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| − | {{Otheruses}}
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| − | '''シミュレーション'''（{{Lang-en-short|simulation}}）は、何らかの[[システム]]の挙動を、それとほぼ同じ[[法則]]に支配される他のシステムや[[コンピュータ]]などによって[[模倣|模擬]]すること<ref name="k6">広辞苑第6版</ref>。simulationには「'''模擬実験'''」や「'''模擬訓練'''」という意味もある<ref>[http://ejje.weblio.jp/content/simulation simulationの意味 - 英和辞典 Weblio辞書]</ref>。なお「シミュレイション」と表記することもまれにある<ref>語頭の2音を[[音位転換]]させてしまい、「<u>シュ</u><u>ミ</u>レーション」という誤表記・誤発音も犯す人も多い [https://www.jstage.jst.go.jp/result/-char/ja/?item1=4&word1=%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%9F%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3 検索条件 全文: シュミレーション]（[[J-STAGE]]）</ref>。
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| − | [[File:Base-isolation.gif|300px|thumb|right|模型を用いた、[[地震]]時の建物の挙動のシミュレーション]]
| + | '''シミュレーション'''（{{Lang-en-short|simulation}}） |
| − | [[File:Tornado simulation.gif|300px|thumb|right|コンピュータを用いた[[竜巻]]のシミュレーション]]
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| − | [[File:Kiva_Simulation.jpg|300px|thumb|right|コンピュータを用いたエンジンの燃焼室内のガスの流れのシミュレーション]]
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| − | == 概要 ==
| + | 模擬実験。複雑な問題を解析するためのモデル (模型) による実験。または社会現象などを解決するにあたって，実際と似た状態を数式などでつくりだし，コンピュータや専用のシミュレータを使って模擬的な演算を繰返して，その特性を把握すること。たとえば，水漕や風洞などによる船舶や航空機の性能に関する実験や，経営管理に関するアイデアを論理的あるいは数学的なモデルに置き換え，いろいろな数値を代入することによって，その結果を推定するなどの経営管理技法などがある。特に，経営管理，システム工学，社会工学などでは，理数モデルを設定し，計算機の高速演算能力を駆使してシミュレーションを行う方法が重要な役割を果している。 |
| − | [[ラテン語]]の 「similis シミリス（似ている）」「simulare シミュラーレ（'''[[模倣]]する'''）」「simulat（真似た、コピーした）」といった用語から生まれた概念である。
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| − | シミュレーションは、対象となるシステムで働いている法則を推定・抽出し、それを真似るようにして組み込んだ[[モデル (自然科学)|モデル]]、[[模型]]、[[コンピュータプログラム]]などを用いて行われる。
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| − | 現実のシステムを動かしてその挙動や結果を確かめることが困難、不可能、または危険である場合にシミュレーションが用いられる。
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| − | 例えば、[[社会現象]]などにおける問題の解決方法を探る時など、（悪影響があるので実社会ではとりあえず試せないので）実際の社会と似た状況を数式などで作りだし、コンピュータ等を用いて模擬的に動かし、その特性などを把握するのに用いる<ref name="b">[[ブリタニカ百科事典]]「シミュレーション」</ref>。例えば[[風洞実験]]、[[水槽実験]]で働いている法則を数学的なモデルに置き換えて行う<ref name="b" />。また例えば[[経営]]に関する様々な事象を数学的なモデルに置き換えてみて、様々な数値を入力したり変化させることで、結果を推定する<ref name="b" />。
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| − | シミュレーションのための[[装置]]や[[プログラム (コンピュータ)|プログラム]]を[[シミュレータ]] ({{lang-en-short|simulator}}) と言う。ただし、きわめて単純なシステムを模倣するためのシミュレーション、特に単純化されたモデルを用いる場合などは（とりあえず）紙と鉛筆（や[[ホワイトボード]]とペン）だけを用いて手作業で行われるものもある。
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| − | [[File:Molecular simulation process.svg|350px|thumb|モデルを立てるプロセス。[[実験]]、シミュレーション、[[理論]]の[[相互作用]]の説明。]]
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| − | 対象となるシステムにおいて働いている法則をどれほど忠実に模倣するかによって、シミュレーションの精度は異なる。シミュレーションの質は、シミューレーションを設計する者の技量や、どの程度まで法則を見抜き、どこまでそれらの法則を模倣させたか、ということによって異なるのである。現実の法則を十分に模倣していないシミュレーションは、現実とは異なった挙動を示す。
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| − | またコンピュータを用いて、連続現象を離散化した積算によるシミュレーションは<!--、基本的に線形近似による計算となるため、非線形要素を含む自然現象をシミュレートする場合は-->必ず誤差が生じ、その誤差は蓄積する。従ってコンピュータによるシミュレーションによって良好な結果を得る為には、モデル化による誤差見積もりが重要となる。モデル化によるシミュレーションは、現象についてどの程度正確に真似るかによって計算量を調整することが可能であり、現象についての完全な知識は必要とされないなどのメリットがある。
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| − | システムのモデル化を行わず、完全な模倣を目的とする場合は、シミュレーションと言わず[[エミュレーション]]ということもある。エミュレーションは、模倣したいシステムにおいて、予測できる現象より予測できない現象が支配的である場合などに使われる。
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| − | == 目的・用途 ==
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| − | # [[建築物]]や[[自動車]]などの製品の機構に内在する欠陥（負荷や強度など）を模型やコンピュータによって探して取り除く。
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| − | # [[ビジネス]]において客層や商品、時間帯、店舗等の調査結果をシミュレーションに取り入れることで、効率的な販売をする。
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| − | # [[災害]]の発生や規模の予知。地震、津波、火災などの自然災害や、[[原子力発電所]]の[[メルトダウン]]や[[航空事故|航空機事故]]などの人災などの防災。
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| − | # [[自動車]]における[[ドライブシミュレータ]]や[[航空機]]における[[フライトシミュレータ]]等、各種の操縦、操作を学ぶ手立てとしての利用。いろいろなシチュエーション、特に実機では危険を伴うような場面を体験することが可能となる。
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| − | # [[シミュレーションゲーム]]ではシミュレーションを娯楽として行う。ボードやコマやカードを使い事象を再現するような[[ルール]]に基づいてプレイするものと、コンピュータを使って事象の再現を行わせるものとがある。ウォーゲーム、戦略ゲーム、経営ゲームなど。前項のドライブ、フライトシミュレータはレース、戦闘などの形でゲームとしても存在する。
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| − | # その他、[[天気予報]]や人口の推移、予測、分析の分野でも広く使われている。
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| − | == 模型などによるシミュレーション ==
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| − | [[File:Horse_simulator_WWI.jpg|thumb|right|250px|木製の馬を用いたシミュレーション訓練。（[[第一次世界大戦]]当時）]]
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| − | [[ミニチュア]]による実験など、何らかの物理的な物体で実物を置き換えることもシミュレーションの一種である。これを「物理的シミュレーション」と言うこともある。置換する物体としては、実物よりも小さいものや安価なものが選ばれる。
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| − | | |
| − | 「物理的シミュレーション」とは、何らかの物理的な物体で実物を置き換えることを指す。置換する物体としては、実物よりも小さいものや安価なものが選ばれる。
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| − | | |
| − | == コンピュータとシミュレーション ==
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| − | <ref>{{要出典範囲|歴史的には、シミュレーションという用語はいくつかの分野で独自に使われていた|date=2015年7月}}。しかし、{{要出典範囲|[[20世紀]]になって、[[一般システム理論]]や[[サイバネティックス]]の研究により、コンピュータの各種利用をシミュレーションという用語で表すようになり、用語としての意味が統一されていった|date=2015年7月}}。</ref>
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| − | === コンピュータ・シミュレーション ===
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| − | コンピュータ・シミュレーションには、一旦シミュレーションが始まるとあとはコンピュータだけで完結してシミュレーションを行う「非対話型シミュレーション」と、シミュレーション中に人間がなんらかの形で（コンピュータ内に模擬的に作られた世界に）介入し影響を与えることのできる「対話型シミュレーション」がある（その応用形のひとつの形が、フライトシミュレータやドライビングシミュレータなどである）。
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| − | | |
| − | コンピュータ・シミュレーションは、実世界や何らかの仮説的状況をコンピュータ上でモデル化するもので、それによってそのシステムがどのように作用するのかを研究することができる。変数を変化させることで、システムの振る舞いについて予測を立てることができる。
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| − | コンピュータ・シミュレーションの応用として、コンピュータを使ってコンピュータをシミュレートするというものがある。[[エミュレータ (コンピュータ)|エミュレータ]]や[[命令セットシミュレータ]]などがあり、[[仮想化]]や[[仮想機械]]の項目も参照のこと。[[コンピュータ科学]]的にも興味深いテーマである（[[#計算理論など]]を参照）。
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| − | コンピュータ・シミュレーションは、[[物理学]]/[[化学]]/[[生物学]]における様々な自然科学的システムの[[モデル (自然科学)|モデル]]化、[[経済学]]/[[社会科学]]における人間に関わるシステムのモデル化、さらには[[工学]]におけるシステムのモデル化において、それらシステムの作用について洞察を得る助けとなる。シミュレーションにコンピュータを使うことの利便性を表す例として、[[ネットワーク交通量シミュレーション]]がある。このようなシミュレーションにおいては、その環境についての初期設定を変更するとモデルの振る舞いが変化する。
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| − | 古来、システムの形式的モデル化には[[解析学]]が用いられ、[[代数学|代数的]]に解を求めることで、ある[[パラメータ]]と初期条件におけるシステムの振る舞いを予測することがおこなわれてきた。これに対し、数値を具体的に計算することによる手法を[[数値解析]]という。コンピュータ・シミュレーションは、コンピュータを使わないことには計算量的に現実的でない数値解析をコンピュータによっておこなう「コンピュータによる数値解析」の一種でシミュレーションによるもの、とみることもでき、代数的な解法や単純な計算では不可能な場合の補助あるいは置換として使われることが多い。コンピュータ・シミュレーションには様々なタイプがあるが、それらに共通するのは、システムが取りうる全ての状態を列挙するのが不可能あるいは現実的でない場合に、そのモデルの代表的シナリオの標本を生成しようとするという点である。
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| − | [[モンテカルロ法]]や[[確率論]]的モデリングによるコンピュータ・シミュレーションは、モデル化が非常に簡単という特徴がある。
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| − | === 計算理論など ===
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| − | コンピュータに関係するシミュレーションであるが、前の節で説明しているものとはおもむきが大きくことなるものなので、節を分けて説明する。[[計算理論]]では、たとえば[[万能チューリングマシン]]（のような、模倣する能力を持つ機械）が、模倣対象（たとえば、なんらかの[[チューリングマシン]]）の状態遷移と入力と出力を記述した[[状態遷移表]]<ref>英語版のSimulationの記事がこれを「状態遷移表」としている。等価性としては多分それでもいいと思うが普通は、万能チューリングマシンの議論では、状態遷移表は万能機械を記述する遷移表とし、対象機械の記述はテープの初期状態として与える。</ref>を実行すること（現代風に言うと、コンピュータがそのようなプログラムを走らすこと）を、シミュレーションと言う。<!--シミュレーションの語を使ったのは[[アラン・チューリング]]である{{要出典|date=2011年5月}}。--><!-- ← とりあえず「On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem」にな無いようでした -->これは、[[状態遷移系]]間の関係といった、[[プログラム意味論|意味論]]の研究などで使われている。
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| − | 少し理論的でないが、興味深いコンピュータ・シミュレーションの応用は、コンピュータを使ったコンピュータのシミュレートである。[[コンピュータ・アーキテクチャ]]では、一般に[[エミュレータ (コンピュータ)|エミュレータ]]と呼ばれるシミュレータを、しばしば実機で走らせるのがめんどう（たとえば、新しく設計されたコンピュータでまだ構築されていないとか、過去のコンピュータで既に存在しないとか）なプログラムを実行するのに使う。また、緊密に制御されたテスト環境でプログラムを実行するのに使う（[[仮想化]]も参照のこと）。たとえば、[[マイクロプログラム]]やアプリケーションプログラムを、実機に送り込む前に[[デバッグ]]するのに使う。コンピュータの動作がシミュレートなので、コンピュータの動作の全ての情報をプログラマが直接的に利用でき、速度を変えたりステップ実行したりなど好きなようにできる。一方でいわゆる「ゲートレベル」の完全なエミュレーションは現実的でないことが多く、また普通はそこまで厳密にエミュレーションする必要はないことも多いが、例えばエミュレートしきれない部分の実機にバグがある場合のデバッグはできない。性能が必要な場合は、[[FPGA]]などといったプログラマブルなハードウェアを利用して、エミュレーションないしシミュレーションを行うこともある。
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| − | シミュレータを使って[[フォルトツリー解析]]を行うこともある。[[マイクロプロセッサ]]などといった高度に複雑なディジタルLSIの論理設計も、実際に製造に入る前にシミュレータでテストされる。シンボリックシミュレーションでは、[[変数]]を、未知の[[値]]を表すのに使う。
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| − | [[最適化問題]]の分野では、物理プロセスのシミュレーションが[[進化的計算]]と共に使われ、制御戦略の最適化を行う。
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| − | == コンピュータ・シミュレーションの応用 ==
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| − | コンピュータの登場によって、人間の手による計算ではほとんど不可能な膨大な量の総当りでしか行えない計算が比較的短時間で行えるようになったため、コンピュータによるシミュレーションは自然現象や経済活動や人口の推移といったものに使用されるようになった。コンピューターの演算能力の発展は、以前は縮小模型や実物大模型などによって行われていた実験を計算による仮想空間のみで実験・予測することが可能になってきている。
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| − | === 物理学 ===
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| − | 例えば、木の葉が舞い落ちる動きを通常の手計算で導き出す事は不可能であった。これは重力や空気抵抗だけでなく、木の葉自体の動きによる空気の状態の変化などが複雑に絡み合っているからである。この、[[カオス理論|カオティック]]な振る舞いに対して、単純計算を膨大に繰り返す事の出来るコンピュータによって、ある程度の周期性や規則性を見出されうる。
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| − | === 気象学・気象予報 ===
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| − | {{節スタブ|section=1|date=2015年7月}}
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| − | [[File:Typhoon Mawar 2005 computer simulation thumbnail.gif|350px|thumb|コンピュータによる、台風の48時間の動きのシミュレーション ]]
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| − | 最近の[[気象予報]]には、コンピュータ・シミュレーションは欠かせない。地球という球体上を格子（[[メッシュ]]）に区切ったモデルを用いて、[[スーパーコンピュータ]]を用いてシミュレーションを行っている。コンピュータの性能が向上するにつれて次第に格子の大きさを小さくすることができるようになるとともに、予測精度が向上した。
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| − | {{Seealso|メッシュ予報}}
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| − | === 工学 ===
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| − | ==== 電子工学 ====
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| − | [[電子工学]]においては、コンピューター上で回路の設計や実験をするのに、[[SPICE (ソフトウェア)|SPICE]]やSPICEを起源とする[[電子回路]]シミュレーション・ソフトウェア等が使われている。電子回路を所定の書式でシミュレーターに入力（GUIによる入力が可能なものも多い）すると、各電子部品の電気的特性を元に回路の動作が計算され、回路の動作を調べることができる。
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| − | ==== 無線工学 ====
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| − | ===== アンテナのシミュレーション =====
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| − | [[無線工学]]においては、[[アンテナ]]の設計をするのにアンテナ・シミュレーション・ソフトウェアが用いられる。アマチュア用途では[[MMANA]]やMMANA-GAL等のフリーソフトがある。アンテナの物理的な形状を入力すると、自由空間や特定の地上高におけるアンテナ上の電圧分布、電流分布、共振周波数、給電点における[[インピーダンス]]特性、[[定在波比|SWR]]特性などを計算により求めることができる。短縮型アンテナやマルチバンド・アンテナの設計のために、延長コイル、短縮コンデンサ、LCトラップ等を挿入した場合のリアクタンス値を求めることもできる。
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| − | ===== 電波伝播のシミュレーション =====
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| − | 無線工学において、[[電波伝播]]（電波の伝わり方）をシミュレーションするのに電波伝播シミュレーション・ソフトウェアが用いられる。[[超短波|VHF]]や[[極超短波|UHF]]のテレビ放送局や中継局の[[放送#放送区域|サービスエリア]]を調べるために、[[アメリカ合衆国|アメリカ]]の研究者 A. G. Longley と P. L. Rice とが[[1968年]]に[[Longley-Rice Modelアルゴリズム]]を開発・発表した。この[[アルゴリズム]]は 20 MHz - 20 GHz の周波数に適用でき、これを基にした電波伝播シミュレーション・ソフトウェアが、日本のいくつかの電気通信コンサルタント会社により開発されている。<ref name="radio wave propagation">{{Cite journal|和書
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| − | |author=原岡 充
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| − | |year=2009
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| − | |month=1
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| − | |title=Radio Mobile を使った中山間地域の電波伝搬シミュレーション
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| − | |journal=CQ ham radio
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| − | |issue=2009年1月号
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| − | |pages=pp. 84-89
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| − | |publisher=[[CQ出版|CQ出版社]]
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| − | |location=[[東京都]][[豊島区]]
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| − | }}
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| − | </ref>
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| − | シミュレーションするには、ソフトウェアに、大地の[[導電率]]と[[比誘電率]]、大気の[[屈折率]]、送信場所や受信場所の[[標高]]、[[電波の周波数による分類|周波数]]、電波の偏波面、アンテナの[[利得 (電気工学)|利得]]や地上高、[[送信機]]の出力、[[受信機]]の感度などの値を与える。また、シミュレーション対象地域のデジタル地形データ（たとえば[[アメリカ航空宇宙局|NASA]]のFTPサイト<ref>[ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2/SRTM3/Eurasia/ NASA デジタル地形データダウンロード・サイト (FTP)] - NxxEyyy.hgt.zip の xx は北緯、yyy は東経。注意：アクセスが集中していると接続拒否される。</ref>からダウンロードできる）を与える。すると、電波の大気による[[屈折]]、地形による[[反射]]や[[回折]]、電波が伝わるうえで受ける[[減衰]]等を計算し、電波の届く範囲をシミュレーションする。結果は、数値や、地図上に電波の強さごとにグラフィカルに色分けして示される。<ref name="radio wave propagation" />
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| − | フリーソフトとしては[[カナダ]]の[[アマチュア無線家]] Roger Coude（VE2DBE）が[[1988年]]に開発した Radio Mobile<ref>[http://www.g3tvu.co.uk/ Radio Mobile ダウンロード・サイト]</ref> がある。<ref name="radio wave propagation" />
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| − | ===== 通信プロトコルのシミュレーション =====
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| − | [[TCP/IP]]等の[[通信プロトコル]]の分野では日々新しい方式が提案されている。[[IEEE]]や[[国際電気通信連合|ITU]]、あるいは日本の[[電波産業会]]（ARIB）などで次世代の[[通信プロトコル]]の標準規格が議論されるが、このとき各提案者の案として提示されている規格が、さまざまな条件下でどのような特性を持っているのかを比較検討する必要がある。このような局面で[[通信プロトコル]]のシミュレーション が必須となっている。２層（データリンク層）以上の[[通信プロトコル]]の規格は[[状態遷移図]]で記載されることが多いが、記述された状態遷移等の処理、条件をコンピュータ上で疑似し、スループットやエラー処理などの評価を行う。
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| − | 学術機関で用いられる[[オープンソースソフトウェア]]では[[ns (シミュレータ)|ns]]<ref>[http://www.nsnam.org/ NS3 NSNAM Home Page]</ref> 等があるが、企業や研究所のレベルでは[[Qualnet]]<ref>[http://www.qualnet.com/ QualNet Home Page]</ref><ref>[http://www.kke.co.jp/qualnet/ 構造計画研究所QualNet Home Page]</ref>、[[OPNET Modeler]]<ref>[http://www.opnet.com/solutions/network_rd/modeler.html OPNET Modeler Home Page]</ref><ref>[http://www.johokobo.co.jp/opnet/modeler/opnet_modeler_top.html 情報工房OPNET Modeler Home Page]</ref>等の商用のシミュレータを使用するケースが多い。
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| − | | |
| − | この分野のシミュレーションでは信号処理の部分をMatLabやSimlink、電波伝搬の部分をWirelessInSight, Winprop, Atoll等の他のシミュレータや計算ソフトと連携させたりする場合もある。また特に無線、移動体の分野では各通信機の動きも重要な要素となるためその部分に関して他のツールや実際の計測値などと連携させる試みもなされている。
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| − | [[Qualnet]]、[[OPNET Modeler]]等の商用ツールでは実際のネットワーク上を流れる[[通信パケット]]をシミュレータと接続できるものもあり、仮想のネットワークを利用した時の動画品質も確認などにも使われている。
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| − | === 軍事 ===
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| − | 軍事分野においては戦闘状況をシミュレートしたモデル研究が行われており、地形、時間、損害率、兵員数、戦闘価値、移動速度、発見率、命中率などの要素から戦闘の推移、両軍の損害などを導き出すことができる。また指揮官制、補給計画立案、戦術研究、海空軍の訓練などでシミュレーションは用いられている。
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| − | | |
| − | また、最近の戦争においては情報を伝達するための[[通信]]の確保は戦況を左右する重要な要素であるため、部隊展開時に山間部や市街地などにおいても兵員同士が途切れることなく通信できることをシミュレーションするシステム（JCSS：旧称 NetWars）を[[アメリカ国防情報システム局 ]](DISA)が開発している<ref>[http://www.disa.mil/jcss/history.html JCSS History]</ref><ref>[http://www.disa.mil/jcss/documents/User_Manual.pdf JCSS User’s Manual7.0 Final (OPNET 2.6.4)]</ref>。
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| − | 歴史的には軍事学的な研究に由来の一部を持つ[[オペレーションズ・リサーチ]]では、数理的なモデル化とコンピュータシミュレーションは両輪をなしており、経済など社会活動の分析に現代では広く活用されていて、今ではむしろ軍事は単にその応用分野のたった一つに過ぎない。
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| − | === コンピュータ ===
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| − | [[#コンピュータとシミュレーション]]の節を参照。
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| − | == 訓練としてのシミュレーション ==
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| − | <!--
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| − | === 物理的シミュレーションと対話型シミュレーション ===
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| − | 「対話型シミュレーション」は物理的シミュレーションの特殊形態であり、シミュレーション環境内に人間が入り込むものを指す。例えば、[[フライトシミュレータ]]や[[ドライブシミュレータ]]がある。
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| − | --><!--「コンピュータの各種利用」って意味不明です。コンピュータを具体的にどう使うのが「シミュレーション」なんでしょうか。物理的シミュレーションという言葉は、ミニチュアなどによるシミュレーションを言いますが、物理現象の（有限要素法などによる）シミュレーションのことも言い、また対義語として「論理的シミュレーション」もあります。「対話型」の対義語は、「バッチ型」にでもなるんじゃないでしょうか。というかこの説明だとソフトウェアによるフライトシミュレータが存在しないような-->
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| − | [[画像:Vehicle simulator.jpg|thumb|right|大型車のシミュレータで訓練中の兵士]]
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| − | シミュレーションは一般市民や兵士の[[訓練]]に使われることが多い。これは、実際の装置や兵器を訓練に使用するのがコスト的に高価すぎたり、単に非常に危険であるという理由からである。この場合、安全な仮想環境で意味の有る訓練が行われる。特に、実際なら生命に関わるような失敗をしても許される点は重要である。
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| − | 訓練におけるシミュレーションは3つに分類される。
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| − | * 「ライブ」シミュレーション - 実地でシミュレートされた装備を身につけた人間が訓練を行う。
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| − | * 「仮想」シミュレーション - 仮想環境でシミュレートされた装備を身につけた人間が訓練を行う。
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| − | * 「構築型」シミュレーション - 仮想環境でシミュレートされた装備を身につけたシミュレートされた人間が訓練を行う。これは、[[ウォーゲーム]]と呼ばれるものが進化したものである。
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| − | === フライトシミュレータ ===
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| − | {{Main|フライトシミュレーション}}
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| − | | |
| − | フライトシミュレータは、地上で[[パイロット (航空)|操縦士]]が[[航空機]]の操縦訓練に用いる。再現の度合いにより異なるが一定の訓練時間が[[飛行時間]]として認められる。実際の航空機よりも低価格ながらエンジンが停止した状態での着陸、離陸直後のトラブルなど、実地では困難な訓練が可能である。
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| − | === ドライブシミュレータ ===
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| − | {{Main|ドライビングシミュレーター}}
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| − | | |
| − | ドライブシミュレータは実際の[[自動車]]の特性を仮想環境内で再現する。外的要因や条件を再現し、さまざまな車両運転状況が体感可能である。
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| − | === 船舶シミュレータ ===
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| − | 船舶シミュレータは、船員の訓練に用いる。特に大型の船舶をシミュレートするものが多く、操船訓練を行なう[[操船シミュレーター]]、エンジンプラントの運転訓練を行なう[[エンジントラブルシミュレーター]]、荷役訓練を行なう荷役シミュレーターなどがある。
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| − | === プラントシミュレータ ===
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| − | 化学プラントのプラントシミュレータは、物理モデルに基づいて化学プラントの動的な挙動を模擬するものである．さまざまな条件下で挙動を再現し、主に[[プラント]]を運転するオペレータの運転操作訓練に用いる．
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| − | | |
| − | === 教育におけるシミュレーション ===
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| − | 教育におけるシミュレーションも訓練の一種と考えられ、特定の主題に沿って行われる。ビデオを鑑賞し、問題の解決策を話し合い、ロールプレイを行うなどの手法がある。企業によるビジネス教育の一環としてもシミュレーションが採用されつつある。リスクのない仮想環境でビジネス戦略の実験をしたり、[[ケーススタディー]]の学習における拡張手段として用いられる。
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| − | === 軍事教練におけるシミュレーション===
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| − | 兵士が行軍や歩兵戦闘などをシミュレーションするもの。[[Operation Flashpoint: Cold War Crisis]]や[[ArmA: Armed Assault]]から発展した[[Virtual Battlespace|VBS1・VBS2]]が米豪等の軍で採用されている。
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| − | === 宇宙開発とシミュレーション ===
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| − | [[File:Christer_Fuglesang_underwater_EVA_simulation_for_STS-116.jpg|thumb|right|200px|プールを用いたシミュレーション]]
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| − | 宇宙開発の[[船外活動]]のシミュレーションとしては、ひとつは[[プール]]を使う方法がある。NASAなどで採用されている。水の浮力によって、宇宙空間の[[無重力]]状態に、若干似た状態を作りだすことができ（※）船外作業の体験・訓練を行うことができる（※完全には同じではないが、宇宙飛行士は、自分の身体が浮いてしまっている状況での作業の困難さを体験することができる）。ロボットアームの動き、作業手順などのシミュレーションは、コンピュータを用いたものも用いられ、実際の操作レバーと、コンピュータ画面内に作りだされた映像で模倣・確認しつつ訓練を行うものである。
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| − | === 医療・救急用シミュレータ ===
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| − | [[File:CardiopulmonaryResuscitationBabyDummy.jpg|thumb|right|200px|[[心肺蘇生法]]習得のためのダミー人形を用いたシミュレーション]]
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| − | 医療シミュレータは、医療に従事する者への治療法/診断法/概念/意思決定についての教育の目的で、近年開発が盛んになってきている。医療シミュレータによる訓練は、単純な血液採取から[[腹腔鏡]]手術まで各種存在する。また、新型医療機器の開発においてもシミュレーションは重要である。医療シミュレータでもコンピュータが重要な役割を担っている。実物大の人形を用いたシミュレータでは、人形への薬物投与などによって適切な反応を示すようにプログラムされている。視覚を[[コンピュータグラフィックス]]で擬似する場合、触覚は訓練者の動作に反応するようプログラムされた[[フィードバック]]機器で再現する。この場合、現実性を増すために実際の患者の[[コンピュータ断層撮影|CT]]や[[核磁気共鳴画像法|MRI]]のデータを用いることが多い。より簡便なシミュレーションとして、ウェブブラウザで操作できるものもあるが、触覚は再現されず、キーボードとマウスで操作することになる[http://vam.anest.ufl.edu/wip.html]。
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| − | <!--{{誰|date=2015年7月}}「{{要出典範囲|偽薬を使った医薬の有効性の試験も一種のシミュレーションと言える。|date=2015年7月}}」-->
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| − | == 経済・金融 ==
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| − | 最近の経済学的研究によって、実際には（古典経済学とは異なって）人々の個々の行動の動機は実に様々であることが明らかになってきているが、仮に、古臭い古典経済学的なモデル、つまり「人は全て自分の利益追求だけを求める」とするような極端な（本当の科学としては、事実とは異なり、かなり問題含みの）モデルを採用した場合でも、社会全体としての動きを知る事は出来ない。単純が複数集まるとそこには、様々な性質が生まれるという[[複雑系]]であるためで、これもまた、コンピュータの膨大な計算のシミュレーションによって予想されうるものであるが、実際のところ株価や物価の変動など、経済の動きを予測することは容易ではない。
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| − | [[金融]]においては、コンピュータシミュレーションを用いてシナリオ立案が行われる。例えば、[[リスク]]を考慮した[[正味現在価値]] (NPV) は計算方法は確立しているが、入力値は不明な場合がある。評価対象のプロジェクトの性能を擬似することで、シミュレーションによって様々な場合の NPV が求められる。
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| − | == デザイン・都市景観 ==
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| − | [[コンピュータグラフィックス]]（CG）によって作成された[[バーチャルリアリティ]]映像を、工業[[デザイン]]や建築デザインの成果物を事前評価するのに用いる。例えば建築物や構造物による景観への影響を予測する景観シミュレーションの場合、実写風景の上で建物のCGと組み合わせたり、建物や背景の全てをCGで構築し、実際に建築した様子に近い景観を観察することが出来る。コンピュータの計算能力が実用に達するまでは、手作業により[[遠近法]]にそって書かれた[[パース画]]を作成し評価していた。
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| − | [[都市計画]]のツールとして[[都市シミュレータ]]を使って、様々なポリシーの決定によって都市がどのように変わるかを把握することができる。大規模な都市シミュレータの例としては、UrbanSim（[[ワシントン大学]]で開発）、ILUTE（[[トロント大学]]で開発）、Distrimobs<ref>http://distrimobs.fisicadellacitta.it</ref>（ボローニャ大学で開発）などがある。都市シミュレータはエージェントに基づくシミュレーションが一般的で、土地の利用計画や交通機関などが入力として設定される。
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| − | 景観シミュレータと都市シミュレータの開発を行う研究分野は、一般的に[[計画支援システム]]と呼ばれている。
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| − | == 工学（技術）シミュレーションとプロセスシミュレーション ==
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| − | シミュレーションは、工学システムや多くのプロセスから構成されるシステムの重要な機能である。例えば[[電子工学]]では、遅延線を使って実際の伝送線路における遅延や位相のずれをシミュレートする。また、擬似負荷（ダミーロード）を用いて[[インピーダンス]]のシミュレートが行われる。シミュレータは一般にシミュレート対象の一部の操作や機能だけを擬似する。一方、[[エミュレータ]]は対象の全機能を擬似するのが一般的である。
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| − | 多くの工学シミュレーションは、数学的モデルを用いて、コンピュータを利用して行われる。しかし、その数学的モデルが信頼できない場合も多い。[[流体力学]]のシミュレーションは数学的なシミュレーションと物理的なシミュレーションの両方を必要とすることが多い。この場合、物理的モデルは動的相似性（Dynamic Similitude）を要求される。物理的シミュレーションや化学的シミュレーションは、研究目的だけでなく、具体的な実用目的を持つ。例えば、[[化学工学]]におけるプロセスシミュレーションによって得られたプロセスのパラメータは、石油精製などの化学工場の運用に即座に活用できる。
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| − | [[生産技術]]・[[オペレーション]]・[[オペレーションズリサーチ]]の分野でよく使われる[[離散事象シミュレーション]]は、様々なシステムのモデル化に使われる。例えば、[[ビジネス]]において各個人が30の[[タスク]]を実行可能で、数千の製品や[[サービス]]があり、各製品/サービスには数十のタスクを逐次的に行う必要があり、顧客がどの製品/サービスを求めるかは季節によって変動したり、将来的に変化していく。このような状況をシミュレーションすることで経営上の様々な意思決定の助けとなる。関連する事項として、[[制約条件の理論]]、[[ボトルネック]]、[[コンサルティング]]などがある。
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| − | == 脚注 ==
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| − | {{脚注ヘルプ}}
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| − | {{Reflist}}
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| − | == 参考文献 ==
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| − | *増田顕邦ほか『シミュレーション入門』[[日刊工業新聞社]]（[[昭和]]36年9月23日発行）
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| − | * R. Frigg and S. Hartmann, [http://plato.stanford.edu/entries/models-science/ Models in Science]. Entry in the ''Stanford Encyclopedia of Philosophy''.
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| − | * S. Hartmann, [http://philsci-archive.pitt.edu/archive/00002412/ The World as a Process: Simulations in the Natural and Social Sciences], in: R. Hegselmann ''et al.'' (eds.), ''Modelling and Simulation in the Social Sciences from the Philosophy of Science Point of View'', Theory and Decision Library. Dordrecht: Kluwer 1996, 77–100.
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| − | * P. Humphreys, ''Extending Ourselves: Computational Science, Empiricism, and Scientific Method''. Oxford: Oxford University Press, 2004.
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| − | * Roger D. Smith: [http://www.modelbenders.com/encyclopedia/encyclopedia.html Simulation Article], <cite>Encyclopedia of Computer Science</cite>, Nature Publishing Group, ISBN 0-333-77879-0.
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| − | * Roger D. Smith: [http://www.modelbenders.com/Bookshop/techpapers.html "Simulation: The Engine Behind the Virtual World"], eMatter, December, 1999.
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| − | * Aldrich, C. (2003). Learning by Doing : A Comprehensive Guide to Simulations, Computer Games, and Pedagogy in e-Learning and Other Educational Experiences. San Francisco: Pfeifer — John Wiley & Sons.
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| − | * Aldrich, C. (2004). Simulations and the future of learning: an innovative (and perhaps revolutionary) approach to e-learning. San Francisco: Pfeifer — John Wiley & Sons.
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| − | * Percival, F., Lodge, S., Saunders, D. (1993). The Simulation and Gaming Yearbook: Developing Transferable Skills in Education and Training. London: Kogan Page.
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| − | * South, R., "A Sermon Delivered at Christ-Church, Oxon., Before the University, Octob. 14. 1688: Prov. XII.22 Lying Lips are abomination to the Lord", pp.519–657 in South, R., ''Twelve Sermons Preached Upon Several Occasions (Second Edition), Volume I'', Printed by S.D. for Thomas Bennet, (London), 1697.
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| − | *[http://www.authorama.com/essays-of-francis-bacon-7.html Of Simulation and Dissimulation] [[フランシス・ベーコン (哲学者)|フランシス・ベーコン]]の論文
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| − | * Wolfe, Joseph & Crookall, David, (1998). [http://sag.sagepub.com/cgi/reprint/29/1/7 Developing a scientific knowledge of simulation/gaming ]. [http://www.unice.fr/sg/ '''''Simulation & Gaming: An International Journal of Theory, Design and Research'''''], 29(1), 7–19.
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| − | * [http://www.unice.fr/sg/resources/bibliographies.htm '''Bibliographies''' containing more references] to be found on the website of the journal [http://www.unice.fr/sg/ ''Simulation & Gaming''].
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| − | == 関連項目 ==
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| − | {{Commonscat|Simulation}}
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| − | * [[Scilab]] - [[MATLAB]]類似でフリーウェアのシミュレーション言語。システムフロー図を[[GUI]]で描いてプログラムできる。
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| − | * [[GNU Octave]] - [[MATLAB]]互換を目指した[[フリーソフトウェア]]の行列型数値計算用言語。統計物理や工学的計算によく使われる。
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| − | * [[R言語]] - [[S言語]]準拠の[[フリーソフトウェア]]の行列型数値計算言語。経済予測など時系列解析・シミュレーションによく使われる。
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| − | * [[SPICE (ソフトウェア)]] - [[カリフォルニア大学バークレー校]]で[[1973年]]に開発された、[[電子回路]]の[[アナログ]]動作を'''シミュレーション'''する[[ソフトウェア]]。
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| − | * [[ns (シミュレータ)]] - [[インターネット]]を主な対象とした[[オープンソース]]の離散事象シミュレータ
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| − | * [[OrthoCAD]] - [[歯列矯正]]において矯正歯科医が治療計画、方法作成のために利用するシミュレーションシステム。抜歯の影響の評価や矯正器具の最適な設置位置などがパソコン上で実際に歯を動かすことによりシミュレーションできる。
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| − | * [[オペレーションズリサーチ]]
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| − | * [[地球シミュレータ]]
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| − | * [[ビッグデータ]]
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| − | * [[スーパーコンピュータ]]
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| − | * [[カオス理論]]
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| − | * [[複雑系]]
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| − | * [[統計学]]
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| − | * [[標本調査]]
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| − | * [[CAE]]
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| − | * [[オフラインティーチング]]
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| − | * [[ファウル (サッカー)|シミュレーション(サッカーの反則行為)]]
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| − | * [[エミュレータ]]
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| − | * [[In silico]]
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| − | * [[モンテカルロ法]]
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| − | * [[偽薬]]
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| − | * [[物理演算]]
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| − | * [[シミュレーテッドリアリティ]]
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| − | * [[ループ (鈴木光司の小説)]]
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| − | == 外部リンク ==
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| − | * [http://www.jsst.jp/j/ 日本シミュレーション学会]
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| − | * [http://www.jsdam.com/ 日本医学シミュレーション学会]
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| − | * [http://www.econ.fukuoka-u.ac.jp/~yigarash/jasag/ JASAG] 日本シミュレーション&ゲーミング学会
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| − | * [http://www.eurosim.info/ EUROSIM] — ヨーロッパのシミュレーション学会の連合組織
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| − | * [http://www.informs.org/ INFORMS] - オペレーションズリサーチと管理科学に関する研究所
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| − | * [http://www.simulationinformation.com National Center for Simulation]
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| − | * [http://www.sisostds.org/ Simulation Interoperability Standards Organization]
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| − | * [http://www.scs.org/ The Society for Modeling and Simulation International (Formerly the Society of Computer Simulation)]
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| − | * [http://www.wintersim.org/ Winter Simulation Conference]
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| − | * [http://www.nihonbinary.co.jp/product-genre-02.html 日本バイナリー株式会社]:手術シミュレーション機器など
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