simulaatiot

Simulaatiot ovat malleja ja laskennallisia menetelmiä, joiden avulla voidaan tutkia järjestelmiä ilman todellisia kokeiluja. Ne koostuvat mallista, joka kuvaa olennaisimmat osat ja vuorovaikutukset, sekä siitä, miten mallia ajetaan ajassa tai tapahtumien mukaan. Tuloksena on ennusteita ja tilastollisia tunnuslukuja, kuten odotettavia läpimenoaikoja tai tuotantoriskien arvoja. Simulaatiot voivat olla deterministisiä tai stokastisia, ja ajan hallinta voi olla jatkuvaa tai askeleittain.

Tyypillisiä lähestymistapoja ovat diskreetin tapahtuman simulointi (DES), jatkuvan ajan simulointi sekä agenttipohjaiset simulaatiot; Monte Carlo -menetelmät puolestaan käyttävät satunnaisuutta epävarmuuden arvioimiseen. Monimutkaisissa järjestelmissä näitä yhdistetään.

Käyttökohteet ovat laajat: fysiikka, teknologia, ilmasto- ja ympäristötutkimus, tuotanto ja logistiikka, liikenne, talous ja finanssi sekä epidemiologia. Esimerkkejä ovat ilmastomallit, tuotantolinjojen optimointi ja riskienarviointi rahoituksessa.

Työkaluina käytetään ohjelmointikieliä ja valmiita alustoja, kuten Pythonin kirjastot (NumPy, SciPy), MATLAB/Simulink, NetLogo, AnyLogic ja Arena. Mallin laadun varmistamiseen kuuluu validointi, kalibrointi sekä herkkyysanalyysit; epävarmuutta kuvataan luontevasti ja tulokset raportoidaan päätöksentekijöille.

Historian kannalta simulaatiot kehittyivät 1940-luvulla ja 1950-luvulla erityisesti Monte Carlo -menetelmien sekä digitaalisten tietokoneiden kehittämisen myötä. Nykyisin ne ovat keskeinen työkalu suunnittelussa, riskienhallinnassa ja päätöksenteossa; ne kuitenkin täydentävät, eivät korvaa, empiiristä dataa.