Tài liệu Ứng dụng mô phỏng tin học trong doanh nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------o0o------- TRẦN CÔNG MẬU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TIN HỌC TRONG DOANH NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội, 2012 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------o0o------- TRẦN CÔNG MẬU ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TIN HỌC TRONG DOANH NGHIỆP Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐỖ VĂN THÀNH Hà Nội, 2012 4 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. 8 LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................... 9 Chương I. TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG TIN HỌC ..................................... 12 1.1. Giới thiệu về mô phỏng tin học .............................................................. 12 1.2. Một số lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của mô phỏng tin học....................... 14 1.2.1. Mô phỏng dự báo biến đổi khí hậu ................................................... 14 1.2.2. Mô phỏng trong sản xuất kinh doanh ............................................... 16 1.2.3. Mô phỏng trong y tế ......................................................................... 17 1.2.4. Mô phỏng trong quân sự .................................................................. 18 1.2.5. Mô phỏng sinh học ........................................................................... 21 1.3. Lợi ích của mô phỏng tin học ................................................................. 22 1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................. 23 Chương II. MÔ PHỎNG TIN HỌC VỚI CÔNG CỤ @RISK .......................... 24 2.1. Các số ngẫu nhiên .................................................................................. 24 2.2. Mô phỏng bảng tính ............................................................................... 25 2.2.1. Giới thiệu về bảng mô phỏng ........................................................... 25 2.2.2. Các ví dụ minh họa .......................................................................... 25 2.3. Mô phỏng từ các phân phối xác suất ...................................................... 33 2.4. Tổng quan về công cụ @Risk và Add-in công cụ vào Excel .................. 39 2.5. Các chức năng chính của công cụ @Risk ............................................... 46 2.5.1. Chức năng RiskView ........................................................................ 46 2.5.2. Chức năng Graph Type Command ................................................... 51 2.5.3. Các giá trị mục tiêu trong Output thống kê ...................................... 52 2.6. Kết luận chương 2 .................................................................................. 53 Chương III. ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TIN HỌC TRONG DOANH NGHIỆP ......................................................................................................................... 54 3.1. Mô hình lập kế hoạch tài chính .............................................................. 54 3.2. Mô hình cân bằng tiền mặt ..................................................................... 60 3.3. Nghiên cứu giá trị chứng khoán và một số lựa chọn ............................... 66 3.3.1. Mô hình hóa giá một cổ phiếu .......................................................... 66 3.3.2. Đánh giá một lựa chọn European .................................................... 67 3.4. Mô hình chia sẽ thị trường ..................................................................... 72 3.5. Nghiên cứu các giá trị tương quan .......................................................... 79 3.6. Kết luận chương 3 .................................................................................. 83 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 86 5 DANH MỤC TIẾNG ANH VÀ CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT CTSHT Công ty Sách & thiết bị trường học Hà Tĩnh Foresight Nhìn thấy trước IPCC (International Panel on Climate Change) Chương trình biến đổi khí hậu liên hợp quốc LHHT Công ty Lam Hồng Hà Tĩnh Model Mô hình NPV (Net present value) Mạng lưới giá trị hiện tại Simulation Mô phỏng TMHT Công ty Thương mại Hà Tĩnh TVN Toyota Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kết quả mô phỏng mạng hạt Plasma 13 Hình 1.2. Mô phỏng máy tính về sự trao đổi chất của David Rhodes 13 Hình 1.3. Mô phỏng về thay đổi nhiệt độ và lượng mưa của Luke Oman và các cộng sự - Đại học Rutgers 15 Hình 1.4. Một kết quả của một mô phỏng biến đổi khí hậu 16 Hình 1.5. Mô phỏng não bộ con người 18 Hình 1.6. Jay Ober và cộng sự đang thực hiện một kịch bản mô phỏng 18 Hình 1.7. Lyndon Johnson và các trợ lýkiểmtramột mô hình mô phỏngKhe Sanhtrongchiến tranh Việt Nam 19 Hình 1.8. Mô phỏng một người lính thi đấu tại Fort Lee 20 Hình 2.1. Năm trăm số ngẫu nhiên 26 Hình 2.2. Mô phỏng lợi nhuận của Công ty sách, thiết bị trường học Hà Tĩnh 28 Hình 2.3. Bảng lợi nhuận bình quân dựa trên số lượng đặt hàng 30 6 Hình 2.4. Lợi nhuận bình quân theo số lượng đặt hàng 31 Hình 2.5. Mô phỏng thứ hai của công ty sách, thiết bị trường học Hà Tĩnh 32 Hình 2.6. Mô phỏng thứ 3 của CTSHT 33 Hình 2.7. Biểu đồ trung bình lợi nhuận tương ứng với số lượng đặt hàng 34 Hình 2.8. Phân phối tam giác 35 Hình 2.9. Phạm vi giá cạnh tranh của công ty đối thủ 36 Hình 2.10. Mô phỏng quá trình đấu thầu của công ty Hà Thành 37 Hình 2.11. Mô phỏng 100 lần lặp quá trình đấu thầu của công ty Hà Thành 38 Hình 2.12.Mô phỏng lợi nhuận bình quân cho 100 lần lặp 39 Hình 2.13. Mô phỏng độ lệch bình quân cho 100 lần lặp 39 Hình 2.14. Báo cáo thu nhập của công ty ACC 43 Hình 2.15. Tóm tắt kết quả mô phỏng của công ty ACC 45 Hình 2.16. Chi tiết kết quả mô phỏng của công ty ACC 45 Hình 2.17. Biểu đồ thu nhập ròng sau thuế 46 Hình 2.18. Biểu đồ tích lũy thu nhập ròng sau thuế của công ty ACC 46 Hình 2.19. Thanh công cụ của Decision Tools Suite 47 Hình 2.20. Đồ thị RiskView của phân bố Chuẩn của ví dụ công ty ACC 47 Hình 2.21. Mô hình CTSHT với phân phối chuẩn nhu cầu 48 Hình 2.22. Tóm tắt 5 lần mô phỏng lợi nhuận cho 1000 lần lặp của CTSHT 50 Hình 2.23. Chi tiết mô phỏng từ hình 2.22 50 Hình 2.24. Mô phỏng dữ liệu cho CTSHT 51 Hình 2.25. Biểu đồ lợi nhuận với số lượng đặt hàng là 150 52 Hình 2.26. Biểu đồ lợi nhuận với số lượng đặt hàng là 250 52 Hình 2.27. Chọn đồ thị dạng Cumlative Ascending 53 7 Hình 2.28. Các giá trị mục tiêu của @Risk 54 Hình 3.1. Dữ liệu tự động nhập đầu vào mô phỏng Model 1 – ToyotaVietnam 57 Hình 3.2. Dữ liệu tự động mô phỏng Model 1 của ToyotaVietnam 58 Hình 3.3. Tóm tắt kết quả mô phỏng của ToyotaVietnam thông qua @Risk 59 Hình 3.4. Các giá trị mục tiêu của ToyotaVietnam 60 Hình 3.5. Biểu đồ NPV của model 1 61 Hình 3.6. Biểu đồ NPV của model 2 61 Hình 3.7. Dữ liệu đầu vào mô phỏng của công ty TMHT 63 Hình 3.8. Mô phỏng bằng bảng tính cân bằng tiền mặt công ty TMHT 64 Hình 3.9. Bảng tóm tắt mô phỏng @Risk cân bằng tiền mặt công ty TMHT 65 Hình 3.10. Mục tiêu cân bằng tiền mặt tính theo % công ty TMHT 66 Hình 3.11. Đồ thị mô tả khoản vay tôi đa để cân bằng tiền mặt của công ty 66 Hình 3.12. Biểu đồ chuỗi thời gian khoản vay của công ty TMHT 67 Hình 3.13. Ước tính tốc độ tăng trưởng và độ lệch chuẩn của giá cổ phiếu 68 Hình 3.14. Dữ liệu Input cho mô phỏng một lựa chọn cuộc gọi công ty FPT 70 Hình 3.15. Kết quả mô phỏng cho lựa chọn cuộc gọi của FPT 71 Hình 3.16. Dữ liệu Input cho mô phỏng danh mục đầu tư của FPT 72 Hình 3.17. Kết quả mô phỏng danh mục đầu tư của FPT 73 Hình 3.18. Biểu đồ danh mục đầu tư của FPT 73 Hình 3.19. Dữ liệu Input mô phỏng chia sẽ thị trường 75 Hình 3.20. Mô phỏng bảng tính chia sẽ thị trường 76 Hình 3.21. Tóm tắt kết quả mô phỏng thị trường bằng @Risk 78 8 Hình 3.22. Biểu đồ thị trường sau 10 năm của TMHT 79 Hình 3.23. Biểu đồ thị trường sau 10 năm của LHHT 79 Hình 3.24. Biểu đồ thị trường sau 10 năm của các công ty nhỏ 80 Hình 3.25. Biểu đồ thời gian chia sẽ thị trường của công ty TMHT 80 Hình 3.26. Mô hình bảng tính mối tương quan giữa các trọng số Mode l 82 Hình 3.27. Chi tiết mô phỏng với sự tương quan tích cực 84 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Ví dụ bảng phân phối xác suất về yêu của CTSHT 27 Bảng 3.1. Doanh thu trung bình hàng tháng và độ lệch chuẩn của công ty TMHT 62 Bảng 3.2. Dữ liệu Input của công TMHT và LHHT 66 Bảng 3.3. Các thuộc tính của Mode l IBM và Dell 81 Bảng 3.4. Độ lệch chuẩn và trung bình các trọng số của Mode l IBM và Dell 82 Bảng 3.5. Mối liên quan giữa các trọng số của khách hàng 82 9 LỜI MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài. Trong xu thế toàn cầu hoá, nhất là toàn cầu hoá về kinh tế ngày càng sâu rộng, việc cạnh tranh giữa các doanh nghiệp ngày càng khốc liệt thì hoạch định chính sách, xây dựng chiến lược và kế hoạch phát triển sản xuất kinh doanh ngày càng giữ vai trò quan trọng và có ỹ nghĩa nghĩa quyết định đến sự thành, bại của doanh nghiệp. Để chính sách, chiến lược, kế hoạch phát triển có tác động tích cực trong việc nâng cao hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp thì điều quan trọng là doanh nghiệp phải biết khai thác nội lực một cách hiệu quả, xử lý tốt các thông tin liên quan đến hoạt động sản xuất kinh doanh, nắm bắt kịp thời diễn biến của thị trường tiêu thụ sản phẩm hàng hóa và các dịch vụ liên quan do doanh nghiệp tạo ra. Trong quá trình hoạch định chính sách, các doanh nghiệp phải xử lý một số lượng rất lớn thông tin để rút ra những tri thức mới và ra quyết định từ những tri thức này sao cho hiệu quả. Hàng loạt câu hỏi dạng Cái gì sẽ xẩy ra nếu… (hay câu hỏi What – If) kiểu như: nếu đầu tư dây chuyền hiện đại cho sản xuất thì doanh thu của doanh nghiệp năm tới sẽ là bao nhiêu?..., dạng câu hỏi này được đặt ra và buộc các nhà hoạch định chính sách phải có giải pháp xử lý đúng đắn, chính xác để ra quyết định tối ưu nhất có thể. Ra quyết định tối ưu trong hoạt động sản xuất kinh doanh doanh nghiệp trong bối cảnh toàn cầu hóa và thông tin hóa diễn ra mạnh mẽ đã trở thành nhu cầu cấp thiết và là một trong những hoạt động quan trọng nhất trong quan trị doanh nghiệp. Theo hướng hỗ trợ giải quyết nhu cầu trên, người ta tiến hành nghiên cứu, xây dựng một tập hợp các kỹ thuật và công cụ tin học cho phép một doanh nghiệp dễ dàng chuyển đổi, sử dụng dữ liệu kinh doanh của mình thành thông tin kịp thời và chính xác để hỗ trợ quá trình ra quyết định nhằm đạt được lợi thế cạnh tranh, cải thiện hiệu suất, đáp ứng nhanh hơn những thay đổi, tăng lợi nhuận và tạo ra giá trị gia tăng cho doanh nghiệp. Hiện tại đã có khá nhiều kỹ thuật khai phá dữ liệu như phân cụm phân lớp dữ liệu, mạng nơtron, giải thuật di truyền, luật kết hợp, mạng Bayes … để khai phá dữ liệu một cách hiệu quả, tuy nhiên, giải đáp cho câu hỏi dạng What – If với thông tin đầu vào có thể là ngẫu nhiên thì kỹ thuật nhìn thấy trước (Foresight) và kỹ thuật mô phỏng (Simulation) là đáp ứng tốt nhất cho việc xử lý thông tin dạng What - If, trong đó kỹ thuật Mô phỏng được áp dụng phổ biến hơn hết. Mô phỏng hỗ trợ hiệu quả cho việc ra quyết định và cả dự báo trong sản 10 xuất kinh doanh của doanh nghiệp. Chính vì thế tác giả chọn đề tài “Ứng dụng mô phỏng tin học trong doanh nghiệp”. Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu. Để phân tích What-if người ta mô phỏng dữ liệu với mục tiêu để kiểm tra hành vi của một hệ thống phức tạp (ví dụ, kinh doanh của doanh nghiệp hoặc một phần của nó) theo một số giả thuyết được gọi là kịch. Cụ thể, phân tích What-if với mục tiêu tìm ra cách làm thay đổi tập các tác động, các biến độc lập trên tập các biến phụ thuộc dựa trên một mô hình mô phỏng. Mô hình này được thiết kế để biểu diễn những chức năng sản xuất, kinh doanh quan trọng và được điều chỉnh theo dữ liệu lịch sử doanh nghiệp [9]. Tháp mô hình doanh nghiệp hiện đại [9] Phạm vi nghiên cứu của luận văn trong lĩnh vực sản xuất kinh doanh doanh nghiệp, các bài toán thường gặp trong quá trình sản xuất kinh doanh. Phương pháp nghiên cứu. Khảo cứu tài liệu về doanh nghiệp, các tài liệu về mô phỏng, mô phỏng tin học. Nghiên cứu về một số phần mềm, công cụ mô phỏng, đặc biệt nghiên cứu về công cụ @Risk và cách ứng dụng của công cụ này để mô phỏng các bài toán trong doanh nghiệp. Cụ thể luận văn sẽ khảo cứu giải pháp và ứng dụng để trả lời câu hỏi dạng What – If trong hoạt động sản xuất kinh doanh doanh nghiệp thông qua mô phỏng nhằm giúp doanh nghiệp nhận được kết quả đầu ra tốt nhất trong những kết quả đầu ra, từ đó hỗ trợ doanh nghiệp trong việc ra quyết định cho sản xuất kinh doanh hiệu quả. Nội dung nghiên cứu. Không kể các phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục bảng, hình và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương nội dung chính, trong đó: 11 Chương 1. Tổng quan về mô phỏng tin học giới thiệu khái niệm về mô phỏng tin học và đặc điểm chung nhất trong mô phỏng tin học. Cụ thể, chương 1 sẽ giới thiệu về khái niệm mô phỏng tin học, một số lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của mô phỏng tin học, trình bày lợi ích của mô phỏng tin học đối với doanh nghiệp. Đây là những kiến thức cơ bản cần thiết, làm cơ sở để tiến hành nghiên cứu và ứng dụng mô hình mô phỏng trong doanh nghiệp nhằm hỗ trợ quá trình hoạch định chính sách sản xuất kinh doanh doanh nghiệp trong các chương tiếp sau. Chương 2. Mô phỏng tin học với công cụ @Risk trình bày mô phỏng từ các phân phối xác suất và được minh họa bằng ví dụ cụ thể. Chương này cũng giới thiệu tổng quan về công cụ @Risk được phát triển bởi tập đoàn Palisade (có thể Add-in công cụ này vào Excel) và ứng dụng công cụ này để trả lời những câu hỏi dạng What-If. Như đã biết, công việc của các nhà hoạch định chính sách kinh doanh trước hết phải phân tích nội lực của doanh nghiệp, phân tích các thông tin liên quan đến sản xuất kinh doanh, cung ứng dịch vụ do doanh nghiệp tạo ra để xác định kịch bản sản xuất kinh doanh thích hợp cho doanh nghiệp,... Chương 3. Ứng dụng mô phỏng tin học trong doanh nghiệp sẽ sử dụng những lý thuyết và công cụ @Risk được khảo cứu ở hai chương đầu để mô phỏng mô hình lập kế hoạch tài chính, mô hình cân bằng tiền mặt, mô hình chia sẻ thị trường liên quan đến những sản phẩm hàng hoá và dịch vụ do doanh nghiệp tạo ra. Chương này cũng nghiên cứu mô phỏng giá trị chứng khoán và một số giá trị tương quan khác trong sản xuất kinh doanh doanh nghiệp. Dữ liệu thực hiện mô phỏng các mô hình trên được thu thập thông qua một số cuộc khảo sát tình hình sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp đóng trên địa bàn Hà Tĩnh, một số số liệu của công ty FPT và công ty Toyota Việt Nam. 12 Chương I. TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG TIN HỌC Mô phỏng tin học (Computer simulation) là thuật ngữ được xuất hiện vào cuối thế kỷ 20, nhưng hiện nay ở Mỹ và châu Âu, Mô phỏng tin học đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế - xã hội (công nghiệp, thương mại, giải trí, khoa học và công nghệ, giáo dục và đào tạo,...). Mô phỏng tin học mô phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực có tương tác với người sử dụng thông qua tổng hợp các kênh cảm giác như thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác. 1.1. Giới thiệu về mô phỏng tin học Mô phỏng là quá trình "bắt chước" một hiện tượng có thực thông qua một tập các công thức toán học hoặc một tập các quy tắc suy luận nào đó. Về mặt kỹ thuật, mô phỏng (phương pháp mô phỏng) hàm chứa việc ứng dụng một mô hình nào đó để tạo ra kết quả, chứ không đơn thuần là thử nghiệm một hệ thống thực tế nào đó đang cần nghiên cứu hay khảo sát. Nếu mô hình có chứa các thành phần hay yếu tố ngẫu nhiên thì ta có mô phỏng ngẫu nhiên. Mô phỏng được sử dụng để khám phá và nhận được những hiểu biết mới theo các công nghệ mới, và ước tính hiệu suất của hệ thống phức tạp khi thực hiện các giải pháp phân tích [3, 9]. Mô phỏng tin học là những chương trình máy tính để mô phỏng một mô hình trừu tượng của một hệ thống cụ thể thông qua các hiện tượng, các sự kiện trong thực tế hoặc số liệu đã có như: các điều kiện thời tiết, các phản ứng hoá học, các quá trình sinh học và các số liệu kinh tế…. Quy mô sự kiện được mô phỏng bằng mô phỏng tin học vượt xa những gì con người có thể hình dung (hoặc tưởng tượng) được so với cách sử dụng mô hình toán học truyền thống giấy và bút. Hình 1.1. Kết quả mô phỏng mạng hạt Plasma[10] 13 Mô hình mô phỏng tin học là mô hình máy tính bắt chước những tình huống thực tế. Nó giống như các mô hình toán học khác nhưng các yếu tố đầu vào thường là không chắc chắn. Khi thực hiện một mô phỏng, người ta thường sử dụng các yếu tố ngẫu nhiên để đưa giá trị khác nhau cho các yếu tố đầu vào và theo dõi mọi kết quả đầu ra cần quan tâm. Bằng cách này, ta có thể quan sát được các kết quả đầu ra đã phụ thuộc vào các đầu vào ngẫu nhiên ra sao. Hình 1.2. Mô phỏng máy tínhvề sự trao đổi chất của David Rhodes [4] Mô hình mô phỏng là hết sức hữu ích để xác định cách thức mà một hệ thống phản ứng với những thay đổi trong điều kiện hoạt động. Ví dụ, ta có thể mô phỏng hoạt động của siêu thị để trả lời một số câu hỏi What-if như: nếu các kinh nghiệm kinh doanh của công ty tăng 20% thì thời gian trung bình chờ đợi dịch vụ của khách hàng sẽ thay đổi thế nào ? Mô phỏng tin học nói chung thường có các đặc điểm sau: - Mô phỏng tin học là một hệ thống trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra kết quả như thật. Hơn nữa, kết quả mô phỏng không tĩnh tại, nó phản ứng và thay đổi theo dữ liệu đầu vào của người sử dụng thông qua kịch bản. Tương tác của người sử dụng với mô hình mô phỏng tin học là tương tác thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận biết được dữ liệu đầu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức kết quả đầu ra. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này (yếu tố tương tác). 14 - Các phương pháp hiển thị với tốc độ cao lôi cuốn và tạo cảm giác cho người sử dụng như giống trong thực tế. Người sử dụng có cảm giác như là một phần của hành động trên màn hình họ đang trải nghiệm. Nhưng mô phỏng tin học còn đẩy cảm giác đó "thật" hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực tế, người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa, điều khiển được đối tượng trên màn hình, mà còn cảm thấy kết quả của chúng như có thật (yếu tố đắm chìm). - Mô phỏng tin học không chỉ là hệ thống tương tác Người- Máy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải quyết các vấn đề thực tế trong kỹ thuật, y học, quân sự, kinh tế...Các ứng dụng đó được thiết kế bởi các nhà phát triển công cụ mô phỏng tin học và nó phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tưởng tượng của con người (yếu tố tưởng tượng). Do đó có thể coi mô hình mô phỏng tin học là tổng hợp của 3 yếu tố: Tương tác- Đắm chìm- Tưởng tượng [11]. 1.2. Một số lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của mô phỏng tin học 1.2.1. Mô phỏng dự báo biến đổi khí hậu Vào đầu thế kỉ 20, nhà khí tượng học người Na Uy Vilhelm Bjerknes đã đề ra khoa học dự báo thời tiết. Ông cho rằng với những điều kiện thời tiết chi tiết ban đầu đã biết và những quy luật vật lí có liên quan, người ta có thể dự báo được các điều kiện thời tiết trong tương lai bằng toán học. Lewis Fry Richardson tiếp nối ý tưởng này vào thập niên 1920 bằng việc sử dụng kỹ thuật số học giải các phương trình vi phân cho dòng chất lưu. Dự báo của Richardson sai lệch nhiều, nhưng phương pháp luận của ông đã đặt nền tảng cho những mô hình dự báo thời tiết bằng máy tính đầu tiên được xây dựng trong những năm 1950. Vào thập niên 1970, mô hình này chính xác hơn nhiều so với cách dự báo thời tiết chỉ dựa trên các biểu đồ thời tiết và nó liên tục được cải tiến cho tới hiện nay. Việc lập các mô hình mô phỏng để kiểm tra đối với dữ liệu khí hậu hiện nay và trong quá khứ, mô hình mô phỏng cho chúng ta biết khí hậu có thể biến đổi như thế nào theo năm tháng và có nguồn gốc từ đâu ? Trước tiên, người ta đưa vào kịch bản phát thải khí nhà kính trong tương lai. Nhiều kịch bản khác nhau đã được sử dụng, dựa trên sự ước tính các nhân tố kinh tế và xã hội, và đây là một trong những nguồn bất định chủ yếu của việc dự báo thời tiết. 15 Hình 1.3. Một mô phỏng về thay đổi nhiệt độ và lượng mưa của Luke Oman và các cộng sự - Đại học Rutgers Nhiều mô hình dự báo thời tiết khác nhau đã được phát triển trên khắp thế giới và chất lượng dự báo của các mô hình này phụ thuộc nhiều vào độ chính xác của các tham số hóa bên trong các mô hình trong đó tham số hóa mây có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì các đám mây vừa làm lạnh khí quyển qua sự phản xạ, vừa làm ấm bởi làm giảm sự bức xạ. Có thể nói, trong lĩnh vực dự báo thời tiết, mục tiêu của khoa học đương đại là cải thiện mô hình mô phỏng và quan sát nhiều quá trình để hoàn thiện các dự báo thời tiết, nhất là ở quy mô vùng và theo mùa. Ví dụ, những cơn bão và bão nhiệt đới vẫn chưa được biểu diễn trong nhiều mô hình dự báo và những hiện tượng khác như các dòng hải lưu vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ do thiếu quan trắc. Do đó, người ta không rõ là các cơn bão và những cơn dông tố sẽ biến đổi như thế nào do sự ấm lên toàn cầu, hoặc hiện tượng nước biển dâng sẽ bị ảnh hưởng thế nào bởi các dòng hải lưu, ... Con người đang ở thời khắc lịch sử quan trọng, trong đó con người không những có thể nhận thức và gây tác động lên khí hậu Trái Đất, mà còn có khả năng dự báo hiệu ứng này. Dự báo thời tiết là một trong những chương trình quốc tế nghiên cứu khoa học lớn nhất từng được thực hiện và nó đã đưa đến Nghị định thư Kyoto do Liên Hiệp Quốc thiết lập nhằm hạn chế sự phát thải khí nhà kính [8]. 16 Hình 1.4. Một kết quả của một mô phỏng biến đổi khí hậu Mô hình mô phỏng khí hậu Cộng đồng khoa học thống nhất rằng sự ấm lên của Trái Đất trong nửa thế kỉ qua chủ yếu là do phát thải khí nhà kính. Dự báo sự biến đổi khí hậu dựa trên các mô hình máy tính phức tạp được phát triển trong 50 năm qua. Các mô hình khí hậu dựa trên hệ phương trình Navier-Stockes cho chất lưu, được giải bằng số trong một mạng lưới bao quanh địa cầu. Những mô hình này đã thành công trong việc mô phỏng khí hậu trong quá khứ, cho kết quả dự báo khá tin cậy. Thông qua mô phỏng, các nhà khoa học dự báo nhiệt độ toàn cầu vào năm 2100 sẽ tăng trong khoảng 1,4 – 5,8oC, điều này có thể gây ra những hệ quả thảm khốc [17]. 1.2.2. Mô phỏng trong sản xuất kinh doanh Trong thời đại mà kinh tế - xã hội, khoa học kỹ thuật phát triển ngày càng nhanh chóng thì hoạt động hoạch định chính sách sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp được đặt ở vị trí quan trọng hàng đầu. Để đạt được mục tiêu tốt nhất như kỳ vọng trong sản xuất kinh doanh, công cụ mô phỏng trong doanh nghiệp đã trở thành một trong những công cụ hỗ trợ đắc lực, hiệu quả cho việc ra quyết định, lựa chọn chiến lược kinh doanh của doanh nghiệp. Ngày 29/04/2009 tại SOUTHPOINTE, các nhà sáng tạo hàng đầu trong lĩnh vực phần mềm mô phỏng và công nghệ thiết kế để tối ưu hóa quá trình phát triển 17 sản phẩm, đã công bố phần mềm mô phỏng ANSYS ® 12.0 để hỗ trợ việc thiết kế và phát triển sản phẩm. Trong các ngành công nghiệp, gần đây việc phát triển sản phẩm truyền thống sử dụng kỹ thuật mô phỏng đã trở thành một chiến lược quan trọng để phát triển thêm các sản phẩm mới, giảm chi phí phát triển và sản xuất, đẩy nhanh thời gian cung ứng ra thị trường. Trong sản xuất kinh doanh, các công cụ mô phỏng như @Risk, Crystal Ball có thể được ứng dụng mô phỏng mô hình cân bằng tiền mặt, mô hình chia sẻ thị trường, mô hình dự báo thu nhập, … Dữ liệu đầu vào có thể được thu thập từ các báo cáo tài chính, báo cáo sản xuất, báo cáo thu nhập, báo cáo thị trường…. Thông qua mô phỏng, dữ liệu đầu ra là hữu ích hỗ trợ doanh nghiệp lựa chọn được đầu ra tốt nhất. 1.2.3. Mô phỏng trong y tế Mô phỏng y tế là một lĩnh vực của công nghệ mô phỏng liên quan đến giáo dục và đào tạo bác sỹ trong các lĩnh vực y tế. Nó thường liên quan đến mô phỏng về bệnh tật của con người, chẩn đoán diễn biến mầm bệnh, bệnh và cách điều trị với hình ảnh mô phỏng chi tiết và động. Trong chiến tranh (tình huống quân sự) mô phỏng y tế hỗ trợ đánh giá thương vong và biện pháp phản ứng khẩn cấp. Mục đích chính của mô phỏng y tế là đào tạo các chuyên gia y tế nhằm giảm bớt rủi ro trong khi phẫu thuật, trong kết luận hồ sơ bệnh án, và thực tế điều trị. Mô phỏng y tế cũng được sử dụng để đào tạo sinh viên trong giải phẫu và sinh lý, trong quá trình đào tạo chẩn đoán lâm sàng, ... Những ngành nghề như điều dưỡng, siêu âm, trợ lý hiệu thuốc và vật lý trị liệu cũng có thể ứng dụng mô phỏng ý tê. Trong lĩnh vực mô phỏng này, công nghệ phát triển rất nhanh và tiến bộ không ngừng. Hệ thống mô phỏng y tế sử dụng kết xuất đồ họa và các thuật toán điều khiển tiên tiến về mô hình giải phẫu và sinh lý học. Hệ thống mô phỏng y tế cung cấp những hiểu biết rõ ràng về phác đồ điều trị và giúp thiết lập các thử nghiệm lâm sàng. Nó cũng là công cụ tiềm năng giúp các Bác sỹ đánh giá các kết quả phẫu thuật [2, 3], ... Những tiến bộ về công nghệ trong hai thập kỷ qua đã giúp ngành y tế có thể mô phỏng tin học thực hành những hoạt động rất phức tạp như phẫu thuật tim, phẫu thuật não bộ… 18 Hình 1.5. Mô phỏng não bộ con người Hình 1.6. Jay Ober và cộng sự đang thực hiện một kịch bản mô phỏng Hiện nay, ở Mỹ người ta đã có thể chuẩn hóa về mô phỏng trong lĩnh vực y tế. Ở khắp nước Mỹ và hầu hết các nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam, người ta đã sử dụng rộng rãi mô phỏng y tế vào đào tạo y, bác sỹ. 1.2.4. Mô phỏng trong quân sự Mô phỏng quân sự là mô phỏng thực nghiệm và cải tiến lý thuyết chiến tranh mà không cần có kẻ thù trong thực tế. Mô phỏng quân sự được thực hiện dưới nhiều hình thức khác nhau, với mức độ hiện thực khác nhau [13]. Gần đây, phạm vi của mô phỏng quân sự đã mở rộng để không chỉ có các yếu tố liên quan đến quân đội mà còn có các yếu tố chính trị và xã hội. Thực tế cho thấy bảo vệ 19 lợi ích quốc gia, chống kẻ thù xâm lược có liên hệ chặt chẽ trong mô hình chiến tranh thực tế. Mô phỏng quân sự đã trở thành công cụ để nhiều chính phủ kiểm tra và điều chỉnh các chính sách quân sự và chính trị của họ. Mô phỏng quân sự được xem như là một cách hữu ích để phát triển các giải pháp chiến thuật, chiến lược và học thuyết, mặc dầu vẫn còn có một số phê phán với lập luận rằng, những kết luận rút ra từ mô hình mô phỏng như vậy là chưa hoàn thiện do sử dụng tính chất gần đúng và một số dữ liệu đầu vào là ngẫu nhiên như điều kiện thời tiết, số liệu tình báo không chính xác … được sử dụng trong mô hình. Hình 1.7. Lyndon Johnson và các trợ lý kiểm tra một mô hình mô phỏng Khe Sanh trong chiến tranh Việt Nam[13] Mô phỏng chính trị-quân sự Kể từ Carlvon Clausewitz tuyên bố, chiến tranh đơn thuần là một sự tiếp nối của chính trị bằng các phương tiện khác nhau[1], các nhà hoạch định quân sự đã cố gắng tích hợp các mục tiêu chính trị với các mục tiêu quân sự trong việc lập kế hoạch tác chiến. 20 Hình 1.8. Mô phỏng một người lính thi đấu tại Fort Lee Mô phỏng chính trị quân sự được chú trọng kể từ khi người ta quan tâm đến vấn đề chính sách chứ không đơn thuần là hiệu suất chiến trường. Một trong những kỹ thuật mô phỏng chính trị quân sự được biết đến là lý thuyết trò chơi, trong đó bảng tính điểm được sử dụng để làm căn cứ lựa chọn kết quả đầu ra nhằm hỗ trợ việc ra quyết định trong cuộc chiến bất kể chiến lược của đối phương thế nào. Năm 1954, mô phỏng chính trị-quân sự lần đầu được xuất hiện mặc dù người Đức đã mô phỏng một cuộc xâm lược Ba Lan vào năm 1929 với đầy đủ yếu tố chính trị - quân sự nhưng ở giai đoạn này mô phỏng được thực hiện bằng phương pháp thủ công. Mô phỏng chính trị - quân sự hiện đại sử dụng dàn máy tính hoặc siêu máy tính với các dữ liệu đầu vào ngẫu nhiên,…để mô phỏng với số lần lặp lớn nhằm tìm được kết quả đầu ra tốt nhất. Trong thời kỳ chiến tranh lạnh, ở Mỹ người ta đã mô phỏng mô hình chiến tranh Việt Nam, căng thẳng giữa Ấn Độ, Pakistan và Trung Quốc, các điểm nóng quân sự khác ở châu Phi và Đông Nam Á[13], mô phỏng cuộc chiến với Taliban, Irắc…. Ngày nay, mô phỏng chính trị-quân sự đang được sử dụng rộng rãi: mô phỏng chính trị - quân sự hiện đại có liên quan đến yếu tố xã hội cho kết quả rằng, giữa các siêu cường không có khả năng xảy ra một cuộc chiến tranh, nhưng thế giới vẫn gia tăng vấn nạn khủng bố toàn cầu và xung đột giữa các băng đảng nhỏ. Gần đây nhất (2006), nhiều tập đoàn đa quốc gia đã thực hiện 21 mô phỏng nhằm khám phá việc sử dụng sức mạnh ngoại giao, kinh tế và quân sự toàn cầu trong thế kỷ 21. 1.2.5. Mô phỏng sinh học Mô phỏng sinh học (khoa học về mô phỏng sinh vật) là môn khoa học mô phỏng kết cấu, chức năng của các hệ sinh vật nhằm thiết kế, chế tạo ra các hệ thống kỹ thuật. Trong những năm gần đây, mô phỏng sinh học đã đạt được những thành tựu rất đáng khích lệ, mang lại nhiều ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ cao phục vụ cuộc sống con người. Ngành mô phỏng sinh học là ngành chuyên môn mới, ứng dụng những nguyên tắc kỹ thuật của thiên nhiên để tạo ra những vật liệu mới và những công nghệ mới. Ý tưởng bắt chước những thành tựu của thiên nhiên là không mới. Ngay từ thời Phục hưng, Leonardo da Vinci đã đề xuất việc chế tạo thiết bị bay, mô phỏng theo cách vỗ cánh của con chim. Nhiều người biết rằng mỗi một con chim bồ câu là một hoa tiêu xuất sắc biết chọn đường bay theo hướng tối ưu. Song không phải ai cũng biết rằng sau khi nghiên cứu chim bồ câu, con người đã chế tạo ra những thiết bị định hướng bay. Nhờ có loài dơi mà con người đã phát minh ra ra – đa, và nhờ có cây hoa hướng dương người ta đã làm được loại pin mặt trời... Trong thiên nhiên có vô vàn chủng loại sinh vật và mỗi một loại đó sở hữu một cái gì đó độc nhất vô nhị. Có thể phát hiện được điều đó bằng cách chú ý quan sát những sinh linh rất hoàn hảo ấy của tạo hóa. Tỷ như loài gián thường làm chúng ta sợ hãi. Con người rượt đuổi chúng để tiêu diệt, nhưng loài gián đã trốn thoát một cách tài tình bởi gián có một hệ thần kinh rất phát triển. Gián có thể kiểm soát liên tục những biến đổi nhỏ nhất xảy ra ở xung quanh và khi xuất hiện mối nguy hiểm thì nó liền phản ứng một cách nhanh chóng, dứt khoát và điều chủ yếu nhất là cực kỳ chính xác. Các nhà khoa học Mỹ nghiên cứu rất kỹ cách ứng xử của con gián trong giây phút hiểm nguy và từ đó tiến hành thực hiện một công trình về hệ thống cảm giác vận động cho phép tránh được những vụ vạ chạm của xe ô tô dưới đất và của máy bay trên trời. Chính con gián góp phần giảm thiểu những tai nạn giao thông đáng tiếc! Người ta sáng tạo ra được một mô hình điều khiển tự động bằng vô tuyến điện với “bộ não của con gián”. Và trong một tương lai không xa sẽ xuất hiện một loại ôtô không cần người cầm lái, bởi lẽ điều khiển nó sẽ là “con gián- máy vi tính”. Nhà thực vật học người Đức Wilgelm Barlot của Trường đại học Bon với sự trợ giúp của chiếc kính hiển vi điện tử đã nghiên cứu trong vòng 20 năm cấu tạo