUSE(RLBL)

Phôi RLBL đang dƣợc gia công

ATRIB(I)

Thuộc tính I của đối tƣợng hiện tại

II

Biến thƣờng sử dụng nhƣ hằng số hoặc đối số

XX(I)

Vector chung hoặc hệ thống

3


MỤC LỤC
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MÔ HÌNH MÔ PHỎNG .................... 12
1.1. Sự cần thiết của kỹ thuật mô hình mô phỏng. ...........................................12
1.2. Vai trò của mô hình hóa hệ thống. ..............................................................13
1.2.1. Một số định nghĩa cơ bản. ........................................................................13
1.2.2. Hệ thống và mô hình hệ thống. ................................................................14
1.2.3. Vai trò của phƣơng pháp mô hình hóa hệ thống. .....................................15
1.3. Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống. ..............................................18
1.3.1. Khái niệm chung. .....................................................................................18
1.3.2. Đặc điểm của mô hình hệ thống. ..............................................................19
1.3.3. Phân loại mô hình hệ thống. .....................................................................20
1.3.4. Một số nguyên tắc khi xây dựng mô hình. ...............................................22
1.4. Phƣơng pháp mô phỏng. ..............................................................................23
1.4.1. Khái niệm chung về mô phỏng. ...............................................................23
1.4.2. Bản chất của phƣơng pháp mô phỏng. .....................................................24
1.4.3. Các bƣớc nghiên cứu mô phỏng. ..............................................................25
1.4.4. Các phƣơng pháp mô phỏng và phạm vi ứng dụng .................................27
CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG
SẢN XUẤT ................................................................................................................... 29
2.1. Khái niệm chung ...........................................................................................29
2.2. Những lợi ích của mô phỏng hệ thống sản xuất .........................................29
2.3. Phƣơng pháp xây dựng mô hình mô phỏng các sự kiện gián đoạn .........30
2.4. Dòng sự kiện đầu vào và thời gian phục vụ................................................33
2.4.1. Dòng sự kiện đầu vào ...............................................................................33

2.4.2. Thời gian phục vụ.....................................................................................33
4


2.4.3. Dòng sự kiện đầu vào Poatxông (Poisson Arrivals) ................................34
2.5. Thiết kế và phân tích thực nghiệm mô phỏng............................................34
2.6. Số lần chạy mô phỏng và chiều dài mô phỏng ..........................................35
2.7. Điều kiện khởi động (Starting Conditions) và ngừng mô phỏng
(Stopping Rules) ...................................................................................................35
2.8. Cách tạo dòng thời gian mô phỏng. ............................................................36
CHƢƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG (PHẦN MỀM) SLAMII VÀ
MÔI TRƢỜNG AWESIM ............................................................................................ 38
3.1. Tìm hiểu chung về các phần mềm mô phỏng. ............................................38
3.1.1. GPSS. .......................................................................................................39
3.1.2. SIMAN/ARENA. .....................................................................................39
3.1.3. SIMPY .....................................................................................................39
3.1.4. SIMCRIPT................................................................................................40
3.1.5. SIMULA ...................................................................................................40
3.1.6. SLAMII/Awesim. .....................................................................................41
3.2. Giới thiệu về AWESIM. ...............................................................................41
3.2.1. Tổng quan về AWESIM. ..........................................................................42
3.2.1.1. Hỗ trợ cho mô hình hóa VISUAL SLAM . ...........................................42
3.2.1.2. Hỗ trợ việc vẽ đồ thị và làm báo cáo. ....................................................42
3.2.1.3. Hỗ trợ xây dựng hoạt hình.....................................................................43
3.2.2. Gới thiệu cách sử dụng AWESIM............................................................43
3.2.3. Cửa sổ điều hành. .....................................................................................44
3.2.4. Các thanh tác vụ. ......................................................................................44
3.2.5. Quản lý dự (PROJECT). ..........................................................................45
3.2.6. Quản lý kịch bản (SCENARIO). ..............................................................45
3.2.7. Dao diện AWESIM. .................................................................................47

3.2.8. Mở dự án. .................................................................................................47
5


3.2.9. Xây dựng mạng. .......................................................................................47
3.2.10. Xây dựng lệnh điều khiển. .....................................................................51
3.3. Giới thiệu về hệ thống phần mềm SLAMII. ...............................................53
3.3.1. Các khái niệm cơ bản của SLAM II .........................................................54
3.3.1.1. Các biến cơ bản của SLAM II ...............................................................54
3.3.1.2. Các biến ngẫu nhiên cơ bản. .................................................................54
3.3.1.3. Các biến riêng của SLAM II .................................................................55
3.3.2. Các lệnh trong hệ thống SLAM II ............................................................56
3.3.2.4. Giới thiệu các yếu tố mạng cơ bản. .......................................................66
3.3.2.5. Nút CREATE. .......................................................................................67
3.3.2.6. Nút QUEUE ..........................................................................................69
3.3.2.7. Nút TERMINATE. ................................................................................71
3.3.2.8. Nút ASSIGN..........................................................................................72
3.3.2.9. Các hoạt động. .......................................................................................73
3.3.2.10. Nút GOON. .........................................................................................77
3.3.2.11. Nút COLCT. ........................................................................................78
3.3.2.12. Trạng thái điều khiển...........................................................................80
3.3.3. Mô phỏng mạng........................................................................................82
3.3.3.1. Giới thiệu. ..............................................................................................82
3.3.2.2. Nút RESOURCE BLOCK. ...................................................................83
3.3.3.3. Nút AWAIT. ..........................................................................................85
3.3.3.4. Nút FREE. .............................................................................................88
3.3.3.5. Nút PREEMPT. .....................................................................................90
3.3.3.6. Nút ALTER. ..........................................................................................93
3.3.3.7. Nút GATE BLOCK. ..............................................................................94
3.3.3.8. Nút OPEN..............................................................................................95

3.3.3.9. Nút CLOSE. ..........................................................................................95

6


CHƢƠNGIV: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG VIỆC BỐ TRÍ
HỢP LÝ SỐ LAO ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TẠI PHÂN
XƢỞNG SẢN XUẤT .................................................................................................... 96
4.1. Yêu cầu của bài toán.....................................................................................96
4.2. Quy trình gắn linh kiện điện tử của sản phẩm ..........................................97
4.3. Các công đoạn hoạt động của dây chuyền. .................................................98
4.4. Các giả thiết. ..................................................................................................98
4.5. Mô hình của hệ thống. ..................................................................................99
4.5.1. Thu thập dữ liệu. ....................................................................................100
4.5.2. Tính toán số lần chạy cần thiết. ..............................................................101
4.5.3. Kết quả thu đƣợc. ...................................................................................102
4.5.4. Thiết kế kịch bản. ...................................................................................104
4.5.5. Kết quả. ..................................................................................................107
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 109
1. Các kết quả đạt đƣợc của đề tài ...................................................................109
2. Hƣớng kiến nghị.............................................................................................109
TÓM TẮT LUẬN VĂN .............................................................................................. 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 112
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 113
Phụ lục 1: Kết quả của 5 lần chạy ....................................................................113
Phụ lục 2: Kết quả trạng thái hiện tại hệ thống: ............................................116
Phụ lục 3: Kết quả với kịch bản mới................................................................118

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. ..................................................14
Hình 1.2. Sơ Đồ Phân Loại Mô Hình. ......................................................................21
Hình 1.3. Quá trình nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng ...............................25
Hình 2.3. Các nhiệm vụ của phương trình mô phỏng ..............................................31
Hình 2.4. Sơ đồ Logic của mô hình mô phỏng các sự kiện gián đoạn .....................31
Hình 2.5. Cách biểu diễn thời gian sự kiện ..............................................................37
Hình 2.6. Cách biểu diễn thời gian cố định .............................................................37
Hình 3.1. Cửa sổ điều hành cung cấp truy cập tới AweSim.....................................44
Hình 3.2. Cửa sổ công tác của AweSim. ..................................................................47
Hình 3.3. Hình ảnh một mô hình mạng ....................................................................48
Hình 3.4. Một biểu tượng mạng định nghĩa. ...........................................................49
Hình 3.5. Sơ đồ công việc của trạm sửa chữa.........................................................59
Hình 3.6. SlamII mạng của phân xưởng bảo dưỡng. ..............................................62
Hình 4.1. Sơ đồ khối dây chuyền gắn linh kiện điện tử. ...........................................96
Hình 4.2. Sơ đồ chung dây chuyền gắn linh kiện điện tử. ........................................97
Hình 4.3. Mô hình hoạt cảnh dây chuyền gắn linh kiện điện tử. .............................97
Hình 4.4. Mô hình hóa bước 1 của quá trình sản xuất. .........................................100
Hình 4.5. Chiều dài hàng đợi trung bình. ..............................................................102
Hình 4.6. Thời gian đợi trung bình trong hang. .....................................................102
Hình 4.7. Mức độ sử dụng nguồn trung bình. ........................................................102
Hình 4.8. Biểu đồ năng suất với các kịch bản với số lượng tay máy khác nhau (1÷5
máy). ........................................................................................................................107
Hình 4.9. Biểu đồ năng suất với các kịch bản khác nhau về số lượng công nhân
kiểm tra (1÷7 công nhân) ........................................................................................107
Hình 4.10. Biểu đồ so sánh kịch bản hiện tại và kịch bản mới ..............................108

8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1. Trạng thái hệ thống của dây chuyền lắp linh kiện điện tử. ....................103
Bảng 4.2. Kịch bản với số lượng tay máy khác nhau (1-5) ....................................104
Bảng 4.3. Kịch bản với số lượng máy in kem hàn khác nhau (1-4). ......................105
Bảng 4.4. Kịch bản với số lượng máy gắn linh kiện khác nhau (1-5). ...................106
Bảng 4.5. Kịch bản với số lượng công nhân mới ...................................................106

9


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Ứng dụng mô hình mô phỏng trong việc bố trí hợp lý số lao động trong dây
chuyền sản xuất tại phân xưởng sản xuất.
Tác giả luận văn:

Phan Văn Cảnh

Khóa: 2012B

Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc
Nội dung tóm tắt:
1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay việc áp dụng kỹ thuật vào trong sản xuất đóng vai trò quan trọng trong
việc nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất. Những kỹ thuật có ứng dụng công
nghệ thông tin mang lại hiệu quả cao, độ chính xác, tin cậy, đƣa đƣợc các kết quả
trƣớc khi sản xuất. Để tiếp cận và ứng dụng công nghệ mới, tối ƣu hóa dự án và
giảm chi phí của các dự án thì việc áp dụng máy tính cho quá trình mô hình mô
phỏng có ý nghĩa to lớn. Mô hình hoá và mô phỏng là một phƣơng pháp nghiên cứu

khoa học đƣợc ứng dụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành
các hệ thống. Ngày nay nhờ sự trợ giúp của máy tính có tốc độ tính toán cao và bộ
nhớ lớn mà phƣơng pháp mô hình hoá đƣợc phát triển mạnh mẽ, mang lại hiệu quả
to lớn trong việc nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất. Ngoài ra việc đánh giá
sử dụng có hiệu quả các thiết bị trong dây chuyền sản xuất và có vai trò quyết định
đến năng suất, tiết kiệm chi phí lớn. Do đó việc phân tích đánh giá dây chuyền sản
xuất bằng phƣơng pháp mô hình mô phỏng có tính thực tiễn cao mang lại nhiều hiệu
quả trong quản lý và sử dụng các trang thiết bị.
2. Lịch sử nghiên cứu
Quá trình thực hiện mô hình mô phỏng trên thế giới đã đƣợc sử dụng từ rất lâu,
đi cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì mô hình mô phỏng ngày càng
phát triển. Tại Việt Nam việc ứng dụng mô hình mô phỏng còn chƣa nhiều vì vậy
chƣa đƣợc nhiều nhà quản lý quan tâm
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu về lý thuyết mô hình hoá và mô phỏng hệ thống trên máy tính:
10


-

Vai trò của mô hình hoá hệ thống.

-

Khái niệm cơ bản về mô hình hoá hệ thống.

-

Phƣơng pháp mô phỏng.

-

Mô phỏng các hệ thống sản xuất.

-

Thu thập và phân tích dữ liệu đầu vào.

-

Xử lý và phân tích các dữ liệu đầu ra của mô phỏng.
Nghiên cứu các ngôn ngữ mô phỏng đang đƣợc sử dụng, tìm hiểu cách xây

dựng mô hình, lập mạng, phân tích kết quả mô phỏng.
Triển khai ứng dụng mô hình mô phỏng vào một dây chuyền sản xuất tự
động trong giai đoạn dự án để có thể sử dụng hợp lý thiết bị trong dây chuyền.
4. Tóm tắt các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả.
Luận văn đã tìm hiểu những vấn đề liên quan đến kỹ thuật mô hình mô phỏng và
đƣa ra một số ứng dụng cụ thể của mô hình mô phỏng.
Giới thiệu đƣợc các ngôn ngữ mô phỏng đang đƣợc sử dụng. Trình bày cách xây
dựng một dự án mô phỏng và giới thiệu đƣợc cách sử dụng cơ bản của phần mềm
trên phần mềm SLAM II giao diện AweSim.
Ứng dụng sử dụng phần mềm để tiến hành mô phỏng một bài toán cụ thể. Đƣa ra
đánh giá cơ bản về phân xƣởng sản xuất linh kiện điện tử đƣợc mô phỏng. Xây dựng
dự án và tiến hành so sánh với dự án ban đầu để đƣa ra các giải pháp hợp lý cho quá
trình sản xuất.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu các giáo trinh, tài liệu, các bài báo, thông tin trên mạng Internet về
lý thuyết mô phỏng của những tác giả trong và ngoài nƣớc…chọn lọc và sắp xếp lại
theo ý tƣởng của mình.

Tìm hiểu phần mềm SLAM II giao diện AweSim trong xây dựng mô hình
phân tích và mô phỏng hệ thống.
Nghiên cứu, ứng dụng mô hình mô phỏng vào dây chuyền sản xuất để đánh
giá việc sử dụng nhân công lao động và các thiết bị trong dây chuyền.

11


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
1.1. Sự cần thiết của kỹ thuật mô hình mô phỏng.
Ngày nay hầu hết tất cả các lĩnh vực hoạt động của con ngƣời đều sử
dụng phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng ở những mức độ khác nhau. Điều này
đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹ thuật và xã hội, bởi
vì điều khiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống, nhận dạng hệ thống
theo mô hình nào đó và đƣa ra quyết định thích hợp để điều khiển hệ thống. Quá
trình này đƣợc tiếp diễn liên tục nhằm đƣa hệ thống vận hành theo một mục tiêu
định trƣớc.
Quá trình phát triển khoa học kỹ thuật đi theo các bƣớc cơ bản sau đây: Quan sát
- thu thập dữ liệu - nghiên cứu lý thuyết - thực nghiệm - tổ chức sản xuất. Mô hình
hóa là một phƣơng pháp khoa học trợ giúp cho các bƣớc nói trên.
Nhờ có máy tính điện tử mà phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng phát triển
nhanh chóng và đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng nhƣ khoa
học xã hội khác nhau. Nhờ có phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng ta có thể
phân tích, nghiên cứu các hệ thống phức tạp, xác định các đặc tính, hành vi hoạt
động của các hệ thống. Các kết quả mô phỏng đƣợc dùng để thiết kế, chế tạo cũng
nhƣ xác định chế độ vận hành của hệ thống. Nhờ có phƣơng pháp mô hình hóa và
mô phỏng mà có thể đƣa ra nhiều kịch bản khác nhau để từ đó lựa chọn phƣơng án
tối ƣu.
Mô hình mô phỏng có thể đƣợc ứng dụng theo 4 loại sau:
-

Thiết bị giải trình để xác định hệ thống hoặc vấn đề.

-

Phân tích để xác định các yếu tố, thành phần và các sự kiện liên quan đến hệ

thống.
-

Giám định thiết kế tổng hợp và đánh giá các giải pháp đƣợc đề xuất.

-

Dự báo và hỗ trợ trong việc lập kế hoạch phát triển trong tƣơng lai.
12


1.2. Vai trò của mô hình hóa hệ thống.
1.2.1. Một số định nghĩa cơ bản.
-

Đối tƣợng (object) là sự vật, sự kiện mà hoạt động của con ngƣời có liên

quan tới và cần nghiên cứu nó.
-

Hệ thống (system) là tập hợp các đối tƣợng, sự kiện (con ngƣời, máy móc)

mà giữa chúng có mối quan hệ nhất định. Định nghĩa này có thể mở rộng hơn tùy

thuộc và mục đích nghiên cứu và hệ thống cụ thể.
-

Trạng thái của hệ thống (state of system) là tập hợp các biến số, tham số

dùng để mô tả hệ thống tại một thời điểm và điều kiện nhất định.
-

Mô hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tƣợng hoặc hệ thống. Con ngƣời

dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra các quy luật hoạt động của
đối tƣợng hay hệ thống. Hay nói một cách khác mô hình là đối tƣợng thay thế của
đối tƣợng gốc ( đối tƣợng thực tế) dùng để nghiên cứ về đối tƣợng gốc.
-

Mô hình hóa (Modeling) là thay thế đối tƣợng gốc bằng một mô hình để

nhằm thu nhận các thông tin về đối tƣợng bằng cách tiến hành các thực nghiệm, tính
toán trên mô hình. Lý thuyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình để hiểu biết
về đối tƣợng gốc gọi là lý thuyết mô hình hóa. Mô hình hóa là một phƣơng pháp
khoa học để nghiên cứu đối tƣợng. Nếu nhƣ các quá trình xảy ra trong mô hình
đồng nhất - theo các chỉ tiêu định trƣớc - với các quá trình xảy ra trong đối tƣợng
gốc thì ta nói rằng mô hình đồng nhất với đối tƣợng. Lúc này có thể tiến hành các
thực nghiệm trên mô hình để thu nhận các thông tin về đối tƣợng.
-

Mô phỏng ( Simulation, Imitation) là phƣơng pháp mô hình hóa dựa trên việc

xây dựng mô hình số và dùng phƣơng pháp số để tìm các lời giải. Chính vì vậy, máy
tính số là công cụ duy nhất và hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng hệ thống.

Lý thuyết cũng nhƣ thực nghiệm đã chứng minh rằng chúng ta chỉ có thể xây
dựng đƣợc các mô hình gần đúng với đối tƣợng mà thôi, vì trong quá trình mô hình
hóa bao giờ cũng phải chấp nhận một số giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp của
13


mô hình, để mô hình có thể ứng dụng thuận tiện trong thực tế. Mặc dù vậy mô hình
hóa luôn là phƣơng pháp hữu hiệu để con ngƣời nghiên cứu đối tƣợng , nhận biết
các quá trình, các quy luật tự nhiên. Ngày nay nhờ có sự hỗ trợ của kỹ thuật máy
tính, kỹ thuật tin học, đã phát triển các phƣơng pháp mô hình hóa cho phép xây
dựng các mô hình ngày càng gần với đối tƣợng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhập
lựa chọn xử lý các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác.
Chính vì vậy, mô hình hóa là một phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần nghiên
cứu và ứng dụng vào thực tiễn.
1.2.2. Hệ thống và mô hình hệ thống.
Đầu tiên chúng ta xem xét một số ví dụ về các hệ thống tƣơng đối đơn giản.
Hình 1.1 trình bày hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. Hệ thống sản xuất gồm
nhiều hệ con chức năng nhƣ: cung cấp vật tƣ, năng lƣợng, gia công, chế biến, lắp
ráp hoàn thiện sản phẩm; phân phối tiêu thụ. Điều khiển quá trình sản xuất là trung
tâm điều khiển . Đầu vào của hệ thống là đơn đặt hàng của khách hàng, đầu ra của
hệ thống là sản phẩm cuối cùng.

Hình 1.1. Hệ thống điều khiển quá trình sản xuất.
Từ hình 1.1. Hệ thống có nhiều phần tử thƣờng đƣợc gọi là các thực thể, mỗi
thực thể có các thuộc tính của nó. Một quá trình gây ra thay đổi trong hệ thống đƣợc
gọi là một hoạt động. Một tác động làm thay đổi trạng thái của hệ thống đƣợc gọi là
một sự kiện. Tập hợp các biến phản ánh trạng thái của hệ thống tại một thời điểm
đƣợc gọi là biến trạng thái.
14

Có hai con đƣờng để nghiên cứu hệ thống: Nghiên cứu trên hệ thực và nghiên
cứu trên mô hình thay thế của nó. Rõ ràng rằng nghien cứu trên hệ thực cho ta kết
quả trung thực và khách quan. Tuy nhiên trong nhiều trƣờng hợp tiến hành nghiên
cứu trên hệ thực gặp nhiều khó khăn nhƣ sẽ đƣợc trình bày dƣới đây, do đó phƣơng
pháp tốt nhất và thuận tiện nhất là nghiên cứu trên mô hình của nó. Chính vì vậy
phƣơng pháp mô hình hóa rất đƣợc chú ý nghiên cứu và phát triên và phƣơng pháp
này đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển khoa học và kỹ thuật.
1.2.3. Vai trò của phƣơng pháp mô hình hóa hệ thống.
Trƣớc đây phƣơng pháp giải tích đƣợc dùng để mô hình hóa hệ thống. Tuy máy
tính đã giúp cho việc tính toán đƣợc thuận lợi nhƣ tăng khối lƣợng tính toán, giảm
thời gian tính… nhƣng bản thân phƣơng pháp giải tích gặp nhiều khó khăn khi mô
tả hệ thống nhƣ thƣờng phải chấp nhận nhiều giả thiết đơn giản hóa mô hình, do đó
các kết quả nghiên cứu có độ chính xác không cao.
Ngày nay bên cạnh phƣơng pháp giải tích, phƣơng pháp mô phỏng đƣợc phát
triển mạnh mẽ và ứng dụng rất rộng rãi. Các mô hình đƣợc xây dựng dựa trên
phƣơng pháp mô phỏng đƣợc gọi là mô hình mô phỏng hay còn gọi là mô hình số.
Phƣơng pháp mô phỏng cho phép đƣa vào mô hình nhiều yếu tố gần sát với thực tế.
Đồng thời mô hình đƣợc giải trên các máy tính có tốc độ tính nhanh, dung lƣợng
lớn, do đó các kết quả thu đƣợc có độ chính xác cao.
Vì vậy phƣơng pháp mô phỏng đã tạo điều kiện để giải các bài toán phức tạp
nhƣ bài toán mô hình hóa các hệ thống lớn, hệ thống ngẫu nhiên, phi tuyến có các
thông số biến thiên theo thời gian.
Phƣơng pháp mô phỏng đặc biệt phát huy hiệu quả khi cần mô hình hóa các hệ
thống lớn mà đặc điểm cơ bản của nó là có cấu trúc phân cấp, cấu trúc hệ con, giữa
các hệ con và trung tâm điều khiển có sự trao đổi thông tin với nhau. Phƣơng pháp
mô phỏng hữu hiệu khi mô hình hóa các hệ thống có các yếu tố ngẫu nhiên, có
thông tin không đầy đủ, các thông tin sẽ đƣợc bổ sung trong quá trình mô phỏng,
trong quá trình trao đổi thông tin giữa ngƣời điều khiển với đối tƣợng.
15

Phƣơng pháp mô phỏng đƣợc ứng dụng để mô hình hóa trong nhiều lĩnh vực
khác nhau nhƣ: kỹ thuật, kinh tế, xã hội, sinh học, đặc biệt là các hệ thống lớn, phức
tạp, có nhiều yếu tố ngẫu nhiên tác động.
Ở giai đoạn thiết kế hệ thống, mô hình hóa giúp ngƣời thiết kế lựa chọn cấu trúc,
các thông số của hệ thống để tổng hợp hệ thống. Ở giai đoạn chế tạo, mô hình hóa
giúp cho việc lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo. Ở giai đoạn vận hành hệ
thống, mô hình hóa giúp cho ngƣời điều khiển giải các bài toán điều khiển tối ƣu, dự
đoán các trạng thái của hệ thống. Đặc biệt trong trƣờng hợp kết hợp hệ chuyên gia
với mô hình hóa có thể giải đƣợc nhiều bài toán điều khiển, tiết kiệm đƣợc thời gian
cũng nhƣ chi phí về vật chất và tài chính. Phƣơng pháp mô hình hóa thƣờng đƣợc
dùng trong các trƣờng hợp sau:
1. Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp khó khăn do nhiều nguyên nhân gây ra
như.
-

Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt.

-

Nghiên cứu trên hệ thống thực ảnh hƣởng đến sản xuất hoặc gây nguy hiểm

cho ngƣời và thiết bị thực.
-

Trong một số trƣờng hợp không cho phép thực nghiệm trên hệ thống.

-

Trong một số trƣờng hợp không cho phép thực nghiệm trên hệ thống.

2. Phương pháp mô hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy của hệ thống.
Khi thay đổi tham số hoặc cấu trúc của hệ thống cũng nhƣ đánh giá phản ứng
của hệ thống khi thay đổi tín hiệu điều khiển. Những số liệu này để thiết kế hệ thống
hoặc lựa chọn thông số tối ƣu để vận hành hệ thống.
3. Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống ngay cả khi chưa có
hệ thống thực.
Trong trƣờng hợp chƣa có hệ thống thực nghiệm thì nghiên cứu trên mô hình là
biện pháp duy nhất để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống, lựa chọn cấu trúc
và các thông số tối ƣu của hệ thống…
16


Ví dụ: Trƣớc khi xây dựng nhà máy thủy điện lớn phải dùng phƣơng pháp mô
hình hóa để nghiên cứu, lựa chọn kết cấu và thông số kỹ thuật đập chính của nhà
máy.
Ngày nay nhờ có những tiến bộ vƣợt bậc của kỹ thuật máy tính và công nghệ
thông tin mà phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng phát triển lên một mức cao và
đi theo một số hƣớng sau đây:
+ Mô phỏng các hệ thống lớn phức tạp, đặc biệt là các hệ phi tuyến, ngẫu nhiên.
Ứng dụng kỹ thuật đồ họa 3 chiều, kỹ thuật tạo hình ảnh động để xây dựng những
chƣơng trình mô phỏng sinh động, trực quan rất thuận tiện cho việc nghiên cứu và
hiển thị các kết quả mô phỏng.
+ Mô phỏng các hệ thống sản xuất nhƣ quy hoạch nguồn nhân lực sản xuất, lập
kế hoạch sản xuất, quản lý kho…
+ Mô phỏng các hệ thống dịch vụ nhƣ trạm sửa chữa ô tô, phòng khám bệnh,
nhà hàng, siêu thị…
+ Mô phỏng các hệ thống trò chơi đƣợc ứng dụng giải trí, quân sự, kinh doanh…
+ Mô phỏng các hệ thống đào tạo nhƣ phòng thí nghiệm ảo, lớp học điện tử ,

phòng đào tạo lái xe ô tô, máy bay, tàu thủy, huấn luyện vận hành các hệ thống kỹ
thuật phức tạp,…
Nhìn chung mô hình hóa và mô phỏng ngày càng phát triển không những lĩnh
vực khoa học kỹ thuật mà còn đƣợc ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực khác
nhau nhƣ kinh tế, xã hội, quân sự, y tế, giáo dục, kinh doanh, giải trí…

17


1.3. Khái niệm cơ bản về mô hình hóa hệ thống.
1.3.1. Khái niệm chung.
Ngày nay phƣơng pháp tiếp cận hệ thống để phân tích và tổng hợp các hệ thống
lớn. Khác với phƣơng pháp truyền thống trƣớc đây khi đi từ phần tử đến hệ thống,
phƣơng pháp tiếp cận hệ thống đi từ phân tích chung toàn hệ thống đến cấu tạo từng
phần tử, đi từ xác định mục tiêu hệ thống đến chức năng nhiệm vụ từng phần tử cụ
thể, xác định mục tiêu hệ thống đến chức năng nhiệm vụ từng thành phần tử, đi từ
xác định mục tiêu hệ thống đến chức năng nhiệm vụ từng phần tử cụ thể, xác định
mối tƣơng quan giữa các phần tử trong hệ thống, giữa hệ thống đang xét với các hệ
thống khác và với môi trƣờng xung quanh. Ta định nghĩa hệ thống S là tập hợp các
phần tử có quan hệ với nhau, đó chính là đối tƣợng cần nghiên cứu. Môi trƣờng
xung quanh E là tập hợp các thực thể ngoài hệ thống, có tác động qua lại với hệ
thống. Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà xác định hệ thống S và môi trƣờng E
tƣơng ứng.
Khi tiến hành mô hình hóa quan trọng là xác định mục tiêu mô hình hóa, trên cơ
sở đó xác định hệ thống S, môi trƣờng E và mô hình M. Bƣớc tiếp theo là xác định
cấu trúc của hệ thống phức tạp là các phần tử và quan hệ giữa chúng trong hệ thống.
Cấu trúc của hệ thống có thể đƣợc xem xét trên hai phƣơng diện: Từ phía ngoài
và từ phía trong. Từ phía ngoài tức là xem xét các phần tử cấu tạo thành hệ thống và
mối quan hệ giữa chúng, hay nói cách khác đó là phƣơng pháp tiếp cận cấu trúc. Từ
phía trong, tức là phân tích đặc tính chức năng của các phần tử cho phép hệ thống

đạt tới mục tiêu đã định, hay nói một cách khác đó là phƣơng pháp tiếp cận chức
năng.
Khi xem xét sự vận động của hệ thống theo thời gian S(t), có nghĩa là hệ thống
chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác trong không gian trạng thái Z, ta quan
tâm đến chức năng hoạt động cuả hệ thống. Để đánh giá chức năng của hệ thống
phải xác định các chỉ tiêu đánh giá, hoặc là tập hợp các chi tiêu riêng, hoặc là chỉ
tiêu tổng hợp cho toàn hệ thống.
18


Tiếp cận hệ thống cho phép chúng ta xây dựng mô hình hệ thống lớn có tính đến
yếu tố tác động trong nội bộ hệ thống S cũng nhƣ hệ thống với môi trƣờng E.
Có thể chia quá trình mô hình hóa ra làm hai giai đoạn: giai đoạn thiết kế tổng
thể và giai đoạn thiết kế cụ thể, trên cơ sở các dữ liệu của hệ thống thực S và của
môi trƣờng E, xây dựng mô hình hệ thống và mô hình môi trƣờng thỏa mãn các chỉ
tiêu đánh giá định trƣớc. Còn trong giai đoạn thiết kế cụ thể, trên cơ sở mô hình đã
đƣợc lựa chọn ta xác định các điều kiện ràng buộc, xây dựng các chƣơng trình mô
phỏng trên máy tính và thực hiện việc mô phỏng để tìm các đặc tính kinh tế kỹ thuật
của hệ thống thực.
1.3.2. Đặc điểm của mô hình hệ thống.
Cùng với sự phát triển của phƣơng pháp lý thuyết, các phƣơng pháp thực nghiệm
để nghiên cứu, phân tích và tổng hợp hệ thống ngày càng đƣợc hoàn thiện. Đối với
một hệ thống thực có hai phƣơng pháp cơ bản để nghiên cứu thực nghiệm, nghiên
cứu trên hệ thực và nghiên cứu trên mô hình của nó. Nghiên cứu thực nghiệm trên
hệ thực cho ta các số liệu khách quan hơn.
Trong đó ta phải giải quyết vấn đề lấy mẫu thống kê, ƣớc lƣợng tham số, phân
tích và xử lý dữ liệu… Tuy nhiên việc nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thực trong
nhiều trƣờng hợp gặp khó khăn nhƣ đã đƣợc trình bày, trong trƣờng hợp này nghiên
cứu thực nghiệm trên các mô hình là phƣơng pháp có nhiều triển vọng.
Nhìn chung các đối tƣợng thực có cấu trúc phức tạp và thuộc loại hệ thống lớn vì

vậy mô hình của chúng cũng đƣợc liệt kê vào các hệ thống lớn và có những đặc
điểm cơ bản:
a. Tính mục tiêu : Tùy theo yêu cầu nghiên cứu có thể mô hình chỉ có một mục
tiêu là để nghiên cứu một nhiệm vụ cụ thể nào đó, hoặc mô hình đa mục tiêu nhằm
khảo sát một số chức năng, đặc tính của đối tƣợng thực tế.

19


b. Độ phức tạp: Độ phức tạp thể hiện ở cấu trúc phân cấp của mô hình, các mối
quan hệ qua lại giữa các hệ thống con với nhau và giữa hệ thống S với môi trƣờng
E.
c. Hành vi của mô hình: Hành vi của mô hình là con đƣờng để mô hình đạt
đƣợc mục tiêu đề ra. Tùy thuộc có yếu tố ngẫu nhiên tác động vào hệ thống hay
không mà ta có mô hình tiền định hoặc ngẫu nhiên. Theo hành vi của hệ thống có
thể phân ra mô hình liên tục hoặc gián đoạn. Nghiên cứu hành vi của mô hình để
biết đƣợc xu hƣớng vận động của đối tƣợng thực.
d. Tính thích nghi: Tính thích nghi là đặc tính của hệ thống có tổ chức cấp cao,
hệ thống có thể thích nghi với sự thay đổi của các tác động vào hệ thống. Tính thích
nghi của mô hình thể hiện ở khả năng giữ ổn định của mô hình khi các tác động đó
thay đổi.
e. Tính điều khiển được: Ngày nay nhiều phƣơng pháp tự động hóa đã đƣợc
ứng dụng trong mô hình hóa hệ thống. Sử dụng các phƣơng pháp lập trình có thể
điều khiển mô hình theo mục tiêu định trƣớc, thực hiện khả năng đối thoại giữa
ngƣời với mô hình để thu nhận thông tin và đƣa ra quyết định điều khiển.
f. Khả năng phát triển của mô hình: Khi tiến hành mô hình hóa hệ thống bao
giờ cũng xuất hiện bài toán nghiên cứu sự phát triển của hệ thống trong tƣơng lai. Vì
vậy mô hình phải có khả năng mở rộng, thu nạp thêm các hệ con, thay đổi cấu trúc
để phù hợp với sự phát triển của hệ thống thực.
g. Độ tin cậy- độ chính xác: Mô hình hóa là thay thế đối tƣợng thực bằng mô

hình của nó để thuận tiện cho việc nghiên cứu. Vì vậy mô hình phải phản ánh trung
thực các hiện tƣợng xảy ra trong đối tƣợng. Các kết quả thực nghiệm trên mô hình
phải có độ chính xác, độ tin cậy thỏa mãn yêu cầu đề ra.
1.3.3. Phân loại mô hình hệ thống.
Có thể căn cứ vào nhiều dấu hiệu khác nhau để phân loại mô hình. Có thể liệt kê
từng cặp mô hình nhƣ sau:
20


Tuy nghiên, mô hình đƣợc chia làm hai nhóm chính: mô hình vật lý và mô hình
toán học hay còn gọi là mô hình trừu tƣợng. Từ hai nhóm đó lạ có thể chia ra thành
cách loại mô hình cụ thể hơn.
Mô hình hệ thống

Mô hình vật lý

Mô hình thu nhỏ

Mô hình tƣơng tự

Mô hình toán học

Mô hình giải tích

Mô hình số

Mô hình mô phỏng

Hình 1.2. Sơ Đồ Phân Loại Mô Hình.
Mô hình vật lý là mô hình đƣợc cấu tạo bởi các phần tử vật lý. Các thuộc tính

của đối tƣợng đƣợc phản ánh bằng các định luật vật lý xảy ra trong mô hình. Nhóm
mô hình vật lý đƣợc chia thành mô hình thu nhỏ và mô hình tƣơng tự.
Mô hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống nhƣ đối tƣợng thực nhƣng có kích thƣớc
nhỏ cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm. Ví dụ cụ thể để chế tạo lò hơi
của nhà máy nhiệt điện có kích thƣớc nhỏ đặt trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu
quá trình cháy trong lò hơi, hoặc xây dựng mô hình đập thủy điện có kích thƣớc nhỏ
trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu các chế độ thủy văn của đập thủy điện. Ƣu
điểm của loại mô hình này là các quá trình vật lý xảy ra trong mô hình giống trong
đối tƣợng thực, có thể đo lƣờng quan sát các đại lƣợng vật lý một cách trực quan với
độ chính xác cao. Nhƣợc điểm của loại mô hình vật lý thu nhỏ là giá thành đắt, vì
vậy chỉ đƣợc dùng khi thật cần thiết.
Mô hình vật lý tƣơng tự đƣợc cấu tạo bằng các phần tử vật lý không giống với
đối tƣợng thực nhƣng các quá trình xảy ra trong mô hình tƣơng đƣơng với quá trình
xảy ra trong đối tƣợng thực. Ví dụ có thể nghiên cứ quá trình dao động điều hòa của
con lắc đơn bằng mô hình tƣơng tự là mạch dao động R-L-C vì dòng điện dao động
điều hòa của con lắc đơn, hoặc có thể nghiên cứu đƣờng dây tải điện ( có thông số
phân bố rộng rãi) bằng mô hình tƣơng tự là mạch bốn cực R-L-C ( có thông số tập
21


trung). Ƣu điểm của loại mô hình này là giá thành rẻ, cho phép chúng ta nghiên cứu
một số đặc tính chủ yếu của đối tƣợng thực.
Mô hình toán học thuộc loại mô hình trừu tƣợng. Các thuộc tính của đối tƣợng
đƣợc phản ánh bằng các biểu thức, phƣơng pháp toán học. Mô hình toán học đƣợc
chia thành mô hình giải thích và mô hình số. Mô hình giải thích đƣợc xây dựng bởi
các biểu tƣợng giải tích. Ƣu điểm của loại mô hình này là cho kết quả rõ ràng, tổng
quát. Nhƣợc điểm của mô hình này là thƣờng phải chấp nhận một số giả thiết đơn
giản hóa để có thể biểu diễn đối tƣợng thức bằng các biểu thức giải tích, vì vậy loại
mô hình này chủ yếu đƣợc dùng cho các hệ tiền tính và tuyến tính.
Mô hình số đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp số tức là bằng các chƣơng trình

chạy trên máy tính. Ngày nay nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và kỹ thuật tin
học đã xây dựng các mô hình số có thể mô phỏng đƣợc quá trình hoạt động của đối
thƣợng thực. Những mô hình loại này đƣợc gọi là mô hình mô phỏng. Ƣu điểm của
loại mô hình này là có thể mô tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối
tƣợng thực do đó mô hình càng gần với đối tƣợng thực. Ngày nay mô hình mô
phỏng đƣợc ứng dụng rất rộng rãi.
Mô hình phải đạt đƣợc hai tính chất cơ bản sau đây:
-

Tính đồng nhất: Mô hình phải đồng nhất với đối tƣợng thực mà nó phản ánh

theo những tiêu chuẩn định trƣớc.
-

Tính thực dụng: Có khả năng sử dụng mô hình để nghiên cứu đối tƣợng. Tùy

thuộc mục đích nghiên cứu mà lựa chọn tính đồng nhất và tính thực dụng của mô
hình một cách thích hợp.
1.3.4. Một số nguyên tắc khi xây dựng mô hình.
Việc xây dựng mô hình toán học phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống thực, vì
vậy khó có thể đƣa ra những nguyên tắc chặt chẽ mà chỉ có thể đƣa ra những
nguyên tắc có tính định hƣớng cho việc xây dựng mô hình. Sau đây là một số
nguyên tắc chính.
22


a. Nguyên tắc xây dựng sơ đồ khối
Nhìn chung hệ thống thực là một hệ thống phức tạp, vì vậy phải tìm cách phân
chúng ra làm nhiều hệ con, mỗi hệ con đảm nhiệm một số chức năng của hệ lớn.
Nhƣ vậy mỗi hệ con đƣợc biểu diễn bằng một khối, tín hiệu ra của khối trƣớc chính

là tín hiệu vào của khối sau.
b. Nguyên tắc thích hợp
Có thể bớt bỏ một số chi tiết không quan trọng để mô hình bớt phức tạp và việc
giải bài toán trên mô hình dễ dàng hơn.
c. Nguyên tắc về độ chính xác
Yêu cầu về độ chính xác phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu. Ở giai đoạn thiết
kế tổng thể độ chính xác không cao, nhƣng khi nghiên cứu thiết kế những bộ phận
cụ thể thì độ chính xác của mô hình phải đạt đƣợc yêu cầu cần thiết.
d. Nguyên tắc tổ hợp
Tùy theo mục đích nghiên cứu mà có thể phân chia hoặc tổ hợp các bộ phận của
mô hình lại với nhau. Ví dụ mô hình hóa một phân xƣởng để nghiên cứu quá trình
sản xuất sản phẩm thì ta gọi các máy móc là thực thể của nó.
1.4. Phƣơng pháp mô phỏng.
1.4.1. Khái niệm chung về mô phỏng.
Khi có một số mô hình toán học của hệ thống thực có thể tìm các thông tin về hệ
thống bằng nhiều cách. Trong trƣờng hợp mô hình tƣơng đối đơn giản có thể dùng
phƣơng pháp giải tích, ngƣợc lại phải dùng phƣơng pháp số. Phƣơng pháp giải tích
cho ta lời giải tổng quát nhƣng còn phƣơng pháp số cho ta lời giải của từng bƣớc
tính với những điều kiện xác định, để lời giải đạt độ chính xác cao về số bƣớc tính
phải đƣợc tăng lên đủ lớn. Đối với các hệ thống lớn, có cấu trúc phức tạp, có quan
hệ tác động qua lại giữa các hệ con với trung tâm điều khiển, giữa hệ thống với môi
trƣờng bên ngoài, có các yếu tố ngẫu nhiên tác động… thì phƣơng pháp giải tích
không hiệu quả. Trong trƣờng hợp này phải dùng phƣơng pháp mô phỏng. Nhƣ vậy
23


phƣơng pháp mô phỏng đòi hỏi khối lƣợng tính toán rất lớn, điều này chỉ có thể giải
quyết đƣợc khi ứng dụng các máy tính có tốc độ nhanh. Nhờ có sự phát triển của
máy tính mà phƣơng pháp mô phỏng ngày càng đƣợc hoàn thiện.
1.4.2. Bản chất của phƣơng pháp mô phỏng.

Phƣơng pháp mô phỏng có thể đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
“ Mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình toán học của hệ thống thực và sau đó
tiến hành tính toán thực nghiệm trên mô hình để mô tả, giải thích và dự đoán hành
vi của hệ thống thực”
Theo định nghĩa này có ba điểm cơ bản mà nó mô phỏng phải đạt đƣợc. Thứ
nhất là phải có mô hình toán học tốt tức mô hình có tính đồng nhất cao với hệ thực
đồng thời mô hình đƣợc mô tả rõ ràng thuận tiện cho ngƣời sử dụng. Thứ hai là phải
có khả năng làm thực nghiệm trên mô hình, tức là có thể thực hiện chƣơng trình tính
toán trên máy tính để xác định các thông tin về hệ thực.Cuối cùng là khả năng dự
đoán hành vi của hệ thực, tức là có thể mô tả sự phát triển của hệ thực theo thời
gian.
Bản chất của phƣơng pháp mô phỏng là xây dựng một mô hình số, tức là mô
hình đƣợc thể hiện bằng các chƣơng trình máy tính, sau đó tiến hành các thực
nghiệm trên mô hình để tìm ra các đặc tính của hệ thống đƣợc mô phỏng. Số lần
“thực nghiệm” về lý thuyết đƣợc tăng lên vô cùng lớn.
Quá trình mô hình hóa đƣợc tiến hành nhƣ sau: Gọi hệ thống đƣợc mô phỏng là
S. Bƣớc thứ nhất là mô hình hóa hệ thống S với các mối quan hệ nội tại của nó. Để
thuận tiện trong việc mô hình hóa, ta thƣờng chia hệ S thành nhiều hệ con theo các
tiêu chí nào đó S=S1, S2,S3,….,Sn . Tiếp đến mô tả toán học các hệ con cùng các
quan hệ giữa chúng. Thông thƣờng giữa các hệ con có mối quan hệ trao đổi năng
lƣợng và trao đổi thông tin. Bƣớc thứ hai là mô hình hóa môi trƣờng xung quanh E,
nơi hệ thống S làm việc, với các mối quan hệ tác động qua lại giữa S và E. Khi đã có
mô hình của S và E, tiến hành các thực nghiệm trên mô hình, tức là cho S và E làm
việc ở một điều kiện xác định nào đó. Kết quả thu đƣợc một bộ thông số của hệ
24


thống, hay thƣờng gọi là xác định đƣợc một điểm làm việc của hệ thống. Các thực
nghiệm đó đƣợc lặp lại nhiều lần và kết quả mô phỏng đƣợc đánh giá theo xác suất
thống kê. Kết quả mô phỏng càng chính xác nếu số lần thực nghiệm, còn gọi là bƣớc

mô phỏng càng lớn. Về lý thuyết bƣớc mô phỏng là hữu hạn nhƣng phải dù lớn và
phụ thuộc vào yêu cầu của độ chính xác.
Mô hình hóa

Hệ thống thực
Hiệu chỉnh
hệ thực

Thử nghiệm

Mô hình

Kết luận về hệ thống thực

Xử lý kết quả
mô phỏng

Kết quả mô phỏng

Hình 1.3. Quá trình nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng
Quá trình nghiên cứu bằng phƣơng pháp mô phỏng và quan hệ giữa hệ thống
thực với kết quả mô phỏng đƣợc mô tả trong hình 1.3. Có thể thấy rằng để nghiên
cứu hệ thực chúng ta phải tiến hành mô hình hóa tức xây dựng mô hình mô phỏng.
Khi có mô phỏng sẽ tiến hành làm các thực nghiệm để thu đƣợc kết quả mô phỏng.
Thƣờng kết quả mô phỏng có tính trừu tƣợng của toán học nên phải thông qua xử lý
kết quả mô phỏng của chúng ta mới thu đƣợc các thông tin, kết luận về hệ thực. Sau
đó dung các thông tin và kết luận trên để hiệu chính hệ thực theo mục đích nghiên
cứu đề ra ban đầu.
1.4.3. Các bƣớc nghiên cứu mô phỏng.
Khi tiến hành nghiên cứu mô phỏng thông thƣờng phải thực hiện qua các bƣớc

nhƣ sau:
Bước 1: Xây dựng mục tiêu mô phỏng và kế hoạch nghiên cứu:
Trƣớc tiên là phải xác định rõ mục tiêu nghiên cứu mô phỏng. Mục tiêu đó đƣợc
thể hiện bằng các chỉ tiêu đánh giá, bằng hệ thống câu hỏi cần đƣợc trả lời.
Bước 2: Thu thập dữ liệu và xác định mô hình nguyên lý
25