نقش علوم مهندسي مبتني بر شبيه سازي در توسعه فناوري

The role of simulation-based engineering sciences in technology development

در حالي كه استفاده از شبيه‌سازي‌هاي رايانه اي در علوم مهندسي در حدود نيم قرن پيش شروع شده است، تنها در دهه گذشته نظريه و فناوري شبيه‌سازي اثر عظيمي را روي رشته‌هاي مهندسي گذاشته است. اين تغيير قابل ملاحظه اساساً به دليل توسعه‌ علوم محاسباتي و رايانه اي و پيشرفت‌هاي سريع در تجهيزات و سيستم‌هاي آن رخ داده است. دلايل ديگري نيز وجود دارد، براي مثال، انبوهي از فناوري ها در افقي قرار دارد كه نمي‌توانيم بدون شبيه‌سازي اميد به درك، توسعه، يا به كارگيري آنها داشته باشيم. در اين مقاله تاثير بالقوه پيشرفت‌هاي علوم مهندسي مبتني بر شبيه‌سازي روي علم و فناوري‌‌ را بررسي كرده و چالش‌ها و موانع براي پيشرفت هاي بعدي را مورد شناسايي قرار داده ايم. با به كارگيري اين علوم مي‌توانيم پيشرفت هاي بسيار بزرگي را در جبهه وسيعي مانند پزشكي، علم مواد، امنيت ملي، ساخت، طراحي مهندسي و بسياري موارد ديگر توقع داشته باشيم. به دليل طولاني بودن مباحث، مقاله در دو قسمت جداگانه تدوين شده است. در اين قسمت، اهميت علوم مهندسي مبتني بر شبيه‌سازي به عنوان يك پيشنياز براي علوم و مهندسي فردا را مورد بررسي قرار داده، برخي از كاربردهاي قابل ملاحظه آن را كه منافع و امتيازات بزرگي را به جامعه ارايه مي‌دهد توصيف نموده و پيشنهاداتي را عنوان نموده ايم. در قسمت دوم مقاله مباحثي مانند بزرگ ترين موانع، چالش‌ها و فرصت‌ها در علوم مهندسي مبتني بر شبيه‌سازي، شامل: "چالش مدل سازي و شبيه‌سازي چندمقياسي، روش هاي تعيين عدم اطمينان، معتبرسازي و صحه‌گذاري مدل، سيستم‌هاي شبيه‌سازي پويا، حسگرها، معيارها و شبيه‌سازي‌هاي همگن، چشم‌اندازهاي جديد در نرم‌افزار شبيه‌سازي، ضرورت داده- بزرگ در شبيه‌سازي و نقش تجسم در علوم مهندسي مبتني بر شبيه‌سازي و همچنين الگوريتم‌هاي نسل بعدي و عملكرد محاسباتي" و بالاخره، اثر علوم مهندسي مبتني بر شبيه‌سازي روي سيستم تعليم و تربيت مهندسين، دانشمندان و متخصصين فردا مورد بررسي قرار گرفته است.

Whereas the use of computer simulations in engineering science began over half a century ago, only in the past decade simulation theory and technology have made a dramatic impact across the engineering fields. That remarkable change has come about mainly because of developments in the computational and computer sciences and the rapid advances in computing equipment and systems. There are other reasons. For example, a host of technologies are on the horizon that we cannot hope to understand, develop, or utilize without simulation. In this article, we explore the potential impact of advances in Simulation-Based Engineering Sciences (SBES) on science and technology and identifies the challenges and barriers to further advances in SBES. We can expect dramatic advances on a broad front; such as medicine, materials science, homeland security, manufacturing, engineering design, and many others. Because of the lengthy issues, the article is divided into two parts. The first part includes: The importance of SBES, as a priority for tomorrowʹs science and engineering, some of its remarkable applications having great benefits for the society and some suggestions in this respect. In the second part of the article the subjects such as below are explored: The greatest barriers, challenges, and opportunities in SBES including: "The challenge of multi scale modeling and simulation; the methods of uncertainty quantification, model validation and verification; dynamic simulation systems, sensors, measurements, and heterogeneous simulations; new vistas in simulation software; the emergence of Big Data in simulation, and the role of visualization in SBES; the next-generation algorithms and computational performance", and finally the effect of SBES on educational system for tomorrowʹs engineers, scientists, and experts.