Các khái niệm cơ bản trong mô phỏng số

Everything engineers (and scientists) do is concerned with modelling! - David Muir Wood
Nghe mô hình với mô hình hóa có vẻ ''sang'', nhưng thực ra mọi người vẫn làm, có thể làm nhưng vẫn không nghĩ mình đang ''chơi'' với mô hình. Ví dụ việc vẽ và tính toán cái dầm, lập cái mặt cắt địa chất công trình cũng là đã làm mô hình rồi đó. Mô hình có thể là mô hình vật lý, mô hình giải tích, hay mô hình phương pháp số. Bài này viết cho mô hình số và mô phỏng số.

Làm mô phỏng khác với tính toán các bạn nhé. Tính toán chỉ là các bước trong mô phỏng. Khi mô phỏng số, việc tương input vào phần mềm hoặc code có sẵn rồi chạy, thì đó chỉ đơn thuần là việc tính toán (thực ra việc tính toán của máy tính-các bạn chỉ nhập thông số chứ có tính đâu). Để hiểu rõ về công tác mô phỏng số, trước tiên cần nắm rõ một số khái niệm sau:

Numerical model - Mô hình phương pháp số
Là sản phẩm của phương pháp số biểu diễn đối tượng nghiên cứu. Mô hình phản ánh sự tương tự nhưng đơn giản để phản ánh các ứng xử của đối tượng thực. Mô hình được biểu diễn thông qua các yếu tố hình học (geometry), điều kiện biên (boundary condition), các mô hình biểu diễn vật liệu hay quá trình (constitutive model) và các tham số mô hình.

Modelling - Mô hình hóa
Là công tác xây dựng mô hình phương pháp số. Việc chúng ta thiết lập các yếu tố hình học, điều kiện ban đầu và điều kiện biên, lựa chọn sử dụng mô hình vật liệu (constitutive model), viết code để chạy mô hình chính là công tác mô hình hóa.

Simulation - Mô phỏng
Là việc chạy/sử dụng mô hình để nghiên cứu đánh giá ứng xử của đối tượng thực hoặc lý thuyết. Mục đích của mô phỏng là nghiên cứu đặc điểm ứng xử của hệ thống bằng cách thay đổi các thông số trong mô hình ảo mà  ở mô hình thực tế không thực hiện được. Mô phỏng giúp chúng ta đánh giá mô hình để tối ưu hiệu quả cho hệ thống/đối tượng, hoặc dự báo các vấn đề có thể xảy ra.Việc mô phỏng đặc biệt có ích khi đối tượng mà chúng ta nghiên cứu quá phức tạp, quá lớn hoặc quá nhỏ, quá nhanh hoặc quá chậm, không thể tiếp cận. Mục đích mô hình là phản ánh đúng hoàn toàn ứng xử của đối tượng hay hệ thống thực, tuy nhiên rất khó để đạt được điều này, Wasabi khẳng định luôn là không thể, hehe. Việc mô phỏng chỉ có thể phản ảnh một giai đoạn nào đó, một hay một vài ứng xử nào đó của đối tượng nghiên cứu.


Verification = Xác minh hay kiểm định mô hình
Là bước hay quá trình kiểm tra tính chính xác của các mô hình, kiểm tra tính chính xác về mặt toán học hay vật lý của các thuật toán, mô hình (Trong hầu hết các trường hợp là so sánh với kết quả của phương pháp giải tích).

Validation = Đánh giá mô hình
Kiểm tra xem mô hình số phản ánh bài toán thực tế xác tới và mức nào
Thường so sánh với thí nghiệm hoặc đo đạc thực tế

Calibration = Hiệu chỉnh mô hình 
Là quá trình điều chỉnh các thông số mô hình sao cho kết quả mô hình phản ánh đúng đo đạc thực tế nhất. Hiệu chỉnh có thể thực hiện bằng thử dần, bằng phân tích ngược dựa trên cơ sở các thí nghiệm thực tế hay thí nghiệm trong phòng hoặc bằng tối ưu toán học.

Paramter study = nghiên cứu thông số
Là chạy mô hình với các thông số đầu vào khác nhau để đánh giá mức sự phụ thuộc của kết quả đầu ra vào các thông số đầu vào này.

Sensitivity analysis = Phân tích độ nhạy
Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào của mô hình tới kết quả đầu ra của mô hình. Đây chính là việc sau khi có kết quả việc chạy  nghiên cứu thông số, có thể đánh giá ảnh hưởng của thông số tới kết quả đầu ra bằng thống kê